KR20120078857A - 전압 생성 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전압 생성 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성 장치는, 입력 전압을 소정의 승압률로 승압하여 승압 전압을 생성하는 승압 회로 및 입력 전압의 크기에 따라 소정의 승압률을 조절하는 펌프 레벨 제어부를 포함한다. 본 발명에 의하면 차지 펌프를 이용하여 입력 전압을 승압할 때, 입력 전압의 크기 및 생성하고자 하는 승압 전압을 고려하여 차지 펌프를 효율적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

전압 생성 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING VOLTAGE}
본 발명은 전압 생성 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집적회로 등에 공급할 승압 전압을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
집적회로 내부에는 외부에서 인가되는 전압보다 높은 전압을 필요로 하는 회로들이 있다. 예를 들어, DRAM 내부에서 워드라인(Word Line)을 구동하는 워드라인 구동회로가 대표적이다. 따라서 외부에서 인가되는 입력 전압보다 높은 전압을 발생시키기 위해 승압 회로가 필요하다.
승압 회로의 가장 대표적인 예는 1개의 다이오드(Diode) 형태의 트랜지스터와 1개의 커패시터(Capacitor)를 직렬 연결하여 구성되는 펌프 유닛(Pump Unit)을 포함하는 차지 펌프(Charge Pump) 회로이다. 차지 펌프 회로는 구성이 비교적 간단하여 집적회로 분야에서 널리 이용되고 있다.
차지 펌프에서는 펌프 유닛 1개 마다 일정 량의 전압을 승압할 수 있으며, 바람직한 승압 전압을 얻기 위해서 복수 개의 펌프 유닛이 이용될 수 있다. 즉, 차지 펌프에 포함되는 펌프 유닛의 수가 증가할수록 차지 펌프에 의하여 생성되는 승압 전압은 높아진다. 반면에, 펌프 유닛의 수가 증가할수록 차지 펌프의 효율은 감소한다. 따라서, 복수의 펌프 유닛을 포함하는 차지 펌프에서, 바람직한 승압 전압을 생성하면서도 차지 펌프의 효율을 높일 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명은 차지 펌프를 이용하여 입력 전압을 승압할 때, 입력 전압의 크기 및 생성하고자 하는 승압 전압을 고려하여 차지 펌프를 효율적으로 제어할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전압 생성 장치에 있어서, 입력 전압을 소정의 승압률로 승압하여 승압 전압을 생성하는 승압 회로 및 입력 전압의 크기에 따라 소정의 승압률을 조절하는 펌프 레벨 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 차지 펌프를 이용하여 입력 전압을 승압할 때, 입력 전압의 크기 및 생성하고자 하는 승압 전압을 고려하여 차지 펌프를 효율적으로 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 통상적으로 사용되는 승압 회로의 구조를 나타내는 블록도.
도 2는 도 1의 펌프 제어부(114)의 회로 구성의 일 실시예를 나타내는 회로도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 펌프 레벨 제어부(318)의 구성을 나타내는 회로도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 통상적으로 사용되는 승압 회로의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 승압 회로는 차지 펌프(112) 및 펌프 제어부(114)를 포함한다.
차지 펌프(112)는 입력 전압(V_CC)을 복수의 펌프 유닛(102 내지 110)을 이용하여 승압하여 승압 전압(V_PUMP)을 생성한다. 복수의 펌프 유닛(102 내지 110)은 공지된 형태의 다양한 펌프 회로, 예를 들어 딕슨 차지 펌프(dickson charge pump), 4상 차지 펌프(four chase charge pump), 크로스 커플드 차지 펌프(cross coupled charge pump)등으로 구현될 수 있다.
펌프 제어부(114)는 차지 펌프(112)에 의해 생성된 승압 전압(V_PUMP)의 크기에 따라 차지 펌프(112)의 동작을 제어한다. 즉, 펌프 제어부(114)는 차지 펌프(112)에 의해 생성된 승압 전압(V_PUMP)이 요구되는 기준 전압(V_EN)보다 작은 경우 오실레이션 신호(OSC)를 생성하여 차치 펌프(112)의 펌프 동작이 계속되도록 한다.
도 2는 도 1의 펌프 제어부(114)의 회로 구성의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 2에 나타난 바와 같이 펌프 제어부(114)에 입력된 승압 전압(V_PUMP)을 직렬 연결된 2개의 저항을 이용하여 분배한다. 분배된 승압 전압은 비교기(202)에 입력된다.
비교기(202)는 분배된 승압 전압과 기준 전압(V_EN)을 비교하며, 분배된 승압 전압이 기준 전압(V_EN)보다 작은 경우 활성화 신호(PUMP_EN)를 출력한다. 클럭 드라이버(204)는 활성화 신호(PUMP_EN)가 입력되면 기준 클럭(CLK)에 따라 오실레이션 신호(OSC)를 생성한다. 생성된 오실레이션 신호(OSC)는 차지 펌프(112)에 입력되어 차지 펌프(112)를 동작시킨다.
다시 도 1을 참조하여 통상적으로 사용되는 차지 펌프의 승압 원리를 설명한다. 예를 들어, 도 1과 같이 차지 펌프(112)가 5개의 펌프 유닛(102 내지 110)을 포함하는 경우, 제i번째 펌프 유닛은 제i-1번째 펌프 유닛의 출력 전압을 펌핑한다. 출력 전압은 하나의 펌프 유닛을 거칠 때마다 이상적으로는 각 펌프 유닛에 공급되는 입력 전압(V_CC)만큼 커진다. 따라서, n개의 펌프 유닛을 포함하는 차지 펌프에 입력되는 입력 전압(V_CC)은 일반적으로 (n+1)×V_CC의 전압으로 승압된다. 즉, 차지 펌프에 포함되는 펌프 유닛의 개수가 증가할수록 생성되는 승압 전압의 크기도 커진다.
하지만 각 펌프 유닛에서 발생하는 바디 효과(body effect), 펌핑 손실 등으로 인하여 승압 전압의 실제 크기는 (n+1)×V_DD 보다 낮게 나타난다. 이러한 승압 전압의 손실은 펌프 유닛의 개수가 증가할수록 커진다. 다시 말해, 차지 펌프에 포함되는 펌프 유닛의 개수가 증가할수록 차지 펌프의 효율은 낮아진다.
이렇게 복수의 펌프 유닛을 포함하는 차지 펌프를 사용하는 집적회로에서, 요구되는 승압 전압(V_PUMP)에 대하여 입력 전압(V_CC)의 범위가 달라질 수 있다. 예를 들어, 요구되는 승압 전압이 28V이고, 입력 전압(V_CC)이 2.7~3.6V의 범위를 갖는 집적회로가 10개의 펌프 유닛을 포함하는 승압 회로를 사용한다고 가정한다. 만약 2.7V의 입력 전압(V_CC)이 입력되면, 이 승압 회로는 (10+1)×2.7=29.7V의 승압 전력을 생성할 수 있다.
그런데 이 승압 회로에 3.6V의 입력 전압이 입력되면, 이 승압 회로는 (10+1)×3.6=39.6V의 승압 전압을 생성하게 되는데, 이는 요구되는 승압 전압의 크기(28V)보다 휠씬 큰 것이다. 이러한 경우 불필요한 펌프 유닛의 사용으로 인하여 집적회로의 전류 소모가 증가하게 된다. 따라서 입력 전압이 3.6V인 경우 10개 중 7개의 펌프 유닛만을 사용한다면, (7+1)×3.6=28.8V의 승압 전압을 얻으면서 차지 펌프의 효율도 높일 수 있을 것이다.
본 발명은 이와 같은 점에 착안한 것으로, 입력 전압의 크기에 따라 승압 회로의 승압률을 조절함으로써, 요구되는 승압 전압을 얻으면서 승압 회로의 효율도 높일 수 있는 전압 생성 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성 장치는 차지 펌프(312), 펌프 레벨 제어부(314), 다중화부(316), 펌프 제어부(318)를 포함한다. 차지 펌프(312)는 하나 이상의 펌프 유닛을 포함할 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에서 차지 펌프(312)는 제1 펌프 유닛(302) 내지 제5 펌프 유닛(310)의 5개 펌프 유닛을 포함한다.
도 3에 나타난 차지 펌프(312) 및 펌프 제어부(318)의 동작은 도 1 및 도 2를 통해 설명한 바와 같다. 즉, 차지 펌프(312)는 입력 전압(V_CC)을 승압하여 승압 전압(V_PUMP)을 생성하며, 펌프 제어부(318)는 차지 펌프(312)에 의해 생성된 승압 전압(V_PUMP)의 크기에 따라 차지 펌프(312)의 동작을 제어한다.
펌프 레벨 제어부(314)는 입력 전압(V_CC)의 크기에 따라 차지 펌프(312)의 승압률을 조절한다. 본 발명의 일 실시예에서, 펌프 레벨 제어부(314)는 입력 전압(V_CC)을 기준 전압(V_REF1, V_REF2)과 비교하고, 비교 결과에 따라 활성화 신호(EN_4, EN_5)를 생성하여 차지 펌프(312)의 승압률을 조절한다. 활성화 신호(EN_4, EN_5)는 각각 제4 펌프 유닛(308) 및 제5 펌프 유닛(310)의 동작을 제어함으로써 차지 펌프(312)의 승압률을 조절한다. 펌프 레벨 제어부(314)의 구성은 도 4를 통해 후술한다.
다중화부(316)는 펌프 레벨 제어부(314)가 차지 펌프(312)의 승압률을 조절함에 따라 생성되는 서로 다른 승압 전압 중 어느 하나를 선택하여 출력한다. 본 발명의 일 실시예에서, 다중화부(316)는 제3 펌프 유닛(306)에서 출력된 승압 전압(V_3), 제4 펌프 유닛(308)에서 출력된 승압 전압(V_4), 제5 펌프 유닛(310)에서 출력된 승압 전압(V_5) 중 하나를 선택하여 최종 승압 전압(V_PUMP)으로 출력한다. 이 때 다중화부(316)는 펌프 레벨 제어부(314)에 의해 생성된 활성화 신호(EN_4, EN_5)에 의하여 제어될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 펌프 레벨 제어부(318)의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 레벨 제어부(314)는 두 개의 비교기(402, 404)를 포함한다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 레벨 제어부(314)가 제4 펌프 유닛(308) 및 제5 펌프 유닛(310) 만을 제어하기 때문이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 펌프 레벨 제어부(314)는 이보다 많거나 적은 수의 펌프 유닛을 제어할 수 있으며, 그에 따라서 펌프 레벨 제어부(314)에 포함되는 비교기의 수도 달라질 수 있다.
비교기(402)는 입력 전압(V_CC)이 기준 전압(V_REF1)보다 작을 경우 활성화 신호(EN_4)를 출력한다. 그리고 비교기(404)는 입력 전압(V_CC)이 기준 전압(V_REF2)보다 작을 경우 활성화 신호(EN_5)를 출력한다. 이 때 V_REF1은 V_REF2보다 큰 값이다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 전압 생성 방법을 설명한다.
5개의 펌프 유닛(302 내지 310)을 포함하는 차지 펌프(312)는 입력 전압(V_CC)을 승압하는데, 이 때 입력 전압(V_CC)은 고정된 값이 아니라 일정 범위 내에서 변하는 값이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 승압 회로는 입력 전압(V_CC)이 상대적으로 높을 때는 제1 펌프 유닛(302), 제2 펌프 유닛(304), 제3 펌프 유닛(306)만을 이용하여 입력 전압(V_CC)을 승압한다. 만약 입력 전압(V_CC)이 상대적으로 낮을 때에는, 위 3개의 펌프 유닛 외에 제4 펌프 유닛(308), 제5 펌프 유닛(310)을 추가적으로 이용함으로써 요구되는 승압 전압을 얻을 수 있다.
펌프 레벨 제어부(314)는 입력 전압(V_CC)을 기준 전압(V_REF1, V_REF2)과 비교한다. 만약 입력 전압(V_CC)이 기준 전압(V_REF1, V_REF2)보다 크다면 3개의 펌프 유닛(302 내지 306)만으로도 승압이 가능하므로, 펌프 레벨 제어부(314)는 활성화 신호를 출력하지 않는다. 이에 따라 차지 펌프(312)는 3개의 펌프 유닛(302 내지 306)을 이용하여 승압 전압(V_3)을 생성하고, 생성된 V_3은 다중화부(316)에 의해 선택되어 V_PUMP로 출력된다.
만약 입력 전압(V_CC)이 V_REF2보다는 크고 V_REF1보다는 작은 값인 경우, 펌프 레벨 제어부(314)는 활성화 신호(EN_4)를 출력한다. 활성화 신호(EN_4)에 의해 3개의 펌프 유닛(302 내지 306)에 이어서 제4 펌프 유닛(308)도 동작하며, 차지 펌프(312)는 승압 전압(V_4)을 생성한다. V_4는 다중화부(316)에 의해 선택되어 V_PUMP로 출력된다.
만약 입력 전압(V_CC)이 V_REF1, V_REF2보다 작은 값은 경우, 펌프 레벨 제어부(314)는 활성화 신호(EN_4, EN_5)를 출력한다. 활성화 신호(EN_4, EN_5)에 의해 3개의 펌프 유닛(302 내지 306)에 이어서 제4 펌프 유닛(308), 제5 펌프 유닛(310)도 동작하며, 차지 펌프(312)는 승압 전압(V_5)을 생성한다. V_5는 다중화부(316)에 의해 선택되어 V_PUMP로 출력된다.
다중화부(316)에 의해 출력된 V_PUMP는 펌프 제어부(318)로 입력되고, 펌프 제어부(318)는 V_PUMP가 요구되는 전압 값을 만족할 때까지 차지 펌프(312)를 동작시킨다.
도 3 및 도 4를 통해 설명한 본 발명의 일 실시예에서 차지 펌프(312)는 5개의 펌프 유닛(302 내지 310)을 포함하며, 펌프 레벨 제어부(314)는 제4 펌프 유닛(308) 및 제5 펌프 유닛(310)만을 제어한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 차지 펌프는 5보다 많거나 적은 수의 펌프 유닛을 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 다른 실시예에서 펌프 레벨 제어부는 2보다 많거나 적은 수의 펌프 유닛의 동작을 제어할 수 있으며, 이에 따라서 펌프 레벨 제어부의 회로 구성도 도 4와 달라질 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (10)

  1. 입력 전압을 소정의 승압률로 승압하여 승압 전압을 생성하는 승압 회로; 및
    상기 입력 전압의 크기에 따라 상기 소정의 승압률을 조절하는 펌프 레벨 제어부를
    포함하는 전압 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승압 회로는
    복수의 펌프 유닛을 포함하는 차지 펌프를 포함하고,
    상기 펌프 레벨 제어부는
    상기 복수의 펌프 유닛 중 적어도 하나의 동작을 제어함으로써 상기 소정의 승압률을 조절하는 전압 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 펌프 레벨 제어부는
    상기 입력 전압과 제1 기준 전압의 비교 결과에 따라 활성화 신호를 생성하고, 상기 활성화 신호를 이용하여 상기 복수의 펌프 유닛 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 전압 생성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펌프 레벨 제어부는
    상기 입력 전압이 상기 제1 기준 전압보다 낮은 경우, 상기 활성화 신호를 생성하는 전압 생성 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 승압 회로는
    상기 승압 전압의 크기에 따라 상기 차지 펌프의 동작을 제어하는 펌프 제어부를
    더 포함하는 전압 생성 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 펌프 제어부는
    상기 승압 전압의 크기가 제2 기준 전압보다 낮은 경우 상기 차지 펌프가 동작하도록 제어하는 전압 생성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 승압률에 따라 생성되는 서로 다른 승압 전압 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 다중화부를 더 포함하는 전압 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다중화부는
    상기 펌프 레벨 제어부에 의하여 생성되는 활성화 신호에 의하여 제어되는 전압 생성 장치.
  9. 입력 전압을 소정의 승압률로 승압하여 제1 승압 전압을 생성하는 제1 승압 회로;
    활성화 신호에 따라 상기 제1 승압 전압을 추가적으로 승압하여 제2 승압 전압을 생성하는 제2 승압 회로;
    상기 입력 전압과 제1 기준 전압의 비교 결과에 따라 상기 활성화 신호를 생성하는 펌프 레벨 제어부; 및
    상기 제2 승압 전압의 크기에 따라 상기 제1 승압 회로 및 상기 제2 승압 회로의 동작을 제어하는 펌프 제어부를
    포함하는 전압 생성 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 승압 회로 또는 상기 제2 승압 회로는
    1 이상의 펌프 유닛을 포함하는 차지 펌프를 각각 포함하는 전압 생성 장치.
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