KR100268880B1 - 반도체소자의전원공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 데이터의 흐름에 따라 반도체 장치의 내부전원을 제어하여 소비전력을 줄이는데 적당하도록한 반도체 소자의 전원 공급 장치에 관한 것으로, 내부 전원과 외부 전원을 사용하며 동작 모드에 따라 데이터 처리에 필요한 전원을 연결 또는 차단하는 반도체 장치에 있어서, 데이터 처리의 흐름에 의해 구분되는 다수의 내부 블록들과, 각각의 내부 블록들에 대응 구성되어 그 블록들에 입력되는 데이터 펄스의 천이를 검출하여 전원을 공급 또는 차단할 것인지를 결정하는 전원 제어 블록들과, 상기 전원 제어 블록의 제어 신호에 의해 외부 전원을 각각의 내부 블록들의 내부 전원에 열결 또는 차단하는 선택 트랜지스터들을 포함하여 구성된다.

Description

반도체 소자의 전원 공급 장치{power supply unit of semiconductor device}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 데이터의 흐름에 따라 반도체 장치의 내부전원을 제어하여 소비전력을 줄이는데 적당하도록한 반도체 소자의 전원 공급 장치에 관한 것이다.

현재, 휴대용 통신기기의 확산은 반도체 장치의 저소비전력화에 의해 더욱 그 속도가 빨라지고 있다. 반도체 장치의 저소비전력화에는 반도체 장치의 데이터 처리 동작에서 대기 모드 및 정상 동작 모드를 구분하여 반도체 장치의 내부 전원을 차단 또는 연결하는 방식이 대표적인 방법으로 사용되고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 반도체 소자의 전원 공급 장치에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술의 전원 공급 장치의 구성도이다.

종래 기술의 반도체 소자의 전원 공급 장치는 내부회로(3)에 내부 전원을 공급 또는 차단하는 선택 트랜지스터(1)와, 상기의 선택 트랜지스터(1)를 제어하는 전력 제어 블록(2)으로 크게 구성된다.

이때, 저전압 환경에서 원활한 반도체 소자의 동작을 위하여 내부회로(3)는 문턱 전압이 낮은 소자를 사용하는 것이 보통이며 선택 트랜지스터(1)와 전력 제어 블록(2)을 포함하는 내부회로(3)이외의 소자는 문턱 전압이 상대적으로 높은 소자를 사용한다.

상기와 같이 구성된 종래 기술의 반도체 소자의 전원 공급 장치는 전력 제어 블록(2)의 출력 신호가 외부 입력 신호의 상태에 따라서 내부회로(3)의 동작 모드를 대기 모드 또는 정상 동작 모드로 결정하게 된다.

만약, 전력 제어 블록(2)의 출력 신호가 Low이면 외부 전원을 내부 전원으로 연결하는 선택 트랜지스터(1)가 on되어 외부 전압 VDD가 내부전압 VDDV로 연결된다.

그리고 전력 제어 블록(2)의 출력 신호가 High이면 외부 전원을 내부 전원으로 연결하는 선택 트랜지스터(1)가 off되어 내부 전압 VDDV가 플로우팅 상태가 된다.

따라서, 대기 상태에서는 외부전원이 차단되어 대기 모드의 전력 소모를 최소한으로 유지할 수 있고 반면에 외부 입력이 인가되면 내부 전원이 외부전원과 동일한 전압으로 상승하여 내부회로(3)가 정상 동작하게 된다.

이와 같은 종래 기술의 반도체 소자의 전원 공급 장치는 외부 입력이 인가되는 것과 외부 입력이 인가되어 내부 전압이 플로우팅 상태에서 외부 전압과 동일한 전압으로 상승하는 것이 단일 전력 제어 블록의 출력에 의하여 동시에 제어된다.

이는 장치가 대기상태에서 정상동작모드로 전환하는 경우 장치내의 모든 내부회로가 연결되는 내부전원 VDDV가 선택 신호에 의해 충전되는 것을 의미한다.

내부 전원 VDDV에는 내부회로의 모든 소자의 전원에 연결되는 확산 용량이 연결되어 매우 큰 용량성 부하가 된다.

이와 같은 종래 기술의 반도체 소자의 전원 공급 장치는 큰 용량성 부하를 갖기 때문에 내부 전원이 충전되는 시간이 많이 소요되어 대기 모드에서 정상 동작 모드로 전환하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 이때 VDDV 단자의 충전을 위한 많은 양의 피크 전류가 흐르게되어 소자의 동작이 불안정해지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 데이터의 흐름에 따라 반도체 장치의 내부전원을 제어하여 소비전력을 줄이는데 적당하도록한 반도체 소자의 전원 공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술의 전원 공급 장치의 구성도

도 2는 반도체 장치에서의 데이터 처리 과정을 나타낸 개념도

도 3은 데이터 처리를 위한 반도체 장치의 내부 블록의 동작 순서도

도 4는 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 전체 구성도

도 5는 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 부분 구성도

도 6은 신호 천이 검출부의 구성도

도 7은 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 동작 타이밍도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

40. 소자 내부 블록 41. 전원 제어 블록

42. 선택 트랜지스터 43a.43b. 신호 천이 검출부

44. SR 플립 플롭 45. 내부 블록 입력단

46. 내부 블록 출력단

소비 전력을 줄이고 동작 특성을 향상시키는데 적당하도록한 본 발명의 반도체 소자의 전원 공급 장치는 내부 전원과 외부 전원을 사용하며 동작 모드에 따라 데이터 처리에 필요한 전원을 연결 또는 차단하는 반도체 장치에 있어서, 데이터 처리의 흐름에 의해 구분되는 다수의 내부 블록들과, 각각의 내부 블록들에 대응 구성되어 그 블록들에 입력되는 데이터 펄스의 천이를 검출하여 전원을 공급 또는 차단할 것인지를 결정하는 전원 제어 블록들과, 상기 전원 제어 블록의 제어 신호에 의해 외부 전원을 각각의 내부 블록들의 내부 전원에 열결 또는 차단하는 선택 트랜지스터들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 반도체 소자의 전원 공급 장치에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 반도체 장치에서의 데이터 처리 과정을 나타낸 개념도이고, 도 3은 데이터 처리를 위한 반도체 장치의 내부 블록의 동작 순서도이다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 전체 구성도이다.

먼저, 반도체 소자내에서 데이터를 처리하는 개념을 설명하면 다음과 같다.

도 2에서와 같이, 반도체 소자내에서 데이터가 처리되는 과정을 보면 임의의 시간을 기준으로 어느 한 순간에는 몇몇 단위 블록만이 데이터를 실제 처리하는 동작을 하고 그 이외의 블록은 대기 상태로 있게되는 것을 알 수 있다. 물론, 이는 파이프 라인으로 구성되어 모든 파이프 라인이 매 순간 동작하는 경우를 배제한 경우를 가정한다. 도 2에서 빗금친 부분은 현재, 데이터를 처리하는 반도체 장치내의 내부 블록을 의미한다. 그 이외의 부분은 현재 데이터 처리를 끝낸 블록을 표시한 것이다.

즉, 반도체 장치내에서 데이터의 처리는 전체가 한 번에 끝나는 것이 아니라 부분적으로 데이터 처리가 이루어지기 때문에 현재 데이터 처리가 이루어지는 부분을 제외하고는 모두 대기 모드 상태가 되어 있다.

이는 반도체 장치내에서 데이터 처리를 위한 내부 블록의 동작 순서가 데이터의 흐름에 따른다는 것을 보여주는 것이다.

도 3은 상기와 같은 개념을 도입하여 저전력의 전원 공급 장치를 구현하기 위한 것으로 데이터 처리가 이루어지는 순서의 블록 단위로 전원을 선택적으로 공급하는 전원 공급 장치의 동작 개념을 나타낸 것이다.

상기와 같은 개념이 도입된 본 발명의 전원 공급 장치의 구성은 다음과 같다.

먼저, 각각의 데이터 처리 블록을 구분하여 그 블록에만 선택적으로 전원을 공급할 수 있는 각각의 소자 내부 블록(40)에 전원을 공급할 것인가 차단할 것인가를 결정하는 선택 신호를 출력하는 전원 제어 블록(41)과, 상기의 전원 제어 블록(41)의 선택 신호에 의해 전원을 차단 또는 패스시키는 pMOS로 구성된 선택 트랜지스터(42)를 포함하여 구성된다.

즉, 반도체 소자내에 데이터의 처리 동작에서의 알고리듬을 파악하여 그 순서대로 전원 전압의 공급이 이루어지도록한 것이다. 이는 각각의 소자 내부 블록(40)에 선택적으로 전원 공급이 이루어지도록 전원 공급 회로가 구성된다는 것을 의미하는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 반도체 소자의 전원 공급 장치에서 단위 내부 블록의 데이터 처리에 따른 전원 공급에 관하여 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 부분 구성도이고, 도 6은 신호 천이 검출부의 구성도이다. 그리고 도 7은 본 발명에 따른 전원 공급 장치의 동작 타이밍도이다.

도 5에서와 같이, Di i+1의 데이터를 내부 블록 입력단(45)을 거쳐 받아들여 데이터 처리 동작을 하고 내부 블록 출력단(46)을 거쳐 다음번째의 소자 내부 블록(40)으로 내보내는 i+1번째의 소자 내부 블록과, 상기 소자 내부 블록의 데이터 처리 동작시에 전원을 공급할것인지를 결정하는 전원 제어 블록(41)과, 상기 전원 제어 블록(41)의 출력 신호에 따라 전원 전압을 차단 또는 공급하는 선택 트랜지스터(42)가 구성되는데, 상기의 전원 제어 블록(41)은 상기의 내부 블록 입력단(45)으로 입력되는 Di i+1의 데이터가 천이되는 것을 검출하는 신호 천이 검출부(Signal Transition Detector)(43a)와, 그 신호 천이 검출부(43a)의 검출 신호에 따라 SL i+1의 신호를 Low가 되도록하여 출력하는 SR 플립 플롭(44)과, 소자 내부 블록에서 데이터 처리가 끝난후 내부 블록 출력단(46)을 거쳐 출력되면 Di+1 i+2의 데이터가 천이되는 것을 검출하여 SR 플립 플롭(44)으로 출력하는 다른 신호 천이 검출부(43b)로 구성된다.

상기의 내부 블록 입력단(45)과 내부 블록 출력단(46)은 VDD단자에 연결되는데 이는 반도체 소자의 데이터 처리 알고리듬상 내부 전원의 충전에는 일정한 시간이 소요되므로 이시간 동안에도 정상적인 동작을 수행하기 위하여 각 내부 클럭의 최초 입력단 부위는 내부 전원을 사용하지 않고 외부 전원을 그대로 사용할 수 있도록 구성한 것이다. 그리고 각 내부 블록의 출력단 또는 다음 내부 블록과의 데이터 전송 동작이 안정적으로 이루어지도록 하기 위하여 외부 전원을 그대로 사용할 수 있도록 구성한 것이다.

상기의 신호 천이 검출부(43a)(43b)는 도 6에서와 같이, 지연 소자에 의하여 지연된 신호와 지연 소자를 거치지 않은 신호를 입력으로 하여 논리 연산 출력하는 E-XOR로 구성된다. 이와 같은 신호 천이 검출부(43a)(43b)는 타이밍의 엇갈림등으로 순간적인 발생하는 글리치(Glitch)를 제거하는 기능을 포함하여 데이터의 글리치에 의한 전력 소모를 방지하는 역할을 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 반도체 소자의 전원 공급 장치의 데이터 처리 동작을 동작 타이밍도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

임의의 내부 블록i+1에 내부 블록i의 출력이 인가되기 전까지는 내부 블록i+1의 내부 전원은 전원 제어 블록(41)에서 출력되는 SL i+1의 선택 신호가 High이므로 플로우팅 상태를 유지한다. 이와 같은 플로우팅 상태에서 내부 블록 입력단(45)에 데이터가 입력되면 이는 즉시 내부 블록 i+1로 전달되어 내부 블록i+1의 전원 제어 블록(41)으로 입력된다. 상기 전원 제어 블록(41)의 신호 천이 검출부(43a)는 내부 블록i+1의 데이터가 천이되는 것을 감지하여 이를 SR 플립 플롭(44)에 전달하여 SL i+1의 신호가 Low가 되도록한다. 이는 곧 내부 전원 VDDV i+1을 외부 전원 VDD와 같은 전압으로 충전시키게된다.

이때, 내부 블록 i+1의 입력단은 내부 전원을 사용하지 않고 외부 전원을 사용하므로 내부 전원 VDDV i+1이 서서히 VDD까지 충전되는 동안에도 데이터의 처리는 정상적으로 이루어진다. 내부 블록 i+1의 내부 블록 입력단(45)이 데이터를 처리하는동안 내부 전원 VDDV i+1이 VDD까지의 승압이 완료되어 데이터는 내부 전원을 이용하는 내부 블록 i+1에 의하여 처리된다.

내부 블록 i+1에 의한 데이터의 처리가 종료되면 처리된 데이터는 곧 다음 블록인 내부 블록 i+2에 전달된다. 이때, 내부 블록 i+1의 내부 블록 출력단(46)의 데이터 천이를 검출하는 신호 천이 검출부(43b)는 내부 블록 i+1의 출력이 천이되는 것을 인식하여 이를 내부 블록 i+1에 의한 데이터 처리의 종료로 판단한다. 따라서 내부 블록 i+1에는 더 이상 전원이 공급될 필요가 없으므로 SL i+1은 High가 되어 내부 블록 i+1의 전원은 차단된다.

내부 전원을 사용하는 저전력 소모용 반도체 장치에 있어서 내부 전원의 제어를 데이터의 흐름과 연계하는 본 발명의 반도체 소자의 전원 공급 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 내부 전원이 데이터 처리 순서에 의한 블록별로 세분화되어 있으므로 내부 전원이 정상 동작시의 전압으로 상승하는 시간이 빠르다. 그러므로 대기 모드와 정상 동작 모드의 전환이 신속하게 이루어지는 효과가 있다.

둘째, 데이터의 흐름에 따라 전원을 제어하므로 전력 소모를 줄일 수 있다. 즉, 처리할 데이터의 양이 적은 경우에는 해당하는 블록들만 동작시키고 다른 블록들은 대기 상태에 있게하므로 소비 전력을 감소시키는 효과가 있다.

셋째, 데이터 내부 전압을 동시에 충전시키지 않고 데이터의 처리 흐름에 따라 선택적으로 내부 블록에 전원을 공급하므로 충전을 위한 초기 피크 전류에 의해 발생하는 동작의 불안정한 특성을 줄이는 효과가 있다.

넷째, 신호 천이 검출부에서 글리치 제거 기능을 하므로 데이터의 글리치에 의한 전력 소모를 방지하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 내부 전원과 외부 전원을 사용하며 동작 모드에 따라 데이터 처리에 필요한 전원을 연결 또는 차단하는 반도체 장치에 있어서,

   데이터 처리의 흐름에 따라 반도체 장치를 다수의 내부 블록들로 구분하여 각각의 내부 블록들에 대응 구성되어 그 블록들에 입력되는 데이터 펄스의 천이를 검출하여 전원을 공급 또는 차단할 것인지를 결정하는 전원 제어 블록들과,

   상기 전원 제어 블록의 제어 신호에 의해 외부 전원을 각각의 내부 블록들의 내부 전원에 열결 또는 차단하는 선택 트랜지스터들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전원 공급 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 전원 제어 블록은 임의의 내부 블록에 입력 또는 출력되는 데이터 천이 펄스를 검지하는 제 1,2 신호 천이 검출부와,

   상기 신호 천이 검출부의 검출 신호에 의해 전원의 연결 또는 차단에 관한 선택 신호를 출력하는 SR 플립 플롭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전원 공급 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 선택 트랜지스터는 소오스가 전원 전압 단자에 연결되고 드레인이 임의의 내부 블록에 연결되는 pMOS인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전원 공급 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 각각의 내부 블록은 내부 전원이 전원 제어 블록의 제어 신호에 의해 외부 전원과 동일한 레벨로 상승하는 동안 데이터를 외부 전원으로 처리하는 내부 블록 입력단과,

   내부 전원이 외부 전원과 동일한 레벨로 상승되면 데이터를 처리하는 메인 블록과,

   상기의 메인 블록에서 데이터 처리가 끝나 그 다음단의 내부 블록으로 데이터를 전달하는 과정에서 데이터를 외부 전원으로 처리하는 내부 블록 출력단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전원 공급 장치.
5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 제 1 신호 천이 검출부는 해당 내부 블록의 내부 블록 입력단에 입력되는 데이터의 천이 펄스를 검출하여 그 검출 신호를 SR 플립 플롭에 인가하고, 제 2 신호 천이 검출부는 해당 내부 블록의 내부 블록 출력단에서 출력되는 데이터의 천이 펄스를 검출하여 그 검출 신호를 SR 플립 플롭에 인가하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전원 공급 장치.

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