KR20000045332A - 전압변환장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 소자의 전압변환장치에 관한 것으로, 기준전위를 사용하여 외부전원전위를 내부전원전위로 변환하는 커런트 미러형 전압변환회로에 있어서 내부전원전위 출력단과 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터 드레인 단자 사이에 커런트 패스를 형성하는 피드백 루프를 구비하여 외부전원전위의 변화에 무관한 내부전원전위를 발생시켜주므로써 칩의 동작을 안정화시킨 것이다.
Description
본 발명은 반도체 메모리 소자의 전압변환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기준전위를 사용하여 외부전원전위를 내부전원전위로 변환하는 커런트 미러형 전압변환회로에 있어서 내부전원전위 출력단과 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터 드레인 단자 사이에 커런트 패스를 형성하는 피드백 루프를 구비하여 외부전원전위의 변화에 무관한 내부전원전위를 발생시켜줌으로써 칩의 동작을 안정화시키기 위한 전압변환장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적회로의 설계시 칩의 전력소모를 줄이고, 외부 노이즈에 대한 영향을 최소화하며, 소자의 신뢰성 향상과 안정된 전원의 확보를 위해 외부전원전위(VEXT)보다 낮은 내부전원전위를 사용하는데 대부분 Voltage Down Converter(이하 "VDC"라 한다.)를 사용하여 내부전원전위를 만든다.
이러한 VDC는 대부분 차동증폭기 형태를 취하는데, 출력단의 피드 백 루프(Feed Back Loop)의 유무와 방식에 따라 그리고 출력단의 커런트 패스(Current Path)에 따라 출력레벨의 안정도와 소모전류가 결정된다.
도 1은 종래의 커런트 미러형 VDC를 나타낸 것으로, 그 구성 및 동작관계를 간단히 살펴본다.
도 1에 도시된 바와 같이 외부전원전위(VEXT) 입력단과 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)에 각각 연결되며 게이트가 상기 제2 노드(N2)에 공통으로 접속되는 P11 및 P12 피모스형 트랜지스터와, 상기 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되며 게이트로 기준전위(Vref)가 인가되는 N11 엔모스형 트랜지스터와, 상기 제2 노드(N2)와 상기 제3 노드(N3) 사이에 연결되며 게이트가 내부전원전위(Vint) 출력단에 접속되는 N12 엔모스형 트랜지스터와, 상기 제3 노드(N3)와 접지전위 단자에 연결되며 게이트로 커런트 미러 인에이블 신호(En)가 인가되는 N13 엔모스형 트랜지스터와, 상기 외부전원전위(VEXT) 입력단과 상기 내부전원전위(Vint) 출력단 사이에 연결되며 게이트로 상기 제1 노드(N1)상의 전위가 인가되는 P13 피모스형 트랜지스터로 구성된다.
상기한 구성으로 이루어진 기존의 VDC의 동작은 스탠바이(Stand-by) 상태에서는 도 3에 도시된 바와 같이 VDC를 통해 흐르는 전류는 0이다.
외부전원전위(VEXT)가 인가되어 칩이 액티브 상태로 전환되면 커런트 미러 인에이블 신호(En)가 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터 N13의 게이트 단자에 인가되고, 기준전위(Vref)가 커런트 미러 기준전압 감지용 트랜지스터 N11의 게이트 단자에 인가되어 상기 제1 노드(N1)와 접지전위 단자 사이에 커런트 패스가 형성된다.
따라서, 상기 제1 노드(N1)는 로우레벨의 전위를 갖게 되고 상기 내부전원전위 구동용 트랜지스터 P13을 턴온시켜 출력단에는 내부전원전위가 발생된다.
이때 발생된 내부전원전위는 상기 기준전위(Vref)와 동일한 전위를 유지할 수 있도록 상기 커런트 미러 기준전위 감지용 트랜지스터 N11과 상기 커런트 미러 출력전위 감지용 트랜지스터 N12의 저항은 동일하게 설계된다.
한편, 상기 내부전원전위 구동용 트랜지스터 P13을 통해 발생된 내부전위전위가 일정시간 후 상기 기준전위(Vref)보다 커지게 되면 상기 커런트 미러 출력전위 감지용 트랜지스터 N12의 턴온 사이즈(Size)가 크게되어 상기 커런트 미러 기준전위 감지용 트랜지스터 N11을 통해 흐르는 전류량 i1보다 커런트 미러 출력전위 감지용 트랜지스터 N12를 통해 흐르는 전류량 i2가 상대적으로 커지게 된다(도 3).
이때 발생되는 전체 전류(Total Current)량을 도 5에 도시하였다.
결국, 상기 제2 노드(N2)상의 전위는 로우레벨로 전환되며 피모스형 트랜지스터 P11, P12를 턴온시켜 상기 제1 노드(N1)에 하이레벨의 외부전원전위(VEXT)를 인가하게 된다.
따라서, 상기 내부전원전위 구동용 트랜지스터 P13의 턴온 Size는 작아지게 되고 이는 출력 내부전윈전위가 기준전위(Vref)보다 커지는 것을 방지하게 된다.
그런데, 칩 외부로부터 입력되는 외부전원전위(VEXT)는 항상 일정하게 칩 내부로 공급되지는 않는다.
주위의 온도변화, 노이즈 등의 영향으로 외부전원전위(VEXT)가 변동하게 되면 종래의 구성을 가지는 VDC는 내부전원전위를 일정하게 발생시키지 못하게 되는 문제점이 있다.
즉, 상기 도 1에 도시된 바와 같이 VDC의 출력단에 별도의 피드 백 루프가 없어 외부전원전위(VEXT)의 변화에 대해 내부전원전위가 불안정해진다.(도 7)
또한, 여기에는 도시하지 않았지만 상기한 문제점을 보완하기 위해 내부전원전위의 출력단과 접지전위 사이에 저항을 연결하여 커런트 패스를 형성하여 준 경우에도 항상 흐르는 얼마간의 전류에 의해 전력소모가 발생되고, 외부전원전위(VEXT)가 상승함에 따라 내부전원전위(Vint) 또한 상승하는 문제점이 발생되었다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 내부전원전위 출력단과 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터 드레인 단자 사이에 컨런트 패스를 형성하여 내부전원전위가 플로우팅(Floating) 되는 것을 방지하여줌으로써 외부전원전위가 변동하더라도 내부전원전위를 일정하게 발생시키기 위한 VDC를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명은 기준전압을 사용하여 외부전원전위를 칩 내부에 필요한 내부전원전위로 변환하는 전압변환장치에 있어서,
상기 내부전원전위 출력단과 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터 드레인 단자 사이에 내부전원전위 제어수단을 접속하여 외부전원전위의 변화에 무관하게 내부전원전위 레벨을 안정화시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 전압강하회로.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전압강하회로.
도 3은 외부전원전위의 변화에 따른 상기 도 1의 각 소자에 흐르는 전류량을 도시한 시뮬레이션.
도 4는 외부전원전위의 변화에 따른 상기 도 2의 각 소자에 흐르는 전류량을 도시한 시뮬레이션.
도 5는 외부전원전위의 변화에 따른 상기 도 1의 전체 전류량을 도시한 시뮬레이션.
도 6은 외부전원전위의 변화에 따른 상기 도 2의 전체 전류량을 도시한 시뮬레이션.
도 7은 외부전원전위의 변화에 따른 상기 도 1의 각 노드 및 내부전원전위의 변동관계를 도시한 시뮬레이션.
도 8은 외부전원전위의 변화에 따른 상기 도 2의 각 노드 및 내부전원전위의 변동관계를 도시한 시뮬레이션.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 내부전원전위 제어부 Vref : 기준전위
VEXT : 외부전원전위 Vint : 내부전원전위
En : 커런트 미러 인에이블신호
N13, N23 : 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터
N24 : 출력 피드백용 트랜지스터
N11, N21 : 커런트 미러 기준전위 감지용 트랜지스터
N12, N22 : 커런트 미러 출력전위 감지용 트랜지스터
P13, P23 : 내부전원전위 구동용 트랜지스터
N1, N2, N3 : 커런트 미러의 각 노드
i1,. i2, i3, i4 : 각각 N11(N21), N12(N22), N13(N23), N24를 통해 흐르는 전류
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 VDC를 나타낸 것으로, 외부전원전위(VEXT) 입력단과 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)에 각각 연결되며 게이트가 상기 제2 노드(N2)에 공통으로 접속되는 P21 및 P22 피모스형 트랜지스터와, 상기 제1 노드(N1)와 제3 노드(N3) 사이에 연결되며 게이트로 기준전위(Vref)가 인가되는 N21 엔모스형 트랜지스터와, 상기 제2 노드(N2)와 상기 제3 노드(N3) 사이에 연결되며 게이트가 내부전원전위(Vint) 출력단에 접속되는 N22 엔모스형 트랜지스터와, 상기 제3 노드(N3)와 접지전위 단자에 연결되며 게이트로 커런트 미러 인에이블 신호(En)가 인가되는 N23 엔모스형 트랜지스터와, 상기 외부전원전위(VEXT) 입력단과 상기 내부전원전위(Vint) 출력단 사이에 연결되며 게이트로 상기 제1 노드(N1)상의 전위가 인가되는 P23 피모스형 트랜지스터와, 상기 내부전원전위(Vint) 출력단과 상기 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터 N23 드레인 단자 사이에 연결되는 내부전원전위 제어부(10)로 구성된다.
상기 내부전원전위 제어부(10)는 게이트 단자와 드레인 단자가 공통으로 내부전원전위(Vint) 출력단에 접속되고 소오스 단자가 상기 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터 드레인 단자에 접속되는 N24 엔모스형 트랜지스터로 구성된다.
상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 VDC에 대한 동작관계를 살펴보면 다음과 같다.
커런트 미러형 VDC는 두개의 커런트 패스를 서로 미러링하여 동작하며 양쪽 패스의 저항이 같도록 하는 것이 보편적인 방식이다.
기준전위(Vref)로 제어되는 커런트 미러 기준전위 트랜지스터 N21을 통해 흐르는 전류 i1과 출력단의 내부전원전위로 제어되는 커런트 미러 출력전위 감지용 트랜지스터 N22를 통해 흐르는 전류 i2를 비교하여 피드백을 통해 출력전위가 기준전위(Vref)에 맞춰지는 방식으로 동작한다.
예를들어, 상기 도 2의 출력전위인 내부전원전위가 기준전위(Vref)보다 높으면 커런트 미러 출력전위 감지용 트랜지스터 N22의 턴온 Size가 커런트 미러 기준전위 감지용 트랜지스터 N21의 턴온 Size보다 커져 제1 노드의 전위가 상승하게 되는데, 이 제1 노드(N1)의 전위가 내부전원전위 구동용 트랜지스터 P23에 인가되어 외부전원전위(VEXT)로부터 내부전원전위로 전류를 더 작게 흐르게 한다.
또한, 내부전원전위가 기준전위(Vref)보다 낮으면 커런트 미러 출력전위 감지용 트랜지스터 N22의 턴온 Size가 커런트 미러 기준전위 감지용 트랜지스터 N21의 턴온 Size보다 작아져 제1 노드(N1)의 전위가 하강하게 되는데, 이 제1 노드(N1)의 전위가 내부전원전위 구동용 트랜지스터 P23에 인가되어 외부전원전위(VEXT)로부터 내부전원전위로 전류를 더 많이 흐르게 한다.
이와 같은 방식으로 동작하는 VDC에 있어서 내부전원전위(Vint) 출력단이 플로우팅(Floating) 상태로 존재하는 경우, 외부전원전위(VEXT)가 변동하게 되면 내부전원전위가 커런트 미러에 충분히 전달되지 않아 내부전원전위는 불안정한 상태로 되기 쉽다.
본 발명은 이러한 상태를 방지하기 위해 출력 피드백용 트랜지스터 N24를 구비하므로써 외부전원전위(VEXT)의 상승에 따라 내부전원전위가 상승하게 되면 상기 출력 피드백용 트랜지스터 N24를 통해 미세한 전류가 빠져 나가면서 내부전원전위의 레벨(Level)을 일정하게 유지시켜 준다.(도 8)
도 4와 도 6은 피드백 루프를 사용하였을 때 외부전원전위(VEXT)의 변화에 따른 각 소자에 흐르는 전류량을 나타낸 것이다.
도 4에서 알 수 있듯이 외부전원전위(VEXT)가 변화하더라도 커런트 미러 기준전위 감지용 트랜지스터 N21을 통해 흐르는 전류 i1과 커런트 미러 출력전위 감지용 트랜지스터 N22를 통해 흐르는 전류 i2가 일정하게 유지된다.
또한, 상기 출력 피드백용 트랜지스터 N24는 커런트 미러 인에이블용 신호로 제어되므로 커런트 미러가 동작하지 않는 동안에는 상기 출력 피드백용 트랜지스터 N24도 동작하지 않으므로 불필요한 커런트 소모가 발생되지 않는다.
한편, 본 발명에서 제안한 VDC에서는 한 개의 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터를 예로들었지만 커런트 미러 인에이블신호와 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터는 한개 이상이며, 두개 이상일 경우 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터들의 어느 한쪽 드레인에 출력 피드백용 트랜지스터의 소오스 단자가 연결되어도 상관없다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 제안한 전압변환장치는 외부전원전위의 변화에 무관하게 항상 일정한 내부전원전위를 발생시켜 주므로 칩 내부의 내부전원전위를 사용하는 회로의 동작이 안정화되며, 또한 커런트 미러가 동작하지 않는 동안에는 커런트 패스가 형성되지 않으므로 전력소모가 발생되지 않는 효과가 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
Claims (7)
- 기준전압을 사용하여 외부전원전위를 칩 내부에 필요한 내부전원전위로 변환하는 전압변환장치에 있어서,상기 내부전원전위 출력단과 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터 드레인 단자 사이에 내부전원전위 제어수단을 접속하여 외부전원전위의 변화에 무관하게 내부전원전위 레벨을 안정화시키는 것을 특징으로 하는 전압변환장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 내부전원전위 제어수단은 모스 트랜지스터를 구비함을 특징으로 하는 전압변환장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 내부전원전위 제어수단은 엔모스형 트랜지스터를 구비함을 특징으로 하는 전압변환장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 엔모스형 트랜지스터는 게이트 단자와 드레인 단자가 내부전원전위 출력단에 접속되는 것을 특징으로 하는 전압변환장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 커런트 미러 인에이블용 트랜지스터는 한 개 이상이 직렬 또는 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전압변환장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 내부전원전위 제어수단은 한 개 이상이 직렬 또는 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전압변환장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 내부전원전위 제어수단은 한 개 이상이 직렬 또는 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전압변환장치.
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