KR102282619B1 - Negative charge pump and operating method of the negative charge pump based on switch capacitor circuit having fast start-up and recovery time - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 네거티브 차지 펌프 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 빠른 스타트 업 및 복귀 시간을 가지는 스위치 커패시터 회로 기반의 네거티브 차지 펌프 및 그 동작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a negative charge pump and an operating method thereof, and more particularly, to a switched capacitor circuit-based negative charge pump having fast start-up and return times, and an operating method thereof.
네거티브 차지 펌프(Negative Charge Pump : NCP)는 마이너스 전원을 이용하는 집적 회로 설계에 널리 활용되고 있다. A negative charge pump (NCP) is widely used in the design of integrated circuits using negative power.
예를 들어, 바디나 게이트 콘트롤 신호가 0V에서 마이너스 전압(Negative Voltage) 사이나 마이너스 전압과 플러스 전압 사이를 스위칭하는 RF 스위치는 내부에 네거티브 차지 펌프를 구비한다. For example, an RF switch in which a body or gate control signal switches between 0V and a negative voltage or between a negative voltage and a positive voltage has a negative charge pump therein.
다른 예로 누설되는 암전류(dark current)를 줄이기 위해 CMOS 이미지 센서는 내부에 구비된 네거티브 차지 펌프를 이용한다. 또 다른 예로 트랜지스터의 바디 바이어싱을 위해 네거티브 차지 펌프가 이용된다. 그 외 네거티브 차지 펌프는 마이너스 전압(음전압)이 필요한 다양한 집적 회로(예를 들어, 통신 칩셋이나 통신 회로 등)에 간단하게 구성될 수 있다. As another example, in order to reduce dark current leakage, the CMOS image sensor uses a negative charge pump provided therein. As another example, a negative charge pump is used for body biasing of a transistor. In addition, the negative charge pump may be simply configured in various integrated circuits (eg, a communication chipset or a communication circuit) that require a negative voltage (negative voltage).
네거티브 차지 펌프는 마이너스 전압을 저장하기 위한 커패시터를 구비한다. 마이너스 전압 저장용 커패시터는 안정적인 마이너스 전압을 집적 회로 내부에 공급하기 위해 대용량의 정전용량을 가진다. The negative charge pump has a capacitor to store the negative voltage. The negative voltage storage capacitor has a large capacitance in order to supply a stable negative voltage to the inside of the integrated circuit.
커패시터를 활용하는 간단한 구조의 네거티브 차지 펌프는 마이너스 전압의 소량의 전류(수 mA 내외)를 마이너스 전압이 필요한 회로에 공급하여 다른 마이너스 전압 생성 회로에 비해 집적 회로의 소형화에 유리하다. A negative charge pump with a simple structure using a capacitor supplies a small amount of a negative voltage current (around several mA) to a circuit requiring a negative voltage, which is advantageous for the miniaturization of an integrated circuit compared to other negative voltage generating circuits.
반면, 저장용 커패시터를 통해 공급되는 전류가 작아 집적 회로의 다양한 동작 환경에서 여러 부작용을 야기한다. 특히, 저장용 커패시터에 마이너스 전압의 저장이 충분치 않은 스타트 업 시점(최초 전원 공급 시점)이나 저장용 커패시터의 전류 과방출 시점(예를 들어, RF 스위치의 스위칭에 따른 과방전 시점)에 집적 회로는 네거티브 차지 펌프의 마이너스 전압의 사용이 불가능할 수 있다. On the other hand, the current supplied through the storage capacitor is small, which causes various side effects in various operating environments of the integrated circuit. In particular, the integrated circuit at the start-up time (first power supply time) when the storage capacitor does not have enough negative voltage storage or at the storage capacitor current over-discharge time point (for example, the over-discharge time due to switching of the RF switch). It may not be possible to use the negative voltage of the negative charge pump.
이는, 네거티브 차지 펌프의 마이너스 전압을 이용하는 집적 회로의 불안정하게 하고 부작용을 발생시키고 집적 회로의 스피드를 느리게 만드는 문제점을 야기한다. 집적 회로의 대표적인 부작용의 예로, 이미지 센서의 픽셀에서 암전류가 누설(dark current leakage)되거나 네거티브 차지 펌프의 안정화 전에서의 RF 스위치의 낮은 IMD(Inter Modulaton Distortion) 성능을 가진다. This causes the problem of destabilizing the integrated circuit using the negative voltage of the negative charge pump, causing side effects and slowing the speed of the integrated circuit. As an example of a typical side effect of an integrated circuit, a dark current leakage in a pixel of an image sensor or low Inter Modulaton Distortion (IMD) performance of an RF switch before stabilization of a negative charge pump is provided.
따라서, 스타업 시점이나 리커버리 시점에 빠르게 안정적인 마이너스 전압을 제공할 수 있는 네거티브 차지 펌프가 필요하다. Therefore, there is a need for a negative charge pump capable of rapidly providing a stable negative voltage at the time of startup or recovery.
본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 스타업 시점이나 리커버리 시점에 마이너스 전압 안정화 시간을 줄여 빠르게 안정적인 마이너스 전압을 제공할 수 있는 네거티브 차지 펌프와 그 동작 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a negative charge pump capable of rapidly providing a stable negative voltage by reducing the negative voltage stabilization time at the time of startup or recovery, and an operating method thereof. There is this.
또한, 본 발명은 간단한 구조와 제어를 가지는 스위치 커패시터 회로를 구비하여 기존 충방전 회로와 독립적으로 집적 회로의 빠른 스타트 업 시간과 복귀 시간을 가지는 네거티브 차지 펌프와 그 동작 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a negative charge pump having a switch capacitor circuit having a simple structure and control, and having a fast start-up time and a return time of an integrated circuit independently of the existing charge/discharge circuit, and a method of operating the same. there is.
또한, 본 발명은 빠른 스타트 업 시간과 복귀 시간을 집적 회로에 제공을 통해 집적 회로의 빠른 안정화가 가능하여 기존 알려진 네거티브 차지 펌프의 알려진 부작용을 해소하거나 줄일 수 있는 네거티브 차지 펌프와 그 동작 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. In addition, the present invention provides a negative charge pump capable of resolving or reducing known side effects of the known negative charge pump by providing the integrated circuit with fast start-up time and return time, thereby enabling rapid stabilization of the integrated circuit, and a method for operating the same. It is intended to
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be able
본 발명의 일 양상에 따른 네거티브 차지 펌프는 마이너스 전원을 저장하는 저장 커패시터, 저장 커패시터에 연결되고 복수 클록 신호의 상태에 따라 주기적으로 저장 커패시터보다 작은 용량의 내부 두 개의 커패시터를 충전하고 두 개의 커패시터의 충전 전원을 저장 커패시터로 방전하는 충방전 회로 및 저장 커패시터에 연결되고 입력되는 인에이블 신호에 따라 저장 커패시터를 마이너스 전압으로 충전하는 스위치 커패시터 회로를 포함한다.The negative charge pump according to an aspect of the present invention is connected to a storage capacitor for storing negative power, the storage capacitor, and periodically charges internal two capacitors having a smaller capacity than the storage capacitor according to the state of a plurality of clock signals, and A charging/discharging circuit for discharging the charging power to the storage capacitor, and a switching capacitor circuit connected to the storage capacitor and charging the storage capacitor to a negative voltage according to an input enable signal.
상기한 네거티브 차지 펌프에 있어서, 스위치 커패시터 회로는 인에이블 신호를 지연 출력하는 딜레이, 저장 커패시터의 충방전 회로와 연결되는 제1 노드와 제1 동작 전원에 연결되어 인에이블 신호에 따라 저장 커패시터와 제1 동작 전원을 연결 또는 오픈하는 제1 스위치 소자 및 저장 커패시터의 제1 노드 타측의 제2 노드와 제2 동작 전원에 연결되어 딜레이로부터의 지연 신호에 따라 저장 커패시터와 제2 동작 전원을 연결 또는 오픈하는 제3 스위치 소자를 포함한다.In the above-described negative charge pump, the switch capacitor circuit is connected to a first node connected to a charge/discharge circuit of a delay and storage capacitor for delayed output of an enable signal, and a first operating power source, so that the storage capacitor and the second circuit are connected according to the enable signal. 1 The first switch element for connecting or opening the operating power source and the second node on the other side of the first node of the storage capacitor and the second operating power source to connect or open the storage capacitor and the second operating power source according to the delay signal from the delay and a third switch element.
상기한 네거티브 차지 펌프에 있어서, 스위치 커패시터 회로는 저장 커패시터의 제2 노드와 제1 동작 전원에 연결되어 딜레이로부터의 지연신호에 따라 저장 커패시터와 제1 동작 전원을 연결 또는 오픈하는 제2 스위치 소자를 더 포함한다.In the negative charge pump described above, the switch capacitor circuit is connected to the second node of the storage capacitor and the first operating power supply, and a second switch element for connecting or opening the storage capacitor and the first operating power according to the delay signal from the delay. include more
상기한 네거티브 차지 펌프에 있어서, 제1 스위치 소자 및 제3 스위치 소자는 동일 타입의 트랜지스터이고, 제2 스위치 소자는 제1 스위치 소자와 다른 타입의 트랜지스터이며, 제1 동작 전원과 제2 동작 전원은 서로 상이한 전압 레벨을 가지는 전원이다.In the above-described negative charge pump, the first switch element and the third switch element are of the same type of transistor, the second switch element is a transistor of a different type from that of the first switch element, and the first operating power supply and the second operating power supply are Power supplies with different voltage levels.
상기한 네거티브 차지 펌프에 있어서, 입력되는 기본 클록 신호로부터 복수의 클록 신호를 생성하고 충방전 회로로 출력하는 클록 생성기를 더 포함하고, 인에이블 신호는 네거티브 차지 펌프를 포함하는 집적 회로 내에서 생성되는 리셋 신호이거나 리커버리 신호이다.The negative charge pump further comprises a clock generator for generating a plurality of clock signals from an input basic clock signal and outputting them to a charge/discharge circuit, wherein the enable signal is generated in an integrated circuit including the negative charge pump It is a reset signal or a recovery signal.
또한, 본 발명의 일 양상에 따른, 복수 클록 신호의 상태에 따라 주기적으로 저장 커패시터보다 작은 용량의 두 개의 커패시터를 충전하고 두 개의 커패시터의 충전 전원을 저장 커패시터로 방전하는 충방전 회로를 포함하는 네거티브 차지 펌프의 동작 방법은 충방전 회로의 충방전과 독립하여, 입력되는 인에이블 신호에 따라 저장 커패시터를 마이너스 전압으로 충전하는 단계를 포함한다.In addition, according to the state of the plurality of clock signals according to an aspect of the present invention, a negative comprising a charge/discharge circuit for periodically charging two capacitors having a smaller capacity than the storage capacitor and discharging the charging power of the two capacitors to the storage capacitor The method of operating the charge pump includes charging a storage capacitor to a negative voltage according to an input enable signal independently of charging and discharging of the charge/discharge circuit.
상기한 네거티브 차지 펌프의 동작 방법에 있어서, 딜레이를 통해 인에이블 신호를 지연 출력하는 단계 및 지연된 인에이블 신호의 제1 신호값에 따라 제3 스위치 소자를 통해 VDD 전원을 저장 커패시터의 제2 노드에 연결하고 인에이블 신호의 제1 신호값에 따라 제1 스위치 소자를 통해 저장 커패시터의 제1 노드를 VSS 전원에 연결하는 단계를 더 포함한다.In the above-described operating method of the negative charge pump, delay outputting an enable signal through a delay and supplying VDD power to a second node of a storage capacitor through a third switch element according to a first signal value of the delayed enable signal and connecting the first node of the storage capacitor to the VSS power supply through the first switch element according to the first signal value of the enable signal.
상기한 네거티브 차지 펌프의 동작 방법에 있어서, 인에이블 신호가 제2 신호값으로 변경됨에 따라 제1 스위치 소자를 오픈하여 저장 커패시터의 제1 노드의 전압을 고정하는 단계 및 지연된 인에이블 신호가 제2 신호값으로 변경됨에 따라 저장 커패시터의 제2 노드를 제3 스위치 소자의 VDD 전원으로부터 오픈하고 제2 스위치 소자를 통해 VSS 전원에 연결하는 단계를 더 포함한다. In the above-described operating method of the negative charge pump, the step of fixing the voltage of the first node of the storage capacitor by opening the first switch element as the enable signal is changed to the second signal value, and the delayed enable signal is applied to the second The method further includes the step of opening the second node of the storage capacitor from the VDD power supply of the third switch element as the signal value is changed and connecting the storage capacitor to the VSS power supply through the second switch element.
상기한 네거티브 차지 펌프의 동작 방법에 있어서, 제1 스위치 소자 및 제3 스위치 소자는 PMOS 타입의 트랜지스터이고, 제2 스위치 소자는 NMOS 타입의 트랜지스터이고, 인에이블 신호는 네거티브 차지 펌프를 포함하는 집적 회로 내에서 생성되는 리셋 신호이거나 리커버리 신호이다.In the above-described operating method of the negative charge pump, the first switch element and the third switch element are PMOS type transistors, the second switch element is an NMOS type transistor, and the enable signal is an integrated circuit including a negative charge pump. It is a reset signal or a recovery signal generated within.
또한, 본 발명의 일 양상에 따른, 집적 회로는 상기한 네거티브 차지 펌프와 네거티브 차지 펌프로 기본 클록 신호와 인에이블 신호를 출력하는 콘트롤 회로를 포함한다.Further, according to an aspect of the present invention, the integrated circuit includes the negative charge pump and the control circuit for outputting a basic clock signal and an enable signal to the negative charge pump.
상기와 같은 본 발명에 따른 네거티브 차지 펌프와 그 동작 방법은 스타업 시점이나 리커버리 시점에 마이너스 전압 안정화 시간을 줄여 빠르게 안정적인 마이너스 전압을 제공할 수 있는 효과가 있다. The negative charge pump and its operating method according to the present invention as described above have the effect of reducing the negative voltage stabilization time at the start-up time or the recovery time to provide a stable negative voltage quickly.
또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 네거티브 차지 펌프와 그 동작 방법은 간단한 구조와 제어를 가지는 스위치 커패시터 회로를 구비하여 기존 충방전 회로와 독립적으로 집적 회로의 빠른 스타트 업 시간과 복귀 시간을 가지는 효과가 있다. In addition, the negative charge pump and its operating method according to the present invention as described above include a switch capacitor circuit having a simple structure and control, and thus have an effect of having a fast start-up time and a return time of an integrated circuit independently of the existing charge/discharge circuit. there is.
또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 네거티브 차지 펌프와 그 동작 방법은 빠른 스타트 업 시간과 복귀 시간을 집적 회로에 제공을 통해 집적 회로의 빠른 안정화가 가능하여 기존 알려진 네거티브 차지 펌프의 알려진 부작용을 해소하거나 줄일 수 있는 효과가 있다. In addition, the negative charge pump and its operating method according to the present invention as described above enable fast stabilization of the integrated circuit by providing the integrated circuit with fast start-up time and return time, thereby eliminating known side effects of the known negative charge pump or has the effect of reducing it.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be.
도 1은 본 발명에 따른 네거티브 차지 펌프를 포함하는 집적 회로의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 네거티브 차지 펌프의 예시적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 네거티브 차지 펌프의 충방전 회로, 스위치 커패시터 회로 및 저장 커패시터의 상세 하드웨어 블록도를 도시한 도면이다.
도 4는 클록 신호의 출력과 클록 신호에 따른 제1 커패시터에서의 충방전 동작의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 입력되는 인에이블 신호에 따른 스위치 커패시터 회로의 저장 커패시터 충전 동작의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 충방전 회로를 통해 저장 커패시터를 충전하는 경우의 그래프와 스위치 커패시터 회로를 통해 저장 커패시터를 충전하는 경우의 그래프를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an example of an integrated circuit including a negative charge pump according to the present invention.
2 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a negative charge pump according to the present invention.
3 is a diagram illustrating a detailed hardware block diagram of a charge/discharge circuit, a switch capacitor circuit, and a storage capacitor of a negative charge pump.
4 is a diagram illustrating an example of an output of a clock signal and a charging/discharging operation in the first capacitor according to the clock signal.
5 is a diagram illustrating an example of a storage capacitor charging operation of a switch capacitor circuit according to an input enable signal.
6 is a diagram illustrating a graph in the case of charging the storage capacitor through the charge/discharge circuit and a graph in the case of charging the storage capacitor through the switch capacitor circuit.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술 되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. The above-described objects, features, and advantages will become more clear through the detailed description described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand the technical spirit of the present invention. can be easily implemented. In addition, in the description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 네거티브 차지 펌프(100)를 포함하는 집적 회로(10)의 예를 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating an example of an integrated
도 1에 따르면, 집적 회로(Integrated Circuits)(10)는 적어도 콘트롤 회로(200), 네거티브 차지 펌프(100) 및 네거티브전원 사용소자(300)를 포함하여 구성된다. 네거티브 차지 펌프(100)를 칩 패키지 내에 내장하는 집적 회로(10)는 네거티브 차지 펌프(100)에서 생성되는 마이너스 전압(minus voltage 또는 negative voltage)을 이용하여 설계된 기능을 수행할 수 있도록 구성된다. 콘트롤 회로(200), 네거티브 차지 펌프(100) 및 네거티브전원 사용소자(300)는 하드웨어 회로와 로직으로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1 , an
집적 회로(10)는 예를 들어, CMOS 등의 이미지 센서 칩셋이거나 RF 스위치 칩셋이거나 트랜지스터를 포함하는 칩셋이거나 그 외 마이너스 전압이 필요한 칩셋 등(예를 들어, 마이너스 전압을 이용하는 통신 칩셋 등)일 수 있다. The integrated
집적 회로(10)는 칩 패키지의 핀(pin), 볼(ball), 패드(pad) 등을 통해 동작 전원(1.2V, 1.8V, 3.3V 등의 VDD(도 1의 ⓒ 참조)), 0V 또는 GND의 VSS(도 1의 ⓑ 참조))에 연결되어 동작 전원에 따라 내부의 콘트롤 회로(200), 네거티브 차지 펌프(100)와 나아가 네거티브전원 사용소자(300)를 구동한다. The
본 발명과 관련되는 집적 회로(10)의 주요 구성을 살펴보면, 콘트롤 회로(200)는 적어도 네거티브 차지 펌프(100)를 제어한다. 콘트롤 회로(200)는 네거티브 차지 펌프(100)에서 이용 가능한 기본 클록 신호를 생성(PLL, DLL 등을 이용)하여 출력하고 네거티브 차지 펌프(100)에서 출력되는 마이너스 전원의 신속한 안정화가 필요한 경우 이를 나타내거나 지시하는 인에이블(EN) 신호를 출력한다. Looking at the main configuration of the integrated
콘트롤 회로(200)는 집적 회로(10) 외부의 오실레이터 등으로부터의 클록 신호로부터 네거티브 차지 펌프(100)에 이용 가능한 기본 클록 신호를 생성하여 출력한다. 또한, 콘트롤 회로(200)는 최초 전원 공급이 시작(스타트 업)되는 경우, 외부 리셋 입력을 수신한 경우, 네거티브전원 사용소자(300)에 의해 마이너스 전원의 과도한 사용(네거티브전원 사용소자(300)의 상태 전환, 스위칭 등)이 발생한 경우 스위치 커패시터 회로(150)를 통해 마이너스 전원의 충전을 요청하는 인에이블 신호를 생성하고 네거티브 차지 펌프(100)로 출력할 수 있다. The
이와 같이, 콘트롤 회로(200)는 전원의 공급 시작이나 외부 리셋 신호 수신에 따라 생성되는 리셋 신호나 마이너스 전원의 과도 사용에 따른 리커버리 신호(또는 복구 신호)를 인에이블 신호로 출력할 수 있다. As such, the
네거티브 차지 펌프(100)(Negative Charge Pump : NCP)는 VDD와 VSS 전원을 이용하여 마이너스 전원(도 1의 "-VDD")을 생성하여 네거티브전원 사용소자(300)로 출력할 수 있다. 네거티브 차지 펌프(100)는 콘트롤 회로(200)로부터 기본 클록 신호(CLK)와 인에이블 신호(EN)을 수신하고 콘트롤 회로(200)로부터 입력된 기본 클록 신호와 인에이블 신호에 따라 지정된 전원(-VDD)의 마이너스 전원을 충전을 통해 생성하고 생성된 마이너스 전원을 네거티브전원 사용소자(300)로 출력한다. The negative charge pump 100 (Negative Charge Pump: NCP) may generate negative power (“-VDD” in FIG. 1 ) using VDD and VSS power and output it to the negative
네거티브 차지 펌프(100)에 대해서는 도 2 내지 도 6을 통해 상세히 살펴보도록 한다. The
네거티브전원 사용소자(300)는 네거티브 차지 펌프(100)의 마이너스 전원을 사용하는 소자이다. 네거티브전원 사용소자(300)는 그 용도나 기능에 따라 다양할 수 있고 예를 들어 RF 스위치, 이미지 픽셀 스위치, 트랜지스터, 통신 회로 등일 수 있다. The negative
네거티브전원 사용소자(300)는 네거티브 차지 펌프(100)로부터 공급되는 마이너스 전원을 이용하여 지정된 기능을 수행하고 그에 따른 신호를 출력(도1 의 ⓐ 참조)한다.The negative
도 2는 본 발명에 따른 네거티브 차지 펌프(100)의 예시적인 구성을 도시한 도면이고 도 3은 네거티브 차지 펌프(100)의 충방전 회로(130), 스위치 커패시터 회로(150) 및 저장 커패시터(170)의 상세 하드웨어 블록도를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a
도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 네거티브 차지 펌프(100)는 클록 생성기(110), 충방전 회로(130), 스위치 커패시터 회로(150) 및 저장 커패시터(170)를 포함한다. 2 and 3 , the
도 2 및 도 3을 통해, 네거티브 차지 펌프(100)를 상세히 살펴보면 클록 생성기(110)는 콘트롤 회로(200)로부터의 기본 클록 신호(CLK)를 수신하고 기본 클록 신호로부터 다수의 클록 신호를 생성하고 다수의 클록 신호(도 2의 CLK1, CLK2, CLK3, CLK4 참조)를 충방전 회로(130)로 출력한다. 2 and 3, looking at the
클록 생성기(110)는 서로 비중첩하는(nonoverlapping) 클록 신호들을 생성하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 클록 생성기(110)는 기본 클록 신호를 CLK1 신호로 출력하고 기본 클록 신호의 반전(inverting) 신호를 CLK4 신호로 출력한다. 클록 생성기(110)는 딜레이(151)나 인버터 등을 이용하여 기본 클록 신호로부터 CLK2 신호를 생성하고 CLK2 신호를 반전하여 CLK3 신호를 생성할 수 있다. 또는, 클록 생성기(110)는 기본 클록 신호를 채배하여 CLK1 신호로 출력하고 CLK1 신호를 반전하여 CLK4 신호로 출력한다. 클록 생성기(110)는 딜레이(151)나 인버터 등을 이용하여 CLK1 신호로부터 CLK2 신호를 생성하고 CLK2 신호를 반전하여 CLK3 신호를 생성할 수 있다.The
클록 생성기(110)는 동일한 신호 패턴을 가지는 CLK1 신호와 CLK3 신호를 서로 비중첩(nonoverlappin)하도록 구성하고 다른 동일한 신호 패턴을 가지는 CLK2 신호와 CLK4 신호를 서로 비중첩하도록 구성한다. The
충방전 회로(130)는 연결된 저장 커패시터(170)를 입력되는 복수의 클록 신호에 따라 주기적으로 마이너스 전압으로 충전한다. 충방전 회로(130)는 내부에 두 개의 커패시터와 다수의 스위치 소자(131)를 구비하여 클록 생성기(110)로부터 입력되는 다수의 클록 신호의 상태 변화에 따라 다수의 스위치 소자(131)를 제어하여 주기적으로 내부 두 개의 커패시터를 충전하고 충전된 커패시터의 충전 전원을 저장 커패시터(170)로 방전할 수 있다. The charging/discharging
도 3에는 충방전 회로(130)의 구체적인 회로 구성을 나타내고 있는 데, 도 3의 예와 같이, 충방전 회로(130)는 8개의 스위치 소자(131)(M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8)와 두 개의 커패시터(133, 135)(C1, C2)를 포함하고 스위치 소자(131)는 각각의 개별 클록 신호의 게이트 제어에 따라 소스 및 드레인 사이를 클로즈하거나 오픈할 수 있다. 설계 예에 따라, 충방전 회로(130)는 추가적인 스위치 소자와 추가적인 커패시터를 더 포함하거나 일부 스위치 소자와 일부 커패시터를 생략하여 구성될 수도 있다. 3 shows a specific circuit configuration of the charging/discharging
하나의 커패시터(C1, 이하 '제1 커패시터'라 함)는 클록 신호들에 의해 구성되는 클록 상태와 그에 따른 스위치 소자(131)의 오픈 및 연결에 따라 VDD 전원으로 충전되고 마이너스 전원(-VDD)으로 변환되어 저장 커패시터(170)로 방전할 수 있다. One capacitor (C1, hereinafter referred to as a 'first capacitor') is charged with the VDD power supply according to the clock state constituted by the clock signals and the opening and connection of the
다른 하나의 커패시터(C2, 이하 '제2 커패시터'라 함)는 클록 신호들에 의해 구성되는 클록 상태와 그에 따른 스위치 소자(131)의 오픈 및 연결에 따라 VDD 전원으로 충전되고 마이너스 전원(-VDD)으로 변환되어 저장 커패시터(170)로 방전할 수 있다. The other capacitor (C2, hereinafter referred to as a 'second capacitor') is charged with the VDD power supply according to the clock state constituted by the clock signals and the opening and connection of the
제1 커패시터(133)와 제2 커패시터(135)는 클록 신호의 주파수(예를 들어, 10 MHz, 20 MHz 등)에 따라 주기적으로 충전되고 저장 커패시터(170)로 주기적으로 방전할 수 있다. The
제1 커패시터(133)와 제2 커패시터(135)는 서로 다른 클록 상태(상보적인 클록 상태)에서 충전과 방전이 이루어진다. 예를 들어, 제1 커패시터(133)가 충전되는 동안, 제2 커패시터(135)는 마이너스 전원으로 변환하여 저장 커패시터(170)로 방전하고 제1 커패시터(133)가 마이너스 전원으로 변환하여 저장 커패시터(170)로 방전되는 동안, 제2 커패시터(135)가 충전될 수 있다. The
제1 커패시터(133)와 제2 커패시터(135)는 저장 커패시터(170)에 비해 작은 용량을 가지고 클록 신호들에 의한 반복으로 저장 커패시터(170)에 마이너스 전원을 충전(공급)할 수 있다. 제1 커패시터(133)와 제2 커패시터(135)의 용량은 저장 커패시터(170)(예를 들어, 100pF) 대비 100배 이상(예를 들어, 1pF)으로 작은 용량을 가질 수 있다. 스타트 업이나 외부의 과방전에 따라 저장 커패시터(170)에 마이너스 전원이 일정 전압 레벨(예를 들어, -0.2 V 등) 이상으로 존재하는 경우에 복수 회(예를 들어, 50회 이상)의 충전과 방전 반복으로 저장 커패시터(170)를 안정적인 전원 레벨의 마이너스 전원으로 충전 가능하다. The
도 4의 예에서 알 수 있는 바와 같이, CLK1 신호가 로우(low)이고 CLK3가 로우인 상태 '1'에서 제1 커패시터(133)의 상측 노드(또는 단자)는 스위치 소자(131) M1을 통해 VDD에 연결되고 제1 커패시터(133)의 하측 노드(또는 단자)는 스위치 소자(131) M5를 통해 VSS에 연결된다. 상태 '1'에서 제1 커패시터(133)는 VDD 전원으로 충전된다. As can be seen from the example of FIG. 4 , the upper node (or terminal) of the
CLK1이 하이(high)로 변경되고 CLK3이 로우인 상태 '2'에서 제1 커패시터(133)엔 VDD 전원이 저장되고 CLK3가 하이로 변경되는 상태 '3'에서 제1 커패시터(133)의 상측 노드는 VSS에 연결되고 제1 커패시터(133) 양단의 상대적인 전위차에 의해 하측 노드는 '-VDD'로 변환된다. In a state '2' where CLK1 is changed to high and CLK3 is low, VDD power is stored in the
상태 '3'에서 변환된 마이너스 전원은 저장 커패시터(170)에 저장 커패시터(170)와 제1 커패시터(133)의 용량 비율에 따라 저장된다. 이와 같이, 상태 '3'에서 제1 커패시터(133)는 저장 커패시터(170)로 충전된 마이너스 전원을 방전한다. The negative power converted in the state '3' is stored in the
제2 커패시터(135)는 제1 커패시터(133)와 상보적인 동작을 수행하는 데, 상태 '1'에서 제1 커패시터(133)의 충전 동작 동안에 제2 커패시터(135)는 저장 커패시터(170)에 마이너스 전원을 방전하고 상태 '3'에서 제1 커패시터(133)의 방전 동작 동안에 제2 커패시터(135)는 충전 동작을 수행한다. The
도 6은 충방전 회로를 통해 저장 커패시터를 충전하는 경우의 그래프와 스위치 커패시터 회로를 통해 저장 커패시터를 충전하는 경우의 그래프를 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a graph in the case of charging the storage capacitor through the charge/discharge circuit and a graph in the case of charging the storage capacitor through the switch capacitor circuit.
도 6의 ②는 스타트 업 시점이나 과방전 발생 후 제1 커패시터(133)와 제2 커패시터(135)를 포함하는 충방전 회로(130)(만)를 통해 안정적인 마이너스 전압 레벨로 도달하는 시뮬레이션 그래프를 나타내고 도 6의 ①은 스타트 업 시점이나 과방전 발생 후 스위치 커패시터 회로(150)를 이용하여 안정적인 마이너스 전압 레벨로 도달하는 시뮬레이션 그래프를 나타낸다. ② of FIG. 6 shows a simulation graph reaching a stable negative voltage level through the charging/discharging circuit 130 (only) including the
① 및 ②의 시뮬레이션 그래프는 제1 커패시터(133), 제2 커패시터(135) 및 저장 커패시터(170)의 크기에 따라 달라질 수 있다.The simulation graphs of ① and ② may vary depending on the sizes of the
도 6의 ② 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 스타트 업이나 과방전 후에 저장 커패시터(170)에 마이너스 전원이 없거나 일정 전압 레벨(예를 들어, -0.1 V 등) 이상에 도달한 경우, 제1 커패시터(133)와 제2 커패시터(135)에 의한 저장 커패시터(170)에 대한 충전 동작으로는 안정적인 마이너스 전압 레벨(설계 예정된 마이너스 전압 레벨, 예를 들어 -1.0 V, -1.2 V, -1.8 V 등 )의 도달까지는 많은 시간이 소요된다. As can be seen from the ② graph of FIG. 6 , when there is no negative power to the
일반적으로 제1 커패시터(133)와 제2 커패시터(135)가 저장 커패시터(170) 대비 100배 이상으로 작아 최소 50 클록 이상의 시간 동안의 제1 커패시터(133) 및 제2 커패시터(135)의 충전과 방전으로 저장 커패시터(170)에 안정적인 마이너스 전원을 충전할 수 있다. In general, the
도 6 의 ② 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 시뮬레이션 결과 지정된 마이너스 전압(예를 들어, -1.0 V)까지의 안정적인 상태에 도달하기 위해서는 수십 회 이상의 반복에 따른 예를 들어, 약 10 us 이상의 시간이 소요된다. As can be seen from the
이와 같이, 두 개의 커패시터를 포함하여 저장 커패시터(170)를 입력되는 클록 신호에 따라 충전하는 충방전 회로(130)는 저장 커패시터(170)에 일정 레벨의 전원 이하로 유지되고 있는 일반 노멀(normal) 모드에서 안정적으로 동작하나 저장 커패시터(170)에 전원이 일정 전원 레벨 이상으로 존재하거나(예를 들어, 전원 공급 시작 등) 과방전이 발생한 경우에는 안정화에 많은 시간(settle time)이 필요하다. 이로 인해 설계된 집적 회로(10)에 따라 다양한 부작용(예를 들어, IMD, 암전류 발생 등)이 발생할 수 있다. In this way, the charging/discharging
네거티브 차지 펌프(100)는 충방전 회로(130) 및 클록 생성기(110)와 함께 저장 커패시터(170)와 스위치 커패시터 회로(150)를 더 포함한다. 저장 커패시터(170)는 네거티브전원 사용소자(300)로 출력되는 마이너스 전원을 저장한다. 저장 커패시터(170)는 연결된 충방전 회로(130)를 통해서나 연결된 스위치 커패시터 회로(150)를 통해서 공급되는 마이너스 전원을 저장하고 외부의 네거티브전원 사용소자(300)로 출력할 수 있다. The
저장 커패시터(170)는 제1 커패시터(133) 및 제2 커패시터(135) 대비 큰 용량을 가지고 외부 로드(네거티브전원 사용소자(300)의 개수나 소비량 등)에 따라 그 용량은 설계 변경될 수 있다. 예를 들어, 저장 커패시터(170)는 100 pF, 200 pF 또는 400 pF 등의 저장 용량을 가질 수 있다. The
저장 커패시터(170)에 연결되어 저장 커패시터(170)를 일정 전압레벨 이하의 마이너스 전압으로 충전 가능한 스위치 커패시터 회로(150)는 충방전 회로(130)와는 독립하여 콘트롤 회로(200)로부터 입력되는 인에이블(EN) 신호에 따라 저장 커패시터(170)를 마이너스 전압으로 충전한다. The
스위치 커패시터 회로(150)는 인에이블 신호가 로우(low) 신호값 일 때(active low) 저장 커패시터(170)를 빠른 시간내로 지정된 전압 레벨 이하의 마이너스 전압으로 충전하고 인에블 신호가 하이(high) 신호값 일 때 충방전 회로(130)가 클록 신호의 주기에 따라 주기적으로 소량의 마이너스 전원을 저장 커패시터(170)에 충전할 수 있다. When the enable signal is a low signal value (active low), the
또는, 스위치 커패시터 회로(150)는 인에이블 신호가 하이(high) 신호값 일 때(active high) 저장 커패시터(170)를 빠른 시간내로 지정된 전압 레벨 이하의 마이너스 전압으로 충전하고 인에블 신호가 로우(low) 신호값일 때 충방전 회로(130)가 클록 신호의 주기에 따라 주기적으로 소량의 마이너스 전원을 저장 커패시터(170)에 충전할 수 있다. Alternatively, the
도 3의 스위치 커패시터 회로(150)는 인에이블 신호가 로우 신호값일 때 스위치 커패시터 회로(150)에 의해 저장 커패시터(170)를 마이너스 전압으로 급속 충전하는 예를 나타낸다. 액티브 하이로 동작하는 스위치 커패시터 회로(150)는 예를 들어 제1 스위치 소자(153), 제2 스위치 소자(155) 및 제2 스위치 소자(155)의 MOS 타입을 변경하여 구성될 수 있다. The
도 3의 예와 같이, 스위치 커패시터 회로(150)는 딜레이(151), 제1 스위치 소자(153), 제2 스위치 소자(155) 및 제3 스위치 소자(157)를 포함한다. 3 , the
스위치 커패시터 회로(150)를 구체적으로 살펴보면, 딜레이(151)는 콘트롤 회로(200)로부터의 인에이블 신호를 지연시켜 출력한다. 딜레이(151)는 내부에 입력되는 인에이블 신호를 지연시키거나 증폭하기 위한 회로를 포함하여 일정 시간(예를 들어, 수 나노 초(nano seconds) 내외) 이상 인에이블 신호를 지연(도 5의 ⓓ 참조)시켜 출력할 수 있다. Looking at the
제1 스위치 소자(153)(도 3의 M9 참조)는 저장 커패시터(170)의 충방전 회로(130)와 연결되는 노드(도 2 및 3의 'N1', 이하 '제1 노드'라 함)와 특정 동작 전원(도 3의 0V 또는 VSS, 이하 '제1 동작 전원'이라 함)에 소스와 드레인이 연결되고 딜레이(151)에 의해 지연되지 않은 인에이블 신호가 게이트에 연결되어 인에이블 신호에 따라 저장 커패시터(170)와 제1 동작 전원을 연결하거나 오픈한다. 제1 스위치 소자(153)는 인에이블 신호가 로우 신호일 때 소스와 드레인을 연결하는 PMOS 타입의 트랜지스터일 수 있다. The first switch element 153 (see M9 of FIG. 3 ) is a node connected to the charge/
제2 스위치 소자(155)(도 3의 M10 참조)는 저장 커패시터(170)의 제1 노드와는 반대 측의 노드(도 2 및 3의 'N2', 이하 '제2 노드'라 함)와 제1 동작 전원에 소스와 드레인이 연결되고 딜레이(151)를 통해 지연된 인에이블 신호가 게이트에 연결되어 딜레이(151)로부터의 인에이블 신호(이하 '지연신호'라고도 함)에 따라 저장 커패시터(170)와 제1 동작 전원을 연결하거나 오픈한다. The second switch element 155 (refer to M10 of FIG. 3 ) includes a node on the opposite side to the first node of the storage capacitor 170 ( 'N2' in FIGS. 2 and 3, hereinafter referred to as a 'second node') and A source and a drain are connected to the first operating power source, and an enable signal delayed through a
제2 스위치 소자(155)는 제1 스위치 소자(153)나 제3 스위치 소자(157)와는 다른 타입의 트랜지스터로서 지연신호가 하이 신호일 때 소스와 드레인을 연결하는 예를 들어 NMOS 타입의 트랜지스터일 수 있다. The
제3 스위치 소자(157)(도 3의 M11 참조)는 저장 커패시터(170)의 제1 노드 측과는 반대되는 타측인 제2 노드와 특정 동작 전원(도 3의 VDD, 이하 '제2 동작 전원'이라 함)에 소스와 드레인이 연결되고 딜레이(151)로부터의 지연신호에 따라 저장 커패시터(170)와 제2 동작 전원을 연결하거나 오픈한다. 제3 스위치 소자(157)는 지연 신호가 로우 신호일 때 소스와 드레인을 연결하는 PMOS 타입의 트랜지스터일 수 있다. The third switch element 157 (refer to M11 of FIG. 3 ) includes a second node opposite to the first node side of the
제2 동작 전원은 제1 동작 전원과는 상이한 전압 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 동작 전원은 0V 또는 VSS 전원이고 제2 동작 전원은 1.2V, 1.8V 또는 3.3V의 VDD 전원일 수 있다. 제3 스위치 소자(157)는 제1 스위치 소자(153)와 동일한 타입의 트랜지스터이다. The second operating power may have a different voltage level than that of the first operating power. For example, the first operating power may be 0V or VSS power, and the second operating power may be 1.2V, 1.8V, or 3.3V VDD power. The
도 5는 딜레이(151), 제1 스위치 소자(153), 제2 스위치 소자(155) 및 제3 스위치 소자(157)를 포함하는 스위치 커패시터 회로(150)의 인에이블 신호에 따른 딜레이(151) 및 스위치 소자(153, 155, 157)의 온/오프의 연결 또는 오픈 동작에 따른 충전 시퀀스를 나타내는 데, 콘트롤 회로(200)로부터 액티브 로우의 인에이블 신호가 인가됨에 따라, 딜레이(151)는 인에이블 신호(EN)를 지연 출력(도 5의 EN_D 참조)한다. 5 is a
인에이블 신호와 지연신호의 조합에 따른 상태 '1'에서, 인에이블 신호 및 지연신호에 의한 제1 스위치 소자(153), 제2 스위치 소자(155) 및 제3 스위치 소자(157)의 제어(오픈 또는 클로즈)로 저장 커패시터(170)의 제2 노드는 제1 동작 전원에 연결되고 제1 노드는 임의의 마이너스 전원(VB, VB는 VDD(제2 동작 전원) 보다 낮은 전압임)에 연결된다. 상태 '1'에서 게이트 온 된 제1 스위치 소자(153) 및 제2 스위치 소자(155)를 통해 저장 커패시터(170)의 제2 노드는 제1 동작 전원에 연결되고 제1 노드는 임의의 마이너스 전원(VB)에 연결된다.In the state '1' according to the combination of the enable signal and the delay signal, the control of the
일정 시간 이후에 지연신호가 로우 신호로 변경된 후의 상태 '2'에서, 인에이블 신호와 지연신호에 의한 제1 스위치 소자(153), 제2 스위치 소자(155) 및 제3 스위치 소자(157)의 제어(오픈 또는 클로즈)로 저장 커패시터(170)의 제2 노드는 VDD(제2 동작 전원)에 연결되고 저장 커패시터(170)의 제1 노드는 임의의 마이너스 전원(VB)에 연결된다. In the state '2' after the delay signal is changed to the low signal after a predetermined time, the
상태 '2'에서, 지연신호의 로우 신호값에 의해 제3 스위치 소자(157)는 게이트 온되어 VDD 전원을 저장 커패시터(170)의 제2 노드에 연결하고 인에이블 신호의 로우 신호값에 의해 제1 스위치 소자(153)는 게이트 온 되어 VSS 전원을 저장 커패시터(170)의 제1 노드에 연결한다. 상태 '2'에서 제1 노드의 전압(VB)은 제1 스위치 소자(153)의 크기에 의존하고 VDD보다는 낮은 전압이다. In state '2', the
콘트롤 회로(200)가 인에이블 신호를 변경(예를 들어, 로우 신호에서 하이 신호로)함에 따라, 인에이블 신호가 하이 신호이고 지연신호가 로우인 상태 '3'에서, 인에이블 신호에 따라 소스와 드레인을 연결하는 제1 스위치 소자(153)는 소스와 드레인을 오픈하여 저장 커패시터(170)의 제1 노드의 전압(VB)을 고정한다(freeze). As the
딜레이(151)의 내부 회로에 의한 일정 시간의 경과 이후에, 지연신호도 하이 신호로 변경되는 상태 '4'에서, 인에이블 신호와 지연신호에 의한 제1 스위치 소자(153), 제2 스위치 소자(155) 및 제3 스위치 소자(157)의 제어(오픈 또는 클로즈)로 저장 커패시터(170)의 제2 노드는 VSS(제1 동작 전원)에 연결되고 저장 커패시터(170)의 제1 노드는 저장 커패시터(170) 양단의 상대적인 전위차에 의해 마이너스 전원으로 변환된다. After the lapse of a predetermined time by the internal circuit of the
지연신호가 하이 신호로 변경됨에 따라, 제3 스위치 소자(157)는 VDD 전원과 제2 노드를 오픈하고 제2 스위치 소자(155)는 VSS 전원을 제2 노드에 연결한다. 임의의 VB 전압을 가지고 있었던 제1 노드의 전압은 제2 노드가 VSS 전원으로 전환(스위칭)됨에 따라 VB - VDD의 마이너스 전원으로 전환된다. 이후, 충방전 회로(130)가 동작하여 저장 커패시터(170)에 이미 충전된 VB-VDD 전압 이하의 전압(-VDD 전압)으로 충전할 수 있다. As the delay signal is changed to a high signal, the
인에이블 신호에 따라 동작하고 인에이블 신호의 지연신호를 활용하여 구성되며 저장 커패시터(170)를 직접 마이너스 충전 가능한 스위치 커패시터 회로(150)에 의해 충방전 회로(130)의 이용 대비 매우 빠른 시간내에 마이너스 전원을 안정화 시킬 수 있다. It operates according to the enable signal and is configured by utilizing the delay signal of the enable signal, and the
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 집적 회로(10) 내에 생성되는 리셋 신호나 리커버리 신호에 따라 인가되는 인에이블(EN) 신호에 의해 매우 짧은 시간내(시뮬레이션 테스트에서는 수십 나노 초 이하)에 저장 커패시터(170)의 마이너스 전원이 정상 동작이 가능한 마이너스 전압 레벨로 안정화됨을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 6 , the storage capacitor is stored in a very short time (under several tens of nanoseconds in the simulation test) by the enable (EN) signal applied according to the reset signal or the recovery signal generated in the
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. The present invention described above, for those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It is not limited by the drawing.
10 : 집적 회로
100 : 네거티브 차지 펌프
110 : 클록 생성기
130 : 충방전 회로
131 : 스위치 소자
133 : 제1 커패시터
135 : 제2 커패시터
150 : 스위치 커패시터 회로
151 : 딜레이
153 : 제1 스위치 소자
155 : 제2 스위치 소자
157 : 제3 스위치 소자
170 : 저장 커패시터
200 : 콘트롤 회로
300 : 네거티브전원 사용소자10: integrated circuit
100: negative charge pump
110: clock generator
130: charge and discharge circuit
131: switch element
133: first capacitor
135: second capacitor
150: switch capacitor circuit
151: delay
153: first switch element
155: second switch element
157: third switch element
170: storage capacitor
200: control circuit
300: a negative power supply device
Claims (10)
마이너스 전원을 저장하는 저장 커패시터;
상기 저장 커패시터의 제1 노드에 연결되고 복수 클록 신호의 상태에 따라 주기적으로 상기 저장 커패시터보다 작은 용량의 내부 두 개의 커패시터를 충전하고 상기 두 개의 커패시터의 충전 전원을 상기 저장 커패시터로 방전하는 충방전 회로; 및
상기 저장 커패시터의 상기 제1 노드 타측의 제2 노드에 연결되고 입력되는 인에이블 신호에 따라 상기 충방전 회로의 충방전과 독립하여 상기 저장 커패시터를 마이너스 전압으로 충전하는 스위치 커패시터 회로;를 포함하고,
상기 인에이블 신호를 지연 출력하는 딜레이와 복수의 스위치 소자를 포함하는 상기 스위치 커패시터 회로는 상기 인에이블 신호와 상기 딜레이로부터의 지연신호의 조합에 따른 상태 변경에 따라 제1 동작 전원이나 제2 동작 전원에 연결되는 상기 복수의 스위치 소자를 통해 상기 저장 커패시터의 상기 제1 동작 전원이나 상기 제2 동작 전원으로의 연결을 변경하여 상기 저장 커패시터를 마이너스 전압으로 직접 충전하고,
상기 인에이블 신호는 상기 네거티브 차지 펌프를 포함하는 집적 회로 내에서 생성되는 리셋 신호이거나 리커버리 신호인,
네거티브 차지 펌프.A negative charge pump comprising:
storage capacitor to store negative power;
A charging/discharging circuit connected to a first node of the storage capacitor and periodically charging two internal capacitors having a smaller capacity than the storage capacitor according to states of a plurality of clock signals and discharging the charging power of the two capacitors to the storage capacitor ; and
a switch capacitor circuit connected to the second node on the other side of the first node of the storage capacitor and charging the storage capacitor to a negative voltage independently of charging and discharging of the charging/discharging circuit according to an input enable signal;
The switch capacitor circuit including a delay outputting the enable signal with a delay and a plurality of switch elements is a first operating power source or a second operating power source according to a state change according to a combination of the enable signal and the delay signal from the delay. Directly charging the storage capacitor to a negative voltage by changing the connection of the storage capacitor to the first operating power or the second operating power through the plurality of switch elements connected to
wherein the enable signal is a reset signal or a recovery signal generated within an integrated circuit including the negative charge pump;
negative charge pump.
상기 스위치 커패시터 회로는,
상기 저장 커패시터의 상기 충방전 회로와 연결되는 상기 제1 노드와 상기 제1 동작 전원에 연결되어 상기 인에이블 신호에 따라 상기 저장 커패시터와 상기 제1 동작 전원을 연결 또는 오픈하고 상기 복수의 스위치 소자 중 하나인 제1 스위치 소자; 및
상기 저장 커패시터의 상기 제2 노드와 상기 제2 동작 전원에 연결되어 상기 딜레이로부터의 지연신호에 따라 상기 저장 커패시터와 상기 제2 동작 전원을 연결 또는 오픈하고 상기 복수의 스위치 소자 중 하나인 제3 스위치 소자;를 포함하는,
네거티브 차지 펌프.According to claim 1,
The switch capacitor circuit comprises:
It is connected to the first node connected to the charge/discharge circuit of the storage capacitor and the first operating power to connect or open the storage capacitor and the first operating power according to the enable signal, and to select one of the plurality of switch elements. One first switch element; and
A third switch that is connected to the second node of the storage capacitor and the second operating power to connect or open the storage capacitor and the second operating power according to a delay signal from the delay, and is one of the plurality of switch elements element; including,
negative charge pump.
상기 저장 커패시터에 연결되고 복수 클록 신호의 상태에 따라 주기적으로 상기 저장 커패시터보다 작은 용량의 내부 두 개의 커패시터를 충전하고 상기 두 개의 커패시터의 충전 전원을 상기 저장 커패시터로 방전하는 충방전 회로; 및
상기 저장 커패시터에 연결되고 입력되는 인에이블 신호에 따라 상기 저장 커패시터를 마이너스 전압으로 충전하는 스위치 커패시터 회로;를 포함하고,
상기 스위치 커패시터 회로는,
상기 인에이블 신호를 지연 출력하는 딜레이;
상기 저장 커패시터의 상기 충방전 회로와 연결되는 제1 노드와 제1 동작 전원에 연결되어 상기 인에이블 신호에 따라 상기 저장 커패시터와 상기 제1 동작 전원을 연결 또는 오픈하는 제1 스위치 소자;
상기 저장 커패시터의 상기 제1 노드 타측의 제2 노드와 상기 제1 동작 전원에 연결되어 상기 딜레이로부터의 지연신호에 따라 상기 저장 커패시터와 상기 제1 동작 전원을 연결 또는 오픈하는 제2 스위치 소자; 및
상기 저장 커패시터의 상기 제2 노드와 제2 동작 전원에 연결되어 상기 딜레이로부터의 지연신호에 따라 상기 저장 커패시터와 상기 제2 동작 전원을 연결 또는 오픈하는 제3 스위치 소자;를 포함하는,
네거티브 차지 펌프.storage capacitor to store negative power;
a charging/discharging circuit connected to the storage capacitor and periodically charging internal two capacitors having a smaller capacity than the storage capacitors according to states of a plurality of clock signals and discharging charging power of the two capacitors to the storage capacitors; and
a switch capacitor circuit connected to the storage capacitor and charging the storage capacitor to a negative voltage according to an input enable signal;
The switch capacitor circuit comprises:
a delay delay outputting the enable signal;
a first switch element connected to a first node connected to the charge/discharge circuit of the storage capacitor and a first operating power to connect or open the storage capacitor and the first operating power according to the enable signal;
a second switch element connected to a second node at the other side of the first node of the storage capacitor and the first operating power to connect or open the storage capacitor and the first operating power according to a delay signal from the delay; and
A third switch element connected to the second node of the storage capacitor and a second operating power supply to connect or open the storage capacitor and the second operating power source according to the delay signal from the delay;
negative charge pump.
상기 제1 스위치 소자 및 상기 제3 스위치 소자는 동일 타입의 트랜지스터이고,
상기 제2 스위치 소자는 상기 제1 스위치 소자와 다른 타입의 트랜지스터이며,
상기 제1 동작 전원과 상기 제2 동작 전원은 서로 상이한 전압 레벨을 가지는 전원인,
네거티브 차지 펌프.4. The method of claim 3,
The first switch element and the third switch element are transistors of the same type,
The second switch element is a transistor of a different type than the first switch element,
The first operating power and the second operating power are power having different voltage levels from each other,
negative charge pump.
입력되는 기본 클록 신호로부터 복수의 클록 신호를 생성하고 상기 충방전 회로로 출력하는 클록 생성기;를 더 포함하는,
네거티브 차지 펌프.According to claim 1,
A clock generator for generating a plurality of clock signals from the input basic clock signal and outputting them to the charging/discharging circuit;
negative charge pump.
상기 충방전 회로의 충방전과 독립하여, 입력되는 인에이블 신호에 따라 상기 저장 커패시터를 마이너스 전압으로 충전하는 단계;를 포함하고,
상기 충방전 회로의 충방전과 독립하여, 상기 저장 커패시터를 마이너스 전압으로 충전하는 단계는,
딜레이를 통해 상기 인에이블 신호를 지연 출력하는 단계;
상기 지연된 인에이블 신호의 제1 신호값에 따라 제3 스위치 소자를 통해 VDD 전원을 상기 저장 커패시터의 제2 노드에 연결하고 상기 인에이블 신호의 제1 신호값에 따라 제1 스위치 소자를 통해 상기 저장 커패시터의 제1 노드를 VSS 전원에 연결하는 단계;
상기 인에이블 신호가 제2 신호값으로 변경됨에 따라 제1 스위치 소자를 오픈하여 상기 저장 커패시터의 제1 노드의 전압을 고정하는 단계; 및
상기 지연된 인에이블 신호가 제2 신호값으로 변경됨에 따라 상기 저장 커패시터의 제2 노드를 제3 스위치 소자의 VDD 전원으로부터 오픈하고 제2 스위치 소자를 통해 VSS 전원에 연결하는 단계;를 포함하는,
네거티브 차지 펌프의 동작 방법.A method of operating a negative charge pump comprising: a charging/discharging circuit for periodically charging two capacitors having a smaller capacity than a storage capacitor according to the state of a plurality of clock signals and discharging the charging power of the two capacitors to the storage capacitor,
Independent of charging and discharging of the charging and discharging circuit, charging the storage capacitor to a negative voltage according to an input enable signal;
Independently of the charging and discharging of the charging and discharging circuit, the step of charging the storage capacitor to a negative voltage,
delay outputting the enable signal through a delay;
The VDD power supply is connected to the second node of the storage capacitor through a third switch element according to the first signal value of the delayed enable signal, and the storage is performed through the first switch element according to the first signal value of the enable signal. connecting the first node of the capacitor to the VSS supply;
fixing a voltage of a first node of the storage capacitor by opening a first switch element as the enable signal is changed to a second signal value; and
When the delayed enable signal is changed to a second signal value, opening a second node of the storage capacitor from the VDD power supply of a third switch element and connecting to the VSS power supply through the second switch element;
How a negative charge pump works.
상기 제1 스위치 소자 및 상기 제3 스위치 소자는 PMOS 타입의 트랜지스터이고,
상기 제2 스위치 소자는 NMOS 타입의 트랜지스터이고,
상기 인에이블 신호는 상기 네거티브 차지 펌프를 포함하는 집적 회로 내에서 생성되는 리셋 신호이거나 리커버리 신호인,
네거티브 차지 펌프의 동작 방법.7. The method of claim 6,
The first switch element and the third switch element are PMOS type transistors,
The second switch element is an NMOS type transistor,
wherein the enable signal is a reset signal or a recovery signal generated within an integrated circuit including the negative charge pump;
How a negative charge pump works.
상기 네거티브 차지 펌프로 기본 클록 신호와 인에이블 신호를 출력하는 콘트롤 회로;를 포함하는,
집적 회로.The negative charge pump of claim 1 ; and
a control circuit outputting a basic clock signal and an enable signal to the negative charge pump;
integrated circuit.
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KR1020200161941A KR102282619B1 (en) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | Negative charge pump and operating method of the negative charge pump based on switch capacitor circuit having fast start-up and recovery time |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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