KR20010021678A - 시한 회로 - Google Patents

Abstract

집적 회로에 사용하기 위한 시한 회로는 비교적 긴 주기를 발생한다. 한 쌍의 정합 부품의 전기적인 특성(예컨대, 저항)은, 상기 부품들 중 하나에 열을 공급하는 동안 측정될 수 있다. 부품들의 열 의존 특성값이 소정 양만큼 차이가 나면, 측정 주기가 종료한다. 상기 한 쌍의 정합 부품들은 IC내의 열 절연 구조내에 위치한다.

Description

시한 회로{TIMING CIRCUIT}

전기회로 설계에 있어서의 비교적 공통적인 조건은, 예컨대 대략 일 초 또는 이보다 긴 정도의 주기를 갖는 비교적 느린 속도에서, 한 상태에서 다른 상태로 값이 변하는 신호를 발생시키는 시한 회로를 필요로 한다는 것이다. 통상적으로는, 클록 회로를 포함하는 디지털 카운팅 회로나 또는 비교적 긴 주기에 걸쳐 충전되거나 방전될 수 있는 큰 커패시터들을 사용함으로써, 집적회로에 있어서 상기와 같은 지연을 제공하였다.

그러나, 집적회로에서 비교적 큰 면적을 차지하고, 및/또는 디지털 지연 회로에 클록을 제공하기 위한 수정(crystal)이나 또는 충전 및 방전되는 커패시터와 같은 추가의 외부 부품을 필요로 한다는 점에서, 상기 해결법 모두는 비교적 비효율적이다.

상기 제1해결법에 대한 실시예가 Horowitz와 Hill의 책자 "The Art of Electronics" 제2판의 Fig. 8.68에 설명되어 있는 한편, 상기 제2해결법의 실시예는 동일한 책자의 5.14절(section)에 설명되어 있다.

본 발명은, 집적회로에서 더 적은 공간을 사용하여 설치될 수 있고 적어도 일부 환경에서는 적용가능한 정도의 정밀도에 비교적 긴 지연을 제공하는 시한 회로를 제공하고자 하며, 외부 부품을 전혀 사용하지 않는다.

본 발명은, 특히 집적회로에 사용하기 위한 시한 회로에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 시한 회로의 개략적인 도면.

도 2는 상기 회로의 일부를 형성하는 열 절연 구조를 통한 개략적인 횡단면도.

따라서, 본 발명은 집적회로의 표면적을 크게 차지하지 않고 집적회로내에 완전히 설치될 수 있는 시한 회로를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 시한 회로는 두 개 또는 그 이상의 정합 부품들을 포함하는데, 상기 부품들 중 적어도 하나는 부품의 온도에 의존하는 것이다. 예컨대, 두 개의 정합 부품을 가지면, 부품들 각각은 집적 회로내의 각자의 열 절연 구조내에 제조되며, 상기 부품 중 하나는 가열 소자에 인접하게 놓인다. 온도 의존 특성값에 따라 변하는 전기적인 신호들을 각 부품으로부터 도출하여 비교하고, 온도 의존 파라미터 값들이 상이할 때까지 가열소자가 상기 부품 중 하나에 열을 가한다. 이 때, 출력을 얻을 수 있는데 이는 측정 주기가 끝났음을 나타내며, 가열 소자들은 스위치 오프(switch off) 될 수 있다.

열 절연 구조는 절연물질을 포함하는 각 부품들을 둘러싸고 있는 트렌치(trench)를 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 실리콘에 형성된 집적회로의 경우, 트렌치 구조들은 통상적으로, 실리콘 열 전도성의 약 1%의 열 전도성을 갖는 이산화규소를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 회로는, 집적 회로에 쉽게 설치될 수 있다는 잇점을 가지며, 긴 주기를 갖는 지연을 제공하므로 적어도 일부 용도에 맞는 정밀도를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 시한 회로의 개략적인 도면이다. 본 실시예는 다이오드의 온도-의존성을 이용하지만, 저항이나 트랜지스터(모스(MOS) 또는 바이폴라), 또는 제너 다이오드 등과 같은 다른 부품들도 마찬가지로 이용할 수 있었다. 상기 회로는 한 쌍의 정합 다이오드(2, 4) 주위에 형성되며, 상기 각 다이오드는 집적 회로내의 각각의 정전류원(6, 8)으로부터 순방향 바이어스 전류를 공급받는다. 상기 전류원(6, 8)은 제어회로(10)에 의해 제어되며, 이 경우 두 개의 다이오드(2, 4) 각각에 동일한 전류를 공급한다. 다이오드(2, 4)를 지나는 순방향 전압 강하(V2, V4)가 비교기(12)의 입력 단자에 공급되어, 그 비교 결과가 제어 회로(10)에 공급된다.

저항(integrated resistor)일 수도 있지만, 다이오드, 혹은 바이폴라나 모스 트랜지스터에 연결된 다이오드, 또는 제너 다이오드 등의 몇몇 다른 부품일 수도 있는 가열 소자(14)는 다이오드(2)에 근접하게 위치하고, 상기 가열 소자에 공급된 전류 역시 제어 회로(10)로부터 공급된다.

본 명세서에서는, 각각 각자의 온도 의존 부품을 포함하는 두 개의 절연 트렌치 구조를 갖는 회로에 대하여 본 발명을 설명한다. 그러나, 상기 구조를 두개 이상 사용할 수 있다는 것, 및/또는 각각의 절연구조가 직렬이나 병렬로 연결된 두 개 또는 그 이상의 부품을 포함할 수 있다는 것을 알아둘 필요가 있다.

본 명세서에서는 온도 의존 부품을 "정합된" 것으로 설명하는데, 상기 정합이라 함은, 이들이 동일한 크기, 모양, 그리고 전기적인 파라미터들을 갖는다는 것을 의미할 수도 있지만, 비교기가 측정된 파라미터에서의 예견된 차이를 보상할 수 있다고 가정하면, 이들이 공지된 비율의 크기 또는 그 밖의 파라미터들을 가지거나 공지된 양만큼 차이가 있다는 것을 의미할 수도 있다.

본 발명의 가장 중요한 특징은, 다이오드(2)와 가열 소자(14)가 집적 회로내의 열 절연 구조에 의해 둘러싸여 있다는 것이다. 마찬가지로, 다이오드(4)도 또 다른 열 절연 구조에 포함된다. 구체적으로 설명하면, 다이오드(2)와 가열 소자(14)는, 집적회로 내에 형성되며 절연 물질, 아마도 가장 통상적으로 이산화규소를 포함하는 트렌치들(16, 18)에 의해 둘러싸여 있다. 마찬가지로, 다이오드(4)를 둘러싸고 있는 트렌치구조는 한 쌍의 트렌치(20, 22)를 포함한다.

본질적으로, 각각의 트렌치 구조는 부품들을 전기적으로 절연시키기 위해 집적 회로에 사용되는 트렌치들과 유사하며, 당업자들에게는 매우 다양한 제작 기술이 공지되어 있다.

도 2는, 이산화규소 수평층(40) 위의 실리콘 능동층(42)내에 형성된 트렌치 하나(16)에 대한 횡단면도이다.

예컨대, 실리콘 능동층(42)은 5.5㎛의 깊이를 가지며, 트렌치(16)는, 실리콘의 상부면에서는 약 1.8㎛의 폭을, 수평층(40)과 접촉해 있는 하부면에서는 약 1㎛의 폭을 각각 갖는데, 상기 수평층(40)은 이 경우 약 3㎛의 두께를 갖는다. 그러나, 원한다면 트렌치(16)의 하부를 수평층(40)과 분리할 수도 있다. 트렌치의 벽(44)은 이산화규소로 형성되는 반면, 상기 트렌지의 나머지 부분(46)은 도핑되지 않은 폴리실리콘으로 채워진다. 예컨대, 상기 벽(44)은 영역의 두께가 350nm일 수도 있다.

여기서 설명된 구조는, 관련 부품들을 완전히 둘러싸고 있는 각각의 트렌치 구조에 한 쌍의 트렌치를 포함한다. 그러나, 필요한 정도의 열절연을 제공하기 위하여, 상기 구조는 여러 개의 트렌치를 포함할 수도 있고 원하는 만큼만 부품을 둘러싸고 있을 수도 있다는 것을 알아두어야 한다. 따라서, 완전한 전기적인 절연을 이루는 것이 반드시 필요한 것은 아니며, 전기적 절연에서 차이가 있는 트렌치 구조를 이용하여 만족스런 정도의 열 절연을 얻을 수도 있다.

트렌치 구조의 목적은, 가열된 다이오드(2)와 레퍼런스 다이오드(4)를 외부의 온도 소스로부터 절연시키기 위한 것이며, 또한 가열소자(14)로부터 다이오드(2)로 공급된 열을 포함하고 있기 위한 것이다.

한 사이클의 동작의 처음에는, 상기 다이오드들(2, 4)이 집적회로의 보디내에서 같은 온도를 갖는다. 따라서, 이들의 순방향 전압 강하가 일치하여, 비교기(12)는 이들 두 전압(V2와 V4) 사이에 차이가 전혀 없다는 것을 발견한다. 가열소자(14)에 전류를 공급하면, 가열되기 시작하여 다이오드(2)의 온도가 증가한다. 따라서, 다이오드(2)의 순방향 전압강하(V2)가 거의 -2mV/K 속도로 떨어진다. 온도가 소정 지점에 도달하면, 전압(V2)은 비교기에 의해 발견된 대로 가열되지 않은 다이오드를 지나는 전압강하(V4)와 규정된 양 만큼의 차이가 나며, 또한 제어회로(10)에서 발견된 대로 비교기 출력은 측정 주기가 끝났음을 나타낸다.

그런 다음, 가열 소자(14)로 흐르는 전류가 멈춰, 시간이 지나면 레퍼런스 다이오드(4)의 온도와 거의 같게 다이오드(2)의 온도가 떨어져, 사이클이 재시작할 수 있다.

가열 소자(14)에 공급되는 전류는 가열이 필요한 주기동안 연속적일 수도 있고, 또는 짧은 펄스들로 스위치 온 될 수도 있다.

가열소자(14)에 공급되는 전류를 변화시킴으로써 다이오드가 가열되는 속도를 바꿀 수 있다. 더욱이, 비교기(12)를 제어함으로써, 측정 주기의 종료를 유발(trigger)하는데 필요한 전압차(그리고 그에 따른 온도차)를 조정할 수 있다. 이들 파라미터 모두에 있어서의 변화는 측정 주기의 시간을 변경하는데 사용될 수 있다.

부품을 가열하는 대신, 온도-의존 파라미터를 갖는 부품을 냉각시킴으로써 전압차를 얻을 수도 있다.

따라서, 집적 회로의 측정 주기를 제공하는데 사용될 수 있는 회로가 설명된다.

본 발명에 따른 회로는, 고밀도 디지털 처리의 사용(이는, 시한 회로를 다른 방법으로 형성할 수도 있는 방법임)이 불가능한 특히 비교적 높은 전압 이용에 사용될 수 있다.

단순한 예로서, 본 발명 회로는, 전화 단말기 디스플레이 회로를 위한 램프 케이던스(cadence) 제어기나, 자동차 응용에서의 여러가지 가능한 기능 중 하나(예를 들면 표시등을 밝히기(flash) 위해서)를 제어하기 위한 시한 회로, 또는 충전펌프형 저역필터의 대용으로 사용될 수도 있다.

이들 실시예 및 다른 많은 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 회로는 저렴한 비용으로 또한 집적 회로에서 큰 면적을 필요로 하지 않고 설치될 수 있다.

Claims (12)

1. 제1 및 제2의 정합되어 있는 온도 의존의 집적회로 부품을 포함하는 시한 회로에 있어서,

   상기 제1 및 제2부품들이, 집적 회로내의 각각의 제1 및 제2의 열 절연 구조내에 위치해 있고,

   상기 제1열 절연 구조가 또한 상기 제1부품의 온도를 변화시키는 장치를 포함하며, 그리고

   상기 회로가 또한 상기 제1 및 제2부품들의 온도 의존 파라미터의 값을 비교하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시한 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 정합되어 있는 온도 의존의 집적회로 부품들을 지나는 전압을 비교하기 위한 수단들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시한 회로.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부품들이 저항인 것을 특징으로 하는 시한 회로.
4. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부품들이 다이오드인 것을 특징으로 하는 시한 회로.
5. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부품들이 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 시한 회로.
6. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부품들의 온도 의존 파라미터 값이 규정된 값에 도달할 때까지 가열 장치에 열을 공급하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시한 회로.
7. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치가 저항, 다이오드, 또는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 시한 회로.
8. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2열 절연 구조들은 각 부품들을 둘러싸고 있는 트렌치 구조들로 형성되며, 상기 트렌치가 열 절연 물질을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시한 회로.
9. 제8항에 있어서, 상기 열 절연 구조들이 이산화규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 시한 회로.
10. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서와 같은 시한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로.
11. 제1 및 제2의 정합되어 있는 온도 의존의 집적 회로 부품들과;

    상기 제1 및 제2부품들을 각각 둘러싸고 있는 상기 집적회로 내의 제1 및 제2의 열 절연 구조들과;

    상기 제1 및 제2부품들 중 하나에 열을 가하는 수단들과;

    상기 제1 및 제2부품들의 온도 의존 파라미터 값들을 표현하는 제1 및 제2의 전기적인 신호를 얻는 수단들과; 그리고

    상기 제1 및 제2 신호의 값들을 비교하는 수단들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시한 회로.
12. 제11항에 있어서, 제1 및 제2의 전기적인 신호를 얻는 수단이, 상기 제1 및 제2 부품들에 전류를 공급하는 수단들과, 또한 상기 제1 및 제2의 전기적인 신호들로 이용하기 위한 상기 부품들을 지나는 전압을 발견하는 수단들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시한 회로.