KR100342872B1 - 전압 강하 변환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부에서 인가된 전원전압을 칩 내부에서 적정한 전압으로 낮출 수 있도록 하는 전압 강하 변환기에 관한 것으로, 전압 강하 변환기는 외부 전원 전압을 공급받아 항상 일정한 기준 전압을 제공하는 기준 전압 발생기와, 기준 전압 발생기에서 공급된 기준 전압과 내부 전압을 비교하여 그 차이 만큼의 신호를 출력하는 비교기와, 비교기에서 출력되는 값에 따라 외부 전원 전압을 내부 회로에서 요구하는 전원 전압으로 공급하는 내부 전원 전압 구동부 및 내부 회로에 전원 전압이 공급될 것을 요구하면서 구동 능력을 갖는 메모리 장치의 제어신호에 의해 구동되어 내부 전원 전압을 공급하는 부가 내부 전원 전압 구동부가 구비된 것을 특징으로 하여 내부 전원 전압이 안정적으로 공급되면서 불필요하게 전력이 소모되는 것을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Description

전압 강하 변환기{VOLTAGE DOWN CONVERTER}
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부에서 인가된 전원전압을 칩 내부에서 적정한 전압으로 낮출 수 있도록 하는 전압 강하 변환기에 관한 것이다.
최근 반도체 장치들은 메모리의 집적도가 증가함에 따라 MOSFET의 게이트 길이와 산화물의 두께가 점점 감소하고 있다. 그러나 외부 전원 전압은 계속적으로 5볼트(V)를 사용하기 때문에 채널 전계가 커져서 트랜지스터의 신뢰도(Reliability) 특성이 나빠진다.
이를 해결하고자 칩 내부에서 전원 전압을 낮추는 전압 강하 변환기가 이용되고 있으며, 최근에는 이 내부 전원 전압을 점점 낮추어 사용하고 있는 추세이다.
일반적인 전압 강하 변환기는 다음과 같이 구성된다.
첫째, 기준전압 발생기.
둘째, 기준전압과 내부 전압을 비교하는 비교기.
셋째, 상기 비교기에서 출력되는 값에 따라 외부 전원 전압을 내부 회로에서 요구하는 내부 전원 전압으로 공급하는 내부 전원 전압 구동부.
도 1은 종래 전압 강하 변환기의 내부 전원 전압 비교기와 구동부를 나타내는 회로도로서, 기준 전압(VREF)과 내부전압(VINT)의 전압차를 검출하는 전류미러형 차동증폭기(10)와 전류미러형 차동증폭기(10)의 출력 결과에 따라 구동되는구동부(20)로서, 외부 전원 전압을 내부 회로에서 요구하는 내부 전원 전압으로 출력하는 제 3 P형 모스 트랜지스터(P3)로 구성되어 있다.
위와 같은 구성으로 부하에 과도한 전류가 유입되어 내부 전압(VINT)이 기준 전압(VREF)보다 낮아지게 되면 전류미러형 차동증폭기(10)의 동작에 의해 제 3 P형 모스 트랜지스터(P3)의 게이트 전압은 더욱 낮아지게 되어 제 3 P형 모스 트랜지스터(P3)는 턴 온이 되고, 그로 인해 내부 전압(VINT)은 다시 상승하게 된다. 그리고 다시 내부 전압(VINT)이 상승하게 되어 기준 전압(VREF)보다 커지게 되면 이번에는 제 3 P형 모스 트랜지스터(P3)의 게이트 전압이 상승하여 제 3 P형 모스 트랜지스터(P3)는 턴 오프가 되어 내부 전압은 상승을 멈추게 된다.
그러나 최근에 DRAM(Dynamic RAM)의 집적도가 높아지고 고속으로 동작하는 DRAM의 집적도가 높아지고 고속으로 동작하는 DRAM을 요구하는 경우가 많아지면서 순간적으로 대단히 많은 내부 전력이 소모되어 전압강하 변환기의 구동부인 제 3 P형 모스 트랜지스터(P3)의 구동 능력이 내부 회로에 전원을 충분히 공급해 주지 못하여 장치가 순간적으로 불안정한 동작을 보인다는 문제가 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 제 3 P형 모스 트랜지스터(P3)의 구동 능력을 크게 할 경우 내부 전력 소모가 그리 크지 않은 경우에는 필요 이상의 전류가 외부 전원으로부터 내부 전원으로 유입되어 내부 전원 전압이 기준전압보다 훨씬 높아지는 새로운 문제점으로 인해 불필요한 전력소모가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 내부 전원 전압이 안정적으로 공급되면서 불필요하게 전력이 소모되는 것을 줄일 수 있는 전압 강하 변환기를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래 전압 강하 변환기의 내부 전원 전압 구동부를 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전압 강하 변환기의 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전압 강하 변환기의 부가 내부 전압 강하 변환기의 실시예를 보인 회로도이다.
도 4는 도 3을 설명하기 위한 타이밍도이다.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
10,120 : 비교기 20,130 : 내부 전원 전압 구동부
110 : 기준 전압 발생기 140 : 부가 내부 전원 전압 구동부
141 : 레벨 쉬프터 142,4 : 제 1 및 제 2 신호 지연부
143 : 노어게이트 145 : C형 모스 트랜지스터
146 : 전위 유지부 147 : 구동부
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 전압 강하 변환기는 외부 전원 전압을 공급받아 항상 일정한 기준 전압을 제공하는 기준 전압 발생기와, 기준 전압 발생기에서 공급된 기준 전압과 내부 전압을 비교하여 발생된 차이만큼의 신호를 출력하는 비교기와, 비교기에서 출력되는 값에 따라 외부 전원 전압을 내부 회로에서 요구하는 전원 전압으로 공급하는 내부 전원 전압 구동부 및 내부 회로에 전원 전압이 공급될 것을 요구하면서 구동 능력을 갖는 메모리 장치의 제어신호에 의해 구동되어 내부 전원 전압을 공급하는 부가 내부 전원 전압 구동부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.
도 2는 본 발명에 따른 전압 강하 변환기의 블록도이다.
여기에 도시된 바와 같이 외부 전원 전압(VEXT)을 공급받아 항상 일정한 기준 전압을 제공하는 기준 전압 발생기(110)와, 기준 전압 발생기(110)에서 공급된 기준 전압(VREF)과 내부 전압(VINT)을 비교하여 그 차이 만큼의 신호를 출력하는 비교기(120)와, 비교기(120)에서 출력되는 값에 따라 외부 전원 전압(VEXT)을 내부 회로에서 요구하는 전원 전압(VINT)으로 공급하는 내부 전원 전압 구동부(130) 및 내부 회로에 전원 전압(VINT)이 공급될 것을 요구하면서 구동 능력을 갖는 메모리 장치의 제어신호(VINTRCS)에 의해 구동되어 내부 전원 전압(VINT)을 공급하는 부가 내부 전원 전압 구동부(140)로 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 전압 강하 변환기의 부가 내부 전원 전압 구동부에 대한 실시예를 나타낸 회로도이다.
여기에 도시된 바와 같이 메모리 장치의 내부 전원 전압(VINT)을 요구하는 제어신호(VINTRCS)에 응답하여 외부 전원(VEXT)을 레벨 변환하여 출력하는 레벨 쉬프터(141)와, 레벨 쉬프터(141)의 출력 신호를 일정시간 지연하여 출력하는 제 1 신호 지연부(142)와, 레벨 쉬프터(141)의 출력 신호와 제 1 신호 지연부(142)의 출력 신호를 노어 게이팅하여 활성화 펄스를 발생하는 노어게이트(143)와, 노어게이트(143)의 출력신호(Active_pulse)를 일정시간 지연하여 출력하는 제 2 신호 지연부(144)와, 제 2 신호 지연부(144)의 출력신호(off_b)와 노어게이트(143)의 출력신호(Active_pulse)를 각각 P형 모스 트랜지스터(P3)와 N형 모스 트랜지스터(N4)의게이트 신호로 하여 구동신호(drv_b)를 발생하는 C형 모스 트랜지스터(145)와, C형 모스 트랜지스터(145)의 출력 노드 전위(drv_b)가 일정 전위를 유지토록 하는 전위 유지부(146) 및 C형 모스 트랜지스터(145)의 출력 신호(drv_b)에 응답하여 구동되는 구동부(147)로 구성됨을 보인다.
여기에서 부연 설명을 하면 DRAM 동작에서 내부 전원을 통해 많은 전류가 공급되어야 하는 경우는 비트라인 센스 엠프리파이어(Bit Line Sense Amplifier:이하 BLSA)를 동작시키는 경우, 그리고 연속적으로 리드/라이트(Read/Write) 동작을 하는 경우 등이 있는데 이러한 동작들은 주어진 제어신호에 의해 동작을 하게 되므로 내부 전원(VINT)을 통해 많은 전류가 공급되어야 하는 경우를 제어신호(VINTRCS)에 의해 예측할 수 있게 된다.
위와 같은 구성에서 부가 전원 전압 강하 구동부(140)를 제어하는 제어신호(VINTRCS)는 부가 전원 전압 강하 구동부(140)의 구동 능력을 초과할 만큼의 큰 동작을 유도하는 신호가 된다. 즉 BLSA 동작시의 내부 전력 소모에 대비해 부가 내부 전원 전압 구동부(140)를 동작시키고 싶다면 BLSA 동작을 유도하는 제어신호를 이용해서 부가 전원 전압 강하 구동부(140)의 입력으로 사용하게 되는 것이다.
위와 같은 구성에서 부가 전원 전압 강하 구동부(140)를 도 4에 있는 타이밍도를 참조하여 설명하면 제어신호(VINTRCS)가 로우(LOW)일 때는 부가 전원 전압 강하 변환기는 동작을 하지 않지만 제어신호(VINTRCS)가 하이(HIGH)가 되는 순간 레벨 쉬프트(141)에서는 출력 신호(A)가 발생하게 되며, 제 1 신호 지연부(142)에서 일정시간 지연된 출력 신호(B)와 노어게이팅을 하여 활성화 펄스신호(Active_pulse)를 출력하게 된다.
그리하면 C형 모스 트랜지스터(145)는 활성화 펄스(Active_pulse)를 일정 지연시키는 제 2 신호 지연부(144)를 통해 출력되는 신호(off_b)를 P형 모스 트랜지스터의 게이트 신호로 받고, 활성화 신호(Active_pulse)를 N형 모스 트랜지스터(N4)의 게이트 신호로 받아 N형 모스 트랜지스터(N4)가 활성화되는 동안 구동부(147)를 구동하여 내부 전원 전압(VINT)을 공급하게 된다. 그리고 제 2 신호 지연부(144)를 통해 공급되는 신호(off_b)가 도달하여 P형 모스 트랜지스터(P3)가 활성화되면 다시 C형 모스 트랜지스터의 출력노드(drv_b)는 하이가 되어 구동부(147)는 내부 전원 전압(VINT)의 공급을 중단하게 된다.
결국 C형 모스 트랜지스터(145)의 출력노드(drv_b)가 로우로 있는 시간 간격은 상기 제 2 신호 지연부(144)의 인버터(I10~I16)들에 의해 결정이 된다.
또한 본 발명은 이러한 시간 지연 요소에 공급되는 파워를 외부 전원 전압(VEXT)으로 함으로써 외부 전원 전압(VEXT)의 변동에 따라 지연시간을 변화하게 하여 공급되는 전류의 양을 일정하게 할 수 있다. 즉 외부 전원 전압(VEXT)이 높은 경우 구동부(147)의 P형 모스 트랜지스터의 구동 능력이 커지므로 구동 시간은 짧게, 외부 전원 전압(VEXT)이 낮은 경우는 구동부(147)의 P형 모스 트랜지스터의 구동 능력이 작아지므로 구동 시간을 길게 함으로써 이를 만족할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 기존의 전압 강하 변환기에 부가적으로 전압 강하 변환기를 추가하여 많은 내부 전력이 필요한 경우에 안정적인 전원을 공급할 수 있으며, 필요시에만 부가적으로 전원을 공급하도록 하여 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

  1. 외부 전원 전압을 공급받아 항상 일정한 기준 전압을 제공하는 기준 전압 발생기와,
    상기 기준 전압 발생기에서 공급된 기준 전압과 내부 전압을 비교하여 발생된 차이만큼의 신호를 출력하는 비교기와,
    상기 비교기에서 출력되는 값에 따라 외부 전원 전압을 내부 회로에서 요구하는 전원 전압으로 공급하는 내부 전원 전압 구동부와,
    내부 회로에 전원 전압이 공급될 것을 요구하면서 구동 능력을 갖는 메모리 장치의 제어신호에 의해 구동되어 내부 전원 전압을 공급하는 부가 내부 전원 전압 구동부로 이루어지는 전압 강하 변환기에 있어서,
    상기 부가 내부 전원 전압 구동부는
    메모리 장치의 내부 전원 전압을 요구하는 제어신호에 응답하여 외부 전원을 레벨 변환하여 출력하는 레벨 쉬프터와,
    상기 레벨 쉬프터의 출력 신호를 일정시간 지연하여 출력하는 제 1 신호 지연부와,
    상기 레벨 쉬프터의 출력 신호와 상기 제 1 신호 지연부의 출력 신호를 노어 게이팅하여 활성화 펄스를 발생하는 노어게이트와,
    상기 노어게이트의 출력신호를 일정시간 지연하여 출력하는 제 2 신호 지연부와,
    상기 제 2 신호 지연부의 출력신호와 상기 노어게이트의 출력신호를 각각 P형 모스 트랜지스터와 N형 모스 트랜지스터의 게이트 신호로 하여 구동신호를 발생하는 C형 모스 트랜지스터와,
    상기 C형 모스 트랜지스터의 출력 노드 전위가 일정 전위를 유지토록 하는 전위 유지부와,
    상기 C형 모스 트랜지스터의 출력 신호에 응답하여 구동되는 구동부
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 전압 강하 변환기.
  2. 삭제
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