KR100596429B1 - 내부전원 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부전원의 레벨 하강을 감지하여 내부전원의 공급량을 향상시키는 동작을 수행하기 이전 동안 내부전원의 레벨이 일정이상 떨어지지 않도록 유지하여 안정적으로 내부전원을 공급하는 내부전원 공급장치를 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명으로 내부전원 공급단; 상기 내부전원의 레벨을 감지하여 상기 내부전원이 원하는 레벨을 유지하도록 드라이빙하기 위한 내부전원 공급수단; 및 상기 내부전원의 레벨이 상기 원하는 레벨 이하로 하강하는 경우, 상기 드라이빙수단이 이를 감지하여 상기 내부전원을 다시 원하는 레벨까지 상승시키기 위해 구동량을 증가시키기 이전에 상기 하강한 내부전원의 레벨을 소정레벨까지 우선적으로 드라이빙하기 위한 보조 내부전원 공급수단을 구비하는 반도체메모리소자를 제공한다.

스탠드바이, 리키지 전류(Leakage Current), 감지, 레벨하강, 스위치

Description

내부전원 공급장치{INTERNAL VOLTAGE GENERATOR}

도 1은 종래기술에 따른 내부전원 공급장치의 블록 구성도.

도 2는 도 1의 레벨감지부 및 드라이버의 내부 회로도.

도 3은 도 1의 동작파형도.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 내부전원 공급장치의 블록 구성도.

도 5는 도 4의 내부전원 공급부 및 보조 내부전원 공급부의 내부 회로도.

도 6은 도 4의 동작 파형도.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 내부전원 공급장치의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

200 : 보조 내부전원 공급부

220 : 보조 기준전압 생성부

본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로, 특히 안정적으로 내부전원을 공급하는 내부전원 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 내부전원 공급장치는 공급하는 내부전원의 레벨을 안정적을 유지하기 위해, 원하는 레벨의 내부전원을 갖는 기준전원보다 내부전원의 레벨이 하강하는 경우 이를 감지하여 구동량을 향상시키므로써, 내부전원의 레벨이 안정적으로 공급되도록 한다.

도 1은 종래기술에 따른 내부전원 공급장치의 내부회로도이다.

도 1를 참조하면, 종래기술에 따른 내부전원 공급장치는 기준전압(V_REF)을 생성하기 위한 기준전압 생성부(20)와, V_PERI 내부전원공급단과, 기준전압(V_REF)에 대응하는 레벨의 내부전원(V_PERI)을 공급하기 위한 내부전원 공급부(10)를 구비한다.

그리고 내부전원 공급부(10)는 내부전원공급단을 드라이빙하기 위한 드라이버(12)와, 내부전원(VPERI)과 기준전압(V_REF)의 레벨 차이를 감지하여 드라이버(12)의 구동량을 조절하기 위한 레벨감지부(14)를 구비한다.

도 2는 도 1의 레벨감지부(14) 및 드라이버(12)의 내부 회로도이다.

도 2를 참조하면, 레벨감지부(14)는 내부전원(V_PERI)에 대한 일정비율을 갖는 피드백전압(Vfd)을 생성하기 위한 피드백부(14b)와, 피드백전압(Vfd)과 기준전압(V_REF)의 레벨 차이를 감지하기 위한 차동증폭기(14a)를 구비한다.

또한, 드라이버(12)는 레벨감지부(14)의 출력신호를 게이트 입력을 가지며 전원전압 Vcc와 내부전원단 사이에 소스-드레인 경로를 갖는 PMOS트랜지스터(PM1)를 구비한다.

도 3은 도 1의 동작 파형도로서, 이를 참조하여 내부전원 공급장치의 동작을 살펴보도록 한다.

도면에 도시된 바와같이, 내부전원 공급부(10)에 의해서 기준전압(V_REF)에 대응하는 레벨의 내부전원(V_PERI)이 공급된다. 이어, 소자의 전류소모가 증가하게되면, 내부전원(V_PERI)의 레벨이 하강하게 된다. 피드백부(14b)에 의한 피드백전압(Vfd)이 차동증폭기(14a)에 인가되면, 차동증폭기(14a)는 기준전압(V_REF)과 피드백전압(Vfd)의 차이를 감지하여 드라이버(PM1)의 구동량을 증가시켜 내부전원(V_PERI)의 레벨이 다시 안정적으로 유지되도록 한다.

내부전원의 레벨이 하강하는 경우, 레벨감지부(14)가 이를 감지하여 내부전원(V_PERI)의 레벨을 상승시키기 위해, 드라이버(PM1)의 구동량을 증가시키는 동안에도 내부전원의 레벨은 계속하여 하강하게되는데, 이와같은 내부전원의 변화폭을 도시한 것이 'α'이다.

한편, 현재 DRAM이 저전력화되어가는 추세에 의해 외부에서 인가되는 전원전압의 레벨이 낮아져서, 이를 가지고 생성되는 내부전원의 레벨도 낮아지고 있다. 따라서, 동작마진을 확보하기 위해 소자 내 트랜지스터의 문턱전압의 레벨 역시도 낮아져서 리키지 전류(leakage current)가 많이 발생하게 된다. 리키지 전류가 증 가하면서 전술한 바와같은 내부전원의 하강 폭이 커지고 있다.

그런데, 전술한 본 발명을 사용하는 경우 차동증폭기가 내부전원의 레벨을 감지한 이후에도, 내부전원의 레벨을 원하는 레벨로 다시 유지하기 위해 드라이버의 구동량을 증가시키기까지 오랜 시간이 걸리기 때문에, 내부전원의 레벨 하강 폭이 더욱 커져 소자의 동작이 불안해 지는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 내부전원의 레벨 하강을 감지하여 내부전원의 공급량을 향상시키는 동작을 수행하기 이전 동안 내부전원의 레벨이 일정이상 떨어지지 않도록 유지하여 안정적으로 내부전원을 공급하는 내부전원 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 내부전원 공급장치는 내부전원 공급단; 상기 내부전원의 레벨을 감지하여 상기 내부전원이 원하는 레벨을 유지하도록 드라이빙하기 위한 내부전원 공급수단; 및 상기 내부전원의 레벨이 상기 원하는 레벨 이하로 하강하는 경우, 상기 드라이빙수단이 이를 감지하여 상기 내부전원을 다시 원하는 레벨까지 상승시키기 위해 구동량을 증가시키기 이전에 상기 하강한 내부전원의 레벨을 소정레벨까지 우선적으로 드라이빙하기 위한 보조 내부전원 공급수단을 구비한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부전원 공급장치의 블록 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 내부전원 공급장치는 내부전원 공급단과, 내부전원(V_PERI)의 레벨을 감지하여 내부전원이 원하는 레벨(V_{PERI - ORG})을 유지하도록 드라이빙하기 위한 내부전원 공급부(100)와, 내부전원(V_PERI)의 레벨이 하강하는 경우, 내부전원 공급부(100)가 이를 감지하여 내부전원(V_PERI)을 다시 원하는 레벨(V_{PERI - ORG})까지 상승시키기 위해 구동량을 증가시키기 이전에, 하강한 내부전원의 레벨을 소정레벨 V_{PERI - ORG} - Vd까지 우선적으로 드라이빙하기 위한 보조 내부전원 공급부(200)를 구비한다.

그리고 내부전원 공급부(100)는 내부전원공급단을 드라이빙하기 위한 드라이버(120)와, 내부전원(VPERI)과 기준전압(V_REF)의 레벨 차이를 감지하여 드라이버(120)의 구동량을 조절하기 위한 레벨감지부(140)를 구비한다.

또한, 보조 내부전원 공급부(200)는 보조 기준전압(V_{REF 2})을 생성하기 보조 기준전압 생성부(220)와, 보조 기준전압(V_{REF 2})에 응답하여 내부전원(V_PERI )이 소정레벨 V_{PERI - ORG} - Vd을 유지하도록 드라이빙하기 위한 보조 드라이버(240)를 구비한다.

참고적으로, 실시예에 따른 내부전원 공급장치는 기준전압(V_REF)을 생성하기 위한 기준전압 생성부(300)를 더 구비한다.

도 5는 내부전원 공급부(100) 및 보조 내부전원 공급부(200)의 내부 회로도를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 보조 드라이버(240)는 보조기준전압(V_{REF 2})을 게이트 입력으로 가지며 전원전압 Vcc와 내부전원단 사이에 드레인-소스 경로를 갖는 NMOS트랜지스터(NM1)를 구비한다.

그리고 보조 기준전압 생성부(220)는 전원전압 Vpp와 출력노드 사이에 연결된 저항(R1)과, 출력노드에 연결된 저항(R2)과, PMOS트랜지스터로 구현되어 저항(R2)의 다른 노드에 연결된 다이오드(PM3)와, PMOS트랜지스터로 구현되어 다이오드(PM3)의 다른 노드와 내부전A원단 사이에 연결된 다이오드(PM4)를 구비하며, 다이오드 PM3 및 PM4의 연결노드로 기준전압(V_REF)을 인가받는다.

한편, 보조 기준전압 생성부에 의해 생성되는 보조기준전압 V_{REF 2}는 하기 수학식을 만족한다.

상기 V_{PERI - ORG}는 원하는 레벨의 내부전원이며, Vt는 상기 NMOS트랜지스터(NM1)의 문턱전압(Threshold Voltage)이며, Vd는 하강폭의 하한전압을 나타낸다.

전술한 보조 기준전압(V_{REF 2})은 상기 수학식 1을 만족시키는데, 이에 관해 살펴보도록 한다.

내부전원의 원하는 레벨(V_{PERI - ORG}) 1/2를 기준전압(V_REF)이 갖는다고 가정하고, 벌크를 셀프 바이어스로 갖는 다이오드 PM3 및 PM4의 연결노드에 기준전압(V_REF)을 인가하면, 두 다이오드의 양단에 걸리는 전압은 원하는 레벨의 내부전원(V_{PERI - ORG})이 된다. 따라서, 내부전원(V_PERI)보다 높은 전압전압 Vpp와 다이오드(PM3) 사이에 직렬 연결된 저항 R1 및 R2의 저항비를 조절하면, 상기 수학식 1과 같은 보조 기준전압(V_REF2)을 얻을 수 있다.

한편, 도면에 도시된 바와같이 NMOS트랜지스터(NM1)의 소스단이 내부전원단에 연결되고, 게이트단으로는 보조기준전압(V_{REF 2})이 인가되므로, NMOS트랜지스터(NM1)의 게이트-소스전압(Gate to Source Voltage, 이하 'Vgs'라고 함)은 V_{PERI - ORG} + Vt - Vd - V_PERI가 된다.

따라서, 내부전원(V_PERI)이 원하는 레벨(V_{PERI - ORG})을 유지하면, NMOS트랜지스터(NM1)의 Vgs는 Vt - Vd가 되어, NMOS트랜지스터(NM1)가 턴-오프(turn off) 된다.

이어, 내부전원(V_PERI)의 레벨이 Vd이하로 하강하면, NMOS트랜지스터(NM1)의 Vgs가 Vt 이상으로 상승하게되므로, NMOS트랜지스터(NM1)가 턴온되어 내부전원 (V_PERI)을 공급한다. 따라서, 내부전원(V_PERI)이 소정레벨 V_{PERI - ORG} - Vd을 유지한다.

도 6은 도 4의 동작파형도이다.

도면에 도시된 바와같이, 내부전원(V_PERI)의 레벨이 하강하는 경우, 레벨감지부(140)가 이를 감지하여 드라이버의 구동량을 증가시키기 위한 일련의 과정을 수행하는 동안에, 내부전원(V_PERI)이 소정레벨 V_{PERI - ORG} - Vd 이하로 떨어지지 않도록 보조 내부전원공급부(200)에 의해서 내부전원이 공급된다.

그러므로, 전술한 본 발명에 따른 내부전원 공급장치는 내부전원의 레벨 하강폭을 줄여 안정적인 레벨의 내부전원을 공급한다.

참고적으로, 도면부호 b는 본 발명에 따른 내부전원의 레벨을 나타내며, 도면부호 a는 종래 기술에 따른 내부전원의 레벨을 나타낸다.

한편, 일반적으로 반도체 메모리 소자는 모드에 따라 소모되는 전류량이 다르므로, 스탠드바이 모드 와, 외부로 부터 커맨드 입력으로 인해 동작이 수행되는 액티브 모드에서 서로 다른 내부전원 공급부를 사용하도록 구성되어 있다.

즉, 액티브 시에는 전류소모가 커서 반응시간이 빨라야하므로 큰 구동능력을 갖는 액티브용 공급부를 사용하며, 스탠드바이 시에는 전류소모가 적어 빠른 반응시간(Response Time)을 요구하지 않으므로 구동능력이 작은 스탠드바이용 공급부를 사용한다.

따라서, 구동능력이 작으며 느린 반응시간을 갖는 스탠드바이용 공급부에 의해 내부전원이 공급되는 스탠드바이 모드에서 리키지 전류가 발생하면, 정상적인 레벨로 내부전원을 복원하기까지 오랜시간이 걸리기 때문에, 내부전원의 레벨 강화폭이 더욱 커지는 문제점이 발생한다. 또한, 이와같은 문제점은 스탠드바이 동작 시 예상치 못한 결함으로 인한 과다 전류 소모에 의해서도 발생된다.

내부전원의 레벨 하강폭이 커지고 이러한 상태가 오래 지속되면, DRAM의 오동작을 초래된다.

전술한 문제점을 해결하기 위해, 액티브용 및 스탠드바이용 공급부를 통해 내부전원을 공급하는 장치에 본 발명의 기술적 사상을 적용한 것이 도 7이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 내부전원 공급장치이다.

도 7를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 내부전원 공급장치는 소자의 실질적 동작이 없는 스탠드바이 동작 용으로서 내부전원(V_PERI)의 전류량을 적게 공급하기 위한 스탠드바이용 공급부(400)와, 액티브 동작 용으로서 내부전원(V_PERI)의 전류량을 스탠드바이 동작 시 보다 많이 공급하기 위한 액티브용 공급부(500)와, 내부전원(V_PERI)의 레벨이 하강하는 경우, 스탠드바이용 공급부(400) 또는 액티브용 공급부(500)가 이를 감지하여 내부전원(V_PERI)을 다시 원하는 레벨(V_{PERI - ORG})까지 상승시키기 위해 구동량을 증가시키기 이전에, 하강한 내부전원의 레벨을 소정레벨 V_PERI-ORG - Vd까지 우선적으로 드라이빙하기 위한 보조 내부전원 공급부(600)를 구비한다.

도면에 도시된 바와같이, 액티브용 공급부(500)는 액티브신호(ACT)에 응답하 여 내부전원(V_PERI)을 공급하며, 스탠드바이용 공급부(600)는 스탠드바이신호(STD)에 응답하여 내부전원(V_PERI)을 공급한다.

참고적으로, 보조 내부전원 공급부(600) 내 보조 기준전압 생성부(620)는 액트브신호(ACT)를 게이트 입력으로 가지며 전원전압 VPP와 저항 사이에 소스-드레인 경로를 갖는 PMOS트랜지스터(PM5)를 구비하는데, 이는 스탠드바이 동작 시에만 보조기준전압 생성부(620)가 구동되도록 하기 위한 것 이다.

한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 내부전원 공급장치는 내부전원(V_PERI)이 소정레벨 V_{PERI - ORG} - Vd이하로 하강하면, 보조 내부전원 공급부(600)를 통해 내부전원(V_PERI)을 드라이빙하여 내부전원이 소정레벨을 유지하도록 한다. 즉, 스탠드바이용 공급부(400)에 의한 내부전원(V_PERI)의 공급량이 증가하기 이전까지 소정레벨을 유지한다.

그러므로, 전술한 본 발명에 따른 내부전원 공급장치는 보조 내부전원 공급부를 더 구비하여, 내부전원의 레벨 변화폭을 줄이므로써, 안정적인 레벨의 내부전원을 공급한다.

또한, 안정적인 내부전원의 공급으로, DRAM 동작의 신뢰성을 향상시킨다.

전술한 본 발명에서는 보조 기준전압 생성부를 PMOS트랜지스터로 구현된 다이오드와 저항을 구비하여 전압 디바이딩을 하여 보조 기준전압을 생성하였는데, 이는 복수의 소자의 조합을 통해서도 구현할 수 있어, 이에 의해 본 발명이 제한받 지 않는다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 본 발명은 내부전원의 레벨 하강 시 감지등의 동작이 없이 턴온되는 보조드라이버를 통해 내부전원을 공급하여 소정레벨을 유지하므로, 드라이버가 내부전원을 원하는 레벨까지 상승시키기까지의 시간 동안에도 내부전원이 일정정도의 안정적 레벨을 유지하므로 소자의 오동작을 방지할 수 있다. 따라서, 반도체메모리소자의 신뢰성을 향상시킨다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 내부전원 공급단;

   상기 내부전원의 레벨을 감지하여 상기 내부전원이 원하는 레벨을 유지하도록 드라이빙하기 위한 내부전원 공급수단; 및

   상기 내부전원의 레벨이 상기 원하는 레벨 이하로 하강하는 경우, 상기 내부전원 공급수단이 이를 감지하여 상기 내부전원을 다시 원하는 레벨까지 상승시키기 위해 구동량을 증가시키기 이전에 상기 하강한 내부전원의 레벨을 소정레벨까지 우선적으로 드라이빙하기 위한 보조 내부전원 공급수단을 구비하며,

   상기 내부전원 공급수단은,

   액티브신호에 응답하여 상기 내부전원 공급단을 드라이빙하기 위한 액티브 드라이빙부와,

   스탠드바이신호에 응답하여 상기 내부전원 공급단을 드라이빙하기 위한 스탠드바이 드라이빙부를 구비하는 내부전원 공급장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 보조 내부전원 공급수단은 상기 액티브신호에 응답하여 상기 내부전원 공급단을 드라이빙하는 것을 특징으로 하는 내부전원 공급장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 보조 내부전원 공급수단은,

   보조 기준전압을 생성하기 보조 기준전압 생성부와,

   상기 보조 기준전압에 응답하여 상기 내부전원이 상기 소정레벨을 유지하도록 드라이빙하기 위한 드라이버

   를 구비하는 내부전원 공급장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 보조 기준전압 생성부는,

   상기 내부전원이 원하는 레벨을 유지할 동안에는 상기 드라이버를 턴오프시키고, 상기 내부전원의 레벨이 상기 소정레벨 이하로 하강하는 경우 상기 드라이버를 턴온시키기 위한 상기 보조기준전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 내부전원 공급장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 보조기준전압 V_{REF 2}는

   

   를 만족하며,

   상기 V_{PERI - ORG}는 원하는 레벨의 내부전원이며, 상기 Vt는 상기 NMOS트랜지스터의 문턱전압이며, 상기 Vd는 상기 소정레벨을 나타내는 것을 특징으로 하는 내부전원 공급장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 보조 기준전압 생성부는,

   제2 전원전압과 출력노드 사이에 연결된 제1 저항과, 상기 출력노드에 연결된 제2 저항과, 제1 PMOS트랜지스터로 구현되어 상기 제2 저항의 다른 노드에 연결된 제1 다이오드와, 제2 PMOS트랜지스터로 구현되어 상기 제1 다이오드의 다른 노드와 상기 내부전원 공급단 사이에 연결된 제2 다이오드를 구비하되,

   상기 원하는 레벨의 내부전원에 대해 일정비율을 갖는 기준전압이 상기 제1 및 제2 다이오드의 연결노드에 인가되며, 상기 출력노드에 걸린 전압을 상기 NMOS트랜지스터의 게이트 전압으로 출력하는 것을 특징으로 하는 내부전원 공급장치.

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