KR19990041488A - 반도체 소자의 기준전압 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 기준전압 발생장치에 관한 것으로, 파워라인 또는 그라운드 라인으로 입력되는 노이즈에 대해 강한 면역특성을 갖는 기준전압 발생기를 제공하기 위한 것으로, 상기 목적 달성을 위하여 노이즈 제어수단을 구비하였다.

Description

반도체 소자의 기준전압 발생장치

본 발명은 반도체 소자의 기준전압 발생장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 파워라인 또는 그라운드 라인으로 입력되는 노이즈에 대해 강한 면역(Immunity) 특성을 갖는 기준전압 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 기준전압 발생기는 온도나 외부전압 변동에 대해 안정하게 일정한 전압을 공급해주는 회로이다.

따라서, 본 발명은 외부전압인 전원단이나 접지단에 노이즈가 입력되어 외부전압이 변하여도 일정한 기준전압을 발생시키기 위한 것이다.

도 1은 기존의 기준전압 발생기를 나타낸 것으로, 전원단과 접지단 사이에 연결된 두개의 커런트 미러와, 상기 커런트 미러의 출력신호에 의해 턴온되어 기준전압을 발생시키고, 발생된 기준전압이 원하는 레벨 이상으로 증가하게 되는 경우 이를 방지하기 위한 두개의 피모스형 트랜지스터로 이루어져 있다.

그 동작을 살펴보면, 파워가 오프 상태에 있을때는 VCC= 0V 이므로 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)가 0V가 되고 이때에는 회로가 동작하지 않는다.

이어, 파워가 온이 되어 VCC가 서서히 증가하게 되면 제1 커런트 미러(100)를 구성하는 제1 피모스형 트랜지스터(MP1)와 제2 피모스형 트랜지스터(MP2)가 턴온되어 I가 상기 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)로 동일하게 흐르게 된다.

따라서 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)의 전위는 상승하게 되고 상기 제1 노드(N1)의 전위 상승은 제2 커런트 미러(700)를 구성하는 제1 엔모스형 트랜지스터(MN1)와 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2)를 턴온시켜 접지단으로 I를 흐르게 한다.

이때 흐르는 전류량은 제1 엔모스형 트랜지스터(MN1)의 게이트 소오스 전압에서 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2)의 게이트 소오스 전압을 뺀 값을 저항으로 나눈 값이 된다.

또한 상기 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)의 바이어스 상태는 제1 피모스형 트랜지스터(MP1), 제2 피모스형 트랜지스터(MP2), 제1 엔모스형 트랜지스터(MN1), 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2), 저항의 비율에 의해 결정되며, VCC가 점점 증가하여 정상전압이 되면 상기 제1 노드(N1)의 바이어스도 고정적으로 잡히게 된다.

상기 제1 노드(N1)의 고정 바이어스 전압은 상기 제2 노드(N2)를 Vcc-제1 노드(N1)의 전압으로 유지시켜 주며 상기 제2 노드(N2)의 고정 바이어스 전압은 제3 피모스형 트랜지스터(MP3)를 턴온시켜 기준전압을 만들어내며 이때 발생되는 기준전압의 크기는 VCC-제2 노드(N2)의 바이어스 전압이다.

기준전압 출력단과 접지단 사이에 연결된 제4 피모스형 트랜지스터(MP4)는 일정레벨 이상으로 기준전압이 증가하는 경우 증가분의 전위를 접지단으로 뽑아주는 역할을 한다.

상기 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2)와 접지단 사이에 연결된 저항은 온도의 영향을 제어하기 위한 소자이다.

그런데, 일반적으로 기준전압 발생기는 두가지의 동작점이 존재하게 되는데, 회로가 완전히 동작하는 경우와 회로가 완전히 동작하지 않는 경우가 그것이다.

상기에서는 회로가 완전히 동작하는 경우를 예로들어 설명한 것이다.

만약, 파워를 인가하였음에도 불구하고 회로가 완전히 동작하지 않는 경우는 상기 도 1에서 제2 노드(N2)의 전위가 제1 노드(N1)의 전위보다 먼저 바이어싱이 되어 상기 제2 노드(N2)이 전위가 제1 노드(N1)의 전위보다 높아지게 되면 제1 커런트 미러(100)를 구성하는 제1 피모스형 트랜지스터(MP1)와 제2 피모스형 트랜지스터(MP2)가 턴오프되고 상기 제2 커런트 미러(700)를 구성하는 제1 엔모스형 트랜지스터(MN1)와 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2)가 턴오프되어 제3 피모스형 트랜지스터(MP3)가 턴오프되므로서 기준전압을 발생시키지 못하게 된다.

따라서 이를 방지하기 위해 일반적으로 파워 스타트-업 회로를 사용하게 되는데, 파워 스타트-업 회로는 대부분이 모스 다이오드를 직렬로 연결하여 사용하기 때문에 전원전압이 낮은 경우 이 파워가 대부분 ON 되었음에도 직렬 다이오드가 아직 ON이 되지 않아 기준전압 발생기에 초기의 바이어스 전류를 공급하지 못하므로 파워 스타트-업 회로로서의 역할을 못하게 된다.

이에, 후술될 도 2에 도시된 바와 같이 이와 같은 파워 스타트-업 회로의 단점을 보완하고 낮은 전원전압에서도 기준전압 발생기가 파워 온시 정상적인 동작상태로 바이어싱될 수 있도록 상기 제2 노드(N2)와 접지전압 단자(VSS) 사이에 스타트업용 모스 캐패시터(500)를 추가하였다.

이렇게하므로써, 어떤 원인에 의해 제2 노드(N2)의 전위가 제1 노드(N1)의 전위보다 높아지는 경우에 대비하여 항상 제1 노드(N1)의 전위보다 낮게 바이어싱이 될 수 있도록 하였다.

이제, 지금까지 설명한 종래 기준전압 발생기의 문제점을 살펴보기로 한다.

외부환경에 의해 파워라인 또는 그라운드 라인으로 노이즈가 입력되면 정상 동작중에 있는 기준전압 발생회로는 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 기준전압이 시간이 지남에 따라 서서히 감소하게 된다.

이를 파워라인을 예로들어 설명하면, 파워라인에 순간적인 노이즈가 입력되면 파워라인의 전위가 순간 상승하게 된다. 마찬가지로 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)의 전위 또한 상승하게 되며, 다시 상기 파워라인의 전위가 정상전위로 떨어지면 이에 따라 상기 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)의 전위 또한 원래의 전위로 떨어지게 되면 아무런 문제가 없다.

그러나, 파워라인의 전위가 순간 상승후 다시 정상전위로 떨어질때 상기 제1 노드(N1)의 전위와 제2 노드(N2)의 전위는 순간 상승하지만 떨어질때는 상기 파워라인의 상승전위가 떨어지는 시간보다 훨씬 뒤에 떨어지게 된다.

이는 스타트업용 모스 트랜지스터(MC)가 상기 제2 노드(N2)에 연결되어 있기 때문이며 상기 제2 노드(N2)의 상승전위가 접지단으로 디스차지되는 시간은 RC(600, 500) 시정수에 비례하게 된다.

따라서, 캡(500)의 용량이 크면 클수록 디스차지 시간은 증가한다.

상기 제2 노드(N2)의 경우 파워라인의 상승전위가 떨어지는데 걸리는 시간과 상기 제2 노드(N2)의 상승전위가 디스차지 되는데 걸리는 시간이 서로 다르므로 계속적으로 파워라인으로 시간간격을 두고 노이즈가 입력되는 경우 결국 상기 제2 노드(N2)상의 전위는 상승전위가 모두 디스차지되기 전에 또다시 상승하게 되어 반복횟수가 증가하게 되면 상기 제2 노드(N2)상의 전위는 원래의 전위보다 상당히 상승하게 된다.

이는 기준전압을 만들어내는 제3 피모스형 트랜지스터(MP3)의 게이트 전위를 증가시키게 된다.

상기 제3 피모스형 트랜지스터(MP3)의 게이트 전위가 증가하게 되면 소오스단인 전원단과의 게이트 소오스 전압차가 점점 감소하게 되고 이는 상기 제3 피모스형 트랜지스터(MP3)를 점점 OFF시켜 결과적으로 시간이 지남에 따라 기준전압은 원래의 크기보다 감소하게 되는 것이다.(도 3)

여기서, 출력되는 기준전압의 크기는 VCC-제2 노드(N2)의 전위이다.

이와같이 종래의 기준전압 발생회로에 있어서는 파워라인이나 그라운드 라인으로 입력되는 노이즈에 의해 발생되는 기준전압이 변동하게 되어 소자의 오동작을 유발시키는 원인이 된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 파워 온 감지기의 출력신호를 이용하여 파워 온시에는 스타트업용 모스 트랜지스터를 기준전압 구동용 트랜지스터 게이트 단자와 연결시키고, 파워 온 동작이 완전히 진행된 이후에는 상기 스타트업용 모스 트랜지스터를 상기 기준전압 구동용 트랜지스터 게이트 단자로부터 차단시켜주므로서 파워, 그라운드 노이즈로 인하여 발생되는 기준전압의 변동을 제어하기 위한 반도체 소자의 기준전압 발생장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술의 일 실시예에 따른 기준전압 발생회로.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전압 발생회로.

도 3은 상기 도 1에 대한 타이밍도.

도 4는 상기 도 3의 일부분을 확대한 타이밍도.

도 5는 상기 도 2에 대한 타이밍도.

도 6은 상기 도 5의 일부분을 확대한 타이밍도.

〈도면의주요부분에대한부호의설명〉

100 : 제1 커런트 미러 200 : 기준전압 구동용 트랜지스터

300 : 기준전압 제어용 트랜지스터 400 : 노이즈 제어부

500 : 스타트업용 모스 캐패시터 600 : 저항

700 : 제2 커런트 미러

상기 목적 달성을 위한 본 발명의 기준전압 발생장치는 두개의 피모스형 트랜지스터 게이트가 일측 출력단에 상호 접속되고 전원전압 단자에 연결되어 동일한 전류를 상기 일측 출력단과 타측 출력단으로 출력하는 제1 커런트 미러와,

두개의 엔모스형 트랜지스터 게이트가 상기 타측 출력단에 상호 접속되고 상기 두개의 엔모스형 트랜지스터중 하나는 상기 타측 출력단과 접지전압 단자 사이에 연결되고 다른 하나는 상기 일측 출력단에 연결되는 제2 커런트 미러와,

상기 다른 하나의 엔모스형 트랜지스터 출력단과 접지전압 단자 사이에 연결되어 온도에 대한 상기 제1 커런트 미러의 두 출력단의 전위를 제어하는 저항과,

게이트가 상기 제1 커런트 미러 일측 출력단에 접속되고 전원전압 단자와 기준전압 출력단자 사이에 연결되어 기준전압을 발생시키는 기준전압 구동용 트랜지스터와,

게이트가 접지전압 단자에 접속되고 상기 기준전압 출력단과 접지전압 단자 사이에 연결되어 기준전압이 일정레벨 이상으로 증가시 이를 제어하는 기준전압 제어용 트랜지스터와,

상기 기준전압 구동용 트랜지스터 게이트 단자와 접지전압 단자 사이에 연결되어 파워 온시 정상적인 기준전압을 출력하여 안정된 동작을 수행시키기 위한 스타트업용 모스 캐패시터를 포함하는 반도체 소자의 기준전압 발생장치에 있어서,

게이트로 파워 온 감지기 출력신호가 인가되고 상기 기준전압 구동용 트랜지스터 게이트 단자와 상기 스타트업용 모스 캐패시터 일측 단자 사이에 연결되어 파워 온시 턴온되어 상기 제1 커런트 미러 일측 출력단의 전위를 타측 출력단의 전위보다 낮게 바이어싱시키고,

파워 온이 완전히 진행된 이후에는 턴오프되어 상기 제1 커런트 미러의 일측 출력단의 전위를 빠르게 디스차지시켜 전원전압 단자 접지전압 단자로 입력되는 노이즈에 대한 영향을 제거하는 노이즈 제어수단을 구비함을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전압 발생회로를 나타낸 것으로, 전원전압 단자(VCC)와 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 연결되고 게이트가 상기 제2 노드(N2)에 공통접속된 제1 커런트 미러(100)와, 상기 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)에 연결되고 게이트가 상기 제1 노드(N1)에 공통 접속된 제2 커런트 미러(700)와, 상기 제2 커런트 미러(700) 일측 출력단과 접지단 사이에 연결된 저항과, 게이트로 상기 제2 노드(N2)의 전위가 인가되고 전원전압 단자(VCC)와 기준전압 출력단 사이에 연결된 기준전압 구동용 트랜지스터(200)와, 게이트가 접지전압 단자(VSS)에 연결되고 상기 기준전압 출력단과 접지전압 단자(VSS) 사이에 연결된 기준전압 제어용 트랜지스터(300)와, 게이트로 파워 온 감지기 출력신호(/PWRUP)가 인가되고 드레인 단자가 상기 제2 노드(N2)에 연결되고 소오스 단자가 제3 노드(N3)에 연결되는 노이즈 제어부(400)와, 상기 제3 노드(N3)와 접지전압 단자(VSS) 사이에 연결된 스타트업용 모스 트랜지스터(MC)로 구성된다.

상기 제1 커런트 미러(100)는 제1 피모스형 트랜지스터(MP1)와, 제2 피모스형 트랜지스터(MP2)로 구성된다.

상기 제2 커런트 미러(700)는 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2)와, 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2)로 구성된다.

상기 기준전압 구동용 트랜지스터(200)는 제3 피모스형 트랜지스터(MP3)로 구성된다.

상기 기준전압 제어용 트랜지스터(300)는 제4 피모스형 트랜지스터(MP4)로 구성된다.

상기 노이즈 제어부(400)는 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)로 구성된다.

이제, 상기 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전압 발생기의 동작관계를 파워라인 노이즈와 관련하여 설명하기로 한다.

여기서 파워 온 감지기는 파워 온시에는 "하이" 신호를 출력하고 파워 온이 완전히 진행된 후에는 "로우" 신호를 출력한다.

따라서 파워 온 감지기 출력신호(/PWRUP)는 파워 온시에는 "하이", 파워 온이 완전히 진행된 이후에는 "로우" 상태이다.

외부에서 파워를 인가하게 되면 전원전압은 서서히 증가하게 되고 기준전압 발생기는 동작하게 된다.

이때 파워 온 감지기 출력신호(/PWRUP)는 "하이"가 되어 노이즈 제어부(400)의 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)를 턴온시키고 따라서 스타트업용 모스 트랜지스터(MC)는 상기 제2 노드(N2)에 연결된다.

따라서 제2 노드(N2)상의 전위는 RC 시상수만큼 바이어싱되는 시간이 길어지며 제1 노드(N1)상의 전위보다 늦게 바이어싱이 된다.

즉, 제2 노드(N2)가 제1 노드(N1)보다 늦게 바이어싱 되므로써 기준전압 발생기가 정상적인 동작을 하여 이렇게하므로서 낮은 전원전압에서도 기준전압 발생기가 정상적인 동작이 이루어지도록 한다.

이후, 파워 온이 완전히 진행된 이후 파워라인에 노이즈가 순간적으로 발생되면 상기 파워라인의 전위는 상승하고 따라서 제2 노드(N2)상의 전위 또한 상승한다.

상기 파워라인의 노이즈가 제거되면 파워라인의 상승전위는 감소하여 원래의 전위레벨로 되돌아간다.

이때 제2 노드(N2)상의 전위는 파워라인의 상승전위에 따라 상승하게 되고 파워라인 상승전위가 떨어짐에 따라 하강하는데 이때 하강하는 시간이 종래에는 스타트업용 모스 트랜지스터(MC)가 파워 온이 완전히 진행된 이후에도 계속적으로 제2 노드(N2)에 연결되어 있는 관계로 파워라인의 하강시간보다 길었다.

이것은 모스캡(MC)에 충전된 전하가 저항(R)을 통해서 디스차지 되기 때문이다.

하지만, 본 발명에서는 이때 파워 온 감지기의 출력신호가 "로우"가 되어 상기 노이즈 제어부(400)의 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)를 턴오프시켜주므로 상기 제2 노드(N2)상의 상승전위가 디스차지되는데 걸리는 시간은 RC 시정수가 아닌 R의 시간으로 줄어들어 종래와 비교하여 훨씬 짧아진다.

이는 파워라인으로 인가되는 노이즈에 의한 상승전위의 하강시간과 제2 노드(N2)상의 상승전위의 하강시간을 일치시켜주므로 파워라인으로 입력되는 노이즈가 계속적으로 수회 반복되더라도 제2 노드(N2)상의 상승전위는 디스차지를 통해 모두 소화해내므로 결국 제2 노드(N2)상의 전위는 노이즈에 무관하게 원래의 전위레벨을 항상 유지할 수가 있는 것이다.

도 5와 도 6은 도 2에 대한 동작타이밍도를 나타낸 것으로, 동작타이밍도에서 알 수 있는 바와 같이 파워라인의 전위가 노이즈에 의해 상승하더라도 출력되는 기준전압은 일정하게 발생됨을 알 수가 있다.

이와같은 본 발명에 의한 기준전압 발생장치를 반도체 소자에 구현하게 되면 모스 트랜지스터와 모스 캡의 직렬연결만으로 파워라인의 노이즈에 의한 기준전압의 변동을 제거하므로서 반도체 소자의 오동작을 방지하였으며, 또한 본 발명은 온도변화에 무관하며 낮은 전원전압에서도 정상적으로 동작할 수 있도록 하여 회로의 안정된 동작을 보장하는 효과가 있다.

본 발명은 반도체 소자에 적용가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로 당업자라면 첨부된 특허청구의 범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 두개의 피모스형 트랜지스터 게이트가 일측 출력단에 상호 접속되고 전원전압 단자에 연결되어 동일한 전류를 상기 일측 출력단과 타측 출력단으로 출력하는 제1 커런트 미러와,

   두개의 엔모스형 트랜지스터 게이트가 상기 타측 출력단에 상호 접속되고 상기 두개의 엔모스형 트랜지스터중 하나는 상기 타측 출력단과 접지전압 단자 사이에 연결되고 다른 하나는 상기 일측 출력단에 연결되는 제2 커런트 미러와,

   상기 다른 하나의 엔모스형 트랜지스터 출력단과 접지전압 단자 사이에 연결되어 온도에 대한 상기 제1 커런트 미러의 두 출력단의 전위를 제어하는 저항과,

   게이트가 상기 제1 커런트 미러 일측 출력단에 접속되고 전원전압 단자와 기준전압 출력단자 사이에 연결되어 기준전압을 발생시키는 기준전압 구동용 트랜지스터와,

   게이트가 접지전압 단자에 접속되고 상기 기준전압 출력단과 접지전압 단자 사이에 연결되어 기준전압이 일정레벨 이상으로 증가시 이를 제어하는 기준전압 제어용 트랜지스터와,

   상기 기준전압 구동용 트랜지스터 게이트 단자와 접지전압 단자 사이에 연결되어 파워 온시 정상적인 기준전압을 출력하여 안정된 동작을 수행시키기 위한 스타트업용 모스 캐패시터를 포함하는 반도체 소자의 기준전압 발생장치에 있어서,

   게이트로 파워 온 감지기 출력신호가 인가되고 상기 기준전압 구동용 트랜지스터 게이트 단자와 상기 스타트업용 모스 캐패시터 일측 단자 사이에 연결되어 파워 온시 턴온되어 상기 제1 커런트 미러 일측 출력단의 전위를 타측 출력단의 전위보다 낮게 바이어싱시키고,

   파워 온이 완전히 진행된 이후에는 턴오프되어 상기 제1 커런트 미러 일측 출력단의 전위를 빠르게 디스차지시켜 전원전압 단자 또는 접지전압 단자로 입력되는 노이즈에 대한 영향을 제거하는 노이즈 제어수단을 구비함을 특징으로 하는 반도체 소자의 기준전압 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 노이즈 제어수단은 모스 트랜지스터를 구비함을 특징으로 하는 반도체 소자의 기준전압 발생장치.