KR102581100B1 - 차지 펌프 기반의 네가티브 전압 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 네가티브 전압 회로는, 기동 모드 동안에 동작하고, 제1 전류를 이용하여 제1 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성하는 제1 차지펌프 회로; 및 상기 기동 모드 이후의 정상 동작모드 동안에 동작하고, 제2 전류를 이용하여 제2 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성하는 제2 차지펌프 회로; 를 포함하고, 상기 제1 전류는, 상기 제1 차지펌핑 속도가 상기 제2 차지펌핑 속도보다 빠르도록, 상기 제2 전류보다 큰 전류가 되도록 구성된다.

Description

차지 펌프 기반의 네가티브 전압 회로{NEGATIVE VOLTAGE CIRCUIT BASED ON CHARGE PUMP}
본 발명은 차지 펌프 기반의 네가티브 전압 회로에 관한 것이다.
일반적으로, RF 스위치 장치는 아이솔레이션 특성을 개선하기 위해서, 네가티브 전압(Negative voltage)을 필요로 하고, 이 네가티브 전압은 네가티브 전압 회로에 의해 생성될 수 있다. 일 예로, 상기 네가티브 전압 회로는 네가티브 차지 펌프(Negative Charge Pump)가 될 수 있다.
기존의 네가티브 전압 차지 펌프는, 인버터와 충전 커패시터를 포함할 수 있는데, 이러한 기존의 네가티브 전압 차지 펌프에서, 목표전압에 도달하는 시간과 로딩 전류(loading current)의 크기는 인버터의 사이즈와 충전 커패시터의 사이즈로 결정될 수 있다.
일 예로, 인버터의 사이즈가 클수록 많은 전류를 흘려줄 수 있고, 충전 커패시터의 용량(capacitance)이 클수록 많은 양의 차지(charge)를 제어할 수 있기 때문에, 보다 빠르게 목표전압까지 도달할 수 있고, 큰 전류를 로딩(loading)할 수 있다.
기존의 네가티브 전압 차지 펌프에서, 처음 차지 펌프(charge pump)가 동작할 때와, 입력 파워(input power)가 클 때는 많은 전류 로딩(current loading)이 필요하고, 그 외에는 많은 전류의 로딩이 필요하지 않다.
그런데, 기존의 네가티브 전압 차지 펌프는, 초기의 많은 전류의 로딩에 적합하도록 설정하면 차지 펌프(charge pump)의 동작시에는 항상 전류 소모가 크다는 문제점이 있다고, 이와 달리, 정상 동작시의 적은 전류의 로딩에 적합하도록 설정하면 초기 로딩시간이 길어지는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) JP 2003-045193 (2003.02.14)
본 발명의 일 실시 예는, 서로 다른 차지펌핑 능력을 이용하여, 초기의 기동 모드에서는 상대적으로 큰 전류를 제공하고, 정상 동작모드에서는 기동 모드보다 상대적으로 작은 전류를 제공함으로써, 신속한 기동이 가능하고 정상 동작모드에서의 전류소모를 줄일 수 있는 네가티브 전압 회로를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의해, 기동 모드 동안에 동작하고, 제1 전류를 이용하여 제1 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성하는 제1 차지펌프 회로; 및 상기 기동 모드 이후의 정상 동작모드 동안에 동작하고, 제2 전류를 이용하여 제2 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성하는 제2 차지펌프 회로; 를 포함하고, 상기 제1 전류는, 상기 제1 차지펌핑 속도가 상기 제2 차지펌핑 속도보다 빠르도록, 상기 제2 전류보다 큰 전류인 네가티브 전압 회로가 제안된다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 기동 모드 동안에 동작하고, 제1 전류를 이용하여 제1 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성하는 제1 차지펌프 회로; 상기 기동 모드 이후의 정상 동작모드 동안에 동작하고, 제2 전류를 이용하여 제2 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성하는 제2 차지펌프 회로; 및 출력단자의 네가티브 전압에 기초해, 상기 제1 차지펌프 회로가 동작하는 기동 모드에서, 상기 제2 차지펌프 회로가 동작하는 정상 동작모드로의 전환을 제어하는 동작모드 제어회로; 를 포함하고, 상기 제1 전류는, 상기 제1 차지펌핑 속도가 상기 제2 차지펌핑 속도보다 바르도록, 상기 제2 전류보다 큰 전류인 네가티브 전압 회로가 제안된다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 서로 다른 차지펌핑 능력을 이용하여, 초기의 기동 모드에서는 상대적으로 큰 전류를 제공하고, 정상 동작모드에서는 기동 모드보다 상대적으로 작은 전류를 제공함으로써, 신속한 기동이 가능하고 정상 동작모드에서의 전류소모를 줄일 수 있고, 이에 따라 기동 모드의 시간을 짧게 하여 보다 신속하게 정상 동작모드에 도달할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네가티브 전압 회로의 일 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 네가티브 전압 회로의 일 예시도이다.
도 3은 제1 차지펌프 회로의 일 예시도이다.
도 4는 제2 차지펌프 회로의 일 예시도이다.
도 5는 동작모드 제어회로의 일 예시도이다.
도 6은 도 5의 동작모드 제어회로의 제어신호의 타이밍 챠트 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기동 모드 및 정상 동작모드 설명도이다.
도 8은 도 7의 기동 모드에 대한 네가티브 전압 회로의 동작 타이밍 챠트 예시도이다.
도 9는 도 7의 정상 동작모드에 대한 네가티브 전압 회로의 동작 타이밍 챠트 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네가티브 전압 회로의 일 적용 예시도이다.
이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네가티브 전압 회로의 일 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 네가티브 전압 회로의 일 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 네가티브 전압 회로는, 제1 차지펌프 회로(310) 및 제2 차지펌프 회로(320)를 포함할 수 있다.
상기 제1 차지펌프 회로(310)는, 기동 모드 동안에 동작하고, 제1 전류(I1)를 이용하여 제1 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성할 수 있다.
상기 제2 차지펌프 회로(320)는, 상기 기동 모드 이후의 정상 동작모드 동안에 동작하고, 상기 제1 전류(I1)와 다른 제2 전류(I2)를 이용하여 제2 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성할 수 있다.
상기 제1 전류(I1)는, 상기 제1 차지펌프 회로(310)의 제1 차지펌핑 속도가 상기 제2 차지펌프 회로(320)의 제2 차지펌핑 속도보다 빠르도록, 상기 제2 전류(I2)보다 큰 전류가 될 수 있다. 일 예로, 제1 전류(I1)가 제2 전류(I2)보다 큰 경우, 기동 모드에서 보다 고속의 충전 및 방전이 가능해질 수 있다.
또한, 상기 네가티브 전압 회로는, 전원 스위치 회로(100), 신호 스위치 회로(200), 및 출력 회로(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 스위치 회로(100)는, 상기 제1 차지펌프 회로(310)에 접속된 제1 전원단자(T11)와 상기 제2 차지펌프 회로(320)에 접속된 제2 전원단자(T12)중 하나의 전원단자와 제1 전원전압(VDD)의 단자(TC1)를 접속할 수 있다.
일 예로, 상기 전원 스위치 회로(100)는, 상기 기동 모드에서는 제1 전원전압(VDD)의 단자(TC1)를 제1 전원단자(T11)에 접속하여, 상기 제1 차지펌프 회로(310)에 상기 제1 전원전압(VDD)을 공급할 수 있다. 일 예로, 상기 전원 스위치 회로(100)는, 상기 정상 동작모드에서는 제1 전원전압(VDD)의 단자(TC1)를 제2 전원단자(T12)에 접속하여, 상기 제2 차지펌프 회로(320)에 상기 제1 전원전압(VDD)을 공급할 수 있다.
상기 신호 스위치 회로(200)는, 상기 제1 차지펌프 회로(310)에 접속된 제1 신호단자(T21)와 상기 제2 차지펌프 회로(320)에 접속된 제2 신호단자(T22)중 하나의 신호단자와 구동신호(SPWM) 단자(TC2)를 접속할 수 있다. 예를 들어, 구동신호(SPWM)는 하이레벨과 로우레벨이 반복되는 펄스 신호, PWM 신호, 또는 발진신호중 어느 하나가 될 수 있으며, 이하 본 발명의 각 실시 예에서는 설명 편의상 PWM 신호로 하여 설명한다.
일 예로, 상기 신호 스위치 회로(200)는, 상기 기동 모드에서는 구동신호(SPWM) 단자(TC2)를 제1 신호단자(T21)에 접속하여, 상기 제1 차지펌프 회로(310)에 상기 구동신호(SPWM)를 공급할 수 있다. 일 예로, 상기 신호 스위치 회로(200)는, 상기 정상 동작모드에서는 구동신호(SPWM) 단자(TC2)를 제2 신호단자(T22)에 접속하여, 상기 제2 차지펌프 회로(320)에 상기 구동신호(SPWM)를 공급할 수 있다.
상기 출력 회로(400)는, 상기 제1 차지펌프 회로(310)로부터의 네가티브 전압을 출력단자(OUT)에 전달하고, 상기 제2 차지펌프 회로(320)로부터의 네가티브 전압을 출력단자(OUT)에 전달할 수 있다.
일 예로, 상기 출력 회로(400)는, 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 포함할 수 있다.
상기 제1 다이오드(D1)는 상기 제1 차지펌프 회로(310)의 제1 출력노드(Nout1)에 접속된 캐소드 단자와 출력단자(OUT)에 접속된 애노드 단자를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 다이오드(D1)는 상기 제1 차지펌프 회로(310)로부터의 네가티브 전압을 출력단자(OUT)에 전달할 수 있다.
상기 제2 다이오드(D2)는 상기 제2 차지펌프 회로(320)의 제2 출력노드(Nout2)에 접속된 캐소드 단자와 출력단자(OUT)에 접속된 애노드 단자를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 다이오드(D2)는 상기 제2 차지펌프 회로(320)로부터의 네가티브 전압을 출력단자(OUT)에 전달할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 차지펌프 회로(310)는, 상대적으로 큰 제1 전류를 이용함에 따라 상대적으로 높은 전력(High power) 및 하이 스피드(High speed)의 차지펌프 회로가 될 수 있고, 상기 제2 차지펌프 회로(320)는 제1 전류보다 작은 제2 전류를 이용함에 따라 상대적으로 낮은 전력(Low power) 및 로우 스피드(Low speed)의 차지펌프 회로가 될 수 있다.
본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 네가티브 전압 회로는, 동작모드 제어회로(500)를 더 포함할 수 있다.
상기 동작모드 제어회로(500)는, 출력단자(OUT)의 네가티브 전압(VNEG)에 기초해 제어신호(SC)를 생성하고, 상기 제어신호(SC)를 이용하여 상기 제1 차지펌프 회로(310)가 동작하는 기동 모드에서, 상기 제2 차지펌프 회로(310)가 동작하는 정상 동작모드로의 전환을 제어할 수 있다.
일 예로, 상기 동작모드 제어회로(500)는 상기 출력단자(OUT)의 네가티브 전압(VNEG)이 기준전압보다 높을 경우에는, 처음 동작 시작시 디폴트 모드(Default mode)로 설정된 상기 기동 모드를 유지하기 위한 전압 레벨(예, Low level)을 갖는 제어신호(SC)를 생성하고, 상기 전원 스위치 회로(100), 신호 스위치 회로(200)에 출력할 수 있다.
또한, 상기 출력단자(OUT)의 네가티브 전압(VNEG)이 기준전압보다 낮을 경우에는 상기 기동 모드에서 정상 동작모드로의 모드 전환을 위한 전압 레벨(예, High level)을 갖는 제어신호(SC)를 생성하고, 상기 전원 스위치 회로(100), 신호 스위치 회로(200)에 출력할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어신호(SC)는 기동 모드를 유지하기 위해 로우의 전압 레벨을 가질 수 있고, 상기 기동 모드에서 정상 동작모드로의 모드 전환을 위해 하이의 전압 레벨을 가질 수 있으며, 이와 반대도 가능하다.
도 3은 제1 차지펌프 회로의 일 예시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 차지펌프 회로(310)는, 제1 인버터 회로(311), 제1 출력 스위치 회로(313), 및 제1 출력 커패시터 회로(315)를 포함할 수 있다.
상기 제1 인버터 회로(311)는, 상기 신호 스위치 회로(200)를 통해 입력되는 구동신호(SPWM)에 따라 상기 제1 전류(I1)를 이용하여 제1 충전동작 및 제1 방전동작을 수행할 수 있다.
상기 제1 출력 스위치 회로(313)는, 상기 구동신호(SPWM)에 따라 상기 제1 인버터 회로(311)의 제1 캡노드(N12)를, 제2 동작전압(VSS) 단자 및 상기 제1 차지펌프 회로(310)의 제1 출력노드(Nout1)중 하나에 선택적으로 연결할 수 있다.
상기 제1 출력 커패시터 회로(315)는, 상기 제1 차지펌프 회로(310)의 제1 출력노드(Nout1)와 접지 사이에 접속되어, 상기 제1 차지펌프 회로(310)의 제1 출력노드(Nout)의 네가티브 전압을 안정화 시킬 수 있다.
일 예로, 상기 제1 인버터 회로(311)는, 제1 상측 스위치 소자(MP11), 제1 하측 스위치 소자(MN11), 및 제1 충전 커패시터(C10)를 포함할 수 있다.
상기 제1 상측 스위치 소자(MP11)는 상기 전원 스위치 회로(100)의 제1 전원단자(T11)와 제1 중간노드(N11) 사이에 접속되고, 상기 구동신호(SPWM)에 따라 스위칭 동작(온상태 또는 오프상태)할 수 있다.
상기 제1 하측 스위치 소자(MN11)는, 상기 제1 중간노드(N11)와 제2 전원전압(VSS)의 단자 사이에 접속되고, 상기 구동신호(SPWM)에 따라 상기 제1 상측 스위치 소자(MP11)와 상보적으로 스위칭 동작(온상태 또는 오프상태)할 수 있다.
그리고, 상기 제1 충전 커패시터(C10)는, 상기 제1 중간노드(N11)와 상기 제1 캡노드(N12) 사이에 접속될 수 있다.
상기 제1 출력 스위치 회로(313)는, 제1 접지 스위치(MP12) 및 제1 출력 스위치(MN12)를 포함할 수 있다.
상기 제1 접지 스위치(MP12)는, 상기 제1 캡노드(N12)와 상기 제2 동작전압(VSS)의 단자 사이에 접속되어, 상기 제1 충전 동작시 온상태로 될 수 있다.
상기 제1 출력 스위치(MN12)는, 상기 제1 캡노드(N12)와 상기 출력노드(Nout) 사이에 접속되어, 상기 제1 방전 동작시 온상태로 될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 상측 스위치 소자(MP11) 및 제1 접지 스위치(MP12)가 온상태일 때 상기 제1 충전동작을 수행하고 상기 제1 하측 스위치 소자(MN11) 및 제1 출력 스위치(MN12)가 온상태일 때 상기 제1 방전동작을 수행할 수 있다.
상기 제1 출력 커패시터 회로(315)는, 제1 부하 커패시터(Cout1)를 포함할 수 있다. 상기 제1 부하 커패시터(Cout1)는, 상기 제1 출력노드(Nout1)와 접지 사이에 접속되어, 상기 제1 출력노드(Nout1)의 네가티브 전압을 안정화 시킬 수 있다.
도 4는 제2 차지펌프 회로의 일 예시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 차지펌프 회로(320)는, 제2 인버터 회로(321), 제2 출력 스위치 회로(323), 및 제2 출력 커패시터 회로(325)를 포함할 수 있다.
상기 제2 인버터 회로(321)는, 상기 신호 스위치 회로(200)를 통해 입력되는 구동신호(SPWM)에 따라 상기 제2 전류(I2)를 이용하여 제2 충전동작 및 제2 방전동작을 수행할 수 있다.
상기 제2 출력 스위치 회로(323)는, 상기 구동신호(SPWM)에 따라 상기 제2 인버터 회로(321)의 제2 캡노드(N22)를, 제2 동작전압(VSS) 단자 및 상기 제2 차지펌프 회로(320)의 제2 출력노드(Nout2)중 하나에 선택적으로 연결할 수 있다.
상기 제2 출력 커패시터 회로(325)는, 상기 제2 차지펌프 회로(320)의 제2 출력노드(Nout2)와 접지 사이에 접속되어, 상기 제2 차지펌프 회로(320)의 제2 출력노드(Nout2)의 네가티브 전압을 안정화 시킬 수 있다.
일 예로, 상기 제2 인버터 회로(321)는, 제2 상측 스위치 소자(MP21), 제2 하측 스위치 소자(MN21), 및 제2 충전 커패시터(C20)를 포함할 수 있다.
상기 제2 상측 스위치 소자(MP21)는, 상기 전원 스위치 회로(100)의 제2 전원단자(T12)와 제2 중간노드(N21) 사이에 접속되고, 상기 구동신호에 따라 스위칭 동작할 수 있다.
상기 제2 하측 스위치 소자(MN21)는, 상기 제2 중간노드(N21)와 제2 전원전압(VSS)의 단자 사이에 접속되고, 상기 구동신호(SPWM)에 따라 상기 제2 상측 스위치 소자(MP21)와 상보적으로 스위칭 동작할 수 있다.
상기 제2 충전 커패시터(C20)는, 상기 제2 중간노드(N21)와 제2 캡노드(N22) 사이에 접속될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기동 모드시에 동작하는 상기 제1 상측 스위치 소자(MP11)는, 정상 동작모드시에 동작하는 상기 제2 상측 스위치 소자(MP21) 보다 큰 사이즈로 이루어질 수 있고, 기동 모드시에 동작하는 상기 제1 하측 스위치 소자(MN1)는, 정상 동작모드시에 동작하는 상기 제2 하측 스위치 소자(MN21) 보다 큰 사이즈로 이루어질 수 있다.
상기 제2 출력 스위치 회로(323)는, 제2 접지 스위치(MP22) 및 제2 출력 스위치(MN22)를 포함할 수 있다.
상기 제2 접지 스위치(MP22)는, 상기 제2 캡노드(N22)와 상기 제2 동작전압(VSS)의 단자 사이에 접속되어, 상기 제2 충전 동작시 온상태로 될 수 있다.
상기 제2 출력 스위치(MN22)는, 상기 제2 캡노드(N22)와 상기 출력노드(Nout) 사이에 접속되어, 상기 제2 방전 동작시 온상태로 될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 상측 스위치 소자(MP21) 및 제2 접지 스위치(MP22)가 온상태일 때 상기 제2 충전동작을 수행하고 상기 제2 하측 스위치 소자(MN21) 및 제2 출력 스위치(MN22)가 온상태일 때 상기 제2 방전동작을 수행할 수 있다.
상기 제2 출력 커패시터 회로(325)는, 제2 부하 커패시터(Cout2)를 포함할 수 있다. 상기 제2 부하 커패시터(Cout2)는, 상기 제2 출력노드(Nout2)와 접지 사이에 접속되어, 상기 제2 출력노드(Nout2)의 네가티브 전압을 안정화 시킬 수 있다.
도 3 및 도 4에서, 예를 들어, 상기 제1 및 제2 상측 스위치 소자(MP11,MP21), 상기 제1 및 제2 접지 스위치(MP12,MP22)는 PMOS 트랜지스터일 수 있고, 상기 제1 및 제2 하측 스위치 소자(MN11,MN21), 상기 제1 및 제2 출력 스위치(MN12,MN22)는 NMOS 트랜지스터일 수 있다.
다른 일 예로, 제1 및 제2 출력 스위치(MN12,MN22) 및 제1 및 제2 접지 스위치(MP12,MP22) 각각은, MOS 트랜지스터 대신에 다이오드를 포함할 수 있다.
도 5는 동작모드 제어회로의 일 예시도이고, 도 6은 도 5의 동작모드 제어회로의 제어신호의 타이밍 챠트 예시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 일 예로, 상기 동작모드 제어회로(500)는, 비교회로(510)를 포함할 수 있다.
상기 비교회로(510)는, 상기 네가티브 전압이 상기 제1 기준전압((Vref1)) 이상이면, 상기 기동 모드에서 상기 정상 동작모드로의 전환 제어를 위해, 로우레벨에서 하이레벨로 천이되는 제어신호를 출력할 수 있다. 또는, 상기 비교회로(510)는, 상기 네가티브 전압이 상기 제2 기준전압((Vref2)) 이하이면, 하이레벨에서 로우레벨로 천이되는 제어신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 기준전압(Vref1)은 상기 제2 기준전압(Vref2)보다 높은 전압이 될 수 있다.
일 예로, 상기 제1 제어신호(SC1)가 로우레벨에서 하이레벨로의 천이는 제1 기준전압(Vref1)에 기초하고, 상기 제1 제어신호(SC1)가 하이레벨에서 로우레벨로의 천이는 제2 기준전압(Vref2)에 기초함에 따라, 상기 비교회로(251)는 히스테리시스 비교기가 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기동 모드 및 정상 동작모드 설명도이다.
도 7을 참조라면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 네가티브 전압 회로는 구동초기에는 기동 모드를 수행하고, 이후 정상 동작모드를 수행할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 기동 모드는 네가티브 전압(VNEG)이 제1 기준전압(Vref1)보다 낮은 경우에 수행되는 모드이고, 상기 정상 동작모드는 네가티브 전압(VNEG)이 제1 기준전압(Vref1)보다 높은 경우에 수행되는 모드이다.
도 8은 도 7의 기동 모드에 대한 네가티브 전압 회로의 동작 타이밍 챠트 예시도이고, 도 9는 도 7의 정상 동작모드에 대한 네가티브 전압 회로의 동작 타이밍 챠트 예시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하여 기동 모드에 대한 네가티브 전압 회로의 동작을 설명한다.
일 예로, 상기 구동신호(SPWM)는 하이레벨과 로우레벨을 반복하는 구형파(square wave)가 될 수 있다, 상기 제1 상측 스위치 소자(MP11) 및 제1 하측 스위치 소자(MN11)는 상기 구동신호(SPWM)에 따라 온(ON)상태 및 오프(OFF) 상태를 반복할 수 있다.
상기 제1 충전 커패시터(C10)의 좌측 전압(C10(L))(중간노드(Nm)측)은, 일 예로, 충전동작시는 영전압(0V)에서 2.5V로 상승하고, 방전동작시에는 1.5V에서 영전압(OV)으로 하강할 수 있다. 일 예로, 상대적으로 큰 제1 전류(I1)에 의해 짧은 시간에 0V에서 +2.5V까지 충전이 가능하다.
또한, 상기 제1 충전 커패시터(C10)의 우측 전압(C10(R))(출력노드(No)측)은, 일 예로, 충전동작시는 -.2.5V에서 0V로 상승하고, 방전동작시에는 0V에서 -2.5V으로 하강할 수 있다. 일 예로, 상대적으로 큰 제3 전류(I3)에 의해 짧은 시간에 +2.5VD에서 0V까지 방전이 가능하다.
상기 제1 출력 스위치(MN12)는, 상기 PWM신호(SPWM)에 따라 상기 WP1 충전동작시는 오프상태(분리)로 되고, 상기 WP1 방전 동작시는 온상태(연결)가 될 수 있다. 상기 제1 접지 스위치(MP12)는, 상기 PWM신호(SPWM)에 따라 상기 제1 충전동작시는 온상태(접지)로 되고, 상기 제1 방전 동작시는 오프상태(분리)가 될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 부하 커패시터(Cout1)의 전압은 0V에서 -2.5V인 네가티브 전압으로 신속하게 변환될 수 있다.
도 9를 참조하는 정상 동작모드에 대한 네가티브 전압 회로의 동작은, 도 8을 참조한 동작 설명과 하기 차이점을 제외하고는 동일하다.
도 8 및 도 9와의 차이점을 보면, 기동 모드에서의 제1 충전 커패시터(C10)의 좌측 전압(C10(L) 및 제1 충전 커패시터(C10)의 우측 전압(C10(R)) 각각의 상승 속도가, 정상 동작모드에서의 제2 충전 커패시터(C20)의 좌측 전압(C20(L) 및 충전 커패시터(C20)의 우측 전압(C20(R)) 각각의 상승 속도에 비해 고속(예, 2배 고속)임을 알 수 있다.
또한, 기동 모드에서의 제1 충전 커패시터(C10)의 좌측 전압(C10(L) 및 충전 커패시터(C10)의 우측 전압(C10(R)) 각각의 하강 속도가, 정상 동작모드에서의 제2 충전 커패시터(C20)의 좌측 전압(C20(L) 및 제2 충전 커패시터(C20)의 우측 전압(C20(R)) 각각의 하강 속도에 비해 고속(예, 2배 고속)임을 알 수 있다.
이에 따라, 기동 모드에서 출력단자의 전압이 보다 신속하게 네가티브 전압에 도달 할 수 있고, 이후 정상 동작모드가 수행되어 네가티브 전압이 유지될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네가티브 전압 회로의 일 적용 예시도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 네가티브 전압 회로(200)는 고주파 스위치 장치(10)에 적용될 수 있다.
상기 고주파 스위치 장치(10)는 고주파 신호를 스위칭할 수 있는 고주파 스위치 회로(12), 파지티브 전압(VPOS) 및 네가티브 전압(VNEG)의 공급을 제어하는 제어회로(14), 상기 파지티브 전압(VPOS)을 생성하는 파지티브 전압회로(16) 및 본 발명에 따른 네가티브 전압 회로(18)를 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 네가티브 전압 회로(18)가 적용되는 하나의 예시에 불과하고, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
100: 전원 스위치 회로
200: 신호 스위치 회로
310: 제1 차지펌프 회로
311: 제1 인버터 회로
313: 제1 출력 스위치 회로
315: 제1 출력 커패시터 회로
320: 제2 차지펌프 회로
321: 제2 인버터 회로
323: 제2 출력 스위치 회로
325: 제2 출력 커패시터 회로
400: 출력 회로
500: 동작모드 제어회로
MP11: 제1 상측 스위치 소자
MN11: 제1 하측 스위치 소자
MP12: 제1 접지 스위치
MN12: 제1 출력 스위치
C10: 제1 충전 커패시터
MP21: 제2 상측 스위치 소자
MN21: 제2 하측 스위치 소자
MP22: 제2 접지 스위치
MN22: 제2 출력 스위치
C20: 제2 충전 커패시터
Cout1: 제1 부하 커패시터
Cout2: 제2 부하 커패시터

Claims (16)

  1. 기동 모드 동안에 동작하고, 제1 전류를 이용하여 제1 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성하는 제1 차지펌프 회로;
    상기 기동 모드 이후의 정상 동작모드 동안에 동작하고, 제2 전류를 이용하여 제2 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성하는 제2 차지펌프 회로;
    상기 제1 차지펌프 회로에 접속된 제1 전원단자와 상기 제2 차지펌프 회로에 접속된 제2 전원단자 중 하나의 전원단자와 제1 전원전압의 단자를 접속하는 전원 스위치 회로; 및
    상기 제1 차지펌프 회로에 접속된 제1 신호단자와 상기 제2 차지펌프 회로에 접속된 제2 신호단자 중 하나의 신호단자와 구동신호 단자를 접속하는 신호 스위치 회로;
    를 포함하고,
    상기 제1 전류는, 상기 제1 차지펌핑 속도가 상기 제2 차지펌핑 속도보다 빠르도록, 상기 제2 전류보다 큰
    네가티브 전압 회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 차지펌프 회로는,
    상기 신호 스위치 회로를 통해 입력되는 구동신호에 따라 상기 제1 전류를 이용하여 제1 충전동작 및 제1 방전동작을 수행하는 제1 인버터 회로;
    상기 구동신호에 따라 상기 제1 인버터 회로의 제1 캡노드를, 제2 동작전압 단자 및 상기 제1 차지펌프 회로의 제1 출력노드중 하나에 선택적으로 연결하는 제1 출력 스위치 회로; 및
    상기 제1 차지펌프 회로의 제1 출력노드와 접지 사이에 접속되어, 상기 제1 차지펌프 회로의 제1 출력노드의 네가티브 전압을 안정화 시키는 제1 출력 커패시터 회로;
    를 포함하는 네가티브 전압 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 차지펌프 회로는
    상기 신호 스위치 회로를 통해 입력되는 구동신호에 따라 상기 제2 전류를 이용하여 제2 충전동작 및 제2 방전동작을 수행하는 제2 인버터 회로;
    상기 구동신호에 따라 상기 제2 인버터 회로의 제2 캡노드를, 제2 동작전압 단자 및 상기 제2 차지펌프 회로의 제2 출력노드중 하나에 선택적으로 연결하는 제2 출력 스위치 회로; 및
    상기 제2 차지펌프 회로의 제2 출력노드와 접지 사이에 접속되어, 상기 제2 차지펌프 회로의 제2 출력노드의 네가티브 전압을 안정화 시키는 제2 출력 커패시터 회로;
    를 포함하는 네가티브 전압 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 인버터 회로는,
    상기 전원 스위치 회로의 제1 전원단자와 제1 중간노드 사이에 접속되고, 상기 구동신호에 따라 스위칭 동작하는 제1 상측 스위치 소자;
    상기 제1 중간노드와 제2 전원전압의 단자 사이에 접속되고, 상기 구동신호에 따라 상기 제1 상측 스위치 소자와 상보적으로 스위칭 동작하는 제1 하측 스위치 소자; 및
    상기 제1 중간노드와 상기 제1 캡노드 사이에 접속되고, 상기 제1 상측 스위치 소자가 온상태일 때 상기 제1 충전동작을 수행하고 상기 제1 하측 스위치 소자가 온상태일 때 상기 제1 방전동작을 수행하는 제1 충전 커패시터; 를 포함하고,
    상기 제2 인버터 회로는,
    상기 전원 스위치 회로의 제2 전원단자와 제2 중간노드 사이에 접속되고, 상기 구동신호에 따라 스위칭 동작하는 제2 상측 스위치 소자;
    상기 제2 중간노드와 제2 전원전압의 단자 사이에 접속되고, 상기 구동신호에 따라 상기 제2 상측 스위치 소자와 상보적으로 스위칭 동작하는 제2 하측 스위치 소자; 및
    상기 제2 중간노드와 제2 캡노드 사이에 접속되고, 상기 제2 상측 스위치 소자가 온상태일 때 상기 제2 충전동작을 수행하고 상기 제2 하측 스위치 소자가 온상태일 때 상기 제2 방전동작을 수행하는 제2 충전 커패시터; 를 포함하고,
    상기 제1 상측 스위치 소자는, 상기 제2 상측 스위치 소자 보다 큰 사이즈로 이루어지고,
    상기 제1 하측 스위치 소자는, 상기 제2 하측 스위치 소자 보다 큰 사이즈로 이루어지는
    네가티브 전압 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 출력 스위치 회로는,
    상기 제1 캡노드와 상기 제2 동작전압의 단자 사이에 접속되어, 상기 제1 충전 동작시 온상태로 되는 제1 접지 스위치;
    상기 제1 캡노드와 상기 제1 출력노드 사이에 접속되어, 상기 제1 방전 동작시 온상태로 되는 제1 출력 스위치; 를 포함하고,
    상기 제2 출력 스위치 회로는,
    상기 제2 캡노드와 상기 제2 동작전압의 단자 사이에 접속되어, 상기 제2 충전 동작시 온상태로 되는 제2 접지 스위치;
    상기 제2 캡노드와 상기 제2 출력노드 사이에 접속되어, 상기 제2 방전 동작시 온상태로 되는 제2 출력 스위치; 를 포함하는
    네가티브 전압 회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 출력 커패시터 회로는,
    상기 제1 출력노드와 접지 사이에 접속되어, 상기 제1 출력노드의 네가티브 전압을 안정화 시키는 제1 부하 커패시터; 를 포함하고,
    상기 제2 출력 커패시터 회로는,
    상기 제2 출력노드와 접지 사이에 접속되어, 상기 제2 출력노드의 네가티브 전압을 안정화 시키는 제2 부하 커패시터; 를 포함하는
    네가티브 전압 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 상측 스위치 소자, 상기 제1 및 제2 접지 스위치는 PMOS 트랜지스터이고,
    상기 제1 및 제2 하측 스위치 소자, 상기 제1 및 제2 출력 스위치는 NMOS 트랜지스터인
    네가티브 전압 회로.
  9. 기동 모드 동안에 동작하고, 제1 전류를 이용하여 제1 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성하는 제1 차지펌프 회로;
    상기 기동 모드 이후의 정상 동작모드 동안에 동작하고, 제2 전류를 이용하여 제2 차지펌핑을 수행하여 네가티브 전압을 생성하는 제2 차지펌프 회로; 및
    출력단자의 네가티브 전압에 기초해, 상기 제1 차지펌프 회로가 동작하는 기동 모드에서, 상기 제2 차지펌프 회로가 동작하는 정상 동작모드로의 전환을 제어하는 동작모드 제어회로; 및
    상기 동작모드 제어회로의 제어에 따라, 상기 제1 차지펌프 회로에 접속된 제1 전원단자와 상기 제2 차지펌프 회로에 접속된 제2 전원단자 중 하나의 전원단자와 제1 전원전압의 단자를 접속하는 전원 스위치 회로;
    를 포함하고,
    상기 제1 전류는, 상기 제1 차지펌핑 속도가 상기 제2 차지펌핑 속도보다 빠르도록, 상기 제2 전류보다 큰
    네가티브 전압 회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 동작모드 제어회로의 제어에 따라, 상기 제1 차지펌프 회로에 접속된 제1 신호단자와 상기 제2 차지펌프 회로에 접속된 제2 신호단자 중 하나의 신호단자와 구동신호 단자를 접속하는 신호 스위치 회로; 및
    상기 제1 차지펌프 회로로부터의 네가티브 전압을 출력단자에 전달하고, 상기 제2 차지펌프 회로로부터의 네가티브 전압을 출력단자에 전달하는 출력 회로;
    를 더 포함하는 네가티브 전압 회로.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 차지펌프 회로는,
    상기 신호 스위치 회로를 통해 입력되는 구동신호에 따라 상기 제1 전류를 이용하여 제1 충전동작 및 제1 방전동작을 수행하는 제1 인버터 회로;
    상기 구동신호에 따라 상기 제1 인버터 회로의 제1 캡노드를, 제2 동작전압 단자 및 상기 제1 차지펌프 회로의 제1 출력노드중 하나에 선택적으로 연결하는 제1 출력 스위치 회로; 및
    상기 제1 차지펌프 회로의 제1 출력노드와 접지 사이에 접속되어, 상기 제1 차지펌프 회로의 제1 출력노드의 네가티브 전압을 안정화 시키는 제1 출력 커패시터 회로;
    를 포함하는 네가티브 전압 회로.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 차지펌프 회로는
    상기 신호 스위치 회로를 통해 입력되는 구동신호에 따라 상기 제2 전류를 이용하여 제2 충전동작 및 제2 방전동작을 수행하는 제2 인버터 회로;
    상기 구동신호에 따라 상기 제2 인버터 회로의 제2 캡노드를, 제2 동작전압 단자 및 상기 제2 차지펌프 회로의 제2 출력노드중 하나에 선택적으로 연결하는 제2 출력 스위치 회로; 및
    상기 제2 차지펌프 회로의 제2 출력노드와 접지 사이에 접속되어, 상기 제2 차지펌프 회로의 제2 출력노드의 네가티브 전압을 안정화 시키는 제2 출력 커패시터 회로;
    를 포함하는 네가티브 전압 회로.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 인버터 회로는,
    상기 전원 스위치 회로의 제1 전원단자와 제1 중간노드 사이에 접속되고, 상기 구동신호에 따라 스위칭 동작하는 제1 상측 스위치 소자;
    상기 제1 중간노드와 제2 전원전압의 단자 사이에 접속되고, 상기 구동신호에 따라 상기 제1 상측 스위치 소자와 상보적으로 스위칭 동작하는 제1 하측 스위치 소자; 및
    상기 제1 중간노드와 상기 제1 캡노드 사이에 접속되고, 상기 제1 상측 스위치 소자가 온상태일 때 상기 제1 충전동작을 수행하고 상기 제1 하측 스위치 소자가 온상태일 때 상기 제1 방전동작을 수행하는 제1 충전 커패시터; 를 포함하고,
    상기 제2 인버터 회로는,
    상기 전원 스위치 회로의 제2 전원단자와 제2 중간노드 사이에 접속되고, 상기 구동신호에 따라 스위칭 동작하는 제2 상측 스위치 소자;
    상기 제2 중간노드와 제2 전원전압의 단자 사이에 접속되고, 상기 구동신호에 따라 상기 제2 상측 스위치 소자와 상보적으로 스위칭 동작하는 제2 하측 스위치 소자; 및
    상기 제2 중간노드와 제2 캡노드 사이에 접속되고, 상기 제2 상측 스위치 소자가 온상태일 때 상기 제2 충전동작을 수행하고 상기 제2 하측 스위치 소자가 온상태일 때 상기 제2 방전동작을 수행하는 제2 충전 커패시터; 를 포함하고,
    상기 제1 상측 스위치 소자는, 상기 제2 상측 스위치 소자 보다 큰 사이즈로 이루어지고,
    상기 제1 하측 스위치 소자는, 상기 제2 하측 스위치 소자 보다 큰 사이즈로 이루어지는
    네가티브 전압 회로.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 출력 스위치 회로는,
    상기 제1 캡노드와 상기 제2 동작전압의 단자 사이에 접속되어, 상기 제1 충전 동작시 온상태로 되는 제1 접지 스위치;
    상기 제1 캡노드와 상기 제1 출력노드 사이에 접속되어, 상기 제1 방전 동작시 온상태로 되는 제1 출력 스위치; 를 포함하고,
    상기 제2 출력 스위치 회로는,
    상기 제2 캡노드와 상기 제2 동작전압의 단자 사이에 접속되어, 상기 제2 충전 동작시 온상태로 되는 제2 접지 스위치;
    상기 제2 캡노드와 상기 제2 출력노드 사이에 접속되어, 상기 제2 방전 동작시 온상태로 되는 제2 출력 스위치; 를 포함하는
    네가티브 전압 회로.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 출력 커패시터 회로는,
    상기 제1 출력노드와 접지 사이에 접속되어, 상기 제1 출력노드의 네가티브 전압을 안정화 시키는 제1 부하 커패시터; 를 포함하고,
    상기 제2 출력 커패시터 회로는,
    상기 제2 출력노드와 접지 사이에 접속되어, 상기 제2 출력노드의 네가티브 전압을 안정화 시키는 제2 부하 커패시터; 를 포함하는
    네가티브 전압 회로.
  16. 제15항에 있어서, 상기 동작모드 제어회로는,
    상기 기동 모드에서 상기 정상 동작모드로의 전환 제어를 위한 제어신호가 로우레벨에서 상기 네가티브 전압이 제1 기준전압 이상이면 하이레벨로 천이되고, 하이레벨에서 상기 네가티브 전압이 제2 기준전압 이하이면 로우레벨로 천이되는 제어신호를 생성하는 비교회로; 를 포함하는
    네가티브 전압 회로.
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