KR20090120046A

KR20090120046A - 기준전압의 (1+ν)배의 전압준위를 가지는 조정전압을생성하는 전압조정기

Info

Publication number: KR20090120046A
Application number: KR1020080045898A
Authority: KR
Inventors: 김영희
Original assignee: 창원대학교 산학협력단; 덴소풍성전자(주)
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2009-11-24

Abstract

본 발명은 기준전압을 (1+Ν)배 상승시킨 전압준위를 가지는 조정전압(Vreg)을 생성하는 전압조정기를 개시한다. 상기 기준전압을 (1+Ν)배 상승시킨 전압준위를 가지는 조정전압을 생성하는 전압조정기는, 바이어스 생성부, 차동비교부 및 조정전압 생성부를 구비한다. 상기 바이어스 생성부는 바이어스 전압을 생성한다. 상기 차동비교부는 상기 바이어스 전압에 응답하여 동작하며 기준전압및 내부조정전압의 차이를 감지하여 차동비교신호를 생성한다. 상기 조정전압 생성부는 상기 차동비교신호에 응답하여 상기 내부조정전압 및 조정전압을 생성한다.

전압조정기, 기준전압

Description

기준전압의 (1+Ν)배의 전압준위를 가지는 조정전압을 생성하는 전압조정기{Voltage regulator generating regulating voltage with voltage level of (1+Ν) reference voltage}

본 발명은 전압조정기에 관한 것으로, 특히 기준전압의 (1+Ν)배의 전압준위를 가지는 조정전압을 생성하는 전압조정기에 관한 것이다.

전압조정기(Voltage regulator)는 전원과 부하 사이에 연결된 회로로서 입력 전압 또는 출력 부하가 변해도 고정 전압을 제공하는 회로를 의미한다. 반도체 장치의 경우 사용되는 동안의 전력의 소비에 의해 또는 사용되는 장소의 주위 환경에 의해 반도체 칩의 온도가 증가하게 되는 경우가 있다. 반도체 칩의 온도가 증가하게 되면 칩에 구현된 회로의 전기적 특성이 변하게 된다. 이는 일반적으로 회로의 일정 노드의 전압준위가 온도에 따라 변하기 때문인데, 회로의 경우 전압준위가 어느 정도의 범위에서 변해도 되는 노드(node)와 변하지 않고 반드시 일정한 전압준위를 유지하여야 하는 노드도 있다. 온도의 변화나 공정의 변화에 무관하게 회로의전기적 특성에 민감한 노드에 인가되거나 상기 노드에서 생성되는 전압은 전압기준발생기라고 한다. 상기 전압기준발생기는 밴드 갭을 이용하는 것이 일반적이다.

상술한 바와 같이 전압기준발생기에서 생성된 기준전압(Reference voltage)은 회로의 각 부분에서 사용하게 되는데, 상기 기준전압을 바로 사용하거나 일정한 비율로 상승 또는 감소시켜 사용한다. 기준전압을 일정한 비율로 상승시켜 사용하는 것에는 다양한 응용 례가 가능하다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기준전압을 (1+N)배 상승시킨 전압준위를 가지는 조정전압(Vreg)을 생성하는 전압조정기를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 기준전압을 (1+N)배 상승시킨 전압준위를 가지는 조정전압을 생성하는 전압조정기는, 바이어스 생성부, 차동비교부 및 조정전압 생성부를 구비한다. 상기 바이어스 생성부는 바이어스 전압을 생성한다. 상기 차동비교부는 상기 바이어스 전압에 응답하여 동작하며 기준전압및 내부조정전압의 차이를 감지하여 차동비교신호를 생성한다. 상기 조정전압 생성부는 상기 차동비교신호에 응답하여 상기 내부조정전압 및 조정전압을 생성한다.

본 발명에 따른 기준전압을 (1+N)배 상승시킨 전압준위를 가지는 조정전압을 생성하는 전압조정기는, 시스템이 기준전압에 배수가 되는 전압을 용이하게 생성하여 사용하게 할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 전압조정기는 미리 정해진 기준전압(Vi)과 일치되도록 하기 위해 전압조정기의 출력단자전압(Vo)을 입력단자로 피드백(feedback)시켜 이것을 기준전압(Vi)과 비교하게 한다. 만일 기준전압(Vi)과 출력단자전압(Vo) 사이에 차이가 있으면 그 편차(ε= Vi-Vo)를 구하여 이를 토대로 기준전압(Vi)과 전압조정기 출력단자전압(Vo)이 서로 같아지도록 조정한다. 출력단자전압(Vo)과 기준전압(Vi)의 편차 ε은 보통 극히 적으므로 전압조정기의 내부에 상기 편차 ε를 증폭하여 이를 사용한다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 기준전압을 (1+N)배 상승시킨 전압준위를 가지는 조정전압(Vreg)을 생성하는 전압조정기의 회로도이다.

도 1을 참조하면, 상기 전압조정기(100)는, 바이어스 생성부(110), 차동비교부(120) 및 조정전압 생성부(130)를 구비한다.

바이어스 생성부(110)는 바이어스 전압(Vb)을 생성하며, 전류원(Iref) 및 제1모스트랜지스터(M1)를 구비한다. 전류원(Iref)은 일 단자가 제1전원전압(VBP)에 연결되고 다른 일 단자로 상기 바이어스 전압(Vb)을 생성한다. 제1모스트랜지스터(M1)는 일 단자 및 게이트 단자가 연결되어 상기 바이어스 전압(Vb)을 생성하고 다른 일 단자가 제2전원전압(GND)에 연결된다.

차동비교부(120)는 상기 바이어스 전압(Vb)에 응답하여 동작하며 기준전압(Vref) 및 내부조정전압(Vref1)의 차이를 감지하여 차동비교신호(OUT_1)를 생성 하며, 5개의 모스트랜지스터들(M2~M6)을 구비한다. 제2모스트랜지스터(M2)는 일 단자가 제1전원전압에 연결되고 다른 일 단자로 상기 차동비교신호(OUT_1)를 생성한다. 제3모스트랜지스터(M3)는 일 단자가 제1전원전압에 연결되고 다른 일 단자 및 게이트 단자는 상기 제2모스트랜지스터(M2)의 게이트에 연결된다. 제4모스트랜지스터(M4)는 일 단자가 상기 제2모스트랜지스터(M2)의 다른 일 단자에 연결되고 게이트에 상기 기준전압(Vref)이 인가된다. 제5모스트랜지스터(M5)는 일 단자가 상기 제3모스트랜지스터(M3)의 다른 일 단자에 연결되고 게이트에 상기 내부생성전압(Vref1)이 인가된다. 제6모스트랜지스터(M6)는 일 단자가 상기 제4모스트랜지스터(M4)의 다른 일 단자 및 제5모스트랜지스터(M5)의 다른 일 단자에 공통으로 연결되고 다른 일 단자가 제2전원전압에 연결되며 게이트에 상기 바이어스 전압(Vb)이 인가된다.

조정전압 생성부(130)는 상기 차동비교신호(OUT_1)에 응답하여 상기 내부조정전압(Vref1) 및 조정전압(Vreg)을 생성하며, 제7모스트랜지스터(M7), 전압분할부(140) 및 제8모스트랜지스터(M8)를 구비한다. 제7모스트랜지스터(M7)는 일 단자가 제1전원전압에 연결되고 다른 일 단자가 상기 조정전압(Vreg)을 출력하며 게이트에 상기 차동비교신호(OUT_1)가 인가된다. 전압분할부(140)는 상기 제7모스트랜지스터(M7)의 다른 일 단자와 상기 내부조정전압(Vref1)을 생성하는 단자 사이에 직렬로 연결된 N(N은 정수)개의 전압분할소자를 구비한다. 제8모스트랜지스터(M8)는 일 단자 및 게이트 단자가 제2전원전압에 연결되고 다른 일 단자가 상기 내부조정전압(Vref1)을 생성하는 단자인 상기 전압분할부(140)의 다른 일 단자에 연결된 다.

여기서, 상기 직렬로 연결된 N개의 전압분할소자(140)는, 일 단자 및 게이트 단자가 다이오드 결합되고, 채널의 폭(W)과 채널의 길이(L)의 비(W/L)가 모두 동일한 N개의 모스트랜지스터들이다.

이하에서는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 기준전압의 (1+N)배의 전압준위를 가지는 조정전압(Vreg)을 생성하는 전압조정기의 동작에 대하여 설명한다.

바이어스 생성부(110)에서 생성된 바이어스 전압(Vb)은 차동비교부(120)의 동작 여부 및 이득을 결정한다. 일단 바이어스 전압(Vb)이 정상적으로 인가되면 차동비교부(120)는 동작하게 된다. 차동비교부(120)는 두 개의 입력단자에 각각 인가되는 기준전압(Vref)과 내부생성전압(Vref1)의 차를 차동비교신호(OUT_1)로 출력한다.

차동비교신호(OUT_1)는 조정전압 생성부(130)의 소스 트랜지스터(M7)에 인가되어, 이에 대응되는 전류를 전압분할부(140)에 흐르도록 한다. 전압분할부(140)에는 직렬로 연결되며 동일한 턴 온 저항 값을 가지는 N개의 트랜지스터가 연결되어 있다. 직렬로 연결된 상기 N개의 트랜지스터들의 종단 및 제8모스트랜지스터(M8)의 공통 노드를 내부생성전압(Vref1)으로 설정한다. 일정한 시간이 경과하여 전압조정기(100)가 안정화 되면, 내부생성전압(Vref1)은 기준전압(Vref)과 동일한 전압준위를 가지게 될 것이다.

이 때, 직렬로 연결된 N(N은 정수)개의 전압분할소자(140)와 상기 제8모스트랜지스터(M8)가 일 단자 및 게이트 단자가 다이오드 결합되고, 채널의 폭(W)과 채 널의 길이(L)의 비(W/L)가 모두 동일한 모스트랜지스터들이라면, 조정전압(Vreg)은 기준전압(Vref)의 (N+1)배가 될 것이다. 물론 조정전압(Vreg)의 전압준위가 제1전원전압(VBP)의 전압준위 보다 높을 수는 없다.

조정전압(Vreg)의 전압준위는 전압분할소자(140)에 포함되는 모스트랜지스터들의 개수에 따라 결정되므로, 필요에 따라 이를 조절함으로써 원하는 전압준위의 조정전압(Vreg)을 구현시킬 수 있다. 이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 본 발명에 따른 기준전압을 (1+Ν)배 상승시킨 전압준위를 가지는 조정전압(Vreg)을 생성하는 전압조정기의 회로도이다.

Claims

바이어스 전압(Vb)을 생성하는 바이어스 생성부(110);

상기 바이어스 전압(Vb)에 응답하여 동작하며 기준전압(Vref) 및 내부조정전압(Vref1)의 차이를 감지하여 차동비교신호(OUT_1)를 생성하는 차동비교부(120); 및

상기 차동비교신호(OUT_1)에 응답하여 상기 내부조정전압(Vref1) 및 조정전압(Vreg)을 생성하는 조정전압 생성부(130)를 구비하는 것을 특징으로 하는 기준전압의 (1+Ν)배의 전압준위를 가지는 조정전압(Vreg)을 생성하는 전압조정기.
제1항에 있어서, 상기 바이어스 생성부(110)는,

일 단자가 제1전원전압(VBP)에 연결되고 다른 일 단자로 상기 바이어스 전압(Vb)을 생성하는 전류원(Iref); 및

일 단자 및 게이트 단자가 연결되어 상기 바이어스 전압(Vb)을 생성하고 다른 일 단자가 제2전원전압(GND)에 연결된 제1모스트랜지스터(M1)를 구비하는 것을 특징으로 하는 기준전압의 (1+Ν)배의 전압준위를 가지는 조정전압을 생성하는 전압조정기.
제1항에 있어서, 상기 차동비교부(120)는,

일 단자가 제1전원전압에 연결되고 다른 일 단자로 상기 차동비교신 호(OUT_1)를 생성하는 제2모스트랜지스터(M2);

일 단자가 제1전원전압에 연결되고 다른 일 단자 및 게이트 단자는 상기 제2모스트랜지스터(M2)의 게이트에 연결된 제3모스트랜지스터(M3);

일 단자가 상기 제2모스트랜지스터(M2)의 다른 일 단자에 연결되고 게이트에 상기 기준전압(Vref)이 인가된 제4모스트랜지스터(M4);

일 단자가 상기 제3모스트랜지스터(M3)의 다른 일 단자에 연결되고 게이트에 상기 내부생성전압(Vref1)이 인가되는 제5모스트랜지스터(M5); 및

일 단자가 상기 제4모스트랜지스터(M4)의 다른 일 단자 및 제5모스트랜지스터(M5)의 다른 일 단자에 공통으로 연결되고 다른 일 단자가 제2전원전압에 연결되며 게이트에 상기 바이어스 전압(Vb)이 인가되는 제6모스트랜지스터(M6)를 구비하는 것을 특징으로 하는 기준전압의 (1+Ν)배의 전압준위를 가지는 조정전압을 생성하는 전압조정기.
제1항에 있어서, 상기 조정전압 생성부(130)는,

일 단자가 제1전원전압에 연결되고 다른 일 단자가 상기 조정전압(Vreg)을 출력하며 게이트에 상기 차동비교신호(OUT_1)가 인가된 제7모스트랜지스터(M7);

상기 제7모스트랜지스터(M7)의 다른 일 단자와 상기 내부조정전압(Vref1)을 생성하는 단자 사이에 직렬로 연결된 N(N은 정수)개의 전압분할소자를 구비하는 전압분할부(140); 및

일 단자 및 게이트 단자가 제2전원전압에 연결되고 다른 일 단자가 상기 내 부조정전압(Vref1)을 생성하는 단자인 상기 전압분할부(140)의 다른 일 단자에 연결된 제8모스트랜지스터(M8)를 구비하는 것을 특징으로 하는 기준전압의 (1+Ν)배의 전압준위를 가지는 조정전압을 생성하는 전압조정기.
제4항에 있어서, 상기 직렬로 연결된 N(N은 정수)개의 전압분할소자(140)와 상기 제8모스트랜지스터(M8)는,

일 단자 및 게이트 단자가 다이오드 결합되고, 채널의 폭(W)과 채널의 길이(L)의 비(W/L)가 모두 동일한 모스트랜지스터들인 것을 특징으로 하는 기준전압의 (1+Ν)배의 전압준위를 가지는 조정전압을 생성하는 전압조정기.