KR19990057346A - 백바이어스 전압 펌프 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디램등의 장치에서 사용되는 동작 전압 가운데 백바이어스 전압 발생기를 구성하는 백바이어스 전압 펌프에 관한 것으로, 특히 백바이어스 전압 펌프에 크로스 커플형을 이용하여 낮은 외부 전압의 인가에 대해서도 충분한 백바이어스 전압 레벨의 확보가 가능하며, 원하는 백바이어스 전압 레벨까지 펌핑하는데 필요한 시간을 줄여 펌프의 효율을 증대시킬 수 있도록, 입력신호에 따라 노드의 레벨을 펌핑하는 캐패시터들과 ; 상기 노드에 실린 전압을 VBB단으로 전달하는 트랜지스터 ; 상기 노드의 전압 값을 프리차지 시키는 트랜지스터 ; 및 상기 프리차지 트랜지스터의 게이트 전압 레벨을 안정되게 유지하기 위하여 프리차지 시키는 크로스 커플형 차동 증폭기를 포함하여 구비한, 백바이어스 전압 펌프 회로에 관한 것이다.

Description

백바이어스 전압 펌프 회로

본 발명은 디램등의 장치에서 사용되는 동작 전압 가운데 백바이어스 전압 발생기를 구성하는 백바이어스 전압 펌프에 관한 것으로, 특히 백바이어스 전압 펌프에 크로스 커플형을 이용하여 낮은 외부 전압의 인가에 대해서도 충분한 백바이어스 전압 레벨의 확보가 가능하며, 원하는 백바이어스 전압 레벨까지 펌핑하는데 필요한 시간을 줄여 펌프의 효율을 증대시킬 수 있도록 한, 백바이어스 전압 펌프 회로에 관한 것이다.

도 1 은 디램의 동작 전압 가운데 백바이어스 전압 발생에 관계되는, 일반적인 백바이어스 전압 발생 장치의 블록 구성도로서 이에 도시된 바와 같이, 입력되는 백바이어스 전압의 레벨을 검출하는 백바이어스 전압 검출기(1)와 ; 상기 백바이어스 전압 검출기(1)로부터 검출된 백바이어스 전압 레벨에 따라 온/오프 동작하는 링 오실레이터(2) 및 ; 상기 링 오실레이터(2)로부터 발진된 신호에 의해 원하는 백바이어스 전압 레벨까지 펌핑하여 상기 백바이어스 전압 검출기(1)로 피드백시키는 백바이어스 전압 펌프(3)로 구성되어 있다.

상기 백바이어스 전압 검출기(1)는 백바이어스 전압(Back Bias Voltage 이하 VBB 라 칭함) 레벨을 감지하여 원하는 레벨 이하로 VBB 값이 떨어지면, 링 오실레이터(2)를 작동시켜 상기 링 오실레이터(2)에서 나온 신호들에 의해 백바이어스 전압 펌프(3)의 펌핑 동작이 이루어져 원하는 VBB 레벨을 얻게 된다.

여기서 나온 VBB 레벨은 다시 상기 백바이어스 전압 검출기(1)로 피드백된다.

도 2 는 종래의 백바이어스 전압 펌프(3)의 내부 회로 구성도로서, 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

입력 신호 pbb1과 pbb2는 링 오실레이터(2)의 동작에 의해 만들어진 위상차를 갖는 펄스 형태로, 이들 신호에 의해 펌핑 동작이 이루어진다.

pbb1신호와 pbb2신호를 받아 캐패시터(C3, C4)의 효과로 제 1, 2 노드(node 1, node 2)는 스위칭 트랜지스터(Q3, Q4)를 턴-온시켜, 제 3, 4 노드(node 3, node 4)를 그라운드 접지로 프리차지(precharge)시키는 역할을 한다.

pbb1신호와 pbb2신호가 인버터(I1-I4)를 통해 지연된 신호인 lpush와 rpush는 캐패시터(C1, C2)의 효과로 제 3, 4 노드(node 3, node 4)의 레벨을 낮추어 VBB 펌핑이 이루어진다.

낮은 외부 전압이 인가되는 경우의 동작을 살펴보면, 다이오드(D1, D2)에 의해 제 1, 2 노드(node 1, node 2)는 Vt 정도의 전압으로 프리차지된다.

이때, 입력된 pbb2신호가 "하이"에서 "로우"의 값이 들어오면, 캐패시터(C3)에 의해 제 1 노드(node 1)의 레벨을 낮추어 트랜지스터(Q3)를 턴-온시킴으로써, 제 3 노드(node 3)를 그라운드로 프리차지 시킨다.

상기와 같은 상태에서, pbb1신호가 "하이"에서 "로우"의 값으로 인버터(I1, I2)를 통하여 lpush로 들어오면, 캐패시터(C1)에 의해 제 3 노드(node 3)는 음(-)의 전압이 된다.

이때, 상기 pbb1신호의 "로우" 값은 캐패시터(C4)를 거쳐 제 2 노드(node 2)의 레벨을 낮추어 트랜지스터(Q4)를 턴-온시킨다.

상기 트랜지스터(Q4)의 턴-온 동작에 의해 제 4 노드(node 4)를 그라운드로 프리차지 시키게 된다.

제 3, 4 노드(node 3, node 4)의 전압 차에 의해 트랜지스터(Q1)를 턴-온시켜 제 3 노드(node 3)의 음(1)의 전압이 VBB로 전달된다.

반면에, 낮은 전압이 인가되는 경우에는, 초기 다이오드(D1, D2)에 의해 제 1, 2 노드(node 1, node 2)를 Vt 이상의 전압으로 프리차지하고 있기 때문에, 외부에서 인가되는 전압에 의해 트랜지스터(Q3, Q4)를 턴-온시켜 전류를 충분히 방전시켜 레벨을 낮추는 것이 어려워진다.

따라서, 제 3, 4 노드(node 3, node 4)의 초기 상태가 그라운드가 아닌 Vt 정도의 전압을 가지고 펌핑을 하여 펌핑 시간이 길어지고, 충분한 VBB 레벨을 확보하지 못하게 된다.

이들 동작의 결과를 그래프로 도시하면, 도 3 과 같은 VBB 레벨을 사용한 경우 도 4 에 도시된 바와 같은 결과를 얻게 된다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점 들을 해소시키기 위하여 창안된 것으로, 백바이어스 전압 펌프에 크로스 커플형을 이용하여 낮은 외부 전압의 인가에 대해서도 충분한 백바이어스 전압 레벨의 확보가 가능하며, 원하는 백바이어스 전압 레벨까지 펌핑하는데 필요한 시간을 줄여 펌프의 효율을 증대시킬 수 있도록 한, 백바이어스 전압 펌프 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 백바이어스 전압 발생 장치의 블록 구성도,

도 2 는 종래의 백바이어스 전압 펌프 회로도,

도 3 은 도 2 에 대한 백바이어스 전압 레벨을 도시한 그래프도,

도 4 는 도 3 에 의한 펌프 동작의 결과를 도시한 그래프도,

도 5 는 본 발명에 따른 백바이어스 전압 펌프 회로도,

도 6 은 도 5 에 대한 백바이어스 전압 레벨을 도시한 그래프도,

도 7 은 도 6 에 의한 펌프 동작의 결과를 도시한 그래프도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 백바이어스 전압 검출기 2 : 링 오실레이터

3 : 백바이어스 전압 펌프 10 : 크로스 커플형 차동 증폭기

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력신호에 따라 노드의 레벨을 제어하는 캐패시터들(C1-C4)과 ; 상기 노드에 실린 전압을 VBB단으로 전달하게 하는 트랜지스터(Q1, Q2) ; 상기 노드의 전압 값을 프리차지 시키는 트랜지스터(Q3, Q4) ; 및 상기 프리차지 트랜지스터(Q3, Q4)의 게이트 전압 레벨을 안정되게 유지하기 위하여 프리차지 시키는 크로스 커플형 차동 증폭기(10)를 포함하여 구비함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동작 원리를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 캐패시터(C1-C4)는 입력되는 신호 gpa, gpb, pua, pub 의 값이 "하이"에서 "로우"로 떨어질 때, 캐패시터 효과에 의해 제 5, 6, 1, 2 노드(n5, n6, n1, n2)의 레벨을 "하이"에서 "로우"로 덜어진 값만큼 낮추는 역할을 한다.

트랜지스터(Q3, Q4)는 제 1, 2 노드(n1, n2)를 프리차지 시키는데 쓰이고, 트랜지스터(Q1, Q2)는 제 1, 2 노드(n1, n2)의 전압 값을 VBB단으로 전달하게 하는 트랜지스터이다.

크로스 커플형 차동 증폭기(10)는, 초기 제 5, 6 노드(n5, n6)를 그라운드에 가까운 전압으로 프리차지하는 역할을 하는데, 이들의 동작을 낮은 외부 전압이 인가되는 경우에서 살펴보면, 크로스 커플형으로 이루어진 크로스 커플형 차동 증폭기(10)에 의하여 제 5, 6 노드(n5, n6)는 "제로" 전압으로 프리차지된다.

이때, 입력신호 gpa를 통해 "하이"에서 "로우"의 값이 들어오면 캐패시터(C4)에 의하여 초기 제 6 노드(n6)의 레벨을 낮추게 되므로, 트랜지스터(Q4)를 턴-온시키게 된다.

여기서, 제 6 노드(n6)와 제 2 노드(n2)에 걸리는 전압의 차를 Vgs 라 하면, 이들의 레벨 값은 다이오드를 사용한 경우에 비해 큰 값을 가지고 트랜지스터(Q4)를 통해 제 2 노드(n2)의 전류를 빠르게 빼주어 제 2 노드(n2)를 그라운드로 프리차지 시킨다.

상기 제 2 노드(n2)의 프리차지 후에 입력신호 gpa는 "로우"에서 "하이" 값으로 전이하여 트랜지스터(Q4)를 턴-오프시킨다.

이때, 입력신호 pua로 "하이"에서 "로우"로 떨어지는 신호가 입력되어 캐패시터(C2)에 의하여 그라운드로 프리차지된 제 2 노드(n2)의 레벨을 음(-) 전압으로 낮추게 된다.

이 값이 들어가는 트랜지스터(Q1)는 턴-오프 상태가 된다.

상기 입력신호 pua가 "로우" 상태를 유지하는 동안, 다른 입력신호 gpb는 "하이"에서 "로우"로 떨어지면서 캐패시터(C3)에 의해 제 5 노드(n5)를 낮추어, 트랜지스터(Q3)를 턴-온시킴으로써 제 1 노드(n1)를 "제로" 전압으로 프리차지 시킨 뒤, 입력신호 gpb는 "하이" 상태로 되어 상기 트랜지스터(Q3)를 턴-오프 시키게 된다.

음(-) 전압의 제 2 노드(n2)와 "제로" 전압의 제 1 노드(n1)의 상대적 차이에 의해 트랜지스터(Q2)가 턴-온되어 제 2 노드(n2)의 전압이 VBB로 전달된다.

같은 방법으로, 입력신호 pub가 "하이"에서 "로우"로 전이된 경우 제 1 노드(n1)를 음(-) 전압으로 가져간 뒤, 이들의 값을 VBB로 전달하여 VBB를 원하는 레벨로 펌핑하게 된다.

이때, 제 5, 6 노드(n5, n6)를 낮은 전압으로 프리차지 시켜 외부에서 낮은 전압이 공급되어도 충분히 큰 전압을 가지고 프리차지용 트랜지스터(Q3, Q4)를 턴-온시킴으로써, VBB의 펌핑 시간을 감소시키게 된다.

상기 크로스 커플형 차동 증폭기(10)를 사용하여 제 5, 6 노드(n5, n6)를 낮게 프리차지 시키는 동작에 관계된 결과는, 도 6 과 같은 VBB 레벨을 사용하여 도 7 에 도시한 바와 같은 펌프 결과를 얻을 수 있게 된다.

따라서, VBB의 펌핑 시간을 절약하고, 충분한 VBB 값의 확보가 가능함을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 백바이어스 전압 펌프에 크로스 커플형을 이용하여 낮은 외부 전압의 인가에 대해서도 충분한 백바이어스 전압 레벨의 확보가 가능하며, 원하는 백바이어스 전압 레벨까지 펌핑하는데 필요한 시간을 줄여 펌프의 효율을 증대시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (5)

1. 입력신호에 따라 노드의 레벨을 펌핑하는 캐패시터들과 ;

   상기 노드에 실린 전압을 VBB단으로 전달하는 트랜지스터 ;

   상기 노드의 전압 값을 프리차지 시키는 트랜지스터 ; 및

   상기 프리차지 트랜지스터의 게이트 전압 레벨을 안정되게 유지하기 위하여 프리차지 시키는 크로스 커플형 차동 증폭기를 포함하여 구비함을 특징으로 하는 백바이어스 전압 펌프 회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 크로스 커플형 차동 증폭기는,

   스위칭 전압을 낮게 프리차지 하도록 구비함을 특징으로 하는 백바이어스 전압 펌프 회로.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 크로스 커플형 차동 증폭기는,

   스위칭 트랜지스터를 통하여 전류를 증가시킴으로써 펌핑 시간을 줄일 수 있도록 구비함을 특징으로 하는 백바이어스 전압 펌프 회로.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 크로스 커플형 차동 증폭기는,

   낮은 전압으로 프리차지하여 펌핑 시간을 감소시키도록 구비함을 특징으로 하는 백바이어스 전압 펌프 회로.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 크로스 커플형 차동 증폭기는,

   스위칭 전압의 충분한 마진으로 낮은 외부 전압에 대하여 백바이어스 전압 레벨을 확보할 수 있도록 구비함을 특징으로 하는 백바이어스 전압 펌프 회로.