KR20060103001A - 내부전원 생성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공급하는 내부전원의 레벨 변화를 빠르게 감지할 수 있으며, 스탠드바이 모드에서 적은 전력소모를 갖는 내부전원 생성장치를 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명으로 고전압을 피드백 입력받아 상기 고전압을 일정한 레벨로 공급하기 위한 내부전원 생성장치에 있어서, 피드백 전압을 생성하기 위한 저항 비율은 일정하게 유지하고, 모드에 따라 전체 저항값은 조절하므로서, 상기 고전압과 상기 저항 비율의 관계를 갖는 상기 피드백 전압을 생성하기 위한 피드백부; 상기 피드백 전압과 기준전압의 레벨 차이를 감지 및 증폭하기 위한 감지증폭부; 상기 감지증폭부의 출력전압을 감지신호로 출력하기 위한 출력부; 및 상기 감지신호에 응답하여 외부전원을 차지 펌핑하여 상기 고전압을 공급하기 위한 고전압 공급부를 구비하는 내부전원 생성장치를 제공한다.

레벨 감지, 저항, 스탠드바이 상태, 전류, 저항비

Description

내부전원 생성장치{INTERNAL VOLTAGE GENERATOR}

도 1은 일반적인 내부전원 생성장치의 블록 구성도.

도 2는 도 1의 레벨 감지부의 내부 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 내부전원 생성장치 내 레벨 감지부의 내부 회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 피드백부

200 : 감지 증폭부

300 : 출력부

본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로, 특히 반응시간을 단축시킬 수 있는 내부전원 생성장치에 관한 것이다.

반도체 메모리 소자에서 내부전원으로 사용하는 내부전원 생성장치(Internal Voltage generator)는 외부 전원전압(External voltage, VDD)을 공급받아 다양한 레벨의 내부 전원전압(Internal voltage)을 만드는 회로이다.

특히, 메모리 반도체의 최근 추세가 저전압, 저소비 전력화되어 감에 따라 디램 제품에서 내부전원 생성장치를 채용하고 있다.

한편, 이와같이 소자의 내부에서 사용되는 전압을 자체적으로 생성하므로, 주변온도, 공정, 또는 압력 등의 변동에 관계없이 안정적인 내부전압을 생성하는 것에 많은 노력이 있어왔다.

도 1은 일반적인 내부전원 생성장치의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 내부전원 생성장치는 기준전압(VREF)에 대한 고전압(VPP)의 레벨을 감지하여 감지신호(PPES)로 출력하기 위한 레벨 감지부(10)와, 감지신호(PPES)에 응답하여 주기신호(OSC)를 생성하기 위한 오실레이터(20)와, 외부전원을 펌핑하여 외부전원 보다 높은 레벨의 고전압(VPP)을 공급하기 위한 차지 펌핑부(40)와, 주기신호(OSC)에 응답하여 차지 펌핑부(40)의 구동을 제어하기 위한 펌핑 제어부(30)를 구비한다.

이와같이, 종래기술에 따른 내부전원 생성장치는 고전압(VPP)의 레벨이 기준전압(VREF)의 레벨 이하로 하강하는 경우 레벨 감지부(10)를 통해 이를 감지하고, 오실레이터(20)와 펌핑 제어부(30)를 통해 차지 펌핑부(40)를 구동하므로서, 고전압(VPP)이 일정한 레벨로 유지시킨다.

도 2는 종래기술에 따른 내부전원 생성장치 내 레벨 감지부(10)의 내부 회로도이다.

도 2를 참조하면, 레벨 감지부(10)는 고전압(VPP)을 전압 디바이딩하여 피드백 전압(VPP_FD)을 출력하기 위한 피드백부(12)와, 피드백전압(VPP_FD)과 기준전압(VREF)의 레벨 차이를 감지 및 증폭하여 출력하기 위한 감지증폭부(14)와, 감지증폭기(14)의 출력신호를 홀딩하여 감지신호(PPES)로 출력하기 위한 출력부(16)를 구비한다.

여기서, 피드백부(12)는 고전압(VPP)과 전원전압 VSS 사이에 직렬 연결된 복수의 저항으로 구현되어, 고전압(VPP)을 전압 디바이딩 한다.

또한, 감지증폭부(14)는 전원전압 VPERI를 바이어스전압으로 인가받으며 피드백 전압(VPP_FD)과 기준전압(VREF)을 차동 입력으로 갖는 차동증폭기(14a)와, 차동증폭기(14a)의 출력을 버퍼링하여 출력하기 위한 버퍼(14b)로 구현된다.

출력부(16)는 감지증폭부(14)의 출력신호를 홀딩하기 위한 홀딩부(16a)와, 홀딩부(16a)의 출력신호를 버퍼링하여 감지신호(PPES)로 출력하기 위한 버퍼(16b)를 구비한다.

동작을 살펴보면, 레벨 감지부(10)는 피드백 전압(VPP_FD)의 레벨이 기준전압(VREF) 보다 하강하는 경우 감지신호(PPES)를 논리레벨 'H'로 출력시키며, 기준전압(VREF) 보다 상승하는 경우 감지신호(PPES)를 논리레벨 'L'로 출력한다.

한편, 전술한 바와 같은 내부전원 생성장치는 스탠드바이 모드에서 소모되는 전류의 양을 최소로하기 위한 일환으로, 피드백부의 전체 저항을 크게 만들어 저항을 통해 흐르는 전류의 양을 줄여준다.

종래에는 피드백부가 큰 저항값을 갖도록 액티브 저항을 큰 면적에 구현하였 는데, 액티브 저항은 면적에 비례하는 기생 커패시턴스를 갖기 때문에 피드백 전압의 생성 시 RC 특성이 나쁘다. 다시 언급하면, 큰 저항값을 갖는 피드백부를 구현하므로 스탠드바이 모드에서 전력소모를 최소로 할 수 있으나, 큰 저항값의 구현을 위한 액티브 저항으로 인해 피드백 전압의 형성 시 고전압의 변화를 빠르게 반영하지 못하는 문제점이 있다.

이와같은 기생 커패시턴스의 성분을 줄이기 위해 폴리를 이용한 저항을 사용할 수 있으나, 이의 경우 단위 면적당 저항값이 액티브 저항보다 작기 때문에, 폴리 저항을 이용하여 피드백부를 구현하는 경우에는 액티브 저항을 사용하는 경우에 비해 면적적 손실이 크다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 공급하는 내부전원의 레벨 변화를 빠르게 감지할 수 있으며, 스탠드바이 모드에서 적은 전력소모를 갖는 내부전원 생성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 고전압을 피드백 입력받아 상기 고전압을 일정한 레벨로 공급하기 위한 내부전원 생성장치에 있어서, 피드백 전압을 생성하기 위한 저항 비율은 일정하게 유지하고, 모드에 따라 전체 저항값은 조절하므로서, 상기 고전압과 상기 저항 비율의 관계를 갖는 상 기 피드백 전압을 생성하기 위한 피드백부; 상기 피드백 전압과 기준전압의 레벨 차이를 감지 및 증폭하기 위한 감지증폭부; 상기 감지증폭부의 출력전압을 감지신호로 출력하기 위한 출력부; 및 상기 감지신호에 응답하여 외부전원을 차지 펌핑하여 상기 고전압을 공급하기 위한 고전압 공급부를 구비한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내부전원 생성장치 내 레벨 감지부의 내부 회로도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 레벨 감지부는 직렬 연결된 복수의 저항으로 구현되어, 피드백 전압(VPP_FD)을 생성하기 위한 저항 비율은 일정하게 유지하고, 모드에 따른 전체 저항값은 조절하여, 고전압(VPP)과 저항 비율의 관계를 갖는 피드백 전압(VPP_FD)을 생성하기 위한 피드백부(100)와, 피드백 전압(VPP_FD)과 기준전압(VREF)의 레벨 차이를 감지 및 증폭하기 위한 감지증폭부(200)와, 감지증폭부(200)의 출력전압을 감지신호(PPES)로 출력하기 위한 출력부(300)를 구비한다.

그리고 피드백부(100)는 액티브 모드에서는 고전압과 전원전압 VSS 사이에 형성되는 전체 저항값을 작게하여 고전압(VPP)의 변화를 피드백 전압(VPP_FD)이 빠르게 반영할 수 있도록 하고, 스탠드바이 모드에서는 전체 저항값을 크게 하므로서 흐르는 전류양을 줄여 소모전력을 최소로 한다.

이를 위해 피드백부(100)는 고전압과 전원전압 VSS 사이에 복수의 저항을 직렬 연결하고, 액티브커맨드(ACT)에 응답하여 복수의 저항 중 일부를 패스하는 경로를 형성하기 위한 MOS트랜지스터(PM1, NM1)를 구비한다. 즉, MOS트랜지스터(PM1, NM1)는 복수의 저항 중 일부와 병렬로 연결된다.

피드백부(100)의 동작을 간략히 살펴보면, 액티브 커맨드(ACT)가 인가되어 액티브 모드에 진입하면, 전류가 턴온된 MOS트랜지스터(PM1, NM1)를 통해 흐르므로, MOS트랜지스터(PM1, NM1) 각각의 소스단과 드레인단 사이에 위치하는 저항은 전체 저항값에 영향을 미치지 못한다. 따라서, 액티 모드에 진입하면, 턴온된 MOS트랜지스터(PM1, NM1)에 의해 고전압(VPP)과 전원전압 VSS 사이에 위치하는 전체 저항값이 줄어든다.

이와같이, 피드백부(100) 내 전체 저항값이 줄어들면 RC 특성이 좋아지므로, 고전압의 변화가 피드백 전압에 빠르게 반영된다.

또한, 액티브 커맨드(ACT)가 인가되지 않는 스탠드바이 모드에서는 MOS트랜지스터(PM1, NM1)가 턴오프되기 때문에, 전체 저항값은 고전압(VPP)과 전원전압 VSS 사이에 모든 저항에 의해 이뤄진다. 따라서, 스탠드바이 모드에서의 전체 저항값이 액티브 모드에 비해 커지므로, 액티브 모드에 비해 적은 전류가 흐르게 되어 전력소모가 최소화 된다.

전술한 바와 같이, 모드에 따라 전체 저항의 값을 달리 해주는 이유는, 액티브 모드에서는 고전압(VPP)의 소모가 많이 발생되므로 이를 빠르게 피드백 전압(VPP_FD)에 반영시켜 고전압(VPP)의 레벨을 보다 안정적으로 유지하기 위함이며, 스탠드바이 모드에서는 고전압(VPP)의 소모가 거의 발생되지 않으므로 피드백 전압(VPP_FD)의 형성에 따른 전류소모를 줄이므로 전력소모를 최소화 하기 위한 것이다.

한편, 피드백 전압(VPP_FD)을 형성하기 위한 저항 비율은 전체 저항값 및 모드에 관계없이 일정하게 유지되어야 하는데, 이들의 관계를 정리한 것이 하기 수학식 1이다.

수학식 1을 참조하면, R_A는 피드백부(100) 내 고전압(VPP)과 출력노드 사이에 형성된 저항의 저항값을, R_B는 출력노드와 전원전압 VSS 사이에 형성된 저항의 저항값을 의미한다. 그리고 R_C는 액티브 모드에서 고전압과 출력노드 사이에서 형성되는 저항값을, R_D는 액티브 모드에서 출력노드와 전원전압 VSS 사이에서 형성되는 저항값을 의미한다.

이와같이, 피드백 전압(VPP_FD)을 형성하기 위한 저항 비율이 액티브 모드와 스탠드바이 모드에서 일정하게 유지되므로, 피드백 전압(VPP_FD)은 모드에 관계없이 고전압(VPP)을 일정하게 반영할 수 있다.

참고적으로, 피드백부(100) 이외 감지증폭부(200) 및 출력부(300)는 도 2에 도시된 종래와 동일한 회로적 구현을 가지므로, 회로 구현 및 동작에 관한 구체적 언급은 생략하도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 레벨 감지부를 구비하는 내부전원 생성장치는 피드백 전압을 생성하는 저항 비율은 유지한 채, 액티브 모드에서는 전체 저항값을 줄이므로서, 고전압의 변화를 빠르게 반영시킬 수 있는 피드백 전압을 생성한다. 그리고 스탠드바이 모드에서도 역시 피드백 전압을 생성하는 저항 비율은 유지하고 전체 저항값만을 증가시키므로서, 스탠드바이 모드에서 발생하는 전류 소모량을 감소시켜 전력소모를 최소로 할 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 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 본 발명은 고전압을 피드백시키기 위한 피드백 전압의 생성을 위한 저항 비율은 일정하게 유지하되, 모드에 따라 전체 저항값을 조절하므로서, 적은 전력소모를 가지면서도 고전압의 레벨 변화를 빠르게 피드백 시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 고전압을 피드백 입력받아 상기 고전압을 일정한 레벨로 공급하기 위한 내부전원 생성장치에 있어서,

   피드백 전압을 생성하기 위한 저항 비율은 일정하게 유지하고, 모드에 따라 전체 저항값은 조절하므로서, 상기 고전압과 상기 저항 비율의 관계를 갖는 상기 피드백 전압을 생성하기 위한 피드백부;

   상기 피드백 전압과 기준전압의 레벨 차이를 감지 및 증폭하기 위한 감지증폭부;

   상기 감지증폭부의 출력전압을 감지신호로 출력하기 위한 출력부; 및

   상기 감지신호에 응답하여 외부전원을 차지 펌핑하여 상기 고전압을 공급하기 위한 고전압 공급부

   를 구비하는 내부전원 생성장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 피드백부는,

   액티브 모드에서는 상기 고전압과 제1 전원전압 사이에 형성되는 상기 전체 저항값을 작게하고,

   스탠드바이 모드에서는 상기 전체 저항값을 크게 하는 것을 특징으로 하는 내부전원 생성장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 피드백부는,

   상기 고전압과 제1 전원전압 사이에 직렬 연결된 N개의 저항과,

   액티브 커맨드에 응답하여 상기 N개의 저항 중 일부를 패스하는 제1 및 제2 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부전원 생성장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 경로는 상기 고전압과 피드백부 내 출력노드 사이에 위치하는 복수의 저항 중 일부와 병렬로 연결되는 PMOS트랜지스터이며,

   상기 제2 경로는 상기 출력노드와 상기 제1 전원전압 사이에 위치하는 복수의 저항 중 일부와 병렬로 연결되는 NMOS트랜지스터 인것을 특징으로 하는 내부전원 생성장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 액티브 모드에서 형성되는 저항과 스탠드바이 모드에서 형성되는 저항 은,

   

   의 관계를 가지며,

   상기 R_A는 스탠드바이 모드에서 상기 피드백부 내 상기 고전압과 상기 출력노드 사이에 형성된 저항의 저항값을 나타내고,

   상기 R_B는 상기 스탠드바이 모드에서 상기 출력노드와 상기 제1 전원전압 사이에 형성된 저항의 저항값을 나타내고,

   상기 R_C는 상기 액티브 모드에서 상기 고전압과 상기 출력노드 사이에서 형성되는 저항값을 나타내고,

   상기 R_D는 상기 액티브 모드에서 상기 출력노드와 상기 제1 전원전압 사이에서 형성되는 저항값을 나타내는 것을 특징으로 하는 내부전원 생성장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 고전압 공급부는,

   상기 감지신호에 응답하여 주기신호를 생성하기 위한 오실레이터와,

   상기 외부전원을 펌핑하여 상기 외부전원 보다 높은 레벨의 상기 고전압을 공급하기 위한 차지 펌핑부와,

   상기 주기신호에 응답하여 상기 차지 펌핑부의 구동을 제어하기 위한 펌핑 제어부를 포함하는 내부전원 생성장치.

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