KR100266658B1 - Self calibrating circuit for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로 특히, 자기 보정 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly to a self-correction circuit.
도1 은 종래 기술의 구성도로서 이에 도시된 바와 같이, 외부 패드(106)에 접속되어 전원 전압(Vcc)이 온되면 주변의 온도 변화에 반응함에 의해 일정 전류를 접지측으로 흘리는 외부 저항(R)과, 이 외부 저항(R)의 전류를 증폭하여 공통 노드로 전류를 공급하는 전류원(101)과, 기준 전압(Bref)을 생성하는 기준전압 발생기(103)과, 공통 노드의 전압(CNV)과 상기 기준 전압(CNV)이 일치하는지 비교하는 비교기(104)와, 이 비교기(104)의 비교 결과에 따라 보정 신호(C0∼C4)를 출력하는 카운터/디코더부(105)와, 이 카운터/디코더부(105)의 출력 신호(C0∼C4)에 따라 공통 노드의 전압(CNV)을 보정하는 전압 보정부(102)로 구성된다.1 is a block diagram of a prior art, as shown therein, when the power supply voltage Vcc is connected to the external pad 106, the external resistor R flowing a constant current to the ground side in response to a change in ambient temperature. A current source 101 for amplifying the current of the external resistor R to supply a current to the common node, a reference voltage generator 103 for generating a reference voltage Bref, a voltage CNV of the common node, A comparator 104 for comparing whether the reference voltage CNV coincides, a counter / decoder section 105 for outputting correction signals C0 to C4 according to the comparison result of the comparator 104, and this counter / decoder The voltage correction unit 102 corrects the voltage CNV of the common node in accordance with the output signals C0 to C4 of the unit 105.
상기 전류원(101)는 소스가 전원 전압(Vcc)이 인가된 피모스 트랜지스터(P1)(P2)의 게이트 및 드레인을 공통 접속하여 외부 패드(106)에 접속함과 아울러 공통 노드에 접속하여 구성한다.The current source 101 is configured by connecting a gate and a drain of the PMOS transistors P1 and P2 to which a source is supplied with a power supply voltage Vcc, to an external pad 106, and to a common node. .
상기 전압 보정부(102)는 공통 노드에 드레인이 공통 접속된 엔모스 트랜지스터(N1∼N6)의 소스를 접지하여 상기 엔모스 트랜지스터(N1)의 게이트에 전원 전압(Vcc)을 인가하고 상기 엔모스 트랜지스터(N2∼N6)의 게이트에 카운터/디코더부(105)로부터의 보정 신호(C0∼C4)를 각기 접속하여 구성된다.The voltage corrector 102 applies a power supply voltage Vcc to the gate of the NMOS transistor N1 by grounding a source of the NMOS transistors N1 to N6 having a common drain connected to a common node, and applying the NMOS to the gate of the NMOS transistor N1. The correction signals C0 to C4 from the counter / decoder section 105 are connected to the gates of the transistors N2 to N6, respectively.
이와같은 종래 기술의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the prior art as follows.
일반적으로 반도체 제조 공정의 변화와 이에 따른 반도체 장치내의 소자 특성의 변화와 반도체 장치가 동작하는 동작 전압의 변화 또는 반도체 장치의 동작에 따른 반도체 장치의 주변 온도 변화는 반도체 장치의 동작이 샘플별, 동작 조건별로 차이를 나타내는 주된 이유가 된다.In general, the change of semiconductor manufacturing process, the change of device characteristics in the semiconductor device, the change of operating voltage at which the semiconductor device operates, or the change of the ambient temperature of the semiconductor device due to the operation of the semiconductor device are determined by the operation of the semiconductor device. This is the main reason for the difference by condition.
따라서, 이들 차이를 제거하여 안정적 동작을 보장하는 수단이 필요하게 되는데, 종래에는 외부에서 연결되는 정확한 저항을 이용한다.Therefore, there is a need for a means of eliminating these differences to ensure stable operation. Conventionally, an accurate resistor connected from the outside is used.
도1 에서 외부 패드(106)에 접속되는 저항(R)은 반도체 장치와는 달리 동작 조건이나 반도체 장치의 특성과 무관하게 일정한 값을 갖는다고 가정한다.In FIG. 1, it is assumed that the resistor R connected to the external pad 106 has a constant value regardless of operating conditions or characteristics of the semiconductor device, unlike the semiconductor device.
먼저, 전원 전압(Vcc)가 인가되어 외부 패드(106)에 접속된 저항(R)에 일정량의 전류가 흐르면 전류원(101)은 피모스 트랜지스터(P1)(P2)에서 상기 전류를 증폭하여 전압 보정부(102)의 엔모스 트랜지스터(N1∼N6)의 드레인이 공통 접속된 공통 노드로 공급한다.First, when a power supply voltage Vcc is applied and a certain amount of current flows through the resistor R connected to the external pad 106, the current source 101 amplifies the current in the PMOS transistors P1 and P2 so as to provide a voltage compensation. The drains of the NMOS transistors N1 to N6 of the step 102 are supplied to a common node commonly connected.
상기 엔모스 트랜지스터(N1∼N6)는 초기에 엔모스 트랜지스터(N1)만이 전원 전압(Vcc)에 의해 턴온 상태가 되며 상기 엔모스 트랜지스터(N1)의 턴온에 의해 공통 노드의 전압(CNV)의 레벨이 결정된다.In the NMOS transistors N1 to N6, only the NMOS transistor N1 is initially turned on by the power supply voltage Vcc and the level of the voltage CNV of the common node is turned on by the NMOS transistor N1. This is determined.
이때, 기준전압 발생기(103)는 미리 설정된 일정 전압(Bref)를 생성하여 비교기(104)의 일측 입력 단자로 공급한다.At this time, the reference voltage generator 103 generates a predetermined constant voltage Bref and supplies it to one input terminal of the comparator 104.
이에 따라, 비교기(104)는 공통 노드의 전압(CNV)과 기준 전압(Bref)을 비교한다.Accordingly, the comparator 104 compares the voltage CNV of the common node with the reference voltage Bref.
이때, 공통 노드의 전압(CNV)이 기준 전압(Bref)보다 높다면 이는 1개의 엔모스 트랜지스터(N1)의 전류 구동 능력이 불충분하여 공통 단자의 전압(CNV)을 충분히 방전시키지 못하는 것을 의미하므로 카운터/디코더부(105)는 보정 신호(C0∼C4)중 하나를 온시키게된다.At this time, if the voltage CNV of the common node is higher than the reference voltage Bref, this means that the current driving capability of one NMOS transistor N1 is insufficient, so that the voltage CNV of the common terminal is not sufficiently discharged. The decoder section 105 turns on one of the correction signals C0 to C4.
여기서는, 전류 구동 능력이 불충분하다고 판단하는 경우 C0,C1,C2,C3,C4 순으로 온시킨다고 가정한다.In this case, it is assumed that the current driving capability is inadequately turned on in order of C0, C1, C2, C3, and C4.
따라서, 카운터/디코더부(105)가 보정 신호(C0)를 온시키면 전압 보정부(102)는 엔모스 트랜지스터(N2)가 턴온되어 공통 노드로 흐르는 전류를 접지측으로 흘리게 된다.Therefore, when the counter / decoder section 105 turns on the correction signal C0, the voltage correction section 102 causes the NMOS transistor N2 to turn on to flow a current flowing to the common node to the ground side.
상기의 과정은 기준 전압(Bref)과 공통 노드의 전압(CNV)이 동일할 때까지 반복적으로 수행된다.The above process is repeatedly performed until the reference voltage Bref is equal to the voltage CNV of the common node.
만일, 상기의 과정을 통하여 기준 전압(Bref)과 공통 노드의 전압(CNV)이 동일하게 되면 카운터/디코더부(105)에서 설정된 각 엔모스 트랜지스터(N2∼N6)의 게이트 입력 신호(C0∼C4)는 해당 반도체 장치의 주어진 공정 조건과 동작 전압, 동작 온도에 있어서 설계된 값에 맞도록 동작이 보장되도록 보정하는 값이 된다.If the reference voltage Bref and the common node voltage CNV are the same through the above process, the gate input signals C0 to C4 of each of the NMOS transistors N2 to N6 set by the counter / decoder section 105 are the same. ) Is a value that is corrected to ensure that the operation is matched to the designed value for a given process condition, operating voltage, and operating temperature of the semiconductor device.
도2 와 같은 응용 회로를 예로 들면, 출력 버퍼(111∼117)의 엔모스 트랜지스터의 구동 능력을 비교기(104)와 카운터/디코더부(105)를 이용하여 출력 버퍼 인에이블 신호(Vcc,C0∼C4)를 인가함에 의해 조절할 수 있음을 보여준다.Taking the application circuit as shown in Fig. 2 as an example, the driving capability of the NMOS transistors of the output buffers 111 to 117 is determined by using the comparator 104 and the counter / decoder section 105 to output buffer enable signals Vcc, C0 to C. It can be controlled by applying C4).
그러나, 종래의 기술은 반도체 장치의 동작을 보정하기 위하여 외부의 저항을 필료로 함으로 저항을 접속하기 위한 여분의 패키지이 필요하여 실장시 부품수의 증가와 면적 증가를 가져오는 문제점이 있다.However, the related art requires an external resistor as a necessary material for correcting the operation of the semiconductor device, which requires an extra package for connecting the resistor, resulting in an increase in the number of parts and an increase in area during mounting.
또한, 종래의 기술은 반도체 장치내에 정밀한 기준전압 발생기를 필요로 하는데 일반적으로 바이폴라 소자의 특성을 이용함으로 모스 공정으로 쉽게 구현할 수 없는 문제점이 있다.In addition, the conventional technology requires a precise reference voltage generator in a semiconductor device, and generally has a problem that cannot be easily implemented in a MOS process by using the characteristics of a bipolar device.
따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 제조 공정, 동작 전압 및 동작 온도 등의 변화에 능동적으로 반응하여 이들 변화에도 불구하고 일정한 동작 특성을 갖도록 창안한 반도체 장치의 자기 보정 회로를 제공함에 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a self-correction circuit of a semiconductor device invented to have a constant operating characteristic despite these changes by actively reacting to changes in manufacturing processes, operating voltages and operating temperatures, etc., in order to improve the conventional problems. There is this.
특히, 본 발명은 제조 공정, 동작 전압, 동작 온도에 의존하는 특성을 갖는 발진기의 출력 주파수를 이용하여 반도체 장치내의 필요한 소자 예로, 모스 트랜지스터의 특성 변화를 보정함으로써 각 소자의 변수(예, 트랜지스터의 크기) 등을 변화시켜 동작 조건의 변화에도 안정적인 동작을 보장하는 것이 목적이다.In particular, the present invention utilizes the output frequency of an oscillator having characteristics that depend on the manufacturing process, operating voltage, and operating temperature. The purpose of the present invention is to ensure stable operation even when the operating conditions are changed by changing the size).
도 1은 종래의 자기 보정 회로도.1 is a conventional self-correction circuit diagram.
도 2는 도 1의 응용을 보인 블럭도.2 is a block diagram showing the application of FIG.
도 3은 본 발명의 실시예를 보인 블럭도.Figure 3 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3에서 인버터형 발진기의 회로도.4 is a circuit diagram of an inverter type oscillator in FIG.
도 5는 도 3에서 낸드 게이트형 발진기의 회로도.FIG. 5 is a circuit diagram of a NAND gate type oscillator in FIG. 3. FIG.
도 6은 도 3에서 노아 게이트형 발진기의 회로도.FIG. 6 is a circuit diagram of a noah gate type oscillator in FIG. 3. FIG.
도 7은 도3에서의 동작 타이밍도.7 is an operation timing diagram in FIG. 3;
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
201,203,205 : 발진기 202,204,206 : 카운터/디코더부201,203,205: Oscillator 202,204,206: Counter / Decoder
207 : 콘트롤러207: controller
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 제조 공정, 동작 전압, 동작 온도에 의존하는 주파수의 출력 펄스를 생성하는 발진 블럭과, 이 발진 블럭의 출력 펄스를 계수하는 카운터 블럭과, 이 카운터 블럭의 계수값을 래치함에 의해 각각의 모스 트랜지스터의 특성 변화를 보정하기 위한 보정 신호를 출력하는 디코더 블럭과, 일정 주기마다 상기 발진 블럭을 동작시키며 그 발진 블럭의 동작 시작 시점에서 상기 카운터 블럭을 리세시키고 그 발진 블럭의 동작 종료 시점에서 상기 디코더 블럭을 래치시키는 콘트롤러로 구성함을 특징으로 한다.The present invention provides an oscillation block for generating an output pulse of a frequency that depends on the manufacturing process, operating voltage, and operating temperature, a counter block for counting the output pulse of the oscillating block, and the coefficient of the counter block. A decoder block for outputting a correction signal for correcting a characteristic change of each MOS transistor by latching a value, and operating the oscillation block at regular intervals, resetting the counter block at the start of operation of the oscillation block, and oscillating the oscillation block And a controller for latching the decoder block at the end of the operation of the block.
상기 발진 블럭은 피모스 트랜지스터와 엔모스 트랜지스터의 특성 변화를 모두 반영하는 펄스를 생성하는 인버터형 링 발진기와, 피모스 트랜지스터의 특성 변화를 주로 반영하는 펄스를 생성하는 노아 게이트형 링 발진기와, 엔모스 트랜지스터의 특성 변화를 주로 반영하는 낸드 게이트형 링 발진기를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.The oscillation block includes an inverter type ring oscillator for generating pulses reflecting both the characteristics change of the PMOS transistor and the NMOS transistor, a NOR gate type ring oscillator for generating the pulse mainly reflecting the characteristic change of the PMOS transistor, It is characterized by including a NAND gate type ring oscillator mainly reflecting the change in the characteristics of the MOS transistor.
상기 발진 블럭과 카운터 블럭은 주파수 카운터로 동작함을 특징으로 한다.The oscillation block and the counter block are characterized by operating as a frequency counter.
이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도3 은 본 발명의 실시예를 보인 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 발진 시작/종료 신호(OSS)에 따라 제조 공정(P), 동작 전압(V), 동작 온도(T)에 의존하는 주파수의 출력 펄스(FREQ1∼FREQ3)를 각기 생성하는 발진기(201,203,205)와, 리셋 신호(CRST)에 의해 미리 설정된 값으로 초기화되어 상기 발진기(201,203,205)의 각각의 출력 펄스(FREQ1∼FREQ3)를 계수하고 래치 신호(DLT)에 의해 상기 계수값을 각기 래치하여 보정 신호(COUT/PN,COUT/N,COUT/P)를 각기 출력하는 카운터/디코더부(202,204,206)와, 일정 주기의 펄스 신호(CAL)를 입력으로 상기 발진기(201,203, 205)의 발진 시작/종료 동작을 제어하며 그 발진기(201,203,205)의 동작 시작 시점에서 상기 카운터/디코더부(202,204,206)에 리셋 신호(CRST)를 출력하고 상기 발진기(201,203,205)의 동작 종료 시점에서 상기 카운터/디코더부(202,204,206)로 래치 신호(DLT)를 출력하는 콘트롤러(207)로 구성한다.Figure 3 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, as shown therein, the frequency depending on the manufacturing process (P), operating voltage (V), operating temperature (T) in accordance with the oscillation start / end signal (OSS) Oscillators 201, 203 and 205 for generating the output pulses FREQ1 to FREQ3 respectively, and initialized to preset values by the reset signal CRST to count and latch the respective output pulses FREQ1 to FREQ3 of the oscillators 201, 203 and 205. Counter / decoder sections 202, 204, 206 for outputting correction signals COUT / PN, COUT / N, COUT / P, respectively, by latching the count value by the signal DLT, and a pulse signal CAL of a predetermined period. The oscillator 201, 203, 205 controls the start / end operation of the oscillator 201, 203, 205, and outputs a reset signal CRST to the counter / decoder 202, 204, 206 at the start point of operation of the oscillator 201, 203, 205 and the oscillator 201, 203, 205. To the counter / decoder section 202, 204, 206 at the end of The controller 207 outputs the latch signal DLT.
상기 발진기(201)는 피모스 트랜지스터와 엔모스 트랜지스터의 특성 변화를 모두 반영하기 위한 인버터형 링 발진기로서 도4 의 회로도에 도시한 바와 같이, 발진 시작/종료 신호(OSS)가 액티브일 때 발진 펄스(PREQ)를 반전시키는 낸드 게이트(211)와, 이 낸드 게이트(211)의 출력 신호를 복수의 짝수개 인버터에서 순차적으로 지연하여 발진 펄스(FREQ1)를 카운터/디코더부(202)로 출력하는 지연 회로(212)로 구성한다.The oscillator 201 is an inverter-type ring oscillator for reflecting changes in characteristics of both PMOS and NMOS transistors, as shown in the circuit diagram of FIG. 4, when the oscillation start / end signal OSS is active. A delay of sequentially outputting the NAND gate 211 for inverting (PREQ) and the output signals of the NAND gate 211 in a plurality of even-numbered inverters to output the oscillation pulse FREQ1 to the counter / decoder section 202. It consists of a circuit 212.
상기 발진기(203)는 엔모스 트랜지스터의 특성 변화를 반영하기 위한 낸드 게이트형 링 발진기로서 도5 의 회로도에 도시한 바와 같이, 발진 시작/종료 신호(OSS)가 액티브일 때 발진 펄스(PREQ)를 반전시키는 낸드 게이트(221)와, 이 낸드 게이트(221)의 출력 신호를 복수의 짝수개 낸드 게이트에서 순차적으로 지연하여 발진 펄스(FREQ2)를 카운터/디코더부(204)로 출력하는 지연 회로(222)로 구성한다.The oscillator 203 is a NAND gate type ring oscillator for reflecting changes in the characteristics of the NMOS transistor. As shown in the circuit diagram of FIG. 5, the oscillation pulse PREQ is generated when the oscillation start / end signal OSS is active. A delay circuit 222 which sequentially inverts the NAND gate 221 to be inverted and the output signal of the NAND gate 221 at a plurality of even NAND gates, and outputs the oscillation pulse FREQ2 to the counter / decoder section 204. ).
상기 발진기(205)는 피모스 트랜지스터의 특성 변화를 반영하기 위한 노아 게이트형 링 발진기로서 도6 의 회로도에 도시한 바와 같이, 발진 시작/종료 신호(OSS)가 액티브일 때 발진 펄스(PREQ)를 반전시키는 낸드 게이트(231)와, 이 낸드 게이트(231)의 출력 신호를 복수의 짝수개 노아 게이트에서 순차적으로 지연하여 발진 펄스(FREQ3)를 카운터/디코더부(206)로 출력하는 지연 회로(232)로 구성한다.The oscillator 205 is a NOR gate type ring oscillator for reflecting changes in characteristics of a PMOS transistor. As shown in the circuit diagram of FIG. 6, the oscillator pulse PREQ is generated when the oscillation start / end signal OSS is active. A delay circuit 232 that sequentially inverts the NAND gate 231 to invert and the output signals of the NAND gate 231 at a plurality of even-numbered NOR gates, and outputs the oscillation pulse FREQ3 to the counter / decoder section 206. ).
이와같이 구성한 본 발명의 실시예에 대한 동작 및 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the embodiment of the present invention configured as described above are as follows.
반도체 장치의 동작은 주어진 공정 조건에 의한 반도체 소자의 특성(P) 즉, 엔모스 트랜지스터 및 피모스 트랜지스터의 성능과 반도체 장치의 동작 전압(V) 그리고 반도체 장치의 동작 온도(T)에 의하여 그 성능(동작 속도등)이 결정된다.The operation of the semiconductor device is performed according to the characteristics (P) of the semiconductor device under the given process conditions, that is, the performance of the NMOS transistor and the PMOS transistor, the operating voltage (V) of the semiconductor device, and the operating temperature (T) of the semiconductor device. (Operation speed, etc.) is determined.
예를 들어, 출력 회로의 경우 규정된 전압과 온도 그리고 중간적인 공정 조건에서 제작/동작하는 경우에는 출력 신호의 전원 잡음이 규정 이하로 제한될 수 있지만 트랜지스터의 성능이 보다 좋아지고 동작 전압이 규정보다 더 높으며 아울러 동작 온도가 매우 낮은 공정 상태의 경우에는 동일한 반도체 장치의 출력 회로라 하더라고 많은 전원 잡음을 야기시킬 수 있다.For example, in the case of output circuits, if they are fabricated / operated at specified voltages and temperatures, and intermediate process conditions, the power supply noise of the output signal may be limited below the specification, but the transistors perform better and the operating voltage is higher than specified. At higher and very low operating temperatures, even the output circuit of the same semiconductor device can cause a lot of power supply noise.
따라서, 이러한 여러 조건 즉, 공정 조건, 동작 전압, 동작 온도의 함수로 표현되는 반도체 장치의 성능을 각 조건에 맞추어 적절히 조절함으로써 다양한 범위에서 적절한 동작을 보장하는 것이 요구된다.Accordingly, it is required to ensure proper operation in various ranges by appropriately adjusting the performance of the semiconductor device expressed as a function of these various conditions, namely, process conditions, operating voltages, and operating temperatures.
본 발명의 기본 개념은 단순한 반도체 회로 예를 들어, 링 오실레이터의 경우 그 출력 신호의 주기가 바로 상기에서 언급한 공정 조건(P), 동작 전압(V), 동작 온도(T)의 함수라는 점을 활용하여 주어진 반도체 장치에 내장된 발진기를 이용하여 반도체 장치의 동작을 적절한 범위내에서 조절하는 것이다.The basic idea of the invention is that for a simple semiconductor circuit, for example a ring oscillator, the period of the output signal is a function of the above-mentioned process conditions (P), operating voltage (V) and operating temperature (T). By utilizing the oscillator embedded in a given semiconductor device, the operation of the semiconductor device is controlled within an appropriate range.
한편, 반도체 장치의 설계에 있어서 엔모스 트랜지스터의 성능 또는 피모스 트랜지스터의 성능에 의해서 영향을 받거나 또는 엔모스 트랜지스터와 피모스 트랜지스터 모두에 의해서 영향을 받을 수 있다.On the other hand, in the design of a semiconductor device, it may be influenced by the performance of the NMOS transistor or the performance of the PMOS transistor, or by both the NMOS transistor and the PMOS transistor.
즉, 출력 회로를 예를 들면 로우에서 하이로 천이되는 특성을 갖는 경우에는 피모스 트랜지스터의 영향이 지배적이며 반대로, 하이에서 로우로 천이되는 특성을 갖는 경우에는 엔모스 트랜지스터의 특성이 지배적으로 영향을 미친다고 볼 수 있다.That is, when the output circuit has a characteristic of transitioning from low to high, for example, the influence of the PMOS transistor is dominant. On the contrary, when the output circuit has a characteristic of transitioning from high to low, the characteristics of the NMOS transistor dominate. It's crazy.
그리고, 일반적인 로직에서 지연 시간등은 엔모스 트랜지스터와 피모스 트랜지스터의 영향이 교대로 나타나기 때문에 엔모스 트랜지스터와 피모스 트랜지스터의 변화가 모두 나타난다.In general logic, the delay time and the like are influenced by the NMOS transistor and the PMOS transistor alternately, so that both the NMOS transistor and the PMOS transistor change appear.
만일, 반도체 장치내의 출력 회로의 경우 공정상의 변화에 의하여 피모스 트랜지스터의 특성이 지나치게 나쁜 반면 엔모스 트랜지스터는 지나치게 좋은 경우 한가지 보정 회로만을 구비한다면 각각의 특성 벼화를 최적의 상태로 보정하는 것은 불가능하다.In the case of an output circuit in a semiconductor device, the characteristics of the PMOS transistor are excessively bad due to process changes, while the NMOS transistor has only one correction circuit if the characteristics of the NMOS transistor are too good. .
예를 들어, 인버터형의 링 발진기에서는 엔모스 트랜지스터의 특성이 피모스 트랜지스터의특성 변화와 맞물려 있어서 그 출력 주파수만으로는 각각의 특성 변화를 알아내기가 불가능할 것이다.For example, in an inverter type ring oscillator, the characteristics of the NMOS transistors are interlocked with the characteristics change of the PMOS transistors, so that it is impossible to detect each characteristic change only by the output frequency thereof.
따라서, 이러한 특성 변화를 보정하기 위한 회로를 필요로 하게 되는데 이를 위해서 본 발명에는 엔모스 트랜지스터의 특성 변화를 지배적으로 반영할 수 있는 낸드 게이트형 링 발진기(203), 피모스 트랜지스터의 특성 변화를 주로 반영할 수 있는 노아 게이트형 링 발진기(205), 엔모스 및 피모스 트랜지스터의 특성 변화를 모두 반영할 수 있는 인버터형 링 발진기(201)를 구비하여 각각의 변화에 능동적으로 대처한다.Therefore, a circuit for correcting such a characteristic change is required. To this end, in the present invention, the characteristic change of the NAND gate type ring oscillator 203 and the PMOS transistor mainly reflects the characteristic change of the NMOS transistor. An NOR gate type ring oscillator 205 that can reflect, and an inverter type ring oscillator 201 that can reflect all the characteristic changes of the NMOS and PMOS transistors are provided to cope actively with each change.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 도3 의 블럭도, 도4∼도6 의 회로도 및 도7 의 타이밍도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.An embodiment of the present invention having the above characteristics will be described with reference to the block diagram of FIG. 3, the circuit diagram of FIGS. 4 to 6, and the timing diagram of FIG.
먼저, 도7 (a)와 같은 주기적 신호에 제어되는 콘트롤러(207)에서 일정 시간 간격마다 발생하는 도7 (b)와 같은 주기적인 발진 시작/종료 신호(OSS)에 의하여 반도체 장치에 내장되어 있는 발진기(201,203,205)가 동작을 개시하며 상기 발진기(201,203,205)의 동작 개시와 동시에 카운터/디코더부(202,204,206)는 도7 (c)와 같은 리셋 신호(CRST)에 의해 미리 정해진 상태로 리셋된다.First, the controller 207 controlled to the periodic signal as shown in FIG. 7 (a) is embedded in the semiconductor device by the periodic oscillation start / end signal (OSS) as shown in FIG. 7 (b) generated at regular time intervals. Oscillators 201, 203, and 205 start operation, and at the same time as operation of the oscillators 201, 203, and 205, counter / decoder sections 202, 204, and 206 are reset to a predetermined state by a reset signal CRST as shown in FIG.
상기에서 주기적인 발진 시작/종료 신호(OSS)는 반도체 장치의 동작 상태에 따라 결정되며 그 주기는 수십 ms 간격이다.The periodic oscillation start / end signal OSS is determined according to the operating state of the semiconductor device, and the period is several tens of ms.
이때, 발진기(201)는 낸드 게이트(211)와 짝수의 복수개의 인버터로 이루어진 지연 회로(212)를 통해 링 발진을 수행하고 발진기(203)는 낸드 게이트(221)와 짝수의 복수개의 낸드 게이트로 이루어진 지연 회로(222)를 통해 링 발진을 수행하며 발진기(205)는 낸드 게이트(231)와 짝수의 복수개의 노아 게이트로 이루어진 지연 회로(232)를 통해 링 발진을 수행한다.At this time, the oscillator 201 performs ring oscillation through the delay circuit 212 composed of the NAND gate 211 and an even number of inverters, and the oscillator 203 is an NAND gate 221 and an even number of NAND gates. Ring oscillation is performed through the delay circuit 222, and the oscillator 205 performs ring oscillation through the delay circuit 232 including the NAND gate 231 and an even number of NOR gates.
이에 따라, 링 발진기(201,203,205)는 해당 반도체 장치가 제작된 공정 조건(P)과 동작 전압(V), 동작 온도(T)에 의해 결정되어지는 주파수의 출력 펄스(FREQ1, FREQ2,FREQ3)를 반도체 장치내의 각각의 모스 트랜지스터의 특성 변화에 대응하여 발생시킨다.As a result, the ring oscillators 201, 203, and 205 convert the output pulses FREQ1, FREQ2, and FREQ3 of the frequency determined by the process condition P, the operating voltage V, and the operating temperature T in which the semiconductor device is manufactured. It is generated in response to the characteristic change of each MOS transistor in the device.
상기 출력 펄스(FREQ1∼FREQ3)는 각기 도7 (e)(g)(i)와 같다.The output pulses FREQ1 to FREQ3 are as shown in Figs. 7 (e) (g) (i), respectively.
이때, 카운터/디코더부(202,204,206)는 발진기(201,203,205)의 출력 펄스(FREQ1, FREQ2,FREQ3)가 토글할 때마다 각각의 카운터가 미리 설정된 값을 한 비트씩 증가 또는 감소시킨다.At this time, the counter / decoder section 202, 204, 206 increases or decreases the preset value by one bit each time the output pulses FREQ1, FREQ2, FREQ3 of the oscillators 201, 203, 205 toggle.
여기서, 카운트 값의 증가/감소는 카운터의 특성에 따라 설정된다.Here, the increase / decrease of the count value is set according to the characteristics of the counter.
이 후, 미리 설정된 일정 시간이 경과하여 콘트롤러(207)가 도7 (b)와 같이 발진 시작/정지 신호(OSS)를 인액티브시키고 도7 (d)와 같이 래치 신호(DLT)를 발생시키면 발진기(201∼203)의 동작이 정지되며 동시에 카운터/디코더부(202,204,206)는 디코더가 상기 발진기(201,203,205)의 동작 개시와 정지 사이에 발생한 펄스 신호를 카운팅한 값을 각기 래치하여 저장한다.Thereafter, when a predetermined time elapses, the controller 207 inactivates the oscillation start / stop signal OSS as shown in FIG. 7B and generates the latch signal DLT as shown in FIG. 7D. The operations of 201 to 203 are stopped, and at the same time, the counter / decoder sections 202, 204, and 206 latch and store the values in which the decoder counts pulse signals generated between the start and stop of the oscillators 201, 203, and 205, respectively.
상기에서 카운터/디코더부(202,204,206)에 각기 래치된 도7 (f)(h)(j)와 같은 출력값(COUT/PN,COUT/N,COUT/P)은 해당 반도체 장치의 공정 정보(P), 동작 전압(V), 그리고 동작 온도(T)에 따라 정해지는 값이 된다.The output values COUT / PN, COUT / N, and COUT / P shown in FIG. 7 (f) (h) (j) latched in the counter / decoder sections 202, 204, and 206, respectively, are the process information P of the semiconductor device. The value is determined according to the operating voltage V and the operating temperature T.
따라서, 카운터/디코더부(202,204,206)에 래채된 값(COUT/PN,COUT/N,COUT/P)은 다음의 보정 동작때까지 유지되어 반도체 장치내의 여러 요소의 동작을 조절하는 기능에 사용된다.Therefore, the values COUT / PN, COUT / N, and COUT / P latched on the counter / decoder sections 202, 204 and 206 are held until the next corrective operation and used for the function of adjusting the operation of various elements in the semiconductor device.
즉, 발진기(201)(203)(205)를 이용한 각각의 보정 신호(COUT/PN,COUY/N/COUT/P)는 보정 대상으로 하는 반도체 장치내의 각 회로에 연결되어 각각의 회로의 특성에 맞는 보정이 이루어지도록 한다.In other words, each of the correction signals COUT / PN, COUY / N / COUT / P using the oscillators 201, 203, and 205 is connected to each circuit in the semiconductor device to be corrected, and thus the characteristics of each circuit are adjusted. Ensure correct calibration is made.
상기에서 주어진 공정 조건에 있어서 반도체 장치의 동작 전압(V)이 설계 당시의 고려 범위를 넘게 되면 자기 보정 동작에 의하여 발진기(201,203,205)를 동작시킬 수 있다.The oscillators 201, 203 and 205 can be operated by the self-correction operation when the operating voltage V of the semiconductor device exceeds the consideration range at the time of design under the process conditions given above.
만일, 동작 전압(V)이 높아진 상태라면 발진기(201,203,205)의 출력 신호(FREQ1∼FREQ3)의 주파수는 동작 전압이 낮을 때에 비하여 높은 값을 나타낼 것이다.If the operating voltage V is high, the frequencies of the output signals FREQ1 to FREQ3 of the oscillators 201, 203 and 205 will show higher values than when the operating voltage is low.
그리고, 상기에서 자기 보정 동작의 개시와 정지를 제어하는 콘트롤러(207)는 외부에서 입력되는 도7 (a)와 같은 일정 주기의 신호(CAL)에 의해서 제어됨으로 발진기(201,203,205)와 카운터/디코더부(202,204,206)의 카운터는 일종의 주파수 카운터로 작용하게 된다.In addition, the controller 207 for controlling the start and stop of the self-correction operation is controlled by a signal CAL of a predetermined period as shown in FIG. 7 (a) input from the outside so that the oscillator 201, 203, 205 and the counter / decoder section The counters of 202, 204, and 206 act as a kind of frequency counter.
상기 일정 주기의 신호(CAL)는 주로 수정 발진기와 PLL 회로에 의해 조절되는 안정적인 클럭 신호이다.The constant period signal CAL is a stable clock signal mainly controlled by a crystal oscillator and a PLL circuit.
따라서, 카운터의 출력은 동작 전압(V)이 높을 때와 낮을 때를 구분할 수 있게 되며 이때의 카운트값은 디코더에서 해당 보정 소자에 맞도록 변환되어 해당 소자의 제어에 사용된다.Accordingly, the output of the counter can distinguish between when the operating voltage V is high and low, and the count value at this time is converted by the decoder to fit the corresponding correction element and used to control the corresponding element.
예를 들어, 출력 회로의 동작 전압이 높아졌을 경우 동일한 출력 회로를 사용할 지라도 출력시 전원 잡음이 증가할 것이므로 출력 회로의 구동 능력을 적절히 축소시키는 것이 된다.For example, if the operating voltage of the output circuit is increased, even if the same output circuit is used, the power supply noise will increase at the output, thereby appropriately reducing the driving capability of the output circuit.
즉, 출력 회로의 구동 능력의 축소/확대의 정도는 설계시 동작 범위의 전압(V)/온도(T)/공정(P) 조건을 경계 조건으로 하여 설정할 수 있다.That is, the degree of reduction / expansion of the driving capability of the output circuit can be set by designing the voltage (V) / temperature (T) / process (P) conditions of the operating range at design time as boundary conditions.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 동작 조건인 전압(V) 및 온도(T)와 트랜지스터의 특성과 같은 공정 조건(P)의 변화에 따른 반도체 장치의 적절한 동작을 보정하는 동작을 수행함에 있어서, 링 발진기와 카운터, 디코더 등을 이용하여 반도체 장치의 동작을 넓은 범위에서 안정적으로 유지시킬 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention performs an operation of correcting an appropriate operation of a semiconductor device according to a change in process conditions P such as voltage V and temperature T, which are operating conditions, and characteristics of a transistor. Using a ring oscillator, a counter, a decoder, etc., there is an effect of stably maintaining the operation of the semiconductor device in a wide range.
또한, 본 발명은 반도체 장치내의 각 소자의 특성 변화를 독립적으로 보정 동작에 반영할 수 있으므로 효과적인 보정이 가능하다.In addition, the present invention can reflect the change in the characteristics of each element in the semiconductor device independently in the correction operation, thereby enabling effective correction.
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