KR100386085B1

KR100386085B1 - 고전압 발생회로

Info

Publication number: KR100386085B1
Application number: KR10-2001-0029030A
Authority: KR
Inventors: 김용환
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2003-06-09
Also published as: US20020175745A1; US6809573B2; KR20020090459A

Abstract

본 발명은 차지펌프부의 출력단자에 흐르는 전류에 따라 차지펌프부내에서 동작되는 복수의 차지펌프들의 수를 조절하기 위한 고전압 발생회로에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고전압 발생회로는 펄스신호와 인에이블신호에 따라 선택적으로 턴온되는 복수의 차지펌프로 구성된 차지펌프부와; 상기 차지펌프의 출력단자에 흐르는 전류를 기준전류와 비교하여 제어신호를 발생하는 전류 감지부와; 전류 감지부에서 출력된 복수의 제어신호에 따라 소정의 인에이블신호를 출력하여 복수의 차지펌프들을 동적으로 동작시키기는 제어로직으로 구성된다.

Description

고전압 발생회로{HIGH VOLTAGE GENERATING CIRCUIT}

본 발명은 반도체 메모리장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 메모리장치의 고전압 발생회로에 관한 것이다.

도 1은 미합중국 특허(USP No. 5276646)에 기재된 종래의 고전압 발생회로의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와같이, 종래의 고전압 발생회로는 게이트와 드레인이 전원전압(Vcc)단자에 공통 접속된 풀-업 트랜지스터(11),(12)와, 상기 풀-업트랜지스터(11),12)들의 소스사이에 직렬 접속된 복수의 전압펌프(100)를 포함한다. 이때, 각 차지펌(100)는 캐패시터(13,15)와 트랜지스터(14,16)로 구성된다. 그리고, 차지펌프(100)와 출력단자(19)사이에는 고전압 레벨을 조절하기 위한 피드백회로가 위치된다.

피드백회로는 출력단자(19)의 전압을 감지하는 출력전압 감지부(200)와, 기준전압(310)을 발생하는 기준전압 발생부(300)와, 상기 기준전압 발생부(300)의 기준전압(310)과 출력전압 감지부(200)의 감지전압(260)을 비교하는 전압 비교부(400)와, 상기 전압 비교부(400)의 비교신호(410)에 따라 차지펌프(100)의 동작을 제어하기 위한 제어신호(17,18)를 발생하는 제어신호 발생부(500)로 구성된다.

출력전압 감지부(200)는 출력단자와 접지(Vss)사이에 직렬 접속된저항(201),(202)과, 상기 저항(210)에 병렬 접속된 동적 저항(203,205,204,206)으로 구성된 동적 저항부(250)와, 플래쉬 셀의 프로그래밍 상태를 감지하여 동적 저항부(250)의 저항값을 결정하는 이이피롬(EEPROM) 퓨즈회로(210,220)들로 구성된다.

이이피롬 퓨즈회로(210,220)들은 드레인은 전원전압(Vcc)단자에 접속되고, 게이트와 소스는 공통 접속된 디플리션(depletion) 트랜지스터(211,221)와, 상기 디플리션 트랜지스터(211,221)들의 소스와 접지(Vss)사이에 각각 접속된 플래쉬 셀(212,222)과, 출력노드의 전압을 반전시키는 인버터(213,223)들로 구성된다. 이때, 상기 플래쉬 셀(212,222)들은 플로팅-게이트 FET로 구성된다.

기준전압 발생부(300)는 라이트 인에이블신호(/WE)를 반전시키는 인버터(301)와, 전원전압(Vcc)단자와 접지(Vss)사이에 직렬 접속된 복수의 트랜지스터(302-305)로 구성된다. 이때, 상기 트랜지스터(302,305)들은 디플리션 트랜지스터이고, 상기 트랜지스터(303,304)는 NMOS트랜지스터이다 또한, 상기 디플리션 트랜지스터(302,305)들의 게이트는 접지되며, 상기 NMOS트랜지스터(303,304)들의 게이트는 인버터(301)의 출력단자에 접속된다.

전압 비교부(400)는 인버터(406)의 출력에 인에이블되어 기준전압 발생부(300)의 기준전압(310)과 출력전압 감지부(200)의 감지전압(260)을 차동증폭하는 차동 증폭기와, 상기 차동 종폭기의 출력을 순차적으로 반전시켜 비교신호(410)를 출력하는 인버터(407-409)로 구성된다.

제어신호 발생부(500)는 전압 비교부(400)의 출력신호, 라이트인에이블신호(/WE) 및 클럭신호(Φp)를 노아링하는 NOR게이트(501,502)와, 상기 노아게이트(501,502)의 출력을 각각 반전시켜 제어신호(17,18)을 출력하는 인터터(503-505)로 구성된다.

이와같이 구성된 종래의 고전압 발생회로의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 차지펌프(100)가 펌핑동작을 수행하지 않는 초기상태에서, 출력단자(19)의 전압레벨은 풀-업 트랜지스터(12)에 의해 Vcc-Vth를 유지한다.

이후, 데이터 프로그램상태에서 라이트 인에이블신호(/WE)가 로우레벨로 천이하면, 기준전압 발생부(300)는 디플리션 트랜지스터(302,305)에 의해 분할된 소정의 기준전압(310)을 출력하고, 전압 비교부(400)는 기준전압(310)과 저항분배에 의해 결정된 출력전압 감지부(200)의 감지전압(260)을 비교하여 로우레벨의 비교신호(410)를 출력한다.

즉, 현 상태에서는 기준전압(310)이 감지전압(260)보다 크기 때문에 차동증폭기는 하이레벨의 출력신호를 출력하고, 상기 하이레벨의 출력신호가 인버터(407-409)들에서 순차 반전됨으로써 비교신호(410)는 로우레벨이 된다.

따라서, 제어신호 발생부(500)는 라이트 인에이블신호(/WE)에 의해 인에이블되어, 상기 비교신호(410)가 로우레벨일 때 입력 클럭신호(Φp)에 응답하여 서로 다른 레벨의 펌프 제어신호(17,18)들을 생성하고, 차지펌프(100)는 상기 펌프 제어신호(17,18)에 따라 펌핑동작을 개시하게 된다.

이후, 상기 차지펌프(100)의 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 초기상태에서 NMOS트랜지스터(14)의 드레인은 NMO트랜지스터(11)를 통하여 공급된 전압(Vcc-Vth)으로 프리차지된다. 이때, 캐폐시터(13)로 입력되는 펌프제어신호(17)는 로우레벨(Vss)을 유지한다.

그리고, 데이터 프로그램상태에서 펌프 제어신호(17)가 하이레벨(Vcc)로 천이하면, 캐폐시터(13)의 펌핑동작에 의해 NMOS트랜지스터(11)의 드레인전압은 2Vcc-Vt로 증가됨과 동시에 NMOS트랜지스터(14)는 턴온된다. 따라서, NMOS트랜지스터(11)의 드레인전압(2Vcc-Vt)이 문턱전압(Vt)만큼 강하되어 NMOS트랜지스터(16)의 드레인으로 전송되기 때문에 다음 NMOS트랜지스터(16)의 드레인은 2(Vcc-vt)로 프리차지된다. 이때, 캐폐시터(15)로 입력되는 펌프제어신호(18)는 로우레벨(Vss)을 유지한다.

이후, 펌프 제어신호(18)가 하이레벨로 천이하면 캐폐시터(15)의 펌핑동작에 의해 NMOS트랜지스터(16)의 드레인전압은 3Vcc-2Vt로 증가되고, NMOS트랜지스터(16)는 턴온된다. 따라서, 상기 NMOS트랜지스터(16)의 드레인전압(3Vcc-2Vt)이 문턱전압(Vt)만큼 강하되어 차지펌프(100)의 NMOS트랜지스터(14)의 드레인으로 전송되기 때문에 다음 차지펌프(100)의 NMOS트랜지스터(14)의 드레인은 3(Vcc-vt)로 프리차지된다.

이와같이, 복수의 차지펌프(100)들은 펌프제어신호(17,18)에 따라 프리차지동작과 펌핑동작을 반복적으로 수행하여 출력단자(19)의 전압레벨을 단계적으로 상승시키게 된다.

그리고, 복수의 차지펌프(100)들이 출력단자(19)의 전압을 상승시키는 동안,출력전압 감지부(200)는 출력단자(19)의 전압을 감지하기 위하여 출력전압(207)의 레벨을 결정하는 역할을 수행한다. 즉, 제어신호(251-254)의 레벨에 따라 플래쉬 셀(212,222)의 정보를 변경하여 NMOS트랜지스터(205,206)를 턴온/턴오프시킴으로써 저항(203,204)들이 실제 저항값으로 작용할 수 있도록 제어한다.

이후, 차지펌프(100)의 펌핑동작에 의해 출력단자(19)의 전압이 증가하여 감지전압(260)이 기준전압보다 커지면 전압 비교부(400)는 하이레벨의 비교신호(410)를 출력한다. 따라서, 상기 하이레벨의 비교신호(410)에 의해 제어신호 발생부(500)가 디스에이블됨으로써 차지펌프(100)는 펌핑동작을 중지하게 된다.

그런데, 종래의 고전압 발생회로는 출력전압이 정해진 전압보다 낮을 경우에는 차지펌프들이 모두 동작되지 않게 되어, 프로그램시 출력단자에서 전류를 공급하기 때문에 출력전압이 급격히 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 전압 발생회로는 출력전압을 제한하는 과정에서 전압변동(Voltage ripple)이 커져서 노이즈발생의 우려가 크며, 특히 노드의 다양한 변화에 따라 차지펌프가 단순하게 동작하기 때문에 파워소비가 증가되며 노이즈발생의 우려가 큰 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 출력전압의 레벨에 따라 차지펌프를 선택적으로 동작시켜 파워소비를 줄일 수 있는 고전압 발생회로를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고전압 발생회로는 펄스신호와 인에이블신호에 따라 선택적으로 턴온되는 복수의 차지펌프로 구성된 차지펌프부와; 상기 차지펌프의 출력단자에 흐르는 전류를 기준전류와 비교하여 제어신호를 발생하는 전류 감지부와; 전류 감지부에서 출력된 복수의 제어신호에 대응되는 소정의 인에이블신호들을 출력하여 복수의 차지펌프들을 동적으로 동작시키기는 제어로직으로 구성된다.

도 1은 종래의 고전압 발생회로의 회로 구성도.

도 2는 도 1에서 본 발명에 따른 고전압 발생회로의 블럭도.

도 3은 도2에서 제어로직내에 구비된 진리표를 나타낸 도면.

도 4는 도 2에서 차지 펌프부의 블럭구성도.

도 5는 도 2에서 전류감지부의 상세 구성도.

도 6은 도5에서 감지 증폭부의 상세 구성도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

20 : 차지펌프 30 : 감지 증폭부

31-38 : 기준셀 39,301,305,307 : PMOS트랜지스터

302,306 : 액티브 로드 303 : 차동증폭기

100 : 제어로직 200 : 차지펌프부

300 ; 전류감지부

본 발명에 따른 고전압 발생회로는 도 2에 도시된 바와같이 제오로직(100), 차지펌프부(200) 및 전류감지부(300)로 구성된다.

제어로직(100)은 차지펌프부(200)의 펌핑동작을 제어하기 위한 인에이블신호(en1-en3)를 발생하고, 차지펌프부(200)는 펄스신호(OSC)와 상기 제어로직 (100)에서 출력된 인에이블신호(en1-en3)에 따라 펌핑동작을 수행하며, 전류 감지부(300)는 펌프온신호(pump_on)에 따라 차지펌프부(200)의 출력단자(50)에 흐르는 전류를 감지하여 제어로직(100)을 제어하는 역할을 수행한다.

상기 제어로직(100)은 도 3에 도시된 바와같이 진리표(true table)로 구성되어, 상기 전류감지부(300)에서 출력된 제어신호(con0-con7에 대응되는 인에이블신호(en0-en3)를 출력한다.

상기 차지펌프부(200)는 도 4에 도시된 바와같이, 펄스신호(OSC)와 제어로직 (100)에서 출력된 인에이블신호(en1-en3)에 따라 동작되어 펌핑동작을 수행하는 복수의 차지펌프(20)들로 구성된다.

상기 전류 감지부(300)는 도 5에 도시된 바와같이 출력단자(50)에 흐르는 전류(Iout)를 감지하는 PMOS트랜지스터(39)와, 펌프온신호(pump_on)에 따라 소정의기준전류(Iref)를 발생하는 기준셀(31-38)과, 감지전류(Iout)와 기준전류(Iref)를 비교증폭하여 제어신호(con0-con7)를 발생하는 복수의 감지 증폭부(30)로 구성된다. 이때, 기준셀(31-38)들의 기준전류(Iref)는 서로 정수배가 되도록 설정된다.

그리고, 각 감지 증폭부(30)는 도 6에 도시된 바와같이, PMOS트랜지스터(39)와 커런트미러를 형성하는 PMOS트랜지스터(301)와, PMOS트랜지스터(301)르 통하여 입력된 감지된 감지전류(Iout)를 전압으로 변환하는 액티브로드(302)와, 커런트미러(305,307)를 통해 감지된 기준셀(31-38)의 기준전류(Iref)를 전압으로 변환하는 액티브로드(306)와, 상기 변환된 전압을 차동증폭하여 제어신호(con)를 출력하는 차동증폭기(303)로 구성된다.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 고전압 발생회로의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

펌프-온신호(pump_on)가 액티브되면 도 5에 도시된 바와같이 기준셀(31-38)에는 수 μA의 전류가 흐른다. 이때, 전류셀(31-38)을 통하여 흐르는 전류는 정수배인데, 예를들어, 전류셀(31)에 흐르는 전류를 1μA라고 가정하면 기준셀(32-38)에 흐르는 전류는 각각 순차적으로 2,3,.....7μA가 된다.

복수의 감지 증폭부(30)는 도 6에 도시된 바와같이 커런트 미러(305,307)를 이용하여 상기 기준셀(31-18)들에 흐르는 기준전류(Iref)를 감지하고, 도 6 및 도7에 도시된 커런트미러(39,301)를 통하여 차지펌프부(200)의 출력단자(50)에 흐르는 전류(Iout)를 감지한다. 이때, PMOS트랜지스터(301)는 출력단자(50)에 흐르는 전류(Iout)를 1/500로 커런트 미러링하여 감지전류(Iout')를 출력하기 PMOS트랜지스터(39)의 사이즈(W/L)보다 1/500작게 설계된다.

액티브 로드(302,306)는 각각 PMOS트랜지스터(301,305)를 통하여 흐르는 전류(Iout',Iref)를 전압으로 변환하고, 그 변환된 전압은 차동증폭기(303)에 의에서 비교되어 소정레벨의 제어신호(con)로 출력된다. 이와같이, 복수의 감지 증폭부(30)는 기준전류(Iref)와 1/500로 커런트미러링한 출력전류(Iout)를 비교하여 제어신호(con)의 레벨을 결정한다.

즉, 기준셀(38)에는 펌프온신호(pump_on)가 인가되지 않도록 하여 제어신호(con0)를 "H"레벨로 유지한다. 그리고, 기준셀(31)에 흐르는 기준전류(Iout)를 1μA라고 가정하면 PMOS트랜지스터(39)에 흐르는 전류(Iout')가 500μA이하일 때 제어신호(con0)는 하이레벨이 되고 나머지 제어신호(con2-con7)들은 모두 로우레벨이 된다. 또한, PMOS트랜지스터(39)에 흐르는 전류(Iout')가 1mA이하이면 제어신호(con0,con1)들만 하이레벨이고 나머지 제어신호(con2-con7)들은 모두 로우레벨이 된다. 이와같이 PMOS트랜지스터(39)에 흐르는 전류(Iout')가 증감됨에 따라 각각 제어신호(con1-con7)의 레벨이 결정된다.

제어로직(100)은 도 3에 도시된 진리표(true table)을 이용하여 전류감지부(300)에서 출력된 제어신호(con0-con7에 대응되는 인에이블신호(en0-en3)를 차지펌프부(200)로 출력한다.

따라서, 차지펌브부(200)는 펄스신호(osc)와 상기 제어로직(100)에서 출력된 인에이블신호(en0-en3)에 따라 복수의 차지펌프를 선택적(동적)으로 동작시킨다. 즉, 도 4에 도시된 바와같이, 하나의 차지펌프(20)는 하이레벨의인에이블신호(en0)에 따라 항상 동작시키고, 인에이블신호(en1)가 하이레벨이 되면 하나의 차지펌프(20)가 추가로 동작되어 총 2개의 차지펌프(20)가 동작된다. 또한, 인에이블신호(en2)가 하이레벨이 되면 2개의 차지펌프(20)가 추가로 동작되어 총 4개의 차지펌프(20)가 동작되며, 인에이블신호(en3)가 하이레벨이 되면 4개의 차지펌프(20)가 추가로 동작되어 총 8개의 차지펌프(20)가 동작된다.

상술한 바와같이, 본 발명은 동작되는 차지펌프의 수를 고전압 발생기의 출력전류에 따라 조절함으로써 종래 불필요하게 소모되는 파워소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 각 기준셀을 프로그램할 수 있기 때문에 공정에 따른 차지펌프의 능력이나 또는 고전압 발생기의 출력부하에 따라 기준셀의 상태를 결정함으로써 공정마진을 확보할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 불필요한 파워소비를 줄임으로써 차지펌프의 펌핑캐폐시터의 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에서 선행된 실시예들은 단지 한 예로서 청구범위를 한정하지 않으며, 여러가지 대안, 수정 및 변경들이 통상의 지식을 갖춘 자에게 자명한 것이 될 것이다.

Claims

복수의 차지펌프를 갖는 차지펌프부와;

차지펌프의 최종 출력단자에 흐르는 전류를 기준전류와 비교하여 복수의 제어신호를 발생하는 전류 감지부와;

전류 감지부에서 출력된 복수의 제어신호에 따라 차지펌프부내의 복수의 차지펌프들을 동적으로 구동하는 제어로직으로 구성된 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.
제1항에 있어서, 상기 복수의 차지펌프들은

2의 배수개씩 구동되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.
제2항에 있어서, 상기 복수의 차지펌프중의 하나는 항상 동작되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.
제1항에 있어서, 상기 전류 감지부는

출력단자에 흐르는 전류를 감지하는 제1PMOS트랜지스터와

제어신호에 따라 기준전류를 발생하는 복수의 기준셀들과;

기준전류를 소정의 비율로 커런트미러링하여, 커런트미러링된 기준전류와 제1PMOS트랜지스터에서 감지된 전류를 비교하는 복수의 감지 증폭부로 구성된 것을특징으로 하는 고전압 발생회로.
제4항에 있어서, 상기 기준전류들의 크기는

서로 정수배인 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.
제4항에 있어서, 상기 각 감지 증폭부는

제1PMOS트랜지스터와 커런트 미러를 형성하여, 출력단자에 흐르는 전류를 소정의 비율로 감지하는 제2PMOS트랜지스터와

기준셀에 흐르는 기준전류를 감지하는 제1커런트미러와;

제2PMOS트랜지스터 및 제1커런트 미러에서 감지된 전류를 전압으로 각각 변환하는 제1,제2액티브 로드와;

제1,제2액티브로드에서 변환된 전압들을 차동증폭하여 제어신호를 출력하는 차동 증폭기로 구성된 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.
제6항에 있어서, 상기 제2PMOS트랜지스터의 사이즈는

제1PMOS트랜지스터의 1/500인 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.
제1항에 있어서, 상기 제어신호 발생부는

제어신호에 대응되는 인에이블신호를 테이블형태로 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.