KR100630542B1 - 온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기 - Google Patents

온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기는 전원 전압의 변화에 무관하게 일정한 전압으로 제 1 전압을 생성하는 기준 전압 발생부, 인가된 전압을 온도에 따라 저항값이 변화하는 온도 센싱 소자 및 일반 저항 소자를 이용해 전압 분배하여 제 2 전압을 생성하는 전압 분배부 및 상기 제 1 전압을 제 1 입력 신호로 하고, 출력 신호로 생성된 제 3 전압을 상기 전압 분배부에 인가하여 생성된 상기 제 2 전압을 제 2 입력 신호로 피드백함으로써 온도의 변화에 무관하게 상기 제 1 전압을 일정한 전압으로 조절한 제 4 전압을 생성하는 레귤레이션 센스 앰프를 포함하여 이루어진다.
기준 전압, 레귤레이션 센스 앰프, 온도 변화, 온도 센싱 가변 저항 소자

Description

온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기{Circuit for generating reference bias compensating for voltage according to variation of temperature}
도 1은 종래의 기준 전압 발생기를 설명하기 위하여 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 기준 전압 발생기를 설명하기 위하여 도시한 블록도.
도 3은 도 1 및 도 2의 바이어스 생성부의 동작을 설명하기 위하여 도시한 내부 회로도.
도 4는 도 1 및 도 2의 레귤레이션 센스 앰프의 동작을 설명하기 위하여 도시한 내부 회로도.
도 5a 및 도 5b는 온도에 따른 도 2의 저항 특성 및 레귤레이션 센스 앰프 입력 신호 특성 변화를 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
110 : 제 1 전압 생성부 120, 220 : 레귤레이션 센스 앰프
130 : 제 2 전압 생성부 210 : 종래의 기준 전압 발생기
230 : 전압 분배부
본 발명은 온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기에 관한 것으로, 특히 온도 변화에도 상관없이 일정한 기준 전압을 생성할 수 있는 온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기에 관한 것이다.
기준 전압 발생기는 플래시 메모리와 같은 메모리 구조에서, 하나의 전원 전압으로 여러 가지 레벨의 바이어스를 생성해야 할 때 그 바이어스 레벨을 만들기 위하여 레퍼런스(Reference)로 쓰는 바이어스를 만들어 주는 회로이다. 일반적으로, 기준 전압 발생기는 전원 전압이 일정하지 않아도 일정한 바이어스를 생성해야 한다.
이하에서, 도 1을 참조하여 기준 전압 발생기의 회로 동작을 설명하기로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 기준 전압 발생기는 전원 전압을 조절하여 일정 레벨의 바이어스인 제 1 전압(V11)을 생성하는 제 1 전압 생성부(110), 제 1 전압(V11) 및 전원 전압의 변화를 센싱하고 피드백(Feed-back)하여 전원 전압의 변화에 무관하게 일정한 레귤레이션 전압(Vr)을 생성하는 레귤레이션 센스 앰프(120), 레귤레이션 전압(Vr)을 소오스 전원으로 하여 다시 일정하고 안정된 최 종 기준 전압(Vref)을 생성하는 제 2 전압 생성부(130)로 이루어진다.
이러한 기준 전압 발생기는 전원 전압의 변화에는 무관하지만 온도의 영향을 받게 된다. 다시 말해, 온도가 증가함에 따라 기준 저압 발생기를 구성하는 소자들이 온도에 영향을 받아 바이어스 레벨도 증가하여 원하는 레벨의 바이어스를 생성하기 어렵게 된다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 온도에 따라 저항값이 변화하는 온도 센싱 가변 저항 소자를 이용하여 바이어스 레벨의 변화를 조절해 줌으로써 전원 전압의 변화 및 온도의 변화에 영향을 받지 않고 일정한 레벨의 기준 전압을 생성할 수 있는 온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기는 전원 전압의 변화에 무관하게 일정한 전압으로 제 1 전압을 생성하는 기준 전압 발생부, 인가된 전압을 온도에 따라 저항값이 변화하는 온도 센싱 소자 및 일반 저항 소자를 이용해 전압 분배하여 제 2 전압을 생성하는 전압 분배부 및 상기 제 1 전압을 제 1 입력 신호로 하고, 출력 신호로 생성된 제 3 전압을 상기 전압 분배부에 인가하여 생성된 상기 제 2 전압을 제 2 입력 신호로 피드백함으로써 온도의 변화 에 무관하게 상기 제 1 전압을 일정한 전압으로 조절한 제 4 전압을 생성하는 레귤레이션 센스 앰프를 포함하여 이루어진다.
제 2 전압은 아래의 식에 의해 전압 분배되어 생성된다.
제 2 전압 = 제 3 전압 × ( 온도 센싱 소자의 저항값 / ( 일반 저항 소자 + 온도 센싱 소자의 저항값 ) )
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기를 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기는 종래의 기준 전압 발생부(210)의 출력 단자에 레귤레이션 센스 앰프(220)를 연결하고, 레귤레이션 센스 앰프(220)의 출력 단자에는 온도 센싱 가변 저항 소자(R4)를 포함하여 이루어진 전압 분배 수단(230)을 연결하여 온도 변화에 따라 다르게 생성되는 전압을 레귤레이션 센스 앰프(220)의 피드백 전압(Vfb)으로 사용함으로써 레귤레이션 센스 앰프(220)의 출력 신호(Vout)를 계속적으로 조절(Regulation)하여 온도 변화에 상관없이 일정한 기준 전압(Vref)을 생성할 수 있도록 한다.
이하, 기준 전압 발생기에서 기준 전압(Vref)이 생성되는 과정을 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 기준 전압 발생부(210)의 제 1 전압 생성부(110)는 제 1 내지 제 4 스위칭 소자(S11 내지 S14)로 구성된 전류 미러(Current mirror)와 제 1 저항 소자(R11)의 저항값을 조절하여 입력 단자(Vsource)로 인가되는 전원 전압을 제 1 전압(V11)으로 생성한다. 제 1 저항 소자(R11)의 저항값을 크게 하면 제 4 스위칭 소자(S14)로 흐르는 전류의 양이 줄어들어 제 1 노드(N10)의 전위가 높아지게 된다. 제 1 노드(N10)의 전위는 제 5 스위칭 소자(S15)를 완전히 온상태로 만들 수 있는 전위보다 낮기 때문에 출력 단자(Vout)로 흐르는 전류의 양도 줄어들게 된다. 출력 단자(Vout)로 흐르는 전류의 양이 줄어들게 되면 제 2 저항 소자(R12)에 발생하는 전압이 낮아지게 되어 낮은 전위의 제 1 전압(V11)을 생성하게 된다. 이때 제 2 저항 소자(R12)는 출력 단자에 일정 전압을 발생시키는 부하 저항이다. 반대로, 높은 전위의 제 1 전압(V11)을 생성하기 위해서는 제 1 저항 소자(R11)의 저항값을 낮추어 전류를 많이 흐르게 하여 제 1 노드(N10)의 전위를 낮춘다. 제 1 노드(N10)의 전위는 제 5 스위칭 소자(S15)를 거의 온상태로 만들어 전류를 최대한 많이 흐르게 한다. 이 전류에 의해 제 2 저항 소자(R12)에는 높은 전압이 발생하고, 이 전압이 출력 단자(Vout)로 연결되어 높은 전위의 제 1 전압(V11)을 생성한다.
상기와 같이, 제 1 저항 소자(R11)의 저항값을 적절히 조절하여 목표 전위값으로 생성된 제 1 전압(V11)은 레귤레이션 센스 앰프(120)의 제 1 입력 단자로 인가되다. 레귤레이션 센스 앰프(120)는 전원 전압이 높게 인가되거나, 낮게 인가될 경우 제 1 전압(V11)이 목표 전위와 다르게 생성될 수 있기 때문에 전원 전압을 센 싱하여 높고 낮음에 따라 제 1 전압(V11)을 목표 전위로 조절(Regulation)해 주는 역할을 한다.
도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 외부에서 인에이블 신호(EN)가 인가되면 제 1 스위칭 소자(S21)는 온상태가 되면서 전원 전압을 공급하고, 제 11 스위칭 소자(S31)는 오프상태가 되면서 출력 단자(Vout)와 접지전원 단자를 개방 상태로 만들어 주어 동작을 하게된다. 이때, 레귤레이션 센스 앰프(120)의 제 1 입력 단자인 제 4 스위칭 소자(S24)의 게이트 전극에는 제 1 전압 생성부(110)에서 생성된 제 1 전압(V11)이 인가되고, 제 2 입력 단자인 제 5 스위칭 소자(S25)의 게이트 전극에는 출력 단자(Vout)에서 생성된 출력 전압이 저항 소자(R1 및 R2)에 의해 일정 전위로 분배된 전압이 피드백되어 인가된다.
제 4 스위칭 소자(S24)에 인가된 제 1 전압(V11)이 레귤레이터 센스 앰프(120)의 출력 전압(Vr)을 분배하여 제 5 스위칭 소자(S25)로 피드백된 제 2 전압(V12)보다 높을 경우에는 제 5 스위칭 소자(S25)에 흐르는 전류가 제 4 스위칭 소자(S24)에 흐르는 전류보다 적기 때문에 제 2 노드(N20)의 전위가 높아진다. 높아진 제 2 노드(N20)의 전위는 제 7 스위칭 소자(S27)에 인가되고 거의 턴오프 상태로 만든다. 이로 인해, 제 7 스위칭 소자(S27)에는 높은 전압이 걸리고, 출력 단자(N21)의 전위는 낮아진다.
제 4 스위칭 소자(S24)에 인가된 제 1 전압(V11)이 레귤레이터 센스 앰프(120)의 출력 전압(Vr)을 분배하여 제 5 스위칭 소자(S25)로 피드백된 제 2 전압(V12)보다 낮을 경우에는 제 5 스위칭 소자(S25)에 흐르는 전류가 제 4 스위칭 소자(S24)에 흐르는 전류보다 많기 때문에 제 2 노드(N20)의 전위가 낮아진다. 낮아진 제 2 노드(N20)의 전위는 제 7 스위칭 소자(S27)에 인가되고 거의 턴온 상태로 만든다. 이로 인해, 제 7 스위칭 소자(S27)에는 거의 전압이 걸리지 않아, 출력 단자(N21)의 전위는 높아진다.
상기의 회로 구조에서, 제 8 및 제 9 스위칭 소자(S28 및 S29)는 다이오드 접속을 이루고 있으며, 제조 공정시 온저항값을 조절하여 제 2 노드(N22)의 전위를 결정한다. 제 2 노드(N22)의 전위는 제 6 및 제 10 스위칭 소자(S26 및 S30)의 게이트 전극에 인가된다. 제 2 노드(N22)의 전위에 따라 제 6 스위칭 소자(S26)는 제 4 및 제 5 스위칭 소자(S24 및 S25)에 흐르는 전류의 양을 조절한다. 또한, 제 2 노드(N22)의 전위에 따라 제 10 스위칭 소자(S30)는 출력 단자(N21) 및 접지 전원 단자간에 접속되어 부하 저항 역할을 한다.
상기의 피드백 동작에 의하여, 레귤레이션 센스 앰프(120)는 전원 전압의 변화(높게 인가되거나, 낮게 인가되는 경우)에 상관없이 제 1 전압(V11)을 일정 전위로 조절한 출력 신호(Vr)를 생성한다.
이렇게 생성된 레귤레이션 센스 앰프(120)의 출력 신호(Vr)는 도 3에 도시한 제 1 전압 생성부(110)와 동일한 구조와 동작을 하는 제 2 전압 생성부(130)의 입력 단자(Vsource)로 인가되어 다시 한번 안정화시킨 후 제 3 전압(V21)을 생성한다. 종래에는 제 3 전압(V21)을 기준 전압으로 사용한다. 레귤레이션 센스 앰프(120)를 이용하여 전원 전압의 변화에 따른 제 3 전압(V21)의 변화를 보상하여 일정한 전위를 유지하도록 한다고는 하지만 온도 변화에는 제 3 전압(V21)의 전위 를 일정하게 유지할 수 없다.
이렇게 온도 변화에 따라 전위가 변화하는 것을 방지하기 위하여, 온도 센싱 가변 저항 소자(R4)을 포함하여 이루어진 전압 분배 수단(230)이 출력 단자에 접속되어 있는 레귤레이션 센스 앰프(220)를 이용하여 온도 변화에 따른 전위 변화를 보상해 줌으로써 전원 전압 및 온도 변화에도 일정한 기준 전압을 생성한다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 레귤레이션 센스 앰프(220)의 내부 회로의 구성 및 동작은 도 4에 도시되어 있는 레귤레이션 센스 앰프(130)와 동일하다.
레귤레이션 센스 앰프(220)의 출력 전압(Vout2)은 온도 센싱 가변 저항 소자(R4)를 포함하여 이루어진 전압 분배 수단(230)에 의해 분배되고, 분배된 제 1 노드(N31)의 전압은 피드백 전압(Vfb)으로 다시 레귤레이션 센스 앰프(220)의 제 2 입력 단자로 인가된다. 전압 분배 수단(230)은 4개의 저항 소자(R3 내지 R5)로 이루어지며, 이중에서 제 1 노드(N31)와 접지 전원 단자간에 접속되어 있는 저항 소자가 온도 센싱 가변 저항 소자(R4)이다.
도 5a를 참조하면, 보통 저항 소자(R3, R5 및 R6)는 온도가 변해도 저항값이 거의 변하지 않지만, 온도 센싱 가변 저항 소자(R4)는 온도가 높아질수록 저항값이 증가한다. 따라서, 분배 전압인 피드백 전압(Vfb) 역시 수학식 1에 기재되어 있는 전압 분배 법칙에 온도 센싱 가변 저항 소자(R4)의 저항값이 증가할수록 비례하여 증가함을 알 수 있다.
Vfb = Vout2 × ( R4 / ( R3 + R4 ) )
도 5b를 참조하면, 온도의 변화에 따라 제 3 전압(V21)의 전위가 높아지지만, 온도 센싱 가변 저항 소자(R4)를 포함한 전압 분배부(230)의 저항 소자(R3, R5 및 R6)의 저항값을 적절하게 정해줌으로써 피드백 전압(Vfb)의 전위도 제 3 전압(V21)의 전위 변화량과 비례하게 변화시켜 일정한 기준 전압(Vref)이 생성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전원 전압의 변화 및 온도 변화에 상관없이 일정한 기준 전압을 생성할 수 있어 회로 동작의 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 전원 전압의 변화에 무관하게 일정한 전압으로 제 1 전압을 생성하는 기준 전압 발생부,
    인가된 전압을 온도에 따라 저항값이 변화하는 온도 센싱 소자 및 일반 저항 소자를 이용해 전압 분배하여 제 2 전압을 생성하는 전압 분배부 및
    상기 제 1 전압을 제 1 입력 신호로 하고, 출력 신호로 생성된 제 3 전압을 상기 전압 분배부에 인가하여 생성된 상기 제 2 전압을 제 2 입력 신호로 피드백함으로써 온도의 변화에 무관하게 상기 제 1 전압을 일정한 전압으로 조절한 제 4 전압을 생성하는 레귤레이션 센스 앰프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전압은 아래의 식에 의해 전압 분배되어 생성되는 것을 특징으로 하는 온도 변화에 따른 전압 보상이 가능한 기준 전압 발생기.
    제 2 전압 = 제 3 전압 × ( 온도 센싱 소자의 저항값 / ( 일반 저항 소자 + 온도 센싱 소자의 저항값 ) )
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