KR20050094844A

KR20050094844A - 전압 공급 회로 및 공급 전압 발생 방법

Info

Publication number: KR20050094844A
Application number: KR1020057012952A
Authority: KR
Inventors: 토마스 진 루도빅 바글린; 알버트 미소니; 게르하르트 네벨
Original assignee: 인피네온 테크놀로지스 아게
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-09-28
Also published as: EP1439443B9; KR100654475B1; WO2004064232A2; WO2004064232A3; US20060001321A1; EP1439443A1; US7501718B2; EP1439443B1

Abstract

본 발명의 전압 공급 회로는 제 1 전압 조절기(REG1)와, 제 1 전압 조절기(REG1)를 제어하는 제 1 비교기(CMP1)에 연결되는 제 1 공급 전압 입력(IN1)을 가지고 있다. 또한, 제 2 전압 조절기(REG2)와, 제 2 전압 조절기(REG2)를 제어하는 제 2 비교기(CMP2)에 연결되는 제 2 공급 전압 입력(IN2)이 제공된다. 또한, 마지막으로, 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)의 출력에 연결되고 2개의 비교기(CMP1, CMP2)에 되입력되는 공급 전압 출력(O)이 제공된다.

Description

전압 공급 회로 및 공급 전압 발생 방법{VOLTAGE SUPPLY CIRCUIT AND METHOD FOR GENERATING A SUPPLY VOLTAGE}

본 발명은 전압 공급 회로 및 공급 전압을 발생시키는 방법에 관한 것이다. 이러한 회로 및 방법은 예를 들어 집적 회로에 전압을 공급하기 위해 사용될 수 있다.

2개의 전압원이 이용 가능하면 공급 전압을 발생시키는 것은 다수의 문제를 수반한다. 공급 전압을 발생시키기 위한 2개의 전압원을 관리하는 것은 단 하나의 전압원이 이용 가능할 때 공급 전압을 발생시키는 것보다 훨씬 복잡하며 어렵다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 종래 기술은 공급 전압을 발생시키는 회로의 실시예를 개시한다. 도시하는 회로에서, 2개의 외부 전압원 중에 선택을 하고, 선택된 외부 공급 전압을 이용하여 출력 전압(VDD)이 형성된다. 이를 위해서 회로는, 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)이 인가되는 제 1 공급 전압 입력(IN1)과, 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)이 인가되는 제 2 공급 전압 입력(IN2)을 가진다. 2개의 외부 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2)은 비교기(CMP)의 각 비교기 입력에 입력된다. 이와 동시에, 2개의 외부 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2)은 또한 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)의 입력에 인가된다. 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)는 회로의 전압 입력(IN3)에 인가되는 외부 전압(VDDEXT3)을 사용하여 제어된다. 비교기(CMP)의 동작 전압 연결부(BA)에서, 외부 전압(VDDEXT3)은 비교기(CMP)를 위한 동작 전압과, 비교기(CMP)의 하류부에 연결되는 인버터(INV)를 위한 동작 전압을 동시에 형성한다. 비교기(CMP)에 의해 발생되는 출력 전압(ENREG1)은 제 1 전압 조절기(REG1)를 위한 추가 제어 전압으로서 그리고 이와 동시에 반전된 출력 전압(ENREG22)을 형성하기 위해 사용하는 인버터(INV)를 위한 입력 전압으로서 사용된다. 이 반전된 출력 전압(ENREG22)은 제 2 전압 조절기(REG2)를 위한 추가 제어 전압으로서 사용된다. 전압 조절기(REG1, REG2)의 2개의 출력은 서로 연결되어 전압 공급 회로의 공급 전압 출력(O)을 형성한다.

2개의 공급 전압을 갖는 시스템에서 역 전류가 발생하지 않는 것을 보장하기 위해서, 도 1에 도시한 회로에서, 2개의 전압원 중 하나의 전압원만 그리고 이에 따라 2개의 외부 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2) 중 하나의 외부 공급 전압만 활성화된다. 다른 전압원은 비활성화된다. 일반적으로, 보다 높은 공급 전압을 제공하는 전압원이 선택된다. 이는 보다 높은 전압을 제공하는 전압원의 경우에, 제공되는 공급 전압이 공칭 공급 전압(VDDnom)보다 클 확률이 커서 정확한 조절을 가능하게 할 확률이 높기 때문이다. 비교기(CMP)는 2개의 외부 전압원 중 어느 외부 전압원이 보다 높은 공급 전압을 제공하는지를 판정한다. 그러므로, 비교기(CMP)는 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)과 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)을 비교한다. 2개의 외부 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2) 중 보다 높은 외부 공급 전압이 하류 아날로그 성분을 공급하기 위해 사용된다. 이러한 경우에, 다음 상황이 발생할 수 있다.

1. 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)이 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)보다 크다:

이러한 경우에, 비교기 출력에서의 전압(ENREG1)은 외부 전압(VDDEXT3)의 값을 띤다. 이와 반대로, 인버터(INV)의 출력에서 반전된 전압(ENREG22)은 값 제로를 띤다. 제 1 전압 조절기(REG1)는 공급 전압(VDD)을 공칭 공급 전압(VDDnom)으로 조절한다. 이와 반대로, 제 2 전압 조절기(REG2)는 전압(ENREG22)이 0이므로 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)을 공급 전압 출력(O)과 분리시킨다.

2. 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)이 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)보다 작다:

이러한 경우에, 비교기(CMP)의 출력에서의 전압(ENREG1)은 값 제로를 띤다. 그러면, 인버터(INV)의 출력에서 반전된 출력 전압(ENREG2)이 외부 전압(VDDEXT3)과 동일하다. 제 2 조절기(REG2)는 출력 전압(VDD)을 공칭 전압(VDDnom)의 값으로 조절한다. 제 1 전압 조절기는 전압(ENREG2)이 0이므로 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)을 공급 전압 출력(O)과 분리시킨다.

그러나, 도 1에 도시한 전압 공급 회로에는 다수의 불리한 점이 있다. 2개의 외부 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크면, 외부 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2) 둘 다 공급 전압(VDD)을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 2개의 전압 중 보다 높은 전압만 사용된다. 이러한 유형의 방법은 전압 공급이 높은 전압을 가지지만, 높은 전류를 제공할 수 없는 시스템에서는 최적이 아니다. 즉, 이러한 방법의 경우에는, 보다 높은 전압을 제공하지만 보다 낮은 전류를 제공하는 전압원을 사용하는 것이 가능하다. 높은 전압을 제공하지만 낮은 전류를 제공하는 전압원은 예를 들어 자기장 또는 전기장일 수 있다. 양 전압원 이 각각 공칭 전압(VDDnom)보다 큰 공급 전압을 제공하며, 보다 큰 전압을 제공하는 전압원이 스위칭 오프되면, 이 전압과 연관된 전압 조절기도 스위칭 오프되고 다른 전압 조절기는 스위칭 온된다. 이러한 경우에, 전압 조절기(REG1, REG2)간에 변하지 않으며 안정한 공급 전압(VDD)을 발생시키는 것은 어렵다. 2개의 공급 전압원이 동일한 크기의 공급 전압을 제공하면, 2개의 전압 조절기는 교대로 스위칭 온 및 스위칭 오프되고, 이로써, 전체 조절 시스템이 더 이상 정확하게 동작할 수 없을 수 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 종래 기술에서는 전압을 공급하기 위한 또 다른 실시예를 개시한다. 이러한 실시예에서, 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)이 제 1 공급 전압 입력(IN1) 및 전압 컨버터(1)를 통해서 비교기(CMP1)의 제 1 입력에 입력된다. 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)은 제 2 공급 전압 입력(IN2) 및 제 2 전압 컨버터(2)를 통해서 제 2 비교기(CMP2)의 제 1 입력에 라우팅된다. 제 1 비교기(CMP1) 및 제 2 비교기(CMP2)의 제 2 입력은 기준 전압원(3)의 출력에 연결되며, 그 결과 기준 전압(VREF)이 제 1 비교기(CMP1) 및 제 2 비교기(CMP2)의 제 2 입력에 인가된다. 도 1에 도시한 실시예에서처럼 도 2에 도시한 실시예에서도, 전압 입력(IN3)에 인가되는 외부 전압(VDDEXT3)은 2개의 비교기(CMP1, CMP2)를 위한 동작 전압으로서 그리고 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)를 제어하기 위해 사용된다. 또한, 외부 전압(VDDEXT3)은 기준 전압(VREF)을 발생시키는 전압원(3)의 입력에 인가된다.

도 2에 도시한 실시예에서, 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1) 및 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)은 역전류를 방지하기 위해서 기준 전압(VREF)과 비교된다. 다른 고려사항으로서는, 2개의 전압 컨버터(1, 2)가 외부 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2)을 승수(k)와 곱한다고 가정하자. 또한, 기준 전압(VREF × k)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크다고 가정하자. 다음은 동작 중에 발생할 수 있는 것이다.

1. 전압(VDDEXT1)이 기준 전압(VREF × k)보다 크고, 전압(VDDEXT2)이 이와 마찬가지로 기준 전압(VREF × k)보다 크다:

이러한 경우에, 2개의 전압 조절기(REG1, REF2)는 공급 전압(VDD)을 공칭 전압(VDDnom)의 값으로 조절한다. 이러한 경우에, 전압(VDDEXT1)이 기준 전압(VREF × k)보다 크고, 기준 전압(VREF × k)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크고, 공칭 전압(VDDnom)이 공급 전압(VDD)보다 크거나 같으며, 또한, 전압(VDDEXT2)이 기준 전압(VREF × k)보다 크고, 기준 전압(VREF × k)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크며, 공칭 전압이 공급 전압(VDD)보다 크거나 같기 때문에 역 전류가 발생할 수 없다.

2. 전압(VDDEXT1)이 기준 전압(VREF × k)보다 작고, 전압(VDDEXT2)이 기준 전압(VREF × k)보다 크다:

이러한 경우에, 제 2 전압 조절기(REG2)는 공급 전압(VDD)을 공칭 전압(VDDnom)의 값으로 조절한다. 이와 반대로, 제 1 전압 조절기(REG1)는 스위칭 오프된다.

3. 전압(VDDEXT1)이 기준 전압(VREF × k)보다 작고, 전압(VDDEXT2)이 기준 전압(VREF × k)보다 작다.

이러한 경우에, 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)는 스위칭 오프된다. 공급 전압(VDD)은 부동이다.

4. 전압(VDDEXT1)이 기준 전압(VREF × k)보다 작고, 전압(VDDEXT2)이 기준 전압(VREF × k)보다 크다:

이러한 경우에, 제 1 전압 조절기(REG1)는 공급 전압(VDD)을 공칭 전압(VDDnom)의 값으로 조절한다. 이와 반대로, 제 2 전압 조절기(REG2)는 스위칭 오프된다.

도 1에 도시한 실시예와 반대로, 도 2에 도시한 전압 공급 실시예에서 대부분의 불리한 점들이 방지된다. 그러나, 도 2에 도시한 실시예는 다음의 불리한 점을 가지고 있다.

값(VREF × k)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크게 되도록 2개의 전압 조절기(REG1, REG2), 2개의 전압 컨버터(1, 2) 및 기준 전압원(3)은 서로 정확하게 매칭되어야 한다. 이들이 정확하게 매칭되지 않고, 예를 들어, (VREF × k)이 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)보다 작고, 공칭 전압(VDDnom)이 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)보다 작으면, 이러한 부정확한 매칭 때문에 전압 조절기(REG1, REG2)가 둘 다 활성화되고, 역전류가 제 2 외부 전압원으로부터 제 2 공급 전압 입력(IN2)을 통해서 공급 전압 출력(O)으로 흐르고, 공급 전압 출력(O)으로부터 제 1 공급 전압 입력(IN1)에서의 제 1 외부 전압원으로 흐른다.

2개의 전압 조절기(REG1, REG2)가 각종 공칭 전압(VDDnom1, VDDnom2, VDDnom3 등)으로 변할 수 있는 경우가 흔하다. 이러한 경우에, 2개의 전압 컨버터(1, 2)는 각종 곱셈 승수(k1, k2, k3 등)로 변할 수 있어야 한다. 이러한 경우에, 2개의 전압 조절기(REG1, REG2), 2개의 전압 컨버터(1, 2) 및 기준 전압원(3)을 서로 각 쌍(VDDnom1, k1), (VDDnom2, k2), (VDDnom3, k3)에 대해서 이미 기술한 방식으로 정확하게 매칭시키는 것이 보다 어렵다. 이로써, 칩 면적이 보다 많이 필요한 회로가 되며, 전력 소모가 증가되고, 회로의 복잡도가 증가된다.

본 발명은 아래 4개의 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.

도 1은 종래 기술에 따른 전압 공급 회로의 제 1 실시예를 도시하는 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 전압 공급 회로의 제 2 실시예를 도시하는 도면,

도 3은 본 발명의 전압 공급 회로의 가능한 실시예를 도시하는 도면,

도 4는 본 발명의 전압 공급 회로에 사용될 수 있는 전압 조절기의 기초 설계를 도시하는 도면.

본 발명은 역전류가 생기지 않는 공급 전압을 발생시키는 방법 및 전압 공급 회로를 규정하는 것을 그 목적으로 한다. 전류는 하나의 전류 소스로부터 회로의 공급 전압 출력을 통해서 다른 전류 소스로 거꾸로 흐르지 않고, 하나의 전류 소스로부터 회로의 공급 전압 출력으로 흐를 것이다.

또한, 전류 경로를 연결하고 연결 해제하기 위한 기준은 다수의 서로 다른 구성이 있으면 공급 전압을 정확하게 조절할 수 있는 방식으로 선택된다.

공급 전압을 발생시키기 위한 본 발명의 전압 공급 회로 및 방법은 종래 기술에서 언급한 불리한 점을 방지하도록 유리하게 사용될 수 있다.

청구항 1항에 청구하는 특징들을 갖는 전압 공급 회로 및 청구항 8항에 청구하는 특징들을 갖는 공급 전압 발생 방법에 의해 본 목적이 달성된다.

본 발명의 전압 공급 회로는 제 1 전압 조절기와, 제 1 전압 조절기를 제어하는 제 1 전압 비교기에 연결되는 제 1 공급 전압 입력을 가진다. 또한, 이 회로는 제 2 전압 조절기와, 제 2 전압 조절기를 제어하는 제 2 비교기에 연결되는 제 2 공급 전압을 가진다. 마지막으로, 이 회로는 2개의 전압 조절기의 출력에 연결되고, 2개의 비교기에 되입력되는 공급 전압 출력을 가진다.

공급 전압을 발생시키기 위한 본 발명의 방법에서, 제 1 공급 전압은 제 1 비교기 및 제 1 전압 조절기에 인가되며, 제 1 전압 조절기는 제 1 비교기를 이용하여 제어된다. 제 2 공급 전압은 제 2 비교기 및 제 2 전압 조절기에 인가되며, 제 2 전압 조절기는 제 2 비교기를 이용하여 제어된다. 공급 전압은 2개의 전압 조절기의 출력에 연결되고, 2개의 비교기에 되입력되는 공급 전압 출력에 인가된다.

본 발명의 유리한 점은 본 청구의 범위에 규정되는 특징들로부터 나타난다.

본 발명의 전압 공급 회로의 일 실시예에서, 제 1의 공급 전압 입력과 제 1 비교기 사이에 연결되는 제 1 전압 컨버터가 제공된다. 또한, 제 2 공급 전압 입력과 제 2 비교기 사이에 연결되는 제 2 전압 컨버터가 제공된다. 이로써, 제 1 및 제 2 공급 전압 입력에 인가되는 2개의 외부 공급 전압이 특정 값과 곱해지거나, 특정 전압값만큼 감소되는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 회로가 변형된 하나의 바람직한 실시예에 따라, 공급 전압 출력과 제 1 비교기 사이에 연결되는 제 3 전압 컨버터가 제공된다. 또한, 공급 전압 출력과 제 2 비교기 사이에 연결되는 제 4 전압 컨버터가 제공된다. 이로써, 공급 전압 출력에 인가되는 공급 전압이 특정 값과 곱해지거나 특정 전압 값만큼 감소되는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 전압 공급 회로의 일 실시예에서, 전압 컨버터는 그 입력에 인가될 수 있는 전압이 정의된 비례 계수를 이용하여 그 전압에 비례하는 전압으로 변환될 수 있는 방식으로 설계된다.

또한, 본 발명의 회로에서, 전압 컨버터는 그 입력에 인가될 수 있는 전압이 특정 값만큼 감소된 전압으로 변환될 수 있는 방식으로 설계된다.

본 목적을 달성하기 위해서, 비교기의 동작 연결부 및 전압 조절기의 제어 입력에 연결되는 전압 입력을 제공하는 것이 제안된다. 이로써, 즉, 비교기를 위한 동작 전압을 규정하는 것이 가능하게 된다.

마지막으로, 본 발명의 회로에서, 제 1 전압 조절기는 제 1의 N개 채널 MOS 트랜지스터를 가질 수 있고, 제 2 전압 조절기는 제 2의 N개 채널 MOS 트랜지스터를 가질 수 있다. 이러한 경우에, 2개의 트랜지스터의 제어 출력은 2개의 트랜지스터의 제어 입력에 되입력된다.

도 1 및 2는 상세한 설명의 도입부에서 이미 설명했으므로 아래에서는 더 이상 상세히 설명하지 않는다. 그러므로, 도 1 및 2에 대해서는 상세한 설명의 도입부를 참조하면 된다.

공급 전압을 발생하기 위한 본 발명의 회로의 실시예(도 3에 도시)에서, 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)을 발생하기 위해, 제 1 전압원(도시하지 않음)에 연결될 수 있는 제 1 공급 전압 입력(IN1)이 제공된다. 제 1 공급 전압 입력(IN1)에 인가되는 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)은 제 1 전압 컨버터(1)를 통해서 제 1 비교기(CMP1)의 제 1 입력에 입력된다. 또한, 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)은 전압 조절기(REG1)의 입력에 인가된다. 회로는 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)을 발생하기 위해, 제 2 전압원(도시하지 않음)에 연결될 수 있는 제 2 공급 전압 입력(IN2)을 가진다. 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)은 제 2 전압 컨버터(2)를 통해서 제 2 비교기(CMP2)의 제 1 입력에 그리고 제 2 전압 조절기(REG2)의 입력에 인가된다. 제 1 전압 조절기(REG1)는, 제 1 비교기(CMP1)의 출력에 적용되며 제어 전압(ENREG1)을 갖는 신호와, 제 3 입력(IN3)에 인가되는 외부 전압(VDDEXT3)을 이용하여 제어된다. 이는 제 2 전압 조절기(REG2)에도 대응하여 적용된다. 제 2 전압 조절기(REG2)는 제 2 비교기(CMP2)의 출력 전압(ENREG2)과, 외부 전압(VDDEXT3)을 이용하여 제어된다. 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)의 출력은 서로 연결되고 한쪽으로는 회로의 공급 전압 출력(O)이 되고, 다른 쪽으로는, 제 1 및 제 2 비교기(CMP1, CMP2) 제각각의 제 2 입력에 각각 연결되는 제 3 및 제 4 전압 컨버터(3, 4)의 입력이 된다. 동작 동안에, 원하는 공급 전압(VDD)은 회로의 출력(O)에서 탭 오프(tapped off)될 수 있다.

본 발명의 전압 공급 회로의 동작 방법을 아래에 기술한다. 본 발명의 방법에서는, 2개의 공급 전압을 서로 비교하거나 2개의 공급 전압을 기준 전압과 비교하는 대신, 내부적으로 발생되는 공급 전압(VDD)을 2개의 외부 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2)과 비교한다.

이해를 돕기 위해서, 다음 실시예에서, 전압 컨버터(1)는 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)을 승수와 곱하는데, 전압 컨버터(3)는 간단한 라인을 이용하여 연결되었다. 이를 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2) 및 전압 컨버터(4)에도 동일하게 적용한다.

다음은 동작 중에 발생할 수 있는 것들이다.

1. 값(k × VDDEXT1)이 공칭 전압(VDDnom)보다 작고, 값(k × VDDEXT2)이 공칭 전압(VDD)보다 크다:

이러한 경우에, 공급 전압(VDD)은 스위칭 온 동작 중에 제로가 된다. 따라서, 값(k × VDDEXT1)은 공급 전압(VDD)보다 크고, 값(k × VDDEXT2)은 또한 공급 전압(VDD)보다 크다. 비교기(CMP1)의 출력에서의 제어 전압(ENREG1)은 전압(VDDEXT3)의 값을 띠고, 제 2 비교기(CMP2)의 출력에서의 제어 전압(ENREG2)도 외부 전압(VDDEXT3)의 값을 마찬가지로 띠며, 그 결과, 전압 조절기(REG1, REG2)가 조절된다. 그러므로, 이제 공급 전압(VDD)은 값(k × VDDEXT1)에 도달하거나 초과할 때까지 증가한다. 이어서, 제 1 비교기(CMP1)는 제어 전압(ENREG1)을 변경하여 값 제로로 조정한다. 그 결과, 전압 조절기(REG1)는 스위칭 오프된다. 이제, 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)이 공급 전압(VDD)보다 작기 때문에 공급 전압 출력(O)이 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)과 유리하게 분리된다. 그렇지 않으면, 전류는 공급 전압 입력(IN2)으로부터 공급 전압 입력(IN1)으로 흐른다. 공급 전압(VDD)은 공칭 전압(VDDnom)의 값에 도달할 때까지 더 증가되고 그 값으로 조절된다. 제 2 비교기(CMP2)의 출력에서 제어 전압(ENREG2)은 값(k × VDDEXT2)이 공칭 공급 전압(VDDnom)보다 크기 때문에 외부 전압(VDDEXT3)의 값으로 남는다.

2. 값(k × VDDEXT1)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크고 값(k × VDDEXT2)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크다.

이러한 경우에, 공급 전압(VDD)은 스위칭 온 동작 동안에 제로가 되며, 그 결과 값(k × VDDEXT1)은 전압(VDD)보다 크고 값(k × VDDEXT2)도 공급 전압(VDD)보다 크게 된다. 그러므로, 제 1 비교기(CMP1)의 출력에서 제어 전압(ENREG1)은 외부 전압(VDDEXT3)의 값을 띠고, 제 2 비교기(CMP2)의 출력에서의 제어 전압(ENREG2)도 이와 마찬가지로 외부 전압(VDDEXT3)의 값을 띤다. 이제 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)가 동작 중이다. 이제 공급 전압(VDD)은 원하는 공칭 전압값(VDDnom)에 도달할 때까지 증가하지만, 값(k × VDDEXT1)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크고 값(k × VDDEXT2)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크기 때문에 2개의 전압 조절기(REG1, REG2) 중 어떤 전압 조절기도 스위칭 오프되지 않는다. 그러므로, 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)는 전체 시간 동안 활성화로 남는다.

3. 값(k × VDDEXT1)이 공칭 전압(VDDnom)보다 작고, 값(k × VDDEXT2)이 공칭 전압(VDDnom)보다 작고, 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)은 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)보다 작다.

이러한 경우에, 공급 전압(VDD)은 스위칭 온 동작 중에 제로가 되며, 그 결과, 값(k × VDDEXT1)은 공급 전압(VDD)보다 크게 되고, 이와 동시에 값(k × VDDEXT2)도 공급 전압(VDD)보다 크게 된다. 그러므로, 비교기(CMP1)는 제어 전압(ENREG1)을 외부 전압(VDDEXT3)의 값으로 조정하고, 제 2 비교기(CMP2)는 제어 전압(ENREG2)을 이와 마찬가지고 외부 전압(VDDEXT2)의 값으로 조정한다. 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)가 이제 동작 중이고, 공급 전압(VDD)은, 값(k × VDDEXT1)에 도달되고 초과될 때까지 증가하는 것을 보장한다. 이제 제 1 비교기(CMP1)는 제 1 전압 조절기(REG1)가 스위칭 오프되도록 제어값(ENREG1)을 값 제로로 조절한다. 공급 전압(VDD)은, 값(k × VDDEXT2)에 도달할 때까지 계속 증가한다. 공급 전압(VDD)은 제 2 비교기(CMP2)가 제어 값(ENREG2)을 값 제로로 두어서 제 2 전압 조절기(REG2)를 스위칭 오프하므로 더 증가하지 않는다.

필요한 경우, 제어 전압(ENREG1, ENREG2)은 값 제로를 띠며, 그 결과 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)가 스위칭 오프되면 공급 전압 출력(O)이 2개의 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2) 중 보다 큰 공급 전압에 각각 연결되도록 도 3에 도시한 회로가 수정될 수 있다. 이로써, 조절기 시스템이 정확하게 동작하도록 동작 상태의 개수가 증가될 수 있다.

4.a) 값(k × VDDEXT2)이 공칭 전압(VDDnom)보다 작고, 값(k × VDDEXT1)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크다.

4.b) 값(k × VDDEXT2)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크고, 값(k × VDDEXT1)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크다.

4.c) 값(k × VDDEXT2)은 공칭 전압(VDDnom)보다 작고, 값(k × VDDEXT1)은 공칭 전압(VDDnom)보다 작고, 제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)은 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)보다 작다.

회로가 대칭 설계면, 상태 4.a) : (k × VDDEXT2)가 (VDDnom)보다 작고, (k × VDDEXT1)이 (VDDnom)보다 클 때, 회로의 동작은 2개의 외부 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2)의 2개의 첨자를 상호 교환함으로써 동작 상태 1 ― 이 동작 상태에서는, (k × VDDEXT1)은 (VDDnom)보다 작고, (k × VDDEXT2)는 (VDDnom)보다 큼 ― 로부터 도출될 수 있다.

(k × VDDEXT2)가 (VDDnom)보다 크고 (k × VDDEXT1)가 (VDDnom)보다 큰 동작 상태 4.b) 및 (k × VDDEXT2)가 (VDDnom)보다 작고 (k × VDDEXT1)가 (VDDnom)보다 작은 동작 상태 4.c)인 동작 상태에 대해서도 동일하게 적용된다.

도 1 및 2에 도시한 실시예와 관련된 불리한 점은 본 발명의 방법을 이용하여 극복된다. 2개의 전압원으로부터 나오는 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2)은 공칭 전압(VDDnom)보다 크므로, 이 둘 전압원이 공급 전압(VDD)을 조절하기 위해 사용될 수 있다.

양 공급 전압(VDDEXT1, VDDEXT2)이 공칭 전압(VDDnom/k)보다 크며, 2개의 전압원 중 하나의 전압원이 스위칭 오프되면, 2개의 전압 조절기(REG1, REG2) 중 하나의 전압 조절기가 동작 상태로 남기 때문에 종래 기술보다 지속적으로 안정한 전압(VDD)을 공급하는 것이 보다 용이하다.

제 2 외부 공급 전압(VDDEXT2)이 공칭 전압(VDDnom)과 동일하거나 제 1 외부 공급 전압(VDDEXT1)이 공칭 전압(VDDnom)과 동일한 경우에만 발진 방식으로 2개의 전압원간에 변할 수 있다. 그러나, 이는 상대적으로 드문 상황이므로, 이러한 상태는 드물게 발생한다.

또한, 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)와 전압 컨버터(1 내지 4)를 매칭시킬 필요 없다는 점이 유리하다.

전압 조절기(REG1, REG2)가 각종 공칭 전압(VDDnom1, VDDnom2, VDDnom3 등)으로 변해야 하는 경우, 본 발명의 전압 공급 회로에 수정이 이루어질 필요가 없다.

도 4는 전압 조절기의 일 가능한 실시예를 도시한다. 도시하는 바와 같이, 2개의 NMOS 트랜지스터(6, 7)가 전압을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 2개의 NMOS 트랜지스터(6, 7)의 크기는 동일해야 하고, 2개의 NMOS 트랜지스터(6, 7)의 게이트 연결부는 서로 연결되어야 한다. 세츄에이션 동작 상태에서, NMOS 트랜지스터의 드레인-소스 전류(IDS)는 다음 등식으로부터 나온다. 즉,

IDS = k × W/L × (VGS - VTH) × 2 × (1 + LAMBDA × VDS/L)

이며, 여기서 k는 기술 상수이고, LAMBDA/L은 초기 전압이고, IDS는 드레인 소스 전류이고, VDS는 드레인 소스 전압이고, VGS는 게이트-소스 전압이고, VTH는 임계 전압이고, W는 트랜지스터의 폭이고, L은 트랜지스터의 길이이다.

세츄에이션 동작 상태는 전압(VDS)이 전압 차(VGS-VTH)보다 크면 존재한다.

2개의 트랜지스터(6, 7)는 동일한 게이트-소스 전압 VGS = NGATE - VDD을 가고, 즉 세츄에이션 동작 상태에서 2개의 트랜지스터에 의해 제공되는 전류는 외부 공급 전압(VDEXT1, VDEXT2)에 독립적이다. 이러한 경우에, NGATE는 조절기 루프(5)의 출력에서의 전압이다. 이는 특히, 트랜지스터의 길이를 길게 함으로써 NMOS 트랜지스터의 초기 효과가 최소화되는 경우이다. 전압원이 스위칭 오프되면, 대응 게이트는 회로(도시되지 않음)를 이용하여 조절기 루프(5)의 출력으로부터 분리된다. 공급 전압(VDD)은 (√2 - 1) × (VGS - VTH)만큼 감소되며, 그 결과 전압은 NMOS 트랜지스터의 폭이 증가함에 따라 느리게 감소된다.

도 3에 도시한 회로에서 이러한 유형의 조절기를 이용하면, 2개의 외부 전압원 중 하나의 외부 전압원이 스위칭 오프되는 것처럼 칩의 연속 동작을 성취할 수 있다.

원칙적으로, 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)는 동일한 방식으로 동작한다. 그러므로, 제 1 전압 조절기(REG1)의 동작의 방법은 2가지로서 아래에 기술된다. 제어 전압(ENREG1)이 0과 같으면, 제 1 공급 전압 입력(IN1)에 연결되는 그 입력과 공급 출력(O)에 연결되는 그 출력 사이의 전압 조절기(REG1)에서의 저항은 무한정하게 크게 된다. 제어 전압(ENREG1)이 외부 전압(VDDEXT3)의 값을 띠고, 공급 전압(VDD)이 공칭 전압(VDDnom)보다 크면, 그 입력과 출력 사이에서 전압 조절기에서의 저항은 공급 전압(VDD)이 공칭 전압(VDDnom)과 동일할 때까지 증가한다. 저항은 무한정 증가할 수 있다. 제어 전압(ENREG1)이 외부 전압(VDDEXT3)의 값과 같고, 공급 전압(VDD)이 공칭 전압(VDDnom)보다 작으면, 공급 전압(VDD)이 공칭 전압(VDDnom)과 동일할 때까지 그 입력과 출력 사이에서의 저항은 감소한다. 적절한 경우, 저항은 값 제로로 떨어진다. 공칭 전압(VDDnom)은 일정한 전압이다.

원칙적으로, 전압 컨버터가 그 출력에서, 입력 전압에 비해, 일정한 전압만큼 감소된 전압 상수 승수(k) 또는 비례 계수와 입력 전압의 곱 전압만큼 감소된 전압을 생성한다. 이러한 경우에, 상수 승수(k)는 값 제로와 1 사이이다.

비교기는 그 출력에서, 비교기의 비반전 입력에 인가되는 전압이 비교기의 반전 입력에 인가되는 전압보다 크면 그 동작 전압 입력에 인가되는 동작 전압과 같은 전압을 발생시킨다. 그렇지 않으면, 비교기는 그 출력에서 값 제로를 갖는 전압을 발생시킨다.

참조 심볼의 목록

IN1 : 제 1 공급 전압 입력 IN2 : 제 2 공급 전압 입력

IN3 : 전압 입력 O : 공급 전압 출력

1 : 제 1 전압 컨버터 2 : 제 2 전압 컨버터

3 : 제 3 전압 컨버터 4 : 제 4 전압 컨버터

5 : 조절기 루프 6 : NMOS 트랜지스터

7 : NMOS 트랜지스터

NGATE : 조절기 루프의 출력에서의 전압

VDDEXT1 : 제 1 외부 공급 전압 VDDEXT2 : 제 2 외부 공급 전압

VDDEXT3 : 외부 전압 VDD : 공급 전압

CMP1 : 제 1 비교기 CMP2 : 제 2 비교기

REG1 : 제 1 전압 조절기 REG2 : 제 2 전압 조절기

VREF : 기준 전압 ENREG1 : 제 1 비교기의 출력 전압

ENREG2 : 제 2 비교기의 출력 전압

ENREG22 : 제 1 비교기의 반전된 출력 전압

INV : 인버터 BA : 비교기의 동작 연결부

Claims

전압 공급 회로로서,

제 1 전압 조절기(REG1) 및 상기 제 1 전압 조절기(REG1)를 제어하는 제 1 비교기(CMP1)에 연결되는 제 1 공급 전압 입력(IN1)을 가지고,

제 2 전압 조절기(REG2) 및 상기 제 2 전압 조절기(REG2)를 제어하는 제 2 비교기(CMP2)에 연결되는 제 2 공급 전압 입력(IN2)을 가지고,

상기 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)의 출력에 연결되고 상기 2개의 비교기(CMP1, CMP2)에 되입력되는 공급 전압 출력(O)을 가지고 있는

전압 공급 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 공급 전압 입력(IN1)과 상기 제 1 비교기(CMP1) 사이에 연결되는 제 1 전압 컨버터(1)를 구비하고,

상기 제 2 공급 전압 입력(IN2)과 상기 제 2 비교기(CMP2) 사이에 연결되는 제 2 전압 컨버터(2)를 구비하는

전압 공급 회로.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 공급 전압 출력(O)과 상기 제 1 비교기(CMP1) 사이에 연결되는 제 3 전압 컨버터(3)를 구비하고,

상기 공급 전압 출력(O)과 상기 제 2 비교기(CMP2) 사이에 연결되는 제 4 전압 컨버터(4)를 구비하는

전압 공급 회로.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 전압 컨버터(1, 2, 3, 4)는 그 입력에 인가될 수 있는 전압(VDDEXT1, VDDEXT2, VDD)이 비례 계수(k)를 이용하여 그 전압(VDDEXT1, VDDEXT2, VDD)에 비례하는 전압(k × VDDEXT1, k × VDDEXT2, k × VDD)으로 변환될 수 있는 방식으로 설계되는

전압 공급 회로.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 전압 컨버터(1, 2, 3, 4)는 그 입력에 인가될 수 있는 전압(VDDEXT1, VDDEXT2, VDD)이 특정값만큼 감소된 전압으로 변환될 수 있는 방식으로 설계되는

전압 공급 회로.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비교기의 동작 연결부(BA)와 상기 전압 조절기(REG1, REG2)의 제어 입력에 연결되는 전압 입력(IN3)을 가지고 있는

전압 공급 회로.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 전압 조절기(REG1)는 제 1 N-채널 MOS 트랜지스터(7)를 구비하고, 상기 제 2 전압 조절기(REG2)는 제 2 N-채널 MOS 트랜지스터(6)를 구비하며, 상기 2개의 트랜지스터(6, 7)의 제어 출력은 상기 2개의 트랜지스터(6, 7)의 제어 입력으로 되입력되는

전압 공급 회로.
공급 전압을 발생시키는 방법으로서,

제 1 공급 전압(VDDEXT1)은 제 1 비교기(CMP1) 및 상기 제 1 비교기(CMP1)에 의해 조절되는 제 1 전압 조절기(REG1)에 인가되고,

제 2 공급 전압(VDDEXT2)은 제 2 비교기(CMP2) 및 상기 제 2 비교기(CMP2)에 의해 조절되는 제 2 전압 조절기(REG2)에 인가되고,

상기 공급 전압(VDD)은 상기 2개의 전압 조절기(REG1, REG2)의 출력에 연결되고 상기 2개의 비교기(CMP1, CMP2)에 되입력되는 공급 전압 출력(O)에 인가되는

공급 전압 발생 방법.