KR19980022291A - Internal voltage converter of semiconductor memory device and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기 및 그 구동 방법에 관해 게시한다. 본 발명은 대기 상태시 필요한 대기 전압을 발생하는 대기 전압 발생부와, 독출 또는 기입시 필요한 활성 전압을 발생시키는 다수개의 활성 전압 발생부를 갖는 반도체 메모리 장치에 있어서, 상기 다수개의 활성 전압 발생부는 특정 모드시 선택적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기로 구성함으로써 반도체 메모리 장치의 전력 소모는 감소된다.The present invention relates to an internal voltage converter of a semiconductor memory device and a method of driving the same. The present invention provides a semiconductor memory device having a standby voltage generator for generating a standby voltage required in a standby state and a plurality of active voltage generators for generating an active voltage required for reading or writing. The power consumption of the semiconductor memory device is reduced by configuring the internal voltage converter of the semiconductor memory device.
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 특히 셀프 리프레쉬 모드(self refresh mode)시 전력 소모를 감소시키기 위한 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기 및 그 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an internal voltage converter of a semiconductor memory device and a driving method thereof, and more particularly, to an internal voltage converter and a driving method thereof of a semiconductor memory device for reducing power consumption in a self refresh mode.
메모리 용량이 증가하면서 반도체 메모리 장치의 내부 소자들의 내압이 계속 저하되어왔다. 따라서 저용량의 반도체 메모리 장치에서 사용하던 5볼트 전원을 사용할 수가 없게 되었다. 왜냐하면 내부 소자들의 내압이 낮아서 5볼트를 견딜 수가 없기 때문이다. 이와같은 문제를 해결하기 위해서는 전원을 낮추는 수밖에 없었다. 디램(DRAM) 생산자의 입장에서는 트랜지스터의 미세화 진척에 따라 세대별로 외부 전원을 변화시키는 편이 소비 전력을 저감시킬 수 있고, 신뢰성을 확보해 갈 수 있으면서도 미세 트랜지스터의 성능을 이용할 수 있는 길이었다. 그러나 사용자의 입장에서 보면 이는 현실적인 대안이 아니며 적어도 2~3세대 동안은 외부 전원을 일정하게 가져 가고 싶어하는 것은 당연한 요구일 것이다. 특히 LSI(Large Scale Integrated Circuit)에서는 그러한 요구가 무척 강하리라는 것을 쉽게 예상할 수 있다. 이것을 해결하는 방법이 바로 내부 전압 변환기를 사용하는 것이다. 내부 전압 변환기란 일정한 외부 전원을 입력으로하여 트랜지스터의 내압에 알맞도록 강압시키는 회로를 말한다. 그러나 메모리 용량이 계속 증가하고 집적도가 높아지면서 안정된 내부 전압을 공급할 수 있는 내부 전압 변환기가 요구되고 있다.As the memory capacity increases, the breakdown voltages of the internal devices of the semiconductor memory device continue to decrease. As a result, the 5-volt power supply used in the low-capacity semiconductor memory device cannot be used. This is because the internal voltages of the internal devices are low to withstand 5 volts. In order to solve this problem, the only option was to lower the power. For DRAM producers, changing the external power supply for each generation according to the progress of transistor miniaturization can reduce power consumption and ensure reliability while still utilizing the performance of microtransistors. From the user's point of view, however, this is not a realistic alternative and it would be natural to want to have a constant external power supply for at least two or three generations. In large scale integrated circuits (LSIs), one can easily anticipate that demand will be very strong. The solution is to use an internal voltage converter. The internal voltage converter refers to a circuit for stepping down to match the breakdown voltage of a transistor by inputting a constant external power source. However, as memory capacities continue to increase and density increases, there is a need for an internal voltage converter capable of supplying a stable internal voltage.
도 1은 종래의 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기의 회로도이다. 도 1에 도시된 회로의 구조를 살펴보기로 한다. 기준 전압인 VCC_REF를 반전 입력으로 하는 제1 비교기(11), 제2 비교기(13), 제3 비교기(15), 제4 비교기(17) 및 제5 비교기(19)가 있고, 상기 다섯 개의 비교기들(11,13,15,17,19)의 각 출력단에 제1 PMOS트랜지스터(21), 제2 PMOS트랜지스터(23), 제3 PMOS트랜지스터(25), 제4 PMOS트랜지스터(27), 및 제5 PMOS트랜지스터(29)가 각각 연결되어있다. 상기 제1 PMOS트랜지스터(21)의 드레인에는 반도체 메모리 장치의 대기 상태(stand-by)시 제공되는 전압인 STB_IVC 신호가 연결되고, 상기 제2 PMOS트랜지스터(23)의 드레인에는 반도체 메모리 장치가 활성화될 때 제공되는 전압인 ACT_IVC1이, 제3 PMOS트랜지스터(25)의 드레인에는 ACT_IVC2가, 제4 PMOS트랜지스터(27)의 드레인에는 ACT_IVC3이, 제5 PMOS트랜지스터(29)의 드레인에는 ACT_IVC4가, 각각 연결되어있다.1 is a circuit diagram of an internal voltage converter of a conventional semiconductor memory device. The structure of the circuit shown in FIG. 1 will be described. There are a first comparator 11, a second comparator 13, a third comparator 15, a fourth comparator 17, and a fifth comparator 19 having the reference voltage VCC_REF as an inverting input. The first PMOS transistor 21, the second PMOS transistor 23, the third PMOS transistor 25, the fourth PMOS transistor 27, and the first output terminal of each of the fields 11, 13, 15, 17, and 19. 5 PMOS transistors 29 are connected respectively. The drain of the first PMOS transistor 21 is connected to the STB_IVC signal, which is a voltage provided during the standby state of the semiconductor memory device, and the semiconductor memory device is activated to the drain of the second PMOS transistor 23. ACT_IVC1, the voltage provided at the time, ACT_IVC2 at the drain of the third PMOS transistor 25, ACT_IVC3 at the drain of the fourth PMOS transistor 27, and ACT_IVC4 at the drain of the fifth PMOS transistor 29, respectively. have.
그리고 상기 제2 비교기(13), 제3 비교기(15), 제4 비교기(17), 및 제5 비교기(19)의 제어단에는 PIACT 신호가 연결되어있어서 상기 4개의 비교기들(13,15,17,19)의 동작 상태를 제어한다. 즉, PIACT가 논리 하이 레벨(logic high level)이면 제2 비교기(13), 제3 비교기(15), 제4 비교기(17), 및 제5 비교기(19)는 각각의 비반전 입력단에 인가되는 전압에 의해 동작하고, PIACT가 논리 로우 레벨(logic low level)이면 제2 비교기(13), 제3 비교기(15), 제4 비교기(17), 및 제5 비교기(19)는 각 입력단에 인가되는 전압에 관계없이 동작하지 않게된다.In addition, a PIACT signal is connected to the control terminals of the second comparator 13, the third comparator 15, the fourth comparator 17, and the fifth comparator 19, so that the four comparators 13, 15, 17, 19) to control the operating state. That is, when PIACT is a logic high level, the second comparator 13, the third comparator 15, the fourth comparator 17, and the fifth comparator 19 are applied to each non-inverting input terminal. The second comparator 13, the third comparator 15, the fourth comparator 17, and the fifth comparator 19 are applied to each input terminal when the voltage is operated and the PIACT is a logic low level. It will not work regardless of the voltage.
도 1에 도시된 회로의 동작을 설명하기로 한다. 먼저, 반도체 메모리 장치의 대기 상태에서는 제1 비교기(11)에 연결된 STB_IVC가 내부 전압 변환기(10)의 출력이 된다. STB_IVC가 VCC_REF보다 높으면 제1 비교기(11)의 출력이 +Vcc가 되어 제1 PMOS트랜지스터(21)는 불통된다. 제1 PMOS트랜지스터(21)가 불통됨으로 인하여 외부 전원인 VCCext가 공급되지 않게 되어 STB_IVC는 강압된다. 그러다가 STB_IVC가 VCC_REF보다 낮아지면 제1 비교기(11)의 출력은 -Vcc가 되므로 제1 PMOS트랜지스터(21)는 도통한다. 그러면 VCCext가 공급되어 STB_IVC는 다시 승압된다. 이와 같은 강압과 승압을 반복하면서 STB_IVC는 일정한 전압으로서 출력된다. 여기서 대기 상태에서는 전력 소모를 감소시켜야 하므로 STB_IVC는 낮은 전압으로 출력되도록 설정한다.The operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described. First, in the standby state of the semiconductor memory device, STB_IVC connected to the first comparator 11 becomes the output of the internal voltage converter 10. If the STB_IVC is higher than VCC_REF, the output of the first comparator 11 becomes + Vcc, and the first PMOS transistor 21 is turned off. Since the first PMOS transistor 21 is unsuccessful, VCCext, which is an external power source, is not supplied, so that STB_IVC is stepped down. Then, when STB_IVC is lower than VCC_REF, the output of the first comparator 11 becomes -Vcc, so the first PMOS transistor 21 is conductive. VCCext is then supplied and STB_IVC is boosted again. STB_IVC is output as a constant voltage while repeating such step-down and step-up. Here, STB_IVC is set to output at a low voltage because power consumption must be reduced in the standby state.
그러다가 반도체 메모리 장치가 활성화 모드로 진입하면 활성화 모드 신호인 PIACT가 인에이블(enable)되어 제2 비교기(13), 제3 비교기(15), 제4 비교기(17), 및 제5 비교기(19)를 동작 대기 상태로 만든다. 따라서 ACT_IVC1, ACT_IVC2, ACT_IVC3, 및 ACT_IVC4가 내부 전압 변환기(10)의 출력이 된다. 만일 ACT_IVC1이 VCC_REF보다 높아지면 제2 비교기(13)의 출력이 +Vcc가 되어 제2 PMOS트랜지스터(23)는 불통된다. 제2 PMOS트랜지스터(23)가 불통됨으로 인하여 외부 전원인 VCCext가 공급되지 않게 되어 ACT_IVC1은 강압된다.Then, when the semiconductor memory device enters the activation mode, the activation mode signal PIACT is enabled to enable the second comparator 13, the third comparator 15, the fourth comparator 17, and the fifth comparator 19. Puts the unit into a standby state. Therefore, ACT_IVC1, ACT_IVC2, ACT_IVC3, and ACT_IVC4 become the outputs of the internal voltage converter 10. If ACT_IVC1 is higher than VCC_REF, the output of the second comparator 13 becomes + Vcc, so that the second PMOS transistor 23 is turned off. Since the second PMOS transistor 23 is unsuccessful, VCCext, which is an external power source, is not supplied, so the ACT_IVC1 is stepped down.
그러다가 ACT_IVC1이 VCC_REF보다 낮아지면 제2 비교기(13)의 출력은 -Vcc가 되므로 제2 PMOS트랜지스터(23)는 도통한다. 그래서 VCCext가 공급되어 ACT_IVC1은 다시 승압된다. 이와 같이 강압과 승압을 반복함에 따라 ACT_IVC1은 일정한 전압을 유지하게 된다. ACT_IVC2, ACT_IVC3, 및 ACT_IVC도 상기 ACT_IVC1과 동일하게 동작한다. 상기 ACT_IVC1, ACT_IVC2, ACT_IVC3, ACT_IVC4는 내부 전압 변환기(10)에 연결되는 반도체 소자들을 구동시키기에 충분한 전압이 되도록 설정해야 한다.Then, when ACT_IVC1 is lower than VCC_REF, the output of the second comparator 13 becomes -Vcc, so the second PMOS transistor 23 is conductive. So VCCext is supplied and ACT_IVC1 is boosted again. As the step-down and step-up are repeated, ACT_IVC1 maintains a constant voltage. ACT_IVC2, ACT_IVC3, and ACT_IVC also operate in the same manner as ACT_IVC1. The ACT_IVC1, ACT_IVC2, ACT_IVC3, and ACT_IVC4 should be set to have sufficient voltage to drive the semiconductor devices connected to the internal voltage converter 10.
여기서, 상기 활성화 모드시 제2 비교기(13), 제3 비교기(15), 제4 비교기(17) 및 제5 비교기(19)는 항상 동작 상태가 되어 내부 전압 변환기(10)에 연결되는 회로의 동작 상태에 관계없이 일정한 전력을 소모하게 된다. 그런데 활성화 모드 중에서 전력 소모를 감소시키기 위한 셀프 리프레쉬 모드가 있다. 이것은 전력 소모를 감소시키기 위한 모드이지만 셀프 리프레쉬 모드에서도 상기 제2 비교기(13), 제3 비교기(15), 제4 비교기(17) 및 제5 비교기(19)와 제2 PMOS트랜지스터(23), 제3 PMOS트랜지스터(25), 제4 PMOS트랜지스터(27), 및 제5 PMOS트랜지스터(29)는 계속 동작 상태이므로 이로 인하여 전력이 불필요하게 소모된다.Here, in the activation mode, the second comparator 13, the third comparator 15, the fourth comparator 17 and the fifth comparator 19 are always in an operating state and are connected to the internal voltage converter 10. It consumes a certain amount of power regardless of the operating state. However, there is a self refresh mode to reduce power consumption among the activation modes. This mode is for reducing power consumption, but also in the self refresh mode, the second comparator 13, the third comparator 15, the fourth comparator 17, the fifth comparator 19 and the second PMOS transistor 23, Since the third PMOS transistor 25, the fourth PMOS transistor 27, and the fifth PMOS transistor 29 continue to operate, power is unnecessarily consumed.
상술한 바와 같이 종래 기술에 따르면, 전력 소모를 감소시키기 위한 셀프 리프레쉬 모드에서도 제2 비교기(13), 제3 비교기(15), 제4 비교기(17), 및 제5 비교기(19)와 제2 PMOS트랜지스터(23), 제3 PMOS트랜지스터(25), 제4 PMOS트랜지스터(27), 및 제5 PMOS트랜지스터(29)가 계속 동작함으로 인하여 불필요한 전력 소모가 발생하여 저전력용 반도체 메모리 장치를 설계하는데 있어서 장애 요소가 된다.As described above, according to the related art, the second comparator 13, the third comparator 15, the fourth comparator 17, and the fifth comparator 19 and the second comparator in the self-refresh mode to reduce power consumption. Since the PMOS transistor 23, the third PMOS transistor 25, the fourth PMOS transistor 27, and the fifth PMOS transistor 29 continue to operate, unnecessary power consumption is generated, and therefore, in designing a low power semiconductor memory device. It becomes an obstacle.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 특정 모드시 전력 소모를 감소시킬 수 있는 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기를 제공하는데 있다.Accordingly, an aspect of the present invention is to provide an internal voltage converter of a semiconductor memory device capable of reducing power consumption in a specific mode.
본 발명이 이루고자 하는 다른 과제는 특정 모드시 전력 소모를 감소시킬 수 있는 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기의 구동 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of driving an internal voltage converter of a semiconductor memory device capable of reducing power consumption in a specific mode.
도 1은 종래의 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기의 개략도1 is a schematic diagram of an internal voltage converter of a conventional semiconductor memory device
도 2는 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기의 개략도2 is a schematic diagram of an internal voltage converter of a semiconductor memory device according to the present invention;
도 3은 상기 도 2에 도시된 비교기의 구체 회로도3 is a detailed circuit diagram of the comparator illustrated in FIG. 2.
도 4는 상기 도 2에 이용되는 신호들의 타이밍도4 is a timing diagram of signals used in FIG.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 대기 상태시 필요한 대기 전압을 발생하는 대기 전압 발생부와, 독출 또는 기입시 필요한 활성 전압을 발생시키는 다수개의 활성 전압 발생부를 갖는 반도체 메모리 장치에 있어서, 상기 다수개의 활성 전압 발생부는 특정 모드시 선택적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention provides a semiconductor memory device having a standby voltage generator for generating a standby voltage required in a standby state and a plurality of active voltage generators for generating an active voltage required for reading or writing. The four active voltage generators provide an internal voltage converter of the semiconductor memory device, which is selectively operated in a specific mode.
바람직하기는, 상기 특정 모드는 셀프 리프레쉬 모드이다.Preferably, the specific mode is a self refresh mode.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명은 또한, 기준 전압을 하나의 입력으로 하는 제1 비교기, 제2 비교기, 제3 비교기, 제4 비교기 및 제5 비교기와, 상기 제1 비교기, 제2 비교기, 제3 비교기, 제4 비교기 및 제5 비교기의 각 출력단에 게이트들이 각각 연결되고 소오스들은 외부 전원에 연결되며 드레인들은 상기 제1 비교기, 제2 비교기, 제3 비교기, 제4 비교기 및 제5 비교기의 각 비반전 입력단에 각각 연결된 제1 PMOS트랜지스터, 제2 PMOS트랜지스터, 제3 PMOS트랜지스터, 제4 PMOS트랜지스터 및 제5 PMOS트랜지스터와, 상기 제1 PMOS트랜지스터의 드레인에 연결되어 대기 전압을 출력하는 대기전압출력 신호와, 상기 제2 비교기와 제3 비교기의 제어단에 연결되어 제2 비교기와 제3 비교기의 동작을 제어하는 제1 활성전압제어 신호와, 상기 제2 PMOS트랜지스터와 제3 PMOS트랜지스터의 드레인에 연결된 제1 활성전압출력 신호와, 상기 제4 비교기와 제5 비교기의 제어단에 연결되어 제4 비교기와 제5 비교기의 동작을 제어하는 제2 활성전압제어 신호와, 상기 제4 PMOS트랜지스터와 제5 PMOS트랜지스터의 드레인에 연결된 제2 활성전압출력 신호와, 특정 모드시 인에이블되는 제3 활성전압제어 신호와, 상기 제1 활성전압제어 신호와 제3 활성전압제어 신호를 입력으로하고 출력단은 상기 제4 비교기와 제5 비교기의 제어단에 연결되어 제3 활성전압제어 신호가 인에이블되면 상기 제4 비교기와 제5 비교기의 동작을 중지시키는 논리 게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention also provides a first comparator, a second comparator, a third comparator, a fourth comparator, and a fifth comparator with one reference voltage as the input, and the first comparator, the second comparator, and the third comparator. Gates are respectively connected to the output terminals of the comparator, the fourth comparator and the fifth comparator, the sources are connected to an external power supply, and the drains are respectively ratios of the first comparator, the second comparator, the third comparator, the fourth comparator and the fifth comparator. A standby voltage output signal connected to a first PMOS transistor, a second PMOS transistor, a third PMOS transistor, a fourth PMOS transistor, a fifth PMOS transistor, and a drain of the first PMOS transistor respectively connected to an inverting input terminal and outputting a standby voltage; And a first active voltage control signal connected to a control terminal of the second comparator and the third comparator to control operations of the second comparator and the third comparator, the second PMOS transistor and the third PMOS. A first active voltage output signal connected to the drain of the transistor, a second active voltage control signal connected to a control terminal of the fourth comparator and the fifth comparator to control an operation of the fourth comparator and the fifth comparator; Input a second active voltage output signal connected to a drain of a 4 PMOS transistor and a fifth PMOS transistor, a third active voltage control signal enabled in a specific mode, and the first active voltage control signal and a third active voltage control signal And an output terminal having a logic gate connected to a control terminal of the fourth comparator and the fifth comparator to stop the operation of the fourth comparator and the fifth comparator when a third active voltage control signal is enabled. An internal voltage converter of a semiconductor memory device is provided.
바람직하기는, 상기 특정 모드는 셀프 리프레쉬 모드이고, 상기 논리 게이트는 상기 제3 활성전압제어 신호를 입력으로 하는 인버터와, 상기 인버터의 출력과 상기 제1 활성전압제어 신호를 입력으로 하는 앤드 게이트(AND gate)로 구성한다.Preferably, the specific mode is a self-refresh mode, the logic gate is an inverter for inputting the third active voltage control signal, and an AND gate for inputting the output of the inverter and the first active voltage control signal ( AND gate).
상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명은, 제1 활성전압제어 신호를 인에이블하여서 상기 제2 비교기와 제3 비교기를 활성화시키고 그에 따라 제1 활성전압출력 신호가 출력되는 단계와, 상기 제1 활성전압제어 신호가 인에이블됨에 따라 제3 활성전압제어 신호가 인에이블되어 제4 비교기와 제5 비교기가 활성화되고 따라서 제2 활성전압출력 신호가 출력되는 단계와, 특정 모드 신호를 인에이블하는 단계와, 상기 특정 모드가 인에이블됨에 따라 제2 활성전압제어 신호가 인에이블되는 단계 및 상기 제2 활성전압제어 신호가 인에이블됨에 따라 제3 활성전압제어 신호가 디세이블되어 제4 비교기와 제5 비교기가 불통되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기의 구동 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, a first active voltage control signal is enabled to activate the second comparator and the third comparator so that a first active voltage output signal is output, and the first active voltage is output. As the control signal is enabled, the third active voltage control signal is enabled to activate the fourth comparator and the fifth comparator so that a second active voltage output signal is output, enabling the specific mode signal; The second active voltage control signal is enabled as the specific mode is enabled, and the third active voltage control signal is disabled as the second active voltage control signal is enabled to enable a fourth comparator and a fifth comparator. It provides a method of driving an internal voltage converter of a semiconductor memory device, characterized in that it comprises a step that is disabled.
바람직하기는, 상기 특정 모드는 셀프 리프레쉬 모드이다.Preferably, the specific mode is a self refresh mode.
상기 본 발명에 의하여 반도체 메모리 장치의 전력 소모를 감소된다.According to the present invention, the power consumption of the semiconductor memory device is reduced.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.
도 2는 본 발명에 따른 내부 전압 변환기의 개략도이다. 도 2에 도시된 회로의 구조를 설명하기로 한다. 먼저, 반도체 메모리 장치의 대기 상태시 필요한 대기 전압을 발생하는 대기 전압 발생부(31)와, 독출 또는 기입시 필요한 활성 전압을 발생시키는 다수개의 활성 전압 발생부들(33)로 구성되어있다. 구체적으로, 기준 전압인 VCC_REF에 각 반전 입력단이 연결된 제1 비교기(41), 제2 비교기(43), 제3 비교기(45), 제4 비교기(47) 및 제5 비교기(49)가 있고, 상기 제1 비교기(41), 제2 비교기(43), 제3 비교기(45), 제4 비교기(47) 및 제5 비교기(49)의 각 출력단에 제1 PMOS트랜지스터(51), 제2 PMOS트랜지스터(53), 제3 PMOS트랜지스터(55), 제4 PMOS트랜지스터(57) 및 제5 PMOS트랜지스터(59)의 게이트들이 각각 연결되어있다. 상기 제1 PMOS트랜지스터(51), 제2 PMOS트랜지스터(53), 제3 PMOS트랜지스터(55), 제4 PMOS트랜지스터(57) 및 제5 PMOS트랜지스터(59)의 소오스들은 모두 외부 전원인 VCCext에 연결되고 그 드레인들은 각각 제1 비교기(41), 제2 비교기(43), 제3 비교기(45), 제4 비교기(47) 및 제5 비교기(49)의 비반전 입력단에 연결되어있다. 상기 제4 비교기(47)와 제5 비교기(49)의 제어단에 앤드 게이트(63)의 출력단이 연결되고, 상기 앤드 게이트(63)의 입력단에 PIACT1 신호와 인버터(61)의 출력단이 연결되며, 인버터(61)의 입력단에 PIACT2가 연결된다. PIACT1은 상기 제2 비교기(43)와 제3 비교기(45)의 제어단에 연결되어 제2 비교기(43)와 제3 비교기(45)의 동작을 제어한다.2 is a schematic diagram of an internal voltage converter according to the present invention. The structure of the circuit shown in FIG. 2 will be described. First, a standby voltage generator 31 that generates a standby voltage required in a standby state of a semiconductor memory device, and a plurality of active voltage generators 33 that generate an active voltage required for reading or writing are configured. Specifically, there is a first comparator 41, a second comparator 43, a third comparator 45, a fourth comparator 47, and a fifth comparator 49 connected to each inverting input terminal to a reference voltage VCC_REF. A first PMOS transistor 51 and a second PMOS at each output terminal of the first comparator 41, the second comparator 43, the third comparator 45, the fourth comparator 47, and the fifth comparator 49. Gates of the transistor 53, the third PMOS transistor 55, the fourth PMOS transistor 57, and the fifth PMOS transistor 59 are connected to each other. Sources of the first PMOS transistor 51, the second PMOS transistor 53, the third PMOS transistor 55, the fourth PMOS transistor 57, and the fifth PMOS transistor 59 are all connected to VCCext, which is an external power source. The drains are connected to non-inverting input terminals of the first comparator 41, the second comparator 43, the third comparator 45, the fourth comparator 47 and the fifth comparator 49, respectively. The output terminal of the AND gate 63 is connected to the control terminal of the fourth comparator 47 and the fifth comparator 49, and the PIACT1 signal and the output terminal of the inverter 61 are connected to the input terminal of the AND gate 63. PIACT2 is connected to the input terminal of the inverter 61. PIACT1 is connected to the control terminals of the second comparator 43 and the third comparator 45 to control the operation of the second comparator 43 and the third comparator 45.
또 상기 앤드 게이트(63)의 출력은 PIACT2P로서 상기 제4 비교기(47)와 제5 비교기(49)의 제어단에 연결되어 제4 비교기(47)와 제5 비교기(49)의 동작을 제어한다. 즉, PIACT1과 PIACT2P가 논리 하이 레벨이면 제2 비교기(43)와 제3 비교기(45) 및 제4 비교기(47)와 제5 비교기(49)가 입력단에 인가된 전압에 의해 동작하고, PIACT1과 PIACT2P가 논리 로우 레벨이면 입력단에 인가되는 전압에 관계없이 제2 비교기(43)와 제3 비교기(45) 및 제4 비교기(47)와 제5 비교기(49)는 동작하지 않게된다.The output of the AND gate 63 is connected to the control stages of the fourth comparator 47 and the fifth comparator 49 as PIACT2P to control the operation of the fourth comparator 47 and the fifth comparator 49. . That is, when PIACT1 and PIACT2P are logic high levels, the second comparator 43, the third comparator 45, the fourth comparator 47, and the fifth comparator 49 operate by the voltage applied to the input terminal, When PIACT2P is at a logic low level, the second comparator 43, the third comparator 45, the fourth comparator 47 and the fifth comparator 49 do not operate regardless of the voltage applied to the input terminal.
도 3은 상기 도 2에 도시된 비교기의 회로도이다. 도 3에 도시된 비교기는 일반적인 차동 증폭기(61) 구조로 되어있다. 상기 차동 증폭기(61) 하단에 NMOS트랜지스터(63)가 연결되어있어서 전류 소오스의 역할을 하고 있다. 상기 NMOS트랜지스터(63)의 게이트에 VCC_REF, PIACT1, PIACT2P 신호들 중 하나가 연결되어 상기 차동 증폭기(61)의 동작을 제어하게 된다. 즉, 상기 NMOS트랜지스터(63)의 게이트에 연결된 신호 A가 NMOS트랜지스터(63)의 문턱 전압(threshold voltage)보다 높으면 상기 NMOS트랜지스터(63)는 도통하여 상기 차동 증폭기(61)를 동작 상태로 변화시키고, 상기 NMOS트랜지스터(63)의 게이트에 연결된 신호 A가 NMOS트랜지스터(63)의 문턱 전압보다 낮으면 상기 NMOS트랜지스터(63)는 불통하여 상기 차동 증폭기(61)는 정지 상태가 된다.3 is a circuit diagram of the comparator shown in FIG. 2. The comparator shown in FIG. 3 has a general differential amplifier 61 structure. An NMOS transistor 63 is connected to the lower end of the differential amplifier 61 to serve as a current source. One of the VCC_REF, PIACT1, and PIACT2P signals is connected to the gate of the NMOS transistor 63 to control the operation of the differential amplifier 61. That is, when the signal A connected to the gate of the NMOS transistor 63 is higher than the threshold voltage of the NMOS transistor 63, the NMOS transistor 63 conducts and changes the differential amplifier 61 to an operating state. When the signal A connected to the gate of the NMOS transistor 63 is lower than the threshold voltage of the NMOS transistor 63, the NMOS transistor 63 is turned off and the differential amplifier 61 is stopped.
도 4는 상기 도 2에 이용되는 신호들의 타이밍도이다. 상기 도 3과 도 4를 참조하여 도 2의 동작을 설명하기로 한다. 먼저, 반도체 메모리 장치의 대기 상태에서는 제1 비교기(41)에 연결된 STB_IVC가 내부 전압 변환기(30)의 출력이 된다. STB_IVC가 VCC_REF보다 높으면 제1 비교기(41)의 출력이 +Vcc가 되어 제1 PMOS트랜지스터(51)는 불통된다. 제1 PMOS트랜지스터(51)가 불통됨으로 인하여 외부 전원인 VCCext가 공급되지 않게 되어 STB_IVC는 강압된다. 그러다가 STB_IVC가 VCC_REF보다 낮아지면 제1 비교기(41)의 출력은 -Vcc가 되므로 제1 PMOS트랜지스터(51)는 도통한다. 그러면 VCCext가 공급되어 STB_IVC는 다시 승압된다. 이와 같은 강압과 승압을 반복하면서 STB_IVC는 일정한 전압으로서 출력된다. 여기서 대기 상태에서는 전력 소모를 감소시켜야 하므로 STB_IVC는 낮은 전압으로 출력되도록 설정한다.4 is a timing diagram of signals used in FIG. 2. An operation of FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. First, in the standby state of the semiconductor memory device, STB_IVC connected to the first comparator 41 becomes the output of the internal voltage converter 30. If the STB_IVC is higher than VCC_REF, the output of the first comparator 41 becomes + Vcc, and the first PMOS transistor 51 is turned off. Since the first PMOS transistor 51 is turned off, the external power supply VCCext is not supplied and STB_IVC is stepped down. Then, when STB_IVC is lower than VCC_REF, the output of the first comparator 41 becomes -Vcc, so the first PMOS transistor 51 is conducting. VCCext is then supplied and STB_IVC is boosted again. STB_IVC is output as a constant voltage while repeating such step-down and step-up. Here, STB_IVC is set to output at a low voltage because power consumption must be reduced in the standby state.
그러다가 반도체 메모리 장치가 활성화 모드로 진입하기 위하여 CBR(CASB Before RASB) 모드로서 CASB 신호가 먼저 인에이블되고 잠시 후에 RASB 신호가 인에이블된다. RASB 신호가 인에이블되면 PIRAS 신호가 인에이블되고 그에 따라 PIACT1이 인에이블된다. PIACT1이 인에이블되면 PIACT2P가 인에이블됨과 동시에 ACT_IVC1이 온(on)되어 내부 전압 변환기(30)의 출력으로서 출력된다. 여기까지가 반도체 메모리 장치의 독출 또는 기입 동작이다.Then, the CASB signal is first enabled as the CBR (CASB Before RASB) mode so that the semiconductor memory device enters the activation mode, and the RASB signal is enabled after a while. When the RASB signal is enabled, the PIRAS signal is enabled and PIACT1 is enabled accordingly. When PIACT1 is enabled, PIACT2P is enabled and at the same time ACT_IVC1 is turned on and output as the output of the internal voltage converter 30. Up to this point, the read or write operation of the semiconductor memory device is performed.
이 상태에서 만일 ACT_IVC1이 VCC_REF보다 높아지면 제2 비교기(43)와 제3 비교기(45)의 출력이 +Vcc가 되어 제2 PMOS트랜지스터(53)와 제3 PMOS트랜지스터(55)는 불통된다. 제2 PMOS트랜지스터(53)와 제3 PMOS트랜지스터(55)가 불통됨으로 인하여 외부 전원인 VCCext가 공급되지 않게 되어 ACT_IVC1은 강압된다. 그러다가 ACT_IVC1이 VCC_REF보다 낮아지면 제2 비교기(43)와 제3 비교기(45)의 출력은 -Vcc가 되므로 제2 PMOS트랜지스터(53)와 제3 PMOS트랜지스터(55)는 도통한다. 그래서 VCCext가 공급되어 ACT_IVC1은 다시 승압된다.In this state, if ACT_IVC1 becomes higher than VCC_REF, the outputs of the second comparator 43 and the third comparator 45 become + Vcc so that the second PMOS transistor 53 and the third PMOS transistor 55 are not connected. Since the second PMOS transistor 53 and the third PMOS transistor 55 are not communicated with each other, VCCext, which is an external power source, is not supplied, so that ACT_IVC1 is stepped down. Then, when ACT_IVC1 is lower than VCC_REF, the outputs of the second comparator 43 and the third comparator 45 become -Vcc, so that the second PMOS transistor 53 and the third PMOS transistor 55 become conductive. So VCCext is supplied and ACT_IVC1 is boosted again.
상기 반도체 메모리 장치의 독출 또는 기입 동작이 완료되면, RASB에 의해 인에이블된 PISELF로 인하여 PIACT2가 인에이블된다. PIACT2가 인에이블됨에 따라 인버터(61)의 출력은 논리 로우 레벨이 되어 앤드 게이트(63)의 출력을 논리 로우 레벨이 되게 한다. 즉, PIACT2P가 논리 로우 레벨이 된다. PIACT2P가 논리 로우 레벨이 되면 제4 비교기(47)와 제5 비교기(49)의 전류 소오스가 불통되어 제4 비교기(47)와 제5 비교기(49)는 동작을 중지하므로 ACT_IVC2는 오프(off)되어 내부 전압 변환기(30)의 출력은 영이 된다. 이것이 셀프 리프레쉬 모드이다. 셀프 리프레쉬 모드가 되면 제4 비교기(47)와 제5 비교기(49)가 동작하지 않으므로써 전력 소모를 감소된다.When the read or write operation of the semiconductor memory device is completed, PIACT2 is enabled due to the PISELF enabled by the RASB. As PIACT2 is enabled, the output of inverter 61 is at a logic low level, causing the output of AND gate 63 to be at a logic low level. That is, PIACT2P is at a logic low level. When PIACT2P is at a logic low level, the current sources of the fourth comparator 47 and the fifth comparator 49 are interrupted, and the fourth comparator 47 and the fifth comparator 49 stop operation, so the ACT_IVC2 is turned off. The output of the internal voltage converter 30 becomes zero. This is the self refresh mode. In the self-refresh mode, power consumption is reduced by not operating the fourth comparator 47 and the fifth comparator 49.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 셀프 리프레쉬 모드에서 내부 전압 변환기의 ACT_IVC1만 동작하기 때문에 전력 소모는 감소된다. 따라서 저전력용 반도체 메모리 장치에 적합하다.As described above, according to the present invention, power consumption is reduced because only the ACT_IVC1 of the internal voltage converter operates in the self refresh mode. Therefore, it is suitable for low power semiconductor memory devices.
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