KR100863023B1 - 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치 - Google Patents

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KR100863023B1
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백창기
손영철
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    • G05F1/10Regulating voltage or current
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    • G05F1/462Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc as a function of the requirements of the load, e.g. delay, temperature, specific voltage/current characteristic

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Abstract

본 발명은 복수개의 구동 소자를 구비하며, 상기 복수개의 구동 소자 중에서 제어신호에 따라 서로 다른 수만큼 선택된 구동 소자에 의해 구동된 전류를 전원에 공급하여 상기 전원의 레벨을 조정하도록 구성된 전압 조정부; 및 상기 전원의 레벨의 변동을 검출하고 그 변동 검출결과에 맞도록 상기 복수개의 구동 소자 중에서 선택되는 구동 소자의 수를 가변시키기 위한 상기 제어신호를 출력하도록 구성된 제어부를 구비한다.
코어전원

Description

반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING POWER SOURCE LEVEL OF SEMICONDUCTOR INTEGRATED CIRCUIT}
도 1은 종래의 기술에 따른 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치의 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치의 블록도,
도 3은 도 2의 제어부의 회로도,
도 4는 도 2의 전압 조정부의 회로도 이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 제어부 110: 가변 기준전압 생성부
120: 제 1 비교기 130: 제어신호 생성부
140: 가변 기준전압 조정부 200: 전압 조정부
210: 제 2 비교기 220: 스위칭부
M1, M2: 구동 트랜지스터
본 발명은 반도체 집적회로에 관한 것으로서, 특히 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치에 관한 것이다.
종래의 기술에 따른 전원 레벨 특히, 코어 전원 레벨 제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 비교기(10), 구동 트랜지스터(M1, M2), 분배저항(R1, R2)를 구비한다.
상기 비교기(10)는 기준전압(VREF)과 분배전압(VCORE_DIV)을 입력 받도록 구성된다.
상기 구동 트랜지스터(M1, M2)는 소오스에 외부전원(VDD)이 인가되고 게이트에 상기 비교기(10)의 출력을 입력받으며, 드레인에 코어전원(VCORE)이 인가된다.
상기 구동 트랜지스터(M2)는 메탈 옵션(20)을 통해 상기 외부전원(VDD)과 연결될 수 있으며, 도 1은 상기 구동 트랜지스터(M2)를 메탈 옵션(20)을 통해 상기 외부전원(VDD)과 연결한 구조를 도시한 것이다.
상기 분배저항(R1, R2)은 상기 구동 트랜지스터(M1, M2)의 드레인과 접지단 사이에 연결된다. 상기 분배저항(R1, R2)의 연결 노드를 통해 분배전압(VCORE_DIV)이 출력된다.
이와 같이 구성된 종래의 기술에 따른 전원 레벨 제어장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
상기 코어전원(VCORE)이 별도의 전원 생성장치를 통해 생성된다.
상기 코어전원(VCORE)이 분배저항(R1, R2)을 통해 분배되고, 그에 따른 분배전압(VCORE_DIV)이 상기 비교기(10)에 인가된다.
상기 비교기(10)는 상기 분배전압(VCORE_DIV)과 기준전압(VREF)을 비교한 결 과에 따라 소정 신호를 출력한다.
상기 비교기(10)는 상기 분배전압(VCORE_DIV)이 상기 기준전압(VREF)에 비해 낮은 레벨인 경우, 로우 레벨 신호를 출력한다.
상기 비교기(10)에서 로우 레벨 신호가 출력되면 구동 트랜지스터(M1)가 동작하여 상기 외부전원(VDD)의 전류를 상기 코어전원(VCORE)으로 공급한다. 상기 외부전원(VDD)의 전류가 상기 코어전원(VCORE)으로 공급됨에 따라 상기 코어전원(VCORE)의 전압레벨이 상승한다.
상기 코어전원(VCORE) 레벨이 상승하여 상기 비교기(10)에서 하이 레벨 신호가 출력될 때까지 상술한 과정이 반복된다.
상기 구동 트랜지스터(M1) 하나만을 자체의 드라이빙 능력이 너무 떨어질 경우, 코어전원(VCORE)의 안정적인 공급이 어렵게 된다. 이 경우 메탈 옵션(20)을 이용하여 옵션으로 구비된 구동 트랜지스터(M2)를 외부전원(VDD)에 연결하여 코어전원(VCORE) 드라이빙 능력을 강화시킬 수 있다.
상기 메탈 옵션(20)을 이용하는 것 이외에 별도의 퓨즈 옵션을 이용하여 추가적인 구동 트랜지스터를 연결함으로서 드라이빙 능력을 강화시키는 방법도 가능하다. 상기 추가되는 구동 트랜지스터의 수도 회로 설계에 따라 2개 또는 그 이상도 가능하다.
상술한 종래 기술에 따른 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 구동 트랜지스터의 구동 능력이 정해져 있으므로 상기 코어전 원(VCORE)의 전류 소모량이 상기 구동 트랜지스터의 구동 능력 이상으로 증가할 경우, 상기 코어전원(VCORE)의 레벨 저하를 방지할 수 없다.
둘째, 구동 트랜지스터의 구동 능력을 향상시키기 위해 사이즈를 크게 할 경우, 비교기의 응답속도가 저하되어 코어전원(VCORE)의 레벨 변동에 신속하게 대응할 수 없다.
셋째, 옵션으로 구비된 구동 트랜지스터를 사용할 경우 메탈 옵션을 이용하므로 별도의 공정이 필요하여 불편하다.
본 발명은 코어전원의 변동에 안정적이고 신속하게 대응할 수 있도록 한 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 별도의 공정 없이 자동으로 구동능력 변경이 가능하도록 한 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치는 복수개의 구동 소자를 구비하며, 상기 복수개의 구동 소자 중에서 제어신호에 따라 서로 다른 수만큼 선택된 구동 소자에 의해 구동된 전류를 전원에 공급하여 상기 전원의 레벨을 조정하도록 구성된 전압 조정부; 및 상기 전원의 레벨의 변동을 검출하고 그 변동 검출결과에 맞도록 상기 복수개의 구동 소자 중에서 선택되는 구동 소자의 수를 가변시키기 위한 상기 제어신호를 출력하도록 구성된 제어부를 구비함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 코어전원(VCORE) 레벨과 가변 기준전압(VCORE_REF)의 비교결과에 상응하도록 전류 구동능력을 변경하기 위한 제어신호(VCORE_DET)를 출력하는 제어부(100), 및 상기 제어신호(VCORE_DET)에 따라 전류 구동능력이 변경되며, 상기 코어전원(VCORE) 레벨과 기준전압(VREF)의 비교결과에 맞도록 상기 코어전원(VCORE)에 전류를 공급하여 상기 코어전원(VCORE)의 레벨을 조정하는 전압 조정부(200)를 구비한다.
상기 제어부(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 가변 기준전압 생성부(110), 제 1 비교기(120), 제어신호 생성부(130), 및 가변 기준전압 조정부(140)를 구비한다.
상기 가변 기준전압 생성부(110)는 복수개의 레벨(예를 들어, 1.4V, 1.5V) 중 가변된 저항값에 상응하는 레벨의 가변 기준전압(VCORE_REF)을 생성하도록 구성된다. 상기 가변 기준전압 생성부(110)는 외부 전원(VDDI)과 접지단 사이에 연결된 복수개의 저항소자(R11 ~ R13)를 구비한다. 상기 가변 기준전압(VCORE_REF)을 안정적으로 생성하기 위해 외부 전원(VDDI)을 사용한다.
상기 제 1 비교기(120)는 상기 가변 기준전압(VCORE_REF)과 상기 코어전원(VCORE) 레벨을 비교하여 제 1 비교결과신호(CMPOUT1)를 출력하도록 구성된다. 상기 제 1 비교기(120)는 복수개의 트랜지스터(M11 ~ M15)를 구비한다.
상기 제어신호 생성부(130)는 상기 제 1 비교결과신호(CMPOUT1)와 상기 리셋 신호(RESET)를 조합하여 상기 제어신호(VCORE_DET)를 생성하도록 구성된다. 상기 제어신호 생성부(130)는 상기 리셋신호(RESET)가 활성화되면 상기 가변 기준전압 생성부(110)가 저항(R11, R12)에 의한 저항값을 갖도록 제어신호(VCORE_DET)를 로우 레벨로 생성하도록 구성된다. 상기 제어신호 생성부(130)는 상기 제 1 비교결과신호(CMPOUT1)가 활성화되면 상기 가변 기준전압 생성부(110)가 상기 저항(R11 ~ R13)에 의한 저항값을 갖도록 제어신호(VCORE_DET)를 하이 레벨로 생성하도록 구성된다. 상기 제어신호 생성부(130)는 상기 제 1 비교결과신호(CMPOUT1)를 반전시키는 인버터(IV11), 상기 인버터(IV11)의 출력과 상기 리셋신호(RESET)를 입력받는 노아 게이트(NR11)를 구비한다.
상기 가변 기준전압 조정부(140)는 상기 제어신호(VCORE_DET)에 따라 상기 가변 기준전압 생성부(110)의 전류패스를 변경하는 방식으로 저항값을 가변시키도록 구성된다. 상기 가변 기준전압 조정부(140)는 상기 제어신호(VCORE_DET)를 입력받는 래치(IV12, IV13), 상기 가변 기준전압 생성부(110)의 저항(R12, R13)의 연결노드와 접지단 사이에 연결되고 상기 제어신호(VCORE_DET)에 따라 동작하는 트랜지스터(M16)를 구비한다.
상기 전압 조정부(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 구동 트랜지스터(M1, M2), 제 2 비교기(210), 및 스위칭부(220)를 구비한다.
상기 구동 트랜지스터(M1, M2)는 제 2 비교결과신호(CMPOUT2)에 따라 외부전원(VDD)의 전류를 코어전원(VCORE)으로 공급하도록 구성된다.
상기 제 2 비교기(210)는 코어전원(VCORE)을 분배저항(R21, R22)을 통해 분 배한 분배전압(VCORE_DIV)과 기준전압(VREF)을 비교하여 상기 제 2 비교결과신호(CMPOUT2)를 출력하도록 구성된다.
상기 스위칭부(220)는 상기 제어신호(VCORE_DET)에 따라 상기 제 2 비교결과신호(CMPOUT2)를 상기 구동 트랜지스터(M1, M2)로 선택적으로 공급하도록 구성된다. 상기 스위칭부(220)는 제 1 및 제 2 패스 게이트(PG21, PG22)와, 인버터(IV21)를 구비한다. 상기 인버터(IV21)는 상기 제어신호(VCORE_DET)를 입력받는다. 상기 제 1 패스 게이트(PG21)는 입력단이 상기 제 2 비교기(210)의 출력단과 연결되고, 출력단이 상기 구동 트랜지스터(N2)의 게이트와 연결되고, 제 1 제어단이 인버터(IV21)의 출력단과 연결되며, 제 2 제어단에 상기 제어신호(VCORE_DET)를 입력받는다.
상기 제 2 패스 게이트(PG22)는 입력단에 외부전원(VDD)을 입력받고, 출력단이 상기 구동 트랜지스터(N2)의 게이트 및 상기 제 1 패스 게이트(PG21)의 출력단과 공통 연결되고, 제 1 제어단에 상기 제어신호(VCORE_DET)를 입력받으며, 제 2 제어단이 상기 인버터(IV21)의 출력단과 연결된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치의 동작을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 리셋신호(RESET)가 하이 레벨로 활성화되면 제어신호 생성부(130)에서 제어신호(VCORE_DET)가 로우 레벨로 출력된다.
상기 로우 레벨의 제어신호(VCORE_DET)가 래치(IV12, IV13)를 통해 트랜지스터(M16)를 턴온시킴으로서 가변 기준전압 생성부(110)는 저항(R11, R12)과 트랜지 스터(M16)를 통해 전류가 흐르게 된다.
상기 저항(R11, R12)과 트랜지스터(M16)를 통해 전류가 흐르게 되므로, 가변 기준전압 생성부(110)에서 출력되는 가변 기준전압(VCORE_REF)은 코어전원(VCORE)의 전압레벨에 비해 낮은 레벨(예를 들어, 1.4V)이 된다.
상기 제 1 비교기(120)는 상기 1.4V의 가변 기준전압(VCORE_REF)과 코어전원(VCORE)을 비교하여 제 1 비교결과신호(CMPOUT1)를 출력한다.
상기 코어전원(VCORE)의 전압레벨이 1.4V 이상이면 상기 제 1 비교결과신호(CMPOUT1)는 로우 레벨로 출력된다.
상기 제 1 비교결과신호(CMPOUT1)가 로우 레벨인 경우, 상기 제어신호(VCORE_DET)는 로우 레벨을 유지한다.
상기 제어신호(VCORE_DET)가 로우 레벨인 경우, 제 1 패스 게이트(PG21)는 턴오프되고 제 2 패스 게이트(PG22)는 턴온된다.
상기 제 1 패스 게이트(PG21)가 턴오프된 상태이므로 구동 트랜지스터(M1)가 제 2 비교결과신호(CMPOUT2)에 따라 동작하여 외부전원(VDD)의 전류를 코어전원(VCORE)으로 공급한다. 상기 구동 트랜지스터(M2)는 제 2 패스 게이트(PG22)를 통해 게이트에 하이 레벨을 입력받으므로 동작하지 못한다.
상기 제 2 비교기(210)는 분배전압(VCORE_DIV)과 기준전압(VREF)을 비교하여 상기 제 2 비교결과신호(CMPOUT2)를 출력함으로서 상기 구동 트랜지스터(M1)를 동작시킨다.
상기 코어전원(VCORE)의 전압레벨이 1.4V에 비해 낮아지면 상기 제 1 비교결 과신호(CMPOUT1)가 하이 레벨로 된다.
상기 제 1 비교결과신호(CMPOUT1)가 하이 레벨인 경우, 상기 리셋신호(RESET)는 펄스 형태로서 초기 활성화 이후에 로우 레벨로 천이된 상태이므로 상기 제어신호(VCORE_DET)가 하이 레벨로 천이된다.
상기 제어신호(VCORE_DET)가 하이 레벨인 경우, 제 1 패스 게이트(PG21)는 턴온되고 제 2 패스 게이트(PG22)는 턴오프된다.
상기 제 1 패스 게이트(PG21)가 턴온된 상태이므로 두 개의 구동 트랜지스터(M1, M2)가 모두 제 2 비교결과신호(CMPOUT2)에 따라 동작하여 외부전원(VDD)의 전류를 코어전원(VCORE)으로 공급한다.
상기 제 2 비교기(210)는 분배전압(VCORE_DIV)과 기준전압(VREF)을 비교하여 상기 제 2 비교결과신호(CMPOUT2)를 출력함으로서 상기 구동 트랜지스터(M1, M2)를 동작시킨다.
상기 코어전원(VCORE) 레벨이 1.4V보다 낮다는 것은 코어전원(VCORE)이 과도하게 낮아진 상태를 의미한다. 따라서 두 개의 구동 트랜지스터(M1, M2)를 모두 동작시킴으로서 전류 구동능력을 높여, 신속하게 코어전원(VCORE) 레벨이 안정화될 수 있도록 한 것이다.
한편, 상기 제어신호(VCORE_DET)가 하이 레벨로 되면, 래치(IV12, IV13)를 통해 상기 트랜지스터(M16)를 턴온프 시킴으로서 가변 기준전압 생성부(110)는 저항(R11 ~ R13)을 통해 전류가 흐르게 된다.
상기 저항(R11 ~ R13)을 통해 전류가 흐르게 되므로, 가변 기준전압 생성 부(110)에서 출력되는 가변 기준전압(VCORE_REF)은 코어전원(VCORE)의 전압레벨과 같은 레벨(예를 들어, 1.5V)이 된다.
상기 코어전원(VCORE)의 레벨이 1.5V 이상으로 상승하면 상기 제 1 비교결과신호(CMPOUT1)가 로우 레벨로 천이된다.
상기 제 1 비교결과신호(CMPOUT1)가 로우 레벨이 됨에 따라 제어신호(VCORE_DET)가 하이 레벨로 천이되고 그에 따라 상기 가변 기준전압(VCORE_REF) 레벨이 다시 1.4V로 바뀌게 된다.
본 발명은 가변 기준전압(VCORE_REF)이 1.4V와 1.5V를 반복하여 가변 되도록 함으로서, 상기 코어전원(VCORE) 레벨이 1.4V에 비해 낮은 경우에는 두 개의 구동 트랜지스터(M1, M2)가 모두 동작하도록 하고, 상기 코어전원(VCORE) 레벨이 1.4V ~ 1.5V 구간에 있을 때는 하나의 구동 트랜지스터(M1) 만 동작하도록 한 것이다. 즉, 코어전원(VCORE) 레벨이 안정화된 이후 불필요하게 두 개의 구동 트랜지스터(M1, M2)를 모두 사용하는 것을 방지한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치는 코어전원의 변동에 대응하여 능동적으로 구동능력이 변경되므로 신속하고 안정적으로 코어전원을 제어할 수 있다.
구동능력이 별도의 외부 제어 없이 자동으로 변경되므로 고정 시간을 단축시키고 생산효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 복수개의 구동 소자를 구비하며, 상기 복수개의 구동 소자 중에서 제어신호에 따라 서로 다른 수만큼 선택된 구동 소자에 의해 구동된 전류를 전원에 공급하여 상기 전원의 레벨을 조정하도록 구성된 전압 조정부; 및
    상기 전원의 레벨의 변동을 검출하고 그 변동 검출결과에 맞도록 상기 복수개의 구동 소자 중에서 선택되는 구동 소자의 수를 가변시키기 위한 상기 제어신호를 출력하도록 구성된 제어부를 구비하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 조정부는
    비교결과신호에 따라 상기 전원으로 전류를 공급하는 상기 복수개의 구동 소자,
    상기 전원의 레벨과 기준전압을 비교하여 상기 비교결과신호를 출력하는 비교기, 및
    상기 제어신호에 따라 상기 복수개의 구동 소자를 선택적으로 동작시키는 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수개의 구동 소자는
    제 1 단자에 외부 전원을 공통으로 인가 받고 제 2 단자가 상기 전원과 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 비교기는 상기 전원을 분배저항을 통해 분배한 전압을 인가 받도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는
    상기 제어신호에 따라 상기 복수개의 구동 소자 중에서 동작하는 구동 소자의 수를 증가 또는 감소시키도록 구성됨을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는
    상기 제어신호에 따라 상기 비교결과신호를 통과시키는 복수개의 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    복수개의 레벨 중 가변된 저항값에 상응하는 레벨의 가변 기준전압을 생성하는 가변 기준전압 생성부,
    상기 가변 기준전압과 상기 전원의 레벨을 비교하여 비교결과신호를 출력하는 비교기,
    상기 비교결과신호와 리셋신호를 조합하여 상기 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부, 및
    상기 제어신호에 따라 상기 가변 기준전압 생성부의 저항값을 가변시키는 가변 기준전압 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가변 기준전압 생성부는
    외부 전원단과 접지단 사이에 연결된 복수개의 저항소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어신호 생성부는
    상기 리셋신호의 활성화 여부에 따라 상기 가변 기준전압 생성부가 제 1 저항값을 갖도록 하는 제어신호를 생성하고, 상기 비교결과신호의 활성화 여부에 따라 상기 가변 기준전압 생성부가 상기 제 1 저항값과는 다른 제 2 저항값을 갖도록 하는 제어신호를 생성하도록 구성됨을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어신호 생성부는
    상기 비교결과신호를 반전시키는 반전소자,
    상기 반전소자의 출력과 상기 리셋신호를 입력받는 로직 게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 가변 기준전압 조정부는
    상기 제어신호에 따라 상기 가변 기준전압 생성부의 전류패스를 변경하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 가변 기준전압 조정부는
    상기 가변 기준전압 생성부의 복수개의 저항소자의 연결노드 중 하나와 접지단 사이에 연결되고 상기 제어신호에 따라 동작하는 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어신호를 입력받아 상기 스위칭 소자로 출력하는 래치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 전원은 코어 전원인 것을 특징으로 하는 반도체 집적회로의 전원 레벨 제어장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030041484A (ko) * 2001-11-20 2003-05-27 삼성전자주식회사 동작조건을 감지하는 감지회로와 상기 감지회로를구비하는 신호전송시스템
KR20060092617A (ko) * 2005-02-18 2006-08-23 한국소프트웨어진흥원 네거티브 전압 레벨 감지기

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