KR20090027378A - Internal voltage generating circuit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 설계 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 메모리장치에서 이용되는 내부전압을 온도 변화와 무관하게 안정적으로 발생시키기 위한 내부전압 발생회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor design technology, and more particularly, to an internal voltage generation circuit for stably generating an internal voltage used in a semiconductor memory device regardless of temperature change.
반도체 메모리장치는, 다양한 분야에서 이용되어지지만 그 중의 하나가 각종 다양한 데이터를 저장하는데 이용되고 있다. 이러한 반도체 메모리장치는, 데스크탑 컴퓨터와 노트북 컴퓨터를 비롯하여 각종 휴대용 기기들에 이용되고 있기 때문에 대용량화, 고속화, 소형화 그리고 저전력화가 요구되어진다. The semiconductor memory device is used in various fields, but one of them is used to store various kinds of data. Since such semiconductor memory devices are used in various portable devices, including desktop computers and notebook computers, large capacity, high speed, small size, and low power are required.
상기 저전력화에 따른 반도체 메모리장치를 설계하기 위한 하나의 방법으로서 메모리의 코아 영역(Core area)에서 전류소비를 최소한으로 하는 기술이 제시되고 있다. 상기 코아 영역은, 메모리 셀(memory cell)과 비트라인( Bit line) 그리고 워드 라인(word line)들로 구성되고, 극미세화된 디자인룰(design rule)에 따라 설계된다. 따라서 극미세화되고 고주파수 동작이 이루어지는 반도체 메모리장치를 설계하기 위해서는 기본적으로 전원전압이 매우 낮아질 수 밖에 없고, 현재는 1.5볼트 이하의 전원전압이 적용되고 있다.As a method for designing a semiconductor memory device according to the low power, a technology for minimizing current consumption in a core area of a memory has been proposed. The core region is composed of a memory cell, a bit line, and a word line, and is designed according to an extremely fine design rule. Therefore, in order to design a semiconductor memory device having extremely fine and high frequency operation, the power supply voltage is inevitably very low, and a power supply voltage of 1.5 volts or less is currently applied.
한편, 반도체 메모리 장치는, 상기 1.5볼트 이하의 외부전원전압을 이용하여 장치 내부에서 필요한 크기의 전원을 생성하여 사용하게 되는데, 그 중 하나의 방식이 차지 펌프를 이용하여 외부전원 전위보다 높거나 접지 전위보다 낮은 내부 전위를 생성하는 방식이다.Meanwhile, the semiconductor memory device generates and uses a power having a required size inside the device using the external power supply voltage of 1.5 volts or less, and one of the methods is higher than the external power supply potential or grounded using a charge pump. This method produces an internal potential lower than the potential.
상기 차지 펌핑에 의해 생성된 내부 전원 중 반도체 메모리 소자인 디램에 가장 보편적으로 사용되고 있는 내부 전원으로는 펌핑전압(VPP)과 백바이어스 전압(VBB)이 있다. 상기 펌핑전압(VPP)은 셀을 엑세스하기 위해 셀 트랜지스터의 게이트, 원드라인에 외부 전원전압(VCC 또는 VDD)보다 높은 전위인 펌핑전압(VPP)을 인가하여 셀 데이타가 손실되지 않도록 하는데 이용되어진다. 그리고 셀에 저장되어 있는 데이타의 손실을 막기 위해 셀 트랜지스터의 벌크에 외부 전위인 접지전압(VSS) 보다 낮은 백바이어스 전압(VBB)을 인가한다.Among the internal power sources generated by the charge pumping, the internal power sources most commonly used in the DRAM, which is a semiconductor memory device, include a pumping voltage VPP and a back bias voltage VBB. The pumping voltage VPP is used to prevent the cell data from being lost by applying a pumping voltage VPP, which is a potential higher than the external power supply voltage VCC or VDD, to the gate and the gate of the cell transistor to access the cell. . In order to prevent the loss of data stored in the cell, the back bias voltage VBB is applied to the bulk of the cell transistor lower than the ground voltage VSS, which is an external potential.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 메모리 장치에서 펌핑전압을 발생하는 내부전압 발생회로의 블록 구성도를 도시하고 있다. 1 is a block diagram illustrating an internal voltage generation circuit for generating a pumping voltage in a semiconductor memory device according to the related art.
도시하고 있는 바와 같이 종래 반도체 메모리 장치의 고전압발생회로는, 안정적인 기준전압(VREF)을 발생하는 기준전압발생기(10), 상기 기준전압(VREF)과 피드백된 펌핑전압(VPP)을 비교하여 상기 펌핑전압이 일정한 전압레벨을 유지할 수 있도록 전압레벨을 감지하는 전압검출회로(11), 상기 전압검출회로의 출력신호(VPPE)에 기초하여 펌핑전압(VPP) 발생을 위한 클럭신호(OSC)를 발생하는 오실레이터(12), 상기 오실레이터(12)의 클럭신호에 응답하여 외부전압(VDD)을 승압시킨 펌핑전압(VPP)을 발생하는 펌프회로(14), 그리고 상기 펌프회로(14)에서 발생된 펌핑전압(VPP)을 공급받는 셀 트랜지스터(15)를 포함하여 구성되어진다. As illustrated, a high voltage generation circuit of a conventional semiconductor memory device may compare the
상기와 같이 구성되는 종래 펌핑전압을 발생하는 내부전압 발생회로는, 기준전압발생기(10)에서 발생된 기준전압(VREF)과 피드백된 펌핑전압(VPP)을 비교하고, 피드백된 펌핑전압이 기준전압보다 낮을 때, 전압검출회로(11)에서 전압 레벨 감지신호(VPPE)를 출력한다. 상기 전압레벨 감지신호(VPPE)는 오실레이터(12)를 구동시키고, 상기 오실레이터(12)에서 발생된 클럭신호(OSC)가 펌프회로(14)의 구동신호로 공급되어진다. 상기 펌프회로(14)는 오실레이터(12)에서 주기적으로 인가되는 클럭신호에 의해 구동되어 외부 전원전압(VDD)을 승압시킨 펌핑전압(VPP)을 발생시켜서 셀 트랜지스터(15)에 공급하게 된다. In the conventional internal voltage generation circuit for generating the pumping voltage as configured above, the reference voltage VREF generated from the
즉, 상기 펌프회로(14)는, 피드백된 펌핑전압(VPP)이 기준전압보다 낮을 때, 상기 오실레이터(12)의 클럭신호에 의해 구동되고, 외부 전원전압(VDD)을 승압시킨 펌핑전압(VPP)을 발생시켜서 셀 트랜지스터(15)에 공급하게 된다. 이와 같이 상기 펌프회로(14)가 동작하기 위해서는 피드백된 펌핑전압과 기준전압과 비교하여 전압레벨을 감지하는 전압검출회로(11)의 검출값으로부터 기초되어진다.That is, the
그러나 상기 전압검출회로(11)에서 피드백된 펌핑전압과 기준전압과의 비교값은 온도에 따라 변화되어지는 문제점이 있었다. 이것은 상기 펌핑전압을 만들어주는 트랜지스터들의 공급능력이 온도에 따라 차이를 발생시키는 원인 때문으로, 낮은 온도에서의 트랜지스터의 공급 능력이 높은 온도에서의 경우와 비교하여 작아지게 된다. 따라서 종래 펌핑전압을 발생하는 내부전압 발생회로는, 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 낮은 온도 환경에서 발생되는 펌핑전압이 높은 온도 환경에서 발생되는 펌핑전압과 비교하여 상대적으로 떨어지고 있다. 이와 같이 종래 내부전압 발생회로는, 낮은 온도 환경에서 떨어지는 펌핑전압 레벨로 인하여 셀 트랜지스터를 턴 온 시키는 능력이 약해지면서 반도체 메모리장치의 불량을 유발하는 문제점을 발생시켰다.However, there is a problem in that a comparison value between the pumping voltage fed back from the
이러한 문제점은 백바이어스전압을 발생하는 내부전압 발생회로에서도 발생되고 있다. 도 3은 종래 기술에 따른 백바이어스전압 발생회로의 블록 구성도이다.This problem also occurs in the internal voltage generation circuit that generates the back bias voltage. 3 is a block diagram of a back bias voltage generation circuit according to the prior art.
종래 백바이어스전압 발생회로는, 안정적인 기준전압(VINT)을 발생하는 내부전압발생기(20), 상기 내부전압(VINT)과 피드백된 백바이어스전압(VBB)을 비교하고 상기 백바이어스전압이 높을 때 이를 감지하는 전압검출회로(21), 상기 전압검출회로의 출력신호(VBBE)에 기초하여 백바이어스전압(VBB) 레벨을 낮출 수 있도록 클럭신호(OSC)를 발생하는 오실레이터(22), 상기 오실레이터(22)의 클럭신호에 응답하여 외부전압(VSS)을 이용하여 백바이어스전압(VBB) 레벨을 낮추기 위해 동작되는 펌프회로(24), 그리고 상기 펌프회로(24)에서 발생된 백바이어스전압(VBB)을 공급받는 셀 트랜지스터(25)를 포함하여 구성되어진다. 여기서 백바이어스전압은, 기판전압이라고도 하며 음(-)의 전압값을 갖는다.The conventional back bias voltage generation circuit compares the
상기 구성에 따른 종래 백바이어스전압에 따른 내부전압발생회로에 있어서도 상기 펌프회로(24)는, 피드백된 백바이어스전압(VBB)이 내부전압(VINT)보다 높을 때, 상기 오실레이터(22)의 클럭신호에 의해 구동되고, 외부 전원전압(VSS)을 이용하여 백바이어스전압(VBB)을 발생시켜서 셀 트랜지스터(25)에 공급하게 된다. 이와 같이 상기 펌프회로(24)가 동작하기 위해서는 피드백된 백바이어스전압과 내부전압을 비교하여 전압레벨을 감지하는 전압검출회로(21)의 검출값으로부터 기초되어진다.Also in the internal voltage generation circuit according to the conventional back bias voltage according to the above configuration, the
따라서 상기 백바이어스전압에 따른 내부전압발생회로에서도 피드백된 백바이어스전압과 내부전압과의 비교값이 온도에 따라 변화되어지는 문제가 발생되어진다. 이와 같은 문제점을 전압검출회로의 상세 구성을 참조하여 좀 더 자세하게 살펴보기로 한다.Therefore, even in the internal voltage generation circuit according to the back bias voltage, a problem arises in that the comparison value between the fed back back bias voltage and the internal voltage changes with temperature. This problem will be described in more detail with reference to the detailed configuration of the voltage detection circuit.
도 4는 종래 내부전압 발생회로의 전압검출회로의 상세 구성도를 도시하고 있다.4 shows a detailed configuration diagram of a voltage detection circuit of a conventional internal voltage generation circuit.
도시하고 있는 바와 같이, 백바이어스전압(VBB)은 PMOS트랜지스터(M1)의 게이트단자에 인가되어지고, 상기 트랜지스터(M1)와 직렬로 PMOS 트랜지스터(M0)가 연결되고 있다. 상기 트랜지스터(M0)는, 상기 내부전압발생기(20)에서 출력되는 내부전압(VINT)과 상기 트랜지스터(M1) 사이에 드레인-소스 단자를 연결하고 있고, 접지전압인 외부 전원전압(VSS)을 게이트단자로 인가받고 있다. As shown, the back bias voltage VBB is applied to the gate terminal of the PMOS transistor M1, and the PMOS transistor M0 is connected in series with the transistor M1. The transistor M0 connects a drain-source terminal between the internal voltage VINT output from the
상기 두개의 트랜지스터(MO,M1) 사이에 연결되고 있는 노드(N1)에 PMOS 트랜 지스터(M2)와 NMOS 트랜지스터(M3)의 게이트단자가 병렬 연결되어진다. 상기 트랜지스터(M2)는 내부전압(VINT)과 노드(N2) 사이에 드레인-소스 단자를 연결하고, 상기 트랜지스터(M3)는 상기 노드(N2)와 접지전압(VSS) 사이에 드레인-소스 단자를 연결한다. 그리고 상기 노드(N2)에 인버터(IN0)가 연결되고 있고, 상기 인버터(IN0)의 출력신호가 상기 전압검출회로의 출력신호(VBBE)가 되어진다.The gate terminals of the PMOS transistor M2 and the NMOS transistor M3 are connected in parallel to a node N1 connected between the two transistors MO and M1. The transistor M2 connects a drain-source terminal between an internal voltage VINT and a node N2, and the transistor M3 connects a drain-source terminal between the node N2 and a ground voltage VSS. Connect. An inverter IN0 is connected to the node N2, and an output signal of the inverter IN0 becomes an output signal VBBE of the voltage detection circuit.
상기와 같이 구성되어지는 종래 전압검출회로는, 펌프회로(24)에서 발생되는 백바이어스전압(VBB)의 레벨이 높은 경우에, PMOS 트랜지스터(M1)의 게이트단자에 높은 레벨의 백바이어스전압이 인가되므로 인하여 트랜지스터(M1)는 약하게 턴-온 되어진다. 이때 접지전압에 의해 턴 온되는 PMOS 트랜지스터(M0)는 강하게 턴-온 된 상태가 되므로 노드(N1)에는 하이레벨의 신호가 인가되어진다.In the conventional voltage detection circuit configured as described above, when the level of the back bias voltage VBB generated in the
상기 노드(N1)에 인가된 하이레벨의 신호는 PMOS 트랜지스터(N2)는 약하게 턴-온된 상태를 갖도록 하고, 동시에 NMOS 트랜지스터(N3)는 강하게 턴-온된 상태를 갖도록 하기 때문에, 노드(N2)에는 로우레벨의 신호가 인가되어진다. 그리고 이 로우레벨의 신호가 인버터(IN0)를 통과하면서 반전되어 전압검출회로(21)의 출력신호(VBBE)는 하이레벨이 된다. 이렇게 출력되는 하이레벨의 전압검출신호에 의해서 오실레이터(22)는 주기적인 클럭신호를 출력하고, 펌프회로(24)가 동작하여 백바이어스전압(VBB)의 레벨을 더욱 낮추게 된다.The high level signal applied to the node N1 causes the PMOS transistor N2 to have a weakly turned on state, and at the same time, the NMOS transistor N3 has a strongly turned on state. A low level signal is applied. The low level signal is inverted while passing through the inverter IN0, so that the output signal VBBE of the
이후 상기 백바이어스전압(VBB)의 레벨이 낮아져서 내부전압발생기(20)에서 출력되는 내부전압(VINT)보다 낮아지면, PMOS 트랜지스터(M1)의 게이트단자에 낮은 레벨의 백바이어스전압이 인가되므로 인하여 트랜지스터(M1)는 강하게 턴-온 되어진다. 동시에 접지전압을 게이트단자로 입력받는 PMOS 트랜지스터(M0)도 턴-온 된 상태를 유지하나, 상기 트랜지스터(M1)의 턴-온 능력이 상기 트랜지스터(M0)보다 더욱 강하게 설계되고 있기 때문에 노드(N1)에는 로우레벨의 신호가 인가되는 상태가 된다.When the level of the back bias voltage VBB is lowered and lower than the internal voltage VINT output from the
상기 노드(N1)에 인가된 로우레벨의 신호는 PMOS 트랜지스터(N2)는 강하게 턴-온된 상태를 갖도록 하고, 동시에 NMOS 트랜지스터(N3)는 약하게 턴-온된 상태를 갖도록 하기 때문에, 노드(N2)에는 하이레벨의 신호가 인가되는 상태가 된다. 그리고 이 하이레벨의 신호가 인버터(IN0)를 통과하면서 반전되어 전압검출회로(21)의 출력신호(VBBE)는 로우레벨이 된다. 이렇게 출력되는 로우레벨의 전압검출신호에 의해서 오실레이터(22)는 동작을 정지하고, 펌프회로(24)는 더 이상 백바이어스전압(VBB)의 레벨을 낮추지 않게 된다.The low level signal applied to the node N1 causes the PMOS transistor N2 to have a strongly turned on state, and at the same time, the NMOS transistor N3 has a weakly turned on state. The high level signal is applied. This high level signal is inverted while passing through the inverter IN0, so that the output signal VBBE of the
상기와 같이 동작하는 전압검출회로는, 온도 변화에 무관하게 일정한 전압레벨을 감지한다. 즉, 온도가 높은 환경에서나 또는 온도가 낮은 환경에서도 내부전압과 비교되는 백바이어스전압 레벨은 일정하게 구성되어진다. The voltage detection circuit operating as described above detects a constant voltage level regardless of temperature change. That is, the back bias voltage level compared to the internal voltage is configured to be constant even in an environment where the temperature is high or the temperature is low.
그러나 셀 트랜지스터는 온도에 따라서 그 문턱 전압이 변화되어진다. 즉, 고온으로 갈수록 셀 트랜지스터의 문턱 전압이 낮아지면서 오프 전류가 매우 많이 흐르게 되는 문제가 발생되는 것이다. However, the threshold voltage of a cell transistor changes with temperature. In other words, as the threshold voltage of the cell transistor decreases as the temperature increases, the off current flows very much.
도 5는 온도변화에 따른 셀 트랜지스터의 문턱전압의 변화상태를 도시하고 있다. 예를 들어서 저온일 때 셀 트랜지스터의 문턱전압은 0.95V 이나 고온에서는 셀 트랜지스터의 문턱전압은 0.66V로 급격히 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 온도 변화에 따라서 셀 트랜지스터의 문턱전압에 변화가 발생되면서 셀 트랜지스터의 오프 능력이 약화되어 오프 전류가 매우 많이 흐르게 되는 문제점이 발생되었다.5 shows a state of change of the threshold voltage of the cell transistor according to the temperature change. For example, it can be seen that the threshold voltage of the cell transistor is 0.95V at low temperature, but the threshold voltage of the cell transistor rapidly drops to 0.66V at high temperature. As a result of the change in the threshold voltage of the cell transistor according to the temperature change, the off capability of the cell transistor is weakened, causing a problem that the off current flows very much.
결과적으로 종래 백바이어스 전압을 발생하는 내부전압 발생회로는, 셀 트랜지스터가 정상적으로 동작하는 온도에 비교해서 상대적으로 고온 환경에서 셀트랜지스터의 문턱 전압이 낮아져서 오프 전류가 매우 많이 흐르게 되는 문제점이 발생되었다. 마찬가지로 종래 펌핑전압을 발생하는 내부전압 발생회로는, 트랜지스터가 정상적으로 동작하는 온도에 비교해서 상대적으로 저온 환경에서 트랜지스터의 공급 능력이 약해져서 충분한 고전압을 셀 트랜지스터에 인가할 수 없는 문제점이 발생되었다.As a result, the conventional internal voltage generation circuit for generating the back bias voltage has a problem that the threshold voltage of the cell transistor is lowered in a relatively high temperature environment compared to the temperature at which the cell transistor is normally operated, so that the off current flows very much. Similarly, the conventional internal voltage generation circuit that generates the pumping voltage has a problem in that the supply capacity of the transistor is weak in a relatively low temperature environment as compared with the temperature at which the transistor normally operates, so that a sufficient high voltage cannot be applied to the cell transistor.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 온도변화에 대응하는 내부전압을 발생하여 안정적으로 셀 트랜지스터에 공급할 수 있는 내부전압 발생회로를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an internal voltage generation circuit capable of stably supplying an internal voltage to a cell transistor by generating an internal voltage corresponding to a temperature change.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내부전압 발생회로는 기준전압과 피드백된 펌핑전압을 비교하여 펌핑전압의 전압레벨을 검출하기 위한 검출수단; 상기 검출수단의 출력신호에 기초하여 제 1 클럭신호를 발생하는 제 1 발진수단; 상기 제 1 클럭신호에 기초하여 펌핑 전압을 발생시키는 제 1 펌핑수단; 온도변화에 따라 상이한 온도정보를 출력하는 온도정보출력수단; 상기 온도정보출력수단에서 출력된 온도정보에 기초해서 제 2 클럭신호를 발생하는 제 2 발진수단; 상기 제 2 클럭신호에 기초하여 펌핑전압을 발생시키는 제 2 펌핑수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The internal voltage generation circuit according to the present invention for achieving the above object comprises a detection means for detecting the voltage level of the pumping voltage by comparing the reference voltage and the feedback pumping voltage; First oscillating means for generating a first clock signal based on an output signal of said detecting means; First pumping means for generating a pumping voltage based on the first clock signal; Temperature information output means for outputting different temperature information according to the temperature change; Second oscillating means for generating a second clock signal based on temperature information output from said temperature information output means; And second pumping means for generating a pumping voltage based on the second clock signal.
본 발명의 상기 제 2 발진수단은, 상기 온도정보를 제 1 입력으로 하는 낸드게이트; 상기 낸드게이트의 출력을 제 1 시간만큼 지연시키는 제 1 지연회로; 상기 제 1 지연회로의 출력을 제 2 시간만큼 지연시켜서 상기 낸드게이트의 제 2 입력으로 제공하는 제 2 지연회로; 상기 제 2 지연회로의 출력을 제 2 클럭신호로 출력하는 출력단자부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The second oscillation means of the present invention, the NAND gate having the temperature information as a first input; A first delay circuit for delaying an output of the NAND gate by a first time; A second delay circuit delaying an output of the first delay circuit by a second time and providing the second delay circuit to a second input of the NAND gate; And an output terminal unit for outputting the output of the second delay circuit as a second clock signal.
본 발명의 상기 제 1,2 지연회로는, 인버터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The first and second delay circuits of the present invention comprise an inverter.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부전압 발생회로는, 온도변화에 따라 상이한 온도정보를 출력하는 온도정보출력수단; 내부전압과 상기 온도정보에 기초하여 피드백된 펌핑 전압을 비교하고, 펌핑전압의 레벨을 검출하기 위한 검출수단; 상기 검출수단의 출력신호에 기초하여 클럭신호를 발생하는 발진수단; 상기 클럭신호에 기초하여 펌핑 전압을 발생시키는 펌핑수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the internal voltage generation circuit according to another embodiment of the present invention, the temperature information output means for outputting different temperature information according to the temperature change; Detection means for comparing a pumping voltage fed back based on an internal voltage and the temperature information and detecting a level of the pumping voltage; Oscillating means for generating a clock signal based on an output signal of the detecting means; And pumping means for generating a pumping voltage based on the clock signal.
본 발명의 상기 검출수단은, 피드백된 펌핑전압에 의해 동작되는 싱크부; 상기 온도정보에 기초하여 턴-온되어 상기 싱크부의 턴온저항을 조절하는 제 1 스위칭수단; 상기 내부전압을 입력하고, 싱크부의 턴온저항에 의해서 전압레벨이 조절되어 출력하는 제 1 구동부; 상기 제 1 구동부에서 하이레벨신호를 출력할 때, 백바이어스 전압을 낮출 수 있도록 검출신호를 출력하는 제 2 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The detection means of the present invention, the sink unit is operated by the feedback pumping voltage; First switching means which is turned on based on the temperature information to adjust a turn-on resistance of the sink unit; A first driver configured to input the internal voltage and adjust and output a voltage level by a turn-on resistance of the sink; And outputting a detection signal to reduce the back bias voltage when the first driver outputs the high level signal.
본 발명의 상기 싱크부는, 두개의 PMOS 트랜지스터를 직렬 연결하고 있는 것을 특징으로 한다.The sink portion of the present invention is characterized in that two PMOS transistors are connected in series.
본 발명의 상기 제 1 스위칭수단은, 상기 싱크부를 형성하는 두개의 트랜지스터 중에서 제 1 트랜지스터의 드레인-소스 사이에 연결되고, 턴온 동작시 제 2 트랜지스터에 의해서만 싱크부의 턴온저항이 형성되며, 턴오프 동작시 제 1,2 트랜지스터에 의해 싱크부의 턴온저항이 형성되도록 동작하는 것을 특징으로 한다.The first switching means of the present invention is connected between the drain-source of the first transistor of the two transistors forming the sink, the turn-on resistance of the sink is formed only by the second transistor during the turn-on operation, turn-off operation And turn-on resistance of the sink part is formed by the first and second transistors.
본 발명의 상기 제 1 스위칭수단은, 온도정보를 게이트단자로 입력하는 NMOS 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.The first switching means of the present invention is characterized in that the NMOS transistor for inputting temperature information to the gate terminal.
본 발명의 상기 제 1 구동부는, 접지전압을 게이트단자로 입력하고, 내부전압을 공급하는 PMOS 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.The first driver of the present invention is a PMOS transistor which inputs a ground voltage to a gate terminal and supplies an internal voltage.
본 발명의 상기 제 2 구동부는, 상기 제 1 구동부의 출력을 게이트단자로 입력하는 PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터를 직렬 연결하여 내부전압을 출력할 수 있도록 구성되고, 상기 두개의 트랜지스터의 동작에 의해 출력되는 신호를 인버팅하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The second driver of the present invention is configured to output an internal voltage by connecting a PMOS transistor and an NMOS transistor which input the output of the first driver to a gate terminal in series, and are output by the operation of the two transistors. And an inverter for inverting the signal.
위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 내부전압 발생회로는, 온도변화에 민감하게 작용하는 반도체 메모리장치의 특성을 감안해서, 발생되는 내부전압이 변화하는 온도정보에 능동적으로 대응할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 저온 환경에서 고전압 공급능력이 부족하지 않도록 펌핑회로를 더 많이 동작시켜서 충분한 펌핑전압이 발생되도록 한다. 이렇게하여 본 발명은 저온 환경해서 턴 온 능력이 약해지는 셀 트랜지스터로 인하여 발생되는 디램 불량 발생을 억제시키는 효과를 얻는다. 또한 본 발명은 고온 환경에서 백바이어스 전압을 더욱 낮게 제어하여, 셀 트랜지스터의 문턱전압을 높여주므로서 오프 전류가 많이 흐르지 않도록 하므로서 결과적으로 전력소비를 감소시키는 효과를 얻게 된다.The internal voltage generation circuit according to the present invention as described above is characterized in that it is possible to actively respond to temperature information that changes the generated internal voltage in consideration of the characteristics of the semiconductor memory device sensitive to temperature changes. . Therefore, the present invention operates the pumping circuit more so that a sufficient pumping voltage is generated in a low temperature environment so as not to run out of high voltage supply capacity. In this way, the present invention obtains the effect of suppressing DRAM defects caused by cell transistors whose turn-on capability becomes weak due to low temperature environment. In addition, the present invention further controls the back bias voltage in a high temperature environment, thereby increasing the threshold voltage of the cell transistor so that the off current does not flow much, resulting in the effect of reducing power consumption.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내부전압 발생회로에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an internal voltage generation circuit according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부전압 발생회로를 나타내는 블록 구성도이다. 도시되고 있는 내부전압 발생회로는 반도체 메모리 장치에서 이용되어지는 펌핑전압 발생에 따른 회로 구성이다.6 is a block diagram illustrating an internal voltage generation circuit according to an exemplary embodiment of the present invention. The internal voltage generation circuit shown is a circuit configuration according to the generation of the pumping voltage used in the semiconductor memory device.
도시하고 있는 바와 같이 본 발명의 내부전압 발생회로는, 안정적인 기준전압(VREF)을 발생하는 기준전압발생기(30), 상기 기준전압(VREF)과 피드백된 펌핑전압(VPP)을 비교하여 상기 펌핑전압이 일정한 전압레벨을 유지할 수 있도록 전압레벨을 감지하는 전압검출회로(31), 상기 전압검출회로의 출력신호(VPPE)에 기초하여 펌핑전압(VPP) 발생을 위한 클럭신호(OSC1)를 발생하는 제 1 오실레이터(32), 상기 제 1 오실레이터(32)의 클럭신호(OSC1)에 응답하여 외부전압(VDD)을 이용하여 펌핑전압(VPP)을 발생하는 제 1 펌프회로(34), 그리고 상기 제 1 펌프회로(34)에서 발생된 펌핑전압(VPP)을 공급받는 셀 트랜지스터(35)를 포함하여 구성되어진다. As illustrated, the internal voltage generation circuit of the present invention compares the
또한 본 발명의 내부전압 발생회로는, 반도체 메모리 장치 내부의 온도를 검출하는 온도정보출력장치(36)와, 상기 온도정보출력장치(36)의 출력신호를 이용하여, 저온 환경에서 펌핑전압을 발생하기 위한 클럭신호를 발생하는 제 2 오실레이터(37)를 포함하여 구성되어진다. 여기서 상기 온도정보출력장치는, 국제전기전자표준협회(JEDEC)에서 규정한 램(DDR3)에서 사용되는 온도정보출력장치(ODTS : On Die Thermal Sensor) 이다. 따라서 상기 온도정보출력장치는 공지된 기술을 이용 하는 것이므로 그 구성 및 상세 동작에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.In addition, the internal voltage generation circuit of the present invention generates a pumping voltage in a low temperature environment by using the temperature
상기 제 2 오실레이터(37)는 도 7에 도시하고 있는 바와 같이, 상기 온도정보출력장치(36)의 출력신호(C1)를 낸드게이트(NAND1)의 제 1 입력으로 하고, 낸드게이트(NAND1)의 출력은 네개의 인버터(IV1~IV4)를 경유하여 다시 낸드게이트(NAND1)의 제 2 입력으로 입력되도록 구성되어진다. 그리고 인버터(IV1)와 인버터(IV2) 사이에 연결되고 있는 노드(N3)는 상기 조절회로(37)에서 출력되는 클럭신호(OSC2)의 출력단자가 된다.As shown in FIG. 7, the
다음은 상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 내부전압 발생회로의 동작 과정을 살펴보기로 한다.Next, an operation process of the internal voltage generation circuit according to the present invention having the above configuration will be described.
기준전압발생기(30)는 안정적인 기준전압(VREF)을 발생한다. 상기 기준전압발생기(30)에서 발생된 기준전압(VREF)은 전압검출회로(31)의 제 1 입력단자로 입력되고, 또한 상기 전압검출회로(31)는 펌프회로에서 피드백된 펌핑전압(VPP)을 제 2 입력단자로 입력한다. 상기 전압검출회로(31)는 피드백된 펌핑전압(VPP)과 기준전압(VREF)을 비교하고, 펌핑전압이 기준전압보다 높을 때 로우레벨의 신호(VPPE)를 출력한다. 상기 전압검출회로(31)에서 출력되는 로우레벨신호(VPPE)는, 제 1 오실레이터(32)를 정지상태로 제어하고, 따라서 제 1 펌프회로(34)가 동작하지 않게 된다.The
그러나 상기 전압검출회로(31)에 입력되는 피드백된 펌핑전압(VPP)과 기준전압(VREF)을 비교했을 때, 펌핑전압이 기준전압보다 낮을 때 하이레벨의 신호(VPPE) 를 출력한다. 상기 전압검출회로(31)에서 출력되는 하이레벨신호(VPPE)는, 오실레이터(32)에 입력된다. 이 경우, 오실레이터(32)는 일정 주기를 갖는 클럭신호(OSC1)를 출력하고, 이렇게 발생된 클럭신호(OSC1)에 의하여 제 1 펌프회로(34)가 동작하여 펌핑전압(VPP)을 발생시킨다.However, when the feedback pumping voltage VPP input to the
상기의 동작은 반도체 메모리 장치에서 영향을 받는 환경온도가 온도정보출력장치에서 하이레벨 신호를 출력할 때보다 상대적으로 높은 제 1 온도구간에 있을 때 이루어지는 동작과정이다. 따라서 상기 제 1 온도구간의 온도범위에서 온도정보출력장치(36)는 로우레벨 상태를 갖는 출력신호를 발생한다. 여기서 제 1 온도구간은, 트랜지스터가 정상적으로 동작할 수 있는 온도구간이다.The above operation is an operation process performed when the environmental temperature affected by the semiconductor memory device is in a relatively high first temperature section than when the temperature information output device outputs a high level signal. Accordingly, the temperature
상기 온도정보출력장치(36)에서 출력되는 로우레벨 신호(C1)는 제 2 오실레이터(37)의 낸드게이트(NAND1)에 입력되고, 이 신호에 기초해서 상기 낸드게이트의 다른 입력신호와 무관하게 하이레벨의 신호가 발생되어진다. 그리고 인버터(IV1)에서 인버팅되어 로우레벨신호를 출력하게 되고, 따라서 제 2 오실레이터(37)는 항시 로우레벨 신호를 출력한다. 즉, 온도정보출력장치(36)에서 로우레벨신호(C1)를 출력하는 동안 제 2 오실레이터(37)는 로우레벨 상태를 유지하게 된다. 따라서 제 2 펌프회로(33)는 동작하지 않는다.The low level signal C1 output from the temperature
한편, 반도체 메모리 장치에서 영향받게 되는 온도 환경이 제 1 온도구간보다 상대적으로 낮은 제 2 온도구간에 있을 때, 온도정보출력장치(36)는 하이레벨신호(C1)를 출력한다. 여기서 제 2 온도구간은, 제 1 온도구간보다 상대적으로 저온 인 구간이고, 트랜지스터의 공급능력이 약해져서 충분한 고전압을 발생시킬 수 없는 온도구간이다.On the other hand, when the temperature environment affected in the semiconductor memory device is in the second temperature section relatively lower than the first temperature section, the temperature
상기 온도정보출력장치(36)에서 출력되는 하이레벨신호는 낸드게이트(NAND1)에 입력되고, 이 경우 낸드게이트(NAND1)의 출력신호를 인버팅한 값이 제 2 오실레이터(37)의 클럭신호로 출력되어진다.The high level signal output from the temperature
즉, 낸드게이트(NAND1)의 제 1 입력신호(C1)가 하이레벨이고, 제 2 입력신호의 초기값이 하이레벨이라고 가정할 때, 낸드게이트는 로우레벨의 출력을 갖게 된다. 이 로우레벨 출력은 인버터(IV1)를 통해 하이레벨로 인버팅되고 노드(N3)를 통해 제 2 오실레이터(37)의 클럭신호(OSC2)로서 출력하게 된다.That is, assuming that the first input signal C1 of the NAND gate is high level and the initial value of the second input signal is high level, the NAND gate has a low level output. The low level output is inverted to a high level through the inverter IV1 and output as the clock signal OSC2 of the
그리고 상기 인버터(IV1)에서 인버팅된 하이레벨신호는 세개의 인버터(IV2~IV4)를 순차적으로 통과하면서 로우레벨신호로 전환되어 낸드게이트(NAND1)의 제 2 입력신호로 입력되어진다. 상기 낸드게이트는 하이레벨신호를 출력하고, 이 신호가 인버터(IV1)에서 인버팅되면서 로우레벨신호로 변환되어지고, 따라서 제 2 오실레이터(37)의 출력은 앞서 하이레벨신호에서 로우레벨신호로 천이되면서 일정주기를 갖는 클럭신호가 형성되어진다.The high level signal inverted by the inverter IV1 is sequentially converted to a low level signal while passing through the three inverters IV2 to IV4 and input as a second input signal of the NAND gate NAND1. The NAND gate outputs a high level signal, which is converted into a low level signal while being inverted by the inverter IV1, so that the output of the
이와 같이 제 2 오실레이터(37)가 클럭신호(OSC2)를 출력하는 동안 제 2 펌프회로(33)는 펌핑전압 발생동작을 수행하게 되고, 따라서 셀 트랜지스터(35)는 상기 제 2 펌프회로(33)에서 발생되는 펌핑전압을 공급받게 된다.As described above, while the
더불어 제 1 펌프회로(34)에서도 피드백된 펌핑전압(VPP)이 기준전압보다 낮을 때, 상기 제 1 오실레이터(32)의 클럭신호에 의해 구동되고, 외부 전원전 압(VDD)을 승압시킨 펌핑전압(VPP)을 발생시켜서 셀 트랜지스터(35)에 공급하게 된다. In addition, when the pumping voltage VPP fed back from the
도 8은 본 발명의 동작과정에 따른 펌핑전압의 변화 그래프를 도시하고 있다. 즉, 제 1 온도구간에서는 제 1 펌프회로의 동작만으로 충분한 펌핑전압이 발생되므로 제 2 펌프회로의 동작을 차단시키고, 상기 제 1 온도구간보다 상대적으로 낮은 제 2 온도구간에서는 제 1,2 펌프회로를 동작시켜서 충분한 펌핑전압이 발생되도록 제어하고 있다. 8 is a graph illustrating a change in pumping voltage according to an operation of the present invention. That is, since sufficient pumping voltage is generated only by the operation of the first pump circuit in the first temperature section, the operation of the second pump circuit is interrupted, and in the second temperature section relatively lower than the first temperature section, the first and second pump circuits It is controlled to generate sufficient pumping voltage by operating.
상기 설명되고 있는 본 발명의 실시예에서는 상기 펌핑전압을, 고전압(VPP)의 경우를 일 예로 설명하고 있다. 그러나 상기 펌핑전압은 고전압에만 한정되는 것은 아니며, 반도체 메모리장치에서 사용되어지는 백바이어스 전압 등 다른 전압으로도 충분히 설명 가능하다.In the embodiment of the present invention described above, the pumping voltage is described as an example of the case of the high voltage (VPP). However, the pumping voltage is not limited to only a high voltage, but may be sufficiently described with other voltages such as a back bias voltage used in a semiconductor memory device.
다음, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부전압 발생을 위한 구성도를 도시하고 있다. 도시되고 있는 실시예는 펌핑전압으로서 백바이어스전압을 예를 들어서 설명한다.Next, FIG. 9 shows a configuration diagram for generating an internal voltage according to another embodiment of the present invention. The illustrated embodiment is described taking the back bias voltage as an example of the pumping voltage.
본 발명의 내부전압 발생회로는, 안정적인 기준전압(VINT)을 발생하는 내부전압발생기(40), 상기 내부전압(VINT)과 피드백된 백바이어스전압(VBB)을 비교하고 상기 백바이어스전압이 높을 때 이를 감지하는 전압검출회로(41), 상기 전압검출회로의 출력신호(VBBE)에 기초하여 백바이어스전압(VBB) 레벨을 낮출 수 있도록 클럭신호(OSC)를 발생하는 오실레이터(42), 상기 오실레이터(42)의 클럭신호에 응답하 여 외부전압(VSS)을 이용하여 백바이어스전압(VBB) 레벨을 낮추기 위해 동작되는 펌프회로(44), 그리고 상기 펌프회로(44)에서 발생된 백바이어스전압(VBB)을 공급받는 셀 트랜지스터(45)를 포함하여 구성되어진다. 여기서 백바이어스전압은, 기판전압이라고도 하며 음(-)의 전압값을 갖는다.The internal voltage generator circuit of the present invention compares the
또한 본 발명은 반도체 메모리 장치 내부의 온도를 검출하고, 상기 전압검출호로(41)에 인가하는 온도정보출력장치(46)를 더 포함하여 구성되어진다. 여기서 상기 온도정보출력장치는, 국제전기전자표준협회(JEDEC)에서 규정한 램(DDR3)에서 사용되는 온도정보출력장치(ODTS : On Die Thermal Sensor) 이다. 따라서 상기 온도정보출력장치는 공지된 기술을 이용하는 것이므로 그 구성 및 상세 동작에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.The present invention further comprises a temperature
상기 전압검출회로(41)는 도 10에 도시되고 있는 바와 같이, 백바이어스전압(VBB)이 직렬 연결되고 있는 PMOS트랜지스터(M11,M14)의 게이트단자에 인가되어지고, 상기 트랜지스터(M14)와 직렬로 또 다른 PMOS 트랜지스터(M10)가 연결되고 있다. 상기 트랜지스터(M10)는, 상기 내부전압발생기(40)에서 출력되는 내부전압(VINT)과 상기 트랜지스터(M14) 사이에 드레인-소스 단자를 연결하고 있고, 접지전압인 외부 전원전압(VSS)을 게이트단자로 인가받고 있다. As shown in FIG. 10, the
상기 트랜지스터(M14)와 트랜지스터(M11) 사이에 노드(N13)가 연결되고, 상기 트랜지스터(M10)와 트랜지스터(M14) 사이에 노드(N11)가 연결되며, 상기 두개의 노드(N11,N13) 사이에 NMOS 트랜지스터(M15)의 드레인-소스 단자가 연결되어지며, 상기 트랜지스터(M15)의 게이트단자는 상기 온도정보출력장치(46)의 출력신호(C1)를 입력하고 있다.A node N13 is connected between the transistor M14 and a transistor M11, a node N11 is connected between the transistor M10 and a transistor M14, and between the two nodes N11 and N13. The drain-source terminal of the NMOS transistor M15 is connected to the gate terminal of the transistor M15, and the output signal C1 of the temperature
그리고 상기 두개의 트랜지스터(M1O,M14) 사이에 연결되고 있는 노드(N11)에 PMOS 트랜지스터(M13)와 NMOS 트랜지스터(M12)의 게이트단자가 병렬 연결되어진다. 상기 트랜지스터(M13)는 내부전압(VINT)과 노드(N12) 사이에 드레인-소스 단자를 연결하고, 상기 트랜지스터(M12)는 상기 노드(N12)와 접지전압(VSS) 사이에 드레인-소스 단자를 연결한다. 그리고 상기 노드(N12)에 인버터(IN5)가 연결되고 있고, 상기 인버터(IN5)의 출력신호가 상기 전압검출회로(41)의 출력신호(VBBE)가 되어진다.The gate terminals of the PMOS transistor M13 and the NMOS transistor M12 are connected in parallel to the node N11 connected between the two transistors M10 and M14. The transistor M13 connects a drain-source terminal between an internal voltage VINT and a node N12, and the transistor M12 connects a drain-source terminal between the node N12 and a ground voltage VSS. Connect. An inverter IN5 is connected to the node N12, and an output signal of the inverter IN5 becomes an output signal VBBE of the
다음은 상기 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 내부전압 발생회로의 동작 과정에 대해서 살펴보기로 한다.Next, an operation process of an internal voltage generation circuit according to an embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
내부전압발생기(40)는 안정적인 내부전압(VINT)을 발생하고, 전압검출회로(41)는 내부전압과 피드백된 백바이어스전압(VBB)을 비교한다.The
상기 전압검출회로(41)에 입력된 내부전압(VINT)은 트랜지스터(M10)의 소스단자로 인가되어진다. 상기 트랜지스터(M10)는, 게이트단자로 접지전압(VSS)을 인가받아서 턴-온되어진다. 그리고 상기 전압검출회로(41)에 입력된 백바이어스전압(VBB)은, 트랜지스터(M11,M14)의 게이트단자에 인가되어진다. The internal voltage VINT input to the
먼저, 주위온도 환경이 낮은 경우에 동작되는 과정에 대해서 살펴보기로 한 다.First, the process of operation when the ambient temperature is low will be described.
온도가 낮을 때, 온도정보출력장치(46)에서 출력되는 신호(C1)는 하이레벨을 갖게 된다. 상기 출력신호(C1)가 하이레벨을 갖으면, 트랜지스터(M15)는 턴 온되어진다. 즉, 트랜지스터(M15)를 경유하여 노드(N11)와 노드(N13) 사이에 전류통로가 형성되어진다. 이 경우 트랜지스터(M14)는 아무런 영향을 주지 못한다. 따라서 상기 트랜지스터(M15)가 턴 온 상태일 때, 두개의 트랜지스터(M14,M11)에 의해 구성되는 싱크부는 트랜지스터(M11)만으로 동작되어진다. 따라서 턴 온 저항이 작아진다. 상기 싱크부의 턴온 저항이 작은 상태에서는, 백바이어스전압(VBB)이 조금만 낮아져도 노드(N11)의 전압레벨은 로우레벨로 천이될 수 있는 상태가 된다. 여기서 백바이어스전압은 약 -0.8볼트로 설계되어 있음을 가정하고 이후 설명하기로 한다. 그리고 상기 주위온도 환경이 낮은 경우는, 즉 온도정보(C1)이 하이신호가 출력되는 구간은, 이후 설명될 주위온도 환경이 높은 경우와 비교하여 상대적인 값이며, 셀 트랜지스터의 문턱전압이 약 0.95볼트에서 정상적인 오프 능력을 갖고 동작하는 구간이다.When the temperature is low, the signal C1 output from the temperature
상기와 같이, 저온환경에서 검출되는 하이레벨의 온도정보(C1)에 기초해서 트랜지스터(M15)가 턴 온 된 상태에서, 백바이어스 전압(VBB)이 상기 -0.8볼트보다 높으면, 트랜지스터(M11)에 입력되어지는 전압레벨이 높기 때문에 트랜지스터(M11)는 약하게 턴-온되면서 높은 저항값을 갖게 된다. 이때 트랜지스터(M10)는 접지전압(VSS)에 의해서 강하게 턴-온 된 상태를 갖게 되기 때문에, 노드(N11)에는 하이 레벨의 신호가 인가되어진다.As described above, when the back bias voltage VBB is higher than -0.8 volts while the transistor M15 is turned on based on the high-level temperature information C1 detected in the low temperature environment, the transistor M11 is turned on. Since the input voltage level is high, the transistor M11 is weakly turned on and has a high resistance value. At this time, since the transistor M10 is strongly turned on by the ground voltage VSS, a high level signal is applied to the node N11.
상기 노드(N11)에 인가된 하이레벨신호는 트랜지스터(M12)를 턴온시키면서 노드(N12)에 로우레벨의 신호가 인가되도록 하고, 이 로우레벨신호가 인버터(IV5)에서 인버팅되어서 결과적으로 전압검출회로(41)의 출력은 하이레벨신호가 된다. The high level signal applied to the node N11 causes a low level signal to be applied to the node N12 while the transistor M12 is turned on, and the low level signal is inverted by the inverter IV5, resulting in voltage detection. The output of the
상기 전압검출회로(41)에서 출력되는 하이레벨신호는 오실레이터(42)를 동작시켜서 펌프회로(44)가 펌핑동작을 수행하도록 하여, 즉 백바이어스전압의 레벨을 더욱 낮추도록 제어되어진다.The high level signal output from the
상기와 같은 동작이 지속되면서 백바이어스전압(VBB)이 목표치보다 낮아지면, 즉 -0.8볼트보다 낮아지면, 트랜지스터(M11)에 입력되어지는 전압레벨이 낮기 때문에 트랜지스터(M11)는 강하게 턴-온 되면서 낮은 저항값을 갖게 된다. 이때 트랜지스터(M10)는 접지전압(VSS)에 의해서 강하게 턴-온 된 상태를 갖게 되기 때문에, 노드(N11)에는 로우레벨의 신호가 인가되어진다.As the above operation continues, when the back bias voltage VBB is lower than the target value, that is, lower than −0.8 volts, the transistor M11 is strongly turned on because the voltage level input to the transistor M11 is low. It will have a low resistance value. At this time, since the transistor M10 is strongly turned on by the ground voltage VSS, a low level signal is applied to the node N11.
상기 노드(N11)에 인가된 로우레벨신호는 트랜지스터(M13)을 턴온시키고, 트랜지스터(M12)는 턴오프시키면서, 노드(N12)에 하이레벨의 신호가 인가되도록 하고, 이 하이레벨신호가 인버터(IV5)에서 인버팅되어서 결과적으로 전압검출회로(41)의 출력은 로우레벨신호가 된다. 상기 전압검출회로(41)에서 출력되는 로우레벨신호는 오실레이터(42) 및 펌프회로(44)의 동작을 정지시킨다.The low level signal applied to the node N11 turns on the transistor M13, turns off the transistor M12, and applies a high level signal to the node N12, and the high level signal is applied to the inverter ( Inverted at IV5) and as a result, the output of the
다음은 주위온도 환경이 높은 경우에 동작되는 과정에 대해서 살펴보기로 한 다.Next, let's take a look at the operation process when the ambient temperature is high.
온도가 높을 때, 온도정보출력장치(46)에서 출력되는 신호(C1)는 로우레벨을 갖게 된다. 상기 출력신호(C1)가 로우레벨을 갖으면, 트랜지스터(M15)는 턴 오프되어진다. 따라서 상기 트랜지스터(M15)가 턴 오프 상태일 때, 두개의 트랜지스터(M14,M11)에 의해 구성되는 싱크부는 두개의 트랜지스터(M14,M11)가 모두 동작되어진다. 따라서 턴 온 저항이 커진다. 상기 싱크부의 턴온 저항이 큰 상태에서는 백바이어스전압(VBB)이 많이 낮아져야만 노드(N11)의 전압레벨은 로우레벨로 천이될 수 있는 상태가 된다. 여기서 온도가 높은 구간, 즉, 온도정보(C1)가 로우레벨을 갖는 구간은, 앞서 설명한 온도가 저온 구간과 비교하여 상대적으로 셀 트랜지스터 문턱전압이 급격히 떨어질 수 있는 구간으로 셀 트랜지스터의 오프 능력이 약화되는 구간이다.When the temperature is high, the signal C1 output from the temperature
상기와 같이, 고온환경에서 검출되는 로우레벨의 온도정보(C1)에 기초해서 트랜지스터(M15)가 턴 오프 된 상태에서, 백바이어스 전압(VBB)이 높으면, 트랜지스터(M11,M14)의 게이트단자에 입력되어지는 전압레벨이 높기 때문에 두개의 트랜지스터(M14, M11)는 약하게 턴-온되면서 높은 저항값을 갖게 된다. 이때 트랜지스터(M10)는 접지전압(VSS)에 의해서 강하게 턴-온 된 상태를 갖게 되기 때문에, 노드(N11)에는 하이레벨의 신호가 인가되어진다.As described above, when the back bias voltage VBB is high in the state where the transistor M15 is turned off based on the low-level temperature information C1 detected in a high temperature environment, the gate terminals of the transistors M11 and M14 are provided. Since the input voltage level is high, the two transistors M14 and M11 are weakly turned on and have high resistance. At this time, since the transistor M10 is strongly turned on by the ground voltage VSS, a high level signal is applied to the node N11.
상기 노드(N11)에 인가된 하이레벨신호는 트랜지스터(M12)를 턴온시키면서 노드(N12)에 로우레벨의 신호가 인가되도록 하고, 이 로우레벨신호가 인버터(IV5) 에서 인버팅되어서 결과적으로 전압검출회로(41)의 출력은 하이레벨신호가 된다. The high level signal applied to the node N11 causes a low level signal to be applied to the node N12 while turning on the transistor M12, and the low level signal is inverted by the inverter IV5, resulting in voltage detection. The output of the
상기 전압검출회로(41)에서 출력되는 하이레벨신호는 오실레이터(42)를 동작시켜서 펌프회로(44)가 펌핑동작을 수행하도록 하여, 즉 백바이어스전압의 레벨을 더욱 낮추도록 제어되어진다.The high level signal output from the
상기와 같은 동작이 지속되면서 백바이어스전압(VBB)이 목표치(-0.8V) 보다 조금 낮아졌을 때의 동작 과정을 설명한다.As described above, the operation process when the back bias voltage VBB is slightly lower than the target value (-0.8V) will be described.
이 경우, 앞서 설명된 저온환경에서와 달리 고온환경에서는 싱크부가 두개의 트랜지터(M14,M11)에 의해서 동작되고 있다. 따라서 두개의 트랜지스터(M14,M11)의 게이트단자에 입력되는 백바이어스전압 레벨이 -0.8볼트보다 조금 낮을 경우, 두개의 트랜지스터(M14,M11)가 직렬 연결로 구성된 싱크부는 아직 강하게 턴 온되지 못한다. 아직 트랜지스터(M11)는 아직 낮은 저항값을 갖지 못한 턴-온 트랜지스터 상태를 갖는다.In this case, unlike the low temperature environment described above, in the high temperature environment, the sink is operated by two transistors M14 and M11. Therefore, when the back bias voltage level input to the gate terminals of the two transistors M14 and M11 is slightly lower than −0.8 volts, the sink portion in which the two transistors M14 and M11 are connected in series is not yet strongly turned on. Transistor M11 has a turn-on transistor state that has not yet had a low resistance value.
따라서 이때 트랜지스터(M10)는 접지전압(VSS)에 의해서 강하게 턴-온 된 상태를 갖게 되기 때문에, 노드(N11)에는 하이레벨의 신호가 인가되어진다.Therefore, at this time, since the transistor M10 is strongly turned on by the ground voltage VSS, a high level signal is applied to the node N11.
상기 노드(N11)에 인가된 하이레벨신호는 트랜지스터(M12)를 턴온시키면서, 노드(N12)에 로우레벨의 신호가 인가되도록 하고, 이 로우레벨신호가 인버터(IV5)에서 인버팅되어서 결과적으로 전압검출회로(41)의 출력은 하이레벨신호가 된다. 상기 전압검출회로(41)에서 출력되는 하이레벨신호는 오실레이터(42)를 계속 동작시키고, 펌프회로(44)의 펌핑동작을 지속시켜서 백바이어스전압을 더욱 낮추도록 제어한다.The high level signal applied to the node N11 causes the low level signal to be applied to the node N12 while turning on the transistor M12, and the low level signal is inverted by the inverter IV5, resulting in a voltage. The output of the
이후, 상기와 같은 동작이 지속되면서 백바이어스전압(VBB)이 목표치(-0.8V) 보다 많이 낮아졌을 때의 동작 과정을 설명한다.Subsequently, the operation process when the back bias voltage VBB is lower than the target value (−0.8V) while the above operation is continued will be described.
이 경우에도 앞서 설명된 저온환경에서와 달리 고온환경에서는 싱크부가 두개의 트랜지터(M14,M11)에 의해서 동작되고 있다. 그러나 두개의 트랜지스터(M14,M11)의 게이트단자에 입력되는 백바이어스전압 레벨이 -0.8볼트보다 많이 낮을 경우, 두개의 트랜지스터(M14,M11)가 강하게 턴 온된다. In this case, unlike the low temperature environment described above, in the high temperature environment, the sink is operated by two transistors M14 and M11. However, when the back bias voltage level input to the gate terminals of the two transistors M14 and M11 is much lower than -0.8 volts, the two transistors M14 and M11 are strongly turned on.
따라서 접지전압(VSS)에 의해서 턴-온 된 트랜지스터(M10)보다 상기 싱크부의 두개의 트랜지스터(M14,M11)의 턴 온 능력이 강하기 때문에, 노드(N11)는 로우레벨의 상태가 된다.Therefore, since the turn-on capability of the two transistors M14 and M11 in the sink is stronger than the transistor M10 turned on by the ground voltage VSS, the node N11 is in a low level state.
상기 노드(N11)에 인가된 로우레벨신호는 트랜지스터(M12)를 턴오프시키고 트랜지스터(M13)은 턴온시키면서, 노드(N12)에 하이레벨의 신호가 인가되도록 하고, 이 하이레벨신호가 인버터(IV5)에서 인버팅되어서 결과적으로 전압검출회로(41)의 출력은 로우레벨신호가 된다. 상기 전압검출회로(41)에서 출력되는 로우레벨신호는 오실레이터(42)와 펌프회로(44)의 동작을 정지시켜서 더 이상 백바이어스 전압레벨을 낮추지 않게 된다.The low level signal applied to the node N11 turns off the transistor M12 and turns on the transistor M13 to apply a high level signal to the node N12, and the high level signal is applied to the inverter IV5. Inverted at), and as a result, the output of the
즉, 상기 실시예에 따른 본 발명의 내부전압 발생회로에서는 고온환경에서 더욱 낮은 펌핑전압이 생성시켜서 셀트랜지스터에 공급되도록 제어하고 있다. 이 와 같이 고온환경에서 더욱 낮아진 펌핑전압이 셀트랜지스터에 공급되어질 때, 온도에 따른 셀 트랜지스터 의 문턱전압의 변화 그래프를 도 11에 도시하고 있다. 도시하고 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 종래 셀 트랜지스터의 문턱전압은 고온일 때 급격히 떨어지는데 반해 본 발명에서의 셀 트랜지스터 문턱전압은 훨씬 덜 떨어짐을 확인할 수 있다. 따라서 고온에서 셀 트랜지스터의 문턱 전압이 높아졌으므로 오프 전류는 절감되어진다. That is, in the internal voltage generation circuit of the present invention, a lower pumping voltage is generated in a high temperature environment and controlled to be supplied to the cell transistor. As shown in FIG. 11, when the pumping voltage lowered in the high temperature environment is supplied to the cell transistor, a threshold voltage change of the cell transistor according to temperature is shown in FIG. 11. As shown, according to the exemplary embodiment of the present invention, the threshold voltage of the conventional cell transistor drops sharply at a high temperature, whereas the threshold voltage of the cell transistor in the present invention is much lower. As a result, the threshold voltage of the cell transistor is increased at high temperature, thereby reducing off current.
그리고 상기 실시예에서는 펌핑전압을 백바이어스전압의 예를 가지고 설명하고 있으나, 상기 펌핑전압이 백바이어스 전압에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 펌핑전압이 고전압(VPP)이 될 수도 있다.In the above embodiment, the pumping voltage is described with an example of the back bias voltage, but the pumping voltage is not limited to the back bias voltage. That is, the pumping voltage may be a high voltage (VPP).
이상 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 온도변화에 대응하여 내부전압을 발생하는 경우에 적용될 수 있다. 따라서 본 발명은 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다. Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and may be applied when generating an internal voltage in response to a temperature change. Therefore, those skilled in the art will be able to improve, change, substitute or add other embodiments within the technical spirit and scope of the present invention disclosed in the appended claims.
도 1은 종래 기술에 따른 펌핑전압 발생회로의 블록 구성도.1 is a block diagram of a pumping voltage generation circuit according to the prior art.
도 2는 종래 온도 변화에 따른 펌핑전압의 변화 그래프.Figure 2 is a graph of the change in pumping voltage according to the conventional temperature change.
도 3은 종래 기술에 따른 백바이어스전압 발생회로의 블록 구성도.Figure 3 is a block diagram of a back bias voltage generation circuit according to the prior art.
도 4는 종래 기술에 따른 전압검출회로의 상세 구성도.4 is a detailed configuration diagram of a voltage detection circuit according to the prior art.
도 5는 종래 온도 변화에 따른 백바이어스전압 변화 그래프.5 is a graph of the back bias voltage change according to the conventional temperature change.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부전압 발생회로의 블록 구성도.6 is a block diagram of an internal voltage generation circuit according to an embodiment of the present invention.
도 7은 도 6에 도시되고 있는 펌핑전압 조절회로의 상세 구성도.FIG. 7 is a detailed configuration diagram of the pumping voltage regulating circuit shown in FIG. 6.
도 8은 본 발명에서 온도 변화에 따른 펌핑전압의 변화 그래프.8 is a graph showing a change in pumping voltage according to temperature change in the present invention.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부전압 발생회로의 블록 구성도.9 is a block diagram of an internal voltage generation circuit according to another embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 전압검출회로의 상세 구성도.10 is a detailed configuration diagram of a voltage detection circuit according to the present invention.
도 11은 본 발명에서 온도 변화에 따른 백바이어스전압 변화 그래프.11 is a graph of the back bias voltage according to the temperature change in the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
30 : 기준전압발생기 31,41 : 전압검출회로30:
32,37,42 : 오실레이터 33,34,44 : 펌프회로32,37,42:
35,45 : 셀트랜지스터 36,46 : 온도정보출력장치35,45:
40 : 내부전압발생기40: internal voltage generator
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