KR20130066266A - 부하변동 특성 향상을 위한 전압공급 회로 및 출력전압 공급 방법 - Google Patents

부하변동 특성 향상을 위한 전압공급 회로 및 출력전압 공급 방법 Download PDF

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KR20130066266A
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조민형
김이경
노태문
양우석
권종기
김종대
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 전하펌프(Charge Pump)를 이용한 전압공급 회로에 관한 것으로, 전하펌프의 동작 전원전압을 레귤레이터를 통해 공급받는 경우 전하펌프 전압발생기의 부하 변동에 따른 전하펌프 출력전압 변동 특성(Load Regulation)을 향상시키기 위한 회로이다. 본 발명에 따른 전압공급 회로는 전하펌프 출력 전압 변화를 전하펌프 전원공급 레귤레이터에 피드백 시키는 구조를 갖는다. 전하펌프의 전원전압을 변동시켜 전하펌프 출력전압 변동을 보상함에 의해 Load Regulation 특성이 능동적으로 향상된다.

Description

부하변동 특성 향상을 위한 전압공급 회로 및 출력전압 공급 방법{Voltage regulator with improved load regulation and voltage regulating method}
본 발명은 전압공급 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로 부하 변동에 따른 전하펌프 출력전압의 변동을 최소화 또는 줄일 수 있는 부하변동 특성 향상을 위한 전압공급 회로 및 출력전압 공급 방법에 관한 것이다.
전압공급 회로는 전하펌프를 채용할 수 있다.
전하펌프는 특정 전압을 다른 값의 전압으로 변환하는 일종의 DC-DC 변환회로이다. 전형적인 전하펌프는 인덕터를 포함함이 없이 커패시터를 채용한다. 상기 전하펌프는 커패시터에 충전된 전하를 다음 단의 커패시터에 전달하는 동작을 수행함에 의해 변환된 전압을 생성한다.
상기 전하펌프는 반도체 칩 내부에서 칩에 공급되는 전원전압 범위 이상의 전압, 즉 칩에 공급되는 전원전압보다 높은 전압 또는 네거티브(Negative)전압을 생성 및 공급하기 위한 회로로서 주로 사용되고 있다.
전하펌프에 입력되는 전하펌프 전원전압은 전압 레귤레이터에서 일반적으로 생성된다. 상기 전하펌프는 클럭에 따라 상기 전하펌프 전원전압을 전하 펌핑하여 전하펌프 출력전압을 생성한다.
상기 전하펌프의 출력단에 연결된 부하는 변동이 심할 수 있다. 예를 들어, 급작스런 부하의 변동이나 또는 부하에 스위칭 회로등이 포함되어 있어 주기적인 부하 변동이 큰 경우가 발생될 수 있다.
부하의 변동이 심할 경우에 순간적으로 전하펌프의 출력전압이 떨어지게 된다. 따라서, 이를 보다 효율적으로 보상하기 위한 개선된 대책이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 부하 변동에 따른 전하펌프 출력전압의 변동을 최소화 또는 줄일 수 있는 부하변동 특성 향상을 위한 전압공급 회로 및 출력전압 공급 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전하펌프 출력전압의 변동을 능동적으로 보상할 수 있는 개선된 전압공급 회로 및 출력전압 공급 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예의 일 양상에 따른 전압공급 회로는,
외부 전원전압을 받아 기준전압과 피드백 전압의 비교에 따른 전하펌프 전원전압을 생성하는 전압 레귤레이터; 및
클럭에 따라 상기 전하펌프 전원전압을 전하 펌핑하여 전하펌프 출력전압을 생성하는 전하펌프를 구비하되,
상기 전하펌프는 상기 전압 레귤레이터와 연결된 피드백 라인을 통해 상기 전하펌프 출력전압을 상기 전압 레귤레이터로 피드백한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전하펌프 출력전압이 부하변동에 따라 변동될 경우에 상기 피드백 전압이 변동되어 상기 전하펌프 출력전압의 변동이 보상되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 기준전압은 밴드갭 레퍼런스 회로로부터 생성되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전압 레귤레이터는 전압제어 전류소스 회로를 더 포함하여 상기 피드백 전압을 상기 전압제어 전류소스 회로의 출력에 의존하여 얻는 것일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 피드백 전압은 상기 전압제어 전류소스 회로의 출력단과 상기 전하펌프 전원전압이 일정 비로 분압되어 나타나는 분압단의 교차점에서 얻어지는 전압일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 피드백 라인은 상기 전압제어 전류소스 회로의 입력단과 상기 전하펌프의 전하펌프 출력전압 출력단 사이에 연결될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예의 다른 양상에 따른 전압공급 회로는,
외부 전원전압을 받아 기준전압과 피드백 전압의 비교에 따른 전하펌프 전원전압을 생성하는 전압 레귤레이터; 및
클럭에 따라 상기 전하펌프 전원전압을 전하 펌핑하여 전하펌프 출력전압을 부하에 제공하는 딕슨 타입의 전하펌프를 구비하되,
상기 전하펌프는 상기 전압 레귤레이터와 연결된 피드백 라인을 통해 상기 전하펌프 출력전압을 상기 전압 레귤레이터로 피드백한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전압 레귤레이터는,
상기 기준전압과 상기 피드백 전압을 비교하여 비교 출력을 생성하는 비교기;
상기 비교 출력에 따라 상기 외부 전원전압을 구동하여 상기 전하펌프 전원전압을 생성하는 구동 트랜지스터;
상기 전하펌프 전원전압을 설정된 저항 비에 따라 분압하여 상기 피드백 전압을 생성하는 분압 저항부; 및
상기 피드백 라인을 통해 수신되는 상기 전하펌프 출력전압에 따라 제어되는 피드백 전류를 생성하고 이를 상기 분압 저항부의 분압단에 인가하는 전압제어 전류소스 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 기준전압은 상기 외부 전원전압의 변동에 무관하게 전압을 생성하는 밴드갭 레퍼런스 회로로부터 생성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전압제어 전류소스 회로는,
상기 전하펌프 출력전압과 제어 피드백 전압을 비교하여 제어 출력을 생성하는 비교기;
상기 제어 출력에 공통으로 응답하여 상기 외부 전원전압을 구동하는 제1,2 트랜지스터; 및
상기 제1 트랜지스터와 접지간에 연결되어 상기 제어 피드백 전압을 결정하는 저항을 포함하며,
상기 제2 트랜지스터로부터 상기 피드백 전류가 공급될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전하펌프 출력전압이 상기 부하의 변동에 따라 변동될 경우에 상기 피드백 라인에 의해 상기 피드백 전압이 변동되어 상기 전하펌프 출력전압의 변동이 보상될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1,2 트랜지스터는 모오스 전계효과 트랜지스터일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전압 레귤레이터는,
상기 전하펌프 출력전압이 낮아질 때 상기 전하펌프 전원전압을 높일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전압 레귤레이터는,
상기 전하펌프 출력전압이 높아질 때 상기 전하펌프 전원전압을 낮출 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예의 또 다른 양상에 따라, 전하펌프를 이용하여 부하에 전하펌프 출력전압을 공급하는 방법은,
외부 전원전압을 받아 기준전압과 피드백 전압의 비교에 따른 전하펌프 전원전압을 생성하고;
클럭에 따라 상기 전하펌프 전원전압을 전하 펌핑하여 상기 전하펌프 출력전압을 생성하고;
상기 전하펌프 출력전압이 상기 전하펌프 전원전압의 생성에 영향을 미치도록 피드백을 수행하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전하펌프 출력전압이 상기 부하의 변동에 따라 낮아질 때 상기 전하펌프 전원전압을 높게 생성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전하펌프 출력전압이 상기 부하의 변동에 따라 높아질 때 상기 전하펌프 전원전압을 낮게 생성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 전하펌프 전원전압을 전하 펌핑하는 것은 딕슨 타입의 전하펌프를 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 피드백의 수행은 상기 피드백 전압을 상기 부하의 변동에 따라 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 부하는 반도체 메모리 소자의 구동에 사용되는 부하일 수 있다.
본 발명의 실시 예적인 구성에 따르면, 피드백 루프를 통해 전하펌프 출력전압의 변동을 능동적으로 보상하므로 부하 변동에 따른 전하펌프 출력전압의 변동이 최소화 또는 줄어든다.
도 1은 전형적인 딕슨(Dickson)타입 전하펌프의 회로도,
도 2는 도 1의 회로에 부하가 연결된 경우를 나타낸 회로도,
도 3은 컨벤셔날 기술에 따른 전압공급 회로도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전압공급 회로도,
도 5는 도 4의 구현 예에 따른 회로도, 및
도 6은 도 5중 전압제어 전류소스 회로의 구체적 예시도.
위와 같은 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은, 이해의 편의를 제공할 의도 이외에는 다른 의도 없이, 개시된 내용이 보다 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 소자 또는 부품들이 대상 소자 블록에 연결된다 라고 언급된 경우에 그것은 직접적인 연결뿐만 아니라 어떤 다른 소자를 통해 대상 소자 블록에 간접적으로 연결된 의미까지도 포함한다.
또한, 각 도면에서 제시된 동일 또는 유사한 참조 부호는 동일 또는 유사한 구성 요소를 가급적 나타내고 있다. 일부 도면들에 있어서, 소자 및 라인들의 연결관계는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 나타나 있을 뿐, 타의 소자나 전자적 회로 블록들이 더 구비될 수 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함될 수 있으며, 전하펌프의 기본적 형태, 제조 및 동작에 대한 기본적 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 상세히 설명되지 않음을 유의(note)하라.
먼저, 본 발명의 실시 예에 대한 보다 철저한 이해를 제공하기 위한 의도 외에는 다른 의도 없이, 도 1 내지 도 3을 참조로 컨벤셔날 기술에 따른 전하펌프 및 전하펌프를 채용하는 전압공급 회로가 설명될 것이다.
도 1은 전형적인 딕슨(Dickson)타입 전하펌프의 회로도이다.
딕슨 타입 전하펌프는 다이오드와 커패시터를 기본 셀로서 구비한다. 여기서, 다이오드는 전하의 전달 방향을 결정하는 스위치 역할을 한다. 상기 전하펌프는 상기 기본 셀을 캐스케이드(Cascade)형태로 복수의 스테이지로서 연결한 형태를 가진다. 전하펌프의 펌핑은 커패시터들을 교대로 서로 반대 페이즈(phase)를 갖는 클럭 신호(CK,CKB)로써 구동함에 의해 달성된다.
여기서, 전하펌프의 입력전압 VDD , CP, 클럭전압 VCK, 출력전압 VOUT , CP 사이에는 다음의 수학식 1과 같은 관계가 나타난다.
Figure pat00001
위의 수학식 1에서 VD , TH는 전하전달 스위치로 사용되는 다이오드의 forward turn-on 전압이고, N은 cascade로 연결된 전하펌프 셀의 단 수 이다. 상기 수학식 1의 관계에서 알 수 있듯이 전하펌프의 출력전압은 전하펌프의 입력전압 VDD , CP, 클럭전압 VCK, 전하펌프 셀의 단(Stage) 수 N, 그리고 스위치로 사용된 다이오드의 forward turn-on 전압 VD , TH에 의해서 결정된다. 그런데, VD , TH의 경우 소자 특성에 의해 고정된 값으로 회로 동작 시 바뀔 수 없는 값이고, 전하펌프에 사용되는 스위치 회로의 개선을 통해 의해 VD , TH에 해당하는 값이 많이 작아졌다. 그리고 일반적으로 전하펌프에 사용되는 클럭의 전압 VCK는 전하펌프의 전원전압 VDD , CP와 일치되므로, 이러한 경우 수학시 1의 관계가 아래의 수학식 2의 형태로 간단하게 된다.
Figure pat00002
즉 고정된 전하전달 스위치의 trun-on 전압을 고려하면 전하펌프의 출력전압은 전하펌프의 전원전압과 전하펌프의 단(stage)수에 의해 결정되게 된다.
그런데 도 1의 전하펌프에 도 2와 같이 부하(Iload)가 연결되고, 전하펌프가 fCLK(=1/TCLK)의 주파수로 동작하는 경우 전하펌프에서 부하로 공급되는 부하전류 IL을 고려한 steady-state에서의 전하펌프 출력전압은 수학식 3과 같이 된다.
Figure pat00003
즉 전하펌프의 출력에 연결된 부하에 의해 steady-state 상태에서의 전압이 전하펌프에 사용된 커패시터 CCP, 부하전류 IL 그리고 동작주파수 fCLK에 의해 정해지는 전압만큼 떨어지게 된다.
도 2는 도 1의 회로에 부하가 연결된 경우를 나타낸 회로이다.
또한, 도 3은 컨벤셔날 기술에 따른 전압공급 회로도이다.
통상 반도체 칩의 경우 동작 전원전압이 기준 전원전압 ±10% 범위 내에서 동작하도록 설계되나, 특별한 경우 동작 전원전압이 1.6V ~ 3.6V 와 같이 통상적인 전원전압 범위를 벗어난 넓은 전원전압 조건에서 동작하도록 요구되는 칩이 요구되기도 한다. 그런데 이러한 넓은 전원전압 범위에서 동작하는 가변 전원전압 칩에서 일정한 전압을 요구하게 되는데, 그 요구되는 일정한 전압이 칩의 전원전압 범위를 벗어나는 경우가 있다. 따라서, 도 3에서 보여지는 바와 같이, 전하펌프(30)와, 칩 에 인가되는 전원전압의 변화와 관계없이 일정한 기준전압 신호를 발생하는 BGR(Bandgap Reference)회로(10), 및 상기 전하펌프(30)를 동작시키기 위한 전원전압을 전압 레귤레이터(20)를 포함하는 전압공급 회로가 채용된다. 여기서, 상기 전압 레귤레이터(20)는 LDO(Low DropOut regulator) 등과 같은 레귤레이터(Regulator)가 될 수 있다.
상기 전압 레귤레이터(20)를 통해 전하펌프(30)에 공급되는 전원전압은 BGR 전압(VBGR)에 근거하여 결정된다.
도 3에서, 전하펌프(30)에 공급되는 전원전압 VDD , CP와 BGR 기준전압 VBGR과는 수학식 4와 같이 선형적인 관계를 갖게 된다.
Figure pat00004
전하펌프를 이용한 전원공급 회로에 부하가 연결된 경우 그 부하의 특성에 따라 전하펌프 전원공급회로의 출력신호 특성이 달라지게 된다. 이 관계는 위의 수학식 3으로 부터 확인할 수 있다.
전하펌프에서 부하에 공급해야 하는 전류(IL)가 작은 경우는 전하펌프의 출력전압이 이상적인 값과의 차이가 적게 되나, 부하에 공급해야 하는 전류(IL)가 큰 경우는 부하 전류 공급으로 인한 전압감소가 커져서 출력전압의 오차가 커지게 된다.
부하전류가 커서 출력전압의 감소가 커지는 경우 이를 보완하여 위해서는 전하펌프에서 전하 전달량을 크게 하여 부하로의 전류공급 능력을 늘림으로써 해결 할 수 있다.
전하펌프의 전하 전달량을 크게 하기 위해서 전형적으로 다음의 방법들이 사용되어 왔다.
첫째로, 전하펌프에 사용되는 커패시터의 크기를 크게 하여 전달되는 전하량을 크게 하는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 칩의 크기가 동시에 커져야 하므로 면적 효율이 떨어지는 문제가 있다.
둘째로, 전하펌프의 동작 주파수를 높여 전하 전달량을 크개 하는 방법이 있다. 예를 들어 대한민국에 등록된 선행 특허 10-2008-0112518(차지펌프를 포함하는 부스팅 전압 발생기 및 그 방법)가 개시되어 있다. 상기 선행특허에서는 서로 반대 페이즈로 동작하는 2개의 전하펌프가 병렬로 출력에 연결된다. 실질적인 커패시터의 크기는 2배로 되고, 두 페이즈를 모두 사용하기 위해 실질적인 동작 주파수도 2배로 된다.
전하펌프의 출력에 연결된 부하의 변동이 심한 경우, 즉 급작스런 부하의 변동이나 또는 부하에 스위칭 회로등이 포함되어 있어 주기적인 부하 변동이 큰 경우 순간적으로 전하펌프의 출력전압이 떨어지게 된다. 따라서, 이를 보상하기 위해 출력 부하의 변동에 따라 전하펌프의 동작 주파수를 항상 변화시켜야 함을 알 수 있다.
본 발명의 실시 예의 경우에는 전하펌프의 동작 주파수를 일일이 변경제어함이 없이도, 부하 변동에 따른 전하펌프의 출력전압 변동을 능동적으로 보상하기 위해, 도 4와 같은 회로 구조를 가진다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전압공급 회로도이고, 도 5는 도 4의 구현 예에 따른 회로도이다. 또한, 도 6은 도 5중 전압제어 전류소스 회로의 구체적 예시도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 전압 레귤레이터(20)와 전하펌프(30)를 포함하는 전압공급 회로의 구조가 보여진다.
상기 전압 레귤레이터(20)는 외부 전원전압을 받아 기준전압과 피드백 전압의 비교에 따른 전하펌프 전원전압을 생성한다.
상기 전하펌프(30)는 클럭에 따라 상기 전하펌프 전원전압을 전하 펌핑하여 전하펌프 출력전압을 생성한다.
도 4에서, 상기 전하펌프(30)는 상기 전압 레귤레이터(20)와 연결된 피드백 라인(L10)을 통해 상기 전하펌프 출력전압(Vout)을 상기 전압 레귤레이터(20)로 피드백한다.
따라서, 상기 전하펌프 출력전압이 부하변동에 따라 변동될 경우에 상기 피드백 전압이 변동되어 상기 전하펌프 출력전압의 변동이 보상된다.
상기 전압 레귤레이터(20)에 인가되는 기준전압은 밴드갭 레퍼런스 회로(10)로부터 생성된다.
결국, 도 4는 도 3의 회로 구조에 더하여 전하펌프의 출력전압을 전압 레귤레이터(20)로 피드백시킴에 의해 전압 레귤레이터(20)의 출력전압 즉 전하펌프의 동작전압을 전하펌프의 출력전압에 따라 바뀌도록 한 구조이다.
구체적으로, 전하펌프(30)의 출력전압이 낮아지게 되면 전압 레귤레이터(20)의 출력전압이 높아지고, 전하펌프(30)의 출력전압이 높아지게 되면 전압 레귤레이터(20)의 출력전압이 낮아진다. 이에 따라, 전하펌프의 부하 변동에 따른 전하펌프의 출력전압 변동이 보상된다.
전하펌프(30)의 출력전압과 전하펌프 전원전압 사이의 관계는 수학식 3을 통해 확인할 수 있다. 상기 수학식 3의 전하펌프 출력전압 관계식을 보면 전하펌프의 출력전압이 낮아지는 경우 전하펌프에 사용되는 커패시터 크기, 동작주파수 이외에 전하펌프의 전원전압(VDD , CP)를 높임으로써 전하펌프의 출력전압을 높일 수 있다. 이는 전하펌프의 동작 전원전압이 높아짐으로써 전하펌프의 커패시터에 한 클럭에 저장되는 전하의 양이 많아지는 것에 근거한다. 결국, 전하의 전달량을 크게 할 경우에 큰 부하에 따른 전하펌프 출력전압 감소가 보상되는 것이다.
도 4의 구현 예에 따른 회로도인 도 5를 참조하면, 상기 전압 레귤레이터(20)의 상세가 예시적으로 나타나 있다.
상기 전압 레귤레이터(20)는,
상기 기준전압(VBGR)과 상기 피드백 전압(VFB)을 비교하여 비교 출력을 생성하는 비교기(A1), 상기 비교 출력에 따라 상기 외부 전원전압(External Power)을 구동하여 상기 전하펌프 전원전압(VDD)을 생성하는 구동 트랜지스터(M1), 상기 전하펌프 전원전압을 설정된 저항 비에 따라 분압하여 상기 피드백 전압(VFB)을 생성하는 분압 저항부(R1,R2), 및 상기 피드백 라인(L10)을 통해 수신되는 상기 전하펌프 출력전압(VOUT)에 따라 제어되는 피드백 전류(IFB)를 생성하고 이를 상기 분압 저항부의 분압단에 인가하는 전압제어 전류소스 회로(25)를 포함한다.
상기 전압제어 전류소스 회로(25)는, 도 5중 전압제어 전류소스 회로의 구체적 예시를 보여주는 도 6에서 나타낸 바와 같이,
상기 전하펌프 출력전압과 제어 피드백 전압을 비교하여 제어 출력을 생성하는 비교기, 상기 제어 출력에 공통으로 응답하여 상기 외부 전원전압을 구동하는 제1,2 트랜지스터(M2,M3), 및 상기 제1 트랜지스터(M2)와 접지간에 연결되어 상기 제어 피드백 전압을 결정하는 저항(R3)을 포함하며, 상기 제2 트랜지스터(M3)로부터 상기 피드백 전류(IFB)가 공급된다.
상기한 바와 같은 도 5의 회로는 도 4의 전압 레귤레이터(20)를 실시 예로서 구체화한 구성이다. 상기 VCCS(Voltage-Controlled Current Source) 회로(25)를 제외한 일반적인 레귤레이터의 출력전압 VDD , CP는 수학식 5와 같이 결정될 수 있다.
Figure pat00005
여기에서, VCCS(Voltage-Controlled Current Source)회로(25)가 추가된 경우의 동작은 다음과 같다.
먼저, VCCS(Voltage-Controlled Current Source)회로(25)는 입력 신호는 전압신호로서 가지고, 출력신호는 전류신호로서 가지는 회로이다. 도 6과 같은 구성에 따라, 입력 전압이 커지면 출력 전류의 크기는 커지고, 입력 전압이 작아지면 출력 전류도 작아진다.
이러한 동작을 갖는 VCCS 회로(25)를 통해 전하펌프의 출력전압 크기를 전류 IFB로 변환하여 그 변환된 전류를 전압 레귤레이터(20)내의 저항 R1과 R2의 접속점에 공급한다. 따라서, 전하펌프(30)의 출력 전압이 부하변동에 의해 커지면 IFB의 크기가 커지게 되어, 저항 R1을 통해 흐르는 전류 IR1이 증가된 IFB만큼 감소하게 된다. 따라서 저항 R1을 통해 형성되는 전압이 (IFB X R1)만큼 감소하게 되어 전하펌프(30)에 공급되는 전하펌프 전원전압 VDD , CP의 크기가 (IFB X R1)만큼 작아지게 된다. 따라서 전하펌프(30)의 출력 전압도 이에 의해 감소하게 된다.
반대로 전하펌프(30)의 출력 전압이 부하변동에 의해 작아지면 IFB의 크기가 작아지게 되어 저항 R1을 통해 흐르는 전류 IR1이 증가된 IFB만큼 증가하게 된다. 따라서 저항 R1을 통해 형성되는 전압이 (IFB X R1)만큼 증가하게 되어 전하펌프에 공급되는 전원전압 VDD , CP의 크기가 (IFB X R1)만큼 커지게 된다. 따라서 전하펌프의 출력 전압도 이에 의해 증가하게 된다. 이렇게 동작함으로써 전하펌프(30)의 출력전압 변동을 보상하는 방향으로 도 5의 회로가 동작하게 되는 것이다.
도 6은 도 5에 나타낸 VCCS 회로(25)의 구체적인 실시 예이다. 상기한 바와 같은 구성을 가지는 도 6의 회로는 입력 전압을 그 크기에 비례하는 출력 전류로 변환하는 회로이다. 도 6에서 출력전류 IFB와 입력전압 VFB 사이의 관계는 수학식 6의 관계로 정의된다.
Figure pat00006
상기한 바와 같이, 부하 변동에 따른 전하펌프 출력전압 보상을 위한 전압공급 회로를 구성할 수 있다. 그렇지만, 도 5 및 도 6의 회로 구성을 변경하여, 동일한 기능 및 효과를 수행하는 회로를 만들 수 있을 것이다.
이상에서와 같이 도면과 명세서를 통해 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이, 도 5에서 나타낸 전압 레귤레이터의 구성이나 도 6에서 나타낸 전압제어 전류소스 회로의 세부적 구성을 다양하게 변경 또는 변형할 수 있을 것이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 밴드갭 레퍼런스 회로
20 : 전압 레귤레이터
30 : 전하펌프

Claims (20)

  1. 외부 전원전압을 받아 기준전압과 피드백 전압의 비교에 따른 전하펌프 전원전압을 생성하는 전압 레귤레이터; 및
    클럭에 따라 상기 전하펌프 전원전압을 전하 펌핑하여 전하펌프 출력전압을 생성하는 전하펌프를 구비하되,
    상기 전하펌프는 상기 전압 레귤레이터와 연결된 피드백 라인을 통해 상기 전하펌프 출력전압을 상기 전압 레귤레이터로 피드백하는 것을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전하펌프 출력전압이 부하변동에 따라 변동될 경우에 상기 피드백 전압이 변동되어 상기 전하펌프 출력전압의 변동이 보상되는 것을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기준전압은 밴드갭 레퍼런스 회로로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전압 레귤레이터는 전압제어 전류소스 회로를 더 포함하여 상기 피드백 전압을 상기 전압제어 전류소스 회로의 출력에 의존하여 얻는 것을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 피드백 전압은 상기 전압제어 전류소스 회로의 출력단과 상기 전하펌프 전원전압이 일정 비로 분압되어 나타나는 분압단의 교차점에서 얻어지는 전압임을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 피드백 라인은 상기 전압제어 전류소스 회로의 입력단과 상기 전하펌프의 전하펌프 출력전압 출력단 사이에 연결됨을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  7. 외부 전원전압을 받아 기준전압과 피드백 전압의 비교에 따른 전하펌프 전원전압을 생성하는 전압 레귤레이터; 및
    클럭에 따라 상기 전하펌프 전원전압을 전하 펌핑하여 전하펌프 출력전압을 부하에 제공하는 딕슨 타입의 전하펌프를 구비하되,
    상기 전하펌프는 상기 전압 레귤레이터와 연결된 피드백 라인을 통해 상기 전하펌프 출력전압을 상기 전압 레귤레이터로 피드백하는 것을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전압 레귤레이터는,
    상기 기준전압과 상기 피드백 전압을 비교하여 비교 출력을 생성하는 비교기;
    상기 비교 출력에 따라 상기 외부 전원전압을 구동하여 상기 전하펌프 전원전압을 생성하는 구동 트랜지스터;
    상기 전하펌프 전원전압을 설정된 저항 비에 따라 분압하여 상기 피드백 전압을 생성하는 분압 저항부; 및
    상기 피드백 라인을 통해 수신되는 상기 전하펌프 출력전압에 따라 제어되는 피드백 전류를 생성하고 이를 상기 분압 저항부의 분압단에 인가하는 전압제어 전류소스 회로를 포함함을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기준전압은 상기 외부 전원전압의 변동에 무관하게 전압을 생성하는 밴드갭 레퍼런스 회로로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  10. 제8항에 있어서, 상기 전압제어 전류소스 회로는,
    상기 전하펌프 출력전압과 제어 피드백 전압을 비교하여 제어 출력을 생성하는 비교기;
    상기 제어 출력에 공통으로 응답하여 상기 외부 전원전압을 구동하는 제1,2 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터와 접지간에 연결되어 상기 제어 피드백 전압을 결정하는 저항을 포함하며,
    상기 제2 트랜지스터로부터 상기 피드백 전류가 공급됨을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  11. 제8항에 있어서, 상기 전하펌프 출력전압이 상기 부하의 변동에 따라 변동될 경우에 상기 피드백 라인에 의해 상기 피드백 전압이 변동되어 상기 전하펌프 출력전압의 변동이 보상되는 것을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제1,2 트랜지스터는 모오스 전계효과 트랜지스터임을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  13. 제8항에 있어서, 상기 전압 레귤레이터는,
    상기 전하펌프 출력전압이 낮아질 때 상기 전하펌프 전원전압을 높이는 것을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  14. 제8항에 있어서, 상기 전압 레귤레이터는,
    상기 전하펌프 출력전압이 높아질 때 상기 전하펌프 전원전압을 낮추는 것을 특징으로 하는 전압공급 회로.
  15. 전하펌프를 이용하여 부하에 전하펌프 출력전압을 공급하는 방법에 있어서:
    외부 전원전압을 받아 기준전압과 피드백 전압의 비교에 따른 전하펌프 전원전압을 생성하고;
    클럭에 따라 상기 전하펌프 전원전압을 전하 펌핑하여 상기 전하펌프 출력전압을 생성하고;
    상기 전하펌프 출력전압이 상기 전하펌프 전원전압의 생성에 영향을 미치도록 피드백을 수행하는 것을 특징으로 하는 출력전압 공급 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전하펌프 출력전압이 상기 부하의 변동에 따라 낮아질 때 상기 전하펌프 전원전압을 높게 생성함을 특징으로 하는 출력전압 공급 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 전하펌프 출력전압이 상기 부하의 변동에 따라 높아질 때 상기 전하펌프 전원전압을 낮게 생성함을 특징으로 하는 출력전압 공급 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 전하펌프 전원전압을 전하 펌핑하는 것은 딕슨 타입의 전하펌프를 통해 수행됨을 특징으로 하는 출력전압 공급 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 피드백의 수행은 상기 피드백 전압을 상기 부하의 변동에 따라 조절하는 것을 특징으로 하는 출력전압 공급 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 부하는 반도체 메모리 소자의 구동에 사용되는 부하임을 특징으로 하는 출력전압 공급 방법.
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