KR20000043182A - High voltage generator - Google Patents

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KR20000043182A
KR20000043182A KR1019980059532A KR19980059532A KR20000043182A KR 20000043182 A KR20000043182 A KR 20000043182A KR 1019980059532 A KR1019980059532 A KR 1019980059532A KR 19980059532 A KR19980059532 A KR 19980059532A KR 20000043182 A KR20000043182 A KR 20000043182A
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김영환
현대전자산업 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A high voltage generator is provided to effectively perform an action even at a low voltage by increasing a high voltage pumping level up to three times of outer power voltage. CONSTITUTION: A capacitor within a pre charge device is discharged and a capacitor is charged by a pulse control signal of logic-high level. The potentials of a first and a second pre charge node are converted low and high. An NMOS transistor is turned to pre charge the first pre charge node as an outer power voltage level. In initializing a third boosting node as a Vext-Vt level, the NMOS transistor inside a level-up device(50) is turned on. The outer source voltage is supplied to the third boosting node, and the potential of the third boosting node keeps a 2Vest-Vt level. The pumping device(30) increases the potential of a first boosting node up to a 3Vest-Vt level by receiving a ring oscillator output signal of logic high level.

Description

고전압 발생기High voltage generator

본 발명은 반도체 메모리소자에서 전원전압보다 높은 고전압을 발생시키는데 사용되는 고전압 발생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펌핑효율을 향상시켜 외부 전원전압의 2배이상수준(약 3배)의 고전위 발생을 가능케 하므로써 차세대 저전력용 디램에서 채택가능한 고전압 발생기에 관한 것이다.The present invention relates to a high voltage generator used to generate a high voltage higher than the power supply voltage in a semiconductor memory device, and more particularly, to generate a high potential of two or more levels (about 3 times) of the external power supply voltage by improving pumping efficiency. By making this possible, the present invention relates to a high voltage generator that can be adopted in the next generation low power DRAM.

일반적으로, 고전압 발생기에 의해 발생되는 고전압(Vpp) 펄스는 트랜지스터의 문턱전압(threshold voltage: Vt)손실을 보상하도록 Vcc + Vt이상의 전위레벨을 유지하게 되는데, 이러한 특성으로 인해 디램(DRAM) 등의 메모리회로 분야 - 특히, 워드라인 드라이버와 비트라인 분리회로 및 데이타 출력버퍼-에서 많이 사용되어 진다.In general, a high voltage (Vpp) pulse generated by a high voltage generator maintains a potential level of Vcc + Vt or more to compensate for a threshold voltage (Vt) loss of a transistor. It is widely used in the field of memory circuits, especially word line drivers, bit line isolation circuits and data output buffers.

도 1 은 종래에 사용된 고전압 발생기의 회로 구성도를 나타낸 것으로, 링 오실레이터(도시되지 않음)로부터 일정주기를 갖고 발생되는 펄스 제어신호(osc, /osc)의 전위상태에 따라 제1 및 제2 프리차지노드(A1, B1)중 하나를 선택적으로 외부 전원전압수준(Vext)으로 프리차지하는 프리차지수단(10)과; 상기 제1 및 제2 프리차지 노드(A1, B1)의 전위상태에 따라 선택적으로 턴-온되어 제1 및 제2 부스팅노드(A, B)에 외부 전원전압(Vext)을 공급하는 전원 공급수단(20)과; 상기 펄스 제어신호(osc, /osc)의 전위상태에 따라 상기 제1 및 제2 부스팅노드(A, B)의 전위를 일정 전위수준(2Vext)으로 펌핑시키는 펌핑수단(30)과; 상기 펄스 제어신호(osc, /osc)의 전위상태에 따라 스위칭여부가 제어되어 선택적으로 펌핑된 부스팅노드의 전위를 고전압으로 출력시키는 고전압 출력수단(40)을 구비한다.FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional high voltage generator. The first and second circuits are shown in accordance with potential states of pulse control signals osc and / osc generated at a constant period from a ring oscillator (not shown). Precharge means (10) for selectively precharging one of the precharge nodes (A1, B1) to an external power supply voltage level (Vext); Power supply means for selectively turning on according to the potential state of the first and second precharge nodes A1 and B1 to supply an external power supply voltage Vext to the first and second boosting nodes A and B. 20; Pumping means (30) for pumping potentials of the first and second boosting nodes (A, B) to a predetermined potential level (2Vext) in accordance with the potential state of the pulse control signals (osc, / osc); Switching is controlled in accordance with the potential state of the pulse control signals (osc, / osc) is provided with a high voltage output means 40 for selectively outputting the potential of the pumped boosting node at a high voltage.

동 도면의 경우, 상기 프리차지수단(10)은 상기 펄스 제어신호(osc, /osc)의 상보 전위값을 입력받아 각각 반전시키는 인버터(I1, I2)와; 상기 인버터(I1, I2) 각각의 출력단값에 따른 충·방전동작에 의해 상기 제1 및 제2 프리차지노드(A1, B1)의 전위를 가변시키는 캐패시터(C1, C2)와; 외부 전원전압(Vext) 인가단과 상기 제1 및 제2 프리차지노드(A1, B1) 사이에 각각 다이오드형으로 접속된 NMOS 트랜지스터(MN1, MN2)와; 상기 NMOS 트랜지스터(MN1, MN2)각각과 상호병렬로 연결되며, 각각의 게이트단이 상기 제1 및 제2 프리차지노드(A1, B1)와 크로스 커플구조로 연결된 NMOS 트랜지스터(MN3, MN4)를 구비하여 구성된다.In the case of the same figure, the precharge means 10 includes inverters I1 and I2 for receiving the complementary potential values of the pulse control signals osc and / osc and inverting them respectively; Capacitors (C1, C2) for varying the potentials of the first and second precharge nodes (A1, B1) by charging and discharging operations according to output stage values of the inverters (I1, I2); NMOS transistors MN1 and MN2 diode-connected between an external power supply voltage Vext applying end and the first and second precharge nodes A1 and B1, respectively; The NMOS transistors MN1 and MN2 are connected in parallel to each other, and each gate terminal includes NMOS transistors MN3 and MN4 connected in a cross-coupled structure with the first and second precharge nodes A1 and B1. It is configured by.

그리고, 상기 전원 공급수단(20)은 각각 외부 전원전압(Vext) 인가단과 상기 제1 및 제2 부스팅노드(A, B) 사이에 연결되며, 각각의 게이트단이 상기 제1 및 제2 프리차지노드(A1, B1)에 연결된 NMOS 트랜지스터(MN5, MN6)을 구비하여 구성된다.The power supply means 20 is connected between an external power supply voltage Vext and the first and second boosting nodes A and B, respectively, and gates of the first and second precharges are respectively connected. And NMOS transistors MN5 and MN6 connected to nodes A1 and B1.

또한, 상기 펌핑수단(30)은 상기 펄스 제어신호의 상보 전위값(osc. /osc)을 각각 입력받아 소정의 시간 지연시키는 직렬연결된 다수개의 인버터(I3와 I4, I5와 I6)와; 상기 인버터(I4, I6)의 출력단에 연결된 캐패시터(C3, C4)를 구비하여 구성된다.In addition, the pumping means 30 includes a plurality of inverters (I3 and I4, I5 and I6) connected in series for receiving a complementary potential value (osc./osc) of the pulse control signal, respectively, for a predetermined time delay; And capacitors C3 and C4 connected to the output terminals of the inverters I4 and I6.

그리고, 상기 고전압 출력수단(40)은 외부 전원전압(Vext) 인가단과 상기 제1 및 제2 부스팅노드(A, B) 사이에 각각 다이오드형 접속된 NMOS 트랜지스터(MN7, MN8)와; 상기 제1 및 제2 부스팅노드(A, B)와 고전압 출력단(N1) 사이에 각각 연결되며, 각각의 게이트단이 상기 제1 및 제2 부스팅노드(A, B)에 크로스 커플구조로 연결된 PMOS 트랜지스터(MP1, MP2)를 구비하여 구성된다.The high voltage output means 40 includes NMOS transistors MN7 and MN8 diode-connected between an external power supply voltage Vext and a first boosting node A and B, respectively; PMOS connected between the first and second boosting nodes A and B and the high voltage output terminal N1, respectively, and a gate coupled to the first and second boosting nodes A and B in a cross-coupled structure. The transistors MP1 and MP2 are provided.

상기 구성을 갖는 종래기술에 따른 고전압 발생기는 우선, 반대위상을 갖고 입력되는 링 오실레이터( 도시되지 않음)의 출력신호(osc, /osc)에 따라 캐패시터(C1, C2)의 선택적인 충·방전동작에 의해 제1 및 제2 프리차지노드(A1, A2)의 전위레벨이 상보 로직레벨을 유지하게 된다.The high voltage generator according to the prior art having the above-described configuration, first, selectively charges and discharges the capacitors C1 and C2 according to the output signals osc and / osc of the ring oscillator (not shown) which are input with opposite phases. As a result, the potential levels of the first and second precharge nodes A1 and A2 maintain the complementary logic level.

일단, 링 오실레이터 출력신호(osc)의 전위레벨을 '로직하이'라 가정할 때, 상기 프리차지수단(10)내 캐패시터(C2)가 충전되면서 제2 프리차지노드(B1)를 '로직하이'레벨로 만든다.First, when the potential level of the ring oscillator output signal osc is assumed to be 'logic high', the capacitor C2 in the precharge means 10 is charged so as to 'logic high' the second precharge node B1. To level.

상기 '로직하이'레벨을 갖는 제2 프리차지노드(B1)는 NMOS 트랜지스터(MN3)의 게이트단에 크로스 커플구조로 연결되기 때문에, 상기 NMOS 트랜지스터(MN3)는 턴-온되어 결과적으로 제1 프리차지노드(A1)를 외부 전원전압(Vext) 수준으로 프리차지시키게 된다.Since the second precharge node B1 having the 'logic high' level is connected to the gate terminal of the NMOS transistor MN3 in a cross-coupled structure, the NMOS transistor MN3 is turned on and consequently the first precharge node B1. The charge node A1 is precharged to the external power supply voltage level Vext.

그런 다음, 상기 외부 전원전압(Vext) 수준으로 프리차지된 제1 프리차지노드(A1)에 의해 전원 공급수단(20)내 NMOS 트랜지스터(MN5)가 선택적으로 턴-온되면서, 제1 부스팅노드(A)를 외부 전원전압(Vext) 수준으로 일차적으로 펌핑시킨다.Thereafter, the NMOS transistor MN5 in the power supply means 20 is selectively turned on by the first precharge node A1 precharged to the external power supply voltage Vext level, so that the first boosting node ( A) is primarily pumped to the external power supply voltage (Vext) level.

그 후, 펌핑수단(30)에서는 '로직하이'레벨의 링오실레이터 출력신호(osc)를 입력받아 상기 외부 전원전압(Vext) 수준의 제1 부스팅노드(A)의 전위를 2Vext 수준까지 펌핑시키게 된다.Thereafter, the pumping means 30 receives a ring oscillator output signal osc having a 'logic high' level to pump the potential of the first boosting node A having the external power supply voltage Vext level to 2Vext level. .

한편, '로직로우'레벨의 /osc신호를 입력받는 펌핑수단(31)은 캐패시터(C4)가 방전되어 제2 부스팅노드(B)를 '로우레벨'로 만들기 때문에, 스위칭소자로서의 PMOS 트랜지스터(MP1)가 턴-온되면서, 상기 제1 부스팅노드(A)의 2Vext 전압이 고전압으로 출력되어진다.On the other hand, the pumping means 31 for receiving the logic low level / osc signal receives the PMOS transistor MP1 as the switching element because the capacitor C4 is discharged to make the second boosting node B low. ) Is turned on, and the 2Vext voltage of the first boosting node A is output at a high voltage.

그리고, 링오실레이터로부터 일정주기를 갖고 발생되는 펄스 제어신호(osc)가The pulse control signal osc generated at a constant period from the ring oscillator

'로직로우'레벨일 경우에도, 마찬가지 동작에 의해 전류경로만을 달리하여 최종 고전압(Vpp) 출력단(N1)으로 2Vext수준의 전압이 출력된다.Even in the 'logic low' level, a voltage of 2 Vext level is output to the final high voltage Vpp output terminal N1 by changing only the current path by the same operation.

상기 동작에 의해 외부 전원전압(Vext)보다 일정전위 이상 높은 고전압을 출력하는 종래의 기술에서는 셀의 문턱전위(threshold voltage:Vt) 손실을 감안할 경우 상기 고전압(Vext)의 최대값이 외부 전원전압(Vext)의 2배보다도 작은데, 이러한 특성은 3.3V 전압을 사용하는 현재의 DRAM동작에서는 별도의 문제가 없지만, 향후 전력소모 감소를 위해 보다 낮은 외부전압을 사용하는 DRAM설계시 셀 트랜지스터의 문턱전위가 구동전압(Vcc)에 비해 상대적으로 커지게 되기 때문에, 보다높은 수준의 고전압생성이 요구되고 있는 실정이다.In the conventional technology of outputting a high voltage higher than a predetermined potential by an external power supply voltage Vext by the operation, the maximum value of the high voltage Vext is equal to the external power supply voltage in view of the loss of the threshold voltage (Vt) of the cell. This characteristic is less than twice that of Vext), but this characteristic is not a problem in current DRAM operation using 3.3V voltage, but the threshold potential of the cell transistor in DRAM design using a lower external voltage to reduce power consumption in the future is increased. Since it becomes relatively larger than the driving voltage Vcc, a higher level of high voltage generation is required.

특히, 메모리 셀내의 NMOS 트랜지스터는 가장 작은 치수를 갖고 백 바이어스가 인가되어 사용되기 때문에, 본체효과(body-effect)가 없는 주변회로의 NMOS 트랜지스터에 비해 훨씬 큰 문턱전위 손실을 갖으며, 또한 앞으로 집적도가 증가함에따라 소자간 거리폭이 더욱 감소되어 상기한 문턱전위 손실은 더욱 증가될 것이다.In particular, since the NMOS transistor in the memory cell has the smallest dimension and is used with a back bias applied, it has much larger threshold potential loss than the NMOS transistor of the peripheral circuit having no body-effect, and also has a forward integration degree. As is increased, the distance between elements is further reduced, so that the threshold potential loss is further increased.

상기한 바와 같이, 집적도 증가에 따른 셀 트랜지스터의 문턱전위 손실 증가에 대비해, 저전원동작의 경우 전원전압을 2Vext보다 높은 고전위수준으로 펌핑해 줄 수 있는 고전압 발생기를 요구하고 있다.As described above, in preparation for the increase in the threshold potential loss of the cell transistor due to the increase in integration, a low voltage operation requires a high voltage generator capable of pumping the supply voltage to a high potential level higher than 2Vext.

따라서, 본 발명은 상기 문제점의 해결 및 요구에 부응하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 고저압 펑핑수준을 외부 전원전압의 3배수준으로까지 중가시키므로써, 저전압에서도 효과적 동작수행을 가능케 한 고전압 발생기를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to meet the above-mentioned problems and demands, and an object of the present invention is to increase the high and low voltage popping levels to three times the external power supply voltage, thereby enabling a high voltage generator to perform an effective operation even at a low voltage. To provide.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 고전압 발생기는 링 오실레이터로부터 일정주기를 갖고 발생되는 펄스 제어신호의 전위상태에 따라 제1 및 제2 프리차지노드 중 하나를 선택적으로 외부 전원전압 수준(Vext)으로 프리차지하는 프리차지수단과;In order to achieve the above object, the high voltage generator according to the present invention selectively selects one of the first and second precharge nodes according to the potential state of the pulse control signal generated at a constant period from the ring oscillator. Precharge means for precharging with;

상기 제1 및 제2 프리차지 노드의 전위상태와 상기 펄스 제어신호의 전위상태에 따라 제1 및 제2 부스팅노드 중 하나의 전위를 선택적으로 2Vext수준으로 레벨-업시키는 레벨-업수단과;Level-up means for selectively leveling up the potential of one of the first and second boosting nodes to a level of 2Vext in accordance with the potential state of the first and second precharge nodes and the potential state of the pulse control signal;

상기 펄스 제어신의 전위상태에 따라 상기 선택적으로 레벨-업된 부스팅노드의 전위를 Vext만큼 펌핑시키는 펌핑수단과;Pumping means for pumping the potential of the selectively leveling-up boosting node by Vext in accordance with the potential state of the pulse control scene;

상기 펄스 제어신호의 전위상태에 따라 스위칭여부가 제어되어 선택적으로 펌핑된 부스팅노드의 전위를 고전압으로 출력시키는 고전압 출력수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.Switching is controlled according to the potential state of the pulse control signal, characterized in that it comprises a high voltage output means for outputting the potential of the pumping boosting node to a high voltage.

도 1 은 종래에 사용된 고전압 발생기의 회로 구성도1 is a circuit diagram of a conventional high voltage generator

도 2 는 본 발명에 따른 고전압 발생기의 회로 구성도2 is a circuit diagram of a high voltage generator according to the present invention.

도 3 은 도 1 과 도 2 에 도시된 고전압 발생기에 대해 외부 전원전압을 각각 1.5V와 2.0V로 인가해주면서 시뮬레이션한 결과 비교도3 is a comparison result of the simulation result while applying the external power supply voltage 1.5V and 2.0V for the high voltage generator shown in FIGS.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10: 프리차지수단 20: 전원 공급수단10: precharge means 20: power supply means

30, 31: 펌핑수단 40: 고전압 출력수단30, 31: pumping means 40: high voltage output means

50: 레벨-업수단50: level-up means

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.The above and other objects and features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 는 본 발명에 따른 고전압 발생기의 회로 구성도를 나타낸 것으로, 링 오실레이터(도시되지 않음)로부터 일정주기를 갖고 발생되는 펄스 제어신호(osc, /osc)의 전위상태에 따라 제1 및 제2 프리차지노드(A1, B1)중 하나를 선택적으로 외부 전원전압수준(Vext)으로 프리차지하는 프리차지수단(10)과; 상기 제1 및 제2 프리차지 노드(A1, B1)의 전위상태와 상기 펄스 제어신호(osc, /osc)의 전위상태에 따라 제1 및 제2 부스팅노드(A2, B2) 중 하나의 전위를 선택적으로 2Vext수준으로 레벨-업시키는 레벨-업수단(50)과; 상기 펄스 제어신호(osc, /osc)의 전위상태에 따라 상기 선택적으로 레벨-업된 부스팅노드의 전위를 일정 전위수준(3Vext)으로 펌핑시키는 펌핑수단(30)과; 상기 펄스 제어신호(osc, /osc)의 전위상태에 따라 스위칭여부가 제어되어 선택적으로 펌핑된 부스팅노드의 전위를 고전압(Vpp)으로 출력시키는 고전압 출력수단(40)을 구비한다.2 is a circuit diagram of a high voltage generator according to an embodiment of the present invention, in which a first and a second are generated according to potential states of pulse control signals osc and / osc generated at a constant period from a ring oscillator (not shown). Precharge means (10) for selectively precharging one of the precharge nodes (A1, B1) to an external power supply voltage level (Vext); The potential of one of the first and second boosting nodes A2 and B2 is changed according to the potential state of the first and second precharge nodes A1 and B1 and the potential state of the pulse control signals osc and / osc. Level-up means (50) for selectively leveling up to a level of 2Vext; Pumping means (30) for pumping a potential of the selectively leveling-up boosting node to a predetermined potential level (3Vext) according to the potential state of the pulse control signals (osc, / osc); Switching is controlled according to the potential state of the pulse control signals (osc, / osc) and has a high voltage output means 40 for outputting the potential of the pumping boosting node to a high voltage (Vpp).

상기 프리차지수단(10)과 펌핑수단(30) 및 고전압 출력수단(40)의 세부구성은 도 1 에 도시된 바와 동일하므로, 이들의 자세한 설명은 생략하기로 하며, 상기 레벨-업수단(50)에 대해서만 자세히 설명하기로 한다.Detailed configuration of the precharge means 10, the pumping means 30 and the high voltage output means 40 is the same as shown in Figure 1, the detailed description thereof will be omitted, the level-up means 50 ) Only in detail.

동 도면의 경우, 상기 레벨-업수단(50)은 상기 펄스 제어신호의 상보 전위값(osc, /osc)을 각각 입력받아 반전시키는 각각의 인버터(I3, I4)와; 상기 인버터(I3, I4) 각각의 출력값에 따른 충·방전동작에 의해 제3 및 제4 부스팅노드(A2, B2)의 전위를 가변시키는 각각의 캐패시터(C3, C4)와; 외부 전원전압(Vext) 인가단과 상기 제3 및 제4 부스팅노드(A2, B2) 각각의 사이에 다이오드형 접속된 각각의 NMOS 트랜지스터(MN5, MN6)와; 상기 다이오드형 접속된 NMOS 트랜지스터(MN5, MN6) 각각에 병렬로 접속되며, 상기 제2 및 제1 프리차지노드(B1, A1)가 각각의 게이트단으로 인가되는 각각의 NMOS 트랜지스터(MN7, MN8)와; 상기 제3 및 제4 부스팅노드(A2, B2) 각각과 상기 펌핑수단(30, 31)각각의 출력단에 연결된 제1 및 제2 부스팅노드(A, B) 각각의 사이에 다이오드형 접속되며, 벌크단으로 외부 전원전압(Vext)이 인가되는 각각의 NMOS 트랜지스터(MN9, MN10)를 구비한다.In the case of the same figure, the level-up means 50 includes respective inverters I3 and I4 for receiving and inverting complementary potential values osc and / osc of the pulse control signal, respectively; Capacitors C3 and C4 for varying the potentials of the third and fourth boosting nodes A2 and B2 by charge / discharge operations according to the output values of the inverters I3 and I4; NMOS transistors MN5 and MN6 diode-connected between an external power supply voltage Vext applying end and each of the third and fourth boosting nodes A2 and B2; Each of the NMOS transistors MN7 and MN8 connected in parallel to each of the diode-connected NMOS transistors MN5 and MN6 and to which the second and first precharge nodes B1 and A1 are applied to their respective gate ends. Wow; A diode is connected between each of the third and fourth boosting nodes A2 and B2 and each of the first and second boosting nodes A and B connected to an output terminal of each of the pumping means 30 and 31, respectively. However, each of the NMOS transistors MN9 and MN10 to which an external power supply voltage Vext is applied is provided.

이하, 상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 고전압 발생기의 동작을 자세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, the operation of the high voltage generator according to the present invention having the above configuration will be described in detail.

이 경우에도, 링 오실레이터로부터 일정주기를 갖고 발생되는 펄스 제어신호(osc)를 '로직하이' 레벨로 가정하고 이하의 설명을 진행하기로 한다.Also in this case, the following description will be made on the assumption that the pulse control signal osc generated at a constant period from the ring oscillator is at the logic high level.

또한, 반대의 경우 즉, 상기 펄스 제어신호(osc)가 '로직로우'레벨일 경우에도 전달경로만을 달리할 뿐, 동일동작에 의해 출력단으로 같은 전위수준(약 3Vext)의 고전압(Vpp)이 발생됨을 미리 알려두는 바이다.On the contrary, even when the pulse control signal osc is at the logic low level, only the transfer path is changed, and the same operation generates a high voltage Vpp having the same potential level (about 3 Vext) at the output terminal. Please note in advance.

우선, '로직하이'레벨의 펄스 제어신호(osc)에 의해 상기 프리차지수단(10)내 캐패시터(C1)는 방전하고, 동시에 캐패시터(C2)는 충전하여 제1 및 제2 프리차지 노드(A1, B1)의 전위를 각각 '로우'와 '하이'로 천이시킨다. 이에따라, NMOS 트랜지스터(MN3)가 턴-온되어 제1 프리차지노드(A1)를 외부 전원전압(Vext) 수준으로 프리차지하게 된다.First, the capacitor C1 in the precharge means 10 is discharged by the logic high level pulse control signal osc, and at the same time, the capacitor C2 is charged to charge the first and second precharge nodes A1. , B1) is shifted to 'low' and 'high', respectively. Accordingly, the NMOS transistor MN3 is turned on to precharge the first precharge node A1 to the external power supply voltage Vext level.

이때, 상기 레벨-업수단(50)내 다이오드형으로전속되어 있는 NMOS 트랜지스터(MN9)의 백 바이어스전압을 외부 전원전압(Vext)으로 인가해주므로써 문턱전압(Vt)의 증가를 막을 수 있으며, 파워-업(power-up)시에는 본체와 드레인, 소오스간 pn접합을 통하여 상기 제1 및 제3 부스팅노드(A, A2)의 초기전압을 Vext-Vt수준으로 상승시키게 되면서 상기 NMOS 트랜지스터(MN9)를 매개로 양측에 연결된 두 다이오드형 NMOS 트랜지스터(MN5 와 MN11)은 다음과 같은 역할을 하게 된다.At this time, by applying the back bias voltage of the NMOS transistor MN9, which is transferred to the diode type in the level-up means 50, to the external power supply voltage Vext, an increase in the threshold voltage Vt can be prevented, and During power-up, the initial voltages of the first and third boosting nodes A and A2 are raised to the Vext-Vt level through a pn junction between the main body, the drain, and the source, and thus the NMOS transistor MN9. The two diode-type NMOS transistors (MN5 and MN11) connected to both sides via the following functions play the following roles.

설계시에 상기 고전압 출력수단(40)내 PMOS 트랜지스터(MP1, MP2)를 위한 N-Well에 상기 레벨-업수단(50)내 NMOS 트랜지스터(MN9)를 위한 P-Well을 형성하므로써, 상기 N-Well에는 고전압(Vpp)가 상기 P-Well에는 외부 전원전압(Vext)의 바이어스를 걸어주는 결과가 되어, 고전압(Vpp)이 상기 외부 전원전압(Vext) 수준까지 올라가지 못한 초기에는 상기 P-Well과 N-Well 사이의 접합에 순바이어스가 가해짐으로써 고전압(Vpp)의 초기전압을 외부 전원전압(Vext)보다 접합의 빌트-인 전위만큼 작은 전위수준으로까지 상승시켜주는 역할을 하며, 또한 고전압(Vpp)이 외부 전원전압(Vext)이상으로 증가하면 역바이어스가 되어 단순 캐패시터의 역할을 하게 된다.By designing a P-Well for the NMOS transistor MN9 in the level-up means 50 in the N-Well for the PMOS transistors MP1 and MP2 in the high voltage output means 40, the N- A high voltage Vpp is applied to the well and a bias of the external power supply voltage Vext is applied to the P-Well. Thus, when the high voltage Vpp does not rise to the external power supply voltage Vext level, the P-Well and The forward bias is applied to the junction between the N-Wells to increase the initial voltage of the high voltage Vpp to a potential level smaller by the built-in potential of the junction than the external power supply voltage Vext. If Vpp) increases above the external power supply voltage (Vext), it becomes reverse bias and acts as a simple capacitor.

이에따라, 제3 부스팅노드(A2)가 Vext -Vt수준으로 초기화되어 있는 상태에서, 상기한 외부 전원전압(Vext) 수준의 제1 프리차지노드(A1)가 게이트단으로 인가되는 레벨-업수단(50)내 NMOS 트랜지스터(MN7)가 턴-온되면서, 제3 부스팅노드(A2)로 외부 전원전압(Vext)이 공급되어, 결과적으로 제3 부스팅노드(A2)의 전위는 2Vext-Vt수준을 유지하게 된다.Accordingly, in the state where the third boosting node A2 is initialized to the Vext-Vt level, the level-up means for applying the first precharge node A1 of the external power supply voltage Vext level to the gate end ( As the NMOS transistor MN7 in 50 is turned on, the external power supply voltage Vext is supplied to the third boosting node A2, and as a result, the potential of the third boosting node A2 is maintained at a level of 2Vext-Vt. Done.

그런 다음, 상기 펌핑수단(30)에서는 '로직하이'레벨의 링오실레이터 출력신호(osc)를 입력받아 상기한 2Vext-Vt 수준의 제1 부스팅노드(A)의 전위를 펌핑 캐패시터(C5)의 전하펌핑에 의해 3Vext-Vt 수준까지 끌어 올리게 되는 것이다.Thereafter, the pumping means 30 receives a ring oscillator output signal osc of 'logic high' level and charges the electric potential of the first boosting node A having the 2Vext-Vt level with the charge of the pumping capacitor C5. It is pumped up to 3Vext-Vt level.

한편, '로직로우'레벨의 /osc신호를 입력받는 펌핑수단(31)은 캐패시터(C6)가 방전되어 제2 부스팅노드(B)를 '로우레벨'로 만들기 때문에, 고전압 출력수단(40)내 스위칭소자로서의 PMOS 트랜지스터(MP1)가 턴-온되면서, 상기 제1 부스팅노드(A)의 3Vext-Vt 전압이 고전압 출력단(N1)을 거쳐 출력되어진다.On the other hand, the pumping means (31) receiving the / osc signal of the 'logic low' level, because the capacitor (C6) is discharged to make the second boosting node (B) 'low level', the high voltage output means (40) As the PMOS transistor MP1 as the switching element is turned on, the 3Vext-Vt voltage of the first boosting node A is output via the high voltage output terminal N1.

도 3 은 도 1 과 도 2 에 도시된 고전압 발생기에 대해 외부 전원전압을 각각 1.5V와 2.0V로 인가해주면서 시뮬레이션한 결과 비교도를 도시한 것으로, (a)와 (c)는 본 발명에 따른 고전압 발생기의 출력파형을 나타내며, (b)와 (d)는 종래에 사용된 고전압 발생기의 출력파형을 나타낸다.3 is a diagram illustrating a comparison result of applying the external power supply voltage of 1.5V and 2.0V, respectively, for the high voltage generator shown in FIGS. 1 and 2, and (a) and (c) according to the present invention. The output waveforms of the high voltage generator are shown, and (b) and (d) show the output waveforms of the high voltage generator conventionally used.

동 도면을 통해 알 수 있듯이, 같은 시간동안 기존에 사용된 고전압 발생기의 경우 1.5V의 전원전압의 인가시 펌핑효과가 (d)에 도시된 바와 같이 거의 없는 데 반해, 본 발명에 따른 고전압 발생기에서는 낮은 전원전압에서 조차도 확실한 펌핑효과가 나타나고 있음을 (c)의 파형을 통해 알 수 있다.As can be seen from the drawing, in the case of the high voltage generator used for the same time, the pumping effect of applying the supply voltage of 1.5V is almost as shown in (d), whereas in the high voltage generator according to the present invention, The waveform of (c) shows that a certain pumping effect is obtained even at a low supply voltage.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 고전압 발생기에 의하면, 외부 전원전압의 펌핑효율을 높여 3Vext-Vt 수준까지 펑핑된 고전압을 발생시키므로써, 저전력용 메모리장치에서도 효과적으로 동작할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.As described above, according to the high voltage generator according to the present invention, the pumping efficiency of the external power supply voltage is increased to generate a high voltage that is punctured to 3Vext-Vt level, thereby effectively operating in a low power memory device. .

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, 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 modifications belong to the scope of the claims You will have to look.

Claims (5)

링 오실레이터로부터 일정주기를 갖고 발생되는 펄스 제어신호의 전위상태에 따라 제1 및 제2 프리차지노드 중 하나를 선택적으로 외부 전원전압 수준(Vext)으로 프리차지하는 프리차지수단과;Precharge means for selectively precharging one of the first and second precharge nodes to an external power supply voltage level Vext according to the potential state of the pulse control signal generated at a predetermined period from the ring oscillator; 상기 제1 및 제2 프리차지 노드의 전위상태와 상기 펄스 제어신호의 전위상태에 따라 제1 및 제2 부스팅노드 중 하나의 전위를 선택적으로 2Vext수준으로 레벨-업시키는 레벨-업수단과;Level-up means for selectively leveling up the potential of one of the first and second boosting nodes to a level of 2Vext in accordance with the potential state of the first and second precharge nodes and the potential state of the pulse control signal; 상기 펄스 제어신의 전위상태에 따라 상기 선택적으로 레벨-업된 부스팅노드의 전위를 Vext만큼 펌핑시키는 펌핑수단과;Pumping means for pumping the potential of the selectively leveling-up boosting node by Vext in accordance with the potential state of the pulse control scene; 상기 펄스 제어신호의 전위상태에 따라 스위칭여부가 제어되어 선택적으로 펌핑된 부스팅노드의 전위를 고전압으로 출력시키는 고전압 출력수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생기.And a high voltage output means for controlling switching according to a potential state of the pulse control signal to selectively output a potential of a pumped boosting node at a high voltage. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프리차지수단은 상기 펄스 제어신호의 상보 전위값을 각각 입력받아 반전시키는 제1 및 제2 인버터와;The precharge means includes: first and second inverters for receiving and inverting complementary potential values of the pulse control signal, respectively; 상기 제1 및 제2 인버터의 출력값에 따른 충·방전동작에 의해 상기 제1 및 제2 프리차지노드의 전위를 가변시키는 제1 및 제2 캐패시터와;First and second capacitors for varying potentials of the first and second precharge nodes by charging and discharging operations according to output values of the first and second inverters; 외부 전원전압 인가단과 상기 제1 및 제2 프리차지노드 사이에 각각 다이오드형 접속된 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터와;First and second NMOS transistors diode-connected between an external power supply voltage supply terminal and the first and second precharge nodes, respectively; 상기 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터와 각각 병렬로 연결되며, 각각의 게이트단이 상기 제1 및 제2 프리차지노드와 크로스 커플구조로 연결된 제3 및 제4 NMOS 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생기.A high voltage connected to the first and second NMOS transistors in parallel, and each of the gate terminals includes third and fourth NMOS transistors connected in a cross-coupled structure with the first and second precharge nodes; generator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레벨-업수단은 상기 펄스 제어신호의 상보 전위값을 각각 입력받아 반전시키는 제1 및 제2 인버터와;The level-up means includes: first and second inverters for receiving and inverting complementary potential values of the pulse control signal, respectively; 상기 제1 및 제2 인버터의 출력값에 따른 충·방전동작에 의해 제3 및 제4 부스팅노드의 전위를 가변시키는 제1 및 제2 캐패시터와;First and second capacitors varying potentials of the third and fourth boosting nodes by charge and discharge operations according to output values of the first and second inverters; 외부 전원전압 인가단과 상기 제3 및 제4 부스팅 노드 각각의 사이에 다이오드형 접속된 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터와;First and second NMOS transistors diode-connected between an external power supply voltage supply stage and each of the third and fourth boosting nodes; 상기 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터 각각에 병렬로 접속되며, 상기 제2 및 제1 프리차지노드가 각각의 게이트단으로 인가되는 제3 및 제4 NMOS 트랜지스터와;Third and fourth NMOS transistors connected in parallel to each of the first and second NMOS transistors, and the second and first precharge nodes applied to respective gate ends thereof; 상기 제3 및 제4 부스팅노드 각각과 상기 제1 및 제2 부스팅노드 각각의 사이에 다이오드형 접속되며, 벌크단으로 외부 전원전압이 인가되는 제5 및 제6 NMOS 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생기.And fifth and sixth NMOS transistors diode-connected between each of the third and fourth boosting nodes and each of the first and second boosting nodes, and to which an external power supply voltage is applied to a bulk stage. High voltage generator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 펌핑수단은 상기 펄스 제어신호의 상보 전위값을 각각 입력받아 소정의 시간 지연시키는 직렬연결된 다수개의 인버터와;The pumping means comprises: a plurality of inverters connected in series for receiving a complementary potential value of the pulse control signal and delaying a predetermined time; 상기 인버터의 출력단에 연결된 캐패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생기.And a capacitor connected to the output terminal of the inverter. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고전압 출력수단은 외부 전원전압 인가단과 상기 제1 및 제2 부스팅노드 사이에 각각 다이오드형 접속된 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터와;The high voltage output means includes: first and second NMOS transistors diode-connected between an external power supply voltage applying stage and the first and second boosting nodes, respectively; 상기 제1 및 제2 부스팅노드와 고전압 출력단 사이에 각각 연결되며, 각각의 게이트단이 상기 제1 및 제2 부스팅노드에 크로스 커플구조로 연결된 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생기.A first and second PMOS transistors connected between the first and second boosting nodes and a high voltage output terminal, respectively, and each gate terminal is connected to the first and second boosting nodes in a cross-coupled structure. High voltage generator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020048242A (en) * 2000-12-18 2002-06-22 밍 루 High voltage generator of pull-up driver
KR100399961B1 (en) * 2001-06-30 2003-09-29 주식회사 하이닉스반도체 Circuit for generating high voltage
KR100851153B1 (en) * 2005-11-04 2008-08-08 산요덴키가부시키가이샤 Charge pump circuit

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