KR20000043179A - Charge pump circuit - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A charge pump circuit is provided to minimize the power consumption by reducing the noise generated in a pumping operation with sequentially operating a pumping capacitor and to avoid miss-operation. CONSTITUTION: In operating a pre-charge transistor(31) connected to a pumping terminal(node1), a control signal is input through an output terminal(36 or 37) of a pump controller(20). The control signal becomes a pumping potential sequentially and changes to an initial potential at the same times. Thereafter, a high potential is output into an output terminal and inputted to a level detector(40) by operating a transmission transistor(32). When the potential of the output terminal does not come up to a target value, a pumping signal is sent to an output terminal. A ring oscillator(10) generates a periodic signal by the pumping signal. The pumping controller repeats the operation to sequentially output the control signal to the output terminal until the potential reaches the target value.

Description

차지 펌프 회로Charge pump circuit

본 발명은 반도체 기억 소자의 외부에서 인가되는 전원 전위 및 접지 전위의 영역밖의 전위를 만들어 내는 장치인 차지 펌프(charge pump) 회로에 관한 것으로, 특히 차지 펌프 회로의 펌프 단자에 순차적으로 동작하는 펌핑 캐패시터를 연결하여 펌핑 동작시 발생하는 노이즈를 줄임으로써, 전류의 소모 및 오동작을 방지할 수 있도록 한 차지 펌프 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a charge pump circuit, which is a device for generating a potential outside the region of a power supply potential and a ground potential applied from the outside of a semiconductor memory element, and particularly, a pumping capacitor that operates sequentially at a pump terminal of a charge pump circuit. It relates to a charge pump circuit to reduce the noise generated during the pumping operation by connecting the to prevent the consumption and malfunction of the current.

일반적으로, 반도체 소자에서 전하 펌프를 이용하여 전원전위와 접지전위의 영역 밖의 전위로는 Vpp와 Vbb가 있다.In general, Vpp and Vbb are potentials outside the region of the power source potential and the ground potential using a charge pump in a semiconductor device.

디램 회로의 경우에는 워드 라인(word line) 등을 구동하기 위한 전원전위 이상의 전위를 Vpp라고 하고, 디램 셀(DRAM cell)로 사용되는 엔모스 트랜지스터의 벌크 바이어스(bulk bias)로 사용되는 네가티브(negative) 전위를 Vbb라고 한다.In the case of a DRAM circuit, the potential above the power supply potential for driving a word line or the like is referred to as Vpp, and is used as a bulk bias of an NMOS transistor used as a DRAM cell. ) The potential is called Vbb.

여기서는 편의상 외부에서 인가되는 전원 전위 이상의 전위를 vpp라고 하고, 접지전위 이하의 전위를 vbb 라고 한다.For convenience, the potential above the power source potential applied from the outside is called vpp, and the potential below the ground potential is called vbb.

이러한 전원 전위와 접지전위의 영역 밖의 전위를 만들기 위하여는 전하 펌핑 동작이 필요하므로, 이러한 전위를 만드는 장치를 일반적으로 차지 펌프(charge pump)라고 한다.The charge pumping operation is required to make such a potential outside the region of the power supply potential and the ground potential, and therefore, a device for making such a potential is generally called a charge pump.

일반적인 차지 펌프의 회로 구성은 도 1 에 도시된 바와 같이, 주기적인 신호를 만들어 내는 링 오실레이터(1)와 ; 상기 링 오실레이터(1)로부터 입력되는 신호에 의해 제어 신호를 출력하는 펌프 제어부(2) ; 상기 펌프 제어부(2)로부터 입력되는 제어 신호를 이용하여 펌핑 동작을 수행하는 차지 펌프(3) ; 상기 차지 펌프(3)의 출력단 전위를 감지하여 펌핑 동작의 지속 여부를 판별하는 레벨 검출부(4) ; 및 상기 레벨 검출부(4)에서 검출된 전위를 일정시간 동안 지연시켜 상기 링 오실레이터(1)를 동작시키는 지연 회로부(5)로 구성된다.The circuit configuration of a typical charge pump includes a ring oscillator 1 for generating a periodic signal, as shown in FIG. A pump controller (2) for outputting a control signal by a signal input from the ring oscillator (1); A charge pump (3) for performing a pumping operation using a control signal input from the pump control unit (2); A level detector (4) for sensing the output terminal potential of the charge pump (3) to determine whether the pumping operation is continued; And a delay circuit section 5 for operating the ring oscillator 1 by delaying the potential detected by the level detecting section 4 for a predetermined time.

상기와 같이 구성된 일반적인 차지 펌프 회로의 동작 방식은 다음과 같다.The operation method of the general charge pump circuit configured as described above is as follows.

먼저, 레벨 검출부(4)에서 출력단의 전위가 목표값(target value)에 못미치는 경우에는 출력단으로 펌프 동작을 시작하라는 신호를 보내고, 이 신호에 의하여 링 오실레이터(1)에서는 주기적인 신호를 발생시킨다.First, when the potential of the output stage is less than the target value, the level detector 4 sends a signal to the output stage to start the pump operation, and the ring oscillator 1 generates a periodic signal by this signal. .

상기와 같이 링 오실레이터(1)에서 발생된 신호를 이용하여 펌프 제어부(2)의 제어를 받아 차지 펌프(3)가 동작을 시작하고, 이 동작은 상기 레벨 검출부(4)가 목표값(target value)을 감지하고 지연 회로부(5)를 통하여 일정 지연 시간 동안 계속된 이후에 상기 차지 펌프(3)가 동작을 멈추게 된다.As described above, the charge pump 3 starts to operate under the control of the pump control unit 2 by using the signal generated by the ring oscillator 1, and this operation is performed by the level detector 4. ) And the charge pump 3 stops operating after being continued for a predetermined delay time through the delay circuit section 5.

그러나, 상기 차지 펌프(3)에서 펌핑 동작을 수행하는 캐패시터가 큰 경우 펌핑 동작시 출력단의 전위가 흔들리게 되고, 이때 발생하는 노이즈로 인하여 고전압(Vpp)을 전원으로 사용하는 회로들의 동작시 지연 시간의 변화 또는 스위치 전위의 변화 등과 같은 오동작이 발생하게 된다.However, when the capacitor performing the pumping operation in the charge pump 3 is large, the potential of the output terminal is shaken during the pumping operation, and the delay time during the operation of circuits using the high voltage Vpp as a power source due to noise generated at this time. Malfunctions such as a change in the power supply or a change in the switch potential occur.

펌핑 동작시 출력단에서 생기는 전위의 변화는 전하 분배(Charge Sharing)에 의하여 정해지는데, 그 전위의 변화는 "펌핑 캐패시턴스/출력단에 존재하는 토탈 캐패시턴스" 로 정해진다.The change in potential generated at the output stage during the pumping operation is determined by charge sharing, and the change in potential is determined as "total capacitance present at the pumping capacitance / output stage".

따라서, 노이즈를 줄이기 위하여 펌핑 캐패시턴스를 작게 하는 경우는 이러한 펌프의 수를 증가시켜야 하므로, 전체적인 면적이 증가하게 되는 문제점이 있었다.Therefore, when the pumping capacitance is reduced in order to reduce noise, the number of such pumps must be increased, thereby increasing the overall area.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점 들을 해소시키기 위하여 창안된 것으로, 차지 펌프 회로의 펌프 단자에 순차적으로 동작하는 펌핑 캐패시터를 연결하여 펌핑 동작시 발생하는 노이즈를 줄임으로써, 전류의 소모 및 오동작을 방지할 수 있도록 한 차지 펌프 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and by connecting pumping capacitors that are sequentially operated to the pump terminals of the charge pump circuit, the noise generated during the pumping operation is reduced, thereby consuming current and It is an object of the present invention to provide a charge pump circuit capable of preventing a malfunction.

도 1 은 일반적인 차지 펌프 회로도,1 is a general charge pump circuit diagram,

도 2 는 본 발명에 따른 차지 펌프 회로도,2 is a charge pump circuit diagram according to the present invention;

도 3 은 본 발명의 다른 실시 예시도,3 is another embodiment of the present invention;

도 4 는 본 발명에 따른 시뮬레이션 결과를 보인 파형도이다.4 is a waveform diagram showing a simulation result according to the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

10 : 링 오실레이터 20 : 펌프 제어부10 ring oscillator 20 pump control unit

30 : 차지 펌프 40 : 레벨 검출부30: charge pump 40: level detector

50 : 지연 회로부 31 : 프리차지 트랜지스터50: delay circuit section 31: precharge transistor

32 : 전달 트랜지스터 33, 34 : 제 1, 2 펌핑 캐패시터32: transfer transistor 33, 34: first and second pumping capacitor

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 차지 펌프 회로는, 주기적인 신호를 만들어 내는 링 오실레이터를 출력에 응답하여 동작하는 차지 펌프 회로에 있어서,In order to achieve the above object, the charge pump circuit of the present invention is a charge pump circuit that operates in response to an output of a ring oscillator that generates a periodic signal,

상기 링 오실레이터의 출력 신호에 의해 펌프를 순차적으로 구동하기 위한 제어 신호를 출력하는 펌프 제어부와;A pump controller which outputs a control signal for sequentially driving the pump by the output signal of the ring oscillator;

상기 펌프 제어부로부터 출력되는 제어 신호를 이용하여 펌핑 캐패시터를 순차적으로 동작시켜 펌핑 동작을 수행하는 차지 펌프 ;A charge pump performing a pumping operation by sequentially operating a pumping capacitor using a control signal output from the pump controller;

상기 차지 펌프의 출력단 전위를 감지하여 펌핑 동작의 지속 여부를 판별하는 레벨 검출부 ; 및A level detector which senses an output terminal potential of the charge pump and determines whether a pumping operation is continued; And

상기 레벨 검출부에서 검출된 전위를 일정시간 동안 지연시켜 상기 링 오실레이터를 동작시키는 지연 회로부를 구비하고,A delay circuit section for operating the ring oscillator by delaying the potential detected by the level detection section for a predetermined time;

상기 차지 펌프는, 출력단자의 전위를 만들어 내는 소오스 단자인 전원전위 단자와 펌핑 단자 사이에 구성된 프리차지 트랜지스터와 ; 상기 펌핑 단자와 출력 단자 사이에 구성된 전달 트랜지스터 ; 상기 펌핑 단자에 연결되고 정해진 시간에 상기 펌핑 단자의 전위를 올리기 위하여 사용되는 제 1 펌핑 캐패시터 ; 및 상기 펌핑 단자에 연결되고 제 1 펌핑 캐패시터가 펌핑 동작을 수행한 이후 일정 지연 시간 이후에 상기 펌핑 단자의 전위를 올리기 위하여 사용되는 제 2 펌핑 캐패시터를 구비한다.The charge pump includes: a precharge transistor configured between a power supply potential terminal, which is a source terminal for generating a potential of an output terminal, and a pumping terminal; A transfer transistor configured between the pumping terminal and the output terminal; A first pumping capacitor connected to the pumping terminal and used to raise the potential of the pumping terminal at a predetermined time; And a second pumping capacitor connected to the pumping terminal and used to raise the potential of the pumping terminal after a predetermined delay time after the first pumping capacitor performs the pumping operation.

본 발명에 따른 동작 원리를 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation principle according to the present invention will be described in detail as follows.

도 2 는 본 발명에 따른 회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 주기적인 신호를 만들어 내는 링 오실레이터(10)와 ; 상기 링 오실레이터(10)의 출력 신호에 의해 펌프를 순차적으로 구동하기 위한 제어 신호를 출력하는 펌프 제어부(20) ; 상기 펌프 제어부(20)로부터 출력되는 제어 신호를 이용하여 펌핑 캐패시터를 순차적으로 동작시켜 펌핑 동작을 수행하는 차지 펌프(30) ; 상기 차지 펌프(30)의 출력단 전위를 감지하여 펌핑 동작의 지속 여부를 판별하는 레벨 검출부(40) ; 및 상기 레벨 검출부(40)에서 검출된 전위를 일정시간 동안 지연시켜 상기 링 오실레이터(10)를 동작시키는 지연 회로부(50)로 구성한다.2 is a circuit diagram according to the present invention, as shown therein, a ring oscillator 10 for generating a periodic signal; A pump control unit 20 outputting a control signal for sequentially driving the pump by the output signal of the ring oscillator 10; A charge pump 30 performing a pumping operation by sequentially operating a pumping capacitor using a control signal output from the pump controller 20; A level detector 40 which senses the output terminal potential of the charge pump 30 to determine whether the pumping operation is continued; And a delay circuit unit 50 for operating the ring oscillator 10 by delaying the potential detected by the level detector 40 for a predetermined time.

상기 차지 펌프(30)는, 출력단의 전위를 만들어 내는 소오스 단자인 전원전위 단자와 펌핑 단자(node 1) 사이에 구성된 프리차지 트랜지스터(31)와 ; 상기 펌핑 단자(node 1)와 출력 단자 사이에 구성된 전달 트랜지스터(32) ; 상기 펌핑 단자(node 1)에 연결되고 정해진 시간에 상기 펌핑 단자(node 1)의 전위를 올리기 위하여 사용되는 제 1 펌핑 캐패시터(33) ; 및 상기 펌핑 단자(node 1)에 연결되고 제 1 펌핑 캐패시터(33)가 펌핑 동작을 수행한 이후 일정 지연 시간 이후에 상기 펌핑 단자(node 1)의 전위를 올리기 위하여 사용되는 제 2 펌핑 캐패시터(34)를 포함하여 구성한다.The charge pump 30 includes: a precharge transistor 31 configured between a power supply terminal, which is a source terminal for generating a potential of an output terminal, and a pumping terminal node 1; A transfer transistor 32 configured between the pumping terminal node 1 and the output terminal; A first pumping capacitor (33) connected to the pumping terminal (node 1) and used to raise the potential of the pumping terminal (node 1) at a predetermined time; And a second pumping capacitor 34 connected to the pumping terminal node 1 and used to raise the potential of the pumping terminal node 1 after a predetermined delay time after the first pumping capacitor 33 performs the pumping operation. ), Including

상기와 같이 구성한 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the present invention configured as described above are as follows.

먼저, 차지 펌프(30)의 펌핑 단자(node 1)에 연결된 프리차지 트랜지스터(31)가 동작한 상태에서, 펌프 제어부(20)의 출력 단자(36 또는 37)를 통하여 제어 신호가 입력되면, 제 1, 2 펌핑 캐패시터(33, 34)에 연결된 제어 신호가 일정한 지연 시간을 갖고 순차적으로 펌핑 전위가 된 후, 동일한 시간에 초기 전위로 변하게 되고, 그 이후 전달 트랜지스터(32)가 동작하여 출력 단자로 고전위(Vpp)를 출력한다.First, when a control signal is input through the output terminal 36 or 37 of the pump control unit 20 while the precharge transistor 31 connected to the pumping terminal node 1 of the charge pump 30 operates, The control signals connected to the 1 and 2 pumping capacitors 33 and 34 become the pumping potentials sequentially with a constant delay time, and then change to the initial potentials at the same time, after which the transfer transistor 32 is operated to the output terminal. Output high potential (Vpp).

상기 차지 펌프(30)로부터 출력된 고전위(Vpp)는 레벨 검출부(40)로 입력되어, 상기 레벨 검출부(40)에서 검출된 출력단의 전위가 목표값(target value)에 못미치는 경우에는 출력단으로 펌프 동작을 계속하라는 신호를 보내고, 이 신호에 의하여 링 오실레이터(10)에서는 주기적인 신호를 발생시킨다.The high potential Vpp output from the charge pump 30 is input to the level detector 40, and when the potential of the output terminal detected by the level detector 40 is less than a target value, it is output to the output stage. The signal is sent to continue the pump operation, and the ring oscillator 10 generates a periodic signal by this signal.

상기와 같이 링 오실레이터(10)에서 발생된 신호를 이용하여 펌프 제어부(20)는, 일정한 지연 시간을 갖고 순차적으로 제어 신호를 출력 단자(36 또는 37)로 출력하는 상기 동작을, 상기 레벨 검출부(40)에서 검출된 출력단의 전위가 목표값(target value)이 될 때까지 반복 수행한다.Using the signal generated by the ring oscillator 10 as described above, the pump control unit 20 performs the above operation of sequentially outputting a control signal to the output terminal 36 or 37 with a constant delay time. Repeating until the potential of the output terminal detected in 40) reaches a target value.

도 3 은 본 발명에 따른 차지 펌프의 일실시 예로서 이에 도시한 바와 같이, 출력 단자로 전원 전위보다 낮은 저전위(Vbb)를 사용한다.3 illustrates a low potential Vbb lower than a power supply potential as an output terminal as shown in the embodiment of the charge pump according to the present invention.

도 4 는 도 2 의 시뮬레이션(Simulation) 결과를 도시한 것으로 이에 도시한 바와 같이, 전체적인 펌핑 캐패시터는 동일하고 이것을 두부분으로 나누어 그 중 하나는 일정 지연 시간 이후에 동작하도록 한 것이다.FIG. 4 illustrates the simulation results of FIG. 2, and as shown in FIG. 2, the overall pumping capacitor is the same and divided into two parts, one of which is operated after a predetermined delay time.

따라서, 전체적인 전위가 올라가는 시간은 동일하면서, 각각 한번의 펌핑 동작에서 생기는 전위의 변화는 종래의 회로에 비하여 현저하게 줄어드는 모양을 보인다.Therefore, while the total potential rise time is the same, the change in potential generated in each pumping operation is remarkably reduced compared with the conventional circuit.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 차지 펌프 회로의 펌핑 캐패시터를 순차적으로 동작시킴으로써 펌핑 동작시 발생하는 노이즈를 최소화 시킬 수 있고, 이로 인하여 전류의 소모를 최소화하고 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention can minimize the noise generated during the pumping operation by sequentially operating the pumping capacitor of the charge pump circuit, thereby minimizing the consumption of current and preventing malfunction. .

또한, 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.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications and changes belong to the following claims Should be seen.

Claims (3)

주기적인 신호를 만들어 내는 링 오실레이터를 출력에 응답하여 동작하는 차지 펌프 회로에 있어서,In a charge pump circuit that operates in response to an output of a ring oscillator that produces a periodic signal, 상기 링 오실레이터의 출력 신호에 의해 펌프를 순차적으로 구동하기 위한 제어 신호를 출력하는 펌프 제어부와;A pump controller which outputs a control signal for sequentially driving the pump by the output signal of the ring oscillator; 상기 펌프 제어부로부터 출력되는 제어 신호를 이용하여 펌핑 캐패시터를 순차적으로 동작시켜 펌핑 동작을 수행하는 차지 펌프 ;A charge pump performing a pumping operation by sequentially operating a pumping capacitor using a control signal output from the pump controller; 상기 차지 펌프의 출력단 전위를 감지하여 펌핑 동작의 지속 여부를 판별하는 레벨 검출부 ; 및A level detector which senses an output terminal potential of the charge pump and determines whether a pumping operation is continued; And 상기 레벨 검출부에서 검출된 전위를 일정시간 동안 지연시켜 상기 링 오실레이터를 동작시키는 지연 회로부를 구비하고,A delay circuit section for operating the ring oscillator by delaying the potential detected by the level detection section for a predetermined time; 상기 차지 펌프는, 출력단자의 전위를 만들어 내는 소오스 단자인 전원전위 단자와 펌핑 단자 사이에 구성된 프리차지 트랜지스터와 ; 상기 펌핑 단자와 출력 단자 사이에 구성된 전달 트랜지스터 ; 상기 펌핑 단자에 연결되고 정해진 시간에 상기 펌핑 단자의 전위를 올리기 위하여 사용되는 제 1 펌핑 캐패시터 ; 및 상기 펌핑 단자에 연결되고 제 1 펌핑 캐패시터가 펌핑 동작을 수행한 이후 일정 지연 시간 이후에 상기 펌핑 단자의 전위를 올리기 위하여 사용되는 제 2 펌핑 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 차지 펌프 회로.The charge pump includes: a precharge transistor configured between a power supply potential terminal, which is a source terminal for generating a potential of an output terminal, and a pumping terminal; A transfer transistor configured between the pumping terminal and the output terminal; A first pumping capacitor connected to the pumping terminal and used to raise the potential of the pumping terminal at a predetermined time; And a second pumping capacitor connected to the pumping terminal and used to raise the potential of the pumping terminal after a predetermined delay time after the first pumping capacitor performs the pumping operation. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 출력 단자는,The output terminal, 전원 전위보다 높은 고전위(Vpp)인 것을 특징으로 하는 차지 펌프 회로.A charge pump circuit characterized by a high potential (Vpp) higher than the power supply potential. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 출력 단자는,The output terminal, 전원 전위보다 낮은 저전위(Vbb)인 것을 특징으로 하는 차지 펌프 회로.A charge pump circuit characterized by a low potential (Vbb) lower than a power supply potential.
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