KR20040008495A - Delay time control device for minimizing the delay time change - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 집적회로의 지연장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 지연소자에 바이어스되는 전압이 온도에 따라 보상되도록 개선시켜서 온도 환경에 따른 지연시간 변화를 최소화하기 위한 집적회로의 지연장치에 관한 것이다.The present invention relates to a delay apparatus of an integrated circuit, and more particularly, to a delay apparatus of an integrated circuit for minimizing a change in delay time due to a temperature environment by improving a voltage biased to a delay element to compensate for a temperature. .
일반적으로 반도체를 사용하는 집적회로에서는 온도에 따라 전기적인 저항이 변하게 된다.In general, in an integrated circuit using a semiconductor, the electrical resistance changes with temperature.
이러한 현상으로, 사용되는 트랜지스터 역시 그 턴온저항이 변하게 되고 전자와 홀의 모빌리티가 변하게 된다.As a result, the transistor used also changes its turn-on resistance and the mobility of electrons and holes.
이로 인하여 일정한 전기적인 지연효과를 나타내기 위해 도 1과 같이 인버터 로직 체인을 사용하게 되는데 이러한 지연소자도 온도에 따라서 특성이 바뀌게 된다.As a result, an inverter logic chain is used as shown in FIG. 1 in order to exhibit a constant electrical delay effect. Such a delay element is also changed according to temperature.
고온에서는 지연성분이 증가하게 되고 온도에 따라서 집적회로의 동작이 달라지게 된다.At high temperatures, the delay component increases and the operation of the integrated circuit varies depending on the temperature.
일정한 지연값을 요구하는 회로 특히 링오실레이터와 같은 주파수발진기에서는 이러한 지연시간 변화로 인해 발진 주파수가 달라지는 문제를 가져온다.In circuits requiring a constant delay, especially in frequency oscillators such as ring oscillators, this change in delay causes the oscillation frequency to vary.
따라서, 상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 지연소자의 온도변화에 따른 바이어스 전압의 변화량을 보상하여 온도에 따른 지연시간의 변화를 최소화 시킴에 있다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to minimize the change in delay time according to the temperature by compensating for the change in the bias voltage according to the temperature change of the delay element.
도 1은 종래 인버터 체인을 나타내는 도면,1 is a view showing a conventional inverter chain,
도 2는 본 발명에 따른 집적회로의 지연장치의 실시예를 나타내는 회로도,2 is a circuit diagram showing an embodiment of a delay apparatus of an integrated circuit according to the present invention;
도 3은 종래와 본 발명의 적용상태를 대비한 시물레이션 결과의 파형도,3 is a waveform diagram of a simulation result in preparation for a conventional state and an application state of the present invention;
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 회로도,4 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주는 회로도.5 is a circuit diagram showing yet another embodiment of the present invention.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 집적회로의 지연장치는 온도변화에 의한 전류량 변화를 이용하여 바이어스 전압 변화를 보상하기 위한 제어전압을 발생하는 지연제어부 및 제어전압에 의해 바이어스 전압이 보상되며 입력신호를 일정시간 지연시켜 출력하는 복수개의 지연소자들이 다단으로 이루어진 지연부를 구비한다.In the integrated circuit delay apparatus according to the present invention for achieving the above object, the bias voltage is compensated by the delay control unit and the control voltage for generating a control voltage for compensating for the bias voltage change by using the change in the amount of current caused by the temperature change. A plurality of delay elements for delaying and outputting an input signal for a predetermined time may include a delay unit including multiple stages.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2를 참조하면, 본 발명의 지연장치는 온도변화에 따른 MOS트랜지스터의턴온저항값 변화를 이용하여 지연소자의 바이어스 전압 변화를 보상해주는 제 1제어부(10)와 제 2제어부(20) 그리고 입력신호를 일정시간 지연시켜 출력시키는 지연소자들이 병렬 연결된 지연부(30)를 구비한다.Referring to FIG. 2, the delay apparatus of the present invention uses the first control unit 10 and the second control unit 20 to compensate for the bias voltage change of the delay element by using the change in the turn-on resistance of the MOS transistor according to the temperature change. Delay elements for delaying and outputting a signal for a predetermined time include a delay unit 30 connected in parallel.
제 1제어부(10)는 전원전압단과 A노드 사이에 연결된 저항 R1과, A노드와 접지전압단 사이에 연결되어 게이트와 드레인 단자가 공통 연결된 NMOS트랜지스터 M1를 구비한다.The first control unit 10 includes a resistor R1 connected between the power supply voltage terminal and the A node, and an NMOS transistor M1 connected between the A node and the ground voltage terminal to which a gate and a drain terminal are commonly connected.
제 2제어부(20)는 전원전압단과 B노드 사이에 연결되어 게이트와 드레인 단자가 공통 연결된 NMOS 트랜지스터 M2와, B노드와 접지전압단 사이에 연결된 저항 R2를 구비한다.The second controller 20 includes an NMOS transistor M2 connected between a power supply voltage terminal and a B node and having a common gate and drain terminal connected thereto, and a resistor R2 connected between the B node and a ground voltage terminal.
이때, 저항 R1, R2은 다결정 실리콘층으로 형성된 폴리(Poly)저항 또는 기판에 불순물을 확산시켜 만든 확산(Diffusion)저항으로 사용할 수 있다.In this case, the resistors R1 and R2 may be used as a poly resistor formed of a polycrystalline silicon layer or a diffusion resistor formed by diffusing impurities onto a substrate.
지연부(30)는 지연소자로써 A노드와 B노드 사이에 병렬 연결되는 다단의 인버터 IV1, IV2, IV3를 구비한다.The delay unit 30 includes multiple stage inverters IV1, IV2, and IV3 connected in parallel between nodes A and B as delay elements.
인버터 IV1은 전원전압단과 접지전압단 사이에 PMOS트랜지스터 P1, P2와 NMOS트랜지스터 N1, N2가 직렬 연결된다.Inverter IV1 has a PMOS transistor P1, P2 and NMOS transistors N1, N2 connected in series between the supply voltage terminal and the ground voltage terminal.
여기서, PMOS트랜지스터 P1은 A노드의 전압을 게이트로 인가받으며, PMOS트랜지스터 P2와 NMOS트랜지스터 N1의 게이트 단자와 드레인 단자는 각각 공통 연결되어 입력단자와 출력단자를 이룬다. 그리고, NMOS트랜지스터 N2는 B노드의 전압을 게이트로 인가받는다.Here, the PMOS transistor P1 receives the voltage of the A node as a gate, and the gate terminal and the drain terminal of the PMOS transistor P2 and the NMOS transistor N1 are connected in common to form an input terminal and an output terminal. The NMOS transistor N2 receives the voltage of the B node as a gate.
인버터 IV2는 전원전압단과 접지전압단 사이에 PMOS트랜지스터 P3, P4와NMOS트랜지스터 N3, N4가 직렬 연결된다.Inverter IV2 has PMOS transistors P3, P4 and NMOS transistors N3, N4 connected in series between the supply voltage terminal and the ground voltage terminal.
여기서, PMOS트랜지스터 P3는 A노드의 전압을 게이트로 인가받으며, PMOS트랜지스터 P4와 NMOS트랜지스터 N3의 게이트 단자와 드레인 단자는 각각 공통 연결되어 공통 연결된 게이트 단자는 인버터 IV1의 출력단자와 연결되고 공통 연결된 드레인 단자는 출력단자를 이룬다. 그리고, NMOS트랜지스터 N4는 B노드의 전압을 게이트로 인가받는다.Here, the PMOS transistor P3 receives the voltage of the A node as a gate, and the gate terminal and the drain terminal of the PMOS transistor P4 and the NMOS transistor N3 are connected in common, and the common terminal connected to the output terminal of the inverter IV1 and the drain connected in common. The terminal forms an output terminal. The NMOS transistor N4 receives the voltage of the B node as a gate.
인버터 IV3는 전원전압단과 접지전압단 사이에 PMOS트랜지스터 P5, P6과 NMOS트랜지스터 N5, N6이 직렬 연결된다.Inverter IV3 has a PMOS transistor P5, P6 and NMOS transistors N5, N6 connected in series between the supply voltage terminal and the ground voltage terminal.
여기서, PMOS트랜지스터 P5는 A노드의 전압을 게이트로 인가받으며, PMOS트랜지스터 P6과 NMOS트랜지스터 N5의 게이트 단자와 드레인 단자는 각각 공통 연결되어 공통 연결된 게이트 단자는 인버터 IV2의 출력단자와 연결되고 공통 연결된 드레인 단자는 출력단자를 이룬다. 그리고, NMOS트랜지스터 N6은 B노드의 전압을 게이트로 인가받는다.Here, the PMOS transistor P5 receives the voltage of the A node as a gate, and the gate terminal and the drain terminal of the PMOS transistor P6 and the NMOS transistor N5 are connected in common, and the common connected gate terminal is connected to the output terminal of the inverter IV2 and the drain connected in common. The terminal forms an output terminal. The NMOS transistor N6 receives the voltage of the B node as a gate.
온도가 올라가면 MOS트랜지터들의 턴온저항값은 커진다.As the temperature rises, the turn-on resistance of the MOS transistors increases.
그래서 인버터 IV1, IV2, IV3의 NMOS트랜지스터 N2, N4, N6의 게이트들이 연결되어 있는 바이어스는 온도가 올라가면 바이어스 전압이 올라가게 되며, PMOS트랜지스터 P1, P3, P5의 게이트들이 연결되어 있는 바이어스는 온도가 올라가면 바이어스 전압은 내려가게 되어 인버터 IV1, IV2, IV3의 지연성분이 증가하게 된다.Therefore, the bias voltages of the NMOS transistors N2, N4, N6 of the inverters IV1, IV2, IV3 are connected to the bias voltage when the temperature increases, and the bias of the gates of the PMOS transistors P1, P3, P5 is As the bias voltage goes up, the delay components of inverters IV1, IV2, and IV3 increase.
그러나, 온도 상승으로 제 1제어부(10)의 NMOS트랜지스터 M1와 제 2제어부(20)의 NMOS트랜지스터 M2의 턴온저항도 증가하게 되어 NOMS트랜지스터 M1과 저항 R1에 흐르는 전류 및 NMOS트랜지스터 M2와 저항 R2에 흐르는 전류는 감소하게 된다.However, as the temperature rises, the turn-on resistance of the NMOS transistor M1 of the first control unit 10 and the NMOS transistor M2 of the second control unit 20 also increases, so that the current flowing through the NOMS transistor M1 and the resistor R1 and the NMOS transistor M2 and the resistor R2 are increased. The current flowing decreases.
따라서, 저항 R1로 인한 전압강하가 적어져 A노드의 전압은 증가하게 되고, 저항 R2에 걸리는 전압이 감소하여 B노드의 전압은 감소하게 된다.Therefore, the voltage drop due to the resistor R1 decreases, so that the voltage of the node A increases, and the voltage applied to the resistor R2 decreases, so that the voltage of the node B decreases.
이러한 A노드와 B노드의 전압 변화가 인버터 IV1, IV2, IV3의 온도상승에 의한 바이어스 전압 변화와 반대로 이루어져 서로 상쇄되는 결과를 가져온다.The voltage change of node A and node B is reversed to the bias voltage change due to the temperature rise of the inverters IV1, IV2, and IV3, resulting in mutual cancellation.
도 3은 본 발명의 제어부(10, 20)를 사용하기 전·후의 온도변화에 따른 지연부(30)의 지연시간의 변화를 보여주는 시물레이션 결과이다.3 is a simulation result showing the change in the delay time of the delay unit 30 according to the temperature change before and after using the control unit 10, 20 of the present invention.
도 3에서 굵은 선이 본 발명에 따른 제어부(10, 20)를 사용한 경우이며 가는 선이 그렇지 않은 경우이다.In FIG. 3, a thick line is a case where the control units 10 and 20 according to the present invention are used, and a thin line is not.
라인(a)는 온도가 125℃의 경우 종래 지연소자의 지연시간을 나타내며, 라인(b)는 온도가 -10℃의 경우 종래 지연소자의 지연시간을 변화를 나타낸다.Line (a) shows the delay time of the conventional delay element when the temperature is 125 ° C, and line (b) shows the change in the delay time of the conventional delay element when the temperature is -10 ° C.
이처럼, 종래 지연소자는 온도가 125℃일 때와 -10℃일 때 183㎰의 지연시간 차이를 보이고 있음을 알 수 있다.As such, it can be seen that the conventional delay device shows a difference in delay time of 183 ms when the temperature is 125 ° C and -10 ° C.
이에 반하여, 본 발명의 제어부(10, 20)를 사용하는 경우 125℃의 온도에서의 지연시간을 나타내는 라인(c)와 -10℃의 온도에서 지연시간을 나타내는 라인(d)간에는 27㎰의 지연시간 차이만을 보이고 있으며 이는 종래의 경우에 대비하여 15% 수준에 불과하다.In contrast, in the case of using the controllers 10 and 20 of the present invention, a delay of 27 mu s between a line c representing a delay time at a temperature of 125 ° C and a line d representing a delay time at a temperature of -10 ° C. Only time difference is shown, which is only 15% of the conventional case.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.4 is a view showing another embodiment of the present invention.
본 실시예는 지연부(40)의 인버터들 중 적어도 어느 하나를 제 1제어부(10)및 제 2제어부(30)의 출력을 게이트의 바이어스 전압으로 인가받지 않는 종래의 인버터 IV4를 사용할 수 있음을 보여주고 있다.According to the present embodiment, at least one of the inverters of the delay unit 40 may use the conventional inverter IV4 which does not receive the outputs of the first and second controllers 10 and 30 as the bias voltage of the gate. Is showing.
또한 상술된 실시예에서는 제어부(10, 20)에 MOS트랜지스터로 NMOS트랜지스터 M1, M2를 사용하고 있으나 이를 PMOS트랜지스터를 사용하여서도 구현할 수 있다.In addition, in the above-described embodiment, the NMOS transistors M1 and M2 are used as the MOS transistors in the controllers 10 and 20, but they may also be implemented using the PMOS transistors.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예로 제어부(10, 20)를 NMOS트랜지스터 M1, M2 대신 PMOS트랜지스터 P7, P8를 사용하여 구현한 경우를 보여준다.FIG. 5 shows a case in which the controllers 10 and 20 are implemented using PMOS transistors P7 and P8 instead of NMOS transistors M1 and M2 according to another embodiment of the present invention.
제 1제어부(50)는 전원전압단과 C노드 사이에 연결되어 게이트와 드레인 단자가 공통 연결된 PMOS트랜지터 P7과, C노드와 접지전압단 사이에 연결된 저항 R3을 구비한다.The first controller 50 includes a PMOS transistor P7 connected between a power supply voltage terminal and a C node and having a gate and a drain terminal connected in common, and a resistor R3 connected between the C node and a ground voltage terminal.
그리고, 제 2제어부(60)는 전원전압단과 D노드 사이에 연결된 저항 R4과, D노드와 접지전원단 사이에 연결되어 게이트와 드레인 단자가 공통 연결된 PMOS 트랜지스터 P8을 구비한다.The second controller 60 includes a resistor R4 connected between the power supply voltage terminal and the D node, and a PMOS transistor P8 connected between the D node and the ground power supply terminal to which a gate and a drain terminal are commonly connected.
도 5의 동작원리도 도 2의 경우와 동일하게 이루어지므로 이에 대한 설명은 생략한다.Since the operation principle of FIG. 5 is the same as that of FIG. 2, description thereof will be omitted.
상술한 바와 같이, 지연소자에 바이어스 되는 전압의 온도변화에 따른 차를 보상시킴으로써 온도변화에 따른 지연소자의 지연시간 변화를 최소화 해줄 수 있게된다.As described above, it is possible to minimize the delay time change of the delay element according to the temperature change by compensating the difference due to the temperature change of the voltage biased to the delay element.
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