KR20020008916A - 내부전원전압 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 장치에서 내부전원전압의 공급시 각 동작에 필요한 전하량만큼만 전하를 생성하여 메모리 셀 어레이에 공급할 수 있도록 펌핑 능력을 각 동작별로 달리하는 내부전원전압 발생장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 내부전원전압 발생장치는: 외부전원전압을 입력받는 입력부; 상기 외부전원전압을 기준으로 각 동작에서 액티브 되는 셀 어레이 및 소모되는 전하량의 차이에 의해 각기 다른 펌핑 능력을 적용하여 서로 다른 전하량을 갖는 내부전원전압을 생성하여 각 메모리 셀 어레이로 공급하는 내부전원전압 발생부; 상기 각 동작에 따라 각기 다른 펌핑 능력을 조절하는 내부 제어신호를 발생하는 제어부;를 구비함을 특징으로 한다.

Description

내부전원전압 발생장치{INTERNAL POWER SUPPLY GENERATING APPARATUS}
본 발명은 반도체 장치에서 내부전원전압의 공급시 각 동작에 필요한 전하량만큼만 전하를 생성하여 메모리 셀 어레이에 공급할 수 있도록 펌핑 능력을 각 동작별로 달리하는 내부전원전압 발생장치에 관한 것이다.
메모리 반도체 장치의 응용분야는 매우 다양하다. 그로 인해, 각 응용분야의 용도에 적합하도록 메모리 반도체 동작의 정의는 각 경우에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, 의사 에스램(pseudo SRAM)의 경우 주 사용처의 환경이 기존 에스램에 비하여 상대적으로 낮은 동작 주파수와 적은 전원 소모를 요구하게 되는데, 이러한 응용분야의 요구에 따라 최소한의 동작 전원을 구현하는 방법들 중의 하나가 부분 구동(partial activation) 방법이다. 상기 부분 구동 방법은 행(row)과 열(column)로 구성된 메모리 셀 어레이(memory cell array)의 구동에 있어 주어진 어드레스 정보에 의해 결정된 행 방향의 워드 라인 구동을 열 어드레스 정보를 이용하여 데이터 억세스에 필요한 최소한의 회로만을 구동하는 방법이다. 이러한 부분 구동 방법으로 노멀 액티브(Normal Activation) 동작시 필요 없는 비트 라인 센스 증폭기(bit line sense amplifier)나 워드 라인 드라이버(word line driver) 등에서 소모되는 전류를 저장하여 저전원(low power)을 구현할 수 있게 된다.
이러한 동작 구성에서 디램(DRAM) 셀을 사용하는 경우 필연적으로 리프레쉬(refresh) 동작이 필요한데, 상기 리프레쉬는 열(column) 정보와는 무관하게 해당 행(row)에 연결되는 모든 셀에 대하여 리프레쉬 동작이 이루어져야 한다. 이 경우에 있어서, 노멀 액티브와 리프레쉬 간에는 동시에 인에이블 되는 회로 및 셀 개수의 차이가 발생된다. 이렇게 액티브 셀의 개수에 차이가 나면 소모되는 내부전원전압(VPP)의 전하(charge)도 달라지게 된다.
상기 내부전원전압(VPP)의 경우 외부전원전압 대비 높은 전위를 가지므로, 일반적으로 펌핑(pumping)에 의한 방법으로 전하(charge)를 생성한다. 다른 직류(DC) 전압들과는 달리 상기 내부전원전압 전하는 펌핑에 의해 자체 생성된 것이므로 그 전하의 양은 해당 펌핑 용량 사이즈(pump capacitance size)에 의해 유한하게 결정된다. 그러므로, 노멀 액티브와 리프레쉬의 모든 동작에 동일한 내부전원전압 발생장치(VPP generator)를 사용하게 되면 단주기(short cycle)의 셀 억세스가 반복될 경우 내부전원전압의 예기치 않은 상승이나 하강에 의한 실패(fail)가 유발될 수 있다. 또한, 펄스로 된 워드라인(pulsed word line)을 사용하고 히든 리프레쉬(hidden refresh) 동작을 수행해야 하는 의사 에스램의 경우, 상기 노멀 액티브와 리프레쉬의 내부전원전압 전하 소모시점간의 간격이 노멀 동작만 계속적으로 반복하는 경우보다 짧아지므로 상기 내부전원전압 발생장치 자체의 드라이빙/프리차지(driving/precharge) 동작이 보장되지 못하는 수도 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 반도체 장치에서 내부전원전압의 공급시 각 동작에 필요한 전하량만큼만 전하를 생성하여 메모리 셀어레이에 공급할 수 있도록 펌핑 능력을 각 동작별로 달리하는 내부전원전압 발생장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 디램 코어에 에스램 인터페이스를 갖는 의사 에스램 계열 디바이스에서 노멀 액티브 및 리프레쉬 각각의 동작에서 균일한 내부전원전압 레벨을 공급할 수 있는 내부전원전압 발생장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 내부전원전압 발생장치는: 외부전원전압을 입력받는 입력부; 상기 외부전원전압을 기준으로 각 동작에서 액티브 되는 셀 어레이 및 소모되는 전하량의 차이에 의해 각기 다른 펌핑 능력을 적용하여 서로 다른 전하량을 갖는 내부전원전압을 생성하여 각 메모리 셀 어레이로 공급하는 내부전원전압 발생부; 상기 각 동작에 따라 각기 다른 펌핑 능력을 조절하는 내부 제어신호를 발생하는 제어부;를 구비함을 특징으로 한다.
도 1은 비교예에 따른 노멀 액티브 및 리프레쉬에서의 내부전원전압 발생장치의 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 노멀 액티브 및 리프레쉬에서의 내부전원전압 발생장치의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 내부전원전압 발생장치의 블록구성도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 내부전원전압 발생장치 11: 내부전원전압 파워라인
13: 활성화된 메모리 셀 어레이 20: 메모리 셀 어레이
100: 내부전원전압 발생장치 101: 제1내부전원전압 발생기
103: 제2내부전원전압 발생기
105: 노멀 액티브시 활성화된 메모리 셀 어레이
107: 내부전원전압 파워라인 110: 외부전원전압 입력부
120: 제어부 130: 내부전원전압 발생부
본 발명의 구체적인 설명에 앞서 먼저 비교예에 의한 내부전원전압 발생장치의 예를 도 1을 통해 들어본다. 상기 도 1은 비교예에 따른 노멀 액티브 및 리프레쉬에서의 내부전원전압 발생장치의 구성도로서, 상기 비교예는 노멀 액티브 및 리프레쉬의 두 경우에서 공유(동일한 능력을 갖는 하나)의 내부전원전압 발생장치(10)를 사용하여 내부전원전압 전하를 전달하는 경우이다. 상기 노멀 액티브 동작과 리프레쉬 동작에서 액티브 되는 메모리 셀 어레이(20)의 개수가 동일하여 내부전원전압 파워라인(11)을 통해 소모되는 내부전원전압 전하의 양도 같다.따라서, 하나의 내부전원전압 발생장치(10)로 두 동작에서 하나의 내부전원전압 생성장치(10)를 이용하여도 오버 및 언더(over/under)의 충전(charging) 문제는 발생되지 않는다. 그러므로, 노멀 액티브 및 리프레쉬에서 공통으로 제어되는 신호로 상기 내부전원전압 발생장치(10)를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 노멀 액티브 및 리프레쉬 동작에서의 내부전원전압 발생장치의 구성이 도 2에 도시되어 있다. 상기 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 내부전원전압 발생장치(101, 103)의 구성에 있어서는, 리프레쉬 동작의 경우 인에이블 되는 메모리 셀 어레이(20)의 범위(range)는 상기 비교예1과 동일하다고 가정한다. 본 발명에 따른 내부전원전압 발생장치가 적용될 수 있는 부분은 노멀 액티브와 리프레쉬 동작때 구동되는 메모리 셀 어레이(20)의 범위가 다른 경우이다. 노멀 액티브 동작은 상기 부분 구동(partial activation)시 리프레쉬 동작에 비해 작게 액티브 된다. 즉, 상기 노멀 액티브 동작시 활성화된 메모리 셀 어레이(105)는 상기 리프레쉬 동작때 활성화(active)되는 메모리 셀 어레이(도 1의 11)보다 작게 활성화됨을 알 수 있다. 이렇게 상기 노멀 액티브 동작시 동작 전류를 줄이기 위해 부분 구동시 액티브 시키는 셀의 범위가 작을수록 상기 리프레쉬 동작때 소모되는 내부전원전압 전하와의 차이는 커지게 된다. 그러므로, 이 경우에는 내부전원전압 발생장치의 분리가 필요하게 된다.
상술한 바와 같이, 상기 노멀 액티브 동작시 소모되는 내부전원전압 전하가 상기 리프레쉬 동작의 경우에 비해서 차이가 클 경우 상기 리프레쉬 동작때 소모되는 전하 기준으로 설정된 내부전원전압 발생장치내의 펌핑 용량 사이즈에 의해 공급되는 내부전원전압 전하를 그대로 부분 구동의 경우에서 인에이블 되는 노멀 액티브 동작때 사용하게 되면 최소의 억세스 시간으로 행(row)을 억세스할 경우 전하의 오버 드라이빙(over driving)이 되어 상기 내부전원전압 전위가 타겟(target: 목표값) 대비 상승하여 문제가 발생할 수 있다. 그리고, 반대의 경우엔 전하 언더 드라이빙(under driving)이 되어 상기 내부전원전압 전위가 타겟 대비 하강하여 정상적인 동작을 보장받지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
상기한 바와 같이 상기 리프레쉬 동작때와 노멀 액티브 동작시 내부전원전압 발생장치에 의한 전하 공급을 다르게 하기 위해서는 상기 내부전원전압 발생장치를 상기 도 2에 도시된 예와 같이 리프레쉬용 내부전원전압 발생기(101)와 노멀 액티브용 내부전원전압 발생기(103)를 각각 구비해야 한다. 상기 내부전원전압의 소스(source)는 펌핑에 의해 제한된 전하이기 때문에 리프레쉬 동작때와 노멀 액티브 동작시 각각 필요한 전하양 만큼만 공급할 수 있도록 펌핑 능력을 다르게 설정한다. 각기 다른 펌핑 능력을 갖는 서로 다른 두 개의 내부전원전압 발생장치의 제어는 리프레쉬 및 노멀 액티브 내부제어신호에 의해 각각 구동하도록 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서 특정 상세들은 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
리프레쉬용 제1내부전원전압 발생기(101) 및 노멀 액티브용 제2내부전원전압발생기(103)는 메모리 반도체 장치나 기타 반도체 장치에서의 외부전원전압 입력을 구비하며, 이를 기준으로 반도체 장치내 내부전원전압을 생성한다. 상기 리프레쉬용 제1내부전원전압 발생기(101) 및 노멀 액티브용 제2내부전원전압 발생기(103)의 구동은 펌핑에 의해 상기 외부전원전압보다 높은 전위의 내부전원전압을 생성한다. 그리고, 상기 리프레쉬용 제1내부전원전압 발생기(101) 및 노멀 액티브용 제2내부전원전압 발생기(103)는 상기 내부전원전압 생성시 액티브 되는 메모리 셀 어레이나 해당 내부전원전압 전위를 갖는 전하 소모량의 차이를 기준으로 서로 다른 전하량을 생성하도록 한 것이다. 상기 리프레쉬용 제1내부전원전압 발생기(101) 및 노멀 액티브용 제2내부전원전압 발생기(103)에서 서로 다르게 생성하는 전하량의 제어는 각각의 펌핑 능력을 조절하는 각각의 내부제어신호를 이용하여 제어한다. 따라서, 상기 리프레쉬 동작때는 리프레쉬의 내부전원전압의 전하량을 제어하는 제1내부제어신호에 의해 전하량을 조절하여 내부전원전압 파워라인(107)을 통해 내부전원전압을 메모리 셀 어레이(20)에 공급하고, 상기 노멀 액티브 동작때는 상기 노멀 액키브시의 내부전원전압의 전하량을 제어하는 제2내부제어신호에 의해 전하량을 조절하여 상기 내부전원전압 파워라인(107)을 통해 내부전원전압을 메모리 셀 어레이(20)에 공급함으로써 부분 구동시 상기 리프레쉬 동작에 비해 작은 메모리 셀 활성화를 이루는 노멀 액티브 동작에 필요한 내부전원전압 전하량을 다르게 한다.
한편, 상기한 본 발명의 바람직한 실시예에서는 도 2의 경우와 같이 리프레쉬 동작 및 노멀 액티브 동작에 한정하여 각기 다른 전하 펌핑 능력을 갖는 내부전원전압 발생장치의 예를 들었으나, 본 발명은 이하에 설명하는 내부전원전압 발생장치의 구성에 적용되는 동작에 적용되어질 수 있다. 도 3에 도시된 내부전원전압 발생장치(100)는 입력부(110), 제어부(120) 및 내부전원전압 발생부(130)를 구비하고 있다.
입력부(110)는 메모리 반도체 장치나 기타 반도체 장치에서의 외부전원전압을 입력받는다.
상기 내부전원전압 발생부(130)는 상기 외부전원전압을 기준으로 각 동작에서 액티브 되는 셀 어레이 및 소모되는 전하량의 차이에 의해 각기 다른 펌핑 능력을 적용하여 서로 다른 전하량을 갖는 내부전원전압(제1VPP~제nVPP)을 생성하여 각 메모리 셀 어레이(20)로 공급한다.
상기 제어부(120)는 상기 각 동작에 따라 각기 다른 펌핑 능력을 조절하는 내부 제어신호(제1~제n내부제어신호)를 발생하여 상기 내부전원전압 발생부(130)의 내부전원전압 발생을 제어한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져
야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 반도체 장치에서 내부전원전압의 공급시 각 동작에 필요한 전하량만큼만 전하를 생성하여 메모리 셀 어레이에 공급할 수 있도록 펌핑 능력을 각 동작별로 달리하는 내부전원전압 발생장치를 구현함으로써 전하 오버/언더 드라이빙 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 디램 코어에 에스램 인터페이스를 갖는 의사 에스램 계열 디바이스에서 노멀 액티브 및 리프레쉬 각각의 동작에서 균일한 내부전원전압 레벨을 공급할 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

  1. 외부전원전압을 입력받는 입력부;
    상기 외부전원전압을 기준으로 각 동작에서 액티브 되는 셀 어레이 및 소모되는 전하량의 차이에 의해 각기 다른 펌핑 능력을 적용하여 서로 다른 전하량을 갖는 내부전원전압을 생성하여 각 메모리 셀 어레이로 공급하는 내부전원전압 발생부;
    상기 각 동작에 따라 각기 다른 펌핑 능력을 조절하는 내부 제어신호를 발생하는 제어부;를 구비함을 특징으로 하는 내부전원전압 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 내부전원전압 발생부는;
    리프레쉬 동작시에 필요한 전하량을 조절하는 상기 내부제어신호에 의해 제1펌핑 용량을 갖는 전하의 내부전원전압을 발생하는 제1내부전원전압 발생기와,
    노멀 액티브 동작시에 필요한 전하량을 조절하는 상기 내부제어신호에 의해 제2펌핑 용량을 갖는 전하의 내부전원전압을 발생하는 제2내부전원전압 발생기를 구비함을 특징으로 하는 내부전원전압 발생장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 내부전원전압 발생부는 상기 노멀 액티브 동작과 상기 리프레쉬 동작에서 구동되는 메모리 셀 어레이의 범위가 다른 경우에 동작함을 특징으로 하는 내부전원전압 발생장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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