KR200284963Y1 - 안정된 고전압을 발생하는 고전압발생기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고전압 발생장치에 관한 것으로, 특히 동작전원전압이 큰폭으로 변화하여도 안정된 고전압을 출력할 수 있도록 한 고전압 발생장치에 관한 것으로, 이를 위해 저항과 모스 다이오드를 직렬연결하여 전원전압 단자와 모스 커패시터 게이트 단자 사이에 접속시키는 제1 크로스 커플 게이트전위 제어수단과 제2 크로스 커플 게이트전위 제어수단을 통해 크로스 커플부을 제어하여 모스 커패시터 게이트 단자 전하손실을 방지하므로써 안정된 고전압을 발생시켜 칩의 동작을 안정화시킨 것이다.

Description

안정된 고전압을 발생하는 고전압발생기

본 고안은 고전압 발생장치에 관한 것으로, 특히 동작전원전압이 큰폭으로 변화하여도 안정된 고전압을 출력할 수 있도록 한 고전압 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 고전압발생기란 전원전압보다 높은 전압을 발생시키기 위한 회로로 전원전압이 ON되면 펌핑동작을 통해 고전압(VPP)을 만들어낸다.

도 1은 종래기술에 따른 고전압발생회로를 나타낸 것으로, 그 구성은 다음과 같다.

게이트가 고전압 단자에 공통연결되고 전원전압 단자와 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 사이에 연결된 제1 엔모스형 트랜지스터(MN1)와 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2)로 이루어지는 전원전압 전달부(18)와, 상기 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)와 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 사이에 연결되는 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)와 제4 엔모스형 트랜지스터(MN4)로 이루어지는 크로스 커플부(10)과, 게이트가 각각 상기 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4)에 연결되고 상기 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)와 제5 노드(N5) 및 제6 노드(N6) 사이에 연결되는 스위치부(12)와, 상기 전원전압 단자와 상기 제3 노드(N3) 사이에 연결되는 제1 다이오드(14)와, 상기 전원전압과 제4 노드(N4) 사이에 연결되는 제2 다이오드(16)와, 상기 제3 노드(N3)와 제1 스위치 제어신호(cc) 입력단 사이에 연결되는 제1 모스 커패시터(20)와, 상기 제4 노드(N4)와 제2 스위치 제어신호(dd) 입력단 사이에 연결되는 제2 모스 커패시터(22)와, 상기 제5 노드(N5)와 제1 고전압 펌핑신호(bb) 입력단 사이에 연결되는 제3 모스 커패시터(24)와, 제2 고전압 펌핑신호(aa) 입력단과 상기 제6 노드(N6) 사이에 연결되는 제4 모스 커패시터(26)와, 상기 제5 노드(N5)와 제6 노드(N6)와 고전압 출력단 사이에 연결되는 제1 피모스형 트랜지스터(MP1)와 제2 피모스형 트랜지스터(MP2)로 이루어진 크로스 커플형태의 고전압 출력부(28)로 구성된다.

상기 구성으로 이루어진 종래의 고전압발생기의 경우, 동작전압이 크게 변동시 그에 따른 적절한 동작이 이루어지지 않으며 고전압발생기가 동작전압의 높은 영역에서 동작하다가 갑작스런 전원전압의 변동으로 동작전압이 낮아질 경우 고전압발생기의 출력이 전원전압의 변동에 대처하지 못하고 불안정한 전압을 출력하게 된다.

이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 제3 노드(N3)는 cc 노드의 약 2배에 해당하는 전압이 걸리며, 이런 상태에서 전원전압이 갑자기 낮아지면 상기 제3 노드(N3)는 고전압 상태로 Floating되며, 반면에 제4 노드(N4)는 전원전압의 변동에 따라 같은 전압차이를 가지고 낮아진다.

즉, 상기 제3 노드(N3)는 고전원전압에서 동작하던 전압을 그대로 유지하는 반면에 상기 제4 노드(N4)는 저전원전압 동작시의 전압을 유지하게 된다.

이 경우 펌프회호가 저전압 상태에서 다시 동작시 상기 제3 노드(N3)가 충분히 높은 상태이므로 제4 엔모스형 트랜지스터(MN4)가 충분히 턴온되어 있어 상기 제4 노드(N4)는 Bootstrap되지 못하며, 제1 고전압 펌핑신호(bb)가 "하이"에서 "로우"로 천이시 제5 엔모스형 트랜지스터(MN5) 및 제1 피모스형 트랜지스터(MP1)가 모두 턴온되어 고전압출력기의 출력인 VPP는 상기 제5 엔모스형 트랜지스터(MN5)와 제1 피모스형 트랜지스터(MP1)를 통하여 전원전압(VEXT)과 커런트 패스(Current Path)를 형성하게 된다.

이에 따라 고전압은 출력되지 못하고 전원전압 레벨의 전위가 출력되어 원하는 고전압을 얻을 수가 없게된다.

이에, 본 고안은 상기한 바와 같은 종래기술의 제 문제점을 해소시키기 위하여 창안된 것으로, 저항과 모스 다이오드를 직렬접속하여 전원전압 단자와 모스 커패시터 게이트 단자 사이에 연결하여 크로스 커플을 제어하므로써 동작전원전압의 변동에 무관하게 안정된 고전압을 발생시키기 위한 고전압발생장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 고전압발생기.

도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 고전압발생기.

도 3은 상기 도 1에 대한 시뮬레이션 결과.

도 4는 상기 도 2에 대한 시뮬레이션 결과.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 크로스 커플부 12 : 스위치부

14 : 제1 다이오드 16 : 제2 다이오드

18 : 전원전압 전달부 20 : 제1 모스 커패시터

22 : 제2 모스 커패시터 24 : 제3 모스 커패시터

26 : 제4 모스 커패시터 28 : 고전압 출력부

30 : 제1 크로스 커플 게이트전위 제어부

32 : 제2 크로스 커플 게이트전위 제어부

cc : 제1 스위치 제어신호 dd : 제2 스위치 제어신호

bb : 제1 고전압 펌핑신호 aa : 제2 고전압 펌핑신호

VEXT : 전원전압 Vt : 문턱전압

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 고전압발생장치는 모스 커패시터 게이트 단자 전하손실을 방지하기 위해 크로스 커플을 구성하는 일측 트랜지스터를 제어하기 위한 제1 크로스 커플 게이트전위 제어수단과, 제2 크로스 커플 게이트전위 제어수단을 구비함을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 고안의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2은 본 고안의 실시예에 따른 고전압발생회로를 나타낸 것으로, 상기 도 1을 설명하면서 기술한 종래의 고전압발생기에 전원전압 단자와 제7 노드(N7) 사이에 게이트가 상기 제7 노드(N7)에 연결되고 소오스가 상기 전원전압 단자에 연결되는 모스 다이오드와 상기 제7 노드(N7)와 상기 제3 노드(N3) 사이에 연결되는 저항(R1)으로 이루어지는 제1 크로스 커플 게이트전위 제어부(30)와, 상기 전원전압 단자와 제8 노드(N8) 사이에 게이트가 상기 제8 노드(N8)에 연결되고 소오스가 상기 전원전압 단자에 연결되는 모스 다이오드와 상기 제8 노드(N8)와 상기 제4 노드(N4) 사이에 연결되는 저항(R2)으로 이루어지는 제2 크로스 커플 게이트전위 제어부(32)를 추가하여 구성된다.

이하에서는 상기한 구성으로 이루어지는 본 고안에 대한 동작을 살펴본다.

먼저, 전원전압이 인가되면 상기 제4 노드(N4)는 VEXT-Vt 만큼 프리차지되며 제1 스위치 제어신호(cc)가 로우에서 하이로 천이될때 상기 제3 노드(N3)가 Bootstrap되면 VEXT-Vt에서 VEXT까지 프리차지된다.

먼저, 제2 스위치 제어신호(dd)가 0V에서 VEXT로 바뀌면 제4 노드(N4)는 2VEXT로 Bootsrtrap되며 제6 노드(N6)를 VEXT-VPP로 프리차지한다.

상기 제2 스위치 제어신호(dd)가 VEXT에서 0V로 바뀌면 상기 제4 노드(N4)는 2VEXT에서 VEXT로 변하며 제6 엔모스형 트랜지스터(MN6)는 턴오프된다.

제2 고전압 펌핑시호가 0V에서 VEXT로 바뀌면 상기 제6 노드(N6)는 VEXT-VPP+VEXT로 부스트랩되며 제1 고전압 펌핑신호(bb)가 VEXT에서 0V로 바뀌면 제2 피모스형 트랜지스터(MP2)가 턴온되어 상기 제6 노드(N6)의 차지가 상기 제2 피모스형 트랜지스터(MP2)를 통하여 VPP로 전달된다.

상기 제1 스위치 제어신호(cc)가 0V에서 VEXT로 바뀌면 상기 제3 노드(N3)는 2VEXT로 부스트랩되며 상기 제5 엔모스형 트랜지스터(MN5)가 턴온되어 제5 노드(N5)를 VEXT-VPP만큼 프리차지시킨다.

이때 상기 제6 엔모스형 트랜지스터(MN6)가 턴온되어 상기 제4 노드(N4)를 완전히 풀 VEXT로 프리차지한다.

상기 제1 스위치 제어신호(cc)가 VEXT에서 0V로 바뀌면 제5 엔모스형 트랜지스터(MN5)가 턴오프되며 상기 제1 고전압 펌핑신호(bb)가 0V에서 VEXT로 바뀌면 상기 제5 노드(N5)는 VEXT-VPP+VEXT로 부스트랩되며 상기 제2 고전압 펌핑신호(aa)가 VEXT에서 0V로 바뀌면서 제1 피모스형 트랜지스터(MP1)가 턴온되어 상기 제5 노드(N5)의 차지를 VPP로 전달한다.

상기 제2 스위치 제어신호(dd)가 다시 0V에서 VEXT로 바뀌면서 상기 제4 노드(N4)를 2VEXT로 부스트랩시키며 이때 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)가 턴온되어 상기 제3 노드(N3)를 완전히 VEXT로 프리차지하며 제6 엔모스형 트랜지스터(MN6)가 턴온되어 상기 제6 노드(N6)를 다시 VEXT-VPP로 프리차지시킨다.

상기 제2 스위치 제어신호(dd)가 VEXT에서 0V로 바뀌면 상기 제4 노드(N4)는 2VEXT에서 VEXT로 변하며 따라서 제6 엔모스형 트랜지스터(MN6)는 턴오프된다.

다시 상기 제2 고전압 펌핑신호(aa)가 0V에서 VEXT로 바뀌면 상기 제6 노드(N6)는 VEXT-VPP에서 VEXT-VPP+VEXT로 부스트랩된다.

상기와 같은 동작을 VPP 전압이 목표레벨이 될때까지 계속 반복한다.

위의 동작설명은 전원전압이 일정한 경우의 동작설명이며 전원전압은 항상 일정한 것이 아니며 때로는 동작전압보다도 높아질 수도 낮아질 수도 있다.

동작전압이 이렇게 불안정하여도 고전압 발생기의 출력전압은 동작전압의 변도에 적절히 대응하여 해당 동작전압에 맞는 고전압을 출력하여야 한다.

본 고안은 전원전압의 갑작스런 변동에서도 안정된 출력을 얻기위한 것이며 이에 대한 동작은 다음과 같다.

먼저, 고전압발생기가 전원전압 5V 동작을 하고 있다고 가정하면, 제2 스위치 제어신호(dd)가 0V에서 5V로 천이하면 제4 노드(N4)는 5V에서 2.5V로 부스트랩되며 상기 제6 노드(N6)를 5V-VPP만큼 프리차지한다.

상기 제6 노드(N6)가 5V에서 0V로 천이하면 제6 엔모스형 트랜지스터(MN6)는 턴오프되며 상기 제3 노드(N3)가 0V에서 5V로 천이하면 상기 제6 노드(N6)는 (5V-VPP)+5까지 부스트랩되며 상기 제1 스위치 제어신호(cc)가 5V에서 0V로 천이시 제2 피모스형 트랜지스터(MP2)가 턴온되어 상기 제6 노드(N6)의 차지가 VPP 노드로 전달된다.

상기 제1 스위치 제어신호(cc)가 0V에서 5V로 천이하면 제5 엔모스형 트랜지스터(MN5)가 턴온되어 상기 제5 노드(N5)를 (5V-VPP)+5V만큼 프리차지한다.

위와 같은 동작을 하다가 전원전압이 2.5V로 급격히 낮아지면 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)의 게이트는 2.5V 전압이므로 상기 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)는 턴오프되며 따라서 상기 제3 노드(N3)는 (5V-VPP)+5V 상태로 플로우팅되며 상기 제4 노드(N4)는 상기 제3 노드(N3)가 (5V-VPP)+5V이므로 제4 엔모스형 트랜지스터(MN4)가 턴온되어 5V에서 2.5V로 바뀐다.

다시 펌프회로가 전원전압 2.5V에서 동작을 시작하면, 상기 제2 스위치 제어신호(dd)가 0V에서 2.5V로 바뀌며 상기 제4 노드(N4)를 부스트랩시키려고하나 상기 제3 노드(N3)가 고전압 (5V-VPP)+5V 상태이므로 제4 엔모스형 트랜지스터(MN4)가 완전히 턴온되어 상기 제4 노드(N4)는 부스트랩되지 않으며 따라서 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)는 여전히 턴오프상태이므로 상기 제3 노드(N3)는 고전압 상태로 계속 플로우팅되며, 상기 제2 고전압 펌핑신호(aa)가 2.5V에서 0V로 천이시 제1 피모스형 트랜지스터(MP1)가 턴온되어 고전압 발생기의 출력인 VPP는 제5 엔모스형 트랜지스터(MN5)와 제1 피모스형 트랜지스터(MP1)를 통해 전원전압과 커런트 패스를 형성하게 된다.

즉, 고전압 발생기의 출력인 VPP가 전원전압보다 높은 전압을 출력하는 것이 아니라 거의 전원전압과 같은 전위를 가지게 되므로 정상적인 동작이 이루어지지 않는다.

본 고안에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 전원전압 단자와 상기 제3 노드(N3) 사이에 저항과 모스 다이오드를 직렬로 연결하여 상기 제3 노드(N3)의 플로우팅 차지를 빼줄수 있는 커런트 패스를 만들어주었다.

마찬가지로 상기 제4 노드(N4)와 전원전압 단자 사이에 저항과 모스 다이오드를 직렬로 접속하여 회로적으로 대칭을 이루도록 하였다.

상기 제3 노드(N3)의 고전압은 저항 R1과 모스 다이오드 DN3을 통하여 전원전압 단자로 방전되며, 상기 제4 노드(N4)의 고전압은 저항 R2와 모스 다이오드 DN2를 통하여 전원전압 단자로 방전된다.

이렇게되면 전원전압이 5V에서 2.5V로 급격히 변해도 상기 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4)는 플로우팅이 되지않고 정상적인 바이어스를 가지므로 고전압발생기는 정상적으로 동작을 한다.

도 3과 도 4는 기존의 고전압발생기와 본 고안에 의한 고전압발생기의 동작 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 저항과 모스 다이오드를 직렬접속하여 크로스 커플부을 제어하기 때문에 모스 커패시터의 게이트 전하는 동작전원전압의 변동에도 안정적으로 고전압을 발생시킬 수 있으며, 따라서 칩이 안정적으로 동작하고 제품의 수율향상에 기여하는 효과가 있다.

본 고안은 고전압을 사용하는 모든 반도체 소자에 적용가능하다.

본 고안의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로 당업자라면 첨부된 실용신안등록청구의 범위에 개시된 본 고안의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 전원전압 단자에 순방향으로 연결되는 제1 다이오드 및 제2 다이오드와,

   게이트가 고전압 단자에 연결되고 입력단이 상기 전원전압 단자에 연결되는 전원전압 전달부와,

   상기 전원전압 전달부 출력단에 연결되어 상기 전원전압까지 프리차지하기 위한 크로스 커플수단과,

   제1 스위치 제어신호 입력단과 상기 제1 다이오드 출력단 사이에 연결되는 제1 모스 커패시터와,

   제2 스위치 제어신호 입력단과 상기 제2 다이오드 출력단 사이에 연결되는 제2 모스 커패시터와,

   상기 전원전압 전달부 출력단에 연결되고 상기 제1 모스 커패시터 및 제2 모스 커패시터 출력단 전위에 의해 제어되어 상기 전원전압 전달부 출력단 전위를 전달하는 스위치부와,

   제1 고전압 펌핑신호 입력단과 상기 스위치부 일측 출력단 사이에 연결되는 제3 모스 커패시터와,

   제2 고전압 펌핑신호 입력단과 상기 스위치부 타측 출력단 사이에 연결되는 제4 모스 커패시터와,

   상기 스위치부 출력단에 연결되어 고전압을 발생하는 고전압 출력부를 포함하는 고전압발생장치에 있어서,

   상기 전원전압 단자와 상기 제1 모스 커패시터 게이트 단자 사이에 연결되어 상기 제2 모스 커패시터 게이트 단자 전하손실을 방지하기 위해 상기 크로스 커플수단을 구성하는 일측 트랜지스터를 제어하기 위한 제1 크로스 커플 게이트전위 제어수단과,

   전원전압 단자와 상기 제2 모스 커패시터 게이트 단자 사이에 연결되어 상기 제1 모스 커패시터 게이트 단자 전하손실을 방지하기 위해 상기 크로스 커플수단을 구성하는 타측 트랜지스터를 제어하기 위한 제2 크로스 커플 게이트전위 제어수단을 구비함을 특징으로 하는 고전압발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 크로스 커플 게이트전위 제어수단 및 제2 크로스 커플 게이트전위 제어수단은 저항과 모스 다이오드가 직력접속되어 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압발생장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 모스 다이오드는 게이트가 드레인 단자에 연결되어 상기 저항에 접속되고 소오스가 상기 전원전압 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 고전압발생장치.