KR100452636B1 - Clock generator for semiconductor memory device, which improves pumping efficiency by increasing switching width of clock - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치용 클럭 발생기(clock generator)에 관한 것으로, 특히 차지 펌프(charge pump)에 필요한 클럭의 스윙폭을 증가시켜 펌핑 효율을 개선할 수 있는 반도체 메모리 장치용 클럭 발생기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
기존의 부스트랩(boostrap)을 이용한 클럭 발생기들은 클럭의 스윙폭이 최대 2Vcc이므로 펌핑(pumping) 효율에 제한이 있고, 특히 저전압(low voltage)용 펌프 회로에서는 기존의 클럭보다 높은 스윙폭을 갖는 클럭이 필요하다.Conventional clock generators with boost traps have a maximum swing width of 2V cc , which limits pumping efficiency, especially in low voltage pump circuits. I need a clock.
따라서, 본 발명은 클럭의 스윙폭을 증가시켜 펌핑 효율을 개선할 수 있는 반도체 메모리 장치용 클럭 발생기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a clock generator for a semiconductor memory device capable of improving pumping efficiency by increasing a swing width of a clock.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 한 단자가 출력단에 접속되며 다른 단자는 제 3 클럭 신호를 입력받는 캐패시터와, 제 1 및 제 2 클럭 신호에 따라 상기 캐패시터에 전원 전압을 차지하기 위한 제 1 수단과, 상기 캐패시터에 공급되는 상기 제 3 클럭 신호에 따라 상기 출력단의 전위를 2배의 전원 전압으로 상승시키며, 상기 제 3 클럭 신호가 하이 상태에서 로우 상태로 천이될 때 천이되는 전압량만큼 상기 출력단의 전위를 강하시키기 위한 제 2 수단과, 일정 시간 지연된 상기 제 2 클럭 신호에 따라 상기 캐패시터에 차지된 전압을 방전하기 위한 제 3 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the above object, a terminal is connected to an output terminal, and the other terminal is configured to receive a third clock signal, and a first voltage for occupying a power supply voltage to the capacitor according to the first and second clock signals. Means and raises the potential of the output terminal to a double power supply voltage in accordance with the third clock signal supplied to the capacitor, the voltage amount being transitioned when the third clock signal transitions from a high state to a low state. And a second means for lowering the potential of the output terminal and a third means for discharging the voltage occupied by the capacitor according to the second clock signal delayed for a predetermined time.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치용 클럭 발생기의 회로도.1 is a circuit diagram of a clock generator for a semiconductor memory device according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치용 클럭 발생기를 구동하는 각 신호들의 타이밍 다이어그램.2 is a timing diagram of respective signals for driving a clock generator for a semiconductor memory device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
P1 : 제 1 PMOS 트랜지스터 P2 : 제 2 PMOS 트랜지스터P1: first PMOS transistor P2: second PMOS transistor
P3 : 제 3 PMOS 트랜지스터 P4 : 제 4 PMOS 트랜지스터P3: third PMOS transistor P4: fourth PMOS transistor
P5 : 제 5 PMOS 트랜지스터 N1 : 제 1 NMOS 트랜지스터P5: fifth PMOS transistor N1: first NMOS transistor
N2 : 제 2 NMOS 트랜지스터 N3 : 제 3 NMOS 트랜지스터N2: second NMOS transistor N3: third NMOS transistor
I1 : 제 1 인버터 I2 : 제 2 인버터I1: first inverter I2: second inverter
I3 : 제 3 인버터 C : 캐패시터I3: third inverter C: capacitor
K1 : 제 1 노드 K2 : 제 2 노드K1: first node K2: second node
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치용 클럭 발생기의 회로도이고, 도 2는 이를 구동하는 각 신호들의 타이밍 다이어그램이다.1 is a circuit diagram of a clock generator for a semiconductor memory device according to the present invention, and FIG. 2 is a timing diagram of respective signals for driving the same.
본 발명에 사용되는 클럭들은 도 2에 도시된 주기를 가지고 동작하는데, 초기 상태에서는 다이오드 형태를 갖는 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)에 의해 웰의 전압이 전원 전압에서 문턱 전압을 뺀 값(Vcc-Vt)으로 되고, 이때 각각의 PMOS 트랜지스터의 접합부(junction)는 웰 전압 이하의 레벨을 유지하고 있으므로 p-n 접합의 역방향 바이어스가 걸리게 되어 외부로의 전하 이동이 없게 된다.The clocks used in the present invention operate with the period shown in FIG. 2. In the initial state, the voltage of the well is subtracted from the power supply voltage by the first NMOS transistor N1 having a diode form (V cc −). V t ), and the junction of each PMOS transistor maintains the level below the well voltage, so that the pn junction is reverse biased and there is no charge transfer to the outside.
이러한 상태에서 클럭 신호가 인가되어 회로가 구동되는데, 먼저 T1 시간동안의 회로 구동을 설명하면 다음과 같다.In this state, the clock signal is applied to drive the circuit. First, the circuit driving during the T1 time will be described.
하이(HIGH) 상태로 천이한 제 1 클럭 신호(이하 "CLK1"이라 함)에 의해 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)가 턴온된다. 제 2 인버터(I2)를 통해 로우(LOW) 상태로 반전된 제 1 클럭 신호의 반전 신호(이하 "CLK1b"라 함)에 의해 웰 전압이 그라운드 레벨로 되어 제 2 PMOS 트랜지스터(P2)가 턴온된다. 이때 하이 상태로 천이한 제 2 클럭 신호(이하 "CLK2"라 함)에 의해 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)가 턴오프되고, 지연 수단을 거쳐 제 3 인버터(I3)를 통해 로우 상태로 반전된 제 2 클럭 신호의 지연 반전 신호(이하 "DCLK2b"라 함)에 의해 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)가 턴오프된다. 또한, 로우 상태의 제 3 클럭 신호(이하 "CLK3"라 함)가 제 1 인버터(I1)를 통해 하이 상태로 반전된 제 3 클럭 신호의 반전 신호(이하 "CLK3b"라 함)에 의해 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)와 제 5 PMOS 트랜지스터(P5)가 턴오프되므로 제 4 PMOS 트랜지스터(P4)도 턴오프된다. 따라서, 제 2 PMOS 트랜지스터(P2)를 통해 전원 전압(Vcc)이 공급되어 캐패시터(C)를 차지(charge)시키고 제 1 노드(K1)의 전위는 하이 상태로 된다.The second NMOS transistor N2 is turned on by the first clock signal (hereinafter referred to as "CLK1") transitioned to the HIGH state. The well voltage is turned to the ground level by the inverted signal of the first clock signal inverted to the LOW state through the second inverter I2 (hereinafter referred to as “CLK1b”) to turn on the second PMOS transistor P2. . At this time, the third PMOS transistor P3 is turned off by the second clock signal (hereinafter referred to as "CLK2") transitioned to the high state, and is inverted to the low state through the third inverter I3 through the delay means. The third NMOS transistor N3 is turned off by the delay inversion signal of the two clock signals (hereinafter referred to as "DCLK2b"). The first clock signal (hereinafter referred to as "CLK3") is inverted by the inverted signal (hereinafter referred to as "CLK3b") of the third clock signal which is inverted to the high state through the first inverter I1 (hereinafter referred to as "CLK3b"). Since the PMOS transistor P1 and the fifth PMOS transistor P5 are turned off, the fourth PMOS transistor P4 is also turned off. Accordingly, the power supply voltage V cc is supplied through the second PMOS transistor P2 to charge the capacitor C, and the potential of the first node K1 becomes high.
T2 시간동안의 회로 구동을 설명하면 다음과 같다.The circuit driving during the T2 time is explained as follows.
로우 상태로 천이된 CLK1에 의해 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)가 턴오프되고, 로우 상태로 천이된 CLK2에 의해 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)가 턴온된다. 로우 상태의 CLK2가 지연 수단을 거치고 제 3 인버터(I3)를 통해 반전된 하이 상태의 DCLK2b에 의해 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)가 턴온된다. 또한, 로우 상태의 CLK3가 제 1 인버터(I1)를 통해 반전된 하이 상태의 CLK3b에 의해 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)와 제 5 PMOS 트랜지스터(P5)가 턴오프된다. 따라서, 캐패시터(C)에 차지되어 있던 전하가 턴온된 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)를 통해 제 2 PMOS 트랜지스터(P2)의 게이트에 인가되므로 제 2 PMOS 트랜지스터(P2)는 턴오프되고, 웰 전압이 제 1 노드(K1)와 같은 전원 전압(Vcc) 레벨로 된다.The second NMOS transistor N2 is turned off by the CLK1 transitioned to the low state, and the third PMOS transistor P3 is turned on by the CLK2 transitioned to the low state. The third NMOS transistor N3 is turned on by the high state DCLK2b in which the low state CLK2 passes through the delay means and is inverted through the third inverter I3. In addition, the first PMOS transistor P1 and the fifth PMOS transistor P5 are turned off by the high state CLK3b in which the low state CLK3 is inverted through the first inverter I1. Therefore, since the charges occupied in the capacitor C are applied to the gate of the second PMOS transistor P2 through the turned-on third PMOS transistor P3, the second PMOS transistor P2 is turned off, and the well voltage is reduced. The power supply voltage V cc is the same as that of the first node K1.
T3 시간 동안의 회로 구동을 설명하면 다음과 같다.The circuit driving during the T3 time is explained as follows.
로우 상태의 CLK1에 의해 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)가 턴오프되고, 하이 상태의 CLK2에 의해 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)가 턴오프되어 제 2 PMOS 트랜지스터(P2)가 턴온된다. 하이 상태의 CLK2가 지연 수단을 거치고 제 3 인버터 수단(I3)을 통해 로우 상태로 반전된 DCLK2b에 의해 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)가 턴오프된다. 한편, 하이 상태로 천이된 CLK3에 의해 Vcc를 유지하던 제 1 노드(K1)의 전압이 Vcc+ΔV만큼 상승된다. 이 ΔV의 값은 제 1 노드(K1)에서 캐패시터(C)에 의한 결합비(coupling ratio)에 의해 결정되는 값이므로 제 1 노드(K1)의 최대 전압은 2Vcc까지 상승하게 되고 이에 따라 캐패시터(C)도 2Vcc로 차지된다.The second NMOS transistor N2 is turned off by the CLK1 in the low state, the third PMOS transistor P3 is turned off by the CLK2 in the high state, and the second PMOS transistor P2 is turned on. The third NMOS transistor N3 is turned off by the DCLK2b in which the high state CLK2 passes through the delay means and is inverted to the low state through the third inverter means I3. On the other hand, the voltage of the first node (K1), which maintained to V cc by a transition to a high state CLK3 are raised by V cc + ΔV. Since the value of ΔV is determined by the coupling ratio of the capacitor C at the first node K1, the maximum voltage of the first node K1 is increased to 2V cc and thus the capacitor ( C) is also accounted for 2V cc .
여기까지의 동작을 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다. T1 시간에서 CLK1에 의해 그라운드 레벨의 웰 전압이 T2 시간에서 CLK1가 로우 상태로 천이하면서 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)에 의해 Vcc를 유지하게 된다. 이렇게 Vcc로 프리차지되어 있는 상태에서 T3 시간에 CLK3이 하이 상태로 천이하면 제 1 노드(K1)의 전압이 2Vcc까지 상승하게 되며, 웰 전압은 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)의 p-n 접합에 의해 제 1 노드(K1)와 같이 2Vcc까지 상승하게 된다. 한편, 제 1 노드(K1)에 접합부가 연결된 제 2 PMOS 트랜지스터(P2), 제 3 PMOS 트랜지스터(P3) 및 제 4 PMOS 트랜지스터(P4)의 게이트들은 제 1 노드(K1)와 같은 전압, 즉 2Vcc가 인가되어 제 1 노드(K1)의 전압은 2Vcc를 유지하게 된다.The operation so far is described in more detail as follows. Well voltage of the ground level by the CLK1 at time T1 is the CLK1 is held by the V cc to claim 3 PMOS transistor (P3), while transitions to the low state at time T2. Thus, when CLK3 transitions to the high state at the time T3 in the state of being precharged to V cc , the voltage of the first node K1 increases to 2 V cc , and the well voltage is connected to the pn junction of the first PMOS transistor P1. As a result, the voltage rises to 2V cc like the first node K1. Meanwhile, gates of the second PMOS transistor P2, the third PMOS transistor P3, and the fourth PMOS transistor P4 having a junction portion connected to the first node K1 have the same voltage as that of the first node K1, that is, 2V. cc is applied to maintain the voltage of the first node K1 at 2V cc .
T4 시간 동안의 회로 구동을 설명하면 다음과 같다.The circuit driving during the T4 time is explained as follows.
CLK2의 지연 신호인 DCLK2b가 하이 상태로 천이하므로 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)가 턴온되어 그라운드로 패스가 형성된다. 따라서, 로우 상태로 천이된 제 2 노드(K2)에 의해 제 4 PMOS 트랜지스터(P4)가 턴온된다. 턴온된 제 4 PMOS 트랜지스터(P4)에 의해 그라운드로 패스가 형성되므로 제 1 노드(K1)가 유지하던 2Vcc의 전압이 디스차지되어 로우 상태로 된다. 한편, 웰 전압은 Vcc로 유지된다.Since the DCLK2b, the delay signal of CLK2, transitions to the high state, the third NMOS transistor N3 is turned on to form a pass to ground. Therefore, the fourth PMOS transistor P4 is turned on by the second node K2 transitioned to the low state. Since the path is formed to the ground by the turned-on fourth PMOS transistor P4, the voltage of 2V cc held by the first node K1 is discharged to be low. On the other hand, the well voltage is maintained at V cc .
T5 시간 동안의 회로 구동을 설명하면 다음과 같다.The circuit driving during the T5 time is explained as follows.
CLK2의 지연 신호인 DCLK2b가 로우 상태로 천이하고, CLK3가 하이 상태에서 로우 상태로 천이함에 따라 제 1 노드(K1)의 전위가 CLK3가 천이된 양만큼 떨어져 -Vcc+Vtp로 된다. 이때 제 1 PMOS 트랜지스터(P1), 제 2 PMOS 트랜지스터(P2), 제 3 PMOS 트랜지스터(P3) 및 제 4 PMOS 트랜지스터(P4)는 모두 턴오프되어 제 1 노드(K1)의 전압은 -Vcc+Vtp로 유지된다. 한편, 웰 전압은 Vcc로 유지된다.As the delay signal DCLK2b of CLK2 transitions to the low state and the CLK3 transitions from the high state to the low state, the potential of the first node K1 drops by the amount of CLK3 transition to -V cc + V tp . At this time, the first PMOS transistor P1, the second PMOS transistor P2, the third PMOS transistor P3, and the fourth PMOS transistor P4 are all turned off, and the voltage of the first node K1 is -V cc +. Is maintained at V tp . On the other hand, the well voltage is maintained at V cc .
이런 일련의 사이클을 반복하면서 제 1 노드(K1)의 전압은 -Vcc+Vtp에서 2Vcc까지 스윙하게 되므로 최대 3Vcc-Vtp의 스윙폭을 갖게 된다.By repeating this series of cycles, the voltage of the first node K1 swings from -V cc + V tp to 2V cc , thus having a swing width of up to 3V cc -V tp .
한편, 다른 그라운드로 패스가 형성되지 않고, 웰 노드의 전압을 항상 Vcc-Vt레벨로 유지시키기 위한 다이오드 형태의 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)와 제 1 노드(K1)의 전위가 Vcc-Vt보다 높을 경우에는 p-n 접합의 성질에 의해 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)가 다른 제어 신호의 필요없이 자동적으로 고전압을 따라가게 해준다.On the other hand, no path is formed to another ground, and the potentials of the first NMOS transistor N1 and the first node K1 in the form of diodes for maintaining the voltage at the well node at the V cc -V t level are always V cc −. If it is higher than V t , the nature of the pn junction allows the first PMOS transistor P1 to automatically follow the high voltage without the need for another control signal.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 기존의 클럭폭보다 큰 클럭을 입력 클럭으로 이용할 수 있으므로 펌프의 효율을 높일 수 있고, 저전압용 펌프의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, a clock larger than the conventional clock width can be used as an input clock, thereby increasing the efficiency of the pump and preventing the efficiency of the low voltage pump from being lowered.
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