KR100273292B1 - 반도체 칩의 입력버퍼회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 칩의 입력버퍼회로에 관한 것으로, 종래 반도체 칩의 입력버퍼회로는 전원전압과 클럭신호의 입력을 위한 핀이 각기 존재하여 고장 발생률이 높고, 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 클럭입력신호를 입력받아 충전을 통해 일정한 전압을 유지하는 충전부와; 상기 충전부에 충전된 전압에 따라 상기 클럭입력신호를 인가 제어하는 제어신호를 출력하는 클럭신호 인가 제어부와; 상기 클럭신호 인가 제어부의 제어신호에 따라 상기 클럭입력신호를 전송제어하는 전송게이트와; 그 전원전압 입력단에 상기 충전부의 출력전압을 입력받아 상기 전송게이트를 통해 전송되는 클럭입력신호를 반전 및 전압레벨을 낮춰 내부회로로 출력하는 인버터로 구성하여 전원전압의 입력 없이 클럭입력신호를 버퍼링하여 내부회로에 인가함으로써, 핀의 수를 줄여 고장 발생률을 줄임과 동시에 제조비용을 절감하는 효과가 있다.

Description

반도체 칩의 입력버퍼회로

본 발명은 반도체 칩의 입력버퍼회로에 관한 것으로, 특히 전원단자를 따로 사용할 필요가 없어 반도체 칩의 핀 수를 줄여 고장 발생률 및 제조비용을 절감하는데 적당하도록 한 반도체 칩의 입력버퍼회로에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 칩은 그 내부에 특정한 반도체 회로를 구비하여 단일기능으로 인쇄회로기판에 실장 되어 특정한 기능을 하게 되며, 특히 인쇄회로기판과의 접점 수를 줄이면 줄일수록 고장 발생률을 줄일 수 있고, 제조비용 또한 절감할 수 있다. 종래 반도체 칩에는 전원전압이 인가되는 핀과 반도체 칩 내부 회로의 동작을 위한 클럭신호가 인가되는 핀이 필요에 따라 복수 개로 형성되어 있다. 보통의 반도체 칩은 입력되는 신호의 전압범위조절 또는 동기의 일치를 위해 입력버퍼를 사용하고 있으며, 이와 같은 종래 반도체 칩의 입력버퍼회로를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 종래 반도체 칩의 입력버퍼회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 클럭입력핀(CLKPIN)과 전원전압핀(VCCPIN)을 연결하는 다이오드(D1)와; 상기 클럭입력핀(CLKPIN)과 접지를 연결하는 다이오드(D2)와; 상기 클럭입력핀(CLKPIN)을 통해 입력되는 클럭신호(CLK)를 상기 전원전압핀(VCCPIN)을 통해 인가되는 전원전압(VCC)의 값과 접지전압의 사이에서 반전하여 내부회로로 출력하는 인버터(INV1)로 구성된다.

이하, 상기와 같은 종래 반도체 칩의 입력버퍼회로의 동작을 설명한다.

먼저, 전원전압핀(VCCPIN)과 클럭입력핀(CLKPIN) 각각을 통해 전원전압(VCC)과 클럭신호(CLK)가 입력되면, 전원전압(VCC)은 인버터(INV1)의 전원공급단자에 인가된다.

이와 같이 인버터(INV1)에 전원전압(VCC)이 인가되면, 그 입력단에 입력되는 상기 클럭신호(CLK)를 반전하여 출력한다. 이때 인버터(INV1)의 출력신호의 전압범위는 상기 전원전압(VCC)과 접지전압의 값을 갖게 된다.

이때, 각각 상기 전원전압핀(VCCPIN)과 클럭입력핀(CLKPIN), 클럭입력핀(CLKPIN)과 접지를 연결하는 다이오드(D1),(D2)는 클럭입력핀(CLKPIN)을 통해 입력되는 클럭신호(CLK)가 전원전압(VCC)과 접지전압 사이의 전압 값을 초과하여 입력되는 경우, 전원전압(VCC)과 접지전압의 전위로 조절하는 역할을 한다.

상기와 같이 종래 반도체 칩의 입력버퍼회로는 전원전압(VCC)과 클럭신호(CLK)를 각각 독립적으로 입력받아 사용한다.

상기한 바와 같이 종래 반도체 칩의 입력버퍼회로는 전원전압과 클럭신호를 각각 독립적으로 입력받아 동작하게 되므로, 반도체 칩의 외부에는 전원전압이 인가되는 핀과 클럭신호가 인가되는 핀이 필요하며, 이에 따라 핀의 수가 증가하여 정전방전(electro static discharge) 등의 문제가 발생할 확률이 높으며, 제조비용 또한 증가하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 전원전압을 따로 입력받지 않고 동작하는 반도체 칩의 입력버퍼회로를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 반도체 칩의 입력버퍼회로도.

도2는 본 발명 반도체 칩의 입력버퍼회로도.

도3은 도2에 있어서, 클럭신호 인가 제어부의 내부회로도.

도4는 도2의 동작파형도.

도5는 상기 도3의 각 노드의 전압 상태 그래프도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

1:클럭신호 인가 제어부 2:전송게이트

상기와 같은 목적은 클럭입력신호를 입력받아 충전을 통해 일정한 전압을 유지하는 충전부와; 상기 충전부에 충전된 전압에 따라 상기 클럭입력신호를 인가제어하는 제어신호를 출력하는 클럭신호 인가 제어부와; 상기 클럭신호 인가 제어부의 제어신호에 따라 상기 클럭입력신호를 전송제어하는 전송게이트와; 그 전원전압 입력단에 상기 충전부의 출력전압을 입력받아 상기 전송게이트를 통해 전송되는 클럭입력신호를 반전 및 전압레벨을 낮춰 내부회로로 출력하는 인버터로 구성함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명 반도체 칩의 입력버퍼회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 클럭입력핀(CLKPIN)에 에노드가 접속된 다이오드(D1)와; 상기 클럭입력핀(CLKPIN)에 캐소드가 접속되며 에노드가 접지된 다이오드(D2)와; 상기 다이오드(D1)의 캐소드를 통해 인가되는 신호를 레벨 쉬프트(LEVEL SHIFT)하여 출력하는 클럭신호 인가 제어부(1)와; 상기 클럭신호 인가 제어부(1)의 제어에 따라 상기 클럭입력핀(CLKPIN)을 통해 인가되는 클럭신호(CLK)를 전송제어하는 전송게이트(2)와; 상기 전송게이트(2)를 통해 클럭신호(CLK)를 입력단에 입력받으며, 상기 다이오드(D1)의 캐소드측 신호를 비선형 저항(PMR1)을 통해 입력받아 상기 클럭신호(CLK)를 반전하여 내부회로로 출력하는 인버터(INV1)와; 상기 다이오드(D1)의 캐소드와 접지를 연결하는 커패시터(C1)로 구성된다.

도3은 상기 클럭신호 인가 제어부(1)의 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 도1의 다이오드(D1)의 캐소드측과 접지사이에 직렬 접속된 커패시터(C2), 저항(R1) 및 비선형저항(NMR1)과; 상기 다이오드(D1)의 캐소드측 신호를 비선형저항(PMR2)을 통해 인가 받아, 상기 커패시터(C2)와 저항(R1)의 접점측 신호를 반전하여 출력하는 인버터(INV2)와; 상기 다이오드(D1)의 캐소드측 신호를 직접 전원전압 입력단에 입력받아 상기 인버터(INV2)의 출력신호를 반전하여 출력하는 인버터(INV3)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 반도체 칩의 입력버퍼회로의 동작을 상세히 설명한다.

먼저, 도4는 본 발명 반도체 칩의 입력버퍼회로의 주요부분 파형도로서, 이에 도시한 바와 같이 클럭신호(CLK)가 최초로 고전위(5V)로 입력되는 구간에서 상기 다이오드(D1)의 캐소드측 전압은 약 4.2V의 값이 된다. 이는 다이오드(D1)가 순방향으로 턴온된 상태이기 때문에 다이오드(D1)의 내부 저항 값에 의해 전압 강하가 0.7~0.8V정도로 일어나기 때문이다.

이와 같은 상태에서, 상기 다이오드(D1)의 캐소드측 전압을 인가 받은 상기 클럭신호 인가 제어부(1)는 고전위신호를 출력하여 상기 전송게이트(2)를 차단하여 클럭신호(CLK)가 인버터(INV1)에 인가되지 않도록 한다.

즉, 커패시터(C2)에는 상기 다이오드(D1)의 캐소드측 전압을 충전하며, 저항(R1)과 비선형저항(NMR1)을 저항 값이 큰 것을 사용하여 상기 커패시터(C2)와 저항(R1)의 접점 즉 인버터(INV2)의 입력을 고전위로 하여, 결국 인버터(INV3)의 출력이 고전위로 출력되도록 한다.

이와 같은 동작에 따라 클럭신호(CLK)는 인버터(INV1)에 입력되지 않아 내부회로에도 입력신호가 없게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 클럭신호(CLK)가 저전위로 천이 하여 입력되는 경우에도 상기 다이오드(D1)의 캐소드측 전압은 감소하지만 상기 클럭신호 인가 제어부(1) 내의 커패시터(C2)가 충전된 상태이며, 상기 도2에 표시한 기생 커패시터(C1)에도 전압이 충전된 상태이므로, 약 0.1V의 전압강하가 있을 뿐이며 고전위상태를 유지할 수 있게 된다.

또한, 도5는 상기 클럭신호 인가 제어부(1)의 각 노드의 파형도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 다이오드(D1)의 캐소드측 전위와 상기 커패시터(C2)와 저항(R1)의 접점측신호가 동일하게 되는 순간에서 커패시터(C2)에 충전이 시작되며, 상기 설명한 바와 같이 저항(R1)과 비선형저항(NM1)의 저항 값이 크므로, 커패시터(C2)에 충전되는 시간은 지연되어, 상기 저항(R1)과 커패시터(C2)의 접점측은 서서히 전위가 감소하게 되어 결국 인버터(INV2)의 문턱전압 이하로 감소하게 된다.

이에 따라 상기 인버터(INV2)는 고전위인 상기 커패시터(C1)에 충전된 전압을 출력하며, 이에 따라 인버터(INV3)의 출력신호는 저전위로 출력되며, 상기 클럭신호(CLK)의 값에 관계없이 이후의 동작에서는 항상 저전위의 출력신호를 출력하게 된다.

이와 같이 상기 클럭신호(CLK)가 고전위로 한 번 인가된 후에는 상기 클럭신호 인가 제어부(1)의 출력신호는 저전위로 고정되어, 상기 전송게이트(2)를 동작시켜 상기 클럭신호(CLK)가 인버터(INV1)에 입력될 수 있도록 하며, 이에 따라 상기 인버터(INV1)는 커패시터(C1)에 충전된 전압과 접지전압 사이의 값을 갖는 출력신호를 출력하게 되고, 이는 내부회로의 클럭신호로서 사용된다.

이때 필수적인 것은 클럭신호(CLK)의 고전위 값이 5V일 때 상기 인버터(INV1)의 문턱전압을 약 0.6V정도로 잡아야 하는 것이다. 이는 인버터(INV1)를 구성하는 피모스 트랜지스터와 엔모스 트랜지스터 및 상기 비선형저항(PMR1)의 게이트 크기를 조절함으로써 구현이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명 반도체 칩의 입력버퍼회로는 전원전압의 인가 없이 클럭신호의 처음 고전위신호를 커패시터에 충전하여, 이를 전원전압으로 사용함으로써, 전원전압의 인가를 위한 핀을 줄여 고장 발생률을 감소시키는 효과와 아울러 제조비용을 절감하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 클럭입력신호를 입력받아 충전을 통해 일정한 전압을 유지하는 충전부와; 상기 충전부에 충전된 전압에 따라 상기 클럭입력신호를 인가제어하는 제어신호를 출력하는 클럭신호 인가 제어부와; 상기 클럭신호 인가 제어부의 제어신호에 따라 상기 클럭입력신호를 전송제어하는 전송게이트와; 그 전원전압 입력단에 상기 충전부의 출력전압을 입력받아 상기 전송게이트를 통해 전송되는 클럭입력신호를 반전 및 전압레벨을 낮춰 내부회로로 출력하는 인버터로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 입력버퍼회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 충전부는 클럭입력신호가 인가되는 클럭신호핀에 에노드가 접속된 다이오드와; 상기 다이오드의 캐소드와 접지사이에 접속된 커패시터로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 입력버퍼회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 클럭신호 인가 제어부는 상기 충전부의 출력측과 접지사이에 직렬접속된 커패시터, 저항 및 제 1비선형 저항과; 제 2비선형 저항을 통해 상기 충전부에 충전된 전압을 그 전원전압 입력단에 입력받아 상기 커패시터와 저항의 접속점측 신호를 반전하여 출력하는 제 1인버터와; 상기 충전부의 출력을 직접 그 전원전압 입력단에 입력받아 상기 제 1인버터의 출력을 반전하여 제어신호로서 출력하는 제 2인버터로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 입력버퍼회로.