KR100289846B1

KR100289846B1 - 저 전력 소비의 전압 제어기

Info

Publication number: KR100289846B1
Application number: KR1019980040588A
Authority: KR
Inventors: 이재점
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2001-05-15
Also published as: US6177785B1; KR20000021487A

Abstract

본 발명에 따른 전압 제어기는 제 1 외부 입력 신호를 받아들여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 기준 전압을 출력하되, 파워 세이프 모드에서는 비활성화 되는 기준 전압 발생 회로와 제 2 외부 입력 신호 및 조정된 출력 전압을 받아들여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 제어 전압을 출력하되, 파워 세이브 모드에서는 비활성화 되는 출력 전압 조정 회로를 포함하고, 상기 기준 전압과 상기 제어 전압을 받아들여서, 상기 기준 전압에 대한 상기 제어 전압의 크기를 검출하여 검출 신호를 출력하되, 파워 세이브 모드에서는 비활성화 되는 검출 회로 및 상기 검출 신호에 응답하여 온/오프 되는 스위치에 연결된 커패시터가 충전 및 방전함으로서 발생되는 조정된 출력 전압을 출력하는 출력 회로를 포함하되, 상기 커패시터는, 상기 스위치가 온 되었을 때, 상기 커패시터는 전원 전압에 의해 충전되면서, 외부 부하로 방전하고, 상기 스위치가 오프 되었을 때는 외부 부하로 방전만한다. 이와 같이 구성된 전압 제어기에서는, 상이한 입력 전압 레벨을 요구하는 외부 부하들에 이들이 원하는 전압을 공급하기 위해서 상기 전압 제어기의 출력 전압 레벨이 가변될 수 있다. 그리고 상기 전압 제어기의 집적 회로 구성이 용이하고, 불필요한 동작 구간에서 전압 제어기를 구성하는 회로들의 동작이 비활성화 됨으로써, 소비 전력이 감소 될 수 있다.

Description

저 전력 소비의 전압 제어기(VOLTAGE REGULATOR OF CONSUMING LOW POWER)

본 발명은 전압 제어기(voltage regulator)에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 저 전력 소비의 전압 제어기에 관한 것이다.

일반적으로, 전압 제어기는 연결되는 외부 부하에 일정 전압을 공급하기 위한 장치로서, 정상 동작 상태에서는 전원 전압과 온도 등의 외부 조건 변화와 무관하게 일정 전압을 이 외부 부하에 전달할 수 있어야 한다. 또한 외부 부하에 따른 출력 전압의 변화가 작아야 하기 때문에 상기 전압 제어기는 작은 출력단 임피던스를 갖도록 구성되는 것이 일반적 특징이다. 이는 Microelectronics, pp 785-795에, Jacob Millman 등에 의해 ″regulated power supply″ 라는 제목으로 게재되어 있다. 통상적인 전압 제어기는 출력 전압이 하나의 전압 레벨로 고정되어 있기 때문에, 이 전압 레벨을 요구하는 외부 부하만으로 상기 전압 제어기의 사용이 국한된다. 그리고 상기 전압 제어기로부터 일정 전압을 공급받는 외부 부하는 필요로 하는 특정 전압 레벨에서 어느 정도 벗어난 전압 레벨을 허용하고 있다. 다시 말하면, 상기 외부 부하는 필요로 하는 전압 레벨에서 어느 정도 높은 전압이나 낮은 전압을 상기 전압 제어기로부터 공급받아도, 상기 외부 부하는 자기에게 주어진 임무를 수행할 수 있다는 것이다. 그런데 종래의 전압 제어기에서는, 상기 외부 부하가 허용할 수 있는 전압 레벨의 마진을 고려하지 않고, 전원이 인가되는 순간부터 전원이 꺼지는 순간까지 상기 전압 제어기를 구성하는 모든 회로들이 계속적인 동작을 하게된다. 다시 말하면, 종래의 전압 제어기를 구성하는 회로들 모두가 불필요한 동작 구간에서도 계속적인 동작을 하고 있어, 불필요한 전력을 소모하게 된다는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 다른 입력 전압 레벨을 요구하는 외부 부하들에 그들이 원하는 전압을 공급하기 위해서 전압 제어기의 출력 전압 레벨이 가변될 수 있고, 집적 회로 구성이 용이하고, 또한 불필요한 동작 구간에서 상기 전압 제어기를 구성하는 회로들을 비활성화시킴으로써, 소비 전력이 감소시킬 수 있는 전압 제어기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전압 제어기를 나타내는 블록도;

도 2는 도 1의 기준 전압 발생 회로를 나타내는 상세 회로도;

도 3은 도 1의 출력 전압 조정 회로를 나타내는 상세 회로도;

도 4는 도 1의 상기 검출 회로 및 출력 회로를 나타내는 상세 회로도 및;

도 5는 전압 제어기에 인가되는 외부 신호의 타이밍도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명

100 : 기준 전압 발생 회로 200 : 출력 전압 조정 회로

300 : 검출 회로 400 : 출력 회로

(구성)

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일특징에 의하면, 저 전력 소비의 전압 제어기는, 제 1 외부 입력 신호를 받아들여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 기준 전압을 출력하는 기준 전압 발생 회로와; 제 2 외부 입력 신호 및 조정된 출력 전압을 받아들여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 제어 전압을 출력하는 출력 전압 조정 회로와; 상기 기준 전압과 상기 제어 전압을 받아들여서, 상기 기준 전압에 대한 상기 제어 전압의 크기를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출 회로; 및 상기 검출 신호에 응답하여 온/오프 되는 스위치에 연결된 커패시터가 충전 및 방전함으로서 발생되는 조정된 출력 전압을 출력하는 출력 회로를 포함하되, 상기 커패시터는, 상기 스위치가 온 되었을 때, 상기 커패시터는 전원 전압에 의해 충전되면서, 외부 부하로 방전하고, 상기 스위치가 오프 되었을 때는 외부 부하로 방전만한다.

이 실시예에 있어서, 상기 기준 전압 발생 회로는, 제 1 외부 입력 신호에 따라 가변되는 저항값을 가지는 부하 회로와, 상기 부하 회로의 저항값 변화에 따라 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 기준 전압을 출력단으로 출력하는 밴드 갭 리퍼런스 회로 및, 상기 기준 전압의 리플을 제거하기 위해 상기 밴드 갭 리퍼런스 회로의 출력단과 접지전압 사이에 연결되는 커패시터를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 부하 회로는 상기 제 1 외부 입력 신호를 받아들여 제 1 데이터 신호를 출력하는 제 1 디코더와, 상기 밴드 갭 리퍼런스 회로의 정전류원과 접지 전압 사이에 직렬로 연결되는 복수 개의 저항들로 구성되는 저항열과, 한 개는 상기 저항열과 접지 전압 사이에 연결되고, 나머지는 상기 저항열을 구성하는 저항들 사이의 전류 경로와 접지 전압의 사이에 각각 연결되는 복수 개의 스위치들로 구성되는 스위치 회로를 포함하되, 상기 스위치들은 상기 제 1 외부 입력 신호에 의해 온/오프 된다.

이 실시예에 있어서, 상기 커패시터는 모스 커패시터로 구성된다.

이 실시예에 있어서, 상기 출력 전압 조정 회로는 상기 조정된 출력 전압을 받아들이는 조정된 출력 전압 입력단자와, 상기 제 2 외부 입력 신호를 받아들여 데이터 신호를 출력하는 제 2 디코더와; 상기 조정된 출력 전압 입력 단자로부터 상기 조정된 출력 전압을 받아들이고, 상기 제 2 데이터 신호에 응답하여 상기 조정된 출력 전압을 분압하여 상기 제어 전압을 발생시키는 분압 회로 및, 상기 제어 전압을 외부로 출력하는 제어 전압 출력 단자를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 분압 회로는 상기 조정된 출력 전압 입력 단자와 상기 제어 전압 출력 단자 사이에 연결되는 커패시터와, 상기 제어 전압 출력 단자와 접지 전압 사이에 병렬 연결된 복수 개의 커패시터들 및 직렬 연결된 커패시터로 구성되는 커패시터열을 포함하되, 상기 커패시터열의 병렬 연결된 커패시터들 중 한 개를 제외한 나머지 커패시터들과 상기 제어 전압 출력 단자 사이에 상기 제 2 데이터 신호에 응답하여 온/오프 되는 복수 개의 스위치들을 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 커패시터들은 모스 커패시터로 구성된다.

이 실시예에 있어서, 상기 출력 회로는, 상기 검출 신호를 상기 스위치에 전달하는 전달게이트를 포함한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 제 1 외부 입력 신호를 받아들여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 기준 전압을 출력하되, 파워 세이브 모드에서는 동작을 멈추는 기준 전압 발생 회로와; 제 2 외부 입력 신호 및 조정된 출력 전압을 받아들여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 레벨을 갖는 제어 전압을 출력하되, 파워 세이브 모드에서는 동작을 멈추는 출력 전압 조정 회로와; 상기 기준 전압과 상기 제어 전압을 받아들여서, 상기 기준 전압에 대한 상기 제어 전압의 크기를 검출하여 검출 신호를 출력하되, 파워 세이브 모드에서는 동작을 멈추는 검출 회로; 및 상기 검출 신호에 응답하여 온/오프 되는 스위치에 연결된 커패시터가 충전 및 방전함으로서 발생되는 조정된 출력 전압을 출력하는 출력 회로를 포함하되, 상기 커패시터는, 상기 스위치가 온 되었을 때, 상기 커패시터는 전원 전압에 의해 충전되면서, 외부 부하로 방전하고, 상기 스위치가 오프 되었을 때는 외부 부하로 방전만한다.

(작용)

이와 같은 구성의 전압 제어기는, 기준 전압 발생 회로와 출력 전압 조정 회로에 의해 출력 전압의 레벨을 가변시킬 수 있어, 다른 입력 전압 레벨을 요구하는 각각의 외부 부하들에 대해 알맞은 입력 전압을 공급할 수 있고, 집적 회로 구성이 용이하며, 파워 세이브 모드에서는 상기 전압 제어기를 구성하는 회로들이 비활성화되어 불필요한 동작 구간에서 상기 회로들의 계속적인 동작으로 발생되던 전력 소비를 방지한다.

(실시예)

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전압 제어기를 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전압 제어기는, 기준 전압 발생 회로(100), 출력 전압 조정 회로(200), 검출 회로(300), 그리고 출력 회로(400)를 포함한다. 상기 기준 전압 발생 회로(100)는 두 개 외부 신호 입력 단자(S1, S2) 및 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)를 포함하고, 상기 검출 회로(300)의 한 입력 단자에 그의 출력 단자가 연결된다. 상기 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)로부터의 입력 신호에 따른 파워 세이브 모드 및 활성 모드 중 상기 활성 모드에서, 상기 기준 전압 발생 회로(100)는 두 개의 외부 신호 입력 단자(S1, S2)로부터 외부 신호를 입력받아 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨 갖는 기준 전압을 출력 단자를 통해 출력한다. 그리고 상기 파워 세이브 모드에서 상기 기준 전압 발생 회로(100)는 비활성화 된다.

상기 출력 전압 조정 회로(200)는 두 개의 외부 신호 입력 단자(S3, S4), 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save) 및 조정된 출력 전압 입력 단자를 포함하고, 상기 검출 회로(300)의 다른 입력 단자에 그의 출력 단자가 연결된다. 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)로부터의 입력 신호에 따른 파워 세이브 모드 및 활성 모드 중 상기 활성 모드에서, 상기 출력 전압 조정 회로(200)는, 상기 두 개의 외부 신호 입력 단자(S3, S4)로부터 두 개의 입력 신호를 받고, 상기 조정된 출력 전압 입력 단자로부터 조정된 출력 전압을 받아들인다. 상기 외부 신호 입력 단자들(S3, S4)로부터의 입력 신호에 응답하여 상기 조정된 출력 전압을 분압하여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 제어 전압을 발생시킨다. 상기 제어 전압을 출력 단자를 통해 출력한다. 그리고 상기 파워 세이브 모드에서 상기 출력 전압 조정 회로(200)는 비활성화 된다.

상기 검출 회로(400)의 출력 단자는 상기 출력 회로(400)의 입력 단자에 연결된다. 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)로부터의 입력 신호에 따른 파워 세이브 모드 및 활성 모드 중 상기 활성 모드에서, 상기 검출 회로(300)는 두 개의 입력 단자로 상기 기준 전압과 상기 제어 전압을 받아들이고, 상기 기준 전압에 대한 상기 제어 전압의 크기를 검출하여, 그 크기에 대한 정보를 갖는 검출 신호를 출력 단자를 통해 출력하게 된다. 상기 출력 회로(400)의 출력 단자는 상기 출력 전압 조정 회로(200)의 조정된 출력 전압 입력 단자에 연결된다. 상기 출력 회로(400)는 상기 검출 신호에 응답하여 그에 대응되는 조정된 출력 전압을 출력하게 된다.

이하, 상기 도 1에 도시된 각 블록에 대응되는 상세한 회로를 참조하여 설명한다.

도 2는 상기 기준 전압 발생 회로(100)를 나타내는 상세 회로도이다.

먼저, 상기 기준 전압 발생 회로(100)는 두 개의 외부 신호 입력 단자들(S1, S2), 부하 회로(110), 밴드 갭 리퍼런스 회로(120), 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save), 바이어스 출력 단자(Vbias), 그리고 기준 전압 출력 단자(Vref)를 포함하고 있다.

상기 부하 회로(100)는 디코더(111), 저항열(112), 스위치 회로(113)를 포함한다. 상기 디코더(111)는, 두 개의 인버터(111a, 111b)와 4 개의 NOR 게이트들(111c, 111d, 111e, 111f)로 구성된다. 상기 디코더(111)는 상기 두 개의 외부 신호 입력 단자(S1, S2)들로부터 두 개의 입력 신호를 받아들여, 4개의 NOR 게이트(111c, 111d, 111e, 111f) 출력 단자로 데이터 신호를 출력한다. 상기 저항열(112)은 4개의 저항들(112a, 112b, 112c, 112d)을 포함하고, 상기 저항들(112a, 112b, 112c, 112d)은 직렬 연결되어 있다. 상기 저항열(112)의 일 단자는 상기 밴드 갭 리퍼런스 회로(120)에 연결된다. 상기 저항열(112)의 각각의 저항들(112a, 112b, 112c, 112d)은 스위치 회로(113)의 스위치를 통해 접지 전압(VSS)에 연결된다. 상기 스위치 회로(113) 는 4개의 N형 모스 트랜지스터들(113a, 113b, 113c, 113d)을 포함한다. 상기 N형 모스 트랜지스터들(113a, 113b, 113c, 113d)의 게이트들은 상기 디코더(111)의 출력 단자들에 연결된다.

두 개의 외부 신호 입력 단자들(S1, S2)로부터 상기 디코더(111)는 입력 신호를 입력받고, 상기 입력 신호에 따른 디코더(111)로부터의 데이터 신호가 상기 스위치 회로(113)의 N형 모스 트랜지스터들(113a, 113b, 113c, 113d)의 게이트들로 전달된다. 상기 데이터 신호에 따라 상기 N형 모스 트랜지스터들(113a, 113b, 113c, 113d)이 온/오프되어, 상기 4개의 저항들로 구성된 저항열의 저항값이 결정된다. 상기 저항들(112a, 112b, 112c, 112d)의 저항값은 동일할 수도 있고, 각각 다른 저항값을 가질 수도 있다.

상기 밴드 갭 리퍼런스 회로(120)는 정전류원(121), 3개의 모스 트랜지스터들(122, 123, 125), 저항(124), 전달 게이트(126), 그리고 모스 커패시터(128)를 포함한다. 상기 정전류원(121)은 P형 모스 트랜지스터(121a) 및 4개의 전류 미러들(121b, 121c, 121d, 121e)을 포함한다. 전류 미러(121b)는 P형 모스 트랜지스터들(PM1, PM2)로 구성되고, 전류 미러(121c)는 P형 모스 트랜지스터들(PM3, PM4)로 구성된다. 전류 미러(121d)는 N형 모스 트랜지스터들(NM1, NM2)로 구성되고, 전류 미러(121e)는 N형 모스 트랜지스터들(NM3, NM4)로 구성된다. 상기 정전류원(121)에서는, 전압 전원(VDD), 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)로 전달되는 입력 신호에 응답하여 온/오프 되는 P형 모스 트랜지스터(121a)와 상기 전류미러들(121b, 121c, 121d, 121e)의 전류 경로가 차례로 직렬 연결되고, 전류 미러(121e)의 한 전류 경로는 상기 접지 전압(VSS)에 연결되고, 다른 전류 경로는 상기 부하 회로(110)를 구성하는 저항열(112)의 일 단자에 연결된다.

상기 P형 모스 트랜지스터들(122, 123), 저항(124), 그리고 N형 모스 트랜지스터(125), 그리고 접지 전압(VSS)의 전류 경로가 차례로 직렬 연결되고, 상기 P형 모스 트랜지스터(122)의 전류 경로는 또한 상기 정전류원(121)의 P형 모스 트랜지스터(121a)와 전류 미러(121b) 사이의 전류 경로에 연결된다. 상기 P형 모스 트랜지스터(122)의 게이트는 상기 전류 미러(121b)를 구성하는 모스 트랜지스터들(PM1, PM2)의 게이트 및 바이어스 출력 단자(Bias)에 연결되고, 상기 P형 모스 트랜지스터(123)의 게이트는 상기 전류 미러(121c)를 구성하는 모스 트랜지스터들(NM3, NM4)의 게이트에 연결된다. 상기 N형 모스 트랜지스터(125)의 게이트는 이 모스 트랜지스터(125)와 접지 전압(VSS) 사이의 전류 경로에 연결된다.

상기 전달 게이트(126)은 상기 P형 모스 트랜지스터(123)와 저항(124) 사이의 전류 경로와 기준 전압 출력 단자(Vref)사이에 연결된다. 상기 전달 게이트(126)는 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)와 인버터(127)를 통해 상기 단자와 연결된다. 상기 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)로부터의 입력 신호, 로직 로우에 응답하여 온된다. 상기 커패시터(128) 즉 모스 커패시터는 상기 기준 전압 출력 단자(Vref)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결되어 기준 전압의 리플(ripple)을 제거한다.

이와 같은 구조의 기준 전압 발생 회로(100)에서는 다음과 같은 동작으로 복수 개의 전압레벨 중 어느 한 레벨을 갖는 기준 전압과 바이어스 전압을 출력하게 된다. 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)에 로우(low) 신호가 인가될 경우, 외부의 입력 신호에 따라 상기 저항열(112)의 저항값이 결정되고, 상기 저항열(112)의 결정된 저항값은 전류 미러들(121b, 121c)내에 있는 P형 모스 트랜지스터들(NM1, NM2, NM3, NM4)의 게이트 전압을 결정하게 된다. 이로인해 상기 바이어스 출력 단자(Vref)의 전압이 결정되고, 상기 저항(124)과 상기 N형 모스 트랜지스터(125)의 전류 경로로 흐르는 전류량 또한 결정된다. 상기 전류량은 상기 기준 전압 출력 단자(Vref)의 전압을 결정하게 된다. 이와 같이 기준전압 발생 회로(100)는 외부 신호 입력 단자들(S1, S2)로부터 입력 신호를 받아들여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 레벨을 갖는 전압을 기준 전압 출력 단자(Vref)와 바이어스 출력 단자(Vbias)에 발생시키게 된다. 그러나 상기 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)에 하이(high) 신호가 인가될 경우, 상기 기준 전압 발생 회로(100)는 비활성화 된다.

도 3은 출력 전압 조정 회로를 나타내는 상세 회로도이다.

도 3을 참조하면, 출력 전압 조정 회로(200)는, 외부 신호 입력 단자들(S3, S4), 조정된 출력 전압 입력 단자(Vout), 디코더(210), 분압 회로(220), 동작 신호 입력 단자(Comp_-En), 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save), 그리고 제어 전압 출력 단자(Vcap)를 포함한다. 상기 디코더(210)는 한 개의 OR 게이트(210a)와 AND 게이트(210b)를 포함하고, 두 개의 외부 신호 입력 단자(S3, S4)로 외부 신호를 입력받아 데이터 신호들을 출력한다. 상기 분압 회로(220)는, 인버터(221), 전달 게이트(222), 제 1 스위치부(223), 그리고 커패시터열(224)을 포함한다. 그리고, 상기 커패시터열(224)은, 모스 커패시터(224a), 제 2 스위치부(224b), 그리고 모스 커패시터부(224c)를 포함한다.

상기 조정된 출력 전압 입력 단자(Vout)는 상기 출력 회로의 조정된 출력 전압 출력 단자(Vout)와 연결되고, 상기 조정된 출력 전압 입력 단자(Vout)와 제어 전압 출력 단자(Vcap) 사이에 전달게이트(222)와 상기 커패시터열(224)의 모스 커패시터(224a)가 차례로 직렬 연결 된다. 상기 전달게이트(222)의 한 게이트는 상기 동작 신호 입력 단자(Comp_-En)와 연결되고, 다른 한 게이트는 인버터(221)를 통해 상기 동작 신호 입력 단자(Comp_-En)에 연결된다. 상기 제 1 스위치부(223)의 N형 모스 트랜지스터(223a)는 상기 전달게이트(222)와 상기 모스 커패시터(224a) 사이의 전류 경로와 접지 전압(VSS)사이에 연결되고, 상기 제 1 스위치부(223)의 N형 모스 트랜지스터(223b)는 상기 제어 전압 출력 단자(Vcap)와 접지 전압(VSS) 사이에 연결된다. 상기 제 1 스위치부(223)의 N형 모스 트랜지스터들(223a, 223b)의 게이터들은 상기 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)에 연결되고, 상기 모스 트랜지스터들(223a, 223b)은 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)로부터의 신호에 따라 온/오프 된다.

상기 커패시터열(224)의 모스 커패시터부(224c)의 모스 커패시터(MC1)는 상기 제어 전압 출력 단자(Vcap)와 접지 전압(VSS)사이에 연결된다. 그리고 상기 모스 커패시터부(224c)의 나머지 커패시터들(MC2, MC3, MC4)의 일 단자는 상기 각각 제 2 스위치부(224b)의 N형 모스 트랜지스터들(NM1, NM2, NM3)을 통해 각각 제어 전압 출력 단자(Vcap)에 연결되고, 타 단자는 접지 전압(VSS)에 연결된다. 상기 제 2 스위치부(224b)의 N형 모스 트랜지스터들(NM1, NM2, NM3)의 게이트는 상기 디코더(210)의 출력 단자에 연결된다.

이와 같이 구성된 검출 회로(200)에서는, 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)로부터의 로우 신호에 응답하여 상기 제 1 스위치부(223)의 상기 N형 모스 트랜지스터들(223a, 223b)이 오프될 때, 디코더(210)가 외부 입력 신호에 따라 데이터 신호를 출력하고, 상기 데이터 신호에 응답하여 상기 제 2 스위치부(224b)의 N형 모스 트랜지스터들(NM1, NM2, NM3)이 각각 온/오프 되어, 상기 분압 회로(220)의 상기 제어 전압 출력 단자(Vcap)와 접지 전압(VSS) 사이의 저항 성분을 결정하게 된다. 이 때, 상기 전달 게이트(220a)는 동작 신호 입력 단자(Comp_-En)로부터의 하이 신호에 따라 온 되어, 상기 조정된 출력 전압 입력 단자(Vout)로부터 조정된 출력 전압을 커패시터열(224)에 전달하게 된다. 상기 커패시터열(224)에 전달된 조정된 출력 전압은 상기 커패시터열(224)의 커패시터(224a)와 선택되어진 커패시터부(224c)의 커패시터들(MC1, MC2, MC3, MC4)에 의해 분압되어, 상기 제어 전압 출력 단자(Vcap)에 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 제어 전압을 상기 제어 전압 출력 단자(Vcap)에 발생시키게 된다.

도 4는 상기 검출 회로 및 출력 회로를 나타내는 상세 회로도이다.

도 4를 참조하면, 먼저 검출 회로(300)는, 바이어스 입력 단자(Vbias), 제어 전압 입력 단자(Vcap), 기준 전압 입력 단자(Vref), 차동 증폭기(340), 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save), 4개의 P형 모스 트랜지스터(320, 330, 350, 360), 커패시터(390), 2개의 N형 모스 트랜지스터(370, 380), 그리고 인버터(310)를 포함한다. 상기 차동 증폭기(340)는 2 개의 P형 모스 트랜지스터(341, 342), 2개의 N형 모스 트랜지스터(343, 344), 그리고 두 개의 입력 단자(+Vin, -Vin)로 구성된다.

먼저 바이어스 입력 단자(Vbias)는 상기 기준 전압 발생 회로(100)의 바이어스 출력 단자(Vbias)와 연결되고, 상기 기준 전압 입력 단자(Vref)는 상기 기준 전압 발생 회로(100)의 기준 전압 출력 단자(Vref)와 연결된다. 그리고 상기 제어 전압 입력 단자(Vcap)는 상기 출력 전압 조정 회로(200)의 제어 전압 출력 단자(Vcap)에 연결된다. 상기 전원 전압(VDD)과 접지 전압(VSS) 사이에 2개의 P형 모스 트랜지스터들(320, 330)과 차동 증폭기(340)가 차례로 직렬연결 된다. 그리고 상기 전원 전압(VDD)과 접지 전압(VSS) 사이에 2개의 P형 모스 트랜지스터들(350, 360)과 2개의 N형 모스 트랜지스터들(370, 380)이 차례로 직렬연결 된다.

상기 P형 모스 트랜지스터(320, 350)의 게이트들은 공통으로 상기 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)에 연결되고, 상기 P형 모스 트랜지스터들(330, 360)의 게이트들은 공통으로 상기 바이어스 입력 단자(Vbias)에 연결된다. 상기 차동 증폭기(340)의 제 1 입력 단자(-Vin)에는 기준전압 입력 단자(Vref)가 연결되고, 제 2 입력 단자(+Vin)에는 제어 전압 입력 단자(Vcap)가 연결된다. 상기 차동 증폭기(340)의 제 2 입력 단자(+Vin)측에 있고, P형 모스 트랜지스터(342)와 상기 N형 모스 트랜지스터(344) 사이에 있는 전류 경로에 상기 모스 커패시터(390)의 일 단자와 상기 N형 모스 트랜지스터(370)의 게이트가 공통으로 연결된다. 그리고 상기 N형 모스 트랜지스터(380)의 게이트는 인버터(310)를 통해 상기 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)에 연결된다.

이와 같이 구성된 검출 회로(300)는 바이어스 입력 단자(Vbias)로부터 이 단자에 인가된 전압을 전달받고, 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)로부터 로우 신호가 인가될 경우, 상기 차동 증폭기(340)는 기준 전압에 대한 제어 전압의 상대적 크기를 검출하여, 그에 대한 정보를 갖는 출력 신호를 상기 커패시터(390)를 통해 출력하게 된다. 상기 기준 전압은 기준 전압 입력 단자(Vref)로부터 공급되고, 상기 제어 전압은 제어 전압 입력 단자(Vcap)로부터 공급된다.

상기 출력 회로(400)는, 출력 동작 신호 입력 단자(Voen), 전달 게이트(430), P형 모스 트랜지스터들(410, 440), 커패시터(450), 인버터(420), 그리고 조정된 출력 전압 출력 단자(Vout)를 포함한다. 상기 전달 게이트(430)는, 상기 검출 회로(300)내에 있는 모스 커패시터(390)의 타 단자와 상기 P형 모스 트랜지스터(440)의 게이트 사이에 연결되고, 상기 출력 동작 신호 입력 단자(Voen)로부터의 동작신호에 응답하여 온/오프된다. 상기 P형 모스 트랜지스터(410)의 드레인은 전원 전압(VDD)에 연결되고, 소오스는 상기 전달게이트(430)와 상기 P형 모스 트랜지스터(440) 게이트 사이의 전류 경로에 연결되고, 게이트는 상기 출력동작신호 입력 단자(Voen)에 연결된다. 이와 같은 구조의 전달게이트(430)와 P형 모스 트랜지스터(410)의 연결은 출력단 임피던스를 감소시키게 된다.

상기 P형 모스 트랜지스터(440)는 모스 트랜지스터(VDD)와 상기 커패시터(450)의 일 단자에 연결되고, 상기 커패시터(450)의 타 단자는 접지 전압(VSS)에 연결된다. 상기 P 형 모스 트랜지스터(440)와 커패시터(450) 사이의 전류 경로에 조정된 출력 전압 출력 단자(Vout)가 연결된다. 이와 같이 구성된 출력 회로(400)는, 출력 동작 신호 입력 단자(Voen)로부터 로직, 하이 신호가 입력될 경우, 상기 검출신호에 응답하여 상기 P형 모스 트랜지스터(440)가 온/오프 된다. 상기 P형 모스 트랜지스터(440)가 온 상태일 경우, 상기 커패시터(450)는 상기 전압 전원(VDD)에 의해 충전되면서, 그가 갖는 전압을 상기 조정된 출력 전압 출력 단자(Vout)로 출력하게 된다. 그러나 상기 P형 모스 트랜지스터(440)가 오프 상태일 경우, 상기 커패시터(450)는 그가 갖고 있는 전압을 상기 조정된 출력 전압 출력 단자(Vout)로 방전만하게 된다.

도 5는 전압 제어기에 인가되는 외부 신호의 타이밍도이다.

도 5를 참조하여 상기 회로들로 구성된 전압 제어기의 전체 동작을 설명한다.

먼저 파워 세이브 모드, 즉 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)로 입력되는 신호가 로직, 하이일 경우, 출력 회로(400)의 출력 동작 신호 입력 단자로 입력되는 입력신호는 로우이고, 출력 전압 조정 회로의 동작신호 입력 단자(Comp_-En)로부터의 입력신호는 하이이기 때문에 상기 기준전압 발생 회로(100), 출력 전압 조정 회로(200), 검출 회로(300)는 동작을 멈추고, 단지 출력 회로(400)는 그 내에 구성된 상기 커패시터(450)에 충전된 전압만을 조정된 출력 전압 출력 단자(Vout)를 통해 외부부하로 방전만하게 된다. 따라서 이 동작 구간에서는 전력 소비가 없게된다.

활성 모드, 즉 파워 세이브 신호 입력 단자(Power_-Save)로 입력되는 신호가 로직 하이, 출력 회로의 동작 신호 입력 단자(Voen)로 입력되는 신호도 하이이고, 그리고 출력 전압 조정 회로(200)의 동작 신호 입력 단자(Comp_-En)로부터의 입력 신호는 하이, 로우, 그리고 하이를 반복하는 경우, 전압제어기를 구성하는 회로가 활성화되어, 조정된 출력 전압이 원하는 레벨을 갖도록 제어된다. 이 경우의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 먼저 원하는 조정된 출력 전압 레벨을 얻기 위해 외부 입력 신호(S1, S2, S3, S4)가 입력되어, 상기 기준 전압 발생 회로(100)내에 포함되는 저항열(112)의 저항값이 결정되고, 상기 출력 전압 조정 회로(200)의 분압 회로(220)내에 있는 선택된 커패시터들에 의해, 제어 전압 출력 단자(Vcap)에서 접지 전압(VSS)까지의 저항 성분이 결정된다. 이어 상기 기준 전압 발생 회로(100)는 전원 전압(VDD)을 공급받게 되고, 또한 그 내에 있는 상기 전달게이트(130e)는 온 상태가 된다. 상기 저항열(112)의 결정된 저항값으로 인해 상기 바이어스 단자(Vbias)의 전압값과 상기 저항열(112)을 통해 흐르는 전류값이 결정된다. 상기 결정된 전류값은 상기 전달게이트(130e)를 통해 연결된 기준 전압 출력 단자(Vref)에 특정 레벨의 기준 전압을 발생시키게 된다.

상기 출력 전압 조정 회로(200)는 조정된 출력 전압 입력 단자(Vout)에 인가되는 조정된 출력 전압을 공급받고, 원하는 전압 레벨의 조정된 출력 전압 출력값을 얻기 위해 외부 입력 신호에 의해 이미 결정된 제어 전압 출력 단자(Vcap)에서 접지 전압(VSS)까지의 저항 성분으로 상기 조정된 전압을 분압하여 상기 제어 전압 출력 단자(Vcap)에 특정 레벨을 갖는 제어 전압을 발생시키게 된다.

상기 검출 회로(300)는 기준 전압 발생 회로(100)의 바이어스 출력 단자(Vbias)로부터의 전압 및 파워 세이브 신호를 인가받아 전원 전압(VDD)으로의 전원 공급에 의해 동작하게 되고, 이때 상기 검출 회로(300)는 상기 기준 전압(VDD)과 상기 제어 전압(Vcap)을 차동 증폭기(310)의 입력 단자들로 받아들여, 상기 제어 전압이 상기 기준 전압보다 클 경우는 하이 검출 신호, 그리고 작을 경우에는 로우 검출 신호를 상기 커패시터(390)를 통해 출력한다.

상기 출력 회로(400)에서는 그 내에 있는 전달게이트(430)가 온 되어 상기 검출 회로(300)로부터의 검출신호가 상기 P형 모스 트랜지스터에 전달된다. 상기 검출신호가 하이 일 경우, 상기 P형 모스 트랜지스터가(440) 오프되어 전원 전압(VDD)과 상기 출력 회로(400)내의 커패시터(450)는 차단된다. 이 경우, 상기 출력 회로(400)는 그 내에 있는 상기 커패시터(400)가 갖고 있는 전압을 상기 조정된 출력 전압 출력 단자(Vout)를 통해 외부 부하로 방전만 하게되고, 상기 검출 신호가 로우일 경우, 상기 P형 모스 트랜지스터(440)가 온 되어 전원 전압(VDD)과 상기 출력 회로(400)내의 커패시터(450)가 서로 연결된다. 이로인해, 상기 검출 회로(300)의 검출신호가 하이가 될 때까지 상기 전원 전압(VDD)으로부터 전달되는 전압에 의해 상기 커패시터(450)는 충전되면서, 그 커패시터(450)가 갖고 있는 전압을 상기 조정된 출력 전압 출력 단자(Vout)를 통해 외부 부하로 방전 및 출력 전압 조정 회로(200)의 조정된 출력 전압 입력 단자(Vout)로 공급하게 된다.

본 발명은 조정된 출력 전압의 레벨을 가변시킬 수 있어, 다른 입력 전압 레벨을 요구하는 각각의 외부 부하들에 대해 알맞은 입력 전압을 공급할 수 있고, 집적 회로 구성이 용이하며, 불필요한 동작 구간에서 전압 제어기를 구성하는 회로들을 비활성화 시킴으로써, 소비 전력을 감소 시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

제 1 외부 입력 신호를 받아들여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 기준 전압을 출력하는 기준 전압 발생 회로와;

제 2 외부 입력 신호 및 조정된 출력 전압을 받아들여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 제어 전압을 출력하는 출력 전압 조정 회로와;

상기 기준 전압과 상기 제어 전압을 받아들여, 상기 기준 전압에 대한 상기 제어 전압의 크기를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출 회로 및;

상기 검출 신호에 응답하여 온/오프 되는 스위치에 연결된 커패시터가 충전 및 방전함으로서 발생되는 조정된 출력 전압을 출력하는 출력 회로를 포함하되,

상기 커패시터는,

상기 스위치가온 되었을 때, 상기 커패시터는 전원 전압에 의해 충전되면서, 외부 부하로 방전하고, 상기 스위치가 오프 되었을 때는 외부 부하로 방전만하는 전압 제어기.
제 1 항에 있어서,

기준 전압 발생 회로는,

제 1 외부 입력 신호에 따라 가변되는 저항값을 갖는 부하 회로와,

상기 부하 회로의 저항값 변화에 따라 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 기준 전압을 출력 단자로 출력하는 밴드 갭 리퍼런스 회로 및,

상기 기준 전압의 리플을 제거하기 위해 상기 밴드 갭 리퍼런스 회로의 출력 단자와 접지 전압 사이에 연결되는 커패시터를 포함하는 전압 제어기.
제 2 항에 있어서,

상기 부하 회로는,

상기 제 1 외부 입력 신호를 받아들여 제 1 데이터 신호를 출력하는 제 1 디코더와,

상기 밴드 갭 리퍼런스 회로의 정전류원과 접지 전압 사이에 직렬로 연결되는 복수 개의 저항들로 구성되는 저항열과,

한 개는 상기 저항열과 접지 전압 사이에 연결되고, 나머지는 상기 저항열을 구성하는 저항들 사이의 전류 경로와 접지 전압의 사이에 각각 연결되는 복수 개의 스위치들로 구성되는 스위치 회로를 포함하되,

상기 스위치들은 상기 제 1 외부 입력 신호에 의해 온/오프 되는 전압 제어기.
제 2 항에 있어서,

상기 커패시터는 모스 커패시터로 구성되는 전압 제어기.
제 1 항에 있어서,

상기 출력 전압 조정 회로는,

상기 조정된 출력 전압을 받아들이는 조정된 출력 전압 입력 단자와,

상기 제 2 외부 입력 신호를 받아들여 데이터 신호를 출력하는 제 2 디코더와,

상기 조정된 출력 전압 입력 단자로부터 상기 조정된 출력 전압을 받아들이고, 상기 제 2 데이터 신호에 응답하여 상기 조정된 출력 전압을 분압하여 상기 제어 전압을 발생시키는 분압 회로 및,

상기 제어 전압을 외부로 출력하는 제어 전압 출력 단자를 포함하는 전압 제어기.
제 5 항에 있어서,

상기 분압 회로는,

상기 조정된 출력 전압 입력 단자와 상기 제어 전압 출력 단자 사이에 연결되는 커패시터와,

상기 제어 전압 출력 단자와 접지 전압 사이에 병렬 연결된 복수 개의 커패시터들 및,

직렬 연결된 커패시터로 구성되는 커패시터열을 포함하되, 상기 커패시터열의 병렬 연결된 커패시터들 중 한 개를 제외한 나머지 커패시터들과 상기 제어 전압 출력 단자 사이에 상기 제 2 데이터 신호에 응답하여 온/오프 되는 복수 개의 스위치들을 포함하는 전압 제어기.
제 6 항에 있어서,

상기 커패시터들은 모스 커패시터로 구성되는 전압 제어기.
제 1 항에 있어서,

상기 출력 회로는,

상기 검출 신호를 상기 스위치에 전달하는 전달 게이트를 포함하는 전압 제어기.
제 1 외부 입력 신호를 받아들여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 전압 레벨을 갖는 기준 전압을 출력하되, 파워 세이브 모드에서는 비활성화 되는 기준 전압 발생 회로와;

제 2 외부 입력 신호 및 조정된 출력 전압을 받아들여 복수 개의 전압 레벨 중 어느 한 레벨을 갖는 제어 전압을 출력하되, 파워 세이브 모드에서는 비활성화 되는 출력 전압 조정 회로와;

상기 기준 전압과 상기 제어 전압을 받아들여서, 상기 기준 전압에 대한 상기 제어 전압의 크기를 검출하여 검출 신호를 출력하되, 파워 세이브 모드에서는 비활성화되는 검출 회로 및;

상기 검출 신호에 응답하여 온/오프 되는 스위치에 연결된 커패시터가 충전 및 방전함으로서 발생되는 조정된 출력 전압을 출력하는 출력 회로를 포함하되,

상기 커패시터는,

상기 스위치가 온 되었을 때, 상기 커패시터는 전원 전압에 의해 충전되면서, 외부 부하로 방전하고, 상기 스위치가 오프 되었을 때는 외부 부하로 방전만하는 전압 제어기.