KR20000026469A - 광범위 공급 전압에서 동작하는 저전력 소모 승압 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명의 승압 회로에서는, 저전원 전압 조건하에서는 하이 레벨의 제어 신호가 발생되는 반면 고전원 전압 조건하에서는 로우 레벨의 제어 신호가 발생된다. 이로써, 로직 게이트 회로는 저전원 전압에서 클럭 신호와 동일한 위상의 클럭 신호(CLK2)를 출력하고, 고전원 전압에서는 로우 레벨의 신호를 출력한다. 이와 같은 제어 동작에 의해 저전원 전압에서는 2 개의 챠지 펌프들 둘 다 동시에 동작되는 반면 고전원 전압에서는 하나의 챠지 펌프 만이 동작된다. 이는 펌핑 회로의 커패시터들의 용량과 전원 전압의 불일치에 기인한 전력 손실을 방지할 수 있는 효과를 가져다 준다.

Description

광범위 공급 전압에서 동작하는 저전력 소모 승압 회로(Low Power Consumption Boosting Voltage Generation Circuit Operable In Wide Range Supply Voltage)

본 발명은 공급 전압보다 높은 고전압을 발생하는 승압 회로에 관한 것으로, 더 구체적으로는 광범위 공급 전압에서 동작하는 저전력 소모 승압 회로에 관한 것이다.

대부분의 반도체 메모리 장치 예를 들면, DRAM, SRAM, 플래시 메모리(flash memory) 장치들은 고정된 전원 전압(예를 들면, 2.7V 또는 5.0V)을 사용하여 동작한다. 또한, 메모리 장치의 내부 회로들은 일반적으로 단일 전원 전압에서만 최적으로 동작하도록 설계된다.

그러나, 메모리 장치가 광범위 전원 전압의 사용 조건하에서 요구된 동작을 수행하기 위해서는 거기에 알맞게 설계된 별도의 승압 회로가 필요하다. 즉, 종래의 승압 회로를 사용하여 그와 같은 동작 조건을 만족시키는 것은 대단히 곤란하다.

광범위의 전원 전압을 사용하여 원하는 고전압 출력을 얻기 위해서는 우선적으로 저전원 전압의 조건에서 메모리 장치의 내부 회로들의 정상적인 동작이 보장되어야 한다.

반도체 메모리 장치, 특히, MOS(Metal Oxide Semiconductor) 메모리 장치의 승압을 위해서는 일반적으로 챠지 펌프 회로가 사용되고 있다. 챠지 펌프 회로는 공급 전압보다 높은 직류 전압이나 역극성(reverse polarity)의 직류 전압을 얻는데 사용된다. 상기 챠지 펌프는 에너지 저장 소자로서 커패시터들을 사용하고 고주파 스위칭 동작에 의해서 전압 변환을 달성한다. 필요한 전력이 작을 경우에는 챠지 펌프의 커패시터들이 충분히 작게 형성될 수 있기 때문에 챠지 펌프 전체가 하나의 집적회로 내에 집적화될 수 있어서 시스템의 단가를 낮출 수 있게 된다. 따라서, 온-칩(on-chip) 챠지 펌프 회로들이 광범위한 집적 회로 분야에서 승압 회로로서 활용되고 있다.

그러나, 저전원 전압 조건에서 동작하는 챠지 펌프 회로는 챠지 커패시터의 구동 전압 레벨이 낮기 때문에 고전원 전압 조건에서 동작하는 것보다 상대적으로 큰 커패시터가 필요하다. 챠지 펌프 회로로 제공되는 클럭의 주파수가 결정된 상태에서는 챠지 펌프의 전력 소모가 전적으로 커패시터의 용량에 비례하기 때문에, 이 커패시터를 이용하여 저전원 전압 조건에 적합하도록 비록 회로 구성을 최적화시킨다 하더라도 고전원 전압 조건에서는 매우 큰 전력 손실이 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 광범위 공급 전압의 전 구간에 걸쳐 소모되는 전력이 작은 MOS 승압 회로를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 승압 회로를 보여주는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 클럭 발생 회로

20 : 가변 펌핑 회로

21 : 제 1의 클럭 버퍼

22 : 제 1의 챠지 펌프

23 : NAND 로직 게이트

24 : 제 2의 클럭 버퍼

25 : 제 2의 챠지 펌프

30 : 펌핑 제어 회로

31 : 전원 전압 공급부

32 : 기준 전압 발생부

33 : 비교부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 반도체 장치용 승압 회로는 클럭 신호를 발생하는 클럭 발생 회로와, 가변가능한 용량을 갖고 상기 클럭에 응답하여 고전압을 발생하는 펌핑 회로 및, 공급 전압의 변화에 의거해서 상기 펌핑 회로의 용량을 제어하는 펌핑 제어 회로를 포함한다.

상기 펌핑 회로는, 병렬로 연결된 적어도 2 개의 신호 전달 패스들과, 상기 적어도 2 개의 패스들로 클럭 신호를 선택적으로 공급하는 로직 회로 및, 상기 적어도 2개의 패스들 상에서 위치하고 상기 선택적으로 공급된 클럭 신호에 응답해서 챠지 펌핑 동작을 수행하는 적어도 2 개의 챠지 펌프들을 구비한다.

다음에는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 승압 회로(100)의 바람직한 실시예를 보여주고 있다. 도 1을 참고하여, 본 발명의 승압 회로(100)는 클럭 발생 회로(10)와, 가변 펌핑 회로(20) 및, 펌핑 제어 회로(30)를 구비하고 있다. 상기 클럭 발생 회로(10)는 제 1의 클럭 신호(CLK1)를 발생한다. 이 클럭 신호(CLK1)은 챠지 펌핑 회로(20)로 제공된다. 상기 가변 펌핑 회로(20)는 입력되는 제어 신호(EN)에 응답해서 가변적인 용량(capacitance)를 갖는다. 상기 펌핑 제어 회로(30)는 전원 전압(Vcc)의 변화에 의거하여 상기 가변 펌핑 회로(20)의 커패시턴스를 가변하기 위한 상기 제어 신호(EN)을 발생한다. 이와 같은 승압 회로 구성은 불필요한 전력 손실을 막아 준다. 즉, 저전원 전압에서는 제 1 및 제 2의 챠지 펌프들이 동시에 동작되도록 하는 반면 고전원 전압에서는 그들 중 어느 하나의 챠지 펌프 만이 동작되도록 함으로써, 펌핑 회로의 커패시터들의 용량과 전원 전압의 불일치에 기인한 전력 손실이 방지될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 펌핑 회로(20)는 제 1 및 제 2의 클럭 버퍼들(21, 24), 제 1 및 제 2의 챠지 펌프들(22, 25) 및, NAND 로직 게이트(23)로 구성된다. 제 1의 신호 패스 상의 상기 제 1의 클럭 버퍼(21)는 상기 클럭 발생 회로(10)로부터 클럭 신호(CLK1)를 받아들여서 미리 정해진 레벨의 신호로 변환한다. 상기 제 1의 챠지 펌프 회로(22)는 상기 제 1 클럭 버퍼(21)의 출력에 응답해서 챠지 펌핑 동작을 수행한다. 상기 NAND 로직 게이트(23)는 상기 클럭 신호(CLK1)와 상기 펌핑 제어 회로(30)로부터 제공되는 제어 신호(EN)를 받아들여서 NAND 논리 연산을 수행한다. 이 게이트(23)의 출력은 상기 제 2의 클럭 버퍼(24)로 제공된다. 이 클럭 버퍼(24) 역시 제 1의 클럭 버퍼(21)와 동일한 기능을 수행한다. 즉, 이 버퍼(24)는 상기 NAND 로직 게이트(23)의 출력 신호(CLK2)를 받아들여서 미리 정해진 레벨의 신호로 변환한다. 제 2의 신호 패스 상의 상기 제 2의 챠지 펌프 회로(25) 역시 상기 제 2의 클럭 버퍼(24)의 출력에 응답해서 챠지 펌핑 동작을 수행한다.

상기 펌핑 제어 회로(30)는 저전원 전압 조건하에서는 하이 레벨의 제어 신호(EN)를 발생하는 반면 고전원 전압 조건하에서는 로우 레벨의 제어 신호(EN)를 발생한다. 이로써, NAND 로직 게이트(23)는 저전원 전압에서 클럭 신호(CLK1)과 동일한 위상의 클럭 신호(CLK2)를 출력하고, 고전원 전압에서는 로우 레벨의 신호를 출력한다. 이와 같은 제어 동작에 의해 저전원 전압에서는 제 1 및 제 2의 챠지 펌프들(22 및 25) 둘 다 동시에 동작되는 반면 고전원 전압에서는 제 1의 챠지 펌프(22) 만이 동작된다. 이는 펌핑 회로의 커패시터들의 용량과 전원 전압의 불일치에 기인한 전력 손실을 방지할 수 있는 효과를 가져다 준다.

이상과 같은 제어 동작을 수행하는 펌핑 제어 회로(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전원 전압(Vcc)를 제공하는 전원 전압 공급부(31)과, 상기 전원 전압(Vcc)을 사용하여 미리 정해진 기준 전압(Vref)을 발생하는 기준 전압 발생부(32) 및, 상기 전원 전압과 상기 기준 전압을 상호 비교해서 상기 전원 전압이 상기 기준 전압 이하일 때 하이 레벨의 제어 신호(EN)을 그리고 상기 기준 전압 이상일 때 로우 레벨의 제어 신호(EN)을 발생하는 비교부(33)으로 구성된다.

이상에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 거기에 한정되지 않는다는 것과 본 발명의 사상 및 그 기술 범위를 벗어나지 않는 선에서 다양한 실시예들 및 변형예들이 있을 수 있다는 것이 잘 이해될 것이다. 예를 들면, 클럭 버퍼의 개수와 기준 전압의 개수는 다양하게 변경될 수 있는데, 이 경우에는 펌핑 회로의 용량을 세밀하게 변경함으로써 각 가지 적용 분야에 알맞는 그리고 최적의 전력 소비를 갖는 승압회로를 제공할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 승압 회로가 전원 전압의 레벨에 적응적인 용량을 가짐으로써 상기 승압 회로는 최적의 전력을 소비한다.

Claims (2)

1. 반도체 장치용 승압 회로에 있어서:

   클럭 신호를 발생하는 클럭 발생 회로와;

   가변가능한 용량을 갖고 상기 클럭에 응답하여 고전압을 발생하는 펌핑 회로 및;

   전원 전압의 변화에 의거해서 상기 펌핑 회로의 용량을 제어하는 펌핑 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 승압 회로.
2. 제 1 항에 있어서:

   상기 펌핑 회로는;

   병렬로 연결된 적어도 2 개의 신호 전달 패스들과,

   상기 적어도 2 개의 패스들로 상기 클럭 신호를 선택적으로 공급하는 로직 회로 및,

   상기 적어도 2개의 패스들 상에서 위치하고 상기 선택적으로 공급된 클럭 신호에 응답해서 챠지 펌핑 동작을 수행하는 적어도 2 개의 챠지 펌프들을 포함하는 것을 특징으로 하는 승압 회로.