KR20100078222A - Voltage generation circuit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 회로에 관한 것으로서, 특히 전압 생성 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
종래의 기술에 따른 전압 생성 회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 밴드 갭 레퍼런스 생성기(Band Gap Reference Generator: BGR)(11), 제 1 레벨 시프터(12), 분배 저항(13) 및 제 2 레벨 시프터(14)를 구비한다.As shown in FIG. 1, the voltage generation circuit according to the related art includes a band gap reference generator (BGR) 11, a
상기 밴드 갭 레퍼런스 회로(11)는 기준 전압(VERF)을 생성한다.The band gap reference circuit 11 generates a reference voltage VERF.
상기 제 1 레벨 시프터(12)는 상기 기준 전압(VERF)의 두 배에 해당하는 레벨의 전압을 생성한다.The
상기 분배 저항(13)은 상기 제 1 레벨 시프터(12)에서 출력된 전압을 분배하여 다양한 레벨의 분배 전압을 출력한다.The
상기 제 2 레벨 시프터(14)는 상기 분배 저항(13)을 통해 분배된 분배 전압 중에서 목표로 하는 내부 전압(예를 들어, VPERI) 레벨의 절반에 해당하는 분배 전압을 선택하고, 그 두 배에 해당하는 레벨의 전압을 생성하여 내부 전압(VPERI)으로서 출력한다.The
이와 같이 구성된 종래의 전압 생성 회로는 원하는 레벨의 내부 전압(VPERI)이 생성되도록 회로 구성이 완료되면, 상기 내부 전압(VPERI)의 레벨은 소자 즉, 트랜지스터의 특성과 상관없이 일정하게 유지된다.In the conventional voltage generation circuit configured as described above, when the circuit configuration is completed such that a desired level of the internal voltage VPERI is generated, the level of the internal voltage VPERI remains constant regardless of the characteristics of the device, that is, the transistor.
따라서 동작 환경 변화에 따라 소자 특성 변화가 발생할 경우, 즉, 트랜지스터의 문턱 전압이 낮아질 경우 소모 전류가 증가하고, 그 반대로 문턱 전압이 높아질 경우 동작 속도가 저하되므로 이를 적용한 반도체 회로의 수율(Yield)을 저하시키는 문제가 있다.Therefore, when the characteristic change of the device occurs according to the change of operating environment, that is, when the threshold voltage of the transistor is lowered, the consumption current increases, and conversely, when the threshold voltage is increased, the operating speed is lowered. There is a problem of deterioration.
본 발명은 소자 특성 변화에 따른 수율 저하를 방지할 수 있도록 한 전압 생성 회로를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a voltage generation circuit capable of preventing a decrease in yield due to changes in device characteristics.
본 발명에 따른 전압 생성 회로는 문턱 전압의 레벨을 검출하여 검출신호를 출력하도록 구성된 문턱 전압 검출부; 상기 검출신호에 응답하여 복수의 분배 전압 중 하나를 선택하여 선택전압을 출력하도록 구성된 전압 선택부; 및 상기 선택 전압을 이용하여 내부 전압을 생성하도록 구성된 내부 전압 생성부를 구비함을 특징으로 한다.A voltage generation circuit according to the present invention includes: a threshold voltage detector configured to detect a level of a threshold voltage and output a detection signal; A voltage selector configured to select one of a plurality of divided voltages and output a selection voltage in response to the detection signal; And an internal voltage generator configured to generate an internal voltage using the selection voltage.
본 발명에 따른 전압 생성 회로는 제 1 문턱 전압과 제 2 문턱 전압을 각각의 목표전압과 비교한 신호들을 디코딩하여 검출신호를 출력하도록 구성된 문턱 전압 검출부; 상기 검출신호에 응답하여 복수의 분배 전압 중 하나를 선택하여 선택전압을 출력하도록 구성된 전압 선택부; 및 상기 선택 전압을 이용하여 내부 전압을 생성하도록 구성된 내부 전압 생성부를 구비함을 다른 특징으로 한다.The voltage generation circuit according to the present invention includes: a threshold voltage detector configured to decode signals comparing a first threshold voltage and a second threshold voltage with respective target voltages, and output a detection signal; A voltage selector configured to select one of a plurality of divided voltages and output a selection voltage in response to the detection signal; And an internal voltage generator configured to generate an internal voltage using the selection voltage.
본 발명에 따른 전압 생성 회로는 내부 전압을 소자 특성 변화에 적정한 레벨로 가변시킬 수 있으므로 수율 저하를 방지할 수 있다.The voltage generation circuit according to the present invention can vary the internal voltage to a level suitable for the change in device characteristics, thereby preventing a decrease in yield.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세 히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 전압 생성 회로의 블록도이다.2 is a block diagram of a voltage generation circuit according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전압 생성 회로는 밴드 갭 레퍼런스 생성기(Band Gap Reference Generator: BGR)(110), 전압 분배부(120), 문턱 전압 검출부(130), 전압 선택부(140) 및 내부전압 발생부(150)를 구비한다.As shown in FIG. 2, the voltage generation circuit according to the present invention includes a band gap reference generator (BGR) 110, a
상기 밴드 갭 레퍼런스 생성기(BGR)(110)는 온도 변화를 보상하여 일정한 기준 전압(VERF)을 생성하도록 구성된다.The band gap reference generator (BGR) 110 is configured to compensate for temperature variations to produce a constant reference voltage (VERF).
상기 전압 분배부(120)는 상기 기준 전압(VERF)을 서로 다른 저항비로 분배하여 복수의 분배 전압(V<A:G>을 생성하도록 구성된다.The
상기 문턱 전압 검출부(130)는 내부적으로 생성한 제 1 문턱 전압과 제 2 문턱 전압을 복수의 목표전압과 비교한 신호들을 디코딩하여 검출신호(S<1:3>, Sb<1:3>)를 출력하도록 구성된다. 이때 검출신호(Sb<1:3>)는 검출신호(S<1:3>)와 반대의 논리값을 갖는 신호이다.The
상기 제 1 문턱 전압은 피모스 트랜지스터(PMOS Transistor)의 문턱 전압이며, 제 2 문턱 전압은 엔모스 트랜지스터(NMOS Transistor)의 문턱 전압이다.The first threshold voltage is a threshold voltage of a PMOS transistor, and the second threshold voltage is a threshold voltage of an NMOS transistor.
상기 전압 선택부(140)는 상기 검출신호(S<1:3>, Sb<1:3>)에 응답하여 상기복수의 분배 전압(V<A:G>) 중 하나를 선택하여 선택전압(VSEL)을 출력하도록 구성된다.The
상기 내부 전압 발생부(150)는 상기 선택전압(VSEL)을 일정 배수(예를 들어, 2배)만큼 레벨 시프팅(Level Shifting)시켜 내부 전압(VPERI)을 출력하도록 구성된 다.The
도 3은 도 2의 전압 분배부, 전압 선택부 및 내부 전압 발생부의 회로도이다.3 is a circuit diagram of the voltage divider, the voltage selector, and the internal voltage generator of FIG. 2.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전압 분배부(120)는 레벨 시프터(121) 및 분배 저항(122)를 구비한다.As shown in FIG. 3, the
상기 레벨 시프터(121)는 차동 증폭기(OP1), 트랜지스터(M1) 및 능동 저항(RM1, RM2)을 구비한다. 상기 레벨 시프터(121)는 외부 전압(VDD)의 변동에 상관없이 상기 기준 전압(VERF)의 두 배에 해당하는 레벨의 전압(N0)을 생성하도록 구성된다.The
상기 분배 저항(122)은 상기 트랜지스터(M1)의 드레인과 접지단(VSS) 사이에연결된 복수개의 저항소자를 구비하며, 상기 복수개의 저항소자를 통해 전압(N0)을 분배하여 상기 복수의 분배 전압(V<A:G>)을 생성하도록 구성된다.The
상기 전압 선택부(140)는 복수의 패스 게이트(PG1 ~ PG3)를 구비한다. 상기 복수의 패스 게이트(PG1 ~ PG3)는 상기 검출신호(S<1:3>, Sb<1:3>)에 따라 복수의 분배 전압(VE, VD, VC) 중에서 하나를 선택하여 선택 전압(VSEL)로 출력하도록 구성된다.The
상기 내부 전압 발생부(150)는 레벨 시프터(151)를 구비한다. 상기 레벨 시프터(151)는 차동 증폭기(OP2), 트랜지스터(M2) 및 능동 저항(RM3, RM4)을 구비한다. 상기 레벨 시프터(151)는 외부 전압(VDD)의 변동에 상관없이 상기 선택 전압(VSEL)의 두 배에 해당하는 레벨의 내부 전압(VPERI)을 생성하도록 구성된다.The
도 4는 도 2의 문턱 전압 검출부의 회로도이다.4 is a circuit diagram of the threshold voltage detector of FIG. 2.
도 4에 도시된 바와 같이, 문턱 전압 검출부(130)는 문턱 전압 발생부(131), 비교부(132) 및 디코더(133)를 구비한다.As shown in FIG. 4, the
상기 문턱 전압 발생부(131)는 소오스가 전원단(VINT)에 연결되고 드레인이저항을 통해 접지단(VSS)과 연결된 피모스 트랜지스터(MP1) 및 소오스가 접지단(VSS)과 연결되고 드레인이 저항을 통해 전원단(VINT)과 연결된 엔모스 트랜지스터(MN1)를 구비한다. 상기 피모스 트랜지스터(MP1)의 드레인과 게이트가 연결된 노드를 통해 제 1 문턱 전압(N1)이 출력되고, 상기 엔모스 트랜지스터의 드레인과 게이트가 연결된 노드를 제 2 문턱 전압(N2)이 출력된다. 상기 피모스 트랜지스터(MP1) 및 엔모스 트랜지스터(MN1)는 본 발명에 따른 전압 생성 회로가 적용되는 반도체 소자의 트랜지스터 제조공정과 동일한 공정을 통해 제조된다.The
상기 비교부(132)는 복수의 차동 증폭기(OP11 ~ OP14) 및 전원단(VINT)과 접지단(VSS) 사이에 연결된 복수의 저항(R11 ~ R18)을 구비한다. 상기 비교부(132)는 상기 제 1 및 제 2 문턱 전압(N1, N2)과 복수의 범위 판단용 기준 전압(N3 ~ N9)을 비교하여 복수의 비교 신호(O ~ R)를 출력하도록 구성된다. 상기 전원(VINT)은 내부 전압(VPERI)와는 별도로 외부 전압(VDD)에 상관없이 일정한 레벨을 유지하는 전원이다. 상기 복수의 범위 판단용 기준 전압(N3 ~ N9)은 전압 레벨(VINT-Vtp0+B ~ Vtn-0)을 갖도록 상기 복수의 저항(R11 ~ R18)들의 저항값이 설정된다. 상기 복수의 범위 판단용 기준 전압(N3 ~ N9)의 전압 변동 값(A, B)은 전압 변동 값(A, B)으로 인해 발생되는 소모 전류 또는 동작 속도의 변화로 인한 수율 저하가 정상동작 에 영향을 끼치지 않는 범위내로 시뮬레이션(Simulation)을 통해 설정되는 값이다.The
상기 디코더(133)는 복수의 인버터(IV11 ~ IV13), 노아 게이트(NR11) 및 복수의 낸드 게이트(ND11, ND12)를 구비한다. 상기 디코더(133)는 상기 복수의 비교 신호(O ~ R)를 디코딩하여 상기 검출신호(S<1:3>, Sb<1:3>)를 출력하도록 구성된다.The
[표 1]TABLE 1
이때, PNH는 피모스 트랜지스터의 문턱전압(Vtp)과 엔모스 트랜지스터의 문턱전압(Vtn)이 모두 목표값에 비해 일정 수준 이상 높은 경우, PM은 Vtp가 목표값과 일정 수준 이상 차이가 나지 않는 경우를, PL은 Vtp가 목표값에 비해 일정 수준 이상 낮은 경우를 의미한다. NM은 Vtn이 목표값과 일정 수준 이상 차이가 나지 않는 경우를, NL은 Vtn이 목표값에 비해 일정 수준 이상 낮은 경우를 의미한다.At this time, PNH is when the threshold voltage (Vtp) of the PMOS transistor and the threshold voltage (Vtn) of the NMOS transistor are both higher than the target value by a certain level or more, PM is when Vtp does not differ from the target value by a certain level or more. PL denotes a case where Vtp is lower than the target value by a certain level or more. NM means that the Vtn is not different from the target value by a certain level or more, and NL means that Vtn is lower than the target value by a certain level or more.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전압 생성 회로의 동작을 표 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the voltage generation circuit according to the present invention configured as described above will be described with reference to Table 1.
먼저, 도 4를 참조하여 문턱 전압 검출 동작을 설명하기로 한다.First, a threshold voltage detection operation will be described with reference to FIG. 4.
문턱 전압 발생부(131)의 피모스 트랜지스터(MP1) 및 엔모스 트랜지스터(MN1) 즉, 능동 소자를 통해 제 1 문턱 전압(N1) 및 제 2 문턱 전압(N2)이 생성된다.The PMOS transistor MP1 and the NMOS transistor MN1 of the
상기 능동 소자를 통해 생성된 제 1 문턱 전압(N1) 및 제 2 문턱 전압(N2)은 동작 환경 변화를 반영하여 목표 값과는 다른 레벨로 변할 수 있다.The first threshold voltage N1 and the second threshold voltage N2 generated by the active element may change to a level different from a target value to reflect a change in an operating environment.
한편, 복수의 저항(R11 ~ R18) 즉, 수동 소자를 통해 생성된 복수의 범위 판단용 기준 전압(N3 ~ N9)은 상기 제 1 문턱 전압(N1) 및 제 2 문턱 전압(N2)의 변동 범위에 비해 훨씬 적은 범위내에서 변한다. 즉, 일정하게 유지된다고 볼 수 있다.On the other hand, a plurality of resistors (R11 ~ R18), that is, a plurality of range determination reference voltages (N3 ~ N9) generated through the passive element is the variation range of the first threshold voltage (N1) and the second threshold voltage (N2) It varies within a much smaller range. That is, it can be seen that it is kept constant.
차동 증폭기(OP11, OP12)는 제 2 문턱 전압(N2)과 범위 판단용 기준 전압(N9, N7)을 비교하고, 차동 증폭기(OP13, OP14)는 제 1 문턱 전압(N1)과 범위 판단용 기준 전압(N5, N3)을 비교하여 하이(H) 또는 로우(L) 값을 출력한다.The differential amplifiers OP11 and OP12 compare the second threshold voltage N2 and the reference voltages N9 and N7 for range determination, and the differential amplifiers OP13 and OP14 compare the first threshold voltage N1 and the range determination reference. The voltage (N5, N3) is compared to output a high (H) or low (L) value.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 차동 증폭기(OP11 ~ OP14)의 출력 값(O ~ R)을 통해 N1과 N2 즉, Vtp과 Vtn가 속한 범위를 알 수 있다. 즉, 반도체 소자 내에서 사용되는 트랜지스터의 문턱전압이 목표 값과 일정 수준 이내의 값인지, 아니면 목표 값에 비해 일정 수준 이상 높거나 낮은지를 검출할 수 있다.As shown in Table 1, the ranges to which N1 and N2, that is, Vtp and Vtn belong, can be known through the output values O to R of the differential amplifiers OP11 to OP14. That is, it is possible to detect whether the threshold voltage of the transistor used in the semiconductor device is within the target value and within a predetermined level or whether the threshold voltage is higher or lower than the target value by a predetermined level or more.
이와 같이, 문턱 전압 검출이 완료된 이후, 검출된 결과에 따라 내부 전압(VPERI)의 레벨을 조정하는 동작을 표 1을 참조하여 설명하기로 한다.As described above, after the threshold voltage detection is completed, an operation of adjusting the level of the internal voltage VPERI according to the detected result will be described with reference to Table 1.
예를 들어, Vtp과 Vtn가 모두 목표값에 비해 일정 수준 이상 높거나, 낮지 않은 경우(Vtp = Vtn = High 그리고 Vtp = Vtn = Low를 제외한 나머지 경우), 차동 증폭기(OP11 ~ OP14)의 출력 값(O ~ R)은 하이(H)와 로우(L)가 혼재되어 있다. 따라서 디코더(133)가 이를 디코딩하여 검출신호(S1 = L, S2 = H, S3 = L)를 출력한다.For example, if Vtp and Vtn are both above or below a certain level (excluding Vtp = Vtn = High and Vtp = Vtn = Low), then the output values of the differential amplifiers (OP11 to OP14) (O to R) are high (H) and low (L) mixed. Therefore, the
검출신호(S1 = L, S2 = H, S3 = L)에 따라 도 3의 전압 선택부(140)의 패스 게이트(PG2)가 턴 온 되고, 나머지 패스 게이트(PG1, PG3)는 턴 오프 된다.The pass gates PG2 of the
그에 따라 내부전압 생성부(150)가 분배 전압(VD)의 두 배에 해당하는 레벨을 갖는 내부 전압(VPERI) 즉, 노멀 레벨의 내부 전압(VPERI)을 생성한다.Accordingly, the
한편, Vtp과 Vtn가 모두 목표값에 비해 일정 수준 이상 높은 경우(Vtp = High, Vtn = High), 차동 증폭기(OP11 ~ OP14)의 출력 값(O ~ R)은 모두 로우(L)가 된다. 따라서 디코더(133)가 이를 디코딩하여 검출신호(S1 = H, S2 = L, S3 = L)를 출력한다.On the other hand, when both Vtp and Vtn are higher than the target value by a certain level (Vtp = High, Vtn = High), the output values O to R of the differential amplifiers OP11 to OP14 are all low (L). Therefore, the
검출신호(S1 = H, S2 = L, S3 = L)에 따라 도 3의 전압 선택부(140)의 패스 게이트(PG1)가 턴 온 되고, 나머지 패스 게이트(PG2, PG3)는 턴 오프 된다.The pass gates PG1 of the
그에 따라 내부전압 생성부(150)가 분배 전압(VE)의 두 배에 해당하는 레벨을 갖는 내부 전압(VPERI)을 생성한다. 즉, 노멀 레벨의 내부 전압(VPERI)에 비해 높은 레벨을 갖는 내부 전압(VPERI)을 생성한다.Accordingly, the
한편, Vtp과 Vtn가 모두 목표값에 비해 일정 수준 이상 낮은 경우(Vtp = Low, Vtn = Low), 차동 증폭기(OP11 ~ OP14)의 출력 값(O ~ R)은 모두 하이(H)가 된다. 따라서 디코더(133)가 이를 디코딩하여 검출신호(S1 = L, S2 = L, S3 = H)를 출력한다.On the other hand, when both Vtp and Vtn are lower than the target value by a certain level (Vtp = Low, Vtn = Low), the output values (O to R) of the differential amplifiers (OP11 to OP14) are all high (H). Therefore, the
검출신호(S1 = L, S2 = L, S3 = H)에 따라 도 3의 전압 선택부(140)의 패스 게이트(PG3)가 턴 온 되고, 나머지 패스 게이트(PG1, PG2)는 턴 오프 된다.The pass gates PG3 of the
그에 따라 내부전압 생성부(150)가 분배 전압(VC)의 두 배에 해당하는 레벨 을 갖는 내부 전압(VPERI)을 생성한다. 즉, 노멀 레벨의 내부 전압(VPERI)에 비해 낮은 레벨을 갖는 내부 전압(VPERI)을 생성한다.Accordingly, the
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not as restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
도 1은 종래의 기술에 따른 전압 생성 회로의 회로도,1 is a circuit diagram of a voltage generation circuit according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 전압 생성 회로의 블록도,2 is a block diagram of a voltage generation circuit according to the present invention;
도 3은 도 2의 전압 분배부, 전압 선택부 및 내부 전압 발생부의 회로도,3 is a circuit diagram of a voltage divider, a voltage selector, and an internal voltage generator of FIG. 2;
도 4는 도 2의 문턱 전압 검출부의 회로도이다.4 is a circuit diagram of the threshold voltage detector of FIG. 2.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110: 밴드 갭 레퍼런스 생성부 120: 전압 분배부110: band gap reference generator 120: voltage divider
130: 문턱 전압 검출부 140: 전압 선택부130: threshold voltage detector 140: voltage selector
150: 내부 전압 발생부 150: internal voltage generator
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |