KR20130072657A - 고전압 발생기 및 고전압 발생 방법 - Google Patents

고전압 발생기 및 고전압 발생 방법 Download PDF

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Abstract

고전압 발생기 및 고전압 발생 방법은 캐패시터 커플링(capacitor coupling)을 이용하여 전압 변화를 검출함으로써 레귤레이터를 오프시켜 레귤레이터의 소모 전류 없이 출력 전압을 검출할 수 있다. 따라서 반도체 메모리 또는 그 외에 펌프를 사용하는 장치의 평균 전류 소모를 줄일 수 있다.

Description

고전압 발생기 및 고전압 발생 방법{High voltage generator and high voltage generating method}
본 발명은 고전압 발생기 및 고전압 발생 방법에 관한 것으로, 특히 전류 소모를 줄일 수 있는 고전압 발생기 및 고전압 발생 방법에 관한 것이다.
반도체 메모리 장치 중 플래시 메모리 장치는 고전압을 칩 내부에서 자체 발생시키는 전압 생성 회로를 포함한다. 전압 생성 회로는 저전압을 펌핑 동작으로 상승시켜 고전압으로 출력하도록 구성되는 고전압 발생기를 포함한다.
이러한 고전압 발생기는 복수 개의 차지 펌프 회로가 직렬로 연결되고, 입력 클럭에 응답하여 앞 단의 차지 펌프 회로에서 상승된 전압을 다음 단의 차지 펌프 회로가 더 높은 전압으로 상승시켜 목표 레벨의 고전압을 생성한다.
이러한 고전압 발생기의 출력 전압을 목표 레벨로 일정하게 유지하기 위해 레귤레이터(regulator)가 필요하다. 일반적으로 레귤레이터는 차지 펌프 회로의 출력전압을 검출하기 위해 일반적으로 전압 분배 회로(resistive divider)를 이용한다. 즉, 차지 펌프 회로의 출력 전압으로부터 저항에 의해 분배된 전압과 기준 전압을 비교하여 출력 전압이 기준 전압보다 낮으면 차지 펌프 회로를 구동시키고, 분배 전압이 기준 전압보다 높으면 차지 펌프 회로의 펌핑 동작을 중지시킨다.
그러나 이 경우 전압 분배 회로가 저항으로 구성되기 때문에 고정적인 전류를 계속적으로 소모하게 된다. 게다가 펌프 효율(pump efficiency)이 100%가 아니기 때문에 전압 분배 회로에서 소모하는 전류(divider consumption current) 이상으로 많은 양의 전류가 소모되게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 캐패시터 커플링(capacitor coupling)을 이용하여 전압 변화를 검출함으로써 레귤레이터의 소모 전류 없이 출력 전압을 검출할 수 있다.
고전압 발생기는 클럭 신호에 응답하여 외부 전원 전압을 펌핑하여 출력하는 차지 펌프, 및 일반(normal)모드에서는 출력 전압을 검출하여 그 검출결과에 따라 상기 차지펌프의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제1 검출 동작을 실시하고, 정지(freeze)모드에서는 상기 제1 검출 동작시 캐패시터에 저장된 전하를 이용하여 상기 출력전압의 변화를 검출하여 그 검출결과에 따라 상기 차지펌프의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제2 검출 동작을 실시하도록 구성된 검출회로를 포함한다.
고전압 발생 방법은 클럭 신호에 응답하여 외부 전원 전압을 펌핑하여 출력하는 펌핑 동작을 실시하는 단계, 및 일반모드에서는 출력전압을 검출하여 그 검출결과에 따라 상기 펌핑 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제1 검출 동작을 실시하고, 정지모드에서는 상기 제1 검출 동작시 캐패시터에 저장된 전하를 이용하여 상기 출력전압의 변화를 검출하여 그 검출 결과에 따라 상기 펌핑 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제2 검출 동작을 실시하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 고전압 발생기 및 고전압 발생 방법에 의하면,
캐패시터 커플링(capacitor coupling)을 이용하여 전압 변화를 검출함으로써 레귤레이터를 오프시켜 레귤레이터의 소모 전류 없이 출력 전압을 검출할 수 있다. 따라서 반도체 메모리 또는 그 외에 펌프를 사용하는 장치의 평균 전류 소모를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 발생기를 설명하는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 발생기를 설명하는 회로도이다.
도 3은 도 2의 고전압 발생기를 제어하기 위한 제어 신호들의 타이밍도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고전압 발생기를 설명하는 회로도이다.
도 6은 도 4의 고전압 발생기를 제어하기 위한 제어 신호들을 생성하는 부하 전류 검출기를 설명하는 블록도이다.
도 7은 도 6의 부하 전류 검출기의 세부 구성을 설명하는 회로도이다.
도 8은 도 6의 제어 신호들의 타이밍도이다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 발생 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 발생기를 설명하는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 발생기는 차지 펌프(10), 제1 레귤레이터(20), 및 제2 레귤레이터(30)를 포함한다.
차지 펌프(10)는 클럭 신호(CLK)와 제어 신호(CLKEN)에 따라 펌핑 동작을 수행하여 낮은 입력 전압(예를 들면, 외부 전원전압(VCC))을 목표 전압까지 상승시킨 펌핑 전압(VPUMP)을 출력하도록 구성된다.
제1 레귤레이터(20)는 펌핑 전압(VPUMP)을 검출하여 그 검출결과에 따라 차지 펌프(10)의 동작을 제어하기 위한 제어신호(CLKEN)를 생성하도록 구성된다.
제1 레귤레이터(20)는 제1 전압 분배부(22), 제1 비교부(24), 및 클럭구동부(26)를 포함한다.
제1 전압 분배부(22)는 차지펌프(10)에 의해 생성된 펌핑 전압(VPUMP)을 분배하여 제1 분배 전압(Vdiv1)을 생성한다. 제1 전압 분배부(22)는 차지 펌프(10)의 출력단자와 접지단자 사이에 직렬 접속된 저항들(R1, R2)로 구현될 수 있다. 이들 저항의 비에 따라 펌핑 전압(VPUMP)이 분배되는 정도를 조절하여 제1 분배 전압(Vdiv1)의 레벨을 결정할 수 있다.
제1 비교부(24)는 제1 분배 전압(Vdiv1)과 기준 전압(VBG2)을 비교하고 그 비교 결과에 따라 제어 신호(CLKEN)를 생성한다. 상세하게는, 기준 전압(VBG2)과 제1 분배 전압(Vdiv1)을 비교하고 펌핑 전압(VPUMP)이 목표 전압보다 낮으면 하이 레벨의 제어 신호(CLKEN)를 생성하고, 펌핑 전압(VPUMP)이 목표 전압보다 크면 로우 레벨의 제어 신호(CLKEN)를 생성한다. 하이 레벨의 제어 신호(CLKEN)가 생성되면 차지펌프(10)가 펌핑 동작을 시작한다.
오실레이터(미도시)는 펌핑 동작에 필요한 기준 클럭 신호로서 클럭 신호(CLK)를 생성한다. 오실레이터로부터 출력되는 클럭 신호(CLK)는 클럭 구동부(26)로 입력된다. 클럭 구동부(26)는 제어 신호(CLKEN)에 따라 펌핑 동작에 필요한 클럭 신호(CLK)를 차지 펌프(10)로 전달한다. 즉, 제어 신호(CLKEN)가 하이 레벨로 입력되면 차지펌프(10)가 펌핑 동작을 실시하도록 클럭 구동부(26)가 차지 펌프(10)로 클럭 신호(CLK)를 공급한다.
제2 레귤레이터(30)는 레귤레이션된 펌핑 전압(즉, 제1 레귤레이션 전압, VPUMP)을 일정레벨의 전압으로 변환하여 제2 레귤레이션 전압(VREG)을 출력한다.
제2 레귤레이터(30)는 제2 전압 분배부(32), 제2 비교부(34), 전류 차단부(36), 전압 공급부(38)를 포함한다.
제2 전압 분배부(32)는 직렬로 연결된 다수의 저항들(R3, R4)를 포함하며, 이들의 비에 따라 제2 레귤레이션 전압(VREG)을 분배하여 제2 분배 전압(Vdiv2)을 출력한다. 바람직하게는 출력단자와 접지단자 사이에 직렬로 연결된 제3 및 제4 저항(R3, R4)을 포함하며, 이들 저항의 비에 따라 제2 비교부(34)로 입력되는 제2 분배전압(Vdiv2)을 출력한다. 이때, 제3 저항(R3)의 저항값을 조절하여(즉, R3는 가변저항일 수 있음) 출력전압(VREG)을 제어한다.
제2 비교부(34)는 제2 분배전압(Vdiv2)과 제2 기준 전압(VBG1)을 비교하여 전류 차단부(36)의 동작을 제어한다. 이를 위해, 제2 기준 전압(VBG1)을 반전단자(-)로 입력받고, 제2 분배전압(Vdiv2)을 비반전단자(+)로 입력받는 OP 앰프를 포함한다. 이때, 제2 기준 전압(VBG1)으로는 제2 분배전압(Vdiv2)과 동일한 전압을 인가함으로써, 실제로 입력되는 제2 분배전압(Vdiv2)과 제2 기준 전압(VBG1)의 크기를 비교하게 된다. 따라서, 비교 결과에 따라 제2 분배전압(Vdiv2)이 제2 기준 전압(VBG1)보다 크면 하이 레벨 전압을 출력하고, 제2 분배전압(Vdiv2)이 제2 기준 전압(VBG1)보다 작으면 로우 레벨 전압을 출력한다.
한편, 전류 차단부(36)는 차지 펌프(10)의 출력단자와 접지단자 사이로 이어지는 전류 경로를 형성한다. 이를 위해, 제2 비교부(34)의 출력전압에 응답하여 턴온되는 NMOS 트랜지스터(N1)를 포함한다. NMOS 트랜지스터(N1)는 전압 공급부(38)와 접지 단자 사이에 접속되며, 하이레벨 신호에 응답하여 턴온됨으로써 차지펌프(10)의 출력단자로부터 접지 단자로 이어지는 전류 경로를 형성한다. NMOS 트랜지스터(N1)와 접지 단자 사이에는 전류의 역류를 방지하기 위해 제1 기준전압(VBG2)에 응답하여 턴온되는 NMOS 트랜지스터(N2)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 비교부(34)의 비교 결과에 따라 제2 분배전압(Vdiv2)이 제2 기준 전압(VBG1)보다 크면 하이 레벨 전압이 출력되므로 전류 차단부(36)를 통하여 전류 경로가 형성된다. 이때, 형성된 전류 경로를 통해 흘러가는 전류의 크기는 제2 분배전압(Vdiv2)이 제2 기준 전압(VBG1)보다 클수록 더 커지게 된다. 또한 전류 경로가 형성됨에 따라 제1 레귤레이션 전압(VPUMP)의 레벨은 낮아지게 된다. 한편, 제2 분배전압(Vdiv2)이 제2 기준 전압(VBG1)보다 작으면 로우 레벨 전압이 출력되므로 NMOS 트랜지스터(N1)가 턴오프되어 전류 경로가 차단된다.
전압 공급부(38)는 전류 경로의 형성 여부에 따라 제1 레귤레이션 전압(VPUMP)을 제2 레귤레이터(30)의 출력 단자에 공급하거나 차단한다. 이를 위해, 전압 공급부(38)는 차지 펌프(10)의 출력단과 전류 차단부(36) 사이에 접속된 저항(R5), 차지 펌프(10)의 출력단과 제2 레귤레이터(30)의 출력단 사이에 접속되고 저항(R5)과 전류 차단부(36)의 접속노드의 전압이 게이트로 인가되는 NMOS 트랜지스터(N3)를 포함한다.
전압 공급부(38)는 전류 경로가 형성되지 않는 경우에는 제1 레귤레이션 전압(VPUMP)이 NMOS 트랜지스터(N3)의 게이트에 직접 인가되어 해당 트랜지스터를 턴온시킴으로서 제1 레귤레이션 전압(VPUMP)이 제2 레귤레이터(30)의 출력단에 공급되도록 한다. 그러나 전류 경로가 형성된 경우에는 NMOS 트랜지스터(N3)의 게이트에 인가되는 전압레벨이 낮아 해당 트랜지스터를 턴온시키지 못하므로, 제1 레귤레이션 전압(VPUMP)이 제2 레귤레이터(30)의 출력단에 공급되지 않는다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 발생기에서는 제2 펌프 전류(I_pmp2) 만큼의 전류를 공급해 주어야 한다. 일반적으로 펌프 효율(Pump efficiency)이 높지 않기 때문에(보통 10% 미만) 이로 인해 많은 양의 전원전류(I_vcc)가 소모된다(I_vcc=I_pmp2/Eff). 따라서 전류 소모를 줄이기 위해 차지 펌프(10)의 출력전압(VPUMP)의 충분한 목표 레벨을 정해 놓고 그 목표 레벨을 넘었을 때 차지 펌프(10)를 끄기 위한 제1 레귤레이터(voltage sensor)(20)를 사용한다. 이로 인해 전원전류(I_vcc)가 흐르는 시간이 줄게 되어 전체 시간 동안의 평균 전류(average current)를 줄일 수 있다. 하지만 이 때 제1 레귤레이터(20)의 제1 전압 분배부(22)에서 제1 펌프 전류(I_pmp1)만큼의 전류소모가 발생하고 이 또한 펌프 효율로 인해 전원전류(I_vcc)의 추가 소모가 발생된다.
이하에, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 발생기를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 발생기를 설명하는 회로도이고, 도 3은 도 2의 고전압 발생기를 제어하기 위한 제어 신호들의 타이밍도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 발생기는 차지펌프(10), 제1 레귤레이터(20), 및 제2 레귤레이터(30)를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 발생기의 구성요소 중 앞서 본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 발생기의 구성요소와 중복된 부분에 대해서는 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 발생기는 소모되는 전원전류(I_vcc)의 크기를 줄이기 위해서 차지 펌프(10)의 구동을 정지(freeze)시킨다. 이 경우 제1 레귤레이터(20) 및 제2 레귤레이터(30)의 전류 소모로 인해 차지 펌프(10)의 출력전압 강하(drop)가 생길 수 있기 때문에 제1 레귤레이터(20) 및 제2 레귤레이터(30) 역시 오프(off)시켜야 한다.
제1 레귤레이터(20) 및 제2 레귤레이터(30)를 오프시키기 위해 본 발명의 제2 실시예에서는 스위칭 소자들을 사용한다.
즉, 제1 레귤레이터(20)는 제어신호들에 의해 오프되기 위해 클럭구동부(26)에 추가적인 입력단자 및 인버터(INV1)를 포함하고, 제1 스위칭 소자(P1), 제2 스위칭 소자(P2)를 포함한다.
제1 스위칭 소자(P1)는 제1 분배회로(22)를 구성하는 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2) 사이에 접속되며 FZR 신호에 응답하여 제1 분배회로(22)를 제1 비교부(24)와 연결함으로써 제1 레귤레이터(20)를 구동을 제어한다.
제2 스위칭 소자(P2)는 제1 비교부(24)와 접지단자 사이에 접속되고 FZR 신호에 응답하여 비교부(24)의 동작을 제어한다.
제2 레귤레이터(30) 또한 제어신호들에 의해 오프되기 위해 제3 내지 제5 스위칭 소자(P3, P4, N4)를 포함한다.
제3 스위칭 소자(P3)는 제2 분배회로(32)를 구성하는 제3 저항(R3)과 제4 저항(R4) 사이에 접속되며 FZR 신호에 응답하여 제2 분배회로(32)를 제2 비교부(34)와 연결함으로써 제2 레귤레이터(30)를 구동을 제어한다.
제4 스위칭 소자(P4)는 제2 비교부(34)와 접지단자 사이에 접속되고 FZR 신호에 응답하여 비교부(24)의 동작을 제어한다.
제5 스위칭 소자(N4)는 제2 비교부(34)의 출력단과 접지단자 사이에 접속되고 FZR 신호에 응답하여 전류 차단부(36)의 동작을 제어한다.
이하에, 상기의 구성을 갖는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 발생기의 차지 펌프 구동 정지 제어 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 일반 모드(normal)에서는 로우 레벨의 FZP(Freeze Pump) 신호와 FZR(Freeze Regulator) 신호가 입력된다. 이에 따라 제1 내지 제4 스위칭 소자(P1-P4)가 턴온되고 제5 스위칭 소자(N4)는 턴오프되며, 또한 인버터(INV1)에 의해 클럭구동부(26)로 하이 레벨 신호가 입력되어 차지펌프(10)로 클럭신호(CLK)가 전달될 수 있어 차지펌프(10)의 동작이 정지되지 않는다.
정지 모드(freeze)에서는 하이 레벨의 FZP 신호와 FZR 신호가 입력된다. 이에 따라 제1 내지 제4 스위칭 소자(P1-P4)가 턴오프되고 제5 스위칭 소자(N4)는 턴온되며, 또한 인버터(INV1)에 의해 클럭구동부(26)로 로우 레벨 신호가 입력되어 차지펌프(10)로 클럭신호(CLK)가 전달되지 않으므로 차지펌프(10)의 동작이 정지된다.
이와 같이 차지 펌프(10)의 구동 정지 제어 동작시 제1 레귤레이터(20) 및 제2 레귤레이터(30)를 오프시키면 출력 전압의 전하 손실(charge loss)이 없다고 가정하고 플로팅(floating) 시켜놓는 것과 동일한 상태가 된다. 그러나 이 경우 커플링 노이즈(coupling noise)에 의한 출력 전압 강하 또는 다른 노이즈 성분에 의한 전압 강하가 배제되기 때문에 다소 불안정할 가능성이 있다.
따라서 이하에서는 제1 레귤레이터(20)의 전류소모를 없애는 동시에 좀 더 안정적인 펌프 정지(pump freeze) 동작이 가능한 고전압 발생기에 대해 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고전압 발생기를 설명하는 회로도이고, 도 6은 도 4의 고전압 발생기를 제어하기 위한 제어 신호들을 생성하는 부하 전류 검출기를 설명하는 블록도이고, 도 7은 도 6의 부하 전류 검출기의 세부 구성을 설명하는 회로도이고, 도 8은 도 6의 제어 신호들의 타이밍도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고전압 발생기의 제1 레귤레이터(20) 를 좀 더 상세하게 설명하기 위한 것이고, 도 5는 도 4에 도시된 부분에 제2 레귤레이터(30)까지 추가함으로써 본 발명의 제3 실시예에 따른 고전압 발생기의 전체 회로를 설명하기 위한 것이다.
도 5의 제2 레귤레이터(30)는 도 1에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 발생기의 제2 레귤레이터(30)와 동일하므로 세부 구성에 대해서는 생략하기로 한다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고전압 발생기는 차지 펌프(10), 레귤레이터(검출회로)(20), 및 부하 전류 검출기(또는 모드 선택 회로, 40)를 포함한다.
차지펌프(10)는 클럭신호(CLK)에 응답하여 외부 전원전압(VCC)를 펌핑하여 출력한다.
레귤레이터(20)는 부하전류(loading current, Ipmp2)가 기준전류(Iref) 이상인 일반(normal)모드에서 출력 전압(VPUMP)을 검출하여 그 검출결과에 따라 차지펌프(10)의 동작을 제어하기 위한 제어신호(CLKEN)를 생성하는 제1 검출 동작을 실시한다. 또한 부하전류(Ipmp2)가 기준전류(Iref) 보다 작은 정지(freeze) 모드에서 제1 검출 동작시 캐패시터에 저장된 전하를 이용하여 캐패시터 커플링(capacitor coupling)에 의한 출력전압(VPUMP)의 변화를 검출하여 그 검출결과에 따라 차지펌프(10)의 동작을 제어하기 위한 제어신호(CLKEN)를 생성하는 제2 검출 동작을 실시하도록 구성된다.
부하 전류 검출기(또는 모드 선택 회로, 40)는 부하전류(Ipmp2)와 기준전류(Iref)를 비교하여 부하전류(Ipmp2)가 기준전류(Iref) 이상인 경우 일반 모드에서 동작하도록 제어 신호들(FZR, PRECH)을 출력하고, 부하전류(Ipmp2)가 기준전류(Iref) 보다 작은 경우 정지 모드에서 동작하도록 제어 신호들(FZR, PRECH)을 출력한다.
도 7을 참조하면, 부하 전류 검출기(또는 모드 선택 회로, 40)는 부하전류(Ipmp2)와 기준전류(Iref)를 비교하기 위한 비교기(COM)와 제2 인버터(INV2)를 포함한다. 부하전류(Ipmp2)가 기준전류(Iref) 이상인 경우 로우 레벨의 레귤레이터 정지 신호(FZR) 및 하이 레벨의 프리차지 신호(PRECH)를 출력하여 일반 모드에서 동작하도록 하고, 부하전류(Ipmp2)가 기준전류(Iref) 보다 작은 경우 하이 레벨의 레귤레이터 정지 신호(FZR) 및 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECH)를 출력하여 정지 모드에서 동작하도록 한다.
레귤레이터(20)는 전압 분배부(22), 제1 스위칭부(21), 차지분배부(23), 제2 스위칭부(25), 비교부(24), 및 클럭구동부(26)를 포함한다.
전압 분배부(22)는 차지펌프(10)에 의해 생성된 펌핑 전압(VPUMP)을 분배하여 제1 분배 전압(VPUMP_DIV)을 생성한다. 전압 분배부(22)는 차지 펌프(10)의 출력단자와 접지단자 사이에 직렬 접속된 저항들(R1, R2)로 구현될 수 있다. 이들 저항의 비에 따라 펌핑 전압(VPUMP)이 분배되는 정도를 조절하여 제1 분배 전압(VPUMP_DIV)의 레벨을 결정할 수 있다.
제1 스위칭부(21)는 하이 레벨의 검출 인에이블 신호(또는 로우 레벨의 레귤레이터 정지 신호, FZR)에 응답하여 전압분배부(22)와 접지단자를 선택적으로 접속시켜 제1 검출동작을 활성화시킨다. 제1 검출동작시에는 전압분배부(22)와 접지단자를 접속시켜 레귤레이터(20)가 정상적으로 구동되도록 하고, 제2 검출동작시에는 전압분배부(22)와 접지단자의 접속을 차단하여 레귤레이터가 구동되지 않도록 정지(Freeze)시킨다.
차지분배부(23)는 제1 검출동작 시에 출력전압(VPUMP)과 제1 분배전압(VPUMP_DIV)을 입력 받아 제2 검출동작에 필요한 전하를 충전하고, 충전된 전하를 이용하여 제2 검출동작 시에 출력 전압(VPUMP)의 변화에 따라 변경된 제2 분배전압(VPUMP_SEN)을 출력하도록 구성된다. 차지분배부(23)는 차지펌프(10)의 출력전압(VPUMP)이 출력되는 제1 노드(N1)와 접지단자 사이에 직렬 접속되는 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)를 포함한다. 제1 캐패시터(C1)는 제1 노드(Node1)와 제2 노드(Node2) 사이에 접속되어 일단에 출력전압(VPUMP)이 인가되고 타단에 분배전압(VPUMP_DIV)이 인가되므로 출력전압(VPUMP)과 분배전압(VPUMP_DIV)의 전압 차에 해당하는 전하가 제1 캐패시터(C1)에 충전된다. 제2 노드(Node2)는 제2 검출동작시 비교부(24)로 비교 전압(VPUMP_SEN)이 출력되는 노드이다. 제2 캐패시터(C2)는 제2 노드(Node2)와 접지단자 사이에 접속되어 일단에 분배전압(VPUMP_DIV)이 인가되고 타단에 접지전압이 인가되므로 분배전압(VPUMP_DIV)에 해당하는 전하가 제2 캐패시터(C2)에 충전된다.
제2 스위칭부(25)는 프리차지 신호(PRECH)에 응답하여 제1 분배전압(VPUMP_DIV)을 차지분배부(23)에 전달하도록 구성된다. 제1 검출동작 시에는 전압분배부(22)와 차지분배부(23)을 연결하여 제1 분배전압(VPUMP_DIV)을 차지분배부(23) 및 비교부(24)로 전달하고, 제2 검출동작 시에는 전압분배부(22)와 차지분배부(23)을 연결을 차단하여 차지분배부(23)의 출력전압인 제2 분배전압(VPUMP_SEN)이 비교부(24)로 전달되도록 한다.
비교부(24)는 제1 검출동작 시에는 기준 전압(VBG2)과 제1 분배 전압(VPUMP_DIV)을 비교하고 그 비교 결과에 따라 제어 신호(CLKEN)를 생성한다. 또한 비교부(24)는 제2 검출동작 시에는 기준전압(VBG2)과 차지분배부(23)로부터 출력되는 제2 분배 전압(VPUMP_SEN)을 비교하여 그 비교 결과에 따라 제어 신호(CLKEN)를 생성한다. 비교부(24)는 제1 분배 전압(VPUMP_DIV) 또는 제2 분배 전압(VPUMP_SEN)이 기준 전압(VBG2)보다 작으면 하이 레벨의 제어 신호(CLKEN)를 생성하고, 제1 분배 전압(VPUMP_DIV) 또는 제2 분배 전압(VPUMP_SEN)이 기준 전압(VBG2)보다 크면 로우 레벨의 제어 신호(CLKEN)를 생성한다. 하이 레벨의 제어 신호(CLKEN)가 생성되면 차지펌프(10)가 펌핑 동작을 시작한다.
오실레이터(미도시)는 펌핑 동작에 필요한 기준 클럭 신호로서 클럭 신호(CLK)를 생성한다. 오실레이터로부터 출력되는 클럭 신호(CLK)는 클럭 구동부(26)로 입력된다. 클럭 구동부(26)는 제어 신호(CLKEN)에 따라 펌핑 동작에 필요한 클럭 신호(CLK)를 차지 펌프(10)로 전달한다. 즉, 제어 신호(CLKEN)가 하이 레벨로 입력되면 차지펌프(10)가 펌핑 동작을 실시하도록 클럭 구동부(26)가 차지 펌프(10)로 클럭 신호(CLK)를 공급한다. 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 클럭구동부(26)가 레귤레이터(20)에 포함되는 것으로 도시하였으나, 클럭구동부(26)는 레귤레이터(20) 외부에 별도로 존재할 수 있다. 또한, 클럭구동부(26)는 입력단자로 클럭신호(CLK)와 제어신호(CLKEN)가 입력되는 부정논리곱 소자(NA1)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고전압 발생기는 차지 펌프(10)를 정지시킬 때 또는 평소에 전류 소모 없이 차지펌프(10)의 출력전압(즉, 펌핑전압)(VPUMP)을 검출(sensing)하기 위해 차지분배부(23)와 스위칭 소자들(21, 25)을 더 포함한다.
이하에, 상기의 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 발생 방법을 설명하기로 한다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 발생 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4, 도 6, 도 7, 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고전압 발생 방법은 우선 클럭신호(CLK)에 응답하여 외부 전원전압(VCC)을 펌핑하여 출력하는 펌핑 동작을 실시한다(단계 10).
부하 전류(I_pmp2)가 기준전류보다 큰 일반 모드에서는 제1 검출 동작을 실시한다(단계 20). 제1 검출 동작은 출력전압(VPUMP)을 검출하여 그 검출결과에 따라 펌핑 동작을 제어하기 위한 제어 신호(CLKEN)를 출력하는 동작이다. 일반 모드에서는 부하 전류 검출기(또는 모드 선택 회로, 40)로부터 로우 레벨의 레귤레이터 정지 신호(FZR)와 하이 레벨의 프리차지신호(PRECH)가 출력된다. 로우 레벨의 레귤레이터 정지 신호(FZR)에 응답하여 전압분배부(22)와 접지단자를 접속시켜 레귤레이터(20)를 구동할 수 있다. 또한 하이레벨의 프리차지신호(PRECH)에 응답하여 제1 분배전압(VPUMP_DIV)을 차지분배부(23)에 전달함으로써 제2 검출동작 수행 시에 필요한 전하를 차지분배부(23)에 저장하고, 제1 분배전압(VPUMP_DIV)을 비교부(24)에 전달하여 제1 검출 동작을 실시하도록 한다.
도 8에서는 일반모드에서 프리차지 신호(PRECH)가 로우 레벨로 천이한 후에 레귤레이터 정지 신호(FZR)가 하이 레벨로 천이하여 정지모드에서 동작하고, 레귤레이터 정지 신호(FZR)가 로우 레벨로 천이한 후에 프리차지 신호(PRECH)가 하이 레벨로 천이하여 일반모드에서 동작하는 것으로 도시하고 있으나, 이는 동작 설명의 편의를 위한 것이고, 실제로 레귤레이터 정지 신호(FZR)와 프리차지 신호(PRECH)의 천이 시간 간격의 차이는 거의 없는 것으로 보아도 무방하다. 즉, 레귤레이터 정지 신호(FZR)와 프리차지 신호(PRECH)는 거의 동시에 로우 레벨에서 하이 레벨로, 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이할 수 있다.
이와 같이, 부하 전류(I_pmp2)가 기준전류보다 클 경우에는 정교한 검출 동작이 필요하기 때문에 출력전압(VPUMP) 자체를 검출한다.
부하 전류(I_pmp2)가 기준전류 보다 작은 경우에는 제2 검출 동작을 반복하여 실시한다(단계 20). 제2 검출동작은 제1 검출동작시 차지분배부(23)에 저장된 전하를 이용하여 출력 전압(VPUMP)의 변화를 검출하고 그 검출결과에 따라 펌핑 동작을 제어하기 위한 제어신호(CLKEN)를 출력하는 동작이다. 제2 검출 동작은 정지모드에서 실시되는데, 정지모드에서는 부하 전류 검출기(또는 모드 선택 회로, 40)로부터 하이 레벨의 레귤레이터 정지 신호(FZR)와 로우 레벨의 프리차지신호(PRECH)가 출력된다. 하이 레벨의 레귤레이터 정지 신호(FZR)에 응답하여 전압분배부(22)와 접지단자의 접속을 차단하여 레귤레이터(20)의 구동을 정지(freeze)시킨다. 또한 로우 레벨의 프리차지신호(PRECH)에 응답하여 제1 분배전압(VPUMP_DIV)이 비교부(24)에 전달되는 것을 차단함으로써 제2 검출 동작이 실시되도록 한다. 이때, 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECH)를 먼저 인가하여 제1 분배전압(VPUMP_DIV)이 차지분배부(23)에 전달되는 것을 차단한 후에, 하이 레벨의 레귤레이터 정지 신호(FZR)를 인가하여 전압분배부(22)와 접지단자의 접속을 차단하여 레귤레이터(20)의 구동을 정지(freeze)시킬 수 있다.
로우 레벨의 프리차지신호(PRECH)를 먼저 인가하면 제1 분배전압(VPUMP_DIV)에 해당하는 만큼의 전하들이 차지분배부(23)의 캐패시터에 충전된다. 그 후 하이 레벨의 레귤레이터 정지 신호(FZR)를 인가하면 전압분배부(22)와 접지단자의 접속이 차단되어 제2 소모전류(I_pmp1_2) 경로가 차단되므로 제2 소모전류(I_pmp1_2)를 없앨 수 있다. 또한, 레귤레이터(20)가 오프되어 직류 전류 경로(DC current path)가 없기 때문에 제1 소모전류(I_pmp1_1) 또한 없앨 수 있다. 따라서 전체 전류소모가 없어진다.
또한 제2 검출동작에서의 센싱과정에 대해 설명하면, 제1 검출 동작 과정에서 차지분배부(23)에는 제1 분배전압(VPUMP_DIV)에 해당하는 만큼의 전하들이 충전되어 있고, 출력전압(VPUMP)이 변하게 될 경우(예를 들면, 주변의 어떠한 노이즈 등에 의해) 차지분배부(23)의 캐패시터 커플링(capacitor coupling)에 의해 비교부(24)로 출력되는 제2 분배 전압(VPUMP_SEN)이 같이 변하게 되므로 레귤레이터(20)가 오프되더라도 기준전압(VBG2)과 제2 분배 전압(VPUMP_SEN)을 비교하여 클럭 인에이블 신호(CLKEN)를 제어 신호로서 출력할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고전압 발생 방법에 의하면 부하 전류(I_pmp2)가 기준전류 이하인 경우에는 레귤레이터(20)를 오프시킴으로써 제1 소모전류(I_pmp1_1) 및 제2 소모전류(I_pmp1_2)를 없앨 수 있고 레귤레이터(20)가 오프되더라도 캐패시터를 포함하는 차지분배부(23)를 이용하여 전압 변화를 검출할 수 있다. 즉, 출력 전압을 검출하여 필요할 때만 펌프를 켤 수 있고 전류의 소모를 최소화시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 차지펌프
20: 제1 레귤레이터
21: 제1 스위칭부
22: 제1 전압분배부
23: 차지분배부
24: 제1 비교부
25: 제2 스위칭부
26: 클럭구동부
30: 제2 레귤레이터
32: 제2 전압분배부
34: 제2 비교부
36: 전류차단부
38: 전압공급부
40: 부하 전류 검출기(모드 선택 회로)

Claims (16)

  1. 클럭 신호에 응답하여 외부 전원 전압을 펌핑하여 출력하는 차지 펌프; 및
    일반(normal)모드에서는 출력 전압을 검출하여 그 검출결과에 따라 상기 차지펌프의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제1 검출 동작을 실시하고, 정지(freeze)모드에서는 상기 제1 검출 동작시 캐패시터에 저장된 전하를 이용하여 상기 출력전압의 변화를 검출하여 그 검출결과에 따라 상기 차지펌프의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제2 검출 동작을 실시하도록 구성된 검출회로를 포함하는 고전압 발생기.
  2. 제1항에 있어서, 부하 전류(loading current)가 기준 전류 이상인 경우 상기 일반모드가 선택되고 부하 전류가 기준 전류보다 작은 경우 상기 정지모드가 선택되도록 구성되는 동작모드 선택 회로를 더 포함하는 고전압 발생기.
  3. 제1항에 있어서, 사용자에 의해 명령어가 입력되는 경우 상기 일반모드가 선택되고 사용자에 의해 명령어가 입력되지 않은 경우 상기 정지모드가 선택되도록 구성되는 동작모드 선택 회로를 더 포함하는 고전압 발생기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 검출회로는
    상기 출력전압을 분배하여 제1 분배 전압을 출력하도록 구성된 전압분배부;
    검출 인에이블 신호에 응답하여 상기 전압 분배부와 접지단자를 선택적으로 접속시켜 상기 제1 검출동작을 활성화시키도록 구성된 제1 스위칭부;
    상기 제1 검출동작시 상기 출력전압과 상기 제1 분배전압을 이용하여 상기 제2 검출동작에 필요한 전하를 충전하고 충전된 전하를 이용하여 상기 제2 검출동작시 상기 출력전압의 변화에 따라 변경된 제2 분배전압을 출력하도록 구성된 차지분배부;
    프리차지 신호에 응답하여 상기 제1 분배전압을 상기 차지분배부에 전달하도록 구성된 제2 스위칭부; 및
    상기 제1 검출동작시 기준전압과 상기 제1 분배전압을 비교하고 상기 제2 검출동작시 상기 기준전압과 상기 차지분배부로부터 출력되는 제2 분배전압을 비교하여, 그 비교 결과에 따라 상기 제어신호를 생성하도록 구성된 비교부를 포함하는 고전압 발생기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 검출 동작시
    상기 제1 스위칭부는 상기 전압분배부와 상기 접지단자의 접속을 차단하고,
    상기 제2 스위칭부는 상기 전압분배부와 상기 차지분배부의 접속 및 상기 전압분배부와 상기 비교부의 접속을 차단하도록 구성되는 고전압 발생기.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전압분배부는
    상기 차지펌프의 출력전압을 분배하는 직렬접속된 제1 및 제2 수동 소자를 포함하는 고전압 발생기.
  7. 제4항에 있어서, 상기 차지분배부는
    직렬접속된 제1 캐패시터 및 제2 캐패시터를 포함하며,
    상기 제1 캐패시터는 일단에 상기 출력전압이 인가되고 타단에 상기 제1 분배전압이 인가되며, 상기 제2 캐패시터는 일단에 상기 제1 분배전압이 인가되고 타단에 접지전압이 인가되는 고전압 발생기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 클럭 신호를 상기 차지 펌프로 전달하거나 또는 전달하지 않도록 구성된 클럭구동부를 더 포함하는 고전압 발생기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 클럭구동부는
    입력단자로 상기 클럭 신호 및 상기 제어 신호가 입력되는 부정논리곱 소자를 포함하는 고전압 발생기.
  10. 클럭 신호에 응답하여 외부 전원 전압을 펌핑하여 출력하는 펌핑 동작을 실시하는 단계; 및
    일반모드에서는 출력전압을 검출하여 그 검출결과에 따라 상기 펌핑 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제1 검출 동작을 실시하고, 정지모드에서는 상기 제1 검출 동작시 캐패시터에 저장된 전하를 이용하여 상기 출력전압의 변화를 검출하여 그 검출 결과에 따라 상기 펌핑 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제2 검출 동작을 실시하는 단계를 포함하는 고전압 발생 방법.
  11. 제10항에 있어서, 부하 전류가 기준 전류 이상인 경우 상기 일반모드로 동작하고, 부하 전류가 기준 전류보다 작은 경우 상기 정지모드로 동작하는 고전압 발생 방법.
  12. 제10항에 있어서, 사용자에 의해 명령어가 입력된 경우 상기 일반모드로 동작하고, 사용자에 의해 명령어가 입력되지 않은 경우 상기 정지모드로 동작하는 고전압 발생 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제1 검출 동작을 실시하는 단계는
    상기 출력전압을 분배하는 단계; 및
    분배된 제1 분배전압과 기준 전압을 비교하여 상기 펌핑 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 고전압 발생 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 검출 동작을 실시하는 단계는
    상기 출력전압과 상기 제1 분배전압을 이용하여 상기 제2 검출동작에 필요한 전하를 충전하는 단계를 더 포함하는 고전압 발생 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제2 검출 동작을 실시하는 단계는
    제1 검출 동작시 충전된 전하를 이용하여 상기 출력전압의 변화에 따라 변경된 제2 분배전압과 기준 전압을 비교하여 상기 펌핑 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 고전압 발생 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 제2 검출 동작을 실시하기 전에 상기 제1 검출 동작이 실시되지 않도록 회로를 차단하는 단계를 더 포함하는 고전압 발생 방법.
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