KR101998078B1 - 하이브리드 차지 펌프 및 그 구동 방법, 파워 관리 회로, 및 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

하이브리드 차지 펌프 및 그 구동 방법, 파워 관리 회로, 및 디스플레이 장치가 제공된다. 파워 관리 회로는, 입력 전압을 제공받고 제1 출력 전압으로 출력하는 메인 부스터, 제1 출력 전압을 제공받고 제1 출력 전압과 다른 제2 출력 전압으로 출력하는 서브 부스터, 및 메인 부스터 내에서 발생되는 스위칭 펄스를 제공받고 스위칭 펄스에 존재하는 오버 슛 또는 언더 슛을 스너빙하거나, 스위칭 펄스로부터 네거티브 전압을 생성하고 이를 출력하는 하이브리드 차지 펌프를 포함한다.

Description

하이브리드 차지 펌프 및 그 구동 방법, 파워 관리 회로, 및 디스플레이 장치{Hybrid charge pump and method for operating the same, power management IC comprising the pump, and display device comprsing the PMIC}

본 발명은 하이브리드 차지 펌프 및 그 구동 방법, 파워 관리 회로, 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 전자 장치 내에서 처리해야 하는 전송 데이터가 증가하고 있다. 또한, 디스플레이부를 포함하는 전자 장치의 경우, 이러한 전송 데이터의 증가와 더불어 고화질 화상 표시가 요구되고 있기 때문에, 장치 내에 실장되는 파워 시스템의 효율성 증가가 필수적인 요구사항이 되었다.

이와같이 파워 시스템을 고효율로 동작 시키기 위한 하나의 방식으로는 예를 들어, PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 들 수 있다. PWM 방식은 출력 신호와 기준 전압과의 비교를 통해서 얻어진 펄스 정보를 예를 들어, 파워 트랜지스터 등을 스위칭하여 원하는 전압 또는 전류 레벨을 얻는 시스템이다. 이와 같은 동작 방식에 의해 PWM 방식은 고효율 구현이 가능하기 때문에, 최근 들어 파워 시스템에 널리 사용되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 장치의 신뢰성을 향상시키고, 장치를 소형화시킬 수 있는 하이브리도 차지 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 장치의 신뢰성을 향상시키고, 장치를 소형화시킬 수 있는 하이브리도 차지 펌프의 구동 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 장치의 신뢰성을 향상시키고, 장치를 소형화시킬 수 있는 파워 관리 회로(PMIC; Power Management IC)를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 신뢰성이 향상되고, 소형화가 가능한 있는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프는, 펄스를 입력받는 입력단, 입력단에 입력되는 펄스의 레벨이 제1 레벨인 경우, 펄스에 존재하는 오버 슛(over shoot) 또는 언더 슛(under shoot)을 스너빙(snubbing)하고, 입력단에 입력되는 펄스의 레벨이 제1 레벨과 다른 제2 레벨인 경우, 네거티브 전압 생성을 위해 펄스로부터 전하를 차징하는 하이브리드 회로, 및 하이브리드 회로로부터 생성된 네거티브 전압을 출력하는 출력단을 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 레벨은 논리 로우(logical low) 레벨을 포함하고, 상기 제2 레벨은 논리 하이(logical high) 레벨을 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 하이브리드 차지 펌프의 상기 스너빙 동작, 상기 전하 차징 동작, 및 상기 네거티브 전압 생성 동작은, 상기 하이브리드 회로에 포함된 제1 및 제2 스위치의 온(on) / 오프(off)에 따라 제어될 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 상기 제1 스위치가 온이고, 상기 제2 스위치가 오프인 경우, 상기 하이브리드 회로는 상기 스너빙 동작과 상기 전하 차징 동작을 수행하고, 상기 제1 스위치가 오프이고, 상기 제2 스위치가 온인 경우, 상기 하이브리드 회로는 상기 네거티브 전압 생성 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 제1 및 제2 스위치는 각각 제1 및 제2 파워 트랜지스터(power transistor)로 구성될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 펄스는 PWM(Pulse Width Modulation) 레귤레이터의 스위칭 펄스일 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프는, 입력 신호가 입력되는 입력단, 입력단과 접지단 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 스위치, 제1 스위치와 접지단 사이에 제2 스위치와 병렬로 연결된 제1 전하 저장 소자 및 제1 정류 소자, 제1 전하 저장 소자와 접지단 사이에 제1 정류 소자와 병렬로 연결된 제2 정류 소자 및 제2 전하 저장 소자, 및 제2 전하 저장 소자의 일단과 연결된 출력단을 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 스위치가 온되고 상기 제2 스위치가 오프될 시, 상기 제1 스위치의 온-저항(on-resistance)과, 제1 전하 저장 소자와, 제1 정류 소자의 온-저항은, 상기 입력 신호에 존재하는 오버 슛 또는 언더 슛을 완화시키는 스너빙 회로로 이용될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 스위치가 오프되고 상기 제2 스위치가 온될 시, 상기 제2 스위치, 제1 전하 저장 소자, 제2 정류 소자, 및 제2 전하 저장 소자는, 상기 입력 신호로부터 네거티브 전압을 생성하는 회로로 이용될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 입력 신호는 펄스 신호일 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 및 제2 스위치는 각각 제1 및 제2 파워 트랜지스터로 구성되고, 상기 제1 및 제2 전하 저장 소자는 각각 제1 및 제2 커패시터로 구성되고, 상기 제1 및 제2 정류소자는 각각 제1 및 제2 다이오드로 구성될 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 구동 방법은, 제1 스위치가 온되고 제2 스위치가 오프된 상태에서 제1 레벨의 스위칭 펄스를 인가받아, 스위칭 펄스에 존재하는 오버 슛 또는 언더 슛을 완화시키는 스너빙 동작을 수행하고, 제1 스위치가 온되고 제2 스위치가 오프된 상태에서 스위칭 펄스가 제1 레벨에서 다른 제2 레벨로 변경될 경우, 스위칭 펄스로부터 전하를 차징하는 동작을 수행하고, 제1 스위치가 오프되고 제2 스위치가 온된 상태에서 차징된 전하로부터 네거티브 전압을 생성하는 동작을 수행하는 것을 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 레벨은 논리 로우 레벨을 포함하고, 상기 제2 레벨은 논리 하이 레벨을 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 스위칭 펄스의 라이징 엣지(rising edge)가 형성되는 동안 상기 제1 스위치는 온 상태, 상기 제2 스위치는 오프 상태를 유지하고, 상기 스위칭 펄스의 폴링 엣지(falling edge)가 형성되는 동안 상기 제1 스위치는 오프 상태, 상기 제2 스위치는 온 상태를 유지할 수 있다. 이 때, 상기 스너빙 동작은 상기 스위칭 펄스의 라이징 엣지가 형성되기 전에 수행되고, 상기 전하 차징 동작은 상기 스위칭 펄스의 라이징 엣지가 형성된 후에 수행되고, 상기 네거티브 전압 생성 동작은 상기 스위칭 펄스의 폴링 엣지가 형성되는 동안 수행될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 스위칭 펄스의 라이징 엣지가 형성되는 동안 상기 제1 스위치는 오프 상태, 상기 제2 스위치는 온 상태를 유지하고, 상기 스위칭 펄스의 폴링 엣지가 형성되는 동안 상기 제1 스위치는 온 상태, 상기 제2 스위치는 오프 상태를 유지할 수 있다. 이 때, 상기 전하 차징 동작은 상기 스위칭 펄스의 폴링 엣지가 형성되기 전에 수행되고, 상기 스너빙 동작은 상기 스위칭 펄스의 폴링 엣지가 형성된 후에 수행되고, 상기 네거티브 전압 생성 동작은 상기 스위칭 펄스의 라이징 엣지가 형성되는 동안 수행될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 스위칭 펄스의 라이징 엣지와 폴링 엣지가 형성되는 동안 상기 제1 스위치는 온 상태, 상기 제2 스위치는 오프 상태를 유지할 수 있다. 이 때, 상기 스너빙 동작은 상기 스위칭 펄스의 라이징 엣지가 형성되기 전과 상기 스위칭 펄스의 폴링 엣지가 형성된 후에 수행되고, 상기 전하 차징 동작은 상기 스위칭 펄스의 라이징 엣지와 폴링 엣지 사이에서 수행되고, 상기 네거티브 전압 생성 동작은 상기 스위칭 펄스의 폴링 엣지가 형성된 후에 수행될 수 있다.

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 관리 회로는, 입력 전압을 제공받고 제1 출력 전압으로 출력하는 메인 부스터, 제1 출력 전압을 제공받고 제1 출력 전압과 다른 제2 출력 전압으로 출력하는 서브 부스터, 및 메인 부스터 내에서 발생되는 스위칭 펄스를 제공받고 스위칭 펄스에 존재하는 오버 슛 또는 언더 슛을 스너빙하거나, 스위칭 펄스로부터 네거티브 전압을 생성하고 이를 출력하는 하이브리드 차지 펌프를 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 메인 부스터는 제1 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 하이브리드 차지 펌프는 제3 및 제4 스위치를 포함하고, 상기 서브 부스터는 제5 및 제6 스위치를 포함하고, 상기 파워 관리 회로는 상기 제1 내지 제6 스위치의 온 / 오프를 제어하는 컨트롤부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 하이브리드 차지 펌프의 상기 스너빙 동작과 상기 네거티브 전압 생성 동작은, 상기 하이브리드 차지 펌프에 포함된 제3 및 제4 스위치의 온 / 오프에 따라 제어될 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 상기 하이브리드 차지 펌프는, 상기 스위칭 펄스의 레벨이 제1 레벨이고, 상기 제3 스위치가 온되고 상기 제4 스위치가 오프될 경우, 상기 스너빙 동작을 수행하고, 상기 스위칭 펄스의 레벨이 상기 제1 레벨과 다른 제2 레벨이고, 상기 제3 스위치가 온되고 상기 제4 스위치가 오프될 경우, 상기 네거티브 전압을 생성하기 위해 상기 스위칭 펄스로부터 전하를 차징하는 동작을 수행하고, 상기 제3 스위치가 오프되고 상기 제4 스위치가 온될 경우, 상기 차징된 전하로부터 상기 네거티브 전압을 생성하는 동작을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 제1 레벨은 논리 로우 레벨을 포함하고, 상기 제2 레벨은 논리 하이 레벨을 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 메인 부스터는 PWM 레귤레이팅을 통해 상기 제1 출력 전압을 출력할 수 있다. 이 때, 상기 제1 출력 전압의 크기는 상기 제2 출력 전압의 크기보다 클 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 하이브리드 차지 펌프는, 상기 스위칭 펄스가 입력되는 입력단과, 상기 입력단과 접지단 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 스위치와, 상기 제1 스위치와 상기 접지단 사이에 상기 제2 스위치와 병렬로 연결된 제1 전하 저장 소자 및 제1 정류 소자와, 상기 제1 전하 저장 소자와 상기 접지단 사이에 상기 제1 정류 소자와 병렬로 연결된 제2 정류 소자 및 제2 전하 저장 소자와, 상기 제2 전하 저장 소자의 일단과 연결된 출력단을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 스위치가 온되고 상기 제2 스위치가 오프될 시, 상기 제1 스위치의 온-저항(on-resistance)과, 제1 전하 저장 소자와, 제1 정류 소자의 온-저항은, 상기 입력 신호에 존재하는 오버 슛 또는 언더 슛을 스너빙하는 회로로 이용되고, 상기 제1 스위치가 오프되고 상기 제2 스위치가 온될 시, 상기 제2 스위치, 제1 전하 저장 소자, 제2 정류 소자, 및 제2 전하 저장 소자는, 상기 입력 신호로부터 네거티브 전압을 생성하는 회로로 이용될 수 있다.

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이부, 디스플레이부에 데이터 전압을 제공하는 데이터 드라이버, 디스플레이부에 게이트 전압을 제공하는 게이트 드라이버, 및 데이터 드라이버가 데이터 전압을 생성하고, 게이트 드라이버가 게이트 전압을 생성할 수 있도록 데이터 드라이버와 게이트 드라이버에 미리 정한 전압을 제공하는 파워 관리 회로를 포함하되, 파워 관리 회로는, 제1 출력 전압을 생성하고 이를 데이터 드라이버에 제공하는 메인 부스터와, 제1 출력 전압을 제공받고 제1 출력 전압과 다른 제2 출력 전압을 생성하여 이를 게이트 드라이버에 제공하는 서브 부스터와, 메인 부스터 내에서 발생되는 스위칭 펄스를 제공받고 스위칭 펄스에 존재하는 오버 슛(over shoo) 또는 언더 슛(under shoot)을 스너빙(snubbing)하거나, 스위칭 펄스로부터 네거티브 전압을 생성하고 이를 게이트 드라이버에 제공하는 하이브리드 차지 펌프를 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 하이브리드 차지 펌프는, 상기 스위칭 펄스의 펄스 레벨과 그 내부에 포함된 제1 및 제2 스위치의 온 / 오프 여부에 따라, 상기 스너빙 동작을 수행하거나 상기 네거티브 전압 생성 동작을 수행할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 회로도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 구동 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 관리 회로의 개념 블록도이다.
도 9는 도 8에 도시된 파워 관리 회로의 회로도이다.
도 10 및 도 11은 도 8에 도시된 파워 관리 회로의 구동 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개념 블록도이다.
도 13은 도 12에 도시된 디스플레이 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 파워 관리 회로가 적용된 반도체 시스템들을 도시한 개념 블록도들이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "연결된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 연결된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.

본 실시예에서 사용되는 사용되는 '부' 또는 '모듈'이라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부' 또는 '모듈'은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부' 또는 '모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는 '모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 구성에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 회로도이다.

도 1을 참조하면, 하이브리드 차지 펌프(10)는 입력단(IN), 하이브리드 회로(HC), 및 출력단(OUT)을 포함한다.

입력단(IN)에는 입력 신호가 입력될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 입력단(IN)에 입력되는 입력 신호는 라이징 엣지(rising edge)와 폴링 엣지(falling edge)를 갖는 펄스 신호일 수 있다. 특히, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 입력단(IN)에 입력되는 입력 신호는 예를 들어, PWM(Pulse Width Modulation) 레귤레이터의 스위칭 펄스일 수 있다.

입력단(IN)에 입력되는 이러한 펄스 신호에는 신호 경로 상에서 생성되는 노이즈 등에 의한 오버 슛(over shoot) 또는 언더 슛(under shoot)이 존재할 수 있다. 이렇게 펄스 신호에 존재하는 오버 슛 또는 언더 슛은 소정 파워를 지닌 하모닉 파워를 발생시켜 시스템에 고주파 노이즈 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서, 스위칭 펄스에 존재하는 오버 슛 또는 언더 슛이 완화될 경우 시스템의 신뢰성이 향상될 수 있는데, 본 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프(10)는 이와 같은 기능을 수행할 수 있다. 이에 관한 보다 구체적인 설명은 후술하도록 한다.

하이브리드 회로(HC)는 입력단(IN)과 접지단 사이에 직렬로 연결된 제3 및 제4 스위치(M3, M4)와, 제3 스위치(M3)와 접지단 사이에 제4 스위치(M4)와 병렬로 연결된 다기능 전하 저장 소자(Cp1) 및 제1 정류 소자(D1)와, 다기능 전하 저장 소자(Cp1)와 접지단 사이에 제1 정류 소자(D1)와 병렬로 연결된 제2 정류 소자(D2) 및 제3 출력 전하 저장 소자(Co3)를 포함할 수 있다.

여기서, 제3 및 제4 스위치(M3, M4)는 예를 들어, 파워 트랜지스터(power transistor)로 구성될 수 있다. 이렇게, 제3 및 제4 스위치(M3, M4)가 파워 트랜지스터로 구성될 경우, 제3 및 제4 스위치(M3, M4)의 온(on) / 오프(off) 동작은 예를 들어, 컨트롤부(미도시) 등으로부터 인가되는 컨트롤 전압(Vc3, Vc4)에 따라 제어될 수 있다. 본 실시예에서는 제3 및 제4 스위치(M3, M4)를 구성하는 예로써 이처럼 파워 트랜지스터를 예시하였으나, 본 발명이 이러한 예시에 제한되는 것은 아니다.

다기능 전하 저장 소자(Cp1) 및 제3 출력 전하 저장 소자(Co3)는 각각 예를 들어, 도시된 것과 같이 커패시터로 구성될 수 있고, 제1 및 제2 정류 소자(D1, D2)는 각각 예를 들어, 도시된 것과 같이 다이오드로 구성될 수 있으나, 역시 본 발명이 이러한 예시에 제한되는 것은 아니다.

이러한 하이브리드 회로(HC)는 입력단(IN)에 입력되는 펄스의 레벨이 제1 레벨인 경우, 펄스에 존재하는 오버 슛 또는 언더 슛을 완화시키는 스너빙(snubbing) 동작을 수행하고, 입력단(IN)에 입력되는 펄스의 레벨이 제1 레벨과 다른 제2 레벨인 경우, 네거티브 전압(negative voltage) 생성을 위해 펄스로부터 다기능 전하 저장 소자(Cp1)에 전하를 차징하는 동작을 수행할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 제1 레벨은 논리 로우(logical low) 레벨을 포함하고, 제2 레벨은 논리 하이(logical high) 레벨을 포함할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 하이브리드 회로(HC)는 펄스에 존재하는 오버 슛 또는 언더 슛을 완화시키는 스너빙 동작과, 펄스로부터 네거티브 전압을 생성하는 네거티브 차지 펌핑(negative charge pumping) 동작을 모두 수행할 수 있다. 이에 관한 보다 구체적인 설명은 후술하도록 한다.

출력단(OUT)은 제3 출력 전하 저장 소자(Co3)의 일단과 연결될 수 있다. 이러한 출력단(OUT)은 제3 출력 전하 저장 소자(Co3)에 차징된 네거티브 전압을 외부로 출력할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 5를 도 1과 함께 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 구동 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 구동 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 여기서, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 동작 타이밍도이다.

앞서 설명한 것과 같이 본 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프(10)의 입력단(IN)에 입력되는 펄스에는 신호 경로 상에서 생성되는 노이즈 등에 의한 오버 슛 또는 언더 슛이 존재할 수 있다. 이하에서는, 먼저 입력 펄스에 오버 슛이 존재하는 경우의 하이브리드 차지 펌프(10)의 구동 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 하이브리드 차지 펌프(10)의 입력단(IN)에는 도시된 것과 같이 라이징 엣지(RE)와 폴링 엣지(FE)가 존재하는 입력 펄스가 입력될 수 있다. 여기서, 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)에는 신호 경로 상에서 생성되는 노이즈 등에 의한 오버 슛이 존재할 수 있다.

본 실시예에서, 제3 스위치(M3)는 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)가 형성되기 전에 턴 온(turn on)되고, 제4 스위치(M4)는 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)가 형성되기 전에 턴 오프(turn off)될 수 있다. 다시 말해, 제3 스위치(M3)는 입력 신호의 라이징 엣지(RE)가 형성되기 전에 제3 컨트롤 전압(Vc3)이 인가됨으로써 턴 온되고, 제4 스위치(M4)는 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)가 형성되기 전에 제4 컨트롤 전압(Vc4)이 인가되지 않음으로써 턴 오프될 수 있다. 따라서, 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)가 형성되는 동안 제3 스위치(M3)는 온 상태, 제4 스위치(M4)는 오프 상태를 유지할 수 있다.

이렇게 입력 펄스가 제1 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)이고, 제3 스위치(M3)가 온 상태이고, 제4 스위치(M4)가 오프 상태를 유지하는 동안(A구간), 본 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프(10)는 입력 펄스의 오버 슛을 완화시키는 스너빙(snubbing) 동작을 수행할 수 있다.

구체적으로, 도 3을 참조하면, 제3 스위치(M3)가 온 상태이고, 제4 스위치(M4)가 오프 상태를 유지하는 동안, 입력 펄스는 실선으로 도시된 것과 같이 제3 스위치(M3), 다기능 전하 저장 소자(Cp1), 제1 정류 소자(D1)를 거쳐 접지단으로 흐를 수 있다. 이 때, 제3 스위치(M3)에 존재하는 온-저항(on-resistance), 다기능 전하 저장 소자(Cp1), 및 제1 정류 소자(D1)의 온-저항은 도시된 것과 같은 스너버 회로(snubber circuit) 기능을 수행할 수 있다. 즉, 다시 말해, 제3 스위치(M3)의 온-저항과, 다기능 전하 저장 소자(Cp1)와, 제1 정류 소자(D1)의 온-저항은, 입력 펄스에 존재하는 오버 슛을 완화시키는 스너빙 회로로 이용될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프(10)는 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)가 형성되기 전(A구간)에 스너빙 동작을 수행할 수 있으며, 이에 따라 입력 펄스의 오버 슛이 완화될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 이렇게 제3 스위치(M3)가 온되고 제4 스위치(M4)가 오프된 상태에서 이제 입력 펄스가 제1 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)에서 제2 레벨(예를 들어, 논리 하이 레벨)로 변경될 경우(B구간), 하이브리드 차지 펌프(10)는 입력 펄스로부터 전하를 차징하는 동작을 수행할 수 있다.

구체적으로, 도 4을 참조하면, 제3 스위치(M3)가 온 상태이고, 제4 스위치(M4)가 오프 상태를 유지하는 동안, 예를 들어, 논리 하이 레벨의 입력 펄스는 실선으로 도시된 것과 같이 제3 스위치(M3)를 거쳐 다기능 전하 저장 소자(Cp1)를 차징시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프(10)는 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)가 형성된 후 (B구간)에 전하 차징 동작을 수행할 수 있다. 이렇게 다기능 전하 저장 소자(Cp1)에 차징된 전하는 향후 네거티브 전압을 생성하는데 이용될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 입력 펄스가 제2 레벨(예를 들어, 논리 하이 레벨)을 유지하거나 폴링 엣지(FE)가 형성되어 제1 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)로 변경되는 과정에서, 제3 스위치(M3)가 오프되고 제4 스위치가 온된 경우(C구간), 하이브리드 차지 펌프(10)는 다기능 전하 저장 소자(Cp1)에 차징된 전하로부터 네거티브 전압을 생성하는 동작을 수행할 수 있다.

구체적으로, 도 5를 참조하면, 이제 제3 컨트롤 전압(Vc3)이 인가되지 않아 제3 스위치(M3)가 오프되고 제4 컨트롤 전압(Vc4)이 인가되어 제4 스위치가 온되었으므로, 입력 펄스는 더 이상 하이브리드 차지 펌프(10)로 전달되지 못한다. 그리고, 제3 출력 전하 저장 소자(Co3)에는 다기능 전하 저장 소자(Cp1)에 차징된 전하와의 전위차를 유지하기 위한 음전하가 차징되게 되며, 이는 출력단(OUT)을 통해 외부로 출력되게 된다.

즉, 본 실시예에서, 네거티브 전압 생성 동작은 입력 펄스의 폴링 엣지(FE)가 형성되는 동안 수행될 수 있으며, 이 때, 제4 스위치(M4), 다기능 전하 저장 소자(Cp1), 제2 정류 소자(D2), 및 제3 출력 전하 저장 소자(Co3)는, 입력 펄스로부터 네거티브 전압을 생성하는 회로로 이용될 수 있다.

이처럼 본 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프(10)의 스너빙 동작, 전하 차징 동작, 및 네거티브 전압 생성 동작은, 하이브리드 회로(HC)에 포함된 제3 및 제4 스위치(M3, M4)의 온 / 오프에 따라 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 하이브리드 차지 펌프(10)의 스너빙 동작, 전하 차징 동작, 및 네거티브 전압 생성 동작은, 입력 펄스의 레벨과, 하이브리드 회로(HC)에 포함된 제3 및 제4 스위치(M3, M4)의 온 / 오프에 따라 제어되며 순차적으로 수행될 수 있다.

즉, 하나의 하이브리드 회로(HC) 내에서 스너빙 동작과 네거티브 전압 생성 동작을 동시에 수행할 수 있기 때문에, 네거티브 차지 펌프와 스너버 회로를 별도로 구성하는 경우에 비해 장치 신뢰성을 유지하면서도 장치를 보다 소형화시킬 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프(10)는 입력 펄스에 존재하는 노이즈의 형태에 따라 이를 완화시키수 있는 최적의 조건으로 그 구동 방법을 변형시키는 것이 가능하다. 이상에서는 입력 펄스에 오버 슛이 존재하는 경우에 대해 설명하였으나, 이하에서는 도 1, 도 6 및 도 7을 참조하여, 그 변형 예들에 대해 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 차지 펌프의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 1 및 도 6을 참조하면, 하이브리드 차지 펌프(10)의 입력단(IN)에 입력되는 입력 펄스에는 도시된 것과 같이 언더 슛(under shoot)이 존재할 수 있다. 즉, 입력 펄스의 폴링 엣지(FE)에는 신호 경로 상에서 생성되는 노이즈 등에 의한 언더 슛이 존재할 수 있다.

본 실시예에서는, 입력 펄스의 폴링 엣지(FE)가 형성되기 전에 먼저, 제3 스위치(M3)가 온되고 제4 스위치(M4)가 오프될 수 있다. 그리고, 이렇게 입력 펄스가 제2 레벨(예를 들어, 논리 하이 레벨)인 동안 제3 스위치(M3)가 온되고 제4 스위치(M4)가 오프될 경우(B구간), 하이브리드 차지 펌프(10)는 전하 차징 동작을 수행할 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 전하 차징 동작은 입력 펄스의 폴링 엣지(FE)가 형성되기 전에 수행될 수 있다. 이러한 하이브리드 차지 펌프(10)의 전하 차징 동작은 앞서 도 4를 참조하여 설명한 동작과 유사할 수 있는바, 더 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

다음, 입력 펄스의 폴링 엣지(FE)가 형성되는 동안, 제3 스위치(M3)는 온 상태, 제4 스위치(M4)는 오프상태를 유지할 수 있으며, 제3 스위치(M3)가 오프 되고, 제4 스위치(M4)가 온 될 때까지(A구간) 하이브리드 차지 펌프(10)는 스너빙 동작을 수행할 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 스너빙 동작은 입력 펄스의 폴링 엣지(FE)가 형성된 후에 제3 스위치(M3)가 오프 되고, 제4 스위치(M4)가 온 될 때까지(A구간) 수행될 수 있다. 이와 같은 스너빙 동작에 의해 입력 펄스에 존재하는 언더 슛은 크게 완화될 수 있다. 이러한 하이브리드 차지 펌프(10)의 스너빙 동작 역시 앞서 도 3을 참조하여 설명한 동작과 유사할 수 있는바, 더 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

다음 제3 스위치(M3)가 오프되고 제4 스위치(M4)가 온되어 있는 동안(C 구간), 하이브리드 차지 펌프(10)는 차징된 전하로부터 네거티브 전압을 생성하는 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 본 발명의 몇몇 실시에에서, 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)가 형성되는 동안 도시된 것과 같이 하이브리드 차지 펌프(10)의 제3 스위치(M3)는 오프 상태, 제4 스위치(M4)는 온 상태를 유지할 수 있다. 즉, 하이브리드 차지 펌프(10)의 네거티브 전압 생성 동작은 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)가 형성되는 동안 수행될 수 있다. 이러한 하이브리드 차지 펌프(10)의 네거티브 전압 생성 동작 역시 앞서 도 5를 참조하여 설명한 동작과 유사할 수 있는바, 더 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

다음, 도 1 및 도 7을 참조하여, 하이브리드 차지 펌프(10)의 입력단(IN)에 입력되는 입력 펄스에 도시된 것과 같이 오버 슛과 언더 슛이 모두 존재하는 경우의 하이브리드 차지 펌프(10)의 구동 방법에 대해 설명하도록 한다. 즉, 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)와 폴링 엣지(FE)에 각각 신호 경로 상에서 생성되는 노이즈 등에 의한 오버 슛과 언더 슛이 존재하는 경우의 하이브리드 차지 펌프(10)의 구동 방법에 대해 설명하도록 한다.

본 실시예에서는, 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)가 형성되기 전에 먼저, 제3 스위치(M3)가 온되고 제4 스위치(M4)가 오프되며, 입력 펄스의 폴링 엣지(FE)가 형성된 후에, 제3 스위치(M3)가 오프되고 제4 스위치(M4)가 온될 수 있다.

이에 따른 하이브리드 차지 펌프(10)의 동작을 정리하면 다음과 같다.

먼저, 제1 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)의 입력 펄스가 인가되고, 제3 스위치(M3)가 온되고 제4 스위치(M4)가 오프된 동안(A구간), 하이브리드 차지 펌프(10)는 제1 스너빙 동작을 수행한다. 즉, 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)에 존재하는 오버 슛을 완화 시키기 위한 제1 스너빙 동작은 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)가 형성되기 전에 수행될 수 있다.

다음, 입력 펄스에 라이징 엣지(RE)가 형성되어 제2 레벨(예를 들어, 논리 하이 레벨)의 입력 펄스가 인가되고, 제3 스위치(M3)가 온되고 제4 스위치(M4)가 오프된 동안(B구간), 하이브리드 차지 펌프(10)는 전하 차징 동작을 수행한다. 즉, 하이브리드 차지 펌프(10)의 전하 차징 동작은 입력 펄스의 라이징 엣지(RE)와 폴링 엣지(FE) 사이에서 수행될 수 있다.

다음, 입력 펄스에 폴링 엣지(FE)가 형성되어 다시 제1 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)의 입력 펄스가 인가되고, 제3 스위치(M3)가 온되고 제4 스위치(M4)가 오프된 동안(A구간), 하이브리드 차지 펌프(10)는 제2 스너빙 동작을 수행한다. 즉, 입력 펄스의 폴링 엣지(FE)에 존재하는 언더 슛을 완화 시키기 위한 제2 스너빙 동작은 입력 펄스의 폴링 엣지(FE)가 형성된 후에 수행될 수 있다.

다음, 제1 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)의 입력 펄스가 유지되는 상태에서, 제3 스위치(M3)가 오프되고 제4 스위치(M4)가 온된 동안(C구간), 하이브리드 차지 펌프(10)는 네거티브 전압 생성 동작을 수행한다. 즉, 하이브리드 차지 펌프(10)의 네거티브 전압 생성 동작은 입력 펄스의 폴링 엣지(FE)가 형성된 후, 제3 스위치(M3)가 온되고 제4 스위치(M4)가 오프될 때까지 수행될 수 있다.

이러한 하이브리드 차지 펌프(10)의 제1 및 제2 스너빙 동작, 전하 차징 동작, 및 네거티브 전압 생성 동작은 각각 앞서 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 동작들과 유사할 수 있는바, 더 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

다음 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 관리 회로에 대해 설명하도록 한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 관리 회로의 개념 블록도이다. 도 9는 도 8에 도시된 파워 관리 회로의 회로도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 파워 관리 회로(100, PMIC; Power Management Intergrated Circuit)는 메인 부스터(20), 서브 부스터(30), 하이브리드 차지 펌프(10) 및 컨트롤부(40)를 포함한다.

메인 부스터(20)는 입력 전압(Vsupply)을 제공받고 이를 제1 출력 전압(Vout1)으로 변환하여 이를 출력할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 메인 부스터(20)는 스위칭 노드(VLX)에서 펄스를 생성하고 PWM 레귤레이팅(regulating)을 통해 이러한 제1 출력 전압(Vout1)을 생성하는 레귤레이터일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

서브 부스터(30)는 메인 부스터(20)로부터 출력된 제1 출력 전압(Vout1)을 제공받고, 이를 제1 출력 전압(Vout)과 다른 제2 출력 전압(Vout2)으로 변환한 뒤, 이를 출력할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 이렇게 서브 부스터(30)가 출력하는 제2 출력 전압(Vout2)의 크기는 메인 부스터(20)가 출력하는 제1 출력 전압(Vout1)의 크기 보다 작을 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

하이브리드 차지 펌프(10)는 메인 부스터(20)의 스위칭 노드(VLX)에서 발생되는 스위칭 펄스를 제공받고, 스위칭 펄스에 존재하는 오버 슛 또는 언더 슛을 스너빙하거나, 스위칭 펄스로부터 네거티브 전압을 생성하여 이를 제3 출력 전압(Vout3)으로 출력할 수 있다. 이러한 하이브리드 차지 펌프(10)는 앞서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 차지 펌프 중 어느 하나일 수 있다.

컨트롤부(40)는 메인 부스터(20), 서브 부스터(30), 하이브리드 차지 펌프(40)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 메인 부스터(20)는 도 9에 도시된 것과 같이 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 포함하고, 하이브리드 차지 펌프(10)는 제3 및 제4 스위치(M3, M4)를 포함하고, 서브 부스터(30)는 제5 및 제6 스위치(M5, M6)를 포함할 수 있는데, 컨트롤부(40)는 이러한 제1 내지 제6 스위치(M1~M6)의 온 / 오프를 제어할 수 있다. 더욱 구체적으로, 컨트롤부(40)는 메인 부스터(20)에 포함된 제1 및 제2 스위치(M1, M2)에 각각 제1 및 제2 컨트롤 전압(Vc1, Vc2)을 인가함으로써, 제1 및 제2 스위치(M1, M2)를 온 / 오프시킬 수 있으며, 하이브리드 차지 펌프(10)에 포함된 제3 및 제4 스위치(M3, M4)에 각각 제3 및 제4 컨트롤 전압(Vc3, Vc4)을 인가함으로써, 제3 및 제4 스위치(M3, M4)를 온 / 오프시킬 수 있고, 서브 부스터(30)에 포함된 제5 및 제6 스위치(M5, M6)에 각각 제5 및 제6 컨트롤 전압(Vc5, Vc6)을 인가함으로써, 제5 및 제6 스위치(M1, M2)를 온 / 오프시킬 수 있다.

이러한 동작을 수행하는 파워 관리 회로는 얼마든지 다양하게 구성될 수 있다. 도 9에서는 그 중 예시적인 하나의 회로 구성을 도시하고 있다.

도 9를 참조하면, 메인 부스터(20)는 예를 들어, 제1 전하 저장 소자(C1), 제1 인덕터(L1), 제1 및 제2 스위치(M1, M2), 및 제1 출력 전하 저장 소자(Co1) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 전하 저장 소자(C1)는 입력 전압(Vsupply)를 차징하는데 이용되며, 제1 스위치(M1)와 제2 스위치(M2)는 각각 제1 및 제2 컨트롤 전압(Vc1, Vc2)의 인가 여부에 따라 온 / 오프되며, 제1 인덕터(L1)가 제1 전하 저장 소자(C1)에 차징된 전하로부터 제1 출력 전압(Vout1)을 레귤레이팅하는데 이용될 수 있다. 이렇게 생성된 제1 출력 전압(Vout1)은 제1 출력 전하 저장 소자(Co1)를 이용하여 출력될 수 있다.

서브 부스터(30)는 예를 들어, 제2 전하 저장 소자(C2), 제2 인덕터(L2), 제5 및 제6 스위치(M5, M6), 및 제2 출력 전하 저장 소자(Co2) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 전하 저장 소자(C2)는 제1 출력 전압(Vout1)을 차징하는데 이용되며, 제5 스위치(M5)와 제6 스위치(M6)는 각각 제5 및 제6 컨트롤 전압(Vc5, Vc6)의 인가 여부에 따라 온 / 오프되며, 제2 인덕터(L2)가 제2 전하 저장 소자(C2)에 차징된 전하로부터 제2 출력 전압(Vout2)을 레귤레이팅하는데 이용될 수 있다. 이렇게 생성된 제2 출력 전압(Vout1)은 제2 출력 전하 저장 소자(Co2)를 이용하여 출력될 수 있다.

하이브리드 차지 펌프(10)는 메인 부스터(20)의 스위칭 노드(VLX)와 접지단 사이에 직렬로 연결된 제3 및 제4 스위치(M3, M4)와, 제3 스위치(M3)와 접지단 사이에 제4 스위치(M4)와 병렬로 연결된 다기능 전하 저장 소자(Cp1) 및 제1 정류 소자(D1)와, 다기능 전하 저장 소자(Cp1)와 접지단 사이에 제1 정류 소자(D1)와 병렬로 연결된 제2 정류 소자(D2) 및 제3 출력 전하 저장 소자(Co3)를 포함할 수 있다. 이러한 하이브리드 차지 펌프(10)의 스너빙 동작과 네거티브 전압 생성 동작은, 하이브리드 차지 펌프(10)에 포함된 제3 및 제4 스위치(M3, M4)의 온 / 오프에 따라 제어될 수 있다. 이에 관한 구체적인 설명은 앞서 한바, 중복된 설명은 생략하도록 한다.

다음 도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 관리 회로의 구동 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 10 및 도 11은 도 8에 도시된 파워 관리 회로의 구동 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

먼저, 도 10을 참조하면, 메인 부스터(20)에 포함된 제1 스위치(M1)가 오프되고, 제2 스위치(M2)가 온되면, 이전 주기에서 제1 전하 저장 소자(C1)에 차징된 전하에 의해 스위칭 노드(VLX)에 제2 레벨(예를 들어, 논리 하이 레벨)의 스위칭 펄스가 생성된다. 이 때, 하이브리드 차지 펌프(10)의 제3 스위치(M3)가 온되고, 제4 스위치(M4)가 오프되는 경우, 하이브리드 차지 펌프(10)는 스위칭 펄스로부터 다기능 전하 저장 소자(Cp1)를 차징시키는 전하 차징 동작을 수행할 수 있다(B 구간, 도 4 참조).

다음, 도 10을 참조하면, 이제 메인 부스터(20)에 포함된 제1 스위치(M1)가 온되고, 제2 스위치(M2)가 오프되어, 스위칭 노드(VLX)에 스위칭 펄스의 폴링 엣지(FE)가 형성된다. 이 때, 하이브리드 차지 펌프(10)의 제3 스위치(M3)가 여전히 온 상태이고, 제4 스위치(M4)가 오프 상태인 경우, 하이브리드 차지 펌프(10)는 스위칭 펄스의 폴링 엣지(FE)에 존재하는 언더 슛을 완화시키기 위한 스너빙 동작을 수행할 수 있다(A 구간). 구체적으로, 도 11을 참조하면, 하이브리드 차지 펌프(10)의 제3 스위치(M3)에 존재하는 온-저항(on-resistance), 다기능 전하 저장 소자(Cp1), 및 제1 정류 소자(D1)의 온-저항이 도시된 것과 같은 스너버 회로(snubber circuit) 기능을 수행하게 되므로, 이 때, 메인 부스터(20)에는 별도의 스너버 회로가 연결된 것과 같은 효과가 나타나게 되어, 스위칭 펄스의 폴링 엣지(FE)에 존재하는 언더 슛을 완화되게 된다.

다시, 도 10을 참조하면, 메인 부스터(20)에 포함된 제1 스위치(M1)가 온 상태를 유지하고, 제2 스위치(M2)가 오프 상태를 유지함에 따라 스위칭 노드(VLX)에 제1 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)의 스위칭 펄스가 유지되는 동안, 하이브리드 차지 펌프(10)의 제3 스위치(M3)가 오프되고, 제4 스위치(M4)가 온된 경우, 하이브리드 차지 펌프(10)는 다기능 전하 저장 소자(Cp1)에 차징된 전하로부터 네거티브 전압을 생성시키는 동작을 수행하게 된다(C 구간, 도 5 참조).

다시, 도 10을 참조하면, 메인 부스터(20)에 포함된 제1 스위치(M1)가 온 상태를 유지하고, 제2 스위치(M2)가 오프 상태를 유지함에 따라 스위칭 노드(VLX)에 제1 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)의 스위칭 펄스가 유지되는 동안, 하이브리드 차지 펌프(10)의 제3 스위치(M3)가 온되고, 제4 스위치(M4)가 오프된 경우, 하이브리드 차지 펌프(10)는 스위칭 펄스의 라이징 엣지(RE)에 존재하는 오버 슛을 완화시키기 위한 스너빙 동작을 수행할 수 있다(A 구간). 즉, 여기서도 도 11에 도시된 것과 같이, 하이브리드 차지 펌프(10)의 제3 스위치(M3)에 존재하는 온-저항(on-resistance), 다기능 전하 저장 소자(Cp1), 및 제1 정류 소자(D1)의 온-저항이 도시된 것과 같은 스너버 회로(snubber circuit) 기능을 수행하게 되므로, 이 때, 메인 부스터(20)에는 별도의 스너버 회로가 연결된 것과 같은 효과가 나타나게 되어, 스위칭 펄스의 라이징 엣지(RE)에 존재하는 오버 슛을 완화되게 된다.

이처럼 본 실시예에 따른 파워 관리 회로(100)에서는 하나의 하이브리드 차지 펌프(10)가 스위칭 펄스의 펄스 레벨, 제3 및 제4 스위치(M3, M4)의 온 / 오프 여부에 따라 스너빙 동작과 네거티브 전압 생성 동작을 동시에 수행한다. 따라서, 네거티브 차지 펌프와 스너버 회로를 별도로 구성하는 경우에 비해 장치가 더욱 소형화될 수 있는 장점이 있으며, 스너빙 기능이 효과적으로 수행되므로, 장치 신뢰성은 그대로 유지시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 10에서는 하이브리드 차지 펌프(10)가 앞서 도 7에서 설명한 것과 유사하게 구동되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명이 이러한 예시에 제한되는 것은 아니며, 하이브리드 차지 펌프(10)의 동작은 얼마든지 도 2 또는 도 6에 도시된 방법으로 변형 구동될 수 있다.

다음 도 12를 참조하여, 앞서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 파워 관리 회로가 적용된 디스플레이 장치에 대해 설명하도록 한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개념 블록도이다. 도 13은 도 12에 도시된 디스플레이 장치의 일 예를 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 디스플레이 장치는 디스플레이부(200), 데이터 드라이버(210), 게이트 드라이버(220) 및 파워 관리 회로(100)를 포함할 수 있다.

디스플레이부(200)는 화상의 각 화소를 표시하기 위한 복수의 픽셀(PX)을 포함할 수 있다. 그리고, 각 픽셀(PX)은, 도시된 것과 같이 제1 방향(예를 들어, X방향)으로 연장된 게이트 라인 및 공통 전극 라인(VCOM)과, 제2 방향(예를 들어, Y방향)으로 연장된 데이터 라인과, 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 영역에 형성된 트랜지스터(TR) 및 저장 소자(SC)를 포함할 수 있다.

데이터 드라이버(210)는 파워 관리 회로(100)로부터 미리 정한 전압을 제공받고 이를 필요한 데이터 전압으로 변환하여 디스플레이부(200)의 데이터 라인에 제공할 수 있다. 구체적으로, 데이터 드라이버(210)는 예를 들어, 파워 관리 회로(100)의 메인 부스터(20)로부터 제1 출력 전압(도 8의 Vout1)을 제공받고 이를 필요한 데이터 전압으로 변환한 후, 이를 디스플레이부(200)의 데이터 라인에 제공할 수 있다.

게이트 드라이버(220)는 파워 관리 회로(100)로부터 미리 정한 전압을 제공받고 이를 필요한 게이트 전압으로 변환하여 디스플레이부(200)의 게이트 라인에 제공할 수 있다. 구체적으로, 게이트 드라이버(220)는 예를 들어, 파워 관리 회로(100)의 서브 부스터(30) 및 하이브리드 차지 펌프(10)로부터 각각 제2 및 제3 출력 전압(도 8의 Vout2, Vout3)을 제공받고 이를 필요한 게이트 전압으로 변환한 후, 이를 디스플레이부(200)의 게이트 라인에 제공할 수 있다. 여기서, 하이브리드 차지 펌프(10)가 게이트 드라이버(220)에 제공하는 제3 출력 전압(도 8의 Vout3)은 예를 들어, 네거티브 전압일 수 있다.

파워 관리 회로(100)는 앞서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 파워 관리 회로 중 어느 하나일 수 있다. 앞서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 파워 관리 회로가 이와 같이 디스플레이 장치에 적용될 경우, 신뢰성이 향상되면서 소형화된 디스플레이 장치를 제조할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치는 다양한 전자 기기의 형태로 구현될 수 있다. 도 13은 도 12의 디스플레이 장치가 스마트 폰(300)으로 구현된 예를 도시한 도면이다.

이 밖에, 디스플레이 장치는 컴퓨터, UMPC (Ultra Mobile PC), 워크스테이션, 넷북(net-book), PDA (Personal Digital Assistants), 포터블(portable) 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablet), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), e-북(e-book), PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 블랙박스(black box), 디지털 카메라(digital camera), 3차원 수상기(3-dimensional television), 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), 정보를 무선 환경에서 송수신할 수 있는 장치, 홈 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 컴퓨터 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, 텔레매틱스 네트워크를 구성하는 다양한 전자 장치들 중 하나, RFID 장치, 또는 컴퓨팅 시스템을 구성하는 다양한 구성 요소들 중 하나 등과 같은 전자 장치의 다양한 구성 요소들 중 하나로 구현될 수도 있다.

다음 도 14 및 도 15를 참조하여, 앞서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 파워 관리 회로가 적용된 반도체 시스템들에 대해 설명한다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 파워 관리 회로가 적용된 반도체 시스템들을 도시한 개념 블록도들이다.

먼저, 도 14를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 시스템은 배터리(410), PMIC(power management IC)(420), 다수의 모듈(431~444)을 포함할 수 있다. PMIC(420)는 배터리(410)로부터 전압을 제공받아서 각각의 모듈(431~444)에 필요한 크기의 전압 레벨로 변환하여, 각 모듈(431~444)에 제공한다. 여기서, PMIC(420)는 앞서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 파워 관리 회로(도 8의 100) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다음 도 15를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 시스템은 컨트롤러(510), PMIC(512), 배터리(515), 신호 처리부(523), 오디오 처리부(525), 메모리(530), 표시부(550) 등을 포함할 수 있다.

키패드(527)는 숫자 및 문자 정보를 입력하기 위한 키들 및 각종 기능들을 설정하기 위한 기능키들을 포함할 수 있다.

신호 처리부(523)는 휴대단말기의 무선 통신 기능을 수행하며, RF부와 모뎀(MODEM)을 포함할 수 있다. RF부는 송신되는 신호의 주파수를 상승변환 및 증폭하는 RF송신기와, 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF수신기 등을 포함할 수 있다. 모뎀(MODEM)은 송신될 신호를 부호화 및 변조하는 송신기 및 RF부에서 수신되는 신호를 복조 및 복호화하는 수신기 등을 포함할 수 있다.

오디오 처리부(525)는 코덱(Codec)을 구성할 수 있으며, 코덱은 데이터 코덱과 오디오 코덱을 포함할 수 있다. 데이터 코덱은 패킷 데이터 등을 처리하고, 오디오 코덱은 음성과 멀티미디어 파일 등의 오디오 신호를 처리할 수 있다. 또한, 오디오 처리부(525)는 모뎀에서 수신되는 디지털 오디오신호를 오디오 코덱을 통해 아날로그신호를 변환하여 재생하거나 또는 마이크로부터 발생되는 아날로그 오디오 신호를 오디오 코덱을 통해 디지털 오디오 신호로 변환하여 모뎀으로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 코덱은 별도로 구비되거나 반도체 시스템의 제어부(510)에 포함될 수 있다.

메모리(530)는 롬(ROM)과 램(RAM)로 구성될 수 있다. 메모리부(530)는 프로그램 메모리와 데이터 메모리들로 구성될 수 있으며, 휴대단말기의 동작을 제어하기 위한 프로그램들 및 부팅을 위한 데이터들을 저장할 수 있다.

표시부(550)는 영상신호 및 사용자 데이터를 화면으로 표시하거나 통화수행과 관련된 데이터를 표시할 수 있다. 이때, 표시부(550)는 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 OLED(Organic Light Emitting Diodes)등으로 이루어질 수 있다. LCD 또는 OLED를 터치스크린(Touch Screen)방식으로 구현하는 경우, 표시부(550)는 키패드(527)와 함께 휴대단말기를 제어하는 입력부로 동작할 수도 있다.

제어부(510)는 반도체 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 제어부(510)는 도시된 것과 같이 PMIC(512)를 포함할 수 있다. PMIC(512)는 배터리(515)로부터 전압을 제공받아서 필요한 크기의 전압 레벨로 변환할 수 있다. 여기서, PMIC(512)는 앞서 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 파워 관리 회로(도 8의 100) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이상 본 발명의 실시예들에 따른 파워 관리 회로가 적용될 수 있는 몇몇 반도체 시스템에 대해 설명하였으나, 예시하지 않는 다른 반도체 시스템에도 본 발명의 실시예들에 따른 파워 관리 회로(도 8의 100)가 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 하이브리드 차지 펌프 20: 메인 부스터
30: 서브 부스터 40: 컨트롤부

Claims (30)

1. 펄스를 입력받는 입력단;
   상기 입력단에 입력되는 상기 펄스의 레벨이 제1 레벨인 경우, 상기 펄스에 존재하는 오버 슛(over shoot) 또는 언더 슛(under shoot)을 스너빙(snubbing)하고, 상기 입력단에 입력되는 상기 펄스의 레벨이 상기 제1 레벨과 다른 제2 레벨인 경우, 네거티브 전압 생성을 위해 상기 펄스로부터 전하를 차징하는 하이브리드 회로; 및
   상기 하이브리드 회로로부터 생성된 상기 네거티브 전압을 출력하는 출력단을 포함하고,
   상기 제1 레벨은 논리 로우(logical low) 레벨을 포함하고,
   상기 제2 레벨은 논리 하이(logical high) 레벨을 포함하는 하이브리드 차지 펌프.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 하이브리드 차지 펌프의 상기 스너빙 동작, 상기 전하 차징 동작, 및 상기 네거티브 전압 생성 동작은, 상기 하이브리드 회로에 포함된 제1 및 제2 스위치의 온(on) / 오프(off)에 따라 제어되는 하이브리드 차지 펌프.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 스위치가 온이고, 상기 제2 스위치가 오프인 경우, 상기 하이브리드 회로는 상기 스너빙 동작과 상기 전하 차징 동작을 수행하고,
   상기 제1 스위치가 오프이고, 상기 제2 스위치가 온인 경우, 상기 하이브리드 회로는 상기 네거티브 전압 생성 동작을 수행하는 하이브리드 차지 펌프.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 스위치는 각각 제1 및 제2 파워 트랜지스터(power transistor)로 구성되는 하이브리드 차지 펌프.
6. 삭제
7. 펄스 신호가 입력되는 입력단;
   상기 입력단과 접지단 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 스위치;
   상기 제1 스위치와 상기 접지단 사이에 상기 제2 스위치와 병렬로 연결된 제1 전하 저장 소자 및 제1 정류 소자;
   상기 제1 전하 저장 소자와 상기 접지단 사이에 상기 제1 정류 소자와 병렬로 연결된 제2 정류 소자 및 제2 전하 저장 소자; 및
   상기 제2 전하 저장 소자의 일단과 연결된 출력단을 포함하고,
   상기 펄스 신호가 논리 로우 레벨(logical low)인 상태에서, 상기 제1 스위치가 온되고 상기 제2 스위치가 오프될 시, 상기 제1 스위치의 온-저항(on-resistance)과, 제1 전하 저장 소자와, 제1 정류 소자의 온-저항은, 상기 펄스 신호에 존재하는 오버 슛 또는 언더 슛을 완화시키는 스너빙 회로로 이용되는 하이브리드 차지 펌프.
8. 삭제
9. 제 7항에 있어서,
   상기 제1 스위치가 오프되고 상기 제2 스위치가 온될 시, 상기 제2 스위치, 제1 전하 저장 소자, 제2 정류 소자, 및 제2 전하 저장 소자는, 상기 펄스 신호로부터 네거티브 전압을 생성하는 회로로 이용되는 하이브리드 차지 펌프.
10. 삭제
11. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위치는 각각 제1 및 제2 파워 트랜지스터로 구성되고,
    상기 제1 및 제2 전하 저장 소자는 각각 제1 및 제2 커패시터로 구성되고,
    상기 제1 및 제2 정류소자는 각각 제1 및 제2 다이오드로 구성되는 하이브리드 차지 펌프.
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
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29. 삭제
30. 삭제

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