KR102153907B1 - 전압 레귤레이터, 메모리 컨트롤러 및 그것의 전압 공급 방법 - Google Patents

전압 레귤레이터, 메모리 컨트롤러 및 그것의 전압 공급 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 메모리 컨트롤러는, 슬립 모드에서 턴오프되고, 액티브 모드에서 턴온되는 액티브 레귤레이터, 상기 액티브 레귤레이터로부터 생성된 구동 전압을 제공받는 액티브 로직, 상기 액티브 레귤레이터의 출력단과 상기 액티브 로직의 전원 입력단을 연결 또는 차단하되, 상기 액티브 모드가 시작된 후 과도 상태 구간이 경과된 후에 턴온되는 파워 게이팅 스위치, 그리고 상기 과도 상태 구간 동안 상기 액티브 로직의 전원 입력단을 충전하여 승압시키는 충전 회로를 포함한다.

Description

전압 레귤레이터, 메모리 컨트롤러 및 그것의 전압 공급 방법{VOLTAGE REGULATOR, MEMORY CONTROLLER AND VOLTAGE SUPPLYING METHOD THEREOF}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 전압 레귤레이터 및 그것을 포함하는 메모리 컨트롤러, 그것의 전압 공급 방법에 관한 것이다.
최근, 스마트폰, 테이블릿 PC, 디지털 카메라, MP3 플레이어, PDA 등과 같은 모바일 기기의 이용이 폭발적으로 증가하고 있다. 이러한 모바일 기기에서도 멀티미디어의 구동 및 각종 데이터의 처리량이 증가하면서, 고속 프로세서의 채용이 확대되고 있다. 더불어, 이러한 모바일 기기에서는 고성능, 고용량의 불휘발성 저장 매체가 사용된다. 예를 들면, 모바일 기기의 저장 매체로 임베디드 멀티미디어 카드(Embedded Multi Media Card: 이하, eMMC)와 같은 내장 메모리가 사용되고 있다.
임베디드 멀티미디어 카드(eMMC)는 메모리 컨트롤러(Memory controller)와 복수의 플래시 메모리 칩들이 내장되는 멀티칩 패키지(Multi-Chip Package: 이하, MCP) 형태로 구성된다. 모바일 트랜드의 요구에 따라 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC)의 경박단소화를 위한 연구 개발이 끊임없이 진행중이다. 경박단소화와 수율 향상을 위해서 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC)의 내부에 실장되는 전원용 커패시터는 점차 제거되는 추세이다. 전원용 커패시터로는, 예를 들면, 다층 세라믹 커패시터(Multi-Layer Ceramic Capacitor: 이하, MLCC)가 주로 사용된다. 이러한 전원용 커패시터는 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC)의 외부에 장착되는 추세이다.
하지만, 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC)의 내부에 전원용 커패시터의 부재에 따라 발생하는 문제가 있다. 예를 들면, 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC)의 전원 안정성에 문제가 발생할 수 있다. 전원용 커패시터가 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC)의 내부 회로들과 상대적으로 원거리에 위치함에 따라 고속으로 변경되는 전원 모드 또는 동작 모드의 변화에 대처하기가 용이하지 못하다. 따라서, 전원용 커패시터의 외장화에 따라, 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC)의 전원의 안정성이 급격히 감소할 수 있다.
모바일 기기를 위시한 반도체 장치에서 안정적인 전원 공급은 동작의 신뢰성 확보를 위한 필수적인 조건이다. 하지만, 충분한 전원용 커패시터가 제공되지 못하는 경우, 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC)의 전원 모드의 전환시에 전압의 불안정성에 기인하는 오류가 발생할 수 있다. 특히, 저전력 요구를 만족시켜야 하는 모바일 기기에서 빈번하게 발생하는 전원 모드 변화는 이러한 불안정성 문제를 가중시키고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명에서는 전원용 커패시터에 의존하지 않는 안정적인 전원을 제공할 수 있는 전압 레귤레이터, 메모리 컨트롤러, 그리고 메모리 시스템을 제공하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 안정적인 전원을 제공할 수 있는 전압 레귤레이터, 메모리 컨트롤러 및 그것의 전압 공급 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 메모리 컨트롤러는, 슬립 모드에서 턴오프되고, 액티브 모드에서 턴온되는 액티브 레귤레이터, 상기 액티브 레귤레이터로부터 생성된 구동 전압을 제공받는 액티브 로직, 상기 액티브 레귤레이터의 출력단과 상기 액티브 로직의 전원 입력단을 연결 또는 차단하되, 상기 액티브 모드가 시작된 후 과도 상태 구간이 경과된 후에 턴온되는 파워 게이팅 스위치, 그리고 상기 과도 상태 구간 동안 상기 액티브 로직의 전원 입력단을 충전하여 승압시키는 충전 회로를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 장치의 전압 레귤레이터는, 슬립 모드에서 턴오프 되고, 액티브 모드에서 턴온 되는 제 1 레귤레이터, 상기 슬립 모드와 상기 액티브 모드에서 각각 턴온 되는 제 2 레귤레이터, 상기 액티브 모드시 상기 제 1 레귤레이터 또는 상기 제 2 레귤레이터로부터 출력되는 구동 전압으로 동작하는 액티브 로직, 상기 슬립 모드에서 상기 제 2 레귤레이터에서 생성되는 구동 전압으로 동작하는 슬립 로직, 상기 제 1 레귤레이터 및 상기 제 2 레귤레이터의 공통 출력단과 상기 액티브 로직의 전원 입력단을 스위칭하며, 상기 액티브 모드의 시작 시점으로부터 과도 상태 구간이 경과되기까지 턴오프 되고, 상기 과도 상태 구간이 종료되면 턴온 되는 파워 게이팅 스위치, 그리고 상기 과도 상태 구간 동안 상기 전원 입력단을 기준 전압 레벨로 충전하는 충전 회로를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬립 모드에서 턴오프되고, 액티브 모드에서 턴온되는 액티브 레귤레이터와, 상기 액티브 모드에서 턴온되는 액티브 로직, 그리고 상기 액티브 레귤레이터의 출력단과 상기 액티브 로직의 전원 입력단 사이에 위치하는 파워 게이팅 스위치를 포함하는 모바일 메모리 카드의 전압 공급 방법은, 상기 슬립 모드에서 상기 액티브 모드로의 동작 모드 전환을 검출하는 단계, 상기 검출 결과에 따라 상기 파워 게이팅 스위치의 턴오프 상태에서 상기 액티브 레귤레이터를 턴온시키고, 상기 액티브 로직의 전원 입력단을 별도의 충전 회로를 통해서 충전하는 단계, 그리고 상기 전원 입력단의 전압이 기준 전압에 도달하면, 상기 충전 회로를 비활성화하고 상기 파워 게이팅 스위치를 턴온시키는 단계를 포함한다.
이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따르면, 전원용 커패시터에 의존하지 않고도 동작 모드의 전환시에 발생하는 전원의 불안정성을 해결할 수 있는 전압 레귤레이터 및 그것을 포함하는 메모리 컨트롤러, 메모리 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 전압 레귤레이터(110)를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 전압 레귤레이터(110)의 구성을 보여주는 실시 예이다.
도 4는 도 3의 전압 레귤레이터(110) 동작을 간략히 보여주는 타이밍도이다.
도 5는 도 4의 동작 구간들 중에서 슬립 모드(Sleep Mode)에서 전압 레귤레이터(110)의 상태를 보여주는 회로도이다.
도 6은 과도 상태(TS)에서의 전압 레귤레이터의 상태를 보여주는 회로도이다.
도 7은 과도 상태(TS)가 종료된 후의 전압 레귤레이터(110)의 상태를 보여주는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전압 레귤레이터(110a)를 보여주는 회로도이다.
도 9는 도 8의 전압 레귤레이터(110a)의 동작을 보여주는 타이밍도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전압 레귤레이터(110b)를 보여주는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전압 레귤레이터(110c)를 보여주는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 컨트롤러가 장착되는 메모리 카드를 간략히 보여주는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 임베디드 멀티미디어 메모리 카드(eMMC)를 포함하는 카드 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 다른 모바일 기기를 보여주는 블록도이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다.
이하에서는, 반도체 장치 또는 반도체 칩이 본 발명의 특징 및 기능을 설명하기 위한 단위의 예로서 사용될 것이다. 하지만, 이 기술 분야에 정통한 사람은 여기에 기재된 내용에 따라 본 발명의 다른 이점들 및 성능을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시 예들을 통해 또한, 구현되거나 적용될 수 있을 것이다. 게다가, 상세한 설명은 본 발명의 범위, 기술적 사상 그리고 다른 목적으로부터 상당히 벗어나지 않고 관점 및 응용에 따라 수정되거나 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 메모리 시스템(Memory System)은 메모리 컨트롤러(100)와 메모리 장치(200)를 포함한다. 메모리 컨트롤러(100)는 전압 레귤레이터(110), 액티브 로직(120), 그리고 슬립 로직(130)을 포함한다.
전압 레귤레이터(110)는 메모리 시스템에 인가되는 외부 전압(Vext) 및 동작 모드(OP_Mode)에 대한 정보를 제공받는다. 전압 레귤레이터(110)는 외부 전압(Vext)의 레벨을 컨버팅하여 메모리 컨트롤러(100)의 내부에 구비되는 액티브 로직(120) 및 슬립 로직(130)들 각각의 구동 전압(VDD_A, VDD_S)으로 제공한다. 모바일 메모리에 사용되는 전압 레귤레이터(110)는 슬립 모드(Sleep mode)를 위한 레귤레이터와 액티브 모드를 위한 레귤레이터를 별도로 구비할 수 있다. 슬립 모드에서 대기중인 메모리 시스템이 웨이크-업(Wake-up)과 같은 상황에서 동작 모드를 액티브 모드로 전환하게 될 것이다. 이런 상황에서, 상대적으로 대전류를 소모하는 액티브 모드 전용(Activate mode dedicated)의 레귤레이터가 충분한 구동 전압 및 전류를 출력하는 데는 일정 시간이 소요된다. 따라서, 슬립 모드에서 액티브 모드로 전환되는 시점에서 부하 증가에 따른 구동 전압의 불안정성은 제거되어야 한다. 더불어, 전압 레귤레이터(110)는 액티브 로직(120)의 부하 시작 시점(Active load start time) 이전에 고속으로 구동 전압(VDD_A)을 셋업하는 과도 특성(Transient characteristic)을 만족시켜야 한다. 본 발명의 전압 레귤레이터(110)는 전원용 커패시터에 의존하지 않고도 모드 전환시에 발생하는 구동 전압의 불안정성을 제거할 수 있다.
액티브 로직(120)은 전압 레귤레이터(110)로부터 구동 전압(VDD_A)을 제공받는다. 제 1 구동 전압(VDD_A)에 의해서 액티브 로직(120)은 메모리 장치(200)를 제어하기 위한 다양한 동작을 수행할 수 있다. 액티브 로직(120)은 예를 들면, 메모리 컨트롤러(110)를 제어하는 프로세싱 유닛(Processing Unit), 버퍼 메모리(Buffer Memory), ECC 엔진(ECC Engine) 등을 포함할 수 있다. 즉, 액티브 로직(120)은 메모리 장치(200)를 액세스하고 제어하기 위한 제반 회로, 장치 등을 포함할 것이다. 액티브 로직(120)이 활성화되면 데이터의 이동이 발생하고, 데이터의 이동을 수행하기 위한 인터페이싱 동작들이 발생한다. 따라서, 액티브 로직(120)이 활성화되면 상대적으로 큰 부하가 발생한다. 따라서, 모바일 메모리에서는 액티브 로직(120)이 실질적으로 사용되지 않는 슬립 모드시에는 구동 전압(VDD_A)을 차단하는 방식으로 전력 관리를 수행하고 있다.
슬립 로직(130)은 메모리 컨트롤러(110)에서 최소한의 입출력, 제어를 위한 회로, 장치들을 포함한다. 즉, 액티브 로직(120)이 턴오프되는 슬립 모드에서 슬립 로직(130)만이 활성화되어 외부의 웨이크-업 요청이나, 메모리 접근 요청에 대비한다. 만일, 외부에서 웨이크-업 요청이 입력되면, 슬립 로직(130)에 의해서 감지되고 액티브 로직(120)을 활성화하기 위한 준비 동작이 시작될 것이다. 슬립 로직(130)은 대기 동작을 위한 최소한의 회로, 장치들을 포함할 것이다.
메모리 장치(200)는 메모리 컨트롤러(100)의 제어에 따라 데이터를 저장하거나, 저장된 데이터를 메모리 컨트롤러(100)에 제공한다. 메모리 장치(200)는, 예를 들면, 전원이 차단되더라도 데이터가 보존되는 불휘발성 메모리 장치로 구성될 수 있다. 예를 들면, 메모리 장치(200)는 EEPROM, FRAM, PRAM, MRAM, RRAM, NAND Flesh Memory 등을 포함할 수 있다. 메모리 장치(200)는 상술한 불휘발성 메모리에만 국한되지 않으며, 휘발성 반도체 메모리 장치일 수도 있을 것이다.
이상에서, 본 발명이 메모리 시스템(100)은 전원 안정용 커패시터에 의존하지 않고도 모드 전환시에 안정적인 전압을 공급할 수 있는 전압 레귤레이터(110)를 포함한다. 전압 레귤레이터(110)는 액티브 모드로 전환되는 시점에서 액티브 로직(120)의 부하 시작 시점 이전에 고속으로 구동 전압(VDD_A)을 셋업하여 공급할 수 있다.
도 2는 도 1의 전압 레귤레이터(110)를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 전압 레귤레이터(110)는 액티브 레귤레이터(111), 슬립 레귤레이터(112), 충전 회로(113) 그리고 파워 게이팅 스위치(114, PGSW)를 포함할 수 있다.
액티브 레귤레이터(111)는 동작 모드(OP_Mode)에 따라 활성화 또는 비활성화된다. 동작 모드(OP_Mode)가 액티브 모드인 경우, 액티브 레귤레이터(111)는 액티브 로직(120, 도 1 참조)을 구동하기 위한 구동 전압(VDD_A)을 생성할 것이다. 반면, 슬립 모드에서 액티브 레귤레이터(111)는 비활성화된다. 즉, 액티브 레귤레이터(111)는 슬립 모드에서 턴오프될 수 있다. 반면, 슬립 모드에서 액티브 모드로 전환되면, 액티브 레귤레이터(111)는 구동 전압(VDD_A)을 생성한다.
여기서, 액티브 레귤레이터(111)는 로우-드랍아웃(Low-DropOut: 이하, LDO) 레귤레이터로 구성될 수 있다. 전압 레귤레이터는 선형 레귤레이터와 스위칭(Switching) 레귤레이터로 분류된다. 직류-직류 변환기(DC-DC Converter)는 스위칭 레귤레이터의 한 종류이다. 직류-직류 변환기는 높은 변환 효율을 갖는다. 그러나, 선형 레귤레이터의 잡음 특성이 스위칭 레귤레이터의 잡음 특성보다 높다. LDO 레귤레이터는 선형 레귤레이터의 한 종류이다. LDO 레귤레이터는 낮은 변환 효율을 갖지만, 빠른 응답 속도를 갖는다. 또한, LDO 레귤레이터의 출력 전압은 직류-직류 변환기의 출력 전압에 비해 적은 양의 노이즈를 포함한다. 따라서, 직류-직류 변환기의 단점을 보완하기 위해 LDO 레귤레이터가 사용될 수 있다. 특히, LDO 레귤레이터는 노이즈에 민감한 장치 또는 높은 성능으로 구동되어야 하는 장치에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다.
슬립 레귤레이터(112)는 액티브 모드 및 슬립 모드 각각의 모드에서 활성화된다. 즉, 슬립 레귤레이터(112)는 슬립 모드에서 턴온된 상태로 유지되고, 액티브 모드시에도 지속적으로 직류 전압을 공급한다. 슬립 레귤레이터(112)의 전류 공급 능력은 액티브 레귤레이터(111)에 비해서 상대적으로 작다. 왜냐하면, 메모리 컨트롤러의 슬립 모드에서 대기 동작을 위한 최소한의 부하 전류만 공급하면 되기 때문이다. 슬립 레귤레이터(112)는 액티브 레귤레이터(111)와 동일한 전압 변환 방식인 LDO 레귤레이터로 구성될 수 있을 것이다.
충전 회로(113)는 동작 모드에 따라 액티브 로직(120)의 전원단을 충전할 수 있다. 특히, 충전 회로(113)는 동작 모드의 전환 시점에서 액티브 로직(120)의 전원단을 고속으로 충전할 수 있다. 충전 회로(113)는 슬립 모드에서 액티브 모드로 동작 모드가 전환되는 시점, 특히, 파워 게이팅 스위치(114)가 턴온되기 전에 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 고속으로 충전할 수 있다. 액티브 레귤레이터(111)의 출력이 충분한 레벨에 도달하기 이전에 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)에 셋업되는 액티브 전압(VDD_A)의 레벨을 일정 수준으로 부스팅될 수 있다.
충전 회로(113)에 의해서 액티브 전압(VDD_A)의 레벨이 적정 수준에 도달하면, 이후 충전 회로(113)는 비활성화되고, 파워 게이팅 스위치(114)가 턴온될 것이다. 즉, 슬립 모드(Sleep Mode)에서 액티브 모드(Active Mode)로 전환되는 과도 상태 구간(TS Duration)에서 충전 회로(113)는 고속으로 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 충전할 수 있다.
파워 게이팅 스위치(114)는 동작 모드(OP_Mode)에 따라서 레귤레이터들(111, 112)의 공통 출력단(N1)과 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 연결한다. 구체적으로 파워 게이팅 스위치(114)는 슬립 모드(Sleep Mode)에서는 턴오프 된다. 그리고 액티브 모드에서도 모드 전환이 발생한 과도 상태 구간(TS Duration)에서 파워 게이팅 스위치(114)는 턴오프 된다. 그리고 과도 상태 구간 동안 충전 회로(113)에 의한 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)이 적정 레벨로 충전된 이후에 파워 게이팅 스위치(114)는 턴온된다. 즉, 파워 게이팅 스위치(114)는 슬립 모드(Sleep Mode)에서 액티브 모드(Active Mode)로 전환되고, 과도 상태 구간(TS Duration)이 종료되어야 턴온(Turn-on) 된다.
이러한 스위칭 제어를 위해서 파워 게이팅 스위치(114)는 제 1 스위치 제어 신호(SC1)를 제공받는다. 제 1 스위치 제어 신호(SC1)에 의해서 파워 게이팅 스위치(114)는 슬립 모드 및 모드 전환이 발생하는 과도 상태 구간에서 턴오프 상태를 유지한다. 그리고 과도 상태 구간이 종료된 이후에 파워 게이팅 스위치(114)는 턴온될 수 있다. 여기서, 제 1 스위치 제어 신호(SC1)는 메모리 컨트롤러(100) 내부에 구성되는 제어 로직이나, 전압 레귤레이터(110) 내부에 제공되는 제어 회로를 통해서 생성될 수 있다. 제 1 스위치 제어 신호(SC1)의 생성 방법에 대해서는 후술하는 도면들에서 좀더 구체적으로 설명될 것이다.
전압 레귤레이터(110)는 슬립 모드(Sleep Mode)에서 액티브 모드(Active Mode)로 동작 모드가 전환되는 과도 상태 구간에서 파워 게이팅 스위치(114)를 턴오프 시키고 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 충전한다. 그리고 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)이 충분하게 충전된 이후에 레귤레이터들(111, 112)의 출력단(N1)과 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 전기적으로 연결된다. 이러한 과도 상태 구간 제어를 통해서, 슬립 로직(130)으로 제공되는 구동 전압(VDD_S)의 불안정성을 해소할 수 있고, 고속으로 액티브 로직(120)의 활성화가 가능하다.
도 3은 도 2의 전압 레귤레이터(110)의 구성을 좀더 구체적으로 보여주는 실시 예이다. 도 3을 참조하면, 전압 레귤레이터(110)는 제 1 스위치 제어 신호(SC1)를 생성하는 파워 게이트 제어 로직(115)을 포함할 수 있다. 파워 게이트 제어 로직(115)은 동작 모드(OP_Mode)와 충전 회로(113)에서 생성되는 제 2 스위치 제어 신호(SC2)에 따라서 제 1 스위치 제어 신호(SC1)를 생성할 수 있다.
충전 회로(113)는 전류원(116)과 충전 스위치(118), 그리고 비교기(119)를 포함할 수 있다. 충전 회로(113)는 슬립 모드(Sleep Mode)로부터 액티브 모드(Active Mode)로 전환되는 과도 상태(Transient State: 이하, TS) 구간 동안 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 충전한다. 과도 상태(TS)는 슬립 모드에서 액티브 모드로의 모드 전환이 발생한 초기 시점이다. 즉, 액티브 모드로 전환되었지만 액티브 레귤레이터(111)가 충분히 활성화되지 못한 구간이다. 따라서, 충전 회로(113)가 과도 상태(TS) 동안에 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 미리 충전하여 적정 레벨의 전압으로 셋업할 것이다.
충전 회로(113)는 과도 상태(TS)에서의 전원 입력단(N2)의 충전을 위해 전류원(116)에서 생성되는 충전 전류(Ic)를 충전 스위치(118)를 통해서 전달한다. 전류원(116)은 예를 들면 충전 전류(Ic)의 크기를 가변할 수 있는 가변 전류원(Variable Current Source)으로 구성될 수 있다. 전류원(116)이 공급하는 충전 전류(Ic)의 크기는 사용자에 의해서 결정될 수 있다. 즉, 전류원(116)은 과도 상태(TS)에서 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 충전하여 구동 전압(VDD_A)의 레벨을 충분히 상승시킬 수 있어야 한다.
충전 스위치(118)는 제 2 스위치 제어 신호(SC2)에 응답하여 충전 전류(Ic)를 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)으로 전달한다. 제 2 스위치 제어 신호(SC2)에 응답하여 충전 스위치(118)는 전류원(116)으로부터 제공되는 충전 전류(Ic)를 고속으로 스위칭할 수 있다. 충전 스위치(118)가 턴온되는 구간은 슬립 모드(Sleep Mode)가 종료되고, 액티브 모드(Active Mode)로 진입한 과도 상태(TS)가다. 따라서, 액티브 모드(Active Mode)의 시작 시점부터, 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)이 충분히 충전된 후에, 충전 스위치(118)는 차단될 것이다.
비교기(119)는 충전 스위치(118)를 스위칭하기 위한 제 2 스위치 제어 신호(SC2)를 생성한다. 비교기(119)는 예를 들면, 충전 전류(Ic)에 의해서 충전되는 전원 입력단(N2)의 구동 전압(VDD_A) 레벨을 피드백 받는다. 그리고 비교기(119)는 기준 전압(REF)과 피드백된 구동 전압(VDD_A)을 비교하여 제 2 스위치 제어 신호(SC2)를 생성한다. 만일, 충전 전류(Ic)에 의해서 충전되는 구동 전압(VDD_A)의 레벨이 기준 전압(REF)보다 낮은 경우, 비교기(119)는 충전 스위치(118)를 턴온(Turn-on)시키도록 제 2 스위치 제어 신호(SC2)를 생성할 것이다. 충전 전류(Ic)에 의해서 충전되는 구동 전압(VDD_A)의 레벨이 기준 전압(REF)보다 같거나 높아지면, 비교기(119)는 충전 스위치(118)를 턴오프 시키도록 제 2 스위치 제어 신호(SC2)를 생성할 것이다. 더불어, 비교기(119)는 액티브 모드(Active Mode)에서 활성화될 수 있다. 즉, 비교기(119)는 슬립 모드(Sleep Mode)에서는 비활성화될 것이다.
파워 게이트 제어 로직(115)은 동작 모드(OP_Mode)와 제 2 스위치 제어 신호(SC2)를 참조하여 제 1 스위치 제어 신호(SC1)를 생성한다. 파워 게이트 제어 로직(115)은 동작 모드(OP_Mode)가 슬립 모드(Sleep Mode)에 대응하는 경우에는 파워 게이팅 스위치(114)를 턴오프 시킨다. 또한, 파워 게이트 제어 로직(115)은 동작 모드(OP_Mode)가 슬립 모드(Sleep Mode)에서 액티브 모드(Active Mode)로 전환된 순간에도 여전히 파워 게이팅 스위치(114)를 턴오프 상태로 유지시킬 것이다. 그리고 파워 게이트 제어 로직(115)은 충전 회로(113)로부터 제공되는 제 2 스위치 제어 신호(SC2)가 충전 스위치(118)를 턴오프 시키는 시점에 파워 게이팅 스위치(114)를 턴온시킨다. 즉, 파워 게이트 제어 로직(115)은 액티브 모드(Active Mode)가 시작되고, 과도 상태(TS)가 종료된 후에 파워 게이팅 스위치(114)를 턴온시킨다. 이러한 방식으로 파워 게이팅 스위치(114)를 제어하기 위하여, 파워 게이트 제어 로직(115)은 제 1 스위치 제어 신호(SC1)를 생성할 것이다.
상술한 구조의 전압 레귤레이터(110)에 의해서 액티브 로직(120)으로 제공되는 구동 전압(VDD_A)은 동작 모드(OP_Mode)의 전환시에도 안정적인 레벨로 공급될 수 있다. 더불어, 슬립 로직(130)으로 공급되는 구동 전압(VDD_S)의 레벨도 동작 모드(OP_Mode)의 전환시에도 액티브 로직(120)의 대부하로의 연결에 의해서 발생하는 전압 불안정성으로부터 차단될 수 있다. 여기서, 파워 게이팅 스위치(114)나 충전 스위치(118)는 P형 또는 N형의 고전압 트랜지스터(High Voltage Transistor)로 구성될 수 있으나, 본 발명은 여기에 국한되지 않는다.
도 4는 도 3의 전압 레귤레이터(110) 동작을 간략히 보여주는 타이밍도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 파워 게이팅 스위치(114)와 충전 스위치(118)의 스위칭 동작에 따라 과도 상태(TS) 동안의 충전과 액티브 레귤레이터(111)와의 스위칭이 제어될 수 있다. 즉, 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)은 과도 상태(TS) 동안은 충전 회로(113)에 의해서, 그리고 과도 상태(TS) 이후에는 액티브 레귤레이터(111)에 의해서 충전될 것이다.
T0 시점에서 T1 시점까지 메모리 시스템(100)은 슬립 모드(Sleep Mode)로 구동된다. 슬립 모드(Sleep Mode)에서 액티브 레귤레이터(111)는 턴오프될 것이다. 반면, 슬립 모드(Sleep Mode)에서 슬립 레귤레이터(112)는 턴온 상태로 유지되며, 메모리 컨트롤러(100, 도 1 참조)의 대기 상태를 유지하기 위한 최소한의 전력을 공급할 것이다. 즉, 슬립 레귤레이터(112)는 구동 전압(VDD_S)을 생성하여 슬립 로직(130)에 공급할 것이다. 구동 전압(VDD_S)의 레벨은 구동 전압(VDD_A)과 같지만, 슬립 레귤레이터(112)에서 공급되는 전류의 양은 상대적으로 작다. 따라서, 슬립 모드(Sleep Mode)에서 소모되는 전력은 최소화될 수 있다. 슬립 모드(Sleep Mode)에서 파워 게이팅 스위치(114)와 충전 스위치(118)는 턴오프 상태를 유지한다. 즉, 슬립 모드(Sleep Mode)에서 파워 게이팅 스위치(114)를 제어하는 제 1 스위치 제어 신호(SC1)와 충전 스위치(118)를 제어하는 제 2 스위치 제어 신호(SC2)는 로우 레벨로 유지될 것이다.
T1 시점에서, 슬립 모드(Sleep Mode)가 종료되고 액티브 모드(Active Mode)가 시작된다. 즉, 메모리 컨트롤러(100)에 명령어가 제공되면, 웨어크-업 동작에 따라 슬립 모드(Sleep Mode)가 종료되어야 한다. 그리고 외부에서 요청한 동작을 수행하기 위해서 메모리 컨트롤러(100)는 동작 모드(OP_Mode)를 액티브 모드로 전환한다. 그러면, 액티브 레귤레이터(111)가 활성화되고 전압 생성을 시작할 것이다. 하지만, 파워 게이팅 스위치(114)는 여전히 턴오프 상태를 유지하고, 충전 회로(113)가 활성화될 것이다.
T1 시점에서, 비교기(119)는 충전 스위치(118)를 턴온시키도록 제 2 스위치 제어 신호(SC2)를 활성화할 것이다. 그러면, 전류원(116)으로부터의 충전 전류(Ic) 공급에 의해서 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)의 구동 전압(VDD_A)은 상승하게 될 것이다. 이러한 충전 회로(113)에 의한 충전 동작은 구동 전압(VDD_A)의 레벨이 기준 전압(REF)에 도달하는 시점(T2)까지 지속된다.
T2 시점에서, 충전 회로(113)에 의해서 구동 전압(VDD_A)의 레벨이 기준 전압(REF)에 도달한다. 그러면, 비교기(119)에 의해서 제 2 스위치 제어 신호(SC2)는 로우 레벨(L)로 강하되고, 충전 스위치(118)는 차단된다. 이때, 제 2 스위치 제어 신호(SC2)의 로우 레벨(L)로의 천이에 응답하여, 파워 게이트 제어 로직(115)은 제 1 스위치 제어 신호(SC1)를 하이 레벨(H)로 천이시킬 것이다. 제 1 스위치 제어 신호(SC1)의 천이에 응답하여 파워 게이팅 스위치(114)가 턴온된다. 그리고 액티브 레귤레이터(111)는 이미 기준 전압(REF) 이상으로 충전된 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)에 생성된 전압을 공급할 것이다. T2 시점에서, 액티브 레귤레이터(111)에서 생성되는 전압 및 전류는 액티브 로직(120)을 구동하기에 충분한 레벨로 셋업된 상태이다. 따라서, 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)의 전압은 안정적인 회로 동작을 보장하는 레벨로 유지될 수 있다.
여기서, 동작 모드(OP_Mode)와는 별도로 본 발명의 전압 레귤레이터(110)의 동작 상태는 3가지로 정의될 수 있다. 즉, 슬립 모드에 대응하는 제 1 상태(ST1)이다. 제 1 상태(ST1)에서는 파워 게이팅 스위치(114) 및 충전 스위치(118)가 턴오프되고, 슬립 레귤레이터(112)만이 턴온된다. 그리고 액티브 모드(Active Mode)의 시작 구간에 대응하는 과도 상태(TS)이다. 과도 상태(TS)에서는 파워 게이팅 스위치(114)는 턴오프, 충전 스위치(118)는 턴온된다. 마지막으로, 액티브 레귤레이터(111)에 의해서 구동 전압이 공급되고, 충전 회로(113)가 비활성화되는 제 2 상태(ST2)가 정의될 수 있다. 여기서, 과도 상태(TS)는 슬립 모드(Sleep Mode)에서 액티브 모드(Active Mode)로 모드 전환이 발생하는 초기 구간에 대응한다.
이상에서, 액티브 레귤레이터(111)와 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 차단하는 파워 게이팅 스위치(114)와, 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 충전하는 충전 회로(113)의 동작이 설명되었다. 상술한 과도 상태(TS)의 설정을 통해서, 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)은 상대적으로 큰 부하임에도 안정적인 구동 전압(VDD_A)을 제공받을 수 있다. 더불어, 이러한 제어를 통해서 동작 모드(OP_Mode)의 전환시에 보조 전원용 커패시터에 의존하지 않고 슬립 로직(130)은 안정된 구동 전압(VDD_S)을 공급받을 수 있다.
도 5는 도 4의 동작 구간들 중에서 슬립 모드(Sleep Mode) 또는 제 1 상태(ST1)에서의 전압 레귤레이터(110)를 보여주는 회로도이다. 도 5를 참조하면, 슬립 모드(Sleep Mode)시, 액티브 레귤레이터(111)는 파워-오프(OFF) 상태가 되고, 파워 게이팅 스위치(114) 및 충전 스위치(118)는 차단된다. 슬립 모드(Sleep Mode)에서 슬립 레귤레이터(112)만이 파워-온 상태로 유지된다.
모바일 메모리 시스템에서는 가장 중요한 이슈는 소모 전력을 줄이는 것이다. 따라서, 메모리 장치(200)로의 접근이 발생하지 않는 유휴 상태(Idle)에서 대기 전력만 유지하고, 액티브 로직(120) 및 액티브 레귤레이터(111)의 전원을 차단하는 것이 소모 전력을 줄일 수 있는 방법이다. 더불어, 유휴 상태(Idle)에서, 웨이크-업 요청이 발생할 때 이를 감지하고 액티브 모드(Active Mode)로 전환하기 위해 슬립 로직(130)만이 구동될 수 있다.
상술한 슬립 모드(Sleep Mode)의 설정에 따라, 액티브 레귤레이터(111)는 비활성화될 것이다. 즉, 액티브 레귤레이터(111)는 턴오프될 것이다. 그리고 슬립 모드(Sleep Mode)에서, 파워 게이팅 스위치(114)가 차단되고, 충전 회로(113)의 제반 구성들도 비활성화될 것이다. 이처럼 파워 게이팅 스위치(114)가 차단되고 충전 회로(113)의 비활성화 상태에서, 슬립 레귤레이터(112)는 지속적으로 외부 전압(Vext)을 이용하여 구동 전압(VDD_S)을 생성한다. 그리고 슬립 레귤레이터(112)로부터 제공된 구동 전압(VDD_S)을 전원으로 하여 슬립 로직(130)은 동작할 것이다.
도 6은 과도 상태(TS)에서의 전압 레귤레이터의 상태를 보여주는 회로도이다. 도 6을 참조하면, 슬립 모드(Sleep Mode)가 종료되고 액티브 모드가 시작되는 과도 상태(TS)에서 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)이 충전 회로(113)에 의해서 부스팅되는 과정을 보여준다. 과도 상태(TS)에서 액티브 레귤레이터(111)는 파워온(ON) 상태가 된다. 따라서, 액티브 레귤레이터(111)는 외부 전압(Vext)을 사용하여 구동 전압(VDD_A)을 공급하기 위한 전압 생성 동작을 수행할 것이다. 하지만, 과도 상태(TS)에서 파워 게이팅 스위치(114)가 여전히 차단 상태(OFF)로 유지되기 때문에, 액티브 레귤레이터(111)의 출력단(N1)은 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)과 전기적으로 분리된 상태를 유지할 것이다.
슬립 모드(Sleep Mode)가 종료되고 액티브 모드(Active Mode)의 과도 상태에 돌입하면, 충전 회로(113)가 활성화된다. 먼저, 충전 회로(113)는 모드 전환에 응답하여 제 2 스위치 제어 신호(SC2)를 활성화할 것이다. 그러면, 충전 스위치(118)가 턴온된다. 충전 스위치(118)가 턴온됨에 따라 전류원(116)에서 생성되는 충전 전류(Ic)가 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)으로 전달될 수 있다. 충전 전류(Ic)에 의해서 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)의 전압 레벨은 상승하게 될 것이다. 전원 입력단(N2)의 구동 전압(VDD_A) 레벨의 상승은 충전 회로(113)의 내부에 구비되는 비교기(119, 도 3 참조)에 피드백된다. 따라서, 구동 전압(VDD_A)의 레벨이 기준 전압(REF)까지 상승하면, 액티브 모드의 과도 상태(TS)가 종료될 것이다.
도 7은 과도 상태(TS)가 종료된 후의 전압 레귤레이터(110)의 상태를 보여주는 회로도이다. 도 7을 참조하면, 과도 상태(TS)가 종료되면, 파워 게이팅 스위치(114)가 턴온된다. 그리고 충전 회로(113)의 충전 스위치(118)는 차단될 것이다. 이러한 상태에서 액티브 레귤레이터(111)와 슬립 레귤레이터(112)로부터 생성된 전압은 액티브 로직(120) 및 슬립 로직(130)으로 공급될 수 있다.
이미, 과도 상태(TS)에서 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)에 셋업되는 구동 전압(VDD_A)의 레벨은 기준 전압(REF) 이상으로 상승한 상태이다. 더불어, 액티브 레귤레이터(111)는 전압 생성 동작이 본격화되어 파워 게이팅 스위치(114)가 턴온되더라도 액티브 로직(120)에 의한 부하를 충분히 감당할 수 있다. 따라서, 파워 게이팅 스위치(114)가 턴온되더라도 슬립 로직(130)의 입력단에 제공되는 구동 전압(VDD_S)의 레벨은 크게 변동되지 않을 것이다.
이상의 도 5 내지 7에 의해서 모드별 전압 레귤레이터(110)의 상태가 설명되었다. 액티브 레귤레이터(111)는 슬립 모드(Sleep Mode)가 종료되면 즉시 활성화되지만, 과도 상태(TS) 동안은 액티브 로직(120)과 파워 게이팅 스위치(114)에 의해서 차단된다. 과도 상태(TS) 동안, 충전 회로(113)에 의해서 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)에 셋업되는 구동 전압(VDD_A)의 레벨은 상승하게 된다. 전원 입력단(N2)의 구동 전압(VDD_A)이 기준 전압(REF) 이상으로 충전되면, 파워 게이팅 스위치(114)가 턴온되고, 액티브 레귤레이터(111)의 출력단(N1)과 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)이 연결될 수 있다.
이러한 과도 상태(TS)의 설정은 통해서, 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)은 충전 회로(113)를 통해서 기준 전압(REF) 레벨 이상의 구동 전압(VDD_A)으로 셋업된다. 그리고 액티브 레귤레이터(111)는 과도 상태(TS) 동안, 충분한 부하 능력을 구비할 만큼 활성화된 후에 액티브 로직(120)과 연결될 수 있다. 따라서, 모드 전환시에 발생하는 부하 증가에 따른 구동 전압의 불안정성은 해소될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전압 레귤레이터(110a)를 보여주는 회로도이다. 도 8을 참조하면, 전압 레귤레이터(110a)는 제 1 스위치 제어 신호(SC1) 및 제 2 스위치 제어 신호(SC2)를 생성하는 충전 회로(113a)를 포함한다. 충전 회로(113a)는 동작 모드(OP_Mode)와 비교기(119a)의 출력을 참조하여 제 1 스위치 제어 신호(SC1) 및 제 2 스위치 제어 신호(SC2)를 생성할 수 있다.
충전 회로(113a)는 전류원(116), 스위치 제어 로직(117), 충전 스위치(118), 그리고 비교기(119a)를 포함할 수 있다. 충전 회로(113a)는 슬립 모드(Sleep Mode)로부터 액티브 모드(Active Mode)로 전환되는 과도 상태(TS) 동안 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 충전한다. 과도 상태(TS)에서는 액티브 레귤레이터(111)의 출력 전압 레벨이 충분히 부스팅되지 못할 수 있다. 따라서, 충전 회로(113a)는 과도 상태(TS) 동안에 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 충전하여 미리 적정 레벨(즉, REF 이상)의 전압으로 셋업할 것이다.
충전 회로(113a)는 과도 상태(TS)에서의 충전을 위해 전류원(116)에서 생성되는 충전 전류(Ic)를 충전 스위치(118)를 통해서 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)에 공급한다. 전류원(116)은 예를 들면 충전 전류(Ic)의 크기를 가변할 수 있는 가변 전류원(Variable Current Source)으로 구성될 수 있다. 전류원(116)이 공급하는 충전 전류(Ic)의 크기는 사용자에 의해서 결정될 수 있다. 전류원(116)은 과도 상태(TS)에서 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)을 충전하여 구동 전압(VDD_A)의 레벨이 충분히 상승할 수 있는 크기의 충전 전류(Ic)를 생성하도록 설정될 수 있다.
스위치 제어 로직(117)은 동작 모드(OP_Mode) 및 비교기(119a)의 출력을 참조하여 스위치 제어 신호들(SC1, SC2)을 생성한다. 스위치 제어 로직(117)은 슬립 모드(Sleep Mode)에서 파워 게이팅 스위치(114) 및 충전 스위치(118)를 모두 차단하도록 스위치 제어 신호들(SC1, SC2)을 생성할 것이다. 슬립 모드(Sleep Mode)로부터 액티브 모드(Active Mode)로 전환되면, 과도 상태(TS) 동안에는 스위치 제어 로직(117)은 파워 게이팅 스위치(114)는 턴오프(Turn-off)로, 충전 스위치(118)는 턴온 상태로 제어할 것이다. 그리고 스위치 제어 로직(117)은 과도 상태 구간이 종료되면, 파워 게이팅 스위치(114)를 턴온시키고, 충전 스위치(118)를 턴오프시킬 것이다.
이러한 동작 조건을 만족시키기 위해, 스위치 제어 로직(117)은 동작 모드(OP_Mode) 및 비교기(119a)의 비교 결과 신호(Comp)를 참조하여 스위치 제어 신호들(SC1, SC2)을 생성할 것이다. 스위치 제어 로직(117)의 제어 특성은 후술하는 도 9의 타이밍도에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
상술한 구조를 통해서, 전압 레귤레이터(110a)는 액티브 모드(Active Mode)의 시작 시점에 해당하는 과도 상태(TS)에서는 액티브 레귤레이터(111)와 액티브 로직(120)을 차단한다. 그리고 전압 레귤레이터(110a)는 상술한 과도 상태(TS) 동안 충전 회로(113a)를 통해서 액티브 로직(120)의 전압 입력단(N2)을 충전한다. 그러면, 액티브 로직(120)의 전압 입력단(N2)은 기준 전압(REF) 이상의 레벨로 승압될 것이다. 이어서, 과도 상태(TS)가 종료되면, 전압 레귤레이터(110a)는 충전 스위치(114)를 차단하고, 파워 게이팅 스위치(114)를 턴온시킨다. 그러면, 충분한 부하 능력을 가질 정도로 활성화된 액티브 레귤레이터(111)와 액티브 로직(120)이 연결된다.
도 9는 도 8의 전압 레귤레이터(110a)의 동작을 간략히 보여주는 타이밍도이다. 도 9를 참조하면, 스위치 제어 로직(117)은 동작 모드(OP_Mode)와 비교 결과(Comp)를 참조하여 스위치 제어 신호들(SC1, SC2)을 생성한다.
슬립 모드(Sleep Mode)에 해당하는 T0 시점에서 T1 시점까지, 스위치 제어 로직(117)은 스위치 제어 신호들(SC1, SC2) 각각을 로우 레벨(L)로 출력한다. 즉, 슬립 모드(Sleep Mode)에서 스위치 제어 로직(117)은 파워 게이팅 스위치(114)와 충전 스위치(118)를 턴오프(Turn-off) 시킨다.
액티브 모드(Active Mode)가 시작되는 T1 시점에서, 스위치 제어 로직(117)은 제 1 스위치 제어 신호(SC1)는 로우 레벨(L)로, 제 2 스위치 제어 신호(SC2)는 하이 레벨(H)로 출력한다. 그러면, 파워 게이팅 스위치(114)는 여전히 턴오프 상태를 유지한다. 더불어, 제 2 스위치 제어 신호(SC2)의 활성화에 따라 충전 스위치(118)가 턴온 된다. 충전 스위치(118)가 턴온됨에 따라 전류원(116)으로부터의 충전 전류(Ic)가 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)으로 유입될 것이다. 따라서, 액티브 로직(120)의 전원 입력단(N2)에 셋업되는 구동 전압(VDD_A)의 레벨은 상승하게 될 것이다. 이러한 충전 회로(113a)에 의한 충전 동작은 구동 전압(VDD_A)의 레벨이 기준 전압(REF)에 도달하는 시점(T2)까지 이어진다. T1 시점과 T2 시점 사이의 구간이 과도 상태(TS)에 대응할 것이다.
충전 회로(113a)에 의한 충전 동작이 완료되는 T2 시점에서, 구동 전압(VDD_A)의 레벨이 기준 전압(REF)에 도달한다. 그러면, 비교기(119a)는 비교 결과 신호(Comp)를 하이 레벨(H)로 천이하게 될 것이다. 스위치 제어 로직(117)은 비교 결과 신호(Comp)의 레벨 변화를 참조하여 제 2 스위치 제어 신호(SC2)를 로우 레벨(L)로, 제 1 스위치 제어 신호(SC1)를 하이 레벨(H)로 천이시킨다. 즉, 스위치 제어 로직(117)은 충전 회로(113a)에 의해서 충전되는 구동 전압(VDD_A)이 기준 전압(REF) 이상으로 높아지면, 충전 스위치(118)를 차단하고, 파워 게이팅 스위치(114)를 턴온 시킨다.
이상의 타이밍도에서 스위치 제어 로직(117)의 동작이 간략히 설명되었다. 하지만, 각 동작 구간들에서 액티브 레귤레이터(111), 슬립 레귤레이터(112) 등의 동작은 앞서 설명된 도 4의 그것들과 실질적으로 동일하다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전압 레귤레이터(110b)를 보여주는 블록도이다. 도 10을 참조하면, 충전 회로(113b)는 히스테리시스 비교기(119b)를 포함할 수 있다. 전압 레귤레이터(110b)는 충전 회로(113b)에 의해서 충전되는 구동 전압(VDD_A)의 레벨을 기준 전압 범위(REF1~REF2)와 비교하여, 충전 스위치(118)를 제어할 수 있다. 여기서, 액티브 레귤레이터(111), 슬립 레귤레이터(112), 파워 게이팅 스위치(114), 파워 게이트 제어 로직(116)의 구성은 앞서 설명된 도 3의 그것들과 실질적으로 동일하다. 따라서, 이것들에 대한 설명은 생략하기로 한다.
히스테리시스 비교기(119b)는 입력단으로 구동 전압(VDD_A)과 기준 전압(REF1, REF2)을 제공받는다. 히스테리시스 비교기(119b)는 제 2 스위치 제어 신호(SC2)가 로우 레벨(L)로부터 하이 레벨(H)로 천이될 때의 기준 전압과 하이 레벨(H)에서 로우 레벨(L)로 천이될 때의 기준을 달리 적용할 수 있다. 즉, 히스테리시스 비교기(119b)를 통해서 구동 전압(VDD_A)의 변동에 대해 좀더 큰 마진을 확보할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전압 레귤레이터(110c)를 보여주는 블록도이다. 도 11을 참조하면, 전압 레귤레이터(110c)는 프로그램 가능한 충전 회로(113c)를 포함할 수 있다.
충전 회로(113c)에서 공급되는 충전 전류(Ic) 또는 구동 전압(VDD_A)과 비교되는 기준 전압(REF)은 사용자에 의해서 프로그램될 수 있다. 이러한 기능을 위해서 충전 회로(113c)에는 프로그램 로직(150)이 포함될 수 있다. 여기서, 프로그램 회로(150)가 충전 회로(113c)에 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 여기에 국한되지 않는다. 프로그램 로직(150)은 메모리 컨트롤러에 구비되는 다양한 퓨즈 옵션 회로들을 통해서 구현될 수 있음은 잘 이해될 것이다.
프로그램 로직(150)은 사용자에 의해서 프로그램 가능한 로직 어레이들을 포함한다. 프로그램 로직(150)에 저장되는 데이터에 따라서 전류원(116)에서 제공되는 충전 전류(Ic)의 크기가 설정될 수 있다. 또한, 프로그램 로직(150)에 저장되는 데이터에 따라서 비교기(119c)에 제공되는 기준 전압(REF)의 레벨이 설정될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 컨트롤러가 장착되는 메모리 카드를 간략히 보여주는 블록도이다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 메모리 카드는 메모리 컨트롤러(300)와 적어도 하나 이상의 칩으로 구성되는 불휘발성 메모리 장치(400)를 포함한다. 그리고 메모리 카드의 외부에는 전원용 커패시터(600)가 연결될 수 있다. 여기서, 액티브 레귤레이터(311), 슬립 레귤레이터(312), 충전 회로(313), 파워 게이팅 스위치(314), 액티브 로직(320), 슬립 로직(330)은 앞서 도 1 및 도 2에서 설명된 그것들과 실질적으로 동일하다. 따라서, 이것들에 대한 설명은 생략될 것이다.
멀티칩 패키지(Multi-Chip Package: 이하, MCP) 형태로 제공되는 메모리 카드의 경우, 전원용 커패시터(500 또는 600)는 멀티칩 패키지(MCP) 내부에 실장될 수도 있고, 외부에 실장될 수도 있을 것이다. 전원용 커패시터(500, MLCCi)는 멀티칩 패기지(MCP)의 내부에 실장되는 경우를 보여준다. 전원용 커패시터(500)가 멀티칩 패키지(MCP)의 내부에 장착되는 경우, 슬립 로직(330)이 전원 입력단(VDD_S)과 실질적으로 가까이 위치한다. 따라서, 멀티칩 패키지(MCP)의 내부에 장착되는 전원용 커패시터(500)는 과도 상태의 전압 불안정성을 해소하는데 어느 정도 기여할 수 있다. 하지만, 전원용 커패시터(500)가 멀티칩 패키지(MCP)의 내부에 장착되는 경우, 멀티칩 패키지의 두께 증가, 제조 공정의 증가를 야기한다. 따라서, 이 경우에는 멀티칩 패키지의 수율 감소, 생산 단가의 급격한 상승을 피하기 어렵다. 따라서, 도시된 바와 같이 전원용 커패시터(600)는 멀티칩 패키지(MCP)의 외부에 장착되는 추세이다.
본 발명의 메모리 컨트롤러(300)에 의하면, 과도 상태에서 충전과 지연된 파워 게이팅 작용에 의해서 전원용 커패시터(500 또는 600)에 의존하지 않고도 높은 전원 안정성을 제공할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 임베디드 멀티미디어 메모리 카드(eMMC)를 포함하는 카드 시스템을 간략히 보여주는 블록도이다. 도 13을 참조하면, 카드 시스템(1000)은 호스트(1100)와 메모리 카드(1200)를 포함한다. 호스트(1100)는 호스트 컨트롤러(1110) 및 호스트 접속 유닛(1120)을 포함한다. 메모리 카드(1200)는 카드 접속 유닛(1210), 카드 컨트롤러(1220), 그리고 플래시 메모리(1230)를 포함한다.
호스트 접속 유닛(1120) 및 카드 접속 유닛(1210)은 복수의 핀으로 구성된다. 이들 핀에는 커맨드 핀, 데이터 핀, 클록 핀, 전원 핀 등이 포함되어 있다. 핀의 수는 메모리 카드(1200)의 종류에 따라 달라진다.
호스트(1100)는 메모리 카드(1200)에 데이터를 쓰거나, 메모리 카드(1200)에 저장된 데이터를 읽는다. 호스트 컨트롤러(1110)는 커맨드(예를 들면, 쓰기 커맨드), 호스트(1100) 내의 클록 발생기(도시되지 않음)에서 발생한 클록 신호(CLK), 그리고 데이터(DAT)를 호스트 접속 유닛(2120)을 통해 메모리 카드(1200)로 전송한다.
카드 컨트롤러(1220)는 카드 접속 유닛(1210)을 통해 수신된 쓰기 커맨드에 응답하여, 카드 컨트롤러(1220) 내에 있는 클록 발생기(도시되지 않음)에서 발생한 클록 신호에 동기하여 데이터를 메모리(1230)에 저장한다. 플래시 메모리(1230)는 호스트(1100)로부터 전송된 데이터를 저장한다. 예를 들어, 호스트(1100)가 디지털 카메라인 경우에는 영상 데이터를 저장한다.
본 발명의 메모리 카드(1200)는 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC)로 구성될 수 있다. 그리고 카드 컨트롤러(1220)는 본 발명의 전압 레귤레이터(1225)를 포함한다. 전압 레귤레이터(1225)는 본 발명의 실시 예에서 설명된 충전 회로와 파워 게이팅 스위치를 포함할 것이다. 따라서, 전압 레귤레이터(1225)는 슬립 모드(Sleep Mode)로부터 액티브 모드(Active Mode)로 모드 전환이 발생하는 과도 상태 구간에서 파워 게이팅 스위치를 차단한 채로 액티브 로직의 전원 입력단을 충전할 수 있다. 따라서, 액티브 레귤레이터가 충분히 활성화된 이후에 파워 게이팅 스위치가 턴온됨에 따라 모드 전환시에 안정적인 전압 공급이 가능할 것으로 기대된다.
카드 접속 유닛(1210)은 USB, MMC, PCI-E, SAS, SATA, PATA, SCSI, ESDI, 그리고 IDE 등과 같은 다양한 인터페이스 프로토콜들 중 하나를 통해 외부(예를 들면, 호스트)와 통신하도록 구성될 것이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 다른 모바일 기기를 간략히 보여주는 블록도이다. 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모바일 기기(2000)는 배터리(2100), 전원 회로(2200), 응용 프로세서(2300), 입출력 인터페이스(2400), 램(2500), 아날로그 베이스밴드 칩셋(2600), 디스플레이(2700), 그리고 불휘발성 메모리(2800)를 포함할 수 있다.
전원 회로(2200)는 배터리(2100)로부터 제공되는 전원 전압(VDD)을 다양한 레벨들(Vout1~Vout6)로 변환하여 다양한 구동부들로 출력한다. 여기서, 전원 회로(2200)는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 레귤레이터(2250)를 포함한다. 전압 레귤레이터(2250)는 실질적으로 도 2, 도 3, 도 8, 도 10, 도 11에 도시된 전압 레귤레이터들 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 전원 회로는 안정적이고 높은 전력 효율을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템 온 칩은 다양한 형태들의 패키지를 이용하여 실장될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 메모리 컨트롤러 또는 메모리 장치는 PoP(Package on Package), BGAs(Ball grid arrays), CSPs(Chip scale packages), PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier), PDIP(Plastic Dual In-Line Package), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, COB(Chip On Board), CERDIP(Ceramic Dual In-Line Package), MQFP(Plastic Metric Quad Flat Pack), TQFP(Thin Quad Flatpack), SOIC(Small Outline Integrated Circuit), SSOP(Shrink Small Outline Package), TSOP(Thin Small Outline), TQFP(Thin Quad Flatpack), SIP(System In Package), MCP(Multi Chip Package), WFP(Wafer-level Fabricated Package), WSP(Wafer-Level Processed Stack Package) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 300 : 메모리 컨트롤러
110 : 전압 레귤레이터
111, 311 : 액티브 레귤레이터
112, 312 : 슬립 레귤레이터
113, 313 : 충전 회로
114, 314 : 파워 게이팅 스위치
115 : 파워 게이트 제어 로직
116 : 전류원
117 : 스위치 제어 로직
118 : 충전 스위치
119 : 비교기
120, 320 : 액티브 로직
130, 330 : 슬립 로직
150 : 프로그램 로직
200 : 메모리 장치
400 : 불휘발성 메모리 장치
500, 600 : 전원용 커패시터
1100 : 호스트
1110 : 호스트 컨트롤러
1120 : 호스트 접속 유닛
1200 : 메모리 카드
1210 : 카드 접속 유닛
1220 : 카드 컨트롤러
1225 : 전압 레귤레이터
1230 : 플래시 메모리
2100 : 배터리
2200 : 전원 회로
2250 : 전압 레귤레이터
2300 : 응용 프로세서
2400 : 입출력 인터페이스
2500 : 램
2600 : 아날로그 베이스밴드 칩셋
2700 : 디스플레이
2800 : 불휘발성 메모리

Claims (20)

  1. 메모리 카드의 메모리 컨트롤러에 있어서:
    슬립 모드에서 턴오프되고, 액티브 모드에서 턴온되는 액티브 레귤레이터;
    상기 액티브 레귤레이터로부터 생성된 구동 전압을 제공받는 액티브 로직;
    상기 액티브 레귤레이터의 출력단과 상기 액티브 로직의 전원 입력단을 연결 또는 차단하되, 상기 액티브 모드가 시작된 후 과도 상태 구간이 경과된 후에 턴온되는 파워 게이팅 스위치; 그리고
    상기 과도 상태 구간 동안 상기 액티브 로직의 전원 입력단을 충전하여 승압시키는 충전 회로를 포함하되,
    상기 과도 상태 구간은 상기 액티브 모드가 시작된 시점으로부터 상기 전원 입력단의 전압이 기준 전압에 도달하는 시점까지인 것을 특징으로 하는 메모리 컨트롤러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 회로는 상기 액티브 로직의 상기 전원 입력단 전압이 상기 기준 전압에 도달할 때까지 상기 전원 입력단을 충전하는 메모리 컨트롤러.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워 게이팅 스위치는 상기 충전 회로가 비활성화되는 시점에 턴온되는 메모리 컨트롤러.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 회로는 상기 기준 전압의 레벨 또는 충전 전류의 크기를 설정하기 위한 프로그램 로직을 포함하는 메모리 컨트롤러.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬립 모드 및 액티브 모드에서 각각 턴온되는 슬립 레귤레이터; 및
    상기 슬립 모드에서 상기 슬립 레귤레이터에서 제공되는 전압으로 동작하는 슬립 로직을 더 포함하는 메모리 컨트롤러.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 과도 상태 구간 동안 상기 파워 게이팅 스위치를 턴오프시키고, 상기 충전 회로의 비활성화에 응답하여 상기 파워 게이팅 스위치를 턴온시키는 파워 게이트 제어 로직을 더 포함하는 메모리 컨트롤러.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 회로는 상기 과도 상태 구간 동안 상기 파워 게이팅 스위치를 턴오프시키고, 상기 전원 입력단의 전압을 참조하여 상기 파워 게이팅 스위치를 턴온시키기 위한 스위치 제어 로직을 포함하는 메모리 컨트롤러.
  9. 반도체 장치의 전압 레귤레이터에 있어서:
    슬립 모드에서 턴오프 되고, 액티브 모드에서 턴온 되는 제 1 레귤레이터;
    상기 슬립 모드와 상기 액티브 모드에서 각각 턴온 되는 제 2 레귤레이터;
    상기 액티브 모드시 상기 제 1 레귤레이터 또는 상기 제 2 레귤레이터로부터 출력되는 구동 전압으로 동작하는 액티브 로직;
    상기 슬립 모드에서 상기 제 2 레귤레이터에서 생성되는 구동 전압으로 동작하는 슬립 로직;
    상기 제 1 레귤레이터 및 상기 제 2 레귤레이터의 공통 출력단과 상기 액티브 로직의 전원 입력단을 스위칭하며, 상기 액티브 모드의 시작 시점으로부터 과도 상태 구간이 경과되기까지 턴오프 되고, 상기 과도 상태 구간이 종료되면 턴온 되는 파워 게이팅 스위치; 그리고
    상기 과도 상태 구간 동안 상기 전원 입력단을 기준 전압 레벨로 충전하는 충전 회로를 포함하며,
    상기 충전 회로는 상기 전원 입력단이 상기 기준 전압 레벨로 충전되면 비활성화되는 전압 레귤레이터.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 파워 게이팅 스위치는 상기 충전 회로의 비활성화 여부에 따라 턴오프되는 전압 레귤레이터.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 충전 회로는:
    상기 전원 입력단을 충전하기 위한 충전 전류를 생성하는 전류 전원;
    상기 전류 전원과 상기 전원 입력단을 전기적으로 연결 또는 차단하는 충전 스위치; 및
    상기 액티브 모드가 시작되면 상기 충전 스위치를 턴온 시키고, 상기 기준 전압과 상기 전원 입력단에 충전되는 전압의 비교 결과에 따라 상기 충전 스위치를 턴오프시키는 비교기를 포함하는 전압 레귤레이터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 충전 스위치는 상기 과도 상태 구간이 시작되는 시점에 턴온되고, 상기 전원 입력단에 충전되는 전압이 상기 기준 전압 이상으로 상승하면 턴오프되는 전압 레귤레이터.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전류 전원은 상기 충전 전류의 크기를 가변할 수 있는 프로그램 가능한 가변 전류 전원을 포함하는 전압 레귤레이터.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 기준 전압의 레벨은 프로그램을 통해서 가변되는 전압 레귤레이터.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 비교기의 비교 결과를 참조하여 상기 파워 게이팅 스위치를 턴온시키는 파워 게이트 제어 로직을 더 포함하는 전압 레귤레이터.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 비교기는 히스테리시스 비교기를 포함하는 전압 레귤레이터.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 충전 회로는:
    상기 전원 입력단을 충전하기 위한 충전 전류를 생성하는 전류 전원;
    상기 전류 전원과 상기 전원 입력단을 전기적으로 연결 또는 차단하는 충전 스위치;
    상기 기준 전압과 상기 전원 입력단에 충전되는 전압을 비교하는 비교기; 및
    상기 과도 상태 구간 동안 상기 파워 게이팅 스위치는 턴오프, 상기 충전 스위치를 턴온 시키며, 상기 비교기의 출력을 참조하여 상기 파워 게이팅 스위치를 턴온 시키고, 상기 충전 스위치를 턴오프 시키는 스위치 제어 로직을 포함하는 전압 레귤레이터.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 로직은 상기 과도 상태 구간에서 상기 전원 입력단의 충전에 따라 상승하는 전압의 레벨이 상기 기준 전압과 같거나 높아지면, 상기 파워 게이팅 스위치를 턴온 시키고, 상기 충전 스위치를 턴오프시키는 전압 레귤레이터.
  20. 슬립 모드에서 턴오프되고, 액티브 모드에서 턴온되는 액티브 레귤레이터와, 상기 액티브 모드에서 턴온되는 액티브 로직, 그리고 상기 액티브 레귤레이터의 출력단과 상기 액티브 로직의 전원 입력단 사이에 위치하는 파워 게이팅 스위치를 포함하는 모바일 메모리 카드의 전압 공급 방법에 있어서:
    상기 슬립 모드에서 상기 액티브 모드로의 동작 모드 전환을 검출하는 단계;
    상기 검출 결과에 따라 상기 파워 게이팅 스위치의 턴오프 상태에서 상기 액티브 레귤레이터를 턴온시키고, 상기 액티브 로직의 전원 입력단을 별도의 충전 회로를 통해서 충전하는 단계; 그리고
    상기 전원 입력단의 전압이 기준 전압에 도달하면, 상기 충전 회로를 비활성화하고 상기 파워 게이팅 스위치를 턴온시키는 단계를 포함하는 전압 공급 방법.
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