KR20010005093A - 저전력 레벨 쉬프터 구현을 위한 반도체집적회로 - Google Patents

저전력 레벨 쉬프터 구현을 위한 반도체집적회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압 발생기 출력단의 로드를 줄임으로서, 전류소모를 줄이고 고전압신호(Vpp) 레벨의 고속동작을 위한 것으로서, 이를 위한 본 발명은 반도체집적회로에 있어서, 칩의 공급전원에 비해 전위가 높은 고전압을 생성하는 고전압발생기; 상기 고전압신호에 응답하여 칩의 공급전원 레벨의 신호를 상기 고전압레벨로 변환하는 제1레벨쉬프터 및 제2레벨쉬프터; 제1선택신호에 응답하여 상기 고전압발생기에서 공급된 고전압 신호를 상기 제1레벨쉬프터로 구동하는 제1고전압드라이버; 및 제2선택신호에 응답하여 상기 고전압발생기에서 공급된 고전압 신호를 상기 제2레벨쉬프터로 구동하는 제2고전압드라이버를 포함하여 이루어진다.

Description

저전력 레벨 쉬프터 구현을 위한 반도체집적회로{Semiconductor integrated circuit for low power level shifter}
본 발명은 반도체집적회로에 관한 것으로서, 특히 출력신호를 고전압 신호(Vpp) 레벨로 변환하는 다수의 레벨쉬프터를 구동하는 고전압 발생기 출력단의 로드를 줄여, 전류소모를 줄이고 동작속도를 빠르게 한 반도체집적회로에 관한 것이다.
널리 알려진 바와 같이, 외부 전원 전압 Vcc보다 높은 고전압 Vpp는 트랜지스터의 쓰레시홀드(threshold) 전압 손실을 보충할 수 있어 워드라인(wordline) 드라이버회로와, 비트라인 아이솔레이션(isolation)회로와, 데이터 출력 버퍼회로 등 DRAM 회로에 널리 이용되고 있다.
도1은 통상적인 고전압 발생기와 레벨쉬프터(level shifter)의 구성도로서, 고전압 신호(Vpp)를 생성하는 고전압 발생기(110)와, 상기 고전압신호를 공급받아 입력신호(IN)를 상기 고전압신호 레벨의 출력신호(OUT)로 출력하는 다수의 레벨쉬프터(120)로 이루어진다.
도2는 종래 기술에 따른 레벨쉬프터(120)의 회로도로서, 상기 입력신호가 디스에이블되면 턴-온(turn-on)되어 상기 출력신호를 풀다운(pull down)시키는 NMOS트랜지스터 NM22와, 상기 입력신호가 액티브되면 턴-온되어 노드 N21을 풀다운시키는 NMOS 트랜지스터 NM21과, 상기 노드 N21이 풀다운되면 턴-온되어 상기 출력신호를 상기 고전압신호 레벨로 풀업(pull up)시키는 PMOS트랜지스터 PM22와, 상기 출력신호가 풀다운되었을 경우 턴-온되어 상기 노드 N21을 풀업시켜 상기 PMOS트랜지스터 PM22를 턴-오프시키는 PMOS트랜지스터 PM21로 이루어진다.
결국 상기 입력신호의 전압 스윙(swing) 레벨에 관계없이 출력신호를 상기 고전압신호 레벨로 쉬프트시킨다.
그러나, 상기 고전압 신호가 다수의 레벨쉬프터를 구동하고, 상기 레벨쉬프터의 PMOS트랜지스터와 연결되어 있어 큰 값의 정션 커패시턴스(junction capacitance)로 인해서 전류의 소모가 크게 발생하고, 상기 고전압 발생기의 출력단의 로드(load)가 크기 때문에 출력버퍼의 사이즈가 커진다.
또한, 큰 커패시턴스로 인해서 RC 지연이 커지기 때문에 고전압신호 레벨의 동작 속도가 느려지게 되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 작은 사이즈의 PMOS 및 NMOS 트랜지스터를 구비하고 레벨쉬프터에 고전압신호(Vpp)를 구동하는 고전압드라이버를 추가하여 고전압 발생기의 출력단의 로드를 줄임으로서, 전류소모를 줄이고 고전압신호 레벨의 고속동작을 가능하게 하는 반도체집적회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
도1은 통상적인 고전압 발생기와 레벨쉬프터의 구성도.
도2는 종래 기술에 따른 레벨쉬프터의 회로도.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 발생기와 레벨쉬프터의 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
300 : 고전압 발생기
310 : 고전압 드라이버
330 : 레벨쉬프터
Vpp : 고전압 신호
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체집적회로에 있어서, 칩의 공급전원에 비해 전위가 높은 고전압을 생성하는 고전압발생기; 상기 고전압신호에 응답하여 칩의 공급전원 레벨의 신호를 상기 고전압레벨로 변환하는 제1레벨쉬프터 및 제2레벨쉬프터; 제1선택신호에 응답하여 상기 고전압발생기에서 공급된 고전압 신호를 상기 제1레벨쉬프터로 구동하는 제1고전압드라이버; 및 제2선택신호에 응답하여 상기 고전압발생기에서 공급된 고전압 신호를 상기 제2레벨쉬프터로 구동하는 제2고전압드라이버를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 발생기와 레벨 쉬프터의 회로도로서, 고전압 발생기(300)와, 다수의 레벨쉬프터(330)와, 상기 고전압 발생기(300)에서 구동된 고전압신호(Vpp)를 상기 레벨쉬프터(330)로 공급하는 다수의 고전압 드라이버(310)로 구성된다.
상기 고전압 드라이버(310)는 상기 고전압신호를 게이트로 인가받아 소스-드레인 경로를 통해 상기 레벨쉬프터(330)의 전원 초기치를 잡아주는 NMOS트랜지스터 NM31과, 상기 NMOS트랜지스터를 통과하면서 발생되는 쓰레시홀드 전압(Threshold Voltage : Vt)의 손실을 보상해주기 위해서 게이트로 선택된 레벨쉬프터를 액티브시키기 위하여 외부로부터 입력받은 셀렉트신호(select[0])에 의해 상기 레벨쉬프터(330) 동작시에 턴-온되어 상기 레벨쉬프터(330)에 고전압신호 레벨의 전원을 공급하는 PMOS트랜지스터 PM31을 구비하여 이루어진다.
한편, 상기 레벨쉬프터(330)는 상기 입력신호가 디스에이블되면 턴-온(turn-on)되어 상기 출력신호를 풀다운(pull down)시키는 NMOS트랜지스터 NM34와, 상기 입력신호가 액티브되면 턴-온되어 노드 N31을 풀다운시키는 NMOS 트랜지스터 NM33과, 상기 노드 N31이 풀다운되면 턴-온되어 상기 출력신호를 상기 고전압신호 레벨로 풀업(pull up)시키는 PMOS트랜지스터 PM34와, 상기 출력신호가 풀다운되었을 경우 턴-온되어 상기 노드 N31을 풀업시켜 상기 PMOS트랜지스터 PM34를 턴-오프시키는 PMOS트랜지스터 PM33으로 이루어진다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작에 대해서 살펴본다.
상기 고전압 발생기(300)에서 생성된 고전압신호(Vpp)가 상기 고전압 드라이버(310)로 인가되고, 상기 고전압 드라이버(310)는 상기 레벨쉬프터(330)에 고전압을 공급한다.
구체적으로, 상기 고전압 드라이버(310)는 상기 NMOS트랜지스터 NM31의 게이트로 상기 고전압 발생기(300)에서 공급된 고전압 신호에 의해 턴-온되어 소스-드레인 경로를 통해 전류를 구동하나, 쓰레시홀드 전압 크기의 전압 강하가 일어난 전압이 상기 레벨쉬프터(330)로 공급된다.
이를 보상하기 위하여 다수의 레벨쉬프터 중에서 선택된 레벨쉬프터(330)와 연결된 고전압 드라이버로(310)만 상기 셀렉트신호가 "로우"로 액티브되어 상기 PMOS트랜지스터 PM31이 턴-온되어 상기 쓰레시홀드 전압 강하를 보상한다.
상기 트랜지스터 PM31과 NM31은 상기 레벨쉬프터(330)의 풀업구동부의 PMOS트랜지스터 PM33과 PM34의 사이즈보다 작다. 따라서, 상기 고전압 발생기(300)의 출력단의 로드가 작아지고, 그로 인해 전류의 소모가 작아지며 고전압신호 레벨의 동작 속도를 빠르게 할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 고전압 발생기 출력단의 로드를 줄임으로서, 신호의 레벨을 쉬프트하는 과정에서 전류소모를 줄이고 고전압신호(Vpp) 레벨의 고속동작을 가능하게 한다.

Claims (3)

  1. 반도체집적회로에 있어서,
    칩의 공급전원에 비해 전위가 높은 고전압을 생성하는 고전압발생기;
    상기 고전압신호에 응답하여 칩의 공급전원 레벨의 신호를 상기 고전압레벨로 변환하는 제1레벨쉬프터 및 제2레벨쉬프터;
    제1선택신호에 응답하여 상기 고전압발생기에서 공급된 고전압 신호를 상기 제1레벨쉬프터로 구동하는 제1고전압드라이버; 및
    제2선택신호에 응답하여 상기 고전압발생기에서 공급된 고전압 신호를 상기 제2레벨쉬프터로 구동하는 제2고전압드라이버
    를 포함하여 이루어지는 반도체집적회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1고전압드라이버 및 제2고전압드라이버는,
    게이트로 상기 고전압신호를 입력하여 소스-드레인 경로를 통해 쓰레시홀드 전압만큼 감쇄된 상기 고전압신호를 상기 레벨쉬프터로 공급하는 NMOS트랜지스터; 및
    게이트로 상기 셀렉트신호를 인가받아 소스-드레인 경로를 통해 상기 고전압신호를 상기 레벨쉬프터로 공급하여 상기 NMOS트랜지스터를 통해 공급된 신호의 손실을 선별적으로 보상하는 PMOS트랜지스터
    를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체집적회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1고전압드라이버 및 상기 제2고전압드라이버는 상기 제1레벨쉬프터 및 상기 제2레벨쉬프터의 풀업구동 트랜지스터에 비해 사이즈가 작은 트랜지스터를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체집적회로.
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