KR20030058272A - 파워-업 신호 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동작시 온도변화 및 공정 변화에 상관없이 안정적으로 파워업 감지를 수행하는 파워-업 발생 장치를 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 전원전압을 입력받아 일정하게 분배한 기준전압을 출력하되, 온도변화 및 공정변화에 따라 기준전압의 크기를 조절하는 기준전압부; 및 상기 기준전압에 응답하는 전류싱크를 구비하여 파워업신호를 출력하는 파워업감지 출력부를 구비하는 파워업신호 발생장치가 제공된다. 또한 본 발명의 타측면에 따르면, 전원전압을 입력받아 일정하게 분배한 기준전압을 출력하되, 기준전압의 크기를 조절하는 기준전압부; 및 상기 기준전압에 응답하는 전류싱크를 구비하여 파워업신호를 출력하는 파워업감지 출력부; 온도변화 및 공정변화에 따른 상기 기준전압부에서의 전류 변화량에 따라 상기 출력부의 전류 변화량을 실질적으로 같도록 유지시켜주는 전류미러부를 구비하는 파워업신호 발생장치가 제공된다.

Description

파워-업 신호 발생 장치{Power-up signal Generator}
본 발명은 반도체 소자의 파워업(Power-Up) 신호 발생장치에 관한 것으로, 특히 공정변화 및 온도변화에 관계없이 파워-업신호를 안정적으로 출력하는 파워-업 신호 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로, 외부의 전원전압(Vext)이 디램(DRAM)등의 반도체 소자에 인가된 후, 기판 바이어스 전압(substrate bias voltage: Vbb) 발생회로의 전하 펌프 동작에 의해 기판 바이어스 전압(Vbb)이 접지전압으로부터 소정의 네거티브(-)전압으로 될 때까지는 어느 정도의 시간이 필요하다. 이는 기판용량(Cs)이 클 뿐 아니라 전원전압도 0V에서 5V로 증가하고 있는 구간이어서 상기 기판 바이어스 전압 발생회로 내의 링 오실레이터(ring oscillator)의 발진 주파수도 낮아서 자체 전류공급 능력이 작기 때문이다.
또, 디램의 셀영역 전체를 덮고 있는 셀 플레이트(cell plate)에 인가되어 있는 전압(Vcp)이 0V에서 Vcc/2로 상승하게 되므로 기판과의 결합 캐패시턴스에 의해 기판 바이어스 전압(Vbb)도 포지티브(+)방향으로 함께 상승하여 기판 바이어스 전압 발생 회로에 부담을 주며, 큰 과도전류가 흐를 수 있게 된다.
따라서, 외부의 전원전압(Vext) 인가시 내부회로의 동작을 관여하는 컨트롤(Control) 신호 (예컨대 /RAS, /CAS)들을 제어하기 전에 Vbb(Back Bias Voltage)가 안정화된 레벨(Level)까지 다다르는 시간이 필요하다. 그리고 그 시간안에 내부회로의 초기화가 이루어지게 된다.
내부회로의 초기화를 시키기 위한 파워-업 신호는 외부에서 입력되는 전원전압에 따라 상승하여 내부회로에 구성되어 있는 초기화 회로를 동작시키고, 각각의 초기화회로가 컨트롤 신호를 제어할 수 있는 조건을 만족되면 디스에이블(Disable)되는 신호이다.
즉, 파워업신호 발생장치란, 외부 전원전압(Vext)의 인가후 인가전압이특정 전압 이상 되었을 때 반도체 소자를 동작시킴으로써 저전압영역에서 디바이스가 오동작하는 것을 방지하며, 파워업 감지회로의 출력이 인에이블 되기전에 디바이스의 내부 신호라인을 초기화하는 역할을 하는 회로를 말한다.
도1은 종래 기술에 의한 파워업신호 발생장치를 나타내는 회로도이다.
도1을 참조하여 살펴보면, 파워업신호 발생장치는 외부 전원전압(Vext)에 따라 일정한 기준전압을 출력하는 기준전압부(10)와, 외부 전원전압(Vext)의 전위가 일정 전위 이상이 됨을 감지하여 파워-업 신호(pupb)를 발생시키는 파워업신호 감지출력부(20)로 구성된다.
기준전압부(10)는 외부의 전원전압(vext)과 접지전원과 직렬로 연결되어 전원전압(Vext)를 일정하게 분배하는 제1,2 저항(R1,R2)으로 구성된다.
파워업신호 감지출력부(20)는 외부의 전원전압(Vext)을 인가받아 노드(N2)로 전달하는 제3 저항(R3)과, 게이트로 노드(N1)의 전압을 인가받고, 제2 저항(R3)과 접지전원을 연결하는 제1 앤채널 모스 트랜지스터(MN1)와 노드(N2)의 전압을 반전하여 파워업신호(PWRUP)로 출력하는 인버터(I1)로 구성된다.
도2는 도1의 파워업신호 발생장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
이하 도1내지 도2를 참조하여 파워업신호 발생장치의 동작에 대해 살펴본다.
반도체 소자에 외부 전원전압(Vext)이 인가되어 점차로 증가하게 되면, 노드(N2)의 전압은 이에 따라 점차로 증가하게 된다. 이 때에 제1 앤채널 모스 트랜지스터(MN1)는 턴오프되어 있다.
한편, 기준전압부(10)에서는 외부 전원전압(Vext)이 상승함에 따라서, 노드(N1)에 제1,2 저항(R1,R2)에 따라 일정하게 분배되는 전압도 상승하게 된다. 이후에 일정하게 상승한 노드(N1)의 전압이 제1 앤채널 모스 트랜지스터(MN1)를 턴온 시키게 되고 이에 따라 노드(N2)의 전압은 접지전원과 연결되어 로우도 된다.
따라서 노드(N2)의 전압레벨과 반대로 동작하는 파워업신호(PWRUP)는 외부전원전압(Vext)이 인가되어 일정한 시점까지는 로우를 유지하다가 노드(N2)의 전압이 로우로 되는 순간, 하이로 천이된다.
그러나 상기에서 설명한 파워업신호 발생장치는 온도, 공정의 변화에 따른 변화가 심하게 발생되는 문제점을 가지고 있다.
도2의 파형도에 외부 전원전압(Vext)이 상승함에 따라서, 노드(N1,N2)와 파워업신호(PWRUP)의 동작 파형이 도시되 있으며, 파워업신호 발생장치의 동작시 온도변화 및 기타 공정변화에 따른 동작파형의 변화에 대해 나타나 있다. 도2에 도시된 바와 같이 온도,공정변화에 따라 약0.6V이상의 동작파형의 차이를 볼 수 있다.
대체로 저항소자는 공정변화, 온도변화에 둔감한 특성을 가지고 있으나, 모스 트랜지스터는 공정변화 및 온도변화에 크게 영향을 받게된다.
전술한 바와 같이, 파워업신호 발생장치의 동작시 온도변화 및 기타 공정변화에 따른 동작파형의 변화가 심하게 되면, 너무 낮은 전압 혹은 너무 높은 전압에서 파워업신호 발생장치가 동작하게 되어 반도체 소자의 초기화에 실패하거나, 혹은 너무 높은 전압에서 파워업신호 발생장치가 동작하게 되어 반도체 소자의 저전압영역에서의 오동작을 유발할 수 있다.
본 발명은 동작시 온도변화 및 공정 변화에 상관없이 안정적으로 파워업 감지를 수행하는 파워-업 발생 장치를 제공함을 목적으로 한다.
도1은 종래 기술에 의한 파워업신호 발생장치를 나타내는 회로도.
도2는 도1의 파워업신호 발생장치의 동작을 나타내는 파형도.
도3는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파워업신호 발생장치를 나타내는 블럭 구성도.
도4은 도3의 파워업신호 발생장치의 동작을 나타내는 파형도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 기준전압부
200 : 파워업신호 감지출력부
상기의 목적을 달서하기 위하여 본 발명의 일측면에 의하면, 전원전압을 입력받아 일정하게 분배한 기준전압을 출력하되, 온도변화 및 공정변화에 따라 기준전압의 크기를 조절하는 기준전압부; 및 상기 기준전압에 응답하는 전류싱크를 구비하여 파워업신호를 출력하는 파워업감지 출력부를 구비하는 파워업신호 발생장치가 제공된다.
본 발명의 타측면에 따르면, 전원전압을 입력받아 일정하게 분배한 기준전압을 출력하되, 기준전압의 크기를 조절하는 기준전압부; 및 상기 기준전압에 응답하는 전류싱크를 구비하여 파워업신호를 출력하는 파워업감지 출력부; 온도변화 및 공정변화에 따른 상기 기준전압부에서의 전류 변화량에 따라 상기 출력부의 전류 변화량을 실질적으로 같도록 유지시켜주는 전류미러부를 구비하는 파워업신호 발생장치가 제공된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시 할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도3는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파워업신호 발생장치를 나타내는 블럭 구성도이다.
도3을 참조하여 살펴보면, 파워업신호 발생장치는 외부 전원전압(Vext)에 따라 일정한 기준전압을 출력하는 기준전압부(100)와, 외부 전원전압(Vext)의 전위가 일정 전위 이상이 됨을 감지하여 파워업 신호를 발생시키는 파워업신호 감지출력부(200)로 구성된다.
기준전압부(100)는 외부의 전원전압(Vext)과 접지전원과 사이에 직렬로 연결되어 전원전압(Vext)를 일정하게 분배하는 제1,2 저항(R4,R5)과, 외부의 전원전압(Vext)이 일정이상일 때 턴온되는 다이오드형 제1 앤채널 모스 트랜지스트(MN2)로 구성된다.
파워업신호 감지출력부(200)은 외부의 전원전압(Vext)을 인가받아 노드(N2)로 전달하는 제3 저항(R6)과, 게이트로 노드(N3)의 전압을 인가받고, 제2 저항(R5)과 접지전원을 연결하며 제1 앤채널 모스 트랜지스트(MN2)와 전류미러(mirror)를 구성하는 제2 앤채널 모스 트랜지스터(MN3)와 노드(N4)의 전압을 반전하여 파워업신호(PWRUP)로 출력하는 인버터(I2)로 구성된다.
도4은 도3의 파워업신호 발생장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
이하 도3 내지 도4를 참조하여 본발명에 의한 파워업신호 발생장치의 동작에 대해 설명한다.
외부의 전원전압(Vext)가 점차로 증가하기 시작하면, 노드(N3)은 외부의 전원전압(Vext)에 따라 증가하게 되며, 이후에 제1 앤채널 모스 트랜지스터(MN2)의 문턱전압이상 상승하게 되면 제1 앤채널 모스 트랜지스터(MN2)는 턴온되고, 노드(N1)의 전위는 제1,2 저항(R4,R5)에 따라 외부의 전원전압(Vext)이 분배되어진다.
또한, 노드(N4)의 전위도 외부의 전원전압(Vext)의 증가와 함게 제2 앤채널 모스 트랜지스트(MN3)이 턴온되지 전까지는 증가하게 되고, 노드(N3)의 전위가 증가함에 따라 제2 앤채널 모스 트랜지스터(MN3)가 턴온이 되면 제3 저항(R6)과 제2 앤채널 모스 트랜지스터(MN3)의 턴온저항비에 의해 노드(N2)의 전압이 결정된다.
계속해서 외부전원전압(Vext)가 증가하여 노드(N1)의 전압을 지속적으로 상승시켜 제1,2 앤채널 모스 트랜지스터(MN2,MN3)를 턴온시키면, 외부전원전압(Vext)에 따라 증가되던 노드(N4)의 전압은 점차 감소하게 되고, 인버터(I2)의 로직문턱전압이하로 감소하면 파워업신호(PWRUP)는 하이인 상태, 즉 외부전원전압(Vext) 상태에 있게 된다.
전술한 바와 같이 기준전압부(100)와 파워업신호 감지 출력부(200)에 제1,2 앤채널 모스 트랜지스터(MN2,MN3)를 전류미러로 동작하게 되면 온도의 변화에 둔감한 특성을 가진다. 이는 기준전압부(100)의 노드(N2)의 전압레벨이 공정변화 또는 온도변화에 따라 다르게 상승한다고 하여도, 이에 따라 전류미러를 구성하고 있는 제2 앤채널 모스 트랜지스트(MN3)로 인해 그 변화의 비는 같은 정도로 노드(N3)의 전압 레벨에 영향을 주게 되기 때문이다.
또한 제1,2,3 저항(R4,R5,R6)은 그 특성상 온도에 따른 변화가 있더라도, 그저항값은 같은 방향으로 일정하게 변화함으로서 온도변화에 따른 둔감한 특성을 가진다.
도4를 참조하여 살펴보면, 본발명에 의한 파워업신호 발생장치가 공정변화 및 온도변화에 따라 그 동작상의 변화가 0.2V 내외로 종래의 파워업신호 발생장치에 비해 현저히 줄어듬을 알 수 있다.
또한 제1,2,3 저항(R4,R5,R6)은 액티브저항인 트랜지스터를 사용하여 구성할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명에 의해 온도변화 및 공정변화에 관계없이 안정적인 파워업신호를 발생시키는 파워업 발생장치를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 전원전압을 입력받아 일정하게 분배한 기준전압을 출력하되, 온도변화 및 공정변화에 따라 기준전압의 크기를 조절하는 기준전압부; 및
    상기 기준전압에 응답하는 전류싱크를 구비하여 파워업신호를 출력하는 파워업감지 출력부
    를 구비하는 파워업신호 발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준전압부는,
    상기 전원전압과 접지전원을 직렬연결하며 상기 전원전압을 일정하게 분배하는 제1,2 저항;
    상기 제1,2 저항 사이를 연결하며 다이오드 구성된 제1 모스 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 파워업신호 발생장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파워업감지 출력부는,
    상기 전원전압을 전달하는 제3 저항;
    상기 제3 저항을 통해 전달된 상기 전원전압 레벨을 파워업신호로 출력하는 인버팅 수단; 및
    상기 기준전압을 게이트로 입력받고 상기 제3 저항과 상기 접지전원을 연결하며, 상기 제1 모스 트랜지스터와 전류미러를 구성하는 전류싱크로서의 제2 모스 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 파워업신호 발생장치.
  4. 전원전압을 입력받아 일정하게 분배한 기준전압을 출력하되, 기준전압의 크기를 조절하는 기준전압부; 및
    상기 기준전압에 응답하는 전류싱크를 구비하여 파워업신호를 출력하는 파워업감지 출력부
    온도변화 및 공정변화에 따른 상기 기준전압부에서의 전류 변화량에 따라 상기 출력부의 전류 변화량을 실질적으로 같도록 유지시켜주는 전류미러부
    를 구비하는 파워업신호 발생장치.
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