KR100695526B1 - 반도체 장치의 오실레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제한된 캐패시터를 이용하여 다양한 주파수를 가지는 클럭신호를 생성하여 출력할 수 있는 반도체 장치의 오실레이터를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 내부에 구비된 임의의 노드에 인가되는 캐패시턴스의 값에 대응하는 주파수를 가지는 신호를 발진시켜 출력하기 위한 발진부; 일측이 상기 노드에 접속된 로드용 캐패시터를 구비한 캐패시터부; 및 다수의 전압레벨중 선택된 하나의 전압레벨을 상기 캐패시터의 타측에 인가시키기 위한 발진주파수 제어부를 구비하는 반도체 장치의 오실레이터를 제공한다.

반도체, 오실레이터, 주파수, 캐패시터.

Description

반도체 장치의 오실레이터{OSCILLATOR OF SEMICONDUCTOR DEVICE}

도1은 종래기술에 의한 반도체 장치의 오실레이터를 나타내는 회로도.

도2는 개선된 종래기술에 의한 반도체 장치의 오실레이터를 나타내는 회로도.

도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 오실레이터를 나타내는 회로도.

도4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 오실레이터를 나타내는 회로도.

도5는 도3에 도시된 오실레이터의 동작을 나타내는 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 발진부

200 : 발진주파수 제어부

300 : 디코딩부

본 발명은 반도체 집적회로에 관한 것으로, 특히 반도체 집적회로의 오실에터에 관한 것이다.

반도체 장치는 크게 클럭에 동작하는 회로부분과 클럭에 관계없이 동작하는 회로부분이다. 클럭에 각 부분을 동기시켜 동작시키면 집적회로의 각 부분을 쉽게 제어할 수 있다. 클럭에 동기되는 부분이 잘 동작하려면 동작의 기준이 되는 클럭신호가 안정적으로 제공되어야 한다.

오실레이터에서 생성되어 출력되는 클럭은 정해진 주기에 따라 일정한 간격으로 오실레이션을 해야하고, 주파수가 바뀌었을 때는 바뀐 주파수로 빠르게 변한 다음 출력되어야 한다.

도1은 종래기술에 의한 반도체 장치의 오실레이터를 나타내는 회로도이다.

도1을 참조하여 살펴보면, 종래기술에 의한 반도체 장치의 오셀레이터는 발진동작을 제어하기 위한 발진제어회로(10)와, 제어회로(10)와 페루프를 이루는 인버터(I3~I5)를 구비한다. 발진제어회로(10)는 제어신호(in3)을 이용하여 인버터(I5)의 출력단과 인버터(I3)의 입력단을 선택적으로 연결시킨다.

또한, 발진된 신호를 버퍼링하여 출력하기 위해 버퍼를 이루는 인버터(I6,I7)와, 발진된 클럭신호의 주파수를 조절하기 위해 페루프를 이루는 인버터의 각 입력노드에 구비된 캐패시터(C1 ~ C6)을 구비한다. 캐패시터(C1 ~ C6)는 피모스트랜지스터와 앤모스트랜지스터로 만들어지며, 인버터(I1,I2)를 통해 반전된 제어 신호(in1,in2)에 의해 활성화된다.

계속해서 도1을 참조하여 종래기술에 의한 오실레이터의 동작을 살펴본다.

제어신호(in3)에 응답하여 발진제어회로(10)는 인버터(I5)의 출력단과 인버터(I3)의 입력단을 연결시킨다. 따라서 인버터(I3~I5)와 발진제어회로(10)가 페루프가 되고, 그로 인해 신호의 발진이 일어난다. 최종 발진된 신호는 인버터(I5)의 출력단에 전달되고, 전달된 신호는 인버터(I6,I7)에 의해 구형파로 만들어져 출력된다.

한편, 발진동작시에 제어신호(in1,in2)는 각각 하이레벨, 로우레벨로 입력되고, 그로 인해 모스트랜지스터로 만들어진 캐패시터(C1 ~ C6)은 활성화상태로 인버터(I3~I5)의 각 입력단에 로드로 작용한다.

페루프를 이루는 인버터(I3~I5)의 노드에 인가되는 로드의 크기에 따라 발진되어 출력되는 클럭의 주파수가 결정된다. 따라서 제조시 원하는 주파수에 대응하는 캐패시턴스를 가지는 캐패시터를 도1에 도시된 바와 같이 연결하게 된다.

그런데, 만약 출력되는 클럭신호의 주파수를 변결하고자 할 때에는 로드로 작용하는 캐패시터의 캐패시턴스를 변화시켜야 한다.

이를 위해서 6개의 캐패시터(C1 ~ C6)을 선택적으로 연결시켜야 하는데, 이전에는 금속배선을 옵션으로 사용해서 웨이퍼 레벨에서 선택적으로 연결 또는 분리시키는 방법을 사용하였다.

그러나 금속배선을 옵션으로 사용하기 위해서는 공정시간이나 비용이 만만치 않게 많이 소요되는 문제점이 있다.

이를 개선하기 위해 캐패시터를 다수 추가하고 제어신호에 따라 추가적으로 연결시키는 방법이 제안되었다.

도2는 개선된 종래기술에 의한 반도체 장치의 오실레이터를 나타내는 회로도이다.

도2를 참조하여 살펴보면, 개선된 종래기술에 의한 오실레이터는 도1에 도시된 구성에서 모스트랜지스터로 구성된 캐패시터(C7~C9)를 추가로 구비하고 있다.

추가된 캐패시터(C7~C9)는 반전된 제어신호(in4)에 따라 로드로 작용하게 된다.

이렇게 캐패시터(C7~C9)를 추가로 구비시키고 제어신호(in4)에 따라 오실레이터의 페루프를 이루는 인버터의 각 노드에 인가되는 로드를 변화시키게 되면, 발진되어 출력되는 클럭신호의 주파수를 조절할 수 있다.

그러나, 이 때에도 주파수를 조절하기 위해서는 추가로 캐패시터를 구비하고, 제어신호를 인가해야 하기 때문에 회로의 면적이 증가되고 구현하기 위한 비용이 크게 증가된다. 출력되는 클럭신호의 주파수를 변화시키고 싶은 만큼 추가적으로 많은 캐패시터를 구비시켜야 하기 때문에 오실레이터의 회로면적이 크게 증가하게 되는 것이다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로 제한된 캐패시터를 이용하여 다양한 주파수를 가지는 클럭신호를 생성하여 출력할 수 있는 반도체 장 치의 오실레이터를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 내부에 구비된 임의의 노드에 인가되는 캐패시턴스의 값에 대응하는 주파수를 가지는 신호를 발진시켜 출력하기 위해 링오실레이터를 구비한 발진부; 일측이 상기 노드에 접속된 로드용 캐패시터를 구비한 캐패시터부; 및 다수의 전압레벨중 선택된 하나의 전압레벨을 상기 캐패시터의 타측에 인가시키기 위한 발진주파수 제어부를 구비하는 반도체 장치의 오실레이터를 제공한다.

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

도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 오실레이터를 나타내는 회로도이다.

도3을 참조하여 살펴보면, 본 실시예에 따른 반도체 장치의 오실레이터는 내부에 구비된 임의의 노드(N3)에 인가되는 캐패시턴스의 값에 대응하는 주파수를 가지는 신호를 발진시켜 출력하기 위한 발진부(100)와, 일측이 노드(N3)에 접속된 로드용 캐패시터(예를 들면 C10)를 구비한 캐패시터부(400)와, 다수의 전압레벨중 선택된 하나의 전압레벨을 캐패시터(C13)의 타측에 인가시키기 위한 발진주파수 제어부(200)를 구비한다.

또한 본 실시에에 따른 오실레이터는 발진주파수 제어부(200)에서 다수의 전압레벨중 하나의 전압레벨이 선택되도록 하기 위한 디코된 값(sel<0:3>)을 출력하는 디코딩부(300)를 더 구비한다.

또한 발진주파수 제어부(200)는 전원전압과 접지전압 사이에 제공되는 직렬연결된 다수의 저항(R1 ~ R7)과, 디코딩된 값(sel<0:3>)에 대응하여 다수의 저항에 의해 제공되는 다수 분배된 전압(n0 ~ n7)중 하나를 선택적으로 캐패시터(C13)의 타측에 전달하기 위한 전달부(210)를 구비한다.

전달부(210)는 다수의 스위치용 모스트랜지스터(MN1~MN4)를 병렬로 구비하고, 각각의 모스트랜지스터(MN1 ~ MN4)는 게이트로 디코딩된 값(sel<0:3>)중 하나를 인가받아 대응하는 분배된 전압(n0,n2,n4,n7)을 캐패시터(C13)의 타측에 전달하는 것을 특징으로 한다.

발진부(100)는 직렬연결된 다수의 인버터(I10 ~ I12)와, 다수의 인버터(I10 ~ I12)의 제일 끝단의 인버터(I12)의 출력과 첫단의 인버터(I10)의 입력단을 선택적으로 연결하기 위한 발진제어회로(110)과, 인버터(I10 ~ I12)중 선택된 인버터(I12)의 출력단에 인가되는 발진신호를 버퍼링하여 클럭신호(OSC)로 출력하기 위한 버퍼(I13,I14)를 구비한다.

발진제어회로(110)은 입력되는 제어신호(In3)에 응답하여 인버터(I12)의 출력과 첫단의 인버터(I10)의 입력단을 선택적으로 연결시킨다.

캐패시터부(400)은 다수의 캐패시터(C10 ~ C15)를 구비하고, 구비된 캐패시터는 일측은 발진부의 페루프를 이루는 인버터(I10,I11,I12)의 입력단에 접속되며, 타측은 발진주파수 제어부(200)에서 전달되는 전압을 인가받게 된다.

또한 본 실시예에 따른 오실레이터는 발진주파수 제어부(200)로 디코딩된 값(sel,0:3>)을 출력하기 위한 디코딩부(300)를 추가로 구비한다.

디코딩부(300)은 제어신호(in1,in2)를 반전하기 위한 인버터(I15,I16)와, 제어신호(in1,in2)와 인버터(I15,I16)중 서로 다른 조합의 2개 신호를 각각 입력받는 낸드게이트(ND1 ~ ND4)와, 낸드게이트(ND1 ~ ND4)의 출력을 반전하여 출력하기 위한 인버터(I17~I20)를 구비한다.

이하에서는 도3을 참조하여 본 실시예에 따른 오실레이터의 동작을 설명한다.

먼저 디코딩부(300)에서는 입력되는 제어신호(in1,in2)에 대응하는 하나의 디코딩된 값(예를 들어 sel<0>)을 하이레벨로 활성화시켜 출력한다.

디코딩된 값(sel<0>)이 하이레벨로 인가되면 발진주파수 제어부(200)의 전달부(210)에서는 분배된 전압(n0)을 발진부(100)의 각 노드에 접속된 캐패시터(C10 ~ C15)의 일측 단자로 전달한다.

만약 제어신호(in1,in2)가 모두 로우레벨이라면, 디코딩된 값(sel<3>)이 하이레벨이 되어 출력되고, 그로 인해 발지주파수 제어부(200)의 전달부(210)에서는 분배된 전압(n7)이 발진부(100)의 각 노드에 접속된 캐패시터(C10 ~ C15)의 일측 단자로 전달될 것이다.

각 인버터(I10~I12)의 입력단의 로드의 크기는 발진부(100)의 각 노드에 접속된 캐패시터(C10 ~ C15)는 일측단자에 전달되는 분배된 전압레벨에 따라 달라지 게 된다.

따라서 결국 발진부에서 출력되는 발진된 주파수가 발진부(100)의 각 노드에 접속된 캐패시터(C10 ~ C15)는 일측단자에 전달되는 분배된 전압레벨에 달라지게 되는 것이다.

여기서는 7개의 저항을 사용해서 4개의 디코딩된 값을 이용해서 4개의 분배된 전압을 선택적으로 전달되도록 하였으나, 필요에 따라 구비되는 저항의 수를 더 늘일수도 있으며, 분배전압을 선택할 수 잇는 경우의 수도 더 많이 나눌 수 있다.

또한 현재 제조되는 반도체 장치가 동작하는 주파수대역에 대응하여 발진부(100)의 각 노드에 접속된 캐패시터(C10 ~ C15)는 일측단자에 전달되는 분배된 전압레벨에 달라지게 할 수 있다.

이렇게 하면, 연구개발 및 제조되는 반도체 장치의 동작주파수를 쉽게 변화시킬 수 있게 된다.

도5에는 본 실시예에 따른 오실레이터가 쉽게 주파수를 변화시킨 클럭신호를 생성하여 출력하는 것이 도시되어 있다.

도4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 오실레이터를 나타내는 회로도이다.

도4에 도시된 제2 실시예에 따른 오실레이터는 발진부(700)를 구성하는 인버터의 각 입력단에 2개씩 접속된 캐패시터중 하나는 제1 분배전압(node01)을 인가받고, 나머지 하나는 제2 분배전압(node02)을 인가받도록 구성되어 있다.

또한 제2 실시예에 따른 오실레이터를 구성하는 발진주파수 제어부(500)는 전원전압과 접지전압의 사이값을 가지는 다수의 분배된 전압(n0~n7)을 제공하기 위한 직렬연결된 다수의 저항(R1~R7)과, 다수의 저항(R1~R7)에 의해 제공되는 다수의 분배된 전압일부(n0,n2,n4,n7)중에서 하나를 선택하여 제1 분배전압(node01)으로 제공하기 위한 제1 전달부(520)와, 다수의 저항(R1~R7)에 의해 제공되는 다수의 분배된 전압(n0~n7) 일부중에서 하나를 선택하여 제2 분배전압(node02)으로 제공하기 위한 제2 전달부(530)를 구비한다.

제1 전달부(520)는 다수의 스위치용 모스트랜지스터(MN5~MN8)를 병렬로 구비하고, 각각의 모스트랜지스터(MN5~MN8)는 게이트로 제1 디코딩된 신호(selp<0:3>)중 하나를 인가받아, 다수의 저항(R1~R7)에 의해 제공되는 다수의 분배된 전압 일부(n0,n2,n4,n6)중 선택된 분배된 전압(node01)을 제1 분배전압(node01)으로 전달한다.

제2 전달부(530)는 다수의 스위치용 모스트랜지스터(MN9~MN12)를 병렬로 구비하고, 각각의 모스트랜지스터(MN9~MN12)는 게이트로 제2 디코딩된 신호(seln<0:3>)중 하나를 인가받아, 다수의 저항(R1~R7)에 의해 제공되는 다수의 분배된 전압 일부(n0,n1,n5,n7)중 선택된 분배된 전압을 제1 분배전압(node02)으로 전달한다.

또한, 발진부(700)를 구성하는 인버터의 각 입력단에 2개씩 접속된 캐패시터중 하나의 캐패시터(예를 들어 C16)는 피모스트랜지스터로 구성되며, 나머지 하나의 캐패시터(C19)는 앤모스트랜지스터로 구성된다.

또한, 제2 실시예에 따른 오실레이터의 디코딩부(600)은 제1 전달부(520)로 디코딩된 신호를 출력하기 위해 제어신호(in1,in2)를 각각 반전시키는 2개의 인버터와, 제어신호(in1,in2)와 그 반전된 신호중에서 서로 다른 조합의 2개신호씩을 입력받아 출력하는 4개의 낸드게이트 및 인버터를 구비한다. 또한, 디코딩부(600)는 제2 전달부(520)로 디코딩된 신호를 출력하기 위해 제어신호(in3,in4)를 각각 반전시키는 2개의 인버터와, 제어신호(in3,in4)와 그 반전된 신호중에서 서로 다른 조합의 2개신호씩을 입력받아 출력하는 4개의 낸드게이트 및 인버터를 구비한다.

제2 실시예에 따른 오실레이터는 전체적으로 제1 실시예에 따른 오실레이터와 그 동작이 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.

단지, 7개의 저항렬에 의해 분배된 전압을 4개씩 조합하여 각각 분배전압을 발진부의 캐패시터로 전달하게 되므로 보다 다양한 주기로 발진신호를 생성할 수 있게 된다.

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 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명에 의해서 반도체 장치의 오실레이터에서 발진된 신호를 생성하고 출력하는데 있어서 주파수를 변화시키기가 용이해졌다. 본 발명에 의해 종래처럼 금속배선을 끊거나 연결하지 않고, 단지 제어신호값을 제어하여 로드용 캐패시터에 인가되는 전압을 조절함으로서, 발진 신호의 주파수를 쉽게 변화시킬수 있는 것이다.

따라서 클럭신호를 기준으로 동작하는 반도체 장치가 동작 주파수를 변화시켜 동작시킬 때, 쉽게 변화한 주파수로 동작시킬 수 있게 되었다.

또한 본 발명에 의해 같은 로드용 캐패시터를 사용하면서도 종래보다 더 많은 경우의 주파수의 변화를 줄 수 있어서, 제품 개발 및 생산에 있어서 수시로 발생하는 회로수정과 불량분석에서 비용과 시간을 줄일 수 있게 되었다.

Claims (11)

1. 내부에 구비된 임의의 노드에 인가되는 캐패시턴스의 값에 대응하는 주파수를 가지는 신호를 발진시켜 출력하기 위해 링오실레이터를 구비한 발진부;

   일측이 상기 노드에 접속된 로드용 캐패시터를 구비한 캐패시터부; 및

   다수의 전압레벨중 선택된 하나의 전압레벨을 상기 캐패시터의 타측에 인가시키기 위한 발진주파수 제어부

   를 구비하는 반도체 장치의 오실레이터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 발진주파수 제어부에서 다수의 전압레벨중 하나의 전압레벨이 선택되도록 하기 위한 디코된 값을 출력하는 디코딩부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오실레이터.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 발진주파수 제어부는

   전원전압과 접지전압 사이에 제공되는 직렬연결된 다수의 저항; 및

   상기 디코딩된 값에 대응하여 상기 다수의 저항에 의해 제공되는 다수 분배 된 전압중 하나를 선택적으로 상기 캐패시터의 타측에 전달하기 위한 전달부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오실레이터.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 전달부는

   다수의 스위치용 모스트랜지스터를 병렬로 구비하고, 각각의 모스트랜지스터는 게이트로 디코딩된 값중 하나를 인가받아 대응하는 상기 분배된 전압을 상기 캐패시터의 타측에 전달하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오실레이터.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 발진부는

   직렬연결된 다수의 인버터;

   상기 다수의 인버터의 제일 끝단의 인버터의 출력과 첫단의 인버터의 입력단을 선택적으로 연결하기 위한 발진제어회로; 및

   상기 인버터중 선택된 인버터의 출력단에 인가되는 발진신호를 버퍼링하여 출력하기 위한 버퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오실레이터.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 캐패시터부는

   상기 다수의 인버터 각각의 입력단에 대응하여 일측이 각각 접속된 다수의 로드용 캐패시터를 구비하며, 타측으로는 상기 발진주파수 제어부로부터 전달되는 전압레벨을 인가받는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오실레이터.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 캐패시터부는

   상기 다수의 인버터 각각의 입력단에 대응하여 각각 2개의 캐패시터가 일측이 각각 접속된 상태로 배치되며, 각 입력받에 접속된 제1 캐패시터는 타측으로 제1 분배전압을 입력받고, 각 입력받에 접속된 제2 캐패시터는 타측으로 제2 분배전압을 입력받는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오실레이터.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 발진주파수 제어부는

   전원전압과 접지전압의 사이값을 가지는 다수의 분배된 전압을 제공하기 위한 직렬연결된 다수의 저항; 및

   상기 다수의 저항에 의해 제공되는 다수의 분배된 전압 일부중에서 하나를 선택하여 상기 제1 분배전압으로 제공하기 위한 제1 전달부; 및

   상기 다수의 저항에 의해 제공되는 다수의 분배된 전압 일부중에서 하나를 선택하여 상기 제2 분배전압으로 제공하기 위한 제2 전달부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오실레이터.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제1 전달부는

   다수의 스위치용 제1 모스트랜지스터를 병렬로 구비하고, 각각의 제1 모스트랜지스터는 게이트로 제1 디코딩된 신호중 하나를 인가받아, 상기 다수의 저항에 의해 제공되는 다수의 분배된 전압 일부중 선택된 분배된 전압을 상기 제1 분배전압으로 전달하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오실레이터.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 제2 전달부는

    다수의 스위치용 제2 모스트랜지스터를 병렬로 구비하고, 각각의 제2 모스트랜지스터는 게이트로 제2 디코딩된 신호중 하나를 인가받아, 상기 다수의 저항에 의해 제공되는 다수의 분배된 전압 일부중 선택된 분배된 전압을 상기 제1 분배전압으로 전달하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오실레이터.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 제1 캐패시터는 피모스트랜지스터로 구성되며, 제2 캐패시터는 앤모스트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 오실레이터.

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