KR100587026B1 - 백-바이어스 전압 발생회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백-바이어스 전압 발생회로에 관한 것으로, 종래 기술에 있어서 트리플 웰(Triple Well) 구조가 되었을 경우, 코어 회로의 엔-웰(N-Well)의 래치업(latch-up)을 방지하기 위하여 사용하는 승압전압과 피-웰(P-Well)의 바이어스인 백-바이어스 전압간의 접합커패시턴스값이 증가되는 문제점이 있었다. 또한, 상기 승압전압과 백-바이어스 전압이 내부 전압으로 인가되어 동작시 상기 승압전압이 상승시 상기 백-바이어스 전압도 함께 상승함과 아울러 상기 백-바이어스 전압이 하강함에 따라 상기 승압전압이 함께 하강하는 커플링 현상에 따라 계속적으로 백바이어스 펌프와 승압전압 펌프가 구동됨에 따라 불필요한 전력을 소모하고, 또한, 대기 전류(stndby-current) 소모로 인하여 동작이 빠른 전압 검출 수단을 사용할 수 없으므로 전체적인 동작속도가 늦어지는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 파워업 수행 이전에는 전원전압을 사용하고, 그 후에는 승압전압을 사용하여 상기 백-바이어스 전압을 펌핑함에 따라 상기 승압전압과 백-바이어스 전압 간의 간섭을 최소화하여 백바이어스 펌프의 불필요한 구동을 방지하여 전력 소모를 최소화하고, 이에 따라 대기 전류 소모를 최소화하여 전체적인 동작속도가 향상되는 효과가 있다.

Description

백-바이어스 전압 발생회로{BACK-BIAS VOLTAGE GENERATING CIRCUIT}

도 1은 종래 백-바이어스 전압 발생회로의 구성을 보인 블록도.

도 2는 도 1에서 펌프의 구성을 보인 회로도.

도 3은 도 1에서 승압전압과 백-바이어스 전압의 파형을 보인 파형도.

도 4는 본 발명 백-바이어스 전압 발생회로의 구성을 보인 블록도.

도 5는 도 4에서 펌프의 구성을 보인 회로도.

도 6은 도 4에서 스위칭부의 구성을 보인 회로도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

100 : 전압 레벨 검출부110 : 발진기

120 : 펌프130 : 선택부

본 발명은 백-바이어스 전압 발생회로에 관한 것으로, 특히 백-바이어스 전압(Back-Bias Voltage : VBB)을 사용하는 반도체에 있어서 파워업 수행 이전에는 전원전압을 사용하고, 그 후에는 승압전압을 사용하여 상기 백-바이어스 전압을 펌핑함으로써, 상기 승압전압과 백-바이어스 전압 간의 간섭(coupling)을 최소화되도록 한 백-바이어스 전압 발생회로에 관한 것이다.

도 1은 종래 백-바이어스 전압 발생회로의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 백-바이어스 전압(VBB)을 검출하여 원하는 전압 레벨이상이면 제어 신호(CTL)를 출력하는 전압레벨 검출부(10)와; 상기 전압레벨 검출부(10)의 제어 신호(CTL)를 입력받아 그에 따라 발진 신호(Oscillation Signal)(OSC)를 생성하는 발진기(20)와; 상기 발진기(20)의 발진 신호(OSC)를 입력받아 음(-)으로 펌핑하는 펌프(30)로 구성된다.

상기 펌프(30)의 구성은 도 2와 같이 전원전압(VCC)과 접지전압(VSS)사이에 직렬연결되어 상기 발진기(20)의 발진 신호(OSC)를 게이트에 공통으로 입력받아 도통제어되는 피모스 및 엔모스 트랜지스터(PM1),(NM1)와; 상기 피모스 및 엔모스 트랜지스터(PM1)(NM1)의 공통 드레인인 제1 노드(N1)에 접속한 펌핑 커패시터(Cp)와; 상기 펌핑 커패시터(Cp)의 타측인 제2 노드(N2)를 제2 신호(CNT2)에 의해 접지시키는 엔모스 트랜지스터(NM2)와; 상기 제2 노드(N2)를 제1 신호(CNT2)에 의해 백-바이어스 전압(VBB)으로 연결하는 엔모스 트랜지스터(NM3)로 구성되며, 이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 동작과정을 첨부한 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 전압레벨 검출부(10)는 펌프(30)에서 출력되는 백-바이어스 전압(VBB)의 전압 레벨을 검출하여 원하는 전압 레벨 이상인 경우, 제어신호(CTL)을 고전위로 발진기(20)로 인가하게 된다.

따라서, 상기 고전위 제어신호(CTL)을 인가받은 상기 발진기(20)는 그에 따라 발진신호(OSC)를 출력하게 되고, 이에 펌프(30)는 펌핑준비기간인 상기 발진 신호(OSC)가 저전위구간에서 피모스 트랜지스터(PM1)은 턴온되나 엔모스 트랜지스터(NM1)은 턴오프되므로, 제1 노드(N1)의 전압은 상기 피모스 트랜지스터(PM1)를 통해 전원전압(VCC)이 된다.

이때, 제2 신호(CNT2)가 고전위로 인가되어 엔모스 트랜지스터(NM2)가 턴온되나, 제1 신호(CNT1)은 저전위로 인가하여 엔모스 트랜지스터(NM3)는 턴오프시킴에 따라 제2 노드(N2)의 전압은 상기 엔모스 트랜지스터(NM2)를 통해 접지전압(VSS)이 된다.

즉, 펌핑 커패시터(Cp)의 양단 전압은 각각 전원전압(VCC)와 접지전압(VSS)이 된다.

그리고, 동작구간으로 들어가면, 상기 제2 신호(CNT2)는 저전위로 인가하여 상기 엔모스 트랜지스터(NM2)는 턴오프시키고 상기 제1 신호(CNT1)은 고전위로 인가하여 상기 엔모스 트랜지스터(NM3)는 턴온시켜 상기 제2 노드(N2)의 전압 레벨을 접지전압(VSS)에서 백-바이어스 전압(VBB)로 만든다.

그 후, 상기 발진신호(OSC)가 고전위가 되면, 상기 엔모스 트랜지스터(NM1)를 통해 제1 노드(N1)가 접지전압(VSS)으로 하강됨에 따라 상기 펌핑커패시터(Cp)를 통해 커플링(coupling) 영향을 받은 상기 제2 노드(N2)의 전압도 하강하게 된다.

따라서, 상기 제2 노드(N2)의 전압이 하강됨에 따라 상기 백-바이어스 전압(VBB)은 더 낮은 전압 레벨로 펌핑된다.

이때, 상기 제2 노드(N2)와 백-바이어스 전압(VBB)의 레벨 변화 폭은 상기 백-바이어스 전압(VBB)에 걸린 게이트 커패시턴스(Gate capacitance) 및 접합 커패시턴스(Junction Capacitance)등의 로드 커패시턴스값(Road Capacitance)과 상기 펌핑커패시터(Cp)의 용량에 의한 차지 쉐어(charge share)에 의해 결정된다.

그리고, 상기 전압 레벨 검출부(10)는 상기 백-바이어스 전압(VBB)이 소정 전압 레벨이하로 떨어지면, 펌핑동작이 완료되었다고 판단하여 상기 제어신호(CTL)를 저전위로 출력하게 되고, 이에 상기 발진기(20)의 발진 동작을 중단함에 따라 상기 펌프(30)는 펌핑동작을 중단하게 된다.

상기와 같이 종래의 기술에 있어서 트리플 웰(Triple Well) 구조가 되었을 경우, 코어 회로의 엔-웰(N-Well)의 래치업(latch-up)을 방지하기 위하여 사용하는 승압전압과 피-웰(P-Well)의 바이어스인 백-바이어스 전압간의 접합커패시턴스값이 증가되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 승압전압과 백-바이어스 전압이 내부 전압으로 인가되어 동작시 상기 승압전압이 상승시 상기 백-바이어스 전압도 함께 상승함과 아울러 상기 백-바이어 스 전압이 하강함에 따라 상기 승압전압이 함께 하강하는 커플링 현상에 따라 계속적으로 백바이어스 펌프와 승압전압 펌프가 구동됨에 따라 불필요한 전력을 소모하고, 또한, 대기 전류(stndby-current) 소모로 인하여 동작이 빠른 전압 검출 수단을 사용할 수 없으므로 전체적인 동작속도가 늦어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 파워업 수행 이전에는 전원전압을 사용하고, 그 후에는 승압전압을 사용하여 상기 백-바이어스 전압을 펌핑함으로써, 상기 승압전압과 백-바이어스 전압 간의 간섭을 최소화되도록 한 백-바이어스 전압 발생회로를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 백-바이어스 전압을 검출하여 원하는 전압 레벨이상이면 제어 신호를 출력하는 전압레벨 검출부와; 상기 전압레벨 검출부의 제어 신호를 입력받아 그에 따라 발진 신호를 생성하는 발진기와; 파워업 신호에 의해 승압전압과 전원전압을 선택하여 출력하는 선택부와; 상기 발진기의 발진 신호를 입력받아 상기 선택부의 출력전압을 이용하여 음으로 펌핑하는 펌프로 구성하여 된 것을 특징으로 한다.

상기 선택부는 각각 승압전압과 파워업 신호를 게이트에 인가받아 전원전압을 공급하는 엔모스 및 피모스 트랜지스터로 구성하여 된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예에 대한 동작과 작용효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명 백-바이어스 전압 발생회로의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시 한 바와 같이 백-바이어스 전압(VBB)을 검출하여 원하는 전압 레벨이상이면 제어 신호(CTL)를 출력하는 전압레벨 검출부(100)와; 상기 전압레벨 검출부(100)의 제어 신호(CTL)를 입력받아 그에 따라 발진 신호(Oscillation Signal)(OSC)를 생성하는 발진기(110)와; 파워업 신호(PWRUP)에 의해 승압전압(VPP)과 전원전압(VCC)을 선택하여 출력하는 선택부(130)와; 상기 발진기(110)의 발진 신호(OSC)를 입력받아 상기 선택부(130)의 출력전압을 이용하여 음(-)으로 펌핑하는 펌프(120)로 구성한다.

상기 펌프(120)의 구성은 도 5와 같이 상기 선택부(130)의 출력전압과 접지전압(VSS)사이에 직렬연결되어 상기 발진기(110)의 발진 신호(OSC)를 게이트에 공통으로 입력받아 도통제어되는 피모스 및 엔모스 트랜지스터(PM1)(NM1)와; 상기 피모스 및 엔모스 트랜지스터(PM1)(NM1)의 공통 드레인인 제1 노드(N1)에 접속한 펌핑 커패시터(Cp)와; 상기 펌핑 커패시터(Cp)의 타측인 제2 노드(N2)를 제2 신호(CNT2)에 의해 접지시키는 엔모스 트랜지스터(NM2)와; 상기 제2 노드(N2)를 제1 신호(CNT2)에 의해 백-바이어스 전압(VBB)으로 연결하는 엔모스 트랜지스터(NM3)로 구성한다.

상기 선택부(130)는 도 6에 도시한 바와 같이 병렬 연결되어 파워업 신호(PWRUP)를 게이트에 인가받아 각각에 인가된 승압전압(VPP)과 전원전압(VCC)의 전달을 제어하는 엔모스 및 피모스 트랜지스터(NM4)(PM2)로 구성하며, 이와 같이 구성한 본 발명에 따른 동작과정을 상세히 설명한다.

우선, 전압레벨 검출부(100)는 펌프(120)에서 출력되는 백-바이어스 전압(VBB)의 전압 레벨을 검출하여 원하는 전압 레벨 이상인 경우, 제어신호(CTL)을 고전위로 발진기(110)로 인가하고, 상기 고전위 제어신호(CTL)을 인가받은 상기 발진기(110)는 그에 따라 발진신호(OSC)를 출력한다.

그리고, 상기 발진기(110)의 발진 신호(OSC)가 저전위인 구간에서 펌프(130)내 피모스 트랜지스터(PM1)은 턴온되나 엔모스 트랜지스터(NM1)은 턴오프되므로, 제1 노드(N1)의 전압은 상기 피모스 트랜지스터(PM1)를 통해 선택부(130)에서 인가되는 전압이 된다.

여기서, 상기 선택부(130)는 파워업(power up)이 끝나기 전에는 승압전압(VPP)이 전원전압(VCC)보다 낮기 때문에 파워업 신호(PWRUP)를 저전위로 인가하여 상기 전원전압(VCC)을 상기 피모스 트랜지스터(PM1)를 통해 상기 제1 노드(N1)으로 공급하고, 상기 승압전압(VPP)이 전원전압(VCC)보다 높아지면, 상기 파워업 신호(PWRUP)를 고전위로 인가하여 상기 승압전압(VPP)를 상기 제1 노드(N1)으로 공급한다.

그리고, 제2 신호(CNT2)가 고전위로 인가받은 엔모스 트랜지스터(NM2)가 턴온되나, 제1 신호(CNT1)를 저전위로 인가받은 엔모스 트랜지스터(NM3)는 턴오프됨에 따라 제2 노드(N2)의 전압은 상기 엔모스 트랜지스터(NM2)를 통해 접지전압(VSS)이 된다.

그리고, 동작구간으로 들어가면, 상기 제2 신호(CNT2)는 저전위로 인가하여 상기 엔모스 트랜지스터(NM2)는 턴오프시키고 상기 제1 신호(CNT1)은 고전위로 인가하여 상기 엔모스 트랜지스터(NM3)는 턴온시켜 상기 제2 노드(N2)의 전압 레벨을 접지전압(VSS)에서 백-바이어스 전압(VBB)로 만든다.

그 후, 상기 발진신호(OSC)가 고전위가 되면, 상기 엔모스 트랜지스터(NM1)를 통해 제1 노드(N1)가 접지전압(VSS)으로 하강됨에 따라 펌핑커패시터(Cp)에 의한 커플링 영향을 받은 상기 제2 노드(N2)의 전압도 하강한다.

따라서, 상기 제2 노드(N2)의 전압이 하강됨에 따라 상기 백-바이어스 전압(VBB)은 더 낮은 전압 레벨로 펌핑한다.

이때, 상기 제1 노드(N1)의 전압 차가 클수록 상기 백-바이어스 전압(VBB)이 더 낮은 전압 레벨로 펌핌되므로, 상기 선택부(130)에서 상기 피모스 트랜지스터(PM1)를 통해 제1 노드(N1)에 공급되는 전압이 높을수록 상기 백-바이어스 전압(VBB)은 더 낮은 전압 레벨로 펌핑한다

그러므로, 상기 선택부(130)에서 공급되는 승압 전압(VPP)의 레벨이 높을 때는 백-바이어스 전압 발생 회로의 펌핑 동작이 크게 일어나서 상기 승압 전압(VPP)이 커플링을 강하게 받아 레벨 강하가 크게 발생하고, 상기 승압 전압(VPP)의 레벨이 낮을 때는 펌핑 동작이 작게 일어나서 커플링을 적게 받아 레벨 강하가 작아진다.

그리고, 상기 전압 레벨 검출부(100)는 상기 백-바이어스 전압(VBB)이 소정 전압 레벨이하로 떨어지면, 펌핑동작이 완료되었다고 판단하여 상기 제어신호(CTL)를 저전위로 출력하고, 이에 상기 발진기(110)의 발진 동작을 중단함에 따라 상기 펌프(120)는 펌핑동작을 중단한다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 파워업 수행 이전에는 전원전압을 사용하고, 그 후에는 승압전압을 사용하여 상기 백-바이어스 전압을 펌핑함에 따라 상기 승압전압과 백-바이어스 전압 간의 간섭을 최소화하여 백바이어스 펌프의 불 필요한 구동을 방지하여 전력 소모를 최소화하고, 이에 따라 대기 전류 소모를 최소화하여 전체적인 동작속도가 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 백-바이어스 전압을 검출하여 원하는 전압 레벨이상이면 제어 신호를 출력하는 전압레벨 검출부와; 상기 전압레벨 검출부의 제어 신호를 입력받아 그에 따라 발진 신호를 생성하는 발진기와; 파워업 신호에 의해 승압전압과 전원전압을 선택하여 출력하는 선택부와; 상기 발진기의 발진 신호를 입력받아 상기 선택부의 출력전압을 이용하여 음으로 펌핑하는 펌프로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 백-바이어스 전압 발생 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 선택부는 병렬연결되어 파워업 신호(PWRUP)를 게이트에 인가받아 각각에 인가된 승압전압(VPP)과 전원전압(VCC)의 전달을 제어하는 엔모스 및 피모스 트랜지스터로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 백-바이어스 전압 발생 회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 펌프는 파워업 수행 이전에는 전원전압을 입력받아 백-바이어스 전압을 음으로 펌핑하고, 그 후에는 승압전압을 입력받아 상기 백-바이어스 전압을 음으로 펌핑하도록 한 것을 특징으로 하는 백-바이어스 전압 발생도 회로.

Images