KR20020002509A

KR20020002509A - 밴드 갭 기준 전압 발생기

Info

Publication number: KR20020002509A
Application number: KR1020000036703A
Authority: KR
Inventors: 김시홍; 홍상훈
Original assignee: 박종섭; 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-10

Abstract

본 발명은 반도체 메모리 장치의 밴드 갭 기준 전압 발생기에 관한 것으로, 저전원전압에서 사용이 가능하고 기준 전압 조절을 가능하게 할 수 있다.

본 발명의 밴드 갭 기준전압 발생기는, 2개의 바이폴라 트랜지스터의 베이스 대 이미터 사이의 전압차에 의해 발생되는 서로 극성이 다른 제 1, 제 2 전압신호를 비교증폭하여 양의 온도 계수를 갖는 제 1 기준전압신호를 발생하는 제 1 기준 전압 발생수단과, 상기 제 1 전압신호 또는 제 2 전압신호 중 어느 1개의 전압신호와 전원전압 및 접지전압 사이에 저항소자에 의해 분압된 제 3 전압신호를 비교증폭하여 음의 온도 계수를 갖는 제 2 기준전압신호를 발생하는 제 2 기준 전압 발생수단과, 상기 제 1 기준 전압 발생수단의 출력 신호와 상기 제 2 기준 전압 발생수단의 출력 신호를 비교 증폭하여 최종 기준전압신호(Vref)을 발생하는 최종 기준전압 발생수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

밴드 갭 기준 전압 발생기{BAND-GAP REFERENCE VOLTAGE GENERATOR}

본 발명은 반도체 메모리 장치의 밴드 갭 기준 전압 발생기에 관한 것으로, 특히 저전압에서 사용이 가능하고 기준 전압 조절이 가능한 밴드 갭 기준 전압 발생기에 관한 것이다.

반도체 메모리 장치 등에 사용되는 밴드 갭 기준 전압 발생기는 바이폴라 트랜지스터를 다이오드 접속으로 하여 항상 일정한 다이오드 전압이 인가되도록 하는 베이스-이미터 고유전압(V_BE) 기준 전압 발생기와 두 바이폴라 트랜지스터의 V_BE차를 생성하여 KT(K=볼츠만 상수, T=절대 온도)에 비례하는 전압을 발생하는 열전압(V_THRM) 기준 전압 발생기를 합하여 기준전압(V_REF) = V_BE+ KV_THRM로 하여 온도 계수를 극소화 시킨 회로이다.

여기서, V_BE기준 전압 발생기는 음의 온도 계수 즉 -2mV/℃의 온도 계수를 갖고, V_THRM기준 전압 발생기는 양의 온도 계수를 가진다. 따라서, 이 두 기준 전압 발생기는 서로 상반되는 온도 계수를 가지고 있으므로 온도의 변화에 대해 기준 전압이 변하지 않는 절대온도(K) 값을 찾아 기준 전압(즉 dV/dV = 0)을 계산하면 약 1.25V 의 값을 가진다. 이 값이 실리콘(Si)의 밴드 갭 전압에 거의 일치한다고 하여 이 회로의 이름을 밴드 갭 기준 전압 발생기라 부르게 되었다.

그러면, 종래의 밴드 갭 기준 전압 발생기를 도 1을 참조하여 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이, 종래의 밴드 갭 기준 전압 발생기는 음의 온도 계수 즉 -2mV/℃의 온도 계수를 갖는 V_BE기준 전압 발생부(11)와, 양의 온도 계수를 갖는 V_THRM기준 전압 발생부(12)로 구성된다. 그리고, 상기 V_BE기준 전압 발생부(11)의 출력 신호와 상기 V_THRM기준 전압 발생부(12)의 출력 신호를 비교 출력하는 비교부(13)와, 상기 비교부(13)의 출력 신호에 의해 상기 V_BE기준 전압 발생부(11)와 V_THRM기준 전압 발생부(12)로 전원전압(Vcc)을 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP1)로 구성된다.

상기 구성에 의하면,

R1 = R2로 구성이 되어 있고,

V_{A ,}V_B에 대한 피드백으로 I₁= I₂, V_A= V_B가 된다.

I₁= Is exp (V_EB1/V_T) , I₂= N Is exp (V_EB2/V_T)

I₂= (V_EB1- V_EB2) / R₃

= V_TIn(N)/R₃이므로,

V_BEF= V_EB1+ R₁* I₁= V_EB1+ R₁/R₃* V_TIn (N)

가 된다.

상기 구성을 갖는 종래의 밴드 갭 기준 전압 발생기는 출력 전압이 약 1.25V를 가지게 되어 전원공급전압이 1V 미만에서는 사용이 불가능한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 저전압에서 사용이 가능하고 기준 전압 조절이 가능한 밴드 갭 기준 전압 발생기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 밴드 갭 기준전압 발생기는,

반도체 메모리 장치의 밴드 갭 기준 전압 발생기에 있어서,

2개의 바이폴라 트랜지스터의 베이스 대 이미터 사이의 전압차에 의해 발생되는 서로 극성이 다른 제 1, 제 2 전압신호를 비교증폭하여 양의 온도 계수를 갖는 제 1 기준전압신호를 발생하는 제 1 기준 전압 발생수단과,

상기 제 1 전압신호 또는 제 2 전압신호 중 어느 1개의 전압신호와 전원전압 및 접지전압 사이에 저항소자에 의해 분압된 제 3 전압신호를 비교증폭하여 음의 온도 계수를 갖는 제 2 기준전압신호를 발생하는 제 2 기준 전압 발생수단과,

상기 제 1 기준 전압 발생수단의 출력 신호와 상기 제 2 기준 전압 발생수단의 출력 신호를 비교 증폭하여 최종 기준전압신호(Vref)을 발생하는 최종 기준전압 발생수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 밴드 갭 기준 전압 발생기의 회로도

도 2는 본 발명에 의한 밴드 갭 기준 전압 발생기의 회로도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11, 21 : V_BE기준 전압 발생부 12, 22 : V_THRM기준 전압 발생부

13, 23, 24, 30 : 비교부

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 의한 밴드 갭 기준 전압 발생기의 회로를 나타낸 것으로, 양의 온도 계수를 갖는 V_THRM기준 전압 발생부(22)와, 음의 온도 계수 즉 -2mV/℃의 온도 계수를 갖는 V_BE기준 전압 발생부(21)와, 상기 V_BE기준 전압 발생부(21)의 출력 신호와 상기 V_THRM기준 전압 발생부(22)의 출력 신호를 비교 증폭하여 기준 전압(Vref)을 발생하는 기준 전압 발생부(30)로 구성된다.

상기 V_THRM기준 전압 발생부(22)는 V_A전압(-)과 V_B전압(+)을 입력하여 비교 증폭하는 제 1 비교단(23)과, 상기 제 1 비교단(23)의 출력전압신호에 의해 전원전압(Vdd)을 상기 V_A전압을 발생하는 노드(Nd1)로 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP2)와, 상기 노드(Nd1)에 이미터가 접속되고 베이스와 콜렉터가 공통으로 접지전압(Vss)노드에 접속된 PNP형 바이폴라 트랜지스터(Q3)와, 상기 제 1 비교단(23)의 출력전압신호에 의해 전원전압(Vdd)을 상기 V_B전압을 발생하는 노드(Nd2)로 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP3)와, 상기 노드(Nd2)에 접속된 저항(R4)과, 상기 저항(R4)의 일측단자에 이미터가 접속되고 베이스와 콜렉터가 공통으로 접지전압(Vss)노드에 접속된 PNP형 바이폴라 트랜지스터(Q4)로 구성된다.

상기 V_BE기준 전압 발생부(21)는 상기 V_THRM기준 전압 발생부(22)로부터 발생된 상기 V_A전압 또는 V_B전압중 어느 1개의 전압을 반전(-) 신호로, V_C전압을 비반전(+) 신호로 입력하여 비교 증폭하는 제 2 비교단(24)과, 상기 제 2 비교단(24)의 출력전압신호에 의해 전원전압(Vdd)을 상기 V_C전압을 발생하는 노드(Nd4)로 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP6)와, 상기 노드(Nd4)와 접지전압(Vss)노드 사이에 접속된 저항(R6)으로 구성된다.

상기 기준 전압 발생부(30)는 상기 제 1 비교단(23)의 출력전압신호에 의해 전원전압(Vdd)을 기준전압(V_REF)을 출력하는 노드(Nd3)로 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP4)와, 상기 제 2 비교단(24)의 출력전압신호에 의해 전원전압(Vdd)을 상기 기준전압(V_REF)을 출력하는 노드(Nd3)로 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP5)와, 상기 기준전압(V_REF)을 출력하는 노드(Nd3)와 접지전압(Vss)노드 사이에 접속된저항(R5)으로 구성된다.

V_A, V_B에 대한 피드백에서,

V_A= V_B, I₃= I₄이고,

I₃= V_TIn(N)/R4 으로 된다.

V_B, V_C에 대한 피드백에서,

V_B= V_C가 되고,

I₆= V_B/R₆= V_A/R₆= V_EBO/R₆가 된다.

I₅= I₄+ I₆의 형태를 띄게 되므로,

V_REF= I₅* R₅= R₅(V_EBO/R₆+ V_TIn(N)/R₄)

= R₅/R₆(V_EBO+ R₆/R₄* V_TIn(N))으로 나타나게 된다.

여기서,

V_EBO+ R₆/R₄* V_TIn(N)는 도 1의 기존회로로 나타난 기준 전압(V_REF)과 같다.

따라서, 상기 식에서 (R₅/R₆)의 비를 조절하면 원하는 기준 전압(V_REF)을 만들 수 있게 된다.

또, 종래의 밴드 갭 기준 전압 발생기의 최소 전원공급전압(Vdd.min)은 약 기준 전압(V_REF) + PMOS 트랜지스터의 드레인-소스 전압(V_DS.PMOS)이다. 여기서, V_REF은 약 1.25V이고, V_DS.PMOS을 0.3V라고 하면 전원공급전압(Vdd)을 1.55V 이상으로 공급해 주어야 한다.

하지만, 본 발명의 회로에서의 최소 전원공급전압(Vdd.min)은 V_A+ PMOS 트랜지스터의 드레인-소스 전압(V_DS.PMOS)으로, V_A는 약 0.6∼0.7V 정도이므로 최소 전원공급전압(Vdd.min)은 0.9∼1.0V 까지도 가능하게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 도 2에 도시된 상기 V_BE기준 전압 발생부(21)의 제 2 비교단(24)의 입력전압신호를 V_B, V_C대신에 V_A, V_C를 입력하여 비교해도 V_A= V_B이므로 상기와 동일한 구성 및 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 밴드 갭 기준 전압 발생기에 의하면, 저전압으로 동작이 가능하여 칩의 전원전압을 낮출 수 있으며, 또한 기준 전압도 허용범위내에서 조절이 가능하다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

반도체 메모리 장치의 밴드 갭 기준 전압 발생기에 있어서,

2개의 바이폴라 트랜지스터의 베이스 대 이미터 사이의 전압차에 의해 발생되는 서로 극성이 다른 제 1, 제 2 전압신호를 비교증폭하여 양의 온도 계수를 갖는 제 1 기준전압신호를 발생하는 제 1 기준 전압 발생수단과,

상기 제 1 전압신호 또는 제 2 전압신호 중 어느 1개의 전압신호와 전원전압 및 접지전압 사이에 저항소자에 의해 분압된 제 3 전압신호를 비교증폭하여 음의 온도 계수를 갖는 제 2 기준전압신호를 발생하는 제 2 기준 전압 발생수단과,

상기 제 1 기준 전압 발생수단의 출력 신호와 상기 제 2 기준 전압 발생수단의 출력 신호를 비교 증폭하여 최종 기준전압신호(Vref)을 발생하는 최종 기준전압 발생수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생기.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 기준 전압 발생수단은,

V_A전압과 V_B전압을 입력하여 비교 증폭하는 제 1 비교단(23)과, 상기 제 1 비교단(23)의 출력전압신호에 의해 전원전압(Vdd)을 상기 V_A전압을 발생하는 노드(Nd1)로 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP2)와, 상기 노드(Nd1)에 이미터가 접속되고 베이스와 콜렉터가 공통으로 접지전압(Vss)노드에 접속된 PNP형 바이폴라 트랜지스터(Q3)와, 상기 제 1 비교단(23)의 출력전압신호에 의해 전원전압(Vdd)을 상기 V_B전압을 발생하는 노드(Nd2)로 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP3)와, 상기 노드(Nd2)에 접속된 저항(R4)과, 상기 저항(R4)의 일측단자에 이미터가 접속되고 베이스와 콜렉터가 공통으로 접지전압(Vss)노드에 접속된 PNP형 바이폴라 트랜지스터(Q4)로 구성된 것을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생기.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 기준 전압 발생수단은,

상기 제 1 기준 전압 발생 수단으로부터 발생된 상기 V_A전압 또는 V_B전압중 어느 1개의 전압을 반전(-) 신호로, V_C전압을 비반전(+) 신호로 입력하여 비교 증폭하는 제 2 비교단(24)과, 상기 제 2 비교단(24)의 출력전압신호에 의해 전원전압(Vdd)을 상기 V_C전압을 발생하는 노드(Nd4)로 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP6)와, 상기 노드(Nd4)와 접지전압(Vss)노드 사이에 접속된 저항(R6)으로 구성된 것을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생기.
제 1 항에 있어서,

상기 최종 기준 전압 발생수단은,

상기 제 1 비교단(23)의 출력전압신호에 의해 전원전압(Vdd)을기준전압(V_REF)을 출력하는 노드(Nd3)로 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP4)와, 상기 제 2 비교단(24)의 출력전압신호에 의해 전원전압(Vdd)을 상기 기준전압(V_REF)을 출력하는 노드(Nd3)로 공급하는 PMOS 트랜지스터(MP5)와, 상기 기준전압(V_REF)을 출력하는 노드(Nd3)와 접지전압(Vss)노드 사이에 접속된 저항(R5)으로 구성된 것을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생기.
제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,

상기 최종 기준전압신호는 아래 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 밴드 갭 기준 전압 발생기.

V_REF= I₅* R₅= R₅(V_EBO/R₆+ V_TIn(N)/R₄)

= R₅/R₆(V_EBO+ R₆/R₄* V_TIn(N))