KR100433327B1 - 독립적으로 구동되는 다수의 전하 펌프를 포함하는 전하펌프 발생기 시스템과 그 방법 - Google Patents

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Abstract

전압 전원에 의해 도달된 전압 레벨에 따라 일부 또는 모든 이용가능한 전하 펌프를 작동시킴으로써 내부적으로 생성된 전압 전원의 레벨을 더 정밀하게 유지하는 전하 펌프 발생기 시스템과 방법이 제공된다. 전압 전원이 목표 레벨로부터 떨어져 있을 때, 전하 펌프의 제 1 및 제 2 그룹이 작동한다. 제 1 그룹은 바람직하게는 제 2 그룹보다 더 빠른 펌핑율 또는 더 많은 수의 전하 펌프를 갖는다. 전압전원이 소정의 제 1 레벨을 초과할 때, 전하 펌프의 제 1 그룹은 오프로 스위칭되고, 반면에 제 2 그룹은 온 상태를 계속 유지하여, 전하 전송율이 느려진다. 제 2 그룹은 제 2 전압 레벨, 예를 들어, 목표 전압 레벨이 초과될 때까지 계속 작동한다. 그러면, 느려진 전하 전송율은 전압 전원 라인으로 전달되는 오버슈트, 링잉 및 잡음을 효과적으로 감소시킨다. 바람직하게는 적어도 하나의 전하 펌프가 스탠바이 및 액티브 모드의 양 모드에서 동작하여 칩 면적을 감소시킨다.

Description

독립적으로 구동되는 다수의 전하 펌프를 포함하는 전하 펌프 발생기 시스템과 그 방법{CHARGE PUMP SYSTEM HAVING MULTIPLE INDEPENDENTLY ACTIVATED CHARGE PUMPS AND CORRESPONDING METHOD}
흔히 집적 회로는 내부에서 공급 전압을 생성할 필요가 있다. 예를 들어, 기억 회로는 승압 워드라인(boosted wordline) 공급 전압(예를 들어, 3.3V) 또는 네가티브 워드라인(negative wordline) 공급 전압(예를 들어, 0.5V)과 같은 특정 공급 전압의 내부적 생성을 요구할 수 있다. 전하 펌프(charge pump)는 집적 회로에 손쉽게 내장되는 장치로서, 외부 전원으로부터 내부 공급 전압을 생성하고 유지하는데 사용될 수 있다.
"전하 펌프"의 의미를 특별히 도시된 것만으로 제한되지 않으며 단지 예시를 위한 것으로써, 도 9는 제 1 정전압 입력(Vdd)으로부터 공급 전압(Vout)을 생성하는 데 사용되는 전하 펌프(250)의 간단한 개략도를 나타낸다. 전하 펌프(250)는 전하 전송률을 결정하는 입력(CLK)과 전하 펌프의 온-오프 스위칭을 제어하는 제어 신호(P1)를 수신한다. 알려진 바와 같이, CLK는 전하 펌프 클럭 신호(Vclk)와 그 역 신호(/Vclk)를 제공하며, 캐패시터(CP2와 CP1)는 이 신호에 의해 교대로 작동한다. CLK의 첫번째 반주기(half cycle) 동안, Vclk는 하이(high)이고, /Vclk는 로우(low)이며, CP1은 전압 입력(Vdd)으로부터 충전되어 그 전압이 /Vclk+Vdd로 상승한다. CLK의 두번째 반주기 동안에는, Vclk는 로우로 떨어지고, 반면에 /Vclk는 하이로 상승한다. 이것은 CP1의 포텐셜을 상승시키고, 반면에 CP2의 포텐셜이 일시적으로 떨어셔서 CP1에 저장된 전하가 CP2로 전송된다. 마지막으로, CLK의 두번째 전주기(full cycle) 동안, 전하는 CP2로부터 생성된 전압 전원 출력(Vout)으로 전달된다.
전압 전원으로부터의 필요 전류량은 집적 회로의 작동 상태에 따라 변한다. 예를 들어, 컴퓨터 및 프린터와 같은 많은 시스템에서, 메모리 칩은 어떤 때에는 예를 들어, 칩의 데이터에 액세스 하기 위해 상대적으로 많은 전류를 필요로 하는 액티브 모드에서 작동하고, 다른 때에는 상대적으로 전류를 거의 필요로 하지 않는스탠바이 모드 또는 "슬립(sleep) 모드"에서 작동하는데, 이는 어떤 메모리 셀도 액세스되지 않을 때의 누설 전류에 대비하여 내부 정적 상태 전압 레벨, 예를 들어 Vbleq를 방지하기 위해서만 요청된다.
도 10은 액티브 전하 펌프(124)와 스탠바이 전하 펌프(126)를 모두 포함하는 종래의 전하 펌프 시스템의 일례를 나타낸다. 스탠바이 전하 펌프(126)가 계속해서 칩으로 전류를 공급할 수 있는 반면에, 액티브 펌프(124)는 "펌프 인에이블(pump enable)" 신호(P1)에 의해 인에이블되는데, 이는 전하 누설로부터의 열화에 대비하여 전원(Vout)의 전압 레벨을 유지하기 위해 요청된다. 액티브 펌프(124)는 액티브 동작에 필요한 큰 전류를 충족하도록 설계되며, 따라서, 스탠바이 전하 펌프(126)보다 더 높은 펌핑율, 즉, 더 큰 용량 또는 더 높은 전하 전송율을 갖는다. 반면에, 스탠바이 전하 펌프(126)는 전력을 거의 소비하지 않고, 긴 주기의 시간에 대해 출력 전압을 거의 일정한 레벨로 유지하도록 설계되며, 이에 따라 더 낮은 펌핑율을 갖도록, 즉, 더 느려지도록 설계된다.
스탠바이 펌프(126)는 어떤 워드라인도 칩 내에서 구동되지 않을 때, 스탠바이 모드 또는 슬립 모드 동안 누설되는 전하를 보충하기 위해서만 필요하다. 액티브 펌프는 워드라인이 기억 비트로의 액세스를 위해 또는 재충전(referesh) 동작을 위해 구동되는 때에는 항상 온으로 스위칭된다. 스탠바이 전하 펌프(126)는 액티브 펌프에 비하여 느린 단일 속도로, 다시 말해, 변화하지 않는 CLK 주파수에 의존하여 계속해서 동작한다. 지금까지, 스탠바이 전하 펌프가 액티브 전하 펌프보다 더 낮은 출력 전류로 계속 동작했기 때문에, 스탠바이 펌프는 그 기능을 전담하는 별도의 장치로 설계되어야 했다. 그러나, 스탠바이 전하 펌프(126)가 액티브 전하 펌프(124)보다 상당히 적은 출력 전류를 제공함에도 불구하고, 스탠바이 전하 펌프(126)를 구현하는 데 필요한 칩 면적은 액티브 전하 펌프(124)를 구현하는 데 필요한 면적과 비슷하다.
도 11은 도 10에 도시된 종래의 전하 펌프 시스템의 작동을 설명하는 타이밍도이다. 액티브 전하 펌프(124)는 통상적으로, 입력(CLK)으로서 전하 펌프에 작용하는 고정 출력 주파수를 갖는 링 발진기에 의해, 도 9를 참조하여 전술한 전하 펌프와 유사한 방법으로 구동된다. 결론적으로, "액티브 구간" 동작에서, 액티브 전하 펌프(124)가 단일 기준 전압(Vref)을 초과하는 출력 전압(Vout)에 근거해서만 구동되거나 구동되지 않을 수 있기 때문에, 액티브 전하 펌프(124)는 출력 전압이 상대적으로 빨리 상승하고 떨어지게 한다. "링잉(ringing)" 레벨은 리미터(limiter) 속도와 배선(wiring) 임피던스에 의존한다. 더 느린 피드백 속도와 높은 배선 저항을 갖는 리미터는 더 높은 레벨의 링잉을 초래한다. 이것은 리미터가 목표 레벨 이하의 출력 레벨을 검지할 때, 제어 신호(도시되지 않음)를 구동하여 펌프가 온 상태가 되도록 하기 때문이다. 먼저, 제어 신호를 트리거하는 데에는 시간이 걸리게 되고, 이에 따라, 배선을 따라 제어 신호를 전하 펌프에 전달하는 데에는 더 많은 시간이 걸린다. 이 시간 동안, 전압 레벨은 계속해서 언더슈트(undershoot)될 것이다. 유사하게, 리미터는 출력 레벨이 목표 레벨에 도달했음을 검지하면 제어 신호를 생성하여 전하 펌프를 차단한다. 그러나, 제어 신호를 생성하여 전하 펌프로 전달할 때에 발생하는 지연은 전압 레벨을오버슈트(overshoot)시킨다.
이러한 링잉을 감소시키기 위한 방법 중의 하나가 고속 리미터를 활용하는 것이다. 그러나, 일반적으로 고속 리미터는 높은 DC 전류를 필요로 하는 저항 전압 디바이더와 차동 증폭기의 사용으로 인한 고전력 소모 때문에 적합하지 않다. 다른 방법은 더 넓은 도체를 사용하여 배선 임피던스를 감소시키는 것이다. 그러나, 그렇게 하는 것은 직접적으로 칩 면적을 증가시킬 수 있다. 전압 레벨(Vout)에서 상대적으로 큰 "링잉"은 메모리 칩에서 잡음을 유도한다. 스탠바이 전하 펌프(126)는 또한 액티브 구간 동안 작동하지만, 그 출력 전류는 Vout의 상승과 하강에 거의 영향을 주지 않으며, 이때 그 출력 전류는 액티브 전하 펌프(124)의 출력 전류보다 매우 적다.
스탠바이 구간 동작에서, 액티브 펌프(124)는 비활성화된 펌프 인에이블 신호(P1)에 의해 오프로 스위칭된다. 그러나, 스탠바이 펌프(126)는 비활성화된 것이 아니라 출력 전압(Vout)을 그 목표 레벨로 회복할 필요가 있을 때에 계속 동작한다. 이러한 방식에 의해 출력 전압(Vout)이 액티브 구간과 스탠바이 구간의 양 구간 동안에 그 목표 레벨에서 또는 그 근처에서 유지된다.
본 발명의 목적은 전담 스탠바이 전하 펌프를 제거하여, 반도체 칩의 레이아웃 면적을 감소시킬 수 있는 전하 펌프 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전압 전원으로의 전하 전송율이 전압 전원에 의해 도달된 전압 레벨의 함수에 따라 변하는 전하 펌프 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 소정의 서로 다른 전압 레벨에 도달하는 전압 전원에 응답하여 전하 펌프의 서로 다른 그룹이 개별적으로 온과 오프로 스위칭되는 전하 펌프 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 도달되는 전압 레벨에 따라 전하 전송율을 변화시킴으로써 전압 전원 레벨을 더 정밀하게 제어하여, 전압 전원 라인으로 전달되는 링잉과 잡음의 양을 감소시키는 데 있다.
관련 출원에 대한 정보
본 출원은 1999년 10월 29일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/430,807 호, "Charge Pump System Having Multiple Charging Rates and Corresponding Method"(대리인 문서 번호 제 HQ9-98-077 호)와 관련이 있으며, 상기 미국 특허 출원은 참조로서 인용된다.
본 발명은 집적 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 집적 회로 내부에서 생성되는 공급 전압을 유지하기 위한 회로 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 구성된 전하 펌프 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 전압 전원 레벨에 따른 제어 신호(C0와 C1)의 활성화를 나타내는 타이밍도이다.
도 3은 2단 리미터(112)의 개략도이다.
도 4는 또 하나의 2단 리미터(212)의 개략도이다.
도 5는 링 발진기(210)의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다중 전하 펌프 실시예의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 다중 전하 펌프 실시예의 블록도이다.
도 8은 도 6의 실시예에 도시한 바와 같은 스탠바이 리미터/발진기(310)의 개략적인 블록도이다.
도 9는 종래의 예시적인 전하 펌프를 나타내는 개략도이다.
도 10은 종래의 전하 펌프 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 11은 도 10에 도시된 종래의 전하 펌프 시스템의 작동을 나타내는 타이밍도이다.
도 12는 본 발명에 사용된 이중 모드 전하 펌프의 구성과 제어 신호 상호 연결을 나타내는 간단한 개략도이다.
본 발명의 상기 목적과 그 외의 목적이 본 발명에 따른 다수의 충전율 전하 펌프 시스템과 방법에 의해 제공된다.
전하 펌프 시스템은 생성된 전압 전원의 레벨이 소정의 제 1 레벨보다 더 낮을 때, 제 1 및 제 2 전하 펌프 그룹이 전압을 그 목표 레벨로 급격히 증가시키도록 작동한다. 전압이 소정의 제 1 레벨을 초과할 때, 전하 펌프의 제 1 그룹은 오프로 스위칭되지만, 제 2 그룹은 계속해서 동작하여 비록 이전보다 더 느린 속도이기는 하지만 전압 전원의 레벨을 증가시킨다. 마지막으로, 전압 전원이 (일반적으로 목표 전압 레벨에 대응하는) 소정의 제 2 레벨을 초과하는 레벨로 상승할 때, 전하 펌프의 제 2 그룹이 마찬가지로 오프된다.
이 때, 바람직하게는, 더 느린 속도로 작동하는 스탠바이 전하 펌프로서 하나의 전하 펌프를 온으로 스위칭된 상태로 남겨 두어 목표 전압 레벨을 유지한다. 전압이 소정의 제 2 레벨 이하로 다시 떨어질 때, 전하 펌프의 제 2 그룹이 다시 온으로 변환되어 더 느린 속도로 전압을 목표 레벨로 다시 증가시킨다. 그러나, 만일 전하 펌프의 제 2 그룹이 충분한 전력을 출력하지 않는다면, 전압은 소정의 제 1 전압 레벨 이하로 떨어질 것이다. 이러한 경우, 전하 펌프의 제 1 그룹이 제 2 그룹과 병행하여 다시 온으로 스위칭되어, 전하 전송율을 증가시키고, 전압을 그 목표 레벨로 다시 회복시킨다.
이하에 도시된 실시예는 두 개의 소정 레벨 각각에 도달하는 생성된 전압 전원에 관한 전하 펌프 제어에 대해서만 설명하고 있으나, 당업자라면 본 발명의 원리와 개념이 두 개 이상의 전압 레벨에 대한 제어가 이루어지는 시스템에 적용됨을 알 수 있을 것이다. 본 발명에 따르면, 출력 전압 레벨은 이미 언급된 고속 리미터 또는 더 넓은 배선 패턴 사용에 따른 단점없이 더욱 세밀한 제어를 통해서 유지된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발생기(generator) 시스템(10)을 나타내는 블록도이다. 본 실시예에서는, 여기에서 설명되는 다른 실시예에서와 마찬가지로 전하 펌프(20)로부터 생성된 전압 전원(Vout)으로의 전하 전송이 다수의 소정 전압 레벨에 도달한 전압 전원(Vout)에 응답하여 제어된다. 발생기 시스템은 출력된 제어 신호(C0와 C1)의 상태를 Vout에 의해 도달된 전압 레벨에 응답하여 변화시키는 2단 리미터(12)를 포함한다. 제어 신호(C0와 C1)는 발진기(15와 16)와 전하 펌프(20과 30)로의 입력으로서 각각 제공된다. 전하 펌프(20과 30)와 리미터(12)는 펌프 인에이블 회로(18)로부터 인에이블 입력(P1)을 수신한다. 제어 신호(C0와 C1)는 각각 전하 펌프(20과 30)의 온-오프 스위칭을 제어한다.
도 3은 도 1에 도시된 리미터(12)로 사용될 수 있는 2단 리미터(112)의 개략적인 도면이다. 리미터(112)는 Vout에 걸쳐 트랜지스터 쌍(P60과 N70)에 연결된 직렬 접속 저항(R1, R2, R3)에 의해 형성되는 저항 디바이더를 포함한다. 저항 디바이더는 Vout과 특정 관계에 있는 출력 전압(K1과 K2)을 제공한다. 차동 증폭기(30)는 고정 기준 전압(Vref)을 초과하는 분배 전압(K1)에 응답하여 제어 신호(C0)를 비활성화시킨다. 분배 전압(K2)과 관련하여 작동된다는 점을 제외하면, 차동 증폭기(40)는 같은 방식으로 제어 신호(C1)를 비활성화시킨다. 2단 리미터는 트랜지스터 스위치(pMOS P60과 nMOS N70)를 함께 제어하여 발생기 시스템을 활성화 및 비활성화하는 P1로 명명된 펌프 인에이블 신호에 의해 온과 오프로 스위칭된다. 따라서, Vout이 제 1 전압 레벨(V1) 이하에 있는 동안에는, 리미터(112)는 제어 신호(C0와 C1)를 하이 상태로 계속 유지한다. 그 다음, 리미터(112)는 Vout이 전압(V1)에 도달할 때 제어 신호(C0)를 비활성화시킨다. 마지막으로, Vout이 전압(V2)에 도달하면 리미터(112)는 제어 신호(C1)를 비활성화시킨다.
작동에서, 도 2a 내지 2c에 도시한 바와 같이, 전하 펌프 시스템(10)이 처음 온이 될 때, 전압 전원(Vout)의 레벨은 소정의 제 1 전압 레벨(V1) 이하이다. 리미터(12)는 제어 신호(C0와 C1)를 하이 상태로 계속 유지하여 두 발진기(15와 16)와 두 전하 펌프(20과 30)가 모두 동작하게 만든다. 소정의 제 1 전압 레벨(V1)에 도달한 전압 전원에 응답하여, 리미터(12)는 제어 신호(C0)를 비활성화시켜 발진기(15)와 전하 펌프(20)를 오프시키게 되는데, 이에 의해, 오직 하나의 전하 펌프만이 동작하기 때문에 전압 전원(Vout)으로의 전하 전송율을 감소시킬 수 있다. 전압 전원이 소정의 제 2 전압 레벨(V2)에 도달할 때, 리미터는 다음 차례로 제어 신호(C1)를 비활성화시켜서 발진기(16)와 전하 펌프(30)를 정지시켜, 전압 전원(Vout)으로의 전하 전송을 중지한다.
특정 조건 하에서 전압 전원(Vout)으로부터의 예측된 전류 전달에 근거하여, 전하 펌프(20과 30)의 전하 전송율은 의도적으로 다른 값으로 설정될 수 있다. 전하 전송율은 발진기(15와 16)의 출력 주파수, 특정 제어 신호(C0 또는 C1)에 의해 제어되는 전하 펌프의 개수, 각 전하 펌프(20 또는 30) 내의 축적 캐패시터(CP1, CP2)(reservoir capacitor)(도 9 참조)의 저장 용량 및 각 전하 펌프(20 또는 30)로 동력을 공급하는 외부 전압(Vdd)과 같은 파라미터에 의해 결정된다. 예를 들어, Vout이 V1 이하일 때에는, V1을 초과할 때의 전송율보다 두 배 이상 높은 전하 전송율로 펌프 시스템(10)을 작동시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우에, 더 큰 전하 전송율은 전하 펌프(30)로부터보다는 전하 펌프(20)로부터 요구된다.
전하 펌프(20)에서 더 큰 전하 전송율을 제공하기 위해, 다음과 같은 변환이 일부 또는 모두 이루어질 수 있다. 발진기(15)의 출력 주파수가 발진기(16)의 출력주파수보다 더 높게 설정될 수 있다. 신호(C0)에 의해 제어되는 전하 펌프(20)의 개수가 전하 펌프(30)의 개수보다 더 많은 숫자로 증가될 수 있다. 하나 이상의 전하 펌프(20)에 사용되는 축적 캐패시터(CP1, CP2)의 저장 용량 또는 외부 전압 전원(Vdd)의 레벨이 전하 펌프(30)에서 사용될 때보다 더 큰 값으로 증가될 수 있다. 당업자라면 상기 파라미터들의 변화가 전하 펌프(20과 30) 간의 전하 전송율에 상대적인 차이를 제공함을 이해할 것이다.
도 5는 발진 출력(CLK)을 제공하는 예시적인 발진기(210)의 개략도를 나타낸다. 예시적인 발진기(210)는 다섯 개의 스테이지로 이루어지며, 각 스테이지는 각각의 출력 노드(B, C, D, E, F)에 나타나는 제어가능한 지연을 제공한다. 각 스테이지는 저항(R101A와 R102B), pMOS 트랜지스터 스위치(P201) 및 nMOS 트랜지스터 스위치(N201)를 포함한다. 제어 신호(C0 또는 C1)는 발진기(210)의 작동을 활성화한다.
다른 실시예에서, 전하 펌프의 각 그룹은 다수의 전하 펌프를 포함한다. 그러므로, 도 6에 도시된 실시예(600)에서, 전하 펌프의 제 1 그룹(CP2, CPn-1 등)은 제어 신호(C0)를 수신하도록 연결되고, 반면에 전하 펌프의 제 2 그룹(CP3, CPn 등)은 제어 신호(C1)와 펌프 인에이블 입력(P1)을 수신하도록 연결된다. (도 3으로부터의) 2단 리미터(112)는 전압 전원(Vout)에 의해 도달된 레벨에 따라 제어 신호(C0와 C1)의 상태를 결정한다. 다른 전하 펌프(CP1; 340)는 스탠바이 리미터/발진기(310)로부터 출력되는 제어 신호(Cs)는 수신하되 P1은 수신하지 않는 2중 모드 전하 펌프이다. 전하 펌프(CP1; 340)는 도 12에 도시된 바와 같이 구성되어 제어 신호를 수신한다. 액티브 구간 동안에 활성화된 제어 신호(P1, C0 또는 C1)는 CP1(340)을 작동시키지 않는다는 점에 유의해야 한다.
스탠바이 리미터/발진기(310)의 구성이 도 8에 도시된다. 이 회로는 스탠바이 클럭(CKS)을 이중 모드 전하 펌프(CP1)로 출력한다. 리미터(312)는 저전류 차동 증폭기(501)와 저항(R24와 R25)에 의해 형성된 저항 디바이더를 사용하는 전압 디바이더를 사용하여 스탠바이 제어 신호를 생성한다. 저항 디바이더는 바람직하게는도 3에 도시된 리미터(112)의 저항(R1, R2, R3)의 총 직렬 저항값보다 약 5 배 내지 20 배 정도가 더 큰 총 직렬 저항값을 갖는다. R24 및 R25와 저전류 차동 증폭기(501)의 더 높은 저항값은 집적 회로가 일시 정지 모드 또는 슬립 모드일 때와 같은 스탠바이 구간 동안 DC 전력 소비를 감소시키기 위해 요청된다. 반면에, 더 높은 전류 차동 증폭기(30과 40)와 액티브 리미터(112)의 더 낮은 저항값(R1, R2, R3)은 액티브 구간 동안 제어 신호(C0와 C1)의 빠른 스위칭을 제공한다.
차동 증폭기(501)의 출력은 P1이 비활동 상태에 있을 때의 스탠바이 구간 동안에만 Cs로 선택되어 출력된다. 그렇지 않다면, 제어 신호(C1)가 P1이 활동 상태일 때 액티브 구간 동안에 전달되어 제어 신호(Cs)로 출력된다. 발진기(503)는 제어 신호(Cs)가 활동 상태에 있는 한 출력 주파수를 전하 펌프(340)로 제공한다. 그러므로, 발진기(503)는 다른 제어 신호의 상태와 관계없이 인에이블링 출력 주파수(CKS)를 이중 모드 전하 펌프(340)로 제공한다.
다수의 전하 펌프 시스템 실시예(600)는 액티브 모드와 스탠바이 모드의 양쪽 모드에서 작동한다. 액티브 구간(액티브 모드 동작)에서, 신호(P1)는 활동 상태가 되어, 도 3에 명백히 나타난 바와 같이 2단 리미터(112)가 제어 신호(C0와 C1)를 출력하게 한다. 제어 신호(C0)는 상술한 바와 같이, 도 1의 전하 펌프(20)가 제어되는 것과 같은 방식으로 각 전하 펌프(CP2, CPn-1)의 작동을 제어한다. 제어 신호(C1)는 상술한 바와 같이 도 1의 전하 펌프(30)가 제어되는 것과 같은 방식으로 각 전하 펌프(CP3, CPn)의 작동을 제어한다. 액티브 구간에서, 전하 펌프(CP1; 340)는 액티브 전하 펌프로서 신호(Cs)의 제어하에 작동하여 전하를 Vout으로 전달한다.
스탠바이 구간(스탠바이 모드 작동)에서는, 펌프 인에이블(P1) 신호가 비활성화된다. 이것은 이어서 2단 리미터(112)와 발진기(320과 321)를 비활성화한다. 그 다음, "액티브 전용(active only)" 펌프(CP2,...,CPn)인 모든 전하 펌프가 오프로 스위칭된다. 그러나, 스탠바이 리미터 발진기(310)와 전하 펌프(CP1; 340)는 스탠바이 구간 동안 계속해서 동작한다. P1의 비활성화는 멀티플렉서(502)가 스탠바이 리미터(312)의 출력을 선택하게 하며, 이어서 제어 신호(Cs)로서 발진기(503)로 전달된다. 이에 따라, 발진기(503)가 이중 모드 전하 펌프(CP1; 340)가 스탠바이 구간 동안 작동하는데 필요한 클럭 출력(CKS)을 제공한다. 그러면, 전하 펌프(340)가 스탠바이 리미터(312)에 의해 제공되는 Cs의 제어 하에 작동하여 출력 전압(Vout)에 의해 도달될 레벨에 따라 온과 오프로 스위칭된다. 그러므로, 전하 펌프(340)는 액티브 구간과 스탠바이 구간의 양 구간 동안에 전압 전원(Vout)에 의해 도달된 전압 레벨의 함수로서 온과 오프로 스위칭되는 이중 모드 전하 펌프로 작동한다.
도 7은 다른 다중 전하 펌프 실시예(700)의 블록도이다. 이 실시예는 이중 기능 2단 리미터(212)(도 4)가 실시예(600)에서 사용된 분리된 리미터(112와 312)를 대신하여 사용된다는 점에서 실시예(600)(도 6)와 다르다. 리미터(212)의 출력은 다음과 같은 소자로 전달된다. 실시예(600)에서와 같은 방식으로, 리미터(112)로부터 출력된 제어 신호(C0와 C1)와 동일한 제어 신호(C0와 C1)가 전하 펌프(CP2,...,CPn-1)와 전하 펌프(CP3,...,CPn)로 각각 입력된다. 리미터(212)에의한 제어 신호(Cx)의 생성은 도 4를 참조하여 설명된다. 제어 신호(Cx)는 액티브 구간과 스탠바이 구간의 양 구간에서 이중 모드 전하 펌프(CP1; 440)(도 12 참조)의 동작을 제어하고, 또한 P1이 비활동 상태일 때 발진기(420)로 인에이블링 입력을 제공한다.
도 4는 액티브 작동 모드와 스탠바이 작동 모드의 양 모드에서 작동하는 이중 모드 리미터(212)의 개략적인 도면이다. 액티브 구간 동안, 리미터(212)는 리미터(112)가 신호(C0와 C1)를 생성하는 방법과 동일한 방법으로 제어 신호(C0와 C1)를 생성한다. 리미터(112)의 회로에 더하여, 리미터(212)는 추가의 저항 디바이더(R14 및 R15)를 포함하되, 추가의 저항 디바이더(R14 및 R15)는 리미터(112)의 R11, R12, R13보다 더 높은 저항값, 바람직하게는 5배 내지 20 배 더 큰 직렬 저항값을 갖는다. 또한, 리미터(212)는 낮은 스탠바이 전류 차동 증폭기(120)와 멀티플렉서(220)를 포함하는데, 이들은 각각 스탠바이 구간 동안에 제한 기능을 수행하고 그 출력을 선택한다. R12, R15의 더 높은 저항값과 더 낮은 전류 차동 증폭기(120)는 스탠바이 구간 동안 필요에 따라 DC전력을 보존하며, 반면에 더 높은 전류 차동 증폭기(130, 140) 및 더 낮은 저항값(R11, R12, R13)은 액티브 구간 동안에 제어 신호(C0, C1)의 빠른 스위칭을 제공한다.
액티브 구간 동안, 멀티플렉서(220)는 활동 상태인 펌프 인에이블 신호(P1)에 응답하여 제어 신호(C0)를 제어 신호(Cx)로 선택하여 출력한다. P1이 스탠바이 구간 동안 비활동 상태일 때, 차동 증폭기(120)의 출력이 전달되어 멀티플렉서(220)에 의해 Cx를 출력한다.
다수의 전하 펌프 시스템 실시예(700)는 액티브 모드와 스탠바이 모드의 양 모드에서 작동한다. 액티브 구간(액티브 모드 동작)에서, 신호(P1)는 활성화되어, 도 4로부터 명백히 나타난 바와 같이, 2단 리미터(212)가 제어 신호(Cx, C0, C1)를 출력하게 한다. 제어 신호(C0)는 상술한 바와 같이, 도 1의 전하 펌프(20)가 제어되는 것과 같은 방식으로 각 전하 펌프(CP2,...,CPn-1)의 작동을 제어한다. 또한, 제어 신호(C1)는 상술한 바와 같이, 도 1의 전하 펌프(30)가 제어되는 것과 같은 방식으로 각 전하 펌프(CP3,...,CPn)의 작동을 제어한다. 더욱이, 전하 펌프(CP1; 440)는 액티브 구간에서 전하를 Vout으로 전달할 수 있도록 작동한다.
스탠바이 구간(스탠바이 모드 동작)에서는, 펌프 인에이블(P1) 신호가 비활성화된다. 이것은 제어 신호(C0와 C1)와 발진기(421)를 비활성화시킨다. 그 다음, 모든 액티브 전용 펌프(CP,...,CPn)가 오프로 스위칭된다. 그러나, 비활동 상태 신호(P1)는 멀티플렉서(220)의 출력(Cx)으로 차동 증폭기(120)의 출력(Cy)을 선택한다. 그러면, 신호(Cx)가 스탠바이 구간 동안 발진기(420)와 전하 펌프(CP1; 440)의 작동을 제어한다. 스탠바이 구간 동안에, 제어 신호(Cx)는 출력 전압(Vout)이 저항(R14 및 R15)에 의해 결정되는 소정의 전압 레벨 이하인지 초과인지에 따라 활성화되고 비활성화된다. 그러면, CP1(440)이 신호(Cx)의 상태에 따라 스탠바이 구간 동안 온과 오프로 스위칭된다. 그러므로, CP1(440)은 액티브 구간과 스탠바이 구간의 양 구간 동안 출력 전압(Vout)에 의해 도달되는 전압 레벨의 함수로서 온과 오프로 스위칭되는 이중 모드 전하 펌프로 작동한다.
당업자라면, 본 발명의 원리가 여러 가지 변경이 이루어지며, 두 개 이상의스테이지를 갖는 리미터 및 해당 개수의 출력 주파수를 갖는 발진기와 함께 출력 전압을 더 정교하게 제어하는 시스템으로 전술된 실시예에 적용될 수 있음을 명백하게 이해할 것이다.
본 발명이 바람직한 특정 실시예에 따라 전술되었으나, 당업자라면 본 발명의 진정한 범위 및 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 이루어질 수 있는 변경과 확장을 인지할 것이다.

Claims (27)

  1. 소정의 제 1 전압 레벨에 도달한 전압 전원에 응답하여 제 1 제어 신호의 상태를 변화시키고, 소정의 제 2 전압 레벨에 도달한 상기 전압 전원에 응답하여 제 2 제어 신호의 상태를 변화시키는 리미터,
    적어도 하나의 전하 펌프를 포함하되, 상기 제 1 제어 신호의 상태에 의해 온-오프 스위칭이 결정되는 제 1 펌프 그룹,
    적어도 하나의 전하 펌프를 포함하되, 상기 제 1 제어 신호의 상태에 무관하게 상기 전압 전원으로 전하를 전송하며, 상기 제 2 제어 신호의 상태에 의해 온-오프 스위칭이 결정되는 제 2 펌프 그룹을 포함하는
    집적 회로 내부에서 생성되는 상기 전압 전원의 레벨을 유지하기 위한 다중 전송율 전하 펌프 발생기 시스템에 있어서,
    상기 제 2 펌프 그룹이 상기 제 2 펌프 그룹의 다른 전하 펌프와 함께 액티브 구간 동안 액티브 전하 펌프로 작동하는 적어도 하나의 이중 모드 전하 펌프를포함하는 다수의 전하 펌프를 포함하되, 상기 이중 모드 전하 펌프가 스탠바이 구간 동안 스탠바이 전하 펌프로 동작하여 상기 제 2 펌프 그룹의 다른 전하 펌프가 오프될 때 계속해서 상기 전압 전원으로 전하를 전송하는 것을 특징으로 하는
    전하 펌프 발생기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스탠바이 구간 동안에 상기 전압 전원의 전압 레벨의 변화에 대응하여 상기 스탠바이 전하 펌프의 온-오프 스위칭을 제어하는 스탠바이 리미터를 더 포함하는
    전하 펌프 발생기 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 제어 신호는 상기 액티브 구간 동안에 상기 이중 모드 전하 펌프의 온-오프 스위칭을 제어하는
    전하 펌프 발생기 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리미터가 액티브 리미터와 스탠바이 리미터를 포함하는 이중 모드 리미터이며, 상기 액티브 리미터는 액티브 구간 동안 상기 전압 전원 레벨에 응답하여 상기 제 1 및 제 2 제어 신호의 상태를 변화시키고, 상기 스탠바이 리미터는 상기 스탠바이 구간 동안 소정의 제 3 전압 레벨에 도달하는 상기 전압 전원 레벨에 응답하여 제 3 제어 신호의 상태를 변화시키되, 상기 제 3 제어 신호가 상기 스탠바이 구간 동안 상기 이중 모드 전하 펌프의 온-오프 스위칭을 제어하는
    전하 펌프 발생기 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 액티브 리미터가 상기 스탠바이 리미터보다 더 빨리 상기 제 1 및 제 2 제어 신호를 변화시키는
    전하 펌프 발생기 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 스탠바이 리미터가 상기 액티브 리미터보다 평균적으로 더 적은 전류를 요구하는
    전하 펌프 발생기 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 액티브 리미터와 상기 스탠바이 리미터가 각각 저항 디바이더를 포함하며, 여기서 상기 스탠바이 리미터의 상기 저항 디바이더가 상기 액티브 리미터의 총 저항값의 5 내지 20 배의 총 저항값을 갖는
    전하 펌프 발생기 시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 액티브 리미터가 상기 스탠바이 구간 동안 오프로 스위칭되는
    전하 펌프 발생기 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 액티브 리미터가 상기 스탠바이 구간 동안 오프로 스위칭되는
    전하 펌프 발생기 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 그룹의 상기 펌프가 상기 제 2 그룹의 상기 펌프보다 더 높은 전하 전송율을 갖는
    전하 펌프 발생기 시스템.
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