KR100845805B1 - 전압 강하 변환기 - Google Patents

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Abstract

전압 강하 변환기가 제공된다. 전압 강하 변환기는 제 1 기준 전압 및 내부 전압을 비교하여 제 1 구동 신호를 제공하는 전압 비교부, 외부 전압 레벨에 응답하여 제 2 구동 신호를 생성하고, 외부 전압에 따라 상기 제 1 및 제 2 구동 신호의 출력 경로를 제어함으로써, 상기 제 1 구동 신호 및 제 2 구동 신호 중 어느 하나의 신호를 제공하는 구동 신호 제어부 및 제 1 또는 제 2 구동 신호에 의해 활성화 여부가 제어됨으로써 상기 내부 전압을 제공하는 전압 공급부를 포함한다.
전압 강하, 안정화, 내부 전압

Description

전압 강하 변환기{Voltage Down Converter}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 강하 변환기의 블록도,
도 2는 도 1에 따른 구동 신호 제어부의 블록도,
도 3은 도 1에 따른 전압 강하 변환기의 회로도,
도 4는 외부 전압에 따른 내부 전압의 전압 특성도를 나타낸다.
도 5는 도 1에 따른 스위칭 신호 생성부의 회로도,
도 6은 도 1에 따른 전압 비교부의 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전압 비교부 200 : 전류 선택 경로부
210 : 스위칭 신호 생성부 220 : 제 1 스위칭부
230 : 제 2 스위칭부 240 : 전류원
300 : 전압 공급부 400 : 부하 회로부
본 발명은 전압 강하 변환기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 외부 전압을 강하하여 내부 전압을 제공하는 전압 강하 변환기에 관한 것이다.
일반적으로, 전압 강하 변환기는 외부의 전원 전압을 강하하여 외부 전압의 변화에 보다 안정된 내부 전압을 제공하도록 한다. 이로써, 안정된 내부 전압으로 인해 회로 동작의 신뢰성을 향상시키고, 외부 전압 보다 강압된 내부 전압으로 동작 전원을 사용함으로써 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
이러한 내부 전압을 소정의 전압으로 설정하기 위하여, 기준이 되는 기준 전압과 내부 전압의 차이를 비교하고, 그 신호로 전압 공급부를 구동시킨다. 하지만, 최근에는 외부 전압이 점점 낮아지므로 기준 전압과 내부 전압에 의한 비교 신호에 의한 출력 신호가 큰 크기의 전압 공급부를 구동시키기에 충분하지 않을 수 있다. 따라서, 전류 구동 능력이 저하됨으로써 안정적인 내부 전압을 제공하기 어려울 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 안정적인 내부 전압을 공급하는 전압 강하 변환기를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 기술적 과제를 달성하기 위하여 전압 강하 변환기는 제 1 기준 전압 및 내부 전압을 비교하여 제 1 구동 신호를 제공하는 전압 비교부, 외부 전압 레벨에 응답하여 제 2 구동 신호를 생성하고, 외부 전압에 따라 상기 제 1 및 제 2 구동 신호의 출력 경로를 제어함으로써, 상기 제 1 구동 신호 및 제 2 구동 신호 중 어느 하나의 신호를 제공하는 구동 신호 제어부 및 제 1 또는 제 2 구동 신호에 의해 활성화 여부가 제어됨으로써 상기 내부 전압을 제공 하는 전압 공급부를 포함한다.
상기 구동 신호 제어부는, 상기 외부 전압을 감지하여 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부, 스위칭 신호가 제 1 전압 레벨이면 턴온되는 제 1 스위칭부, 상기 스위칭 신호가 제 2 전압 레벨이면 턴온되는 제 2 스위칭부를 포함한다.
제 1 스위칭부는 상기 전압 비교부와 연결됨으로써 상기 제 1 구동 신호를 제공받는다. 제 2 스위칭부는 상기 전류원과 연결됨으로써 상기 제 2 구동 신호를 제공받는다. 한편, 스위칭 신호의 상기 제 1 및 제 2 전압 레벨은 서로 반전된 레벨이다.
스위칭 신호 생성부는 상기 외부 전압을 수신하여 감지하는 전압 감지 회로를 포함한다. 이러한 스위칭 신호 생성부는 감지된 상기 외부 전압이 소정 레벨 이상이면 상기 제 1 전압 레벨의 스위칭 신호를 제공한다. 스위칭 신호 생성부는 감지된 상기 외부 전압이 소정 레벨 미만이면 상기 제 2 전압 레벨의 스위칭 신호를 제공한다.
제 1 및 제 2 스위칭부는 상기 스위칭 신호의 전압 레벨에 응답하여 각각 상기 제 1 및 제 2 구동 신호 경로를 제어하는 스위칭 소자를 포함한다.
구동 신호 제어부의 상기 전류원은, 활성화되면 전류를 싱크(sink) 시킨다.
전압 비교부는 커런트 미러 타입의 차동 증폭기를 포함한다.
전압 공급부에서 제공하는 상기 내부 전압이 상기 전압 비교부로 피드백된다. 전압 공급부는 상기 제 1 기준 전압보다 상기 내부 전압이 높으면 비활성화되어 상기 외부 전압의 공급을 차단한다. 제 1 기준 전압보다 상기 내부 전압이 낮 되, 상기 내부 전압이 제 2 기준 전압미만이면 상기 전압 공급부는 상기 제 2 구동 신호에 의해 활성화된다. 제 1 기준 전압보다 상기 내부 전압이 낮되, 상기 내부 전압이 제 2 기준 전압이상이면 상기 전압 공급부는 상기 제 1 구동 신호에 의해 활성화된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전압 강하 변환기는 제 1 기준 전압과 내부 전압간의 차동 신호를 비교하여 제 1 구동 신호를 제공하는 전압 비교부, 외부 전압을 감지하여, 상기 외부 전압이 제 2 기준 전압 이상이면 스윙폭이 작은 신호의 출력 경로를 제공하고, 상기 외부 전압이 제 2 기준 전압 미만이면 접지 전압 레벨 신호의 출력 경로를 제공하는 구동 신호 제어부, 상기 스윙폭이 작은 신호 또는 상기 접지 전압 레벨의 신호에 의해 제어되는 전압 공급부를 포함한다.
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 외부 전압이 소정 레벨 미만의 저전압일 때 전류 구동 능력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 감지되는 외부 전압에 응답하는 구동 신호로 전압 공급부를 제어할 수 있다. 간단한 외부 전압 감지 방식을 이용하여 구동 신호를 결정하고 구동 시킴으로써, 보다 안정된 전원 전압을 공급할 수 있다.
이와 같은 전압 강하 변환기에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 강하 변환기의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 전압 강하 변환기는 전압 비교부(100), 구동 신호 제어부(200), 전압 공급부(300) 및 부하회로부(400)를 포함한다.
전압 비교부(100)는 제 1 기준 전압(Vref1) 및 내부 전압(Vint)을 비교하여 제 1 구동 신호(V1)를 제공한다.
보다 구체적으로 설명하면, 전압 비교부(100)는 제 1 기준 전압(Vref1)과 내부 전압(Vint)간의 미세한 차동 신호를 비교하여 제 1 구동 신호(V1)를 제공한다. 여기서, 제 1 구동 신호(V1)는 스윙폭이 작은 하이 레벨 또는 로우 레벨의 신호이다. 즉, 전압 비교부(100)에서 제공된 제 1 구동 신호(V1)는 그 전압 레벨이 아날로그 레벨의 하이 또는 로우일 수 있다. 이러한 전압 비교부(100)는 일반적인 커런트 미러 타입의 비교기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동 신호 제어부(200)는 인가되는 외부 전압(Vext)에 따라 신호의 경로를 배타적으로 제어함으로써 제 1 구동 신호(V1) 및 제 2 구동 신호(V2)를 선택적으로 제공할 수 있다. 여기서, 제 2 구동 신호(V2)는 감지된 외부 전압(Vext)에 응답하여 제공되는 신호이다.
다시 말하면, 구동 신호 제어부(200)는 인가받는 외부 전압(Vext) 및 소정 레벨의 제 2 기준 전압(Vref2)과의 비교 결과에 따라 제 1 구동 신호(V1) 및 제 2 구동 신호(V2)를 선택적으로 제공할 수 있다. 그리하여, 외부 전압(Vext)이 제 2 기준 전압(Vref2) 미만이 되면 전류 구동 능력을 향상시키도록 제 2 구동 신호(V2)를 제공한다. 그러나, 외부 전압(Vext)이 제 2 기준 전압(Vref2) 이상이 되면 제 1 구동 신호(V1)를 제공하도록 신호의 경로를 제어한다. 여기서, 제 2 기준 전압(Vref2)은 제 1 기준 전압(Vref1)보다 낮은 전압으로 예시한다.
즉, 외부 전압(Vext)이 제 2 기준 전압(Vref2) 미만인 저전압에서는 전압 비 교부(100)의 제 1 구동 신호(V1)는 큰 크기의 전압 공급부(300)를 구동시키기에 충분하지 않다. 그리하여 제 1 구동 신호(V1)의 경로를 차단하고, 제 2 구동 신호(V2)의 경로를 제공한다.
외부 전압(Vext)이 저전압으로서 제 2 기준 전압(Vref2) 미만인 경우, 즉 제 1 기준 전압(Vref1) 보다 내부 전압(Vint)이 낮다면, 제 2 구동 신호(V2)는 내부 전압(Vint)을 보상시킬 수 있도록 전압 공급부(300)를 활성화시키는 신호이다. 그러나, 외부 전압(Vext)이 소정 레벨 이상이 되면 전압 비교부(100)의 제 1 구동 신호(V1)가 구동 능력이 보다 향상된다고 예상된다. 따라서, 이 경우에는 제 1 구동 신호(V1)의 경로를 제공하고, 제 2 구동 신호(V2)의 경로는 차단한다. 여기서, 제 1 구동 신호(V1)는 전압 비교부(100)의 비교 결과에 의해 전압 공급부(300)를 활성화 시키거나, 비활성화시킬 수 있는 신호이다. 이러한 구동 신호 제어부(200)는 외부 전압(Vext)을 감지하는 외부 전압 감지 회로를 포함할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
전압 공급부(300)는 제 1 및 제 2 구동 신호(V1, V2)에 의해 활성화 여부가 제어됨으로써 내부 전압(Vint)을 제공한다.
보다 구체적으로 설명하면, 전압 공급부(300)는 전술한 구동 신호 제어부(200)의 동작에 따라 배타적으로 제공되는 제 1 구동 신호(V1) 및 제 2 구동 신호(V2)를 수신하여 활성화되거나 비활성화된다. 즉, 제 2 구동 신호(V2)를 수신하면 활성화되어 내부 전압(Vint)을 보상한다. 한편, 제 1 구동 신호(V1)를 수신하면 제 1 구동 신호(V1)의 전압 레벨에 따라 내부 전압(Vint)을 보상하거나, 내부 전 압(Vint)의 보상을 차단한다. 여기서, 전압 공급부(300)는 큰 드라이버일 수 있다.
부하 회로부(400)는 전압 공급부(300)에 연결되어 내부 전압(Vint)을 사용하는 내부 회로부들이다. 즉, 부하 회로부(400)는 전압 공급부(300)를 통해 제공된 내부 전압(Vint)을 사용하며 부하 전류(load current)를 흐르게 한다. 이로써, 내부 전압(Vint)이 외부 전압(Vext)보다 강하되어 일정한 전압을 갖게된다. 여기서 부하 회로부(400)는 주변 회로, 센스 앰프 회로등일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 강하 변환기는 구동 신호 제어부(200)를 구비하여, 외부 전압(Vext)이 소정 레벨 미만이 되는 저전압에서 구동 능력을 향상시킬 수 있는 제 2 구동 신호(V2)를 제공할 수 있다. 이로써, 저전압에서도 신뢰성 있고 안정적인 전압 강하 변환기의 동작을 구현할 수 있다.
다음의 도 2를 참조하여 구동 신호 제어부(200)에 대하여 자세히 설명하기로 한다. 도 2는 구동 신호 제어부(200)의 개념적인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 구동 신호 제어부(200)는 스위칭 신호 생성부(210), 제 1 스위칭부(220), 제 2 스위칭부(230) 및 전류원(240)을 포함한다.
우선, 스위칭 신호 생성부(210)를 설명하면 감지된 외부 전압(Vext)이 제 2 기준 전압(Vref2)보다 높으면 로우 레벨의 스위칭 신호(sw)를, 제 2 기준 전압(Vref2)보다 낮으면 하이 레벨의 스위칭 신호(sw)를 제공한다.
제 1 스위칭부(220)는 전압 비교부(도 1의 100 참조)와 연결됨으로써 제 1 구동 신호(V1)를 수신한다. 그리하여, 제 1 스위칭부(220)는 로우 레벨의 스위칭 신호(sw)에 응답하여 턴온되어 제 1 구동 신호(V1)를 전달할 수 있다.
제 2 스위칭부(230)는 전류원(240)과 연결되어, 전류원(240)이 활성화되면 제공하는 제 2 구동 신호(V2)를 수신한다. 그리하여, 제 2 스위칭부(230)는 하이 레벨의 스위칭 신호(sw)에 응답하여 턴온되어 제 2 구동 신호(V2)를 전달할 수 있다.
전류원(240)은 제 2 스위칭부(230)와 연결되어 스위칭 신호(sw)의 하이 레벨에 응답하여 활성화됨으로써 제 2 구동 신호(V2)를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 전류원(240)은 활성화되면 전류를 싱크(sink)시킬 수 있다. 따라서, 전류원(240)에서 제공하는 제 2 구동 신호(V2)는 접지 전압 레벨의 신호이다. 즉, 스위칭 신호(sw)가 하이 레벨이되면, 제 2 스위칭부(230)가 턴온됨으로써 접지 전압 레벨의 제 2 구동 신호(V2)가 전달되어 전압 공급부(도 1의 300 참조)를 구동시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 강하 변환기의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 전압 비교부(100)는 제 1 기준 전압(Vref1)과 피드백되는 내부 전압(Vint)을 비교하여 제 1 구동 신호(V1)를 제공하는 비교기로 도시되어 있다. 전압 비교부(100)는 제 1 기준 전압(Vref1)보다 내부 전압(Vint)이 낮으면 로우 레벨의 제 1 구동 신호(V1)를 제공한다. 그러나, 제 1 기준 전압(Vref1)보다 내부 전압(Vint)이 높으면 하이 레벨의 제 1 구동 신호(V1)를 제공한다. 전술한 바와 같이 전압 비교부(100)는 커런트 미러 타입의 비교기를 포함할 수 있다. 이러한 전압 비교부(100)의 출력 신호인 제 1 구동 신호(V1)의 전압 레벨은 스윙폭이 작은 신호 레벨이다. 더욱이, 외부 전압(Vext)이 저전압인 경우에는, 전압 공급부(300) 를 구동시키기에 더욱 미약한 제 1 구동 신호(V1)가 제공될 수 있다. 이러한 전압 비교부(100)의 구성에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
구동 신호 제어부(200)는 전술한 바와 같이, 스위칭 신호 생성부(210), 제 1 및 제 2 스위칭부(220, 230), 전류원(240)을 포함한다.
스위칭 신호 생성부(210)는 외부 전압(Vext)과 제 2 기준 전압(Vref2)을 수신하여 스위칭 신호(sw)를 제공한다. 여기서, 제 2 기준 전압(Vref2)은 저전압의 외부 전압(Vext)을 판단하는 소정 레벨의 전압이다. 또한, 제 2 기준 전압(Vref2)은 제 1 기준 전압(Vref1)보다 낮은 레벨의 전압으로 예시하나, 이에 제한되지는 않는다. 전술한 바와 같이 스위칭 신호 생성부(210)는 감지된 외부 전압(Vext)이 제 2 기준 전압(Vref2)보다 높은지 낮은지에 따라 로우 레벨 또는 하이 레벨의 스위칭 신호(sw)를 제공할 수 있다. 이러한 스위칭 신호 생성부(210)는 전압 감지기를 포함할 수 있다. 스위칭 신호 생성부(210)에 대한 자세한 구성 설명 및 동작은 후술하기로 한다.
제 1 스위칭부(220)는 전압 비교부(100)와 전압 공급부(300) 사이에 위치하고, 제 1 구동 신호(V1)를 수신하며 스위칭 신호(sw)로 제어된다. 제 1 스위칭부(220)는 제 1 패스 트랜지스터(TR1)를 포함한다. 그리하여, 로우 레벨의 스위칭 신호(sw)가 제 1 인버터(INV1) 및 제 2 인버터(INV2)를 지나 제 1 스위칭부(220)를 턴온시키면 제 1 구동 신호(V1)를 전압 공급부(300)에 전달할 수 있다.
제 2 스위칭부(230)는 전류원(240)과 전압 공급부(300) 사이에 위치하고, 제 2 구동 신호(V2)를 수신하며 스위칭 신호(sw)로 제어된다. 제 2 스위칭부(230)는 제 2 패스 트랜지스터(TR2)를 포함한다. 그리하여, 하이 레벨의 스위칭 신호(sw)가 제 1 인버터(INV1) 및 제 2 인버터(INV2)를 지나 제 2 스위칭부(230)를 턴온시킴으로써 제 2 구동 신호(V2)를 전압 공급부(300)에 전달할 수 있다.
전류원(240)은 NMOS 트랜지스터(M1)를 포함한다. NMSO 트랜지스터(M1)의 게이트는 스위칭 신호(sw)를 수신하고, 드레인은 제 2 스위칭부(230)에, 소스는 접지 전원에 연결된다. 따라서, 전류원(240)은 하이 레벨의 스위칭 신호(sw)가 수신되면 턴온되어, 전류를 싱크시킴으로써 접지 전압 레벨의 제 2 구동 신호(V2)를 제공할 수 있다.
전압 공급부(300)는 PMOS 트랜지스터(P1)를 포함한다. PMOS 트랜지스터(P1)의 게이트는 제 1 스위칭부(220) 및 제 2 스위칭부(230)의 출력단인 노드 1(N1)에 연결되고, 드레인은 내부 전압(Vint) 및 부하 회로부(400)에, 소스는 외부 전압(Vext)에 연결된다. 이로써, 전압 공급부(300)는 수신된 제 1 구동 신호(V1) 및 제 2 구동 신호(V2)의 전압 레벨에 따라, 외부 전압(Vext)을 내부 전압(Vint)로 제공하거나 차단할 수 있다.
계속해서, 도 3을 참조하여 본 발명의 전압 강하 변환기의 동작을 설명하기로 한다.
우선, 외부 전압(Vext)이 제 2 기준 전압(Vref2)보다 낮으며, 내부 전압(Vint)이 제 1 기준 전압(Vref1)보다 낮은 경우를 설명하기로 한다. 낮은 외부 전압(Vext)일 경우, 전압 비교부(100)의 제 1 구동 신호(V1)는 미약하여 전압 공급부(300)를 구동시키는 내부 전압(Vint)으로 제공하기가 어려울 수 있다.
스위칭 신호 생성부(210)의 동작에 따라, 외부 전압(Vext)이 제 2 기준 전압(Vref2)보다 낮으면 하이 레벨의 스위칭 신호(sw)를 제공한다. 물론, 여기서 스위칭 신호(sw)는 CMOS 레벨의 신호가 아닐 수 있으나, 작은 크기의 NMOS 트랜지스터(M1), 제 1 및 제 2 패스 트랜지스터(TR1, TR2)를 턴온시킬 수 있는 신호가 될 수 있다. 이로써, 제 1 스위칭부(220)는 턴오프되고, 제 2 스위칭부(230)가 턴온된다. 또한, 하이 레벨의 스위칭 신호(sw)를 수신한 전류원(240)이 동작함으로써 로우 레벨의 활성화된 제 2 구동 신호(V2)가 제 2 스위칭부(230)를 경유해 노드 1(N1)에 제공된다. 따라서, 노드 1(N1)에 수신된 로우 레벨의 제 2 구동 신호(V2)에 의해 전압 공급부(300)가 턴온되어 외부 전압(Vext)이 공급되면서 내부 전압(Vint)이 상승하며 보상된다. 이때, 내부 전압(Vint)은 부하 회로부(400)의 부하 전류로 인해 외부 전압(Vext)보다는 전압 강하된 레벨로 내부 회로에 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 접지 전압 레벨의 제 2 구동 신호(V2)에 의해 PMOS 트랜지스터(M2)가 턴온될 때, PMOS 트랜지스터(M2)의 VGS(Gate-Source간 전압 차이)는 크다. 따라서, 제 2 구동 신호(V2)로 전압 공급부(300)를 충분히 구동시킬 수 있다.
다음으로 외부 전압(Vext)이 제 2 기준 전압(Vref2)보다 높은 경우를 설명하면, 스위칭 신호 생성부(210)의 동작에 따라 로우 레벨의 스위칭 신호(sw)를 제공한다. 이러한 스위칭 신호(sw)에 따라 제 1 스위칭부(220)가 턴온되고, 제 2 스위 칭부(230)는 턴오프된다. 마찬가지로, 로우 레벨의 스위칭 신호(sw)를 수신한 전류원(240)도 턴오프된다. 이 경우에는 제 1 기준 전압(Vref1)과 내부 전압(Vint)의 비교 결과로 제공되는 제 1 구동 신호(V1)의 전압 레벨에 따라 전압 공급부(300)가 동작한다.
계속해서 설명하면, 제 1 기준 전압(Vref1)보다 내부 전압(Vint)가 낮으면 전압 비교부(100)의 동작에 따라 로우 레벨의 제 1 구동 신호(V1)를 제공한다. 제 1 스위칭부(220)가 턴온됨으로써, 로우 레벨의 제 1 구동 신호(V1)가 노드 1(N1)에 제공된다. 로우 레벨의 제 1 구동 신호(V1)를 수신한 전압 공급부(300)가 활성화됨으로써 외부 전압(Vext)을 공급하며 내부 전압(Vint)을 보상한다. 여기서는 전술한 저전압 외부 전압(Vext)의 경우보다는 전압 비교부(100)의 비교 신호인 제 1 구동 신호(V1)의 구동 능력이 향상된 경우로 간주할 수 있다.
한편, 제 1 기준 전압(Vref1)보다 내부 전압(Vint)이 높으면 전압 비교부(100)의 동작에 따라 하이 레벨의 제 1 구동 신호(V1)를 제공한다. 제 1 스위칭부(220)를 경유한 제 1 구동 신호(V1)가 노드 1(N1)에 제공된다. 하이 레벨의 제 1 구동 신호(V1)를 수신한 전압 공급부(300)가 비활성화됨으로써, 외부 전압(Vext)이 내부 전압(Vint)을 보상해주는 경로를 차단한다. 이와 같이, 외부 전압(Vext)도 소정 전압 레벨 이상이고, 내부 전압(Vint)이 제 1 기준 전압(Vref1)보다 높아지면 필요 이상으로 내부 전압(Vint)이 높아지는 것을 억제할 필요가 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 전압(Vint)의 전압 특성도이다.
도 4를 참조하면, a 구간은 외부 전압(Vext)이 제 2 기준 전압(Vref2)보다 낮은 경우이자 내부 전압(Vint)도 제 1 기준 전압(Vref1)보다 낮은 경우를 나타낸다. 이때는 내부 전압(Vint)을 충분히 보상해주도록 접지 전압 레벨의 제 2 구동 신호(V2)로 전압 공급부(300)를 구동시킨다.
b 구간은 외부 전압(vext)은 제 2 기준 전압(Vref2)보다 높아졌지만, 여전히 내부 전압(Vint)이 제 1 기준 전압(Vref1)보다 낮은 경우이다. 이때는 전압 비교부(100)에 의한 제 1 구동 신호(V1)가 구동 능력이 회복된 상태이다. 이 경우도, 내부 전압(Vint)이 제 1 기준 전압(Vref1)보다 낮은 경우이므로 내부 전압(Vint)이 보상되도록 제 1 구동 신호(V1)로 전압 공급부(300)를 구동시킨다.
b 구간 이후는 내부 전압(Vint)이 제 1 기준 전압(Vref1)보다 높은 경우이다. 이 경우에는 내부 전압(Vint)에 더 이상의 외부 전압(Vext)이 공급되지 않도록 제 1 구동 신호(V1)로 전압 공급부(300)를 구동시키지 않는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 신호 생성부(210)의 회로도이다.
스위칭 신호 생성부(210)로 여기서는 외부 전압 감지 회로로 예시하기로 하나 이에 제한되지는 않는다. 즉, 외부 전압(Vext)이 소정 제 2 기준 전압(Vref2)보다 높으면 로우 레벨을, 제 2 기준 전압(Vref2)보다 낮으면 하이 레벨을 제공할 수 있는 회로이면 가능하다.
우선, 전압 분배부(211)를 설명하기로 한다. 전압 분배부(211)는 외부 전원(VDD)과 접지 전압(VSS) 사이에 저항(RU, RD)이 직렬로 연결된다. 그리하여, 저항(RU, RD)에 의해 외부 전원(VDD)을 분배하여 저항(RU, RD)의 공통 노드(A)를 통해 출력한다. 여기서, 설명의 편의상 저항(RU, RD)을 두개의 저항으로 표시하였으나, 회로의 구성에 따라 노드 A를 기준으로 양단에 각각 2개의 저항을 구비할 수 있음은 물론이다. 또한, 수동 소자뿐 아니라 능동 소자로 저항 성분을 대신할 수 있음도 물론이다.
차동 증폭부(215)는 입력 제어부(212), 차동 입력부(213) 및 증폭부(214)를 포함한다.
우선, 입력 제어부(212)는 제 1 NMOS(N1)의 게이트에서 제 1 제어 신호(EN1)를 수신하여, 제 1 제어 신호(EN1)의 하이 레벨일 때 스위칭 신호 생성부(210)를 활성화 시킬 수 있다. 여기서, 제 1 제어 신호(EN1)는 칩 활성화 신호에 의해 활성화되는 신호일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
차동 입력부(213)는 노드 A의 전압 신호 및 제 2 기준 전압(Vref2)을 수신한다. 차동 입력부(213)는 제 2 및 제 3 NMOS(N2, N1)를 포함하며, 제 2 및 제 3 NMOS(N2, N1)는 서로 대향되어 위치한다. 제 2 및 제 3 NMOS(N2, N1)의 게이트는 노드 A의 전압 신호 및 제 2 기준 전압(Vref2)을 각각 수신하고, 각각의 소스는 입력 제어부(212)와 공통으로 연결된다.
증폭부(214)는 차동 입력부(213) 및 외부 전압(Vext) 사이에 위치하며, 차동 입력부(213)에 의한 전류를 미러링하여 하이나 로우 레벨의 신호를 제공할 수 있다.
증폭부(214)는 노드 B에 각각의 게이트가 연결된 제 1 및 제 2 PMOS 게이 트(P1, P2)를 포함한다. 제 1 및 제 2 PMOS 게이트(P1, P2)의 소오스에는 전원 전압(Vext)이 연결되고, 드레인은 각각 노드C와 노드 B에 연결된다.
스위칭 신호 생성부(210)의 동작을 설명하면, 제 1 제어 신호(EN1)가 활성화되면 노드 A의 전압 레벨과 제 2 기준 전압(Vref2)을 비교한다. 노드 A가 제 2 기준 전압(Vref2)보다 높으면, 제 2 NMOS(N2)가 살짝(slightly) 턴온되어 노드 C는 로우 레벨이 될 수 있다. 즉, 감지된 외부 전압(Vext)이 제 2 기준 전압(Vref2)보다 높으면 로우 레벨의 스위칭 신호(sw)를 제공할 수 있다. 만약, 노드 A가 제 2 기준 전압(Vref2)보다 낮으면, 제 3 NMOS(N3)가 턴온되어 노드 C는 하이 레벨이 되어, 하이 레벨의 스위칭 신호(sw)를 제공할 수 있다. 이로써, 감지된 외부 전압(Vext)과 제 2 기준 전압(Vref2)을 비교하여 스위칭 신호(sw)를 제공할 수 있다. 물론, 스위칭 신호(sw)가 CMOS 레벨의 신호가 아닐 수 있으나, 이러한 스위칭 신호(sw)는 소정 크기가 작은 소자들을 턴온시키기에는 충분할 수 있다.
다음의 도 6을 참조하여 전압 비교부(100)를 설명하기로 한다.
전압 비교부(100)도 일반적인 커런트 미러 타입의 비교기를 사용하는 것을 예시하기로 하나 이에 제한되는 것은 아니다.
전압 비교부(100)는 제 2 제어 신호(EN2)에 의해 입력이 제어되며, 제 1 기준 전압(Vref1)과 내부 전압(Vint)의 전압 차이를 비교하여 제 1 구동 신호(V1)를 제공한다. 여기서, 제 2 제어 신호(EN2)는 칩 활성화 신호에 의해 활성화되는 신호일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 전압 비교부(100)는 전술한 바와 같이, 커런트 미러를 이용하는 비교 기이다. 따라서, 내부 전압(Vint)와 제 1 기준 전압(Vref1) 차이에 따른 전류를 감지하고 그 차이를 미러링하여 제 1 구동 신호(V1)로 제공한다. 이러한 전압 비교부(100)의 구성과 동작에 대해서는 중복되는 설명이므로 간략히 하기로 한다.
우선, 전압 비교부(100)는 입력 제어부(101), 입력 비교부(102) 및 증폭부(103)를 포함한다.
입력 제어부(101)는 제 2 제어 신호(EN2)를 수신하는 제 1 NMOS(NM1)를 포함하여 전압 비교부(100)의 동작을 제어한다.
입력 비교부(102)는 제 1 기준 전압(Vref1)과 내부 전압(Vint)를 비교한다. 입력 비교부(102)는 제 2 NMOS(N2) 및 제 3 NMOS(N3)를 포함한다.
증폭부(103)는 입력 비교부(102) 및 외부 전압(Vext)사이에 위치하며, 입력 비교부(102)에 의해 구동되는 전류의 차이를 미러링하는 제 1 및 제 2 PMOS (P1, P2)를 포함한다.
이러한 전압 비교부(100)는 제 1 기준 전압(Vref1)과 내부 전압(Vint)을 비교하여 제 1 구동 신호(V1)를 제공하나, 전술한 바와 같이 특히, 저전압의 외부 전압(Vext) 영역에서 출력되는 제 1 구동 신호(V1)는 큰 드라이버를 구동시키기에는 미약한 신호일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 저전압의 외부 전압이 인가될 시, 구동 능력이 저하되는 전압 비교부의 구동 신호의 구동 능력을 보완하도록 접지 전압 레벨의 구동 신호를 제공하는 전류원을 포함한다. 또한, 이러한 구동 신호들을 감지되는 외부 전압에 따라 적절하게 선택하도록 스위칭 신호 생성부를 구비함으로 써, 전압 공급부를 구동시키는 능력을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 외부 전압이 소정 레벨 미만의 저전압일 때 전류 구동 능력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 감지되는 외부 전압에 응답하는 스위칭부를 통해 선택된 구동 신호로 전압 공급부를 제어할 수 있다. 간단한 외부 전압 감지 방식을 이용하여 구동 신호를 결정하고 구동 시킴으로써, 보다 안정된 전원 전압을 공급할 수 있다.

Claims (31)

  1. 제 1 기준 전압 및 내부 전압을 비교하여 제 1 구동 신호를 제공하는 전압 비교부;
    외부 전압 레벨에 응답하여 제 2 구동 신호를 생성하고, 상기 외부 전압에 따라 상기 제 1 및 제 2 구동 신호의 출력 경로를 제어함으로써, 상기 제 1 구동 신호 및 제 2 구동 신호 중 어느 하나의 신호를 제공하는 구동 신호 제어부; 및
    상기 제 1 또는 제 2 구동 신호에 의해 활성화 여부가 제어됨으로써 상기 내부 전압을 제공하는 전압 공급부를 포함하는 전압 강하 변환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 신호 제어부는,
    상기 외부 전압을 감지하여 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부;
    상기 스위칭 신호의 제 1 전압 레벨에 응답하여 턴온되는 제 1 스위칭부;
    상기 스위칭 신호의 제 2 전압 레벨에 응답하여 턴온되는 제 2 스위칭부; 및
    상기 제 2 스위칭부와 연결되어, 상기 제 2 스위칭부에 제 2 구동 신호를 제공하는 전류원을 포함하는 포함하는 전압 강하 변환기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭부는 상기 전압 비교부와 연결됨으로써 상기 제 1 구동 신 호를 제공받는 전압 강하 변환기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 스위칭부는 상기 전류원과 연결됨으로써 상기 제 2 구동 신호를 제공받는 전압 강하 변환기.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 스위칭 신호의 상기 제 1 및 제 2 전압 레벨은 서로 반전된 레벨인 전압 강하 변환기.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 스위칭 신호 생성부는 상기 외부 전압을 수신하여 감지하는 전압 감지 회로를 포함하는 전압 강하 변환기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 스위칭 신호 생성부는 감지된 상기 외부 전압이 소정 레벨 이상이면 상기 제 1 전압 레벨의 스위칭 신호를 제공하는 전압 강하 변환기.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 스위칭 신호 생성부는 감지된 상기 외부 전압이 소정 레벨 미만이면 상 기 제 2 전압 레벨의 스위칭 신호를 제공하는 전압 강하 변환기.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스위칭부는 상기 스위칭 신호의 전압 레벨에 응답하여 각각 상기 제 1 및 제 2 구동 신호 경로를 제어하는 스위칭 소자를 포함하는 전압 강하 변환기.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 구동 신호 제어부의 상기 전류원은, 활성화되면 전류를 싱크(sink) 시키는 전압 강하 변환기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 전압 비교부는 커런트 미러 타입의 차동 증폭기를 포함하는 전압 강하 변환기.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 전압 공급부에서 제공하는 상기 내부 전압이 상기 전압 비교부로 피드백되는 전압 강하 변환기.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 전압 공급부는 상기 제 1 기준 전압보다 상기 내부 전압이 높으면 비활성화되어 상기 외부 전압의 공급을 차단하는 전압 강하 변환기.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 전압 공급부는 상기 제 1 기준 전압보다 상기 내부 전압이 낮되, 상기 외부 전압이 제 2 기준 전압 미만이면 상기 제 2 구동 신호에 의해 활성화되는 전압 강하 변환기.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 전압 공급부는 상기 제 1 기준 전압보다 상기 내부 전압이 낮되, 상기 외부 전압이 제 2 기준 전압 이상이면 상기 제 1 구동 신호에 의해 활성화되는 전압 강하 변환기.
  16. 제 1 기준 전압과 내부 전압을 비교하여 제 1 구동 신호를 제공하는 전압 비교부;
    외부 전압을 감지하여, 상기 외부 전압이 제 2 기준 전압 이상이면 스윙폭이 작은 신호의 출력 경로를 제공하고, 상기 외부 전압이 제 2 기준 전압 미만이면 접지 전압 레벨 신호의 출력 경로를 제공하는 구동 신호 제어부; 및
    상기 스윙폭이 작은 신호 또는 상기 접지 전압 레벨의 신호에 의해 제어되는 전압 공급부를 포함하는 전압 강하 변환기.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 구동 신호 제어부는,
    상기 외부 전압을 감지하여 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부;
    상기 스위칭 신호의 제 1 전압 레벨에 응답하여 턴온되는 제 1 스위칭부;
    상기 스위칭 신호의 제 2 전압 레벨에 응답하여 턴온되는 제 2 스위칭부; 및
    상기 제 2 스위칭부와 연결되어, 상기 제 2 스위칭부에 제 2 구동 신호를 제공하는 전류원을 포함하는 전압 강하 변환기.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 구동 신호 제어부의 상기 스윙폭이 작은 신호는 상기 제 1 구동 신호이고, 상기 접지 전압 레벨의 신호는 상기 제 2 구동 신호인 전압 강하 변환기.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭부는 상기 전압 비교부와 연결됨으로써 상기 제 1 구동 신호를 제공받는 전압 강하 변환기.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 제 2 스위칭부는 상기 전류원과 연결됨으로써 상기 제 2 구동 신호를 제공받는 전압 강하 변환기.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 스위칭 신호의 상기 제 1 및 제 2 전압 레벨은 서로 반전된 레벨인 전압 강하 변환기.
  22. 제 17항에 있어서,
    상기 스위칭 신호 생성부는 상기 외부 전압을 수신하여 감지하는 전압 감지 회로를 포함하는 전압 강하 변환기.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 스위칭 신호 생성부는 감지된 상기 외부 전압이 상기 제 2 기준 전압 이상이면 상기 제 1 전압 레벨의 스위칭 신호를 제공하는 전압 강하 변환기.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 스위칭 신호 생성부는 감지된 상기 외부 전압이 상기 제 2 기준 전압 미만이면 상기 제 2 전압 레벨의 스위칭 신호를 제공하는 전압 강하 변환기.
  25. 제 17항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 스위칭부는 상기 스위칭 신호의 전압 레벨에 응답하여 각각 상기 제 1 및 제 2 구동 신호 경로를 제어하는 스위칭 소자를 포함하는 전압 강 하 변환기.
  26. 제 17항에 있어서,
    상기 구동 신호 제어부의 상기 전류원은, 활성화되면 전류를 싱크(sink) 시키는 전압 강하 변환기.
  27. 제 16항에 있어서,
    상기 전압 비교부는 커런트 미러 타입의 차동 증폭기를 포함하는 전압 강하 변환기.
  28. 제 16항에 있어서,
    상기 전압 공급부에서 제공하는 상기 내부 전압이 상기 전압 비교부로 피드백되는 전압 강하 변환기.
  29. 제 16항에 있어서,
    상기 전압 공급부는 상기 제 1 기준 전압보다 상기 내부 전압이 높으면 비활성화되어 상기 외부 전압의 공급을 차단하는 전압 강하 변환기.
  30. 제 16항에 있어서,
    상기 전압 공급부는 상기 제 1 기준 전압보다 상기 내부 전압이 낮되, 상기 외부 전압이 제 2 기준 전압 미만이면 상기 제 2 구동 신호에 의해 활성화되는 전압 강하 변환기.
  31. 제 16항에 있어서,
    상기 전압 공급부는 상기 제 1 기준 전압보다 상기 내부 전압이 낮되, 상기 외부 전압이 제 2 기준 전압 이상이면 상기 제 1 구동 신호에 의해 활성화되는 전압 강하 변환기.
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