KR20110108542A - 일정 기준 전류에 대해 면적을 줄일 수 있는 기준 전압 발생기 - Google Patents
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Abstract
회로 면적의 증대 없이 낮은 기준 전류를 확보할 수 있는 기준 전압 발생기에 대해 개시한다. 개시된 본 발명의 기준 전압 발생기는, 접지 전원단과 각각 연결되는 제 1 및 제 2 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터와 상기 접지 전원단 사이에 연결되는 저항을 포함하는 제 1 커런트 미러부, 및 상기 제 1 커런트 미러부와 전기적으로 연결되며, 전원 전압단과 연결되는 제 2 커런트 미러부를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터의 바디 전압이 서로 상이하다.
Description
본 발명은 기준 전압 발생기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 일정 기준 전류에 대해 면적을 줄일 수 있는 기준 전압 발생기에 관한 것이다.
일반적으로 높은 레벨의 전압을 조절하거나, 내부 전원을 발생시키기 위해서, 반도체 장치는 안정적으로 기준 전압을 발생시키는 기준 전압 발생기가 필요하다. 기준 전압 발생기는 외부 전원의 변화, 온도의 변화 및 공정상의 변화에 무관하게 일정 크기의 기준 전압을 안정적으로 출력할 수 있어야 한다.
현재 기준 전압 발생기로서 베타 멀티플라이어(β-multiplier) 방식이 이용되고 있으며, 베타 멀티플라이어 방식의 기준 전압 발생기는 도 1과 같다.
도 1을 참조하면, 베타 멀티플라이어 방식의 기준 전압 발생기(10)는 커런트 미러(Current mirror) 타입으로 연결된 두 쌍의 트랜지스터(M1,M2,M3,M4)를 포함한다.
제 1 및 제 2 트랜지스터(M1,M2)는 제 1 바이어스(Vbiasn)를 각각 게이트 입력으로 받고 있다. 제 1 트랜지스터(M1)는 그것의 드레인이 게이트와 연결되어 제 2 트랜지스터(M2)와 커런트 미러 형태를 취한다. 제 1 트랜지스터(M1)의 소오스는 접지 전압단(VSS)과 연결되고, 제 2 트랜지스터(M2)의 소오스는 접지 전압단(VSS)에 연결된 저항(R)에 접속된다.
제 3 및 제 4 트랜지스터(M3,M4)는 제 2 바이어스(Vbiasp)를 각각 게이트 입력으로 받고 있다. 제 4 트랜지스터(M3)는 그것의 소스와 게이트가 공통 접속되어 제 3 트랜지스터(M3)와 커런트 미러 형태를 취한다.
제 3 트랜지스터(M3)의 소스는 상기 제 1 트랜지스터(M1)의 드레인에 접속되고, 제 4 트랜지스터(M4)의 소스는 상기 제 2 트랜지스터(M2)의 드레인에 접속된다.
이와 같은 베타 멀티플라이어 방식의 기준 전압 발생기는 낮은 전력 소모(10)를 위해 낮은 기준 전류(Iref)를 확보하는 것이 관건이다.
여기서, 기준 전류(Iref)는 제 1 및 제 2 트랜지스터(M1,M2)의 소스 전류로서, 하기의 수학식 1에 의거하여, 상기 저항(R)의 크기를 증대시키면 낮은 기준 전류(Iref)를 확보할 수 있다.
그런데, 낮은 기준 전류(Iref)를 확보하기 위해, 저항(R)의 크기를 증대시키게 되면, 기준 전압 발생기의 회로 면적이 증대되는 문제점이 있다.
본 발명은 회로 면적의 증대 없이 낮은 기준 전류를 확보할 수 있는 기준 전압 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기준 전압 발생기는, 접지 전원단과 각각 연결되는 제 1 및 제 2 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터와 상기 접지 전원단 사이에 연결되는 저항을 포함하는 제 1 커런트 미러부, 및 상기 제 1 커런트 미러부와 전기적으로 연결되며, 전원 전압단과 연결되는 제 2 커런트 미러부를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 트랜지스터의 바디 전압이 서로 상이하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기준 전압 발생기는 접지 전원단에 접속되는 제 1 NMOS 트랜지스터, 상기 제 1 NMOS 트랜지스터와 커런트 미러를 이루도록 연결된 제 2 NMOS 트랜지스터, 상기 제 2 NMOS 트랜지스터와 상기 접지 전원 사이에 연결되는 저항, 상기 제 1 NMOS 트랜지스터 및 전원 전압단 사이에 연결되는 제 1 PMOS 트랜지스터, 및 상기 제 1 PMOS 트랜지스터와 커런트 미러를 이루도록 연결되며, 상기 제 2 NMOS 트랜지스터 및 상기 전원 전압단 사이에 연결되는 제 2 PMOS 트랜지스터로 구성되며, 상기 제 1 NMOS 트랜지스터 및 상기 제 2 NMOS 트랜지스터는 분리된 서로 다른 웰에 각각 형성된다.
본 발명에 의하면, 베타 멀티플라이어 기준 전압 발생기의 낮은 기준 전류를 확보하기 위하여, 저항과 마주하는 측의 NMOS 트랜지스터의 바디 전압을 선택적으로 높이므로써, 저항의 크기를 증대시키지 않고, 상대적으로 낮은 기준 전류를 확보할 수 있다.
나아가, 본 발명의 회로 구조에 따르면, 일정 기준 전류를 확보하고자 할때, 상대적으로 작은 값의 저항을 설계하면 되므로, 기준 전압 발생기의 면적을 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 베타 멀티플라이어 방식의 기준 전압 발생기를 보여주는 회로도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티플라이어 방식의 기준 전압 발생기를 보여주는 회로도, 및
도 3은 도 2의 제 1 및 제 2 트랜지스터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티플라이어 방식의 기준 전압 발생기를 보여주는 회로도, 및
도 3은 도 2의 제 1 및 제 2 트랜지스터의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 베타 멀티플라이어 타입의 기준 전압 발생기(100)는 제 1 내지 제 4 트랜지스터(M1-M4) 및 저항(R)을 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 트랜지스터(M1,M2)는 NMOS 트랜지스터로서, 제 1 바이어스(Vbiasn)를 게이트 전압으로 입력받는다. 제 1 트랜지스터(M1)는 게이트와 드레인이 공통 접속되어, 제 2 트랜지스터(M2)와 커런트 미러 형태를 취하고 있다. 제 1 트랜지스터(M1)의 소스는 접지 전압단(Vss)과 직접 접속되고, 제 2 트랜지스터(M2)의 소스는 저항(R)의 매개하에 접지 전압단(Vss)에 접속된다.
한편, 제 3 및 제 4 트랜지스터(M3,M4)는 PMOS 트랜지스터로서, 제 2 바이어스(Vbiasp)를 게이트 전압으로 입력받는다. 제 3 트랜지스터(M3)는 그것의 드레인에 전원 전압(VDD)이 입력되고, 그것의 소스에 제 1 트랜지스터(M1)의 드레인이 연결된다. 제 4 트랜지스터(M4)는 그것의 드레인에 전원 전압(VDD)이 입력되고, 소스는 게이트와 공통 연결되면서 제 2 트랜지스터(M2)의 드레인에 접속된다.
이와 같은 본 실시예의 베타 멀티플라이어 타입의 기준 전압 발생기는 면적의 증대 없이 낮은 기준 전류(Iref)를 확보하기 위해서, 제 1 트랜지스터(M1)의 바디와 제 2 트랜지스터(M2)의 소스를 전기적으로 연결한다.
다시 말해, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 트랜지스터(M1)의 바디에 해당하는 웰(W1)과 제 2 트랜지스터(M2)의 바디에 해당하는 웰(W2)을 소자 분리막(110)에 의해 분리하고, 제 1 트랜지스터(M1)의 바디 콘택(105)과 제 2 트랜지스터(M2)의 소스(S2)간을 전기적으로 연결한다. 도 2의 미설명 부호 G1은 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트, G2는 제 2 트랜지스터(M2)의 게이트, S1은 제 1 트랜지스터(M1)의 소스, D1은 제 1 트랜지스터(M1)의 드레인, D2는 제 2 트랜지스터(M2)의 드레인을 나타낸다.
여기서, 제 1 및 제 2 트랜지스터(M1,M2)의 웰(W1,W2)의 분리에 의해 낮은 기준 전류(Iref)가 확보되는 원리에 대해 설명하면 다음과 같다.
우선, 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압(VGS1) 즉, 문턱 전압(Vthn)은 다음의 식 2로 표현된다.
여기서, Vthno는 진성 반도체의 문턱 전압, γ는 몸체효과(body effect) 상수를 나타내고, φf는 일함수를 나타내고, VSB는 제 1 트랜지스터(M1)의 소스-바디 전압으로, 소스 전압(Vs)과 바디 전압(Vb)의 차로 표시될 수 있다. 한편, 몸체효과 상수(γ) 및 일함수(φf)는 하기의 식 3 및 4로 표현된다.
(εs: 실리콘 유전율, q : 전자의 전하량, 및 Cox : 게이트 캐패시턴스)
(k: 볼쯔만 상수, T:온도, Na : 기판의 불순물 농도, 및 ni : 실리콘의 진성 캐리어 농도)
즉, 상기 수학식 3 및 4에 따르면, 몸체효과 상수(γ) 및 일함수(φf)는 모스 트랜지스터의 형성 조건에 의해 일정 값이 정해진다. 이에 따라, 제 1 트랜지스터(M1)의 문턱 전압(Vthn)은 소스-바디 전압(VSB)의 함수로 나타낼 수 있다.
한편, 기준전압 발생기의 기준 전류(Iref)는 상기 수학식 1과 같으며, 기준 전류(Iref)를 낮추려면, 저항(R)을 증대시키거나, 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압(VGS1)을 감소시켜야 한다.
이때, 상술한 바와 같이 게이트-소스 전압(VGS1)은 소스-바디 전압(VSB)으로 표현될 수 있으므로, 제 1 트랜지스터(M1)의 바디 전압(VB)을 선택적으로 상승시킨다면, 제 1 트랜지스터(M1)의 소스-바디 전압(VSB)이 감소되어, 저항의 증대 없이 기준 전류(Iref)를 낮출 수 있게 된다.
즉, 본 실시예에서는 제 1 트랜지스터(M1)의 바디 전압(VB)을 제 2 트랜지스터(M2)의 바디 전압보다 선택적으로 높이기 위해, 제 1 트랜지스터(M1)의 바디에 해당하는 웰을 제 2 트랜지스터(M2)로부터 분리시킨 것이다.
이에 따라, 제 1 트랜지스터(M1)의 바디 전압만을 개별적으로 높이므로써, 상대적으로 낮은 제 1 트랜지스터(M1)의 게이트-소스 전압을 확보하여, 낮은 기준 전류(Iref)를 확보할 수 있다.
또한, 이를 다르게 해석하면, 동일 기준 전류(Iref)가 흐른다고 가정할 경우, 저항의 크기를 줄일 수 있어, 더욱 컴팩트된 기준 전압 발생기를 설계할 수 있다.
본 실시예에서는 제 1 트랜지스터(M1)의 바디 전압을 선택적으로 낮추기 위해, 제 1 트랜지스터(M1)의 바디와 저항(R)을 전기적으로 연결시켰지만, 여기에 한정하지 않고, 제 1 트랜지스터(M1)의 바디에 별도의 전원을 연결하여, 제 2 트랜지스터(M2)의 바디 전압보다 높여도 무방하다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 베타 멀티플라이어 기준 전압 발생기의 낮은 기준 전류를 확보하기 위하여, 저항과 마주하는 측의 NMOS 트랜지스터의 바디 전압을 선택적으로 높이므로써, 저항의 크기를 증대시키지 않고, 상대적으로 낮은 기준 전류(Iref)를 확보할 수 있다.
나아가, 상대적으로 낮은 값의 저항만으로도 일정한 기준 전류(Iref)를 확보할 수 있기 때문에, 기준 전압 발생기의 면적을 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다
100 : 기준 전압 발생기 101: 반도체 기판
105 : 바디 콘택 110 : 소자 분리막
105 : 바디 콘택 110 : 소자 분리막
Claims (10)
- 접지 전원단과 각각 연결되는 제 1 및 제 2 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터와 상기 접지 전원단 사이에 연결되는 저항을 포함하는 제 1 커런트 미러부; 및
상기 제 1 커런트 미러부와 전기적으로 연결되며, 전원 전압단과 연결되는 제 2 커런트 미러부를 포함하며,
상기 제 1 및 제 2 트랜지스터의 바디 전압이 서로 상이한 기준 전압 발생기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터의 바디는 상기 저항과 전기적으로 연결되는 기준 전압 발생기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터의 바디 전압은 상기 제 2 트랜지스터의 바디 전압보다 상대적으로 높은 기준 전압 발생기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 트랜지스터는 제 1 바이어스를 게이트 전압으로 공통 입력받는 기준 전압 발생기. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터의 게이트 및 드레인은 공통 접속되어 있는 기준 전압 발생기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 트랜지스터는 동일 타입의 트랜지스터인 기준 전압 발생기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 커런트 미러부는,
상기 제 1 트랜지스터와 전기적으로 접속되는 제 3 트랜지스터; 및
상기 제 2 트랜지스터와 전기적으로 접속되는 제 4 트랜지스터를 포함하는 기준 전압 발생기. - 접지 전원단에 접속되는 제 1 NMOS 트랜지스터;
상기 제 1 NMOS 트랜지스터와 커런트 미러를 이루도록 연결된 제 2 NMOS 트랜지스터;
상기 제 2 NMOS 트랜지스터와 상기 접지 전원 사이에 연결되는 저항;
상기 제 1 NMOS 트랜지스터 및 전원 전압단 사이에 연결되는 제 1 PMOS 트랜지스터; 및
상기 제 1 PMOS 트랜지스터와 커런트 미러를 이루도록 연결되며, 상기 제 2 NMOS 트랜지스터 및 상기 전원 전압단 사이에 연결되는 제 2 PMOS 트랜지스터로 구성되며,
상기 제 1 NMOS 트랜지스터 및 상기 제 2 NMOS 트랜지스터는 분리된 서로 다른 웰에 각각 형성되는 기준 전압 발생기. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 NMOS 트랜지스터가 형성되는 상기 웰의 전압이 상기 제 2 NMOS 트랜지스터가 형성되는 상기 웰 전압보다 상대적으로 높은 기준 전압 발생기. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 NMOS 트랜지스터의 웰은 상기 저항과 전기적으로 연결되는 기준 전압 발생기.
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