KR20090130758A - Semiconductor chip system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 칩 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전하를 리사이클링할 수 있는 반도체 집 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
SRAM(static random access memory)과 같은 휘발성 반도체 소자는 소자 내부에 저장된 데이터를 보존하기 위하여 지속적으로 전원이 공급되어야 한다. 또한, LSI 등의 반도체 집적회로나 CPU 등은 스탠바이(stand-by) 상태에서도 처리를 행하고 있던 각 기능을 유지하고, 데이터 손실을 피하기 위해 전원 공급이 지속적으로 이루어져야 한다. Volatile semiconductor devices, such as static random access memory (SRAM), must be powered continuously to preserve data stored within the device. In addition, a semiconductor integrated circuit such as an LSI, a CPU, or the like must maintain each function that is being processed even in a standby state, and supply power continuously to avoid data loss.
이러한 SRAM, LSI, CPU 등은 반도체 기술을 적용하여 반도체 칩 형태로 제작되는데, 이러한 반도체 칩을 구비하는 시스템은 외부의 전원공급수단 예컨대, 배터리에 연결되며, 외부로부터 공급되는 전원을 이용하여 데이터의 입출력, 데이터의 처리 또는 데이터의 보존이 이루어진다. The SRAM, LSI, CPU, etc. are manufactured in the form of a semiconductor chip by applying a semiconductor technology. The system including the semiconductor chip is connected to an external power supply means, for example, a battery, and uses data supplied from an external source to supply data. Input / output, data processing or data storage are performed.
하지만, 휴대 전화나 디지털 카메라 등의 휴대 기기와 같이 배터리로부터 전원을 공급받는 기기나 저전력 소모 구동을 필요로 하는 기기에서는, 이러한 반도체 칩 시스템의 상태 유지를 위한 스탠바이 전류도 문제가 될 수 있다. 따라서, 배터 리 구동시의 연속 사용시간 특성을 향상시키거나 저전력 소모 구동을 위해서는, 전류가 낭비되지 않고 효율적으로 사용될 수 있도록 반도체 칩 시스템을 구성할 필요가 있다.However, in a device powered by a battery such as a mobile phone or a digital camera, or a device requiring low power consumption, a standby current for maintaining the state of the semiconductor chip system may also be a problem. Therefore, in order to improve the continuous use time characteristic when driving a battery or to drive low power consumption, it is necessary to configure a semiconductor chip system so that current can be efficiently used without wasting.
본 발명은 반도체 칩의 통상적인 동작시나 스탠바이시의 칩내 폐전류를 재활용하여, 전력 소모를 최소화할 수 있도록 된 반도체 집 시스템을 제공한다.The present invention provides a semiconductor collection system that can minimize power consumption by recycling the waste current in the chip during normal operation or standby of the semiconductor chip.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 칩 시스템은, 칩 회로부와; 전하 리사이클링부;를 포함하며, 상기 전하 리사이클링부는, 외부 전원과 함께 상기 칩 회로부를 위한 전원을 공급하는 온 칩 배터리와; 저압 축전 모드에서는 상기 회로부로부터 들어오는 폐전류를 수집하며, 고압 방전 모드에서는 수집한 전하를 상기 온 칩 배터리로 방출하도록 칩 상에 마련된 축전기;를 포함할 수 있다.A semiconductor chip system according to an embodiment of the present invention, the chip circuit portion; A charge recycling unit, wherein the charge recycling unit includes: an on-chip battery supplying power for the chip circuit unit together with an external power source; The low voltage power storage mode collects the waste current coming from the circuit portion, the high voltage discharge mode may include a capacitor provided on the chip to discharge the collected charge to the on-chip battery.
상기 축전기는, 축전 클러스터를 포함하며, 상기 전하 리사이클링부는, 축전 모드에서 축전 클러스터가 일정 포텐셜로 올라가면 다른 축전 클러스터에서 축전이 이루어지도록 배분하고, 축전 클러스터에 전하가 다 차면 방전 모드로 전환되도록 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.The capacitor includes a power storage cluster, and the charge recycling unit distributes the power storage cluster so that power storage is performed in another power storage cluster when the power storage cluster rises to a constant potential in the power storage mode, and controls to switch to the discharge mode when the power storage cluster is full. The controller may further include.
상기 제어기는 상기 온 칩 배터리의 전력을 사용하여 구동될 수 있다.The controller can be driven using the power of the on-chip battery.
상기 칩 회로부와 상기 축전기 사이에 상기 칩 회로부의 하단 전압이 상기 축전기보다 낮게 되어 역류되는 현상을 방지하는 보호기;를 더 포함할 수 있다.And a protector between the chip circuit unit and the capacitor, the lower voltage of the chip circuit unit being lower than that of the capacitor to prevent a reverse flow.
상기 보호기는, nMOS-트랜지스터와; 상기 nMOS-트랜지스터가 상기 칩 회로부와 연결되는 라인과 상기 nMOS-트랜지스터의 게이트 사이에 위치되어, 상기 칩 회로부로부터 폐전류 입력시에 상기 nMOS-트랜지스터의 게이트를 턴-온시키는 버퍼 캐패시터 또는 저항;을 포함할 수 있다.The protector includes an nMOS transistor; A buffer capacitor or a resistor positioned between the line where the nMOS transistor is connected to the chip circuit portion and the gate of the nMOS transistor, to turn on the gate of the nMOS transistor when a closed current is input from the chip circuit portion; It may include.
상기 칩 회로부는, 3차원 스택킹 구조로 형성된 복수의 칩들을 포함하며, 상기 전하 리사이클링부는, 상기 3차원 스택킹 구조로 형성된 칩 회로부와 스택되는 별도의 칩 또는 기판 상에 배치될 수 있다.The chip circuit unit may include a plurality of chips formed in a 3D stacking structure, and the charge recycling unit may be disposed on a separate chip or substrate stacked with the chip circuit unit formed in the 3D stacking structure.
상기 칩 회로부는, CPU, 메모리 및 반도체 집적 회로 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The chip circuit unit may include at least one of a CPU, a memory, and a semiconductor integrated circuit.
도 1은 외부 전원(1)에 전기적으로 연결된 반도체 칩(5)을 개략적으로 보여준다. 도 1을 참조하면, CPU, SRAM, 반도체 집적 회로 등의 다양한 반도체 칩(5)은 외부 전원(1)으로부터 정전압을 공급받아 데이터의 입출력, 데이터의 처리 또는 데이터의 보존 등의 동작이 이루어진다. 1 schematically shows a
반도체 칩의 동작시나 스탠바이(stand-by)시 버려지는 폐전류가 존재하게 되는데, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 칩 시스템은 이러한 폐전류를 재활용하여 전력소모를 최소화할 수 있도록 구성된다.There is a waste current that is discarded during operation or standby of the semiconductor chip. The semiconductor chip system according to the embodiment of the present invention is configured to minimize power consumption by recycling such waste current.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 시스템(10)을 개략적으로 보여준다.2 schematically shows a
도 2를 참조하면, 반도체 칩 시스템(10)은, 칩 회로부(30)와 전하 리사이클 링부(50)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the
상기 칩 회로부(30)는, CPU, 메모리(예를 들어, SRAM) 및 반도체 집적 회로(예를 들어, LSI) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이외에도 상기 칩 회로부(30)는 다양한 반도체 소자 또는 그 연결 구조를 구비할 수 있다. 여기서, 칩 회로부(30)에서 회로부는 반드시 논리 소자 등으로 이루어진 회로만을 의미하는 것은 아니며, 메모리를 의미할 수도 있으며, 이외에도 다양한 반도체 소자 및 그 연결 구조를 의미할 수 있다.The
상기 전하 리사이클링부(50)는, 폐전류를 재활용하기 위한 것으로, 온 칩 배터리(On-chip battery:51)와 축전기 예컨대, 축전 클러스터(cluster)(55)를 포함할 수 있다.The
상기 온 칩 배터리(51)는 정 전원으로서, 외부 전원(20)과 함께 상기 칩 회로부(30)를 위한 전원을 공급한다. 이 온 칩 배터리(51)는 마이크로 고체상태 배터리(Micro solid state battery) 기술로 실현될 수 있다. 상기 온 칩 배터리(51)는 예를 들어, 박막 전지일 수 있다. 마이크로 고체상태 배터리는 고 전압으로 저장해야 하는데, 칩내의 폐전류는 전압이 낮다. 하지만, 상기 축전 클러스터(55)에서 폐전류가 모아지므로 마이크로 고체 상태 배터리로 된 온 칩 배터리(51)를 고전압으로 충전하는 것이 가능하다. The on-
상기 축전 클러스터(55)는 저압 축전 모드(mode) 및 고압 방전 모드로 동작한다. 상기 축전 클러스터(55)는 저압 축전 모드(mode)에서는 상기 칩 회로부(30)로부터 들어오는 폐전류를 수집하며, 고압 방전 모드에서는 수집한 전하를 온 칩 배터리(51)로 방출한다.The
상기 축전 클러스터(55)는 병렬 축전기 연결을 직렬 축전기 연결로 전환되어, 저압 충전 모드에서 고압 방전 모드로 스위칭될 필요가 있다. The
이를 위하여, 상기 전하 리사이클링부(50)는, 축전 모드에서 축전 클러스터(55)의 일 축전기가 일정 포텐셜로 올라가면 축전 클러스터(55)의 다른 축전기에서 축전이 이루어지도록 배분하고, 이 축전 클러스터(55)에 전하가 다 차면 방전 모드로 전환되도록 제거하는 제어기(controller:53)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어기(53)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전하 리사이클링부(50)를 구비함에 의한 외부 전원(20)에 대한 부가적인 전력 사용을 배제하도록, 온 칩 배터리(51)의 전력을 사용하여 구동될 수 있다. To this end, the
한편, 상기 전하 리사이클링부(50)는, 상기 칩 회로부(30)와 축전 클러스터(55) 사이에 칩 회로부(30)의 하단 전압이 축전 클러스터(55)보다 낮게 되어 역류되는 현상을 방지하는 보호기(57)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the
상기 보호기(57)는 칩 회로부(30)로부터 들어오는 폐전류는 상기 축전 클러스터(55)로 전달하며, 칩 회로부(30)의 하단 전압이 축전 클러스터(55)보다 낮을 때, 축전 클러스터(55)로부터 전류가 칩 회로부(30)로 역류하는 것을 방지하도록 예를 들어, 도 3a 또는 도 3b의 구성을 가질 수 있다.The
도 3a를 참조하면, 보호기(57)는, nMOS-트랜지스터(58)와, 버퍼 캐패시터(59)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3A, the
도 3b를 참조하면, 보호기(57)는 nMOS-트랜지스터(58)와, 저항(59')을 포함 할 수 있다. Referring to FIG. 3B, the
버퍼 캐패시터(59) 또는 저항(59')은 nMOS-트랜지스터(58)가 칩 회로부(30)와 연결되는 라인과 nMOS-트랜지스터(58))의 게이트(58a)에 연결된다. 상기 버퍼 캐패시터(59) 또는 저항(59)은 칩 회로부(30)로부터 폐전류 입력시에 상기 nMOS-트랜지스터(58)의 게이트(58a)를 턴-온(turn-on)시키며, 이에 의해 폐전류가 축전 클러스터(55)로 전달되어 축전된다. 반대로, 칩 회로부(30)의 하단 전압이 축전 클러스터(55)보다 낮을 때에는, nMOS-트랜지스터(58)의 게이트(58a)가 턴-온되지 않으므로, 축전 클러스터(55)로부터 전류가 칩 회로부(30)로 전달되지 않아, 상기한 역류 현상 방지효과가 얻어진다.The
상기와 같은 칩 회로부(30)와 전하 리사이클링부(50)는, 단일 칩 내에 실장될 수 있다. 또한, 칩 회로부(30)는 단일 칩으로 구성되고, 전하 리사이클링부(50)는 별도의 칩 또는 기판에 실장된 상태로 상기 칩 회로부(30)와 전기적으로 연결될 수도 있다.The
도 3을 참조로 설명한 전하 리사이클링부(50)는 도 4에서와 같은 복수의 반도체 칩이 3차원적으로 스택킹(3D stacking)된 반도체 칩 시스템(100)에도 적용될 수 있다.The
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 칩 시스템(100)을 보여준다. 도 4를 참조하면, 칩 회로부(30)는 복수의 반도체 칩들(110)(120)(130)의 3차원 스택킹 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 전하 리사이클링부(50)는, 복수의 반도체 칩들(110)(120)(130)의 3차원 스택킹 구조로 형성된 칩 회로부(30)와 스택되는 별 도의 칩 또는 기판 상에 배치될 수 있다. 4 shows a
3차원 스택킹 구조로 된 복수의 반도체 칩들(110)(120)(130) 및 전하 리사이클링부(50) 사이는 연결 단자(101)를 통하여 연결된다. 이 연결단자(101)는 부가적인 웨이퍼(140)에 마련된 외부 연결을 위한 단자(141)에 전기적으로 컨택될 수 있다.The plurality of
상기 칩 회로부(30)를 이루는 3차원 스택킹 구조의 복수의 반도체 칩들(110)(120)(130)은, CPU, 메모리(예를 들어, SRAM) 및 반도체 집적 회로(예를 들어, LSI) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이외에도 복수의 반도체 칩들(110)(120)(130)은 다양한 반도체 소자 또는 그 연결 구조를 구비할 수 있다. 전술한바와 마찬가지로 여기서도 칩 회로부(30)에서 회로부는 반드시 논리 소자 등으로 이루어진 회로만을 의미하는 것은 아니며, 메모리를 의미할 수도 있으며, 이외에도 다양한 반도체 소자 및 그 연결 구조를 의미할 수 있다.The plurality of
전하 리사이클링부(50)는 별도의 칩이나 기판에 마련되거나, 상기 칩 회로부(30)를 이루는 복수의 반도체 칩들(110)(120)(130) 중 어느 하나의 칩에 실장될 수 있다.The
도 1은 외부 전원에 전기적으로 연결된 반도체 칩을 개략적으로 보여준다. 1 schematically shows a semiconductor chip electrically connected to an external power source.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 시스템을 개략적으로 보여준다.2 schematically shows a semiconductor chip system according to an embodiment of the present invention.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 보호기의 실시예들을 개략적으로 보여준다.3A and 3B schematically show embodiments of the protector of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 칩 시스템을 보여준다.4 shows a semiconductor chip system according to another embodiment of the present invention.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080056527A KR20090130758A (en) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Semiconductor chip system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020080056527A KR20090130758A (en) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Semiconductor chip system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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KR20090130758A true KR20090130758A (en) | 2009-12-24 |
Family
ID=41690160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020080056527A KR20090130758A (en) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Semiconductor chip system |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR20090130758A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8406062B2 (en) | 2009-11-16 | 2013-03-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Charge recycling memory system and a charge recycling method thereof |
-
2008
- 2008-06-16 KR KR1020080056527A patent/KR20090130758A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8406062B2 (en) | 2009-11-16 | 2013-03-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Charge recycling memory system and a charge recycling method thereof |
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