KR20000004732A - 내부전압 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기준전압을 조정하여 얻은 내부전압이 온도의 변화에 따라 변화되는 것을 안정시키기 위해 출력값을 피드백시킴으로서 온도변화에 대한 내부전압의 변동을 최소화하여 안정된 내부전압을 발생시킬 수 있도록 한 내부전압 발생기에 관한 것으로, 기준전압을 발생시키는 제1전압발생부(1)의 출력값(Vr1)을 디코딩부(3)에서 미세조정된 값을 증폭하여 출력하는 제2전압발생부(2)를 포함하여 이루어진 내부전압 발생기에 있어서, 제2전압발생부(2)의 출력값(Vr2)을 궤환시켜 증폭기의 부하저항값을 변경시키는 궤환부(10)를 더 포함하여 이루어져 출력값이 온도의 변화에 영향을 받지 않도록 하여 칩이 안정적으로 작동되도록 하는 이점이 있다.

Description

내부전압 발생기

본 발명은 내부전압 발생기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기준전압을 조정하여 얻은 내부전압이 온도의 변화에 따라 변화되는 것을 안정시키기 위해 출력값을 피드백시킴으로서 온도변화에 대한 내부전압의 변동을 최소화하여 안정된 내부전압을 발생시킬 수 있도록 한 내부전압 발생기에 관한 것이다.

내부전압 발생기는 높은 외부전압을 받아들여 내부적으로 새로운 전압을 만들어 칩의 동작시 소비전력을 줄이고 고속으로 동작시키기 위한 장치이다.

반도체장치에서 사용되는 내부전압값은 외부전압, 온도 및 공정의 변화와 무관하게 일정한 값을 가져야한다. 그런데 내부전압 발생기는 기준전압을 증폭한 값에 불과하기 때문에 기준전압을 발생하는 기준전압 발생기를 외부 전원전압 및 온도의 변화에 둔감한 값을 갖도록 하는 것은 가능하나 공정의 변화에 대응할 수는 없다.

따라서, 이를 해결하고자 리페어 퓨즈를 활용하여 기준전압의 값을 변경할 수 있는 장치를 도입함으로서 DRAM의 개발에 많은 도움이 되었다.

DRAM의 최종 측정 결과와 기준전압과의 상관관계를 추출한 뒤 그 값에 해당하는 기준전압을 갖도록 마스크를 수정하면 최적의 DRAM을 얻을 수가 있다.

이 방식에서는 퓨즈의 개수를 줄이기 위해 디코더를 채용하는 방식과 다이렉트 프로그래밍 방식으로 나누어 볼 수 있다.

디코더방식을 이용하여 적은 수의 퓨즈로 다양한 기준전압값을 얻을 수 있는 프로그래머블 디코더방식이다. 하지만 이 방식에서는 기준전압값이 디코더 출력단에 연결된 NMOS를 관통하므로 이 MOS의 턴온저항값에 의해 변화를 받아 공정 디펜던스를 보이게 되며 온도변화에도 민감하게 된다.

이에 반하여 다이렉트 프로그래밍법은 퓨즈에 대해 1:1의 기준전압값이 얻어지므로 퓨즈의 개수가 많이 소요되지만 폴리실리콘의 온도특성을 살려서 설계를 한다면 보다 특성이 좋은 기준전압을 확보할 수 있다.

도 1은 종래의 내부전압 발생기를 나타낸 블록구성도이다.

여기에 도시된 바와 같이 온도와 외부 전압 변동에 대해 안정되게 일정한 전압을 발생시키는 기준전압발생부(1)와, 퓨즈를 절단하여 가변시키고자하는 전압레벨을 선택하는 디코딩부(3)와, 디코딩부(3)의 출력값에 따라 제1전압발생부(1)의 값(Vr1)을 증폭하는 제2전압발생부(2)와, 제2전압발생부(2)의 출력값(Vr2)을 입력받아 초기작동시 외부전압을 출력하며 이후 제2전압발생부(2)의 출력전압으로 출력하고 테스트전압을 발생시키는 제3전압발생부(4)와, 제3전압발생부(4)의 출력 전압레벨과 동일한 상태에서 전류드라이브능력을 향상시키는 제4전압발생부(5)와, 제1전압발생부(1)와 3전압발생부(4)의 출력값을 입력받아 대기상태에서 내부전압을 제어하는 제1전압구동부(6)와, 제1전압발생부(1)와 제3전압발생부(4)와 제4전압발생부(5)의 출력값을 입력받아 DRAM의 동작시 내부전압을 제어하는 제2전압구동부(7)로 이루어진다.

위의 제1전압발생부(1)는 일반적으로 사용되는 위들러 기준전압발생기를 사용하였다.

위와 같이 이루어진 내부전압발생기의 작동은 제1전압발생부(1)에서 발생된 전압(Vr1)을 제2전압발생부(2)에서 디코딩부(3)의 출력값에 따라 증폭한다. 디코딩부(3)의 출력값은 DRAM의 작동상태에 따라 다수개의 퓨즈를 선택적으로 절단하여 가변하고자 하는 출력신호를 발생시킨다. 제3전압발생부(4)에서는 초기 전원상태에서 외부전압을 출력하고 정상상태에서 제2전압발생부(2)의 값을 발생시킨다.

이렇게 발생된 값은 DRAM의 대기상태에서는 제1전압구동부(6)에 의해 제1전압발생부(1)와 제3전압발생부(4)의 값으로 구동되어 내부전압값이 출력되고, DRAM의 동작상태에서는 제2전압구동부(7)에 의해 전류 드라이브능력을 향상시킨 제4전압발생부(5)의 값과 제3전압발생부(4)의 값 그리고, 제1전압발생부(1)의 값으로 구동되어 내부전압값이 출력된다.

도 2는 도 1에 도시된 내부전압 발생기의 제2전압발생부를 나타낸 회로도이다.

여기에서 보는 바와 같이 차동증폭기의 부하저항들을 디코딩부(3)의 출력값인 S0∼S7의 값에 의해 선택함으로써 제1전압발생부(1)에서 출력되는 기준전압(Vr1)을 조정하여 원하는 내부전압값(Vint)을 출력하게 된다.

도 3은 종래 내부전압 발생기의 제2전압발생부의 시뮬레이션결과를 나타낸 그래프이다.

이 그래프에서 보는 바와 같이 온도가 -10℃일때의 출력값과 90℃일때의 출력값과의 차이가 대략 0.3V가량 발생되고 있음을 알 수 있다.

이를 디코딩부(3)의 출력값에 대한 온도의 변화에 따른 내부전압의 출력값을 살펴보면 표1과 같다.

온도	S0	S1	S2	S3	S4	S5	S6	S7
-10℃	3.02	2.92	2.84	2.77	2.48	2.54	2.62	2.7
25℃	3.19	3.06	2.96	2.88	2.53	2.6	2.69	2.78
90℃	3.42	3.32	3.21	3.1	2.64	2.73	2.85	2.97
ΔV	0.4	0.4	0.37	0.33	0.16	0.19	0.23	0.27

표1에서 보는 바와 같이 온도의 변화에 따라 평균 0.293V가 변화하고 있으며, 최고 0.4V까지 변화하고 있음을 알 수 있다.

위와 같이 제1전압발생부(1)에서 기준전압(Vr1)으로 발생된 값을 디코딩부(3)에서 조정한 후에도 제2전압발생부(2)에서 증폭되는 과정에서 온도의 변화에 따라 내부전압(Vint)이 가변되어 칩의 안정적인 동작에 지장을 준다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 기준전압을 퓨즈에 의해 조정한 후 온도변화에 따라 변하는 내부전압을 온도에 무관하도록 출력값을 피드백시켜 온도보상을 실시함으로써 안정된 내부전압값을 출력할 수 있도록 한 내부전압 발생기를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 내부전압 발생기를 나타낸 블록구성도이다.

도 2는 종래의 내부전압 발생기의 제 2전압발생부를 나타낸 회로도이다.

도 3은 종래의 내부전압 발생기의 제 2전압발생부의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명에 의한 내부전압 발생기의 요부 개념을 나타낸 회로도이다.

도 5는 본 발명에 의한 내부전압 발생기의 제 2전압발생부를 나타낸 회로도이다.

도 6은 본 발명에 의한 내부전압 발생기의 제 2전압발생부의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

2 : 제2전압발생부

3 : 디코딩부

10 : 궤환부

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 기준전압을 발생시키는 제1전압발생부의 출력값을 디코딩부에서 미세조정된 값을 증폭하여 출력하는 제2전압발생부를 포함하여 이루어진 내부전압 발생기에 있어서, 제2전압발생부의 출력단의 값을 궤환시켜 증폭기의 부하저항값을 변경시키는 궤환부를 더 포함하여 이루어진다.

위와 같이 이루어진 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

제2전압발생부의 출력값이 온도가 상승함에 따라 큰폭으로 상승하게 되면 궤환부에 의해 큰값이 궤환되어 증폭기의 부하저항값을 큰폭으로 변화시켜 출력값을 크게 떨어뜨리게 된다. 또한 온도가 낮아지면 소폭으로 출력값이 감소하게 되면 궤환부를 통해 증폭기의 부하저항값을 소폭으로 변화시켜 출력값을 소폭 감소시켜 온도보상이 이루어지게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

도 4는 본 발명에 의한 내부전압 발생기의 요부 개념을 나타낸 회로도로써 궤환부를 나타내었다.

여기에 도시된 바와 같이 도 1의 제1전압발생부(1)의 출력값(Vr1)을 디코딩부(3)에서 조정한 후 이를 증폭하여 출력하는 제2전압발생부(2)의 출력값(Vr2)에 의해 작동되는 피드백트랜지스터(N1)가 설치된다. 이 피드백 트랜지스터(N1)의 드레인은 제2전압발생부(2)의 기준전압값(Vr1_ref)을 직렬로 연결하여 접지와 연결시킨 제1저항(R1)과 제2저항(R2)의 연결지점에 연결되고 소오스는 접지와 연결된다.

위와 같이 궤환부(10)가 이루어져 고온에서 제2전압발생부(2)의 출력레벨(Vr2)이 증가하면 피드백트랜지스터(N1)가 큰폭으로 턴온되고 따라서 제2전압발생부(2)의 기준전압값(Vr1_ref)이 크게 줄어들게 된다. 그러면 제2전압발생부(2)의 출력레벨(Vr2)도 같이 줄어들게 되어 온도증가에 따른 제2전압발생부(2)의 출력값(Vr2)의 온도에 대한 변동을 보상하게 된다.

또한, 저온에서 제2전압발생부(2)의 출력레벨(Vr2)이 온도의 영향을 받아 소폭 증가하면 피드백트랜지스터(N1)가 약하게 턴온되고 따라서 제2전압발생부(2)의 기준전압값(Vr1_ref)이 소폭감소하게 된다. 그러면, 이에 따라 다시 제2전압발생부(2)의 출력(Vr2)도 소폭감소하게 되어 제2전압발생부(2)의 출력값(Vr2)의 온도에 대한 변동을 보상하게 된다.

도 5는 도 4의 피드백트랜지스터를 내부전압발생기의 제2전압발생부에 설치한 상태를 나타낸 회로도이다.

여기에서 보는 바와 같이 차동증폭기의 부하저항들을 디코딩부(3)의 출력값인 S0∼S7의 값에 의해 선택함으로써 제1전압발생부(1)에서 출력되는 기준전압(vr1)을 조정하여 원하는 내부전압값(Vr2)을 출력하게 된다. 이 출력값은 다시 피드백트랜지스터(N1)에 의해 궤환되어 온도의 변화에 대한 보상이 이루어진다.

도 6은 도 5의 회로도를 시뮬레이션한 그래프이다.

이 그래프에서 보는 바와 같이 온도가 -10℃일때의 출력값과 90℃일때의 출력값과의 차이가 대략 0.15V가량 발생되고 있음을 알 수 있다.

이를 디코딩부(3)의 출력값에 대한 온도의 변화에 따른 내부전압의 출력값을 살펴보면 표2와 같다.

온도	S0	S1	S2	S3	S4	S5	S6	S7
-10℃	3.18	2.09	2.98	2.57	2.62	2.7	2.79	2.87
25℃	3.19	3.11	3.01	2.53	2.6	2.7	2.8	2.9
90℃	3.25	3.21	3.13	2.53	2.6	2.76	2.89	3.01
ΔV	0.07	0.12	0.15	0.04	0.02	0.06	0.1	0.14

표2에서 보는 바와 같이 온도의 변화에 따라 평균 0.087V가 변화하고 있으며, 최고 0.15V까지 변화하고 있음을 알 수 있다.

위와 같이 제2전압발생부(2)의 출력값(Vr2)을 피드백트랜지스터(N1)를 통해 궤환시킴에 따라 온도변화에 대한 피드백트랜지스터(N1)의 턴온정도가 변하면서 온도에 대한 출력값을 보상하게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 내부전압발생기가 퓨즈에 의해 미세조정을 실시한 후에도 온도의 변화에 따라 출력값이 변동하는 것을 방지하기 위해 미세조정후 증폭단의 출력값을 궤환시킴으로서 온도의 변화에 영향을 받지 않도록 하여 칩의 안정된 동작을 꾀할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 기준전압을 발생시키는 제1전압발생부의 출력값을 디코딩부에서 미세조정된 값을 증폭하여 출력하는 제2전압발생부를 포함하여 이루어진 내부전압 발생기에 있어서,

   상기 제2전압발생부의 출력단의 값을 궤환시켜 증폭기의 부하저항값을 변경시키는 궤환부

   를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 내부전압 발생기.
2. 제1항에 있어서, 상기 궤환부는

   온도변화에 영향을 적게받는 피드백트랜지스터

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 내부전압 발생기.