KR101994743B1 - 전압 강하 장치, 전압 스위칭 장치 및 그를 이용한 내부 전압 공급 장치 - Google Patents

전압 강하 장치, 전압 스위칭 장치 및 그를 이용한 내부 전압 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 전압 강하 장치, 전압 스위칭 장치 및 그를 이용한 내부 전압 공급 장치에 관한 것으로서, 제1 모드일 경우 입력 전압을 출력하고, 제2 모드일 경우 상기 입력 전압을 강하시키는 전압 강하부; 전압 강하부와 연결되어, 제1 모드일 경우 전압 강하부에서 도통된 입력 전압을 출력하고, 제2 모드일 경우 전압 강하부에서 강하된 전압을 출력하는 전압 출력부; 및 모드 신호를 입력받고 모드 신호의 값에 기초하여 전압 강하부 및 전압 출력부의 모드 변경을 제어하는 제어부; 를 포함함으로써, 전압 강하 또는 전압 스위칭을 통해 공급 전압보다 낮은 전압을 출력할 수 있고, 그를 이용한 내부 전압 공급 장치는 다양한 전압을 안정적으로 공급할 수 있다.

Description

전압 강하 장치, 전압 스위칭 장치 및 그를 이용한 내부 전압 공급 장치{Apparatus for voltage drop, apparatus for voltage switching and apparatus for inner voltage supply}
본 발명은 전압 강하 장치, 전압 스위칭 장치 및 그를 이용한 내부 전압 공급 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 집적회로(IC)에 사용되는 소자 및 모듈은 초소형화가 되고 있다. 예를 들어 반도체 소자의 채널 길이(channel length) 및 게이트 산화층 두께(gate oxide thickness)는 갈수록 얇아지고 있다. 이에 따라 반도체 소자의 절연파괴 전압(breakdown voltage)도 낮아지고 있다.
하지만 요구되는 공급 전압(supply voltage)은 아직 반도체 소자의 절연파괴 전압보다 두 배 이상 높다. 따라서 내부 반도체 소자가 절연파괴 전압에 의해서 손상되지 않도록 반도체 집적회로에 보호회로가 필요하다는 문제점이 있다.
반도체 집적회로가 절연파괴 전압이 높은 소자를 이용한다면 상기한 문제점을 해결할 수 있다. 이런 경우 반도체 공정에서 층(layer)의 추가적인 사용이 필요하다. 이는 반도체 집적회로 전체의 단가 상승 요인이 된다.
하기의 특허문헌 1은 파워 게이팅의 회로 및 방법에 관한 것으로서, 상기한 문제점을 해결하는 내용을 개시하고 있지 못하고 있다.
일본 공개특허공보 특개2006-042304호
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는, 전압 강하 장치, 전압 스위칭 장치 및 그를 이용한 내부 전압 공급 장치를 제공한다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따른 전압 강하 장치는, 제1 모드로 동작할 때 입력 전압을 그대로 출력할 수 있고, 제2 모드로 동작할 때 입력 전압을 강하시켜 출력할 수 있다. 여기서, 전압 강하 장치에 포함된 반도체 소자의 문턱 전압에 의해 입력 전압이 강하될 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따른 전압 스위칭 장치는, 제1 전압 및 제2 전압을 출력하여 게이트 신호에 따라 상기 제1 전압 또는 제2 전압을 도통시킬 수 있다. 여기서, 전압 스위칭 장치에 포함된 반도체 소자의 게이트에 입력되는 신호에 의해 출력된 전압의 도통 여부가 결정될 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따른 내부 전압 공급 장치는, 제1 모드로 동작할 때 제1 기준 전압을 내부 전압으로서 공급할 수 있고, 제2 모드로 동작할 때 전원 전압을 강하시킴과 동시에 제3 전압을 내부 전압으로서 공급할 수 있다. 여기서, 내부 전압 공급 장치에 포함된 제어부는 전원 전압과 내부 전압 사이의 전압차가 반도체 소자의 절연파괴 전압보다 크지 않도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 기준 전압 출력부는 상기 제1 기준 전압을 출력하는 밴드 갭 레퍼런스를 포함하고, 상기 제3 전압은 상기 제1 기준 전압보다 0V에 더 가까울 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 전압 강하 또는 전압 스위칭을 통해 공급 전압보다 낮은 전압을 출력할 수 있고, 그를 이용한 내부 전압 공급 장치는 다양한 전압을 안정적으로 공급할 수 있다.
또한, 내부 전압 공급 장치 및 반도체 집적회로에 절연파괴 전압이 낮은 반도체 소자가 포함되더라도, 상기 반도체 소자는 절연파괴에 의한 손상으로부터 보호될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 강하 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 스위칭 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내부 전압 공급 장치 나타낸 도면이다.
도 4는 내부 전압 공급 장치에 포함된 전원 공급부를 나타낸 도면이다.
도 5는 내부 전압 공급 장치에 포함된 내부 전압 출력부를 나타낸 도면이다.
도 6은 내부 전압 공급 장치가 제1 모드로 동작할 경우 전원 전압의 값에 따른 내부 전압의 값 및 전류 소모를 나타내는 그래프이다.
도 7은 내부 전압 공급 장치가 제2 모드로 동작할 경우 전원 전압의 값에 따른 내부 전압의 값 및 전류 소모를 나타내는 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 강하 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 강하 장치(100)는, 전압 강하부(110), 전압 출력부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
전압 강하부(110)는, 제1 모드일 경우 입력 전압을 출력하고, 제2 모드일 경우 상기 입력 전압을 강하시킬 수 있다. 즉, 모드에 따라 상기 전압 강하부(110)에서 출력되는 전압의 값은 달라질 수 있다. 여기서, 상기 전압 강하부(110)의 모드는 제어부(130)를 통해 입력 받는 제어 신호의 값에 기초하여 결정될 수 있다.
구체적으로, 상기 전압 강하부(110)는 반도체 소자를 포함하고 상기 반도체 소자의 문턱 전압(threshold voltage)을 이용하여 상기 입력 전압을 강하시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 소자는 전계 효과 트랜지스터(FET)일 수 있다. 제2 모드 상태에서 상기 전압 강하부(110)는 상기 입력 전압을 상기 반도체 소자의 소스 단자와 드레인 단자 사이로 도통시킬 수 있다. 상기 반도체 소자의 게이트 단자와 드레인 단자가 연결되어 있을 경우, 도통되는 입력 전압은 상기 반도체 소자의 문턱 전압만큼 강하될 수 있다. 상기 반도체 소자가 이중 접합 트랜지스터(BJT) 등의 3 터미널 반도체 소자일 경우에도, 상기 전압 강하부(110)는 전술한 내용과 유사하게 3 터미널 반도체 소자의 문턱 전압을 이용하여 상기 입력 전압을 강하시킬 수 있다. 또한, 상기 반도체 소자는 다이오드일 수도 있다. 이 경우, 상기 다이오드는 포워드 바이어스로 연결될 수 있다. 이때, 전압 강하부(110)는 입력 전압을 다이오드로 도통시킴으로써, 상기 입력 전압을 강하시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 전압 강하부(110)는 소스 단자와 드레인 단자가 서로 직렬로 연결된 복수의 NMOS 트랜지스터 및 복수의 PMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 복수의 NMOS 트랜지스터 및 복수의 PMOS 트랜지스터의 개수는 입력 전압의 값 및 트랜지스터의 문턱 전압 값에 따라 달라질 수 있다. 모드에 따라 상기 전압 강하부(110)는 상기 복수의 NMOS 트랜지스터 및 복수의 PMOS 트랜지스터에 전류가 흐르게 함으로써, 입력 전압을 강하시킬 수 있다. 즉, 트랜지스터의 문턱 전압 값과 트랜지스터의 개수의 곱이 입력 전압보다 약간 작도록 트랜지스터의 개수가 정해질 수 있다. 한편, 복수의 NMOS 트랜지스터의 개수 및 복수의 PMOS 트랜지스터의 개수는 동일할 필요가 없다. 예를 들어, 복수의 PMOS 트랜지스터의 개수는 3개이고, 복수의 NMOS 트랜지스터의 개수는 2개일 수 있다.
또한, 상기 전압 강하부(110)는 제어부(130)로부터 NMOS 트랜지스터의 게이트 단자로 제어 신호를 입력 받고 PMOS 트랜지스터의 문턱 전압을 이용하여 상기 입력 전압을 강하시킬 수 있다. 상기 제어 신호의 값이 높아지면, 상기 전압 강하부(110)에 포함된 NMOS 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이의 전압은 높아질 수 있다. 이에 따라, 상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 소스 단자 사이로 전류가 흐를 수 있다. 이때, 상기 전압 강하부(110)에 포함된 직렬 연결된 트랜지스터는 모두 전류가 흐를 수 있다. 이를 통해, 상기 전압 강하부(110)에 포함된 PMOS 트랜지스터는 입력 전압을 강하시킬 수 있다.
전압 출력부(120)는, 전압 강하부(110)와 연결되어, 제1 모드일 경우 상기 전압 강하부(110)에서 출력된 입력 전압을 출력하고, 제2 모드일 경우 상기 전압 강하부(110)에서 강하된 전압을 출력할 수 있다.
구체적으로, 전압 출력부(120)는 전압 강하부(110)에 포함된 복수의 PMOS 트랜지스터의 최상단 PMOS 트랜지스터의 소스 단자와 연결되어 출력된 입력 전압을 출력시킬 수 있다. 또한, 전압 출력부(120)는 전압 강하부(110)에 포함된 복수의 PMOS 트랜지스터의 최하단 PMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되어 강하된 전압을 출력할 수 있다. 여기서, 입력 전압은 전압 강하부(110)에 포함된 복수의 PMOS 트랜지스터의 개수와 상기 복수의 PMOS 트랜지스터의 문턱 전압의 곱만큼 강하될 수 있다.
또한, 상기 전압 출력부(120)는 전압 강하부(110)에서 도통된 입력 전압을 출력하는 제1 반도체 스위치 및 상기 전압 강하부(110)에서 강하된 전압을 출력하는 제2 반도체 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반도체 스위치 및 제2 반도체 스위치는 전계 효과 트랜지스터(FET)일 수 있다. 즉, 반도체 스위치의 드레인 단자와 소스 단자 사이를 통해 전압이 도통될 수 있다. 여기서, 전압의 도통 여부는 상기 반도체 스위치의 게이트 단자의 전압에 의해 결정될 수 있다.
또한, 상기 전압 출력부(120)는 제어부(130)로부터 상기 제1 반도체 스위치 및 제2 반도체 스위치의 게이트 단자로 제어 신호를 입력 받아, 상기 제어 신호에 의해 상기 제1 반도체 스위치 또는 상기 제2 반도체 스위치가 온상태가 되도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 단자와 제어 신호를 입력 받는 노드 사이에 인버터가 포함될 수 있다. 여기서, 제1 반도체 스위치의 게이트 단자에는 인버터를 통과하지 않은 제어 신호가 입력되고, 제2 반도체 스위치의 게이트 단자에는 인버터를 통과한 제어 신호가 입력될 수 있다. 이를 통해, 제1 반도체 스위치가 전압을 도통시킬 때, 제2 반도체 스위치는 전압의 도통을 차단시킬 수 있다. 마찬가지로, 제2 반도체 스위치가 전압을 도통시킬 때, 제1 반도체 스위치는 전압의 도통을 차단시킬 수 있다.
제어부(130)는, 모드 신호를 입력받고 상기 모드 신호의 값에 기초하여 전압 강하부(110) 및 전압 출력부(120)의 모드 변경을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(130)는 제어 신호를 출력함으로써 모드 변경을 제어할 수 있다. 한편, 모드 신호는 펄스 신호, 정현파 신호 및 일정한 값의 신호 등이 될 수 있다.
또한, 상기 제어부(130)는 제어 신호의 값을 조절할 수 있다. 이에 따라, 전압 강하부(110)는 상기 제어 신호의 값에 기초하여 강하되는 전압의 값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전압 강하부(110)에 포함된 NMOS 트랜지스터의 게이트 단자로 제어 신호가 입력될 경우, 전압 강하부(110)에 포함된 트랜지스터에 흐르는 전류는 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 트랜지스터들의 게이트 단자와 소스 단자의 전압차는 커질 수 있다. 여기서, 입력 전압의 강하 값은 게이트 단자와 소스 단자의 전압차이다. 따라서, 제어 신호의 값이 클수록 전압 강하부(110)는 입력 전압을 더 크게 강하시킬 수 있다. 한편, 전압 강하부(110)에 포함된 PMOS 트랜지스터의 게이트 단자로 제어 신호가 입력될 경우, 제어 신호의 값이 클수록 전압 강하부(110)는 입력 전압을 더 작게 강하시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 스위칭 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 스위칭 장치(200)는, 전압 출력부(210), 제1 스위치부(220) 및 제2 스위치부(230)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 스위칭 장치(200)에 포함되는 구성을 설명한다. 도 1을 참조하여 상술한 전압 강하 장치(100)에 포함된 구성 및 이에 대해 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
전압 출력부(210)는, 제1 전압 및 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 전압은 공급 전압(supply voltage)일 수 있다.
또한, 상기 전압 출력부(210)는 제3 게이트 신호에 의해 동작되고 상기 제3 게이트 신호의 값에 기초하여 상기 제1 전압과 상기 제2 전압 사이의 전압차를 제어할 수 있다. 이를 통해, 상기 전압 출력부(210)는 다양한 값의 전압을 출력할 수 있다.
예를 들어, 상기 전압 출력부(210)는 직렬로 연결된 복수의 NMOS 트랜지스터 및 복수의 PMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다. NMOS 트랜지스터의 게이트 단자로 제3 게이트 신호를 입력 받고 PMOS 트랜지스터의 문턱 전압을 이용하여 상기 제1 전압보다 낮은 상기 제2 전압을 출력할 수 있다.
제1 스위치부(220)는, 전압 출력부(210)에 연결되어 제1 게이트 신호에 의해 동작되고 상기 제1 게이트 신호의 값에 기초하여 제1 전압의 도통을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 스위치부(220)는 전압 출력부(210)에 포함된 복수의 PMOS 트랜지스터의 최상단 PMOS 트랜지스터의 소스 단자와 연결되어 상기 제1 전압을 도통시킬 수 있다.
제2 스위치부(230)는, 전압 출력부(210)에 연결되어 제2 게이트 신호에 의해 동작되고 상기 제2 게이트 신호의 값에 기초하여 제2 전압의 도통을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 스위치부(230)는 전압 출력부(210)에 포함된 복수의 PMOS 트랜지스터의 최하단 PMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되어 상기 제2 전압을 도통시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 스위치부(220) 및 제2 스위치부(230)는 상기 제2 전압을 도통시키는 제2 반도체 스위치를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 스위치부(230)는 상기 제1 스위치부(220)가 상기 제1 전압을 도통시키는 경우 상기 제2 전압의 도통을 차단시키고, 상기 제1 스위치부(220)가 상기 제1 전압의 도통을 차단시키는 경우 상기 제2 전압을 도통시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내부 전압 공급 장치 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 내부 전압 공급 장치(1)는, 전원 공급부(300), 기준 전압 출력부(400), 내부 전압 출력부(500) 및 제어부(600)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 내부 전압 공급 장치(1)는 상술한 전압 강하 장치(100) 및 전압 스위칭 장치(200)가 적용되는 일 실시예가 될 수 있다. 즉, 상기 전압 강하 장치(100) 및 전압 스위칭 장치(200)는 상기 내부 전압 공급 장치(1)에만 적용될 수 있는 것은 아니다.
내부 전압 공급 장치(1)는, 내부 전압 출력부(500)를 통해 반도체 집적회로(미도시)에 내부 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 집적회로는 내부에 포함된 반도체 소자의 절연파괴 전압보다 훨씬 높은 공급 전압을 입력 받을 수 있다. 따라서, 내부 전압 공급 장치(1)로부터 내부 전압을 공급받음으로써, 상기 반도체 집적회로에 포함된 반도체 소자는 절연파괴로부터 보호될 수 있다.
또한, 상기 내부 전압 공급 장치(1)는, 기준 전압 출력부(400)를 통해 반도체 집적회로(미도시)에 공급되는 내부 전압을 강하시킬 수 있다. 즉, 반도체 집적회로(미도시) 전체의 소비 전력을 줄이기 위해서 상기 내부 전압 공급 장치(1)는 내부 전압을 강하시킬 수 있다.
그러나, 기준 전압 출력부(400)에 의해 내부 전압이 강하된 경우, 내부 전압 출력부(500)에는 높은 전압이 걸릴 수 있다. 이에 따라, 상기 내부 전압 출력부(500)에 포함된 반도체 소자는 절연파괴로 인해 손상될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 전원 공급부(300) 및 제어부(600)는 내부 전압 출력부(500)에 걸리는 전압을 작게할 수 있다.
이하 내부 전압 공급 장치(1)에 포함되는 각 구성을 설명한다.
전원 공급부(300)는, 제1 모드일 경우 전원 전압(source voltage)을 공급하고, 제2 모드일 경우 상기 전원 전압을 강하시켜 공급할 수 있다. 여기서, 내부 전압 출력부(500)에 높은 전압이 걸리지 않도록, 제1 모드에서 제2 모드로 상기 전원 공급부(300)의 모드가 변경될 수 있다. 상기 전원 공급부(300)에 대한 자세한 내용은 도 4를 참조하여 후술된다.
기준 전압 출력부(400)는, 제1 모드일 경우 제1 기준 전압(reference voltage)을 출력하고, 제2 모드일 경우 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제3 전압을 출력할 수 있다. 여기서, 내부 전압 공급 장치(1) 전체 및 내부 전압을 공급 받는 반도체 집적회로의 총 전력 소모를 줄이기 위해, 제1 모드에서 제2 모드로 상기 기준 전압 출력부(400)의 모드가 변경될 수 있다.
예를 들어, 상기 기준 전압 출력부(400)는 밴드 갭 레퍼런스(band gap reference)를 포함할 수 있다. 밴드 갭 레퍼런스가 포함될 경우, 상기 기준 전압 출력부(400)는 외부 환경 및 회로의 공정 정밀도에 무관하게 일정한 전압을 출력할 수 있다.
또한, 상기 기준 전압 출력부(400)는 제어부(600)로부터 제어 신호를 입력 받을 수 있다. 여기서, 상기 기준 전압 출력부(400)는 제어 신호의 값에 기초하여 제1 기준 전압 또는 제3 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 전압 출력부(400)는 내부에 인버터를 포함하여 전압을 스위칭시킬 수 있다. 한편, 제1 기준 전압 및 제3 전압은 2개의 밴드 갭 레퍼런스에 의해서 출력될 수 있고, 1개의 밴드 갭 레퍼런스 및 접지에 의해서 출력될 수 있다. 즉, 제3 전압은 0V를 포함할 수 있다.
내부 전압 출력부(500)는, 상기 기준 전압 출력부에 연결되어 상기 기준 전압 출력부에서 출력되는 기준 전압의 값에 기초하여 내부 전압을 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 전압 출력부(500)는 LDO(low drop out)회로일 수 있다. 즉, 전원 공급부(300)에서 공급받는 전압의 값이 기준 전압보다 크다면, 상기 내부 전압 출력부(500)는 전원 공급부(300)에서 공급받는 전압의 값에 상관없이 일정한 내부 전압을 출력할 수 있다. 상기 내부 전압 출력부(500)에 대한 자세한 내용은 도 5를 참조하여 후술된다.
제어부(600)는, 모드 신호를 입력받고 상기 모드 신호의 값에 기초하여 전원 공급부(300) 및 기준 전압 출력부(400)의 모드를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(600)는 상기 모드 신호의 값에 기초하여 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호는 전원 공급부(300)의 모드를 제어하는데 이용될 수 있다.
또한, 상기 제어부(600)는 전원 공급부(300)의 모드를 제1 모드에서 제2 모드로 변경한 후에 기준 전압 출력부(400)의 모드를 제1 모드에서 제2 모드로 변경시키고, 상기 기준 전압 출력부(400)의 모드를 제2 모드에서 제1 모드로 변경한 후에 상기 전원 공급부(300)의 모드를 제2 모드에서 제1 모드로 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 전압 출력부(400)의 모드를 제1 모드에서 제2 모드로 변경한 후에 상기 전원 공급부(300)의 모드를 제1 모드에서 제2 모드로 변경 변경시킬 경우, 내부 전압 출력부(500)의 내부 노드 사이에는 순간적으로 높은 전압차가 발생할 수 있다. 이때, 상기 내부 전압 출력부(500)에 포함된 반도체 소자는 절연파괴 전압보다 높은 전압이 걸려서 손상될 수 있다. 따라서, 상기 제어부(600)는 전원 공급부(300)와 기준 전압 출력부(400)의 모드를 순차적으로 제어함으로써, 내부 전압 출력부(500)의 손상을 방지할 수 있다.
도 4는 내부 전압 공급 장치에 포함된 전원 공급부를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 내부 전압 공급 장치에 포함된 전원 공급부(300)는 전압 강하부(310), 전압 출력부(320)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 내부 전압 공급 장치(1)에 포함된 전원 공급부(300)에 포함되는 구성을 설명한다. 상기 전원 공급부(300)는 상술한 전압 강하 장치(100) 및 전압 스위칭 장치(200)로 대체될 수 있다. 따라서, 도 1 및 도2를 참조하여 상술한 전압 강하 장치(100) 및 전압 스위칭 장치(200)에 포함된 구성 및 이에 대해 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용에 대해서는 중복적으로 설명하지 아니한다.
전압 강하부(310)는, 제1 모드일 경우 전원 전압을 도통시키고, 제2 모드일 경우 상기 전원 전압을 강하시킬 수 있다.
또한, 상기 전압 강하부(310)는 직렬로 연결된 복수의 PMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 복수의 PMOS 트랜지스터 중 적어도 하나의 문턱 전압을 이용하여 상기 전원 전압을 강하시킬 수 있다.
또한, 상기 전압 강하부(310)는 상기 제1 제어 신호를 입력받아 상기 제1 제어 신호의 값에 기초하여 강하되는 전압의 값을 결정할 수 있다.
전압 출력부(320)는, 전압 강하부(310)와 연결되어, 제1 모드일 경우 상기 전압 강하부에서 도통된 전원 전압을 출력시키고, 제2 모드일 경우 상기 전압 강하부(310)에서 강하된 전압을 출력시킬 수 있다.
또한, 상기 전압 출력부(320)는 전압 강하부(310)에 포함된 복수의 PMOS 트랜지스터의 최상단 PMOS 트랜지스터의 소스 단자와 연결되어 도통된 전원 전압을 출력시킬 수 있다. 또한, 상기 전압 출력부(320)는 전압 강하부(310)에 포함된 복수의 PMOS 트랜지스터의 최하단 PMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되어 강하된 전압을 출력시킬 수 있다.
또한, 상기 전압 출력부(320)는 전압 강하부(310)에서 도통된 전원 전압을 출력시키는 제1 반도체 스위치 및 상기 전압 강하부(310)에서 강하된 전압을 출력시키는 제2 반도체 스위치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전압 출력부(320)는 상기 제2 제어 신호를 입력받아 상기 제2 제어 신호의 값에 의해 상기 제1 반도체 스위치 또는 상기 제2 반도체 스위치가 온상태가 되도록 제어될 수 있다.
도 5는 내부 전압 공급 장치에 포함된 내부 전압 출력부를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 내부 전압 공급 장치에 포함된 내부 전압 출력부(500)는 연산 증폭기(510), PMOS 트랜지스터부(520) 및 전압 분배부(530)를 포함할 수 있다.
연산 증폭기(510)는, 기준 전압 출력부(400)로부터 기준 전압을 입력 받고 상기 기준 전압을 출력할 수 있다.
PMOS 트랜지스터부(520)는, 게이트 단자는 연산 증폭기(510)로부터 기준 전압을 입력 받고, 소스 단자는 전원 공급부(300)로부터 전원 전압 또는 강하된 전압을 공급받고, 드레인 단자는 상기 연산 증폭기(510)의 입력 단자와 연결될 수 있다. 상기 PMOS 트랜지스터부(520)와 연산 증폭기(510) 사이의 연결 구조를 통해, 내부 전압 출력부(500)는 전원 공급부(300)에서 공급받는 전압의 값에 상관없이 일정한 내부 전압을 출력할 수 있다.
전압 분배부(530)는, 기준 전압 출력부(400)로부터 출력되는 기준 전압에 기초하여 PMOS 트랜지스터부(520)의 드레인 단자로 출력되는 내부 전압의 값을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 전압 분배부(530)는 복수의 저항을 이용하여 상기 내부 전압의 값을 조절할 수 있다.
도 6은 내부 전압 공급 장치가 제1 모드로 동작할 경우 전원 전압의 값에 따른 내부 전압의 값 및 전류 소모를 나타내는 그래프이다.
도6을 참조하면, 좌측에는 전원 전압의 값에 따른 내부 전압의 값이 그래프로 도시된다. 예를 들어, 제1 기준 전압이 2.4V인 경우, 전원 전압의 값이 2.4V이상인 경우에도 내부 전압의 값은 약 2.4V로 일정할 수 있다.
도6을 참조하면, 우측에는 전원 전압의 값에 따른 총 전류의 값이 그래프로 도시된다. 예를 들어, 전원 전압의 값이 4.8V인 경우, 총 전류의 값은 약 96μA일 수 있다.
도 7은 내부 전압 공급 장치가 제2 모드로 동작할 경우 전원 전압의 값에 따른 내부 전압의 값 및 전류 소모를 나타내는 그래프이다.
도7을 참조하면, 좌측에는 전원 전압의 값에 따른 내부 전압 및 강하된 전압의 값이 그래프로 도시된다. 예를 들어, 제3 전압이 0V인 경우, 내부 전압의 값은 약 0V로 일정할 수 있다. 또한, 전원 전압의 값이 4.8V인 경우, 강하된 전압은 약 2.8V일 수 있다. 즉, 내부 전압 공급 장치(1)가 제2 모드로 동작할 경우에도, 내부 전압 출력부(500)는 4.8V가 아닌 2.8V의 전압이 걸릴 수 있다. 따라서, 내부 전압 공급 장치(1)가 낮은 전압을 공급할 경우에도 내부 전압 출력부(500)에 포함된 반도체 소자의 절연파괴가 방지될 수 있다.
도7을 참조하면, 우측에는 전원 전압의 값에 따른 총 전류의 값이 그래프로 도시된다. 예를 들어, 전원 전압의 값이 4.8V인 경우, 총 전류의 값은 약 6μA일 수 있다. 즉, 내부 전압 공급 장치(1)가 제1 모드로 동작할 때보다 제2 모드로 동작할 때 총 전류의 값은 크게 감소될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
1: 내부 전압 공급 장치 100: 전압 강하 장치
110: 전압 강하부 120: 전압 출력부
130: 제어부 200: 전압 스위칭 장치
210: 전압 출력부 220: 제1 스위치부
230: 제2 스위치부 300: 전원 공급부
310: 전압 강하부 320: 전압 출력부
400: 기준 전압 출력부 500: 내부 전압 출력부
510: 연산 증폭기 520: PMOS 트랜지스터부
530: 전압 분배부 600: 제어부

Claims (17)

  1. 제1 모드일 경우 입력 전압을 출력하고, 제2 모드일 경우 상기 입력 전압을 강하시키는 전압 강하부;
    상기 전압 강하부와 연결되어, 제1 모드일 경우 상기 전압 강하부에서 출력된 입력 전압을 출력하고, 제2 모드일 경우 상기 전압 강하부에서 강하된 전압을 출력하는 전압 출력부; 및
    모드 신호를 입력받고 상기 모드 신호의 값에 기초하여 상기 전압 강하부 및 상기 전압 출력부의 모드 변경을 제어하는 제어부; 를 포함하는 전압 강하 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 강하부는 반도체 소자를 포함하고 상기 반도체 소자의 문턱 전압(threshold voltage)을 이용하여 상기 입력 전압을 강하시키는 전압 강하 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 강하부는 소스 단자와 드레인 단자가 서로 직렬로 연결된 복수의 NMOS 트랜지스터 및 복수의 PMOS 트랜지스터를 포함하고,
    상기 전압 강하부는 상기 제어부로부터 NMOS 트랜지스터의 게이트 단자로 제어 신호를 입력 받고 PMOS 트랜지스터의 문턱 전압을 이용하여 상기 입력 전압을 강하시키는 전압 강하 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 제어 신호의 값을 조절하고,
    상기 전압 강하부는 상기 제어 신호의 값에 기초하여 강하되는 전압의 값을 결정하는 전압 강하 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전압 출력부는 상기 복수의 PMOS 트랜지스터의 최상단 PMOS 트랜지스터의 소스 단자와 연결되어 도통된 입력 전압을 출력시키고, 상기 복수의 PMOS 트랜지스터의 최하단 PMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되어 강하된 전압을 출력시키는 전압 강하 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압 출력부는 상기 전압 강하부에서 도통된 입력 전압을 출력시키는 제1 반도체 스위치 및 상기 전압 강하부에서 강하된 전압을 출력시키는 제2 반도체 스위치를 포함하고,
    상기 전압 출력부는 상기 제어부로부터 상기 제1 반도체 스위치 및 제2 반도체 스위치의 게이트 단자로 제어 신호를 입력 받아, 상기 제어 신호에 의해 상기 제1 반도체 스위치 또는 상기 제2 반도체 스위치가 온상태가 되도록 제어되는 전압 강하 장치.
  7. 제1 전압 및 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 출력하는 전압 출력부;
    상기 전압 출력부에 연결되어 제1 게이트 신호에 의해 동작되고 상기 제1 게이트 신호의 값에 기초하여 제1 전압의 출력을 제어하는 제1 스위치부; 및
    상기 전압 출력부에 연결되어 제2 게이트 신호에 의해 동작되고 상기 제2 게이트 신호의 값에 기초하여 제2 전압의 출력을 제어하는 제2 스위치부; 를 포함하고,
    상기 전압 출력부는 제3 게이트 신호에 의해 동작되고 상기 제3 게이트 신호의 값에 기초하여 상기 제1 전압과 상기 제2 전압 사이의 전압차를 제어하는 전압 스위칭 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전압 출력부는 소스 단자와 드레인 단자가 서로 직렬로 연결된 복수의 NMOS 트랜지스터 및 복수의 PMOS 트랜지스터를 포함하고,
    NMOS 트랜지스터의 게이트 단자로 제3 게이트 신호를 입력 받고 PMOS 트랜지스터의 문턱 전압을 이용하여 상기 제1 전압보다 낮은 상기 제2 전압을 출력하는 전압 스위칭 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 스위치부는 상기 복수의 PMOS 트랜지스터의 최상단 PMOS 트랜지스터의 소스 단자와 연결되어 상기 제1 전압을 도통시키고,
    상기 제2 스위치부는 상기 복수의 PMOS 트랜지스터의 최하단 PMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되어 상기 제2 전압을 도통시키는 전압 스위칭 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 스위치부는 상기 제1 전압을 도통시키는 제1 반도체 스위치를 포함하고,
    상기 제2 스위치부는 상기 제2 전압을 도통시키는 제2 반도체 스위치를 포함하고,
    상기 제2 스위치부는 상기 제1 스위치부가 상기 제1 전압을 도통시키는 경우 상기 제2 전압의 도통을 차단시키고, 상기 제1 스위치부가 상기 제1 전압의 도통을 차단시키는 경우 상기 제2 전압을 도통시키는 전압 스위칭 장치.
  11. 제1 모드일 경우 전원 전압(source voltage)을 공급하고, 제2 모드일 경우 상기 전원 전압을 강하시켜 공급하는 전원 공급부;
    제1 모드일 경우 제1 기준 전압(reference voltage)을 출력하고, 제2 모드일 경우 상기 제1 기준 전압보다 낮은 제3 전압을 출력하는 기준 전압 출력부;
    상기 기준 전압 출력부에 연결되어 상기 기준 전압 출력부에서 출력되는 제1 기준 전압 또는 제3 전압에 기초하여 내부 전압을 출력하는 내부 전압 출력부;
    모드 신호를 입력받고 상기 모드 신호의 값에 기초하여 상기 전원 공급부 및 기준 전압 출력부의 모드의 변경을 제어하는 제어부; 를 포함하는 내부 전압 공급 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전원 공급부는,
    제1 모드일 경우 전원 전압을 출력하고, 제2 모드일 경우 상기 전원 전압을 강하시키는 전압 강하부; 및
    상기 전압 강하부와 연결되어, 제1 모드일 경우 상기 전압 강하부에서 도통된 전원 전압을 출력하고, 제2 모드일 경우 상기 전압 강하부에서 강하된 전압을 출력하는 전압 출력부; 를 포함하는 내부 전압 공급 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전압 강하부는 소스 단자와 드레인 단자가 서로 직렬로 연결된 복수의 PMOS 트랜지스터를 포함하고,
    상기 전압 강하부는 상기 복수의 PMOS 트랜지스터 중 적어도 하나의 문턱 전압을 이용하여 상기 전원 전압을 강하시키고,
    상기 전압 출력부는 상기 복수의 PMOS 트랜지스터의 최상단 PMOS 트랜지스터의 소스 단자와 연결되어 도통된 전원 전압을 출력하고, 상기 복수의 PMOS 트랜지스터의 최하단 PMOS 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되어 강하된 전압을 출력하는 내부 전압 공급 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 모드 신호의 값에 기초하여 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 출력하고,
    상기 전압 강하부는 상기 제1 제어 신호를 입력받아 상기 제1 제어 신호의 값에 기초하여 강하되는 전압의 값을 결정하고,
    상기 전압 출력부는 상기 전압 강하부에서 도통된 전원 전압을 출력하는 제1 반도체 스위치 및 상기 전압 강하부에서 강하된 전압을 출력하는 제2 반도체 스위치를 포함하고,
    상기 전압 출력부는 상기 제2 제어 신호를 입력 받아 상기 제2 제어 신호에 의해 상기 제1 반도체 스위치 또는 상기 제2 반도체 스위치가 온상태가 되도록 제어되는 내부 전압 공급 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 내부 전압 출력부는,
    상기 기준 전압 출력부로부터 기준 전압을 입력 받고 상기 기준 전압을 출력하는 연산 증폭기; 및
    게이트 단자는 상기 연산 증폭기로부터 상기 기준 전압을 입력 받고, 소스 단자는 상기 전원 공급부로부터 전원 전압 또는 강하된 전압을 공급받고, 드레인 단자는 상기 연산 증폭기의 입력 단자와 연결되는 PMOS 트랜지스터부; 를 포함하는 내부 전압 공급 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전원 공급부의 모드를 제1 모드에서 제2 모드로 변경한 후에 상기 기준 전압 출력부의 모드를 제1 모드에서 제2 모드로 변경시키고, 상기 기준 전압 출력부의 모드를 제2 모드에서 제1 모드로 변경한 후에 상기 전원 공급부의 모드를 제2 모드에서 제1 모드로 변경시키는 내부 전압 공급 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 기준 전압 출력부는 상기 제1 기준 전압을 출력하는 밴드 갭 레퍼런스를 포함하고,
    상기 제3 전압은 상기 제1 기준 전압보다 0V에 더 가까운 내부 전압 공급 장치.
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