KR101034613B1 - 내부전압발생회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전압 레벨 변화폭을 감소시켜서 안정된 전압발생을 유도할 수 있는 내부전압발생회로에 관한 것이다. 본 발명의 내부전압발생회로는, 외부 공급전압의 레벨에 연계되어 출력 주기신호 발생을 조절하기 하기 위한 주기신호발생수단; 상기 주기신호발생수단에서 발생되는 주기신호에 따라서 구동되는 펌핑수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 특징에 따르면 본 발명은 외부 공급전압의 레벨 증가할수록 인에이블상태의 차지 펌프 개수를 감소시키므로서 오버 펌핑 노이즈를 감소시킨다.
반도체, 메모리장치, 차지 펌프, 전압,

Description

내부전압발생회로{INTERNAL VOLTAGE GENERATING CIRCUIT}
본 발명은 전압 레벨 변화폭을 감소시켜서 안정된 전압발생을 유도할 수 있는 내부전압발생회로에 관한 것이다.
반도체 메모리장치는, 외부에서 인가된 외부전압 이외에도 내부동작을 위하여 특정 크기의 내부전압을 만들어서 사용하고 있다. 이러한 내부전압발생회로 중에서 외부 하이 전압보다 높은 전위(일반적으로 VPP 전압으로 불리운다)나 외부 로우 전압(일반적으로 접지전압으로 부르는 전압)보다 낮은 전위(일반적으로 VBB 전압으로 불리운다)를 만들어주는 내부전압발생회로의 경우, 차지 펌핑(CHARGE PUMPING) 방식을 이용하여 원하는 전압 레벨을 만든다.
도 1은 종래 차지 펌프 방식을 사용한 내부전압발생회로의 구성도이다.
도시하고 있는 바와 같이 종래 반도체 메모리 장치의 내부전압발생회로는, 기준전압(VREF)과 피이드백된 고전압(VPP)을 비교하여 상기 고전압이 일정한 전압 레벨을 유지할 수 있도록 전압레벨을 감지하는 레벨 디텍터(10 ; LEVEL DETECT), 상기 레벨 디텍터의 출력신호(PPE)에 기초하여 고전압(VPP) 발생을 위한 클럭신호(OSC)를 발생하는 링 오실레이터(12 ; RING OSCLILATOR), 상기 링 오실레이터(12)의 클럭신호에 응답하여 고전압(VPP) 발생을 제어하는 펌프 콘트롤 로직(14 ; PUMP CONTROL LOGIC), 그리고 상기 펌프제어로직(14)의 제어를 받아서 고전압 발생을 위한 에서 발생된 차지 펌프(16 ; CHARGE PUMP)구성되어진다.
상기와 같이 구성되는 종래 고전압발생회로는, 기준전압(VREF)과 피이드백된 고전압(VPP)을 비교하고, 피이드백된 고전압이 기준전압보다 낮을 때, 레벨 디텍터(10)에서 전압 레벨 감지신호(PPE)를 출력한다. 상기 전압레벨 감지신호(PPE)는 링 오실레이터(12)를 구동시키고, 상기 링 오실레이터(12)에서 발생된 클럭신호(OSC)가 펌프 제어 로직(14)에서 차지 펌프(16)의 제어를 위한 신호로 변환되어져서 공급되어진다. 상기 차지 펌프(16)는 피이드백된 고전압(VPP)이 기준전압보다 낮을 때, 상기 펌프 제어 로직(14)의 출력신호를 제공받고, 외부 전원전압(VDD)을 승압시킨 고전압(VPP)을 발생시켜서 공급하게 된다.
그러나 상기와 같이 동작되는 종래 기술에 따른 내부전압발생회로는 다음과 같은 문제점을 발생시키고 있다.
도 2는 종래 차지 펌프 방식을 사용한 내부전압발생회로를 반도체 메모리장치에서 이용하였을 때, 외부 공급전압(VDD)의 변화에 따라 펌핑에 따른 전압 레벨 의 변화를 도시하고 있다.
외부 공급전압(VDD)을 도시하고 있는 전압(Va)에 맞추어서 VPP 목표 레벨을 조절하더라도 외부 공급전압(VDD)이 전압(Va)보다 높은 전압(Vb)인 경우, 그리고 더 높은 전압(Vc)일 때, 차지 펌프가 1회 펌핑할 때 만들어지는 차지량은 VDD 증가에 따라서 증가하게 된다. 그러나 외부공급전압(VDD)이 증가하더라도 레벨 디텍터(10)가 반응하는 데에는 소정의 시간이 필요하게 된다. 따라서 외부공급전압이 하이레벨일 때, 지나치게 오버 펌핑하는 구간이 발생하게 된다. 도 3은 종래 차지 펌핑 방식에서 VDD 가 증가함에 따라서 VPP 레벨이 목표 레벨보다 높게 형성되는 것을 보여주고 있다. 이와 같이 종래 차지 펌핑 방식의 내부전압발생회로는, VDD 증가에 따라 펌핑에 의해 발생되는 차지량을 증가하는데 VPP 레벨 디텍터의 반응에는 일정시간이 소요되어 오버 펌핑하는 구간이 발생되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부 공급전압(VDD)의 레벨에 따라서 차지 펌핑양을 조절할 수 있도록 제어하는 내부전압발생회로를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 내부전압발생회로는, 외부 공급전압의 레벨에 연계되어 출력 주기신호 발생을 조절하기 하기 위한 주기신호발생수단; 상기 주기신호발생수단에서 발생되는 주기신호에 따라서 구동되는 펌핑수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부전압발생회로는, 피드백 전위 레벨을 감지하여, 펌프동작제어신호를 발생하는 레벨 검출수단; 상기 레벨 검출수단의 출력신호를 이용하여 주기신호를 생성하는 링 오실레이터; 상기 링 오실레이터의 출력을 입력으로 하여, 복수개의 출력신호를 발생하되, 외부 공급전원의 레벨에 따라서 상기 복수개의 출력신호의 발생여부를 제어하는 OSC 조정수단; 상기 OSC 조정수단에서 발생된 주기신호를 이용하여 펌프구동신호를 발생하는 펌프 제어 로직; 상기 펌프 제어 로직의 펌프구동신호에 의해서 구동되는 차지 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 외부 공급전압의 레벨이 증가할수록 구동하는 차지 펌프의 수를 줄여주므로써 원치않는 오버 펌핑 노이즈(OVER PUMPING NOISE)를 감소시켜 준다. 또한 본 발명은 외부 공급전압 레벨 변화에도 불구하고 출력 VPP 레벨을 일정하게 조절 가능하며, 안정적으로 메모리가 동작할 수 있도록 하는 효과를 얻는다.
이하, 본 발명의 실시예들을 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내부전압발생회로의 전체적인 구성도이다.
도시하고 있는 바와 같이 본 발명의 내부전압발생회로는, 기준전압(VREF)과 피이드백된 고전압(VPP)을 비교하여 상기 고전압이 일정한 전압레벨을 유지할 수 있도록 전압레벨을 감지하는 레벨 디텍터(110 ; LEVEL DETECT), 상기 레벨 디텍터의 출력신호(PPE)에 기초하여 고전압(VPP) 발생을 위한 클럭신호(OSC)를 발생하는 링 오실레이터(112 ; RING OSCLILATOR), 상기 링 오실레이터(112)에서 발생한 클럭신호(OSC)를 입력된 VDD에 따라서 동작여부가 결정되는 복수개의 주기신호로 변환시켜서 출력하는 OSC 조정부(114 ; OSC ADJUSTER), 상기 OSC 조정부(114)의 출력신호를 이용하여 고전압(VPP) 발생을 제어하기 위한 펌프 제어신호를 발생하는 펌프 콘트롤 로직(116~122 ; PUMP CONTROL LOGIC), 그리고 상기 펌프제어로직의 제어를 받아서 고전압 발생을 위한 다수개의 차지 펌프(124~130 ; CHARGE PUMP)로 구성되어진다.
상기 OSC 조정부(114)의 일 예시도는 도 5에 도시하고 있다. 도시되고 있는 바와 같이, 본 발명의 OSC 조정부(114)는 내부에 외부 공급전압(VDD)의 레벨을 검출할 수 있는 VDD 디텍터(150)를 포함하고 있다. 그리고 링 오실레이터(112)에서 발생한 주기신호(OSC)와 상기 VDD 디텍터(150)의 검출신호를 조합시켜서 각기 다른 주기를 갖는 주기신호들(OSC0~OSC3)을 발생한다. 본 발명의 실시예에서는 상기 링 오실레이터(112)의 주기신호(OSC)와 VDD 디텍터(150)의 검출신호를 노아게이트(151~153)와 인버터(155~158)의 조합에 의해서 주기신호를 발생하도록 구성하고 있다.
즉, 상기 OSC 조정부(114)는, VDD 디텍터(150)의 각각의 출력신호를 이용하여 입력된 OSC 신호를 리피팅(REPEATING) 한다. 따라서 노아게이트(151)의 입력으로 접지전원(VSS)이 연결된 출력신호(OSC0)는 입력된 OSC신호를 단순 리피팅하여 발생한다. 그리고 VDD 디텍터(150)의 검출신호(DET1~DET3)가 노아게이트(152~154)의 입력으로 연결된 경우는, 상기 검출신호(DET1~DET3)가 로우(LOW)인 구간에서만 주기적인 출력신호(OSC1~OSC3)를 발생하고, 검출신호가 하이(HIGH)인 구간에서는 출력신호(OSC1~OSC3) 발생을 억제시킨다.
그리고 상기 VDD 디텍터(150)의 일 예시도는 도 6에 도시하고 있다. 도시되고 있는 바와 같이, 본 발명의 VDD 디텍터(150)는, 전압분배수단인 저항들(R1~R4)에 의해서 외부 공급전압(VCC 또는 VDD)을 분배하고, 분배된 전압을 비교 증폭기(160)의 하나의 입력으로 구성한다. 그리고 비교 증폭기(160)의 다른 입력 에는 목표 레벨에 따른 기준전압이 입력되도록 구성한다. 즉, 상기 비교 증폭기(160)는 분배전압이 기준전압보다 높으면 하이신호를 출력하도록 구성되어진다. 그리고 VDD 디텍터(150) 내에 구비되어지는 비교 증폭기(160)는, 외부 공급전압(VCC 또는 VDD)의 구분된 레벨 수 만큼 구비되어진다.
따라서 외부 공급전압(VDD)이 0에서 증가하게 되면, 제일 먼저 검출신호(DET1)가 로우에서 하이로 천이되고, 그 다음에 검출신호(DET2)가 로우에서 하이로 천이된다. 그리고 마지막으로 검출신호(DET3)가 로우에서 하이로 천이되어진다. 이때의 VDD 변화에 따른 VDD 디텍터(150)의 출력을 도 11에 도시하고 있다. 따라서 외부공급전압(VDD)이 기준전압(V1)보다 낮을 경우는 검출신호 모두가 로우상태가 된다. 그리고 외부공급전압(VDD)이 전압(V1)보다 높아지면, 처음에검출신호(DET1)가 VDD 레벨이 되고, 외부공급전압(VDD)이 전압(V2)보다 높아지면, 검출신호(DET2)가 VDD 레벨이 되며, 마지막으로 외부공급전압(VDD)이 전압(V3)보다 높아지면 검출신호(DET3)까지 VDD 레벨이 된다.
따라서 VDD 디텍터(150)의 VDD 레벨 검출 여부에 따라서 OSC 조정부(114)의 출력신호(OSC0~OSC3)는, 도 12에서와 같은 파형을 갖는다. 즉, VDD 레벨이 0보다 크고 V1 레벨보다 낮은 구간에서는 출력신호(OSC0~0SC3) 모두 일정주기를 가지고 토글하게 된다. 상기 VDD 레벨이 V1 레벨보다 높고 V2 레벨보다 낮은 구간에서는 OSC1 출력신호가 하이레벨상태로 고정되고, 나머지 출력신호들(OSC0,OSC2,OSC3)은 일정주기를 가지고 토글하게 된다. 상기 VDD 레벨이 V2 레벨보다 높고 V3 레벨보다 낮은 구간에서는 OSC1,OSC2 출력신호가 하이레벨상태로 고정되고, 나머지 출력 신호들(OSC0,OSC3)은 일정주기를 가지고 토글하게 된다. 그리고 상기 VDD 레벨이 V3 레벨보다 높은 구간에서는 OSC1~OSC3 출력신호가 하이레벨상태로 고정되고, 나머지 출력신호(OSC0) 만이 일정주기를 가지고 토글하게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 펌프 컨트롤 로직의 상세 구성도이다.
펌프 컨트롤 로직(116~122)은 도시하고 있는 바와 같이 다수개로 구성되어, OSC 조정부(114)에서 발생한 주기신호(OSC0~0SC3)를 각각 입력받도록 구성하고 있다. 도시되고 있는 펌프 컨트롤 로직은 하나의 주기신호를 입력받는 한개의 구성만을 도시하고 있다.
그리고 펌프 컨트롤 로직은 주기신호를 여러개의 논리소자를 이용하여 원하는 논리신호를 만들어낼 수 있도록 구성한다. 본 발명의 실시예에서는 인버터, 낸드게이트 등을 이용하여 각각의 펌프 컨트롤 로직에서 네개의 펌프 제어신호를 발생하도록 구성하고 있다. 상기 펌프 컨트롤 로직은, 입력되는 주기신호를 이용하여, 전원전위보다 높은 신호를 발생하거나, 또는 접지전위보다 낮은 신호를 발생한다.
그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차지 펌프의 상세 구성도이다.
상기 차지 펌프(124~130)는, 상기 펌프 컨트롤 로직의 출력신호를 이용하여 외부 공급전압(VCC)을 펌핑하여, 고전압(VPP)을 발생하고 있다.
즉, 상기 OSC 조정부(114)에서 발생한 출력신호(OSC0~OSC3)를 각각 입력으로 받는 펌프 컨트롤 로직을 다수개 두고, 전체 차지 펌프를 일정비로 나누어 다수개의 차지 컨트롤 로직의 출력신호가 전체 차지 펌프를 분리 제어하도록 구성한다. 따라서 VDD 증가에 따라서 실제로 펌핑시에 구동하는 펌프의 개수가 줄어들게 제어되므로서 VDD 증가에 따른 오버 펌핑 노이즈원을 순차적으로 줄여줄 수 있게 된다.
그리고 도 9와 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 링 오실레이터(112)와 레벨 디텍터(110)의 상세 구성도를 도시하고 있다. 상기 레벨 디텍터(110)는, 기준전압(VREF)과 피이드백된 고전압(VPP)을 비교하여 상기 고전압이 일정한 전압레벨을 유지할 수 있도록 전압레벨을 감지하고, 링 오실레이터(112)는 상기 레벨 디텍터의 출력신호(PPE)에 기초하여 고전압(VPP) 발생을 위한 클럭신호(OSC)를 발생한다.
이상 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, VDD 레벨이 증가할수록 구동하는 차지 펌프양을 줄여주어 항상 일정한 VPP 레벨을 유지할 수 있도로 제어하는 경우에 적용될 수 있다. 따라서 본 발명은 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 내부전압발생장치의 전체 구성도,
도 2는 종래 차지 펌핑 방식을 이용한 전압 레벨의 변화 특성도,
도 3은 종래 차지 펌프 방식을 사용했을 때, 외부 전압 레벨 변화에 따른 실제 VPP 레벨 변화 특성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내부전압발생장치의 전체 구성도,
도 5는 도 4에 도시되고 있는 OSC 조정부의 상세 구성도,
도 6은 도 5에 도시되고 있는 VDD 검출부의 상세 구성도,
도 7은 도 4에 도시되고 있는 펌프 제어 로직의 상세 구성도,
도 8은 도 4에 도시되고 있는 차지 펌프의 상세 구성도,
도 9는 도 4에 도시되고 있는 링 오실레이터의 상세 구성도,
도 10은 도 4에 도시되고 있는 레벨 검출부의 상세 구성도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 VDD 변화에 따른 VDD 검출부의 출력 파형도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 OSC 조정부의 출력 파형도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 레벨 디텍터 112 : 링 오실레이터
114 : OSC 조정부 116~122 : 펌프 제어 로직
124~130 : 차지 펌프 150 : VDD 검출부
151~154 : 노아게이트 155~158,161 : 인버터
160 : 차동 증폭기 162 : 래치부
R1~R4 : 저항

Claims (21)

  1. 펌핑 동작에 의해 생성된 출력 전압을 검출하여 펌프동작 제어신호를 생성하기 위한 레벨 검출수단;
    상기 펌프동작 제어신호에 응답하여 다수의 주기신호를 생성하되, 외부 공급전압의 레벨에 응답하여 상기 다수의 주기신호를 선택적으로 활성화하는 주기신호발생수단; 및
    상기 다수의 주기신호 각각에 응답하여 펌핑 동작을 수행하는 다수의 펌핑수단
    을 구비하는 내부전압발생회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주기신호발생수단은 상기 외부 공급전압의 레벨을 검출하기 위한 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주기신호발생수단은 상기 펌프동작 제어신호에 응답하여 예정된 주기로 발진하는 출력신호를 출력하는 링 오실레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주기신호발생수단은 상기 링 오실레이터의 출력신호와 상기 검출부의 출력신호를 조합하는 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 외부 공급전압을 여러 종류로 분압하고, 상기 분압된 전압을 기준전압과 비교하여 출력신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 펌핑수단은, 각각 상기 다수의 주기신호 각각에 대응하는 차지 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 펌핑수단은, 상기 주기신호를 이용하여 상기 차지 펌프의 구동신호를 발생하는 펌프 제어 로직을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 펌프 제어 로직은, 상기 주기신호를 이용하여 상기 외부 공급전압보다 높은 전위의 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 펌프 제어 로직은, 상기 주기신호를 이용하여 접지전위보다 낮은 전위의 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 피드백 전위 레벨을 감지하여, 펌프동작제어신호를 발생하는 레벨 검출수단;
    상기 레벨 검출수단의 출력신호를 이용하여 주기신호를 생성하는 링 오실레이터;
    상기 링 오실레이터의 출력을 입력으로 하여, 복수개의 출력신호를 발생하되, 외부 공급전원의 레벨에 따라서 상기 복수개의 출력신호의 발생여부를 제어하는 OSC 조정수단;
    상기 OSC 조정수단에서 발생된 주기신호를 이용하여 펌프구동신호를 발생하는 펌프 제어 로직;
    상기 펌프 제어 로직의 펌프구동신호에 의해서 구동되는 차지 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 OSC 조정수단은, 외부 공급전압의 레벨을 검출하기 위한 검출부;
    상기 링 오실레이터의 출력신호와 상기 검출부의 출력레벨을 조합하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 검출부는, 외부 공급전압을 여러 종류로 분압하고, 상기 분압된 전압을 기준전압과 비교하여 검출신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 검출부는, 차동 증폭기를 이용하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 차동 증폭기의 출력을 래치시키는 래치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 OSC 조정수단은, 검출부의 출력신호와 무관하게 링 오실레이터의 출력신호를 그대로 출력하는 하나의 출력신호를 갖는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 차지펌프는, 다수개의 차지 펌프를 포함하고, 외부 공급전압의 레벨에 따라서 상기 OSC 조정수단에서 발생되는 주기신호에 따라서 상기 다수개의 차지 펌프가 선택적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 다수개의 차지 펌프의 펌핑동작은, 외부 공급전압의 레벨 증가에 반비례 하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 펌프 제어 로직은, 다수개로 구성되고, 상기 OSC 조정수단에서 발생된 주기신호를 이용하여 상기 다수개의 차지 펌프의 구동신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 내부전압발생회로.
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