KR20140006574A - 전압 공급 장치 - Google Patents

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KR20140006574A
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백규하
도이미
강진영
박건식
김동표
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 레귤레이터를 사용하여 안정된 출력전압을 출력하는 전압 공급 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 전압 공급 장치는 클럭 신호들을 발생하는 비중복 클럭 발생기, 클럭 신호들을 수신하고 수신된 클럭 신호들에 응답하여 펌핑 전압을 출력하는 전하 펌프, 및 펌핑 전압을 수신하고 수신된 펌핑 전압을 조절하여 출력 전압을 출력하는 레귤레이터를 포함하고, 레귤레이터는 펌핑 전압에 기반하여 기준전압을 생성하는 기준전압 회로, 출력전압을 분배하여 분배전압을 출력하는 샘플링 장치, 분배전압 및 기준전압의 차이를 증폭시켜 출력하는 에러 증폭기, 및 펌핑 전압을 수신하고 에러 증폭기의 출력을 기반으로 통과전류를 제어하여 출력 전압을 일정하게 유지시키는 통과소자를 포함한다.

Description

전압 공급 장치{VOLTAGE SUPPLY DEVICE}
본 발명은 전압 공급 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 레귤레이터를 이용하여 전하 펌프의 출력 전압을 제어하는 전압 공급 장치에 관한 것이다.
저전력 시스템에 고전압을 공급해주기 위한 장치로서 전하 펌프(Charge Pump)가 사용된다. 전하 펌프(Charge Pump)는 DC-DC 컨버터의 한 종류이다. 전하 펌프는 스위칭 동작을 통해 커패시터의 충전 및 방전 동작을 수행한다. 전하 펌프는 충전 및 방전 동작을 기반으로 전압을 변환을 수행하여, 시스템에 전압을 공급할 수 있다.
그러나, 순간적인 과전류 또는 부하의 변동이 발생할 경우, 전하 펌프의 출력전압이 크게 흔들리게 되고, 이에 따라 전압 펌프로부터 전압을 공급 받는 시스템에 오류가 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 레귤레이터를 사용하여 전압 공급 장치의 출력전압을 일정하게 유지시키는 전압 공급 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전압 공급 장치는 클럭 신호들을 발생하는 비중복 클럭 발생기; 상기 클럭 신호들을 수신하고, 상기 수신된 클럭 신호들에 응답하여 펌핑 전압을 출력하는 전하 펌프; 및 상기 펌핑 전압을 수신하고, 상기 수신된 펌핑 전압을 조절하여 출력 전압을 출력하는 레귤레이터를 포함하고, 상기 레귤레이터는 상기 펌핑 전압에 기반하여 기준전압을 생성하는 기준전압 회로; 상기 출력전압을 분배하여 분배전압을 출력하는 샘플링 장치; 상기 분배전압 및 상기 기준전압의 차이를 증폭시켜 출력하는 에러 증폭기; 및 상기 펌핑 전압을 수신하고, 상기 에러 증폭기의 출력을 기반으로 통과전류를 제어하여 상기 출력 전압을 일정하게 유지시키는 통과소자를 포함한다.
실시 예로서, 상기 출력 전압은 상기 전하 펌프에 입력되는 구동전압보다 높고, 상기 펌핑전압보다 낮다.
실시 예로서, 상기 출력 전압 및 상기 펌핑전압은 서로 다른 레벨의 음의 전압들이고, 상기 출력 전압의 절대값은 상기 전하 펌프에 입력되는 구동전압보다 높고, 상기 펌핑전압의 절대값보다 낮다.
실시 예로서, 상기 샘플링 장치는 상기 통과 소자 및 상기 에러 증폭기와 연결되어 상기 분배전압을 출력하는 커패시터 소자들 또는 MOS 소자들을 포함한다.
실시 예로서 상기 출력 전압의 레벨을 변환하여 출력한다.
실시 예로서 상기 비중복 클럭 발생기의 입력 신호를 생성하는 전압-제어 발진기를 더 포함한다.
실시 예로서 상기 비중복 클럭 발생기의 입력 신호를 생성하는 링 발진기를 더 포함한다.
실시 예로서 상기 링 발진기는 50% 듀티 사이클의 입력 신호를 생성한다.
실시 예로서 상기 펌핑 전압의 레벨을 검출하는 전압 검출기를 더 포함하고, 상기 검출 결과에 응답하여 상기 전압-제어 발진기로부터 출력되는 상기 비중복 클럭 발생기의 입력 신호가 제어된다.
실시 예로서 상기 전하 펌프와 연결되어 상기 펌핑 전압을 수신하는 복수의 레귤레이터들을 더 포함하고, 상기 복수의 레귤레이터들은 각각 서로 다른 복수의 출력 전압들을 생성하고, 상기 복수의 레귤레이터들 각각은 상기 레귤레이터와 동일한 구성을 갖는다.
실시 예로서 상기 전하 펌프는 제 1 내지 제 n 전하 펌프 유닛들을 포함하고, 상기 제 1 내지 제 n 전하 펌프 유닛들과 각각 연결된 제 1 내지 제 n 클럭-제어 버퍼들; 비교 전압을 출력하는 비교전압 발생기; 및 상기 제 1 내지 제 n 전하 펌프 유닛들의 펌핑 전압들과 상기 비교전압을 각각 비교하여 상기 제 1 내지 제 n 클럭-제어 버퍼들로 비교 결과를 전송하는 제 1 내지 제 n 비교기들을 더 포함하고, 상기 제 1 내지 제 n 비교기들의 비교 결과를 기반으로, 상기 제 1 내지 제 n 클럭-제어 버퍼들 각각은 제 1 내지 제 n 전하 펌프 유닛들 각각을 독립적으로 활성화 또는 비활성화한다.
실시 예로서 상기 제 1 내지 제 n 전하 펌프 유닛들과 연결된 복수의 레귤레이터들을 더 포함하고, 상기 복수의 레귤레이터들은 서로 다른 복수의 출력전압들을 생성하고, 상기 복수의 레귤레이터들은 상기 레귤레이터와 동일한 구성을 갖는다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 전압 공급 장치는 클럭 신호들을 발생하는 비중복 클럭 발생기; 상기 클럭 신호들을 수신하고, 상기 수신된 클럭 신호들에 응답하여 펌핑 전압을 출력하는 전하 펌프; 상기 클럭 신호들을 수신하고, 상기 수신된 클럭 신호들에 응답하여 펌핑 기준 전압을 출력하는 기준전압 전하 펌프; 및 상기 펌핑 전압 및 상기 펌핑 기준 전압을 수신하고, 상기 수신된 펌핑 전압을 조절하여 출력 전압을 출력하는 레귤레이터를 포함하고, 상기 레귤레이터는, 상기 펌핑 기준 전압에 기반하여 기준전압을 생성하는 기준전압 회로; 상기 출력전압을 분배하여 분배전압을 출력하는 샘플링 장치; 상기 분배전압 및 상기 기준전압의 차이를 증폭시켜 출력하는 에러 증폭기; 및 상기 펌핑 전압을 수신하고, 상기 에러 증폭기의 출력을 기반으로 통과전류를 제어하여 상기 출력 전압을 일정하게 유지시키는 통과소자를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전압 공급 장치는 클럭 신호들을 출력하는 비중복 클럭 발생기; 상기 클럭 신호들을 수신하고, 상기 수신된 클럭 신호들에 응답하여 펌핑 전압들을 각각 출력하는 양전하 펌프 및 음전하 펌프들 및; 상기 펌핑 전압들을 각각 수신하고, 상기 수신된 펌핑 전압을 조절하여 출력 전압들을 출력하는 양전압 레귤레이터 및 음전압 레귤레이터를 포함하고, 상기 양전압 레귤레이터 및 음전압 레귤레이터 각각은, 상기 펌핑 전압에 기반하여 기준전압을 생성하는 기준전압 회로; 상기 출력전압을 분배하여 분배전압을 출력하는 샘플링 장치; 상기 분배전압 및 상기 기준전압의 차이를 증폭시켜 출력하는 에러 증폭기; 및 상기 펌핑 전압을 수신하고, 상기 에러 증폭기의 출력을 기반으로 통과전류를 제어하여 상기 출력 전압을 일정하게 유지시키는 통과소자를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 부하의 변동에 의한 출력전압의 변동을 감소시킬 수 있다. 따라서, 향상된 신뢰성 및 안정성을 갖는 전압공급장치가 제공된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 양전압 공급 장치를 보여주는 도면들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 음전압 공급 장치를 보여주는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 전압 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 3의 전압 공급 장치의 내부 구성을 상세하게 보여주는 도면이다.
도 5는 MOS 소자를 이용하여 구성된 전압 공급 장치를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 전압 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
도 7 및 도 8은 도 6의 전압 공급 장치의 내부 구성을 상세하게 보여주는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 전압 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 전압 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
도 11a는 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 전압 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
도 11b는 본 발명의 제 8 실시 예에 따른 전압 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
도 12a는 본 발명의 제 9 실시 예에 따른 전압 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
도 12b는 본 발명의 제 10 실시 예에 따른 전압 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
도 13a는 본 발명의 제 11 실시 예에 따른 전압 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
도 13b는 본 발명의 제 12 실시 예에 따른 전압 공급 장치를 보여주는 블록도이다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 양전압 공급 장치(100)를 보여주는 블록도이다. 도 1b는 도 1a의 양전압 공급 장치(100)의 내부 구성을 상세하게 보여주는 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 양전압 공급 장치(100, Positive Voltage Supply device)는 비중복 클럭 발생기(110, Non-Overlapping Clock Generator), 양전하 펌프(120,Positive Charge Pump), 및 양전압 레귤레이터(130, Positive Regulator)를 포함할 수 있다. 비중복 클럭 발생기(110)는 입력 신호(CLKin)를 수신하여, 클럭 신호들(CLK, CLKb)을 출력할 수 있다. 클럭 신호들(CLK, CLKb)은 서로 중복되지 않는다. 예를 들어, 클럭 신호들(CLK, CLKb)은 동시에 로직 하이(HIGH)가 될 수 없다.
양전하 펌프(120)는 클럭 신호들(CLK, CLKb)을 수신할 수 있다. 양전하 펌프(120)는 수신된 클럭 신호들(CLK, CLKb)에 응답하여, 양전하 펌프(120)에 포함된 스위치들을 동작할 수 있다. 양전하 펌프(120)는 스위칭 동작을 기반으로 양전하 펌프의 출력 전압(Vpp, 이하에서, 펌핑 전압이라 한다.)을 출력할 수 있다.
양전압 레귤레이터(130)는 기준 전압 회로(131, Reference Circuit), 에러 증폭기(132, Error Amplifier), 통과 소자(133, Pass Device), 및 샘플링 장치(134, Sampling Device)를 포함할 수 있다. 기준 전압 회로(131)는 기준 전압(Vpref)을 생성할 수 있다. 샘플링 장치(134)는 출력 전압을 분배하여 분배 전압(Vpdvd)을 출력할 수 있다. 예시적으로, 분배 전압(Vpdvd)은 출력 전압(Vpout)보다 낮을 수 있다. 에러 증폭기(132)는 기준 전압(Vpref)과 분배전압(Vpdvd)의 차이를 증폭하여 출력한다.
통과 소자(133)는 증폭된 차이를 수신하고, 수신된 차이를 기반으로 통과 소자(133)를 흐르는 통과 전류(IPpass)를 제어할 수 있다. 제어된 통과 전류(Ippass)에 응답하여, 출력전압(Vpout)은 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 부하가 커질 경우 출력전압(Vpout)은 감소할 수 있다. 출력 전압(Vpout)의 감소를 방지하기 위하여 통과소자(135)는 통과 전류(Ippass)의 양을 증가시킬 수 있다.
안정된 출력전압을 위하여, 펌핑 전압(Vpp)은 출력 전압(Vpout)보다 높을 수 있다. 예시적으로, 샘플링 장치(134)에 포함된 소자들(도 5에 도시)을 조절하여, 출력 전압(Vpout)의 레벨이 조절될 수 있다. 샘플링 장치(134)에 포함된 소자들을 조절하여 출력 전압(Vpout)의 레벨을 조절하는 방법은 도 5를 참조하여 상세하게 설명된다.
도 2a는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 음전압 공급 장치(200, Negative Voltage Supply device)를 보여주는 블록도이다. 도 2b는 음전압 공급 장치(200)의 내부 구성을 상세하게 보여주는 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 음전압 공급 장치(200, Negative Voltage Supply device)는 비중복 클럭 발생기(210, Non-Overlapping Clock Generator), 음전하 펌프(250,Negative Charge Pump), 및 음전압 레귤레이터(260, Negative Regulator)를 포함할 수 있다. 비중복 클럭 발생기(210)는 입력 신호(CLKin)를 수신하여, 클럭 신호들(CLK, CLKb)을 출력할 수 있다. 클럭 신호들(CLK, CLKb)은 서로 중복되지 않는다. 예를 들어, 클럭 신호들(CLK, CLKb)은 동시에 로직 하이(HIGH)가 될 수 없다.
음전하 펌프(250)는 클럭 신호들(CLK, CLKb)을 수신할 수 있다. 음전하 펌프(250)는 수신된 클럭 신호들(CLK, CLKb)에 응답하여, 음전하 펌프(250)에 포함된 스위치들을 동작할 수 있다. 음전하 펌프(250)는 스위칭 동작을 기반으로 음전하 펌프의 출력 전압(Vnp, 이하에서, 펌핑 전압이라 한다.)을 출력할 수 있다.
음전압 레귤레이터(260)는 기준 전압 회로(261), 에러 증폭기(262), 통과 소자(263), 및 샘플링 장치(264)를 포함할 수 있다. 기준 전압 회로(261)는 기준 전압(Vnref)을 생성할 수 있다. 샘플링 장치(264)는 출력전압(Vnout)을 분배하여 분배전압(Vndvd)을 출력할 수 있다. 예시적으로, 분배전압(Vndvd)은 출력 전압(Vnout)보다 낮을 수 있다. 에러 증폭기(262)는 기준 전압(Vnref)과 분배전압(Vndvd)의 차이를 증폭하여 출력한다. 통과 소자(263)는 증폭된 차이를 수신하고, 수신된 차이를 기반으로 통과 전류(Inpass)를 제어할 수 있다. 제어된 전류(Inpass)에 응답하여, 출력전압(Vnout)은 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 출력 전압(Vnout)이 변할 경우 통과 소자(265)는 통과 전류(Inpass)를 제어하여 출력 전압(Vnout)을 안정화시킬 수 있다.
안정된 출력을 위하여, 펌핑 전압(Vnp)은 출력 전압(Vnout)보다 낮을 수 있다. 예시적으로, 샘플링 장치(264)에 포함된 소자들(도 5에 도시)을 조절하여, 출력 전압(Vnout)의 레벨이 조절될 수 있다. 샘플링 장치(134)에 포함된 소자들을 조절하여 출력 전압(Vnout)의 레벨을 조절하는 방법은 도 5를 참조하여 상세하게 설명된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전압 공급 장치(300)를 보여주는 블록도이다. 예시적으로, 전압 공급 장치(300)는 도 1a 및 도 2a의 양전압 공급 장치(100) 및 음전압 공급 장치(200)가 결합된 구성을 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 전압 공급 장치(300)는 비중복 클럭 발생기(310), 양전하 펌프(320), 양전압 레귤레이터(330), 음전하 펌프(350), 및 음전압 레귤레이터(360)를 포함할 수 있다. 전압 공급 장치(300)의 비중복 클럭 발생기(310), 양전하 펌프(320), 양전압 레귤레이터(330), 음전하 펌프(350), 및 음전압 레귤레이터(360)는 도 1a 및 도 2a를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다.
도 1a의 양전압 공급 장치(100) 및 도 2a의 음전압 공급 장치(200)와 비교하여, 전압 공급 장치(300)는 출력 전압들(Vpout, Vnout)을 함께 생성할 수 있다. 예시적으로, 출력 전압(Vpout)은 양의 고전압이고, 출력 전압(Vnout)은 음의 고전압일 수 있다.
도 4는 전압 공급 장치(300)를 더욱 상세하게 보여주는 도면이다. 도 5는 MOS(Metal Oxide Semiconductor)소자를 이용하여 구성된 전압 공급 장치(300)를 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 전압 공급 장치(300)는 비중복 클럭 발생기(310), 양전하 펌프(320), 양전압 레귤레이터(330), 음전하 펌프(350), 및 음전압 레귤레이터(360)를 포함할 수 있다. 양전압 레귤레이터(330)는 기준전압 회로(331), 에러 증폭기(332), 통과 소자(333), 및 샘플링 소자(334)를 포함할 수 있다. 음전압 레귤레이터(360)는 기준전압 회로(361), 에러 증폭기(362), 통과 소자(363), 및 샘플링 소자(364)를 포함할 수 있다. 전압 공급 장치(300)의 비중복 클럭 발생기(310), 양전압 전하 펌프(320), 및 음전압 전하펌프(350)는 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다.
기준 전압 회로들(331, 361) 각각은 펌핑 전압들(Vpp, Vnp)을 공급 받아 기준 전압들(Vpref, Vnref)을 생성할 수 있다. 예시적으로, 기준 전압들(Vpref, Vnref) 각각은 펌핑 전압들(Vpp, Vnp)보다 낮을 수 있다. 기준 전압 회로들(331, 361)은 각각 저항들(R3p, R3n)을 포함할 수 있다. 기준 전압 회로들(331, 361)에 큰 전류가 흐르면 전압 공급 장치(300)의 전력 손실이 증가할 수 있다. 따라서, 기준 전압 회로들(331, 361)에 흐르는 전류가 저 전류로 형성되도록, 저항들(R3p, R3n)은 큰 저항값을 가질 수 있다.
샘플링 장치(334)는 저항들(R1p, R2p)을 포함하고, 샘플링 장치(364)는 저항들(R1n, R2n)을 포함할 수 있다. 샘플링 장치들(334, 364)에 포함된 저항들(R1p, R2p, R1n, R2n)의 저항값들을 조절하여 출력전압들(Vpout, Vnout)이 조절될 수 있다. 저항들(R1p, R2p, R1n, R2n) 및 출력전압들(Vpout, Vnout)의 관계는 수학식 1과 같을 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1을 참조하면, Vpref 및 Vnref는 각각 기준 전압 회로들(331, 361)의 출력들이다. 예시적으로, 샘플링 소자들(334, 364)에 포함된 저항들(R1p, R2p, R1n, R2n) 중 저항들(R1p, R1n)을 제거하고, 저항들(R2p, R2n)의 저항값을 0Ω으로 할 경우, 샘플링 소자들(334, 364)에 흐르는 전류는 0A가 된다. 이 경우, 출력전압들(Vpout, Vnout)은 수학식 2와 같을 수 있다.
Figure pat00002
샘플링 장치들(331, 361)은 저 전류를 형성하기 위하여 저항값이 높은 MOS 소자들을 포함할 수 있다. 예시적으로, 샘플링 장치들(334, 364)은 저항들 대신 커패시터들(C1p, C2p, C1n, C2n, 미도시) 각각을 포함할 수 있다. 이 경우, 샘플링 장치들(334, 364)에 흐르는 전류는 거의 존재하지 않을 수 있다. 커패시터들(C1p, C2p, C1n, C2n, 미도시) 및 출력 전압들(Vpout, Vnout)의 관계는 수학식 3과 같을 수 있다.
Figure pat00003
도 6은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 전압 공급 장치(400)를 보여주는 블록도이다. 도 7은 도 6의 전압 공급 장치(400)의 내부 구성을 상세하게 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 전압 공급 장치(400)는 비중복 클럭 발생기(410), 양전하 펌프(420), 양전압 레귤레이터(430), 기준전압 양전하 펌프(440), 음전하 펌프(450), 음전압 레귤레이터(460), 및 기준전압 음전하 펌프(470)를 포함할 수 있다. 양전압 레귤레이터(430)는 기준전압 회로(431), 에러 증폭기(432), 통과소자(433), 및 샘플링 장치(434)를 포함할 수 있다. 음전압 레귤레이터(460)는 기준전압 회로(461), 에러 증폭기(462), 통과소자(463), 및 샘플링 장치(464)를 포함할 수 있다. 전압 공급 장치(400)의 비중복 클럭 발생기(410), 양전하 펌프(420), 양전압 레귤레이터(430), 음전하 펌프(450), 및 음전압 레귤레이터(460)는 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다.
도 4의 전압 공급 장치(400)는 도 3의 전압 공급 장치(300)와 비교하여 기준전압 양전하 펌프(440) 및 기준전압 음전하 펌프(470)를 더 포함할 수 있다.
기준전압 양전하 펌프 및 기준전압 음전하 펌프(440, 470)는 기준 전압들(Vpref, Vnref)을 생성하기 위한 전압(Vpp _ ref, Vnp _ ref, 이하에서 기준 펌핑 전압이라 한다)을 출력할 수 있다. 출력된 기준 펌핑 전압들(Vpp _ ref, Vnp _ ref)은 양전압 및 음전압 레귤레이터들(430, 460)에 포함된 기준전압 회로들(431, 461)로 공급될 수 있다. 기준전압 회로들(431, 461)은 각각 수신된 기준 펌핑 전압들(Vpp_ref, Vnp_ref)를 기반으로, 기준 전압들(Vpref, Vnref)을 출력할 수 있다. 예시적으로, 기준 펌핑 전압(Vpp _ ref)은 펌핑 전압(Vpp)보다 낮은 레벨일 수 있다. 기준 펌핑 전압(Vnp _ ref)은 펌핑 전압(Vnp)보다 높은 레벨일 수 있다.
도 8은 도 6의 전압 공급 장치(400)의 내부 구성을 상세하게 보여주는 도면이다. 예시적으로, 도 8에 도시된 전압 공급 장치(400)의 기준전압 회로들(431, 461)은 전압 분배기일 수 있다. 기준전압 회로들(431, 461)은 기준전압 전하펌프들(440, 470)로부터 각각 기준 펌핑 전압들(Vpp _ ref, Vnp _ ref)을 수신할 수 있다. 기준전압 회로들(431, 461)은 각각 수신된 기준 펌핑 전압들(Vpp _ ref, Vnp _ ref)을 기반으로, 기준 전압들(Vpref, Vnref)을 생성할 수 있다. 예시적으로, 기준전압 회로들(431, 461)에 MOS 소자가 사용할 수 있다. MOS 소자가 사용된 기준전압 회로들(431, 432)에 흐르는 전류는 저 전류일 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 전압 공급 장치(500)를 보여주는 블록도이다. 도 9를 참조하면, 전압 공급 장치(500)는 비중복 클럭 발생기(510), 양전하 펌프(520), 양전압 레귤레이터(530), 음전하 펌프(550), 음전압 레귤레이터(560), 양전압 레벨시프터(580), 및 음전압 레벨시프터(590)를 포함할 수 있다. 전압 공급 장치(500)의 비중복 클럭 발생기(510), 양전하 펌프(520), 양전압 레귤레이터(530), 음전하 펌프(550), 및 음전압 레귤레이터(560)는 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다.
전압 공급 장치(500)는 도 3의 전압 공급 장치(300)와 비교하여 양전압 레벨시프터 및 음전압 레벨시프터(580, 590)를 더 포함할 수 있다.
양전압 및 음전압 레벨시프터들(580, 590)은 각각 양전압 레귤레이터(530) 및 음전압 레귤레이터(560)의 출력전압들(Vpout, Vnout)을 수신할 수 있다. 레벨시프터들(580, 590)은 제어 신호(W_en)를 수신하고, 수신된 제어 신호(W_en)를 기반으로, 출력전압들(Vpout, Vnout)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어신호(W_en)는 "1" 및 "0"으로 형성된 디지털 신호일 수 있다. 레벨시프터들(580, 590)은 제어신호(W_en)를 기반으로, 제어된 출력 전압들(Vpout', Vnout')을 출력할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 전압 공급 장치(600)를 보여주는 블록도이다. 도 10을 참조하면, 전압 공급 장치(600)는 비중복 클럭 발생기(610), 양전압 전하펌프(620), 양전압 레귤레이터(630), 기준전압 전하펌프(640), 음전압 전하펌프(650), 음전압 레귤레이터(660), 기준전압 전하펌프(670), 양전압 레벨시프터(680), 및 음전압 레벨시프터(690)를 포함할 수 있다. 전압 공급 장치(600)의 비중복 클럭 발생기(610), 양전압 전하펌프(620), 양전압 레귤레이터(630), 음전압 전하펌프(650), 음전압 레귤레이터(660), 양전압 레벨시프터(680), 및 음전압 레벨시프터(690)는 도 9를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다. 도 9의 전압 공급 장치(500)와 비교하여, 도 10의 전압 공급 장치(600)는 기준전압 전하 펌프들(640, 670)을 더 포함할 수 있다.
도 6을 참조하여 설명된 바와 같이, 기준전압 전하 펌프들(640, 670)은 각각 양전압 및 음전압 레귤레이터들(630, 660)로 기준 펌핑 전압들(Vpp _ ref, Vnp _ ref)을 공급할 수 있다. 공급된 기준 펌핑 전압들(Vpp _ ref, Vnp _ ref)을 기반으로, 양전압 및 음전압 레귤레이터들(630, 660)은 출력 전압들(Vpout, Vnout)을 생성하기 위한 기준 전압들을 생성할 수 있다.
도 11a는 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 전압 공급 장치(1000)를 보여주는 블록도이다. 도 11a를 참조하면, 전압 공급 장치(1000)는 전압-제어 발진기(1100, VCO, Coltage Controled Oscillator) 및 전압전원(1200)을 포함할 수 있다. 발진기(1100)는 입력신호(CLK_en)를 수신할 수 있다.발진기(110)는 수신된 입력신호에 응답하여, 입력 신호(CLKin)를 생성하고, 전압전원(1200)으로 전송할 수 있다.
전압전원(1200)은 구동전압(Vdd), 클럭신호들(CLK, CLKb) 및 제어 신호(W_en)를 수신하여, 출력전압들(Vpout, Vnout)을 출력할 수 있다. 예시적으로, 전압전원(1200)은 도 9 내지 도 10을 참조하여 설명된 전압 공급 장치들(500, 600) 중 어느 하나일 수 있다.
도 11b는 본 발명의 제 8 실시 예에 따른 전압 공급 장치(1000')를 보여주는 도면이다. 도 11b를 참조하면, 전압 공급 장치(1000')는 링 발진기(1100'), 및 전압전원(1200)을 포함할 수 있다. 전압전원(1200)은 도 11a를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다.
링발진기(1100')는 신호(CLK_en)에 응답하여 동작할 수 있다. 예시적으로 링 발진기(1100')는 50% 듀티 사이클의 입력 신호(CLKin)를 생성할 수 있다.
도 12a는 본 발명의 제 9 실시 예에 따른 전압 공급 장치(2000)를 보여주는 블록도이다.
도 12a를 참조하면, 전압 공급 장치(2000)는 발진기(2100), 전압전원(2200), 및 전압 검출기(2300)를 포함할 수 있다. 전압전원(2200)은 비중복 클럭 발생기(2210), 양전하 펌프(2220), 및 양전압 레귤레이터(2230)을 포함할 수 있다. 발진기(2100), 비중복 클럭 발생기(2210), 양전하 펌프(2220), 및 양전압 레귤레이터(2230)은 도 1a 및 도 11a를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다.
전압 검출기(2300)는 양전하 펌프(2220)의 펌핑 전압(Vpp)을 검출할 수 있다. 전압 검출기(2300)는 검출된 펌핑전압(Vpp)을 기반으로, 발진기(2100)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 전압 공급 장치(2000)로부터 전압을 공급받는 부하가 클 경우, 양전하 펌프(2220)의 펌핑 전압(Vpp)이 낮아질 수 있다. 펌핑 전압(Vpp)이 양전압 레귤레이터(2230)의 입력 범위를 벗어날 경우, 양전압 레귤레이터(2230)는 출력전압(Vpout)을 일정하게 유지하지 못할 수 있다. 이 경우, 전압 검출기(2300)는 발진기(2100)로부터 출력되는 입력 신호(CLKin)의 주파수를 높일 수 있다. 높은 주파수의 입력 신호(CLKin)에 응답하여 양전하 펌프(2220)의 펌핑 전압(Vpp)은 높아질 수 있다.
도 12b는 본 발명의 제 10 실시 예에 따른 전압 공급 장치(2000')를 보여주는 블록도이다. 도 12b를 참조하면, 전압 공급 장치(2000')는 발진기(2100), 전압전원(2200'), 및 전압 검출기(2300)를 포함할 수 있다. 전압전원(2200')은 비중복 클럭 발생기(2210), 양전하 펌프(2220), 및 제 1 내지 제 n 양전압 레귤레이터들(2231~223n)을 포함할 수 있다. 발진기(2100), 전압 검출기(2300), 은 비중복 클럭 발생기(2210), 및 양전하 펌프(2220)는 도 12a를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다.
전압 공급 장치(2000')는 도 12a의 전압 공급 장치(2000)와 비교하여 복수의 레귤레이터들(2231~223n)을 더 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 n 레귤레이터들(2231~223n) 각각은 양전하 펌프(2220)의 펌핑 전압(Vpp)을 기반으로 서로 다른 출력전압들(Vpout _1~Vpout _n)을 생성할 수 있다.
도 13a는 본 발명의 제 11 실시 예에 따른 전압 공급 장치(3000)를 보여주는 도면이다. 도 13a를 참조하면, 전압 공급 장치(3000)는 발진기(3100), 비중복 클럭 발생기(3210), 제 1 내지 제 n 양전하 펌프들(3221~322n), 양전압 레귤레이터(3230), 제 1 내지 제 n 비교기들(3410~34n0), 제 1 내지 제 n 클럭 제어 버퍼들(3510~35n0) 및 비교전압 발생기(3600)을 포함할 수 있다.
발진기(3100)는 신호(CLK_en)에 응답하여, 입력 신호(CLKin)를 생성할 수 있다. 비중복 클럭 발생기(3210)는 입력 신호(CLKin)에 응답하여, 클럭신호들(CLK, CLKb)를 생성할 수 있다.
비교전압 발생기(3600)는 출력 전압(Vpout)과 비교하기 위한 기준전압들을 생성할 수 있다. 제 1 내지 제 n 비교기들(3410~34n0)은 생성된 기준전압들과 제 1 내지 제 n 양전하 펌프들(3221~322n)의 펌핑 전압들을 비교하고, 비교 결과를 제 1 내지 제 n 클럭-제어 버퍼들(3510~35n0)로 전송할 수 있다.
제 1 내지 제 n 클럭-제어 버퍼들은 클럭 신호들(CLK, CLKb) 및 제 1 내지 제 n 비교기들(3410~34n0)의 출력(CLKin1~CLKinN)에 응답하여, 제 1 내지 제 n 양전하 펌프들(3221~322n)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 부하가 클 경우 전하펌프들의 출력전압이 떨어질 수 있다. 이에 따라, 제 1 내지 제 n 비교기들(3410~34n0)은 기준전압들과 제 1 내지 제 n 양전하 펌프들의 펌핑 전압들을 비교하고, 비교 결과를 각각 제 1 내지 제 n 클럭 제어 버퍼들(3510~35n0)로 전송할 수 있다. 제 1 내지 제 n 클럭 제어 버퍼들(3510~35n0)은 비교 결과를 기반으로, 제 1 내지 제 n 양전하 펌프들(3221~322n)의 동작을 제어할 수 있다. 예시적으로, 제 1 내지 제 n 클럭 제어 버퍼들(3510~35n0) 각각은 제 1 내지 제 n 양전하 펌프들(3221~322n) 각각을 독립적으로 활성화 또는 비활성화할 수 있다.
양전압 레귤레이터(3230)는 제 1 내지 제 n 양전하 펌프들(3221~322n)의 펌핑 전압들을 수신하여, 부하에 안정된 출력전압(Vpout)을 공급할 수 있다.
도 13b는 본 발명의 제 12 실시 예에 따른 전압 공급 장치(3000')를 보여주는 도면이다. 도 13b를 참조하면, 전압 공급 장치(3000)는 발진기(3100), 비중복 클럭 발생기(3210), 제 1 내지 제 n 양전하 펌프들(3221~322n), 제 1 내지 제 n 양전압 레귤레이터들(3231~322n), 제 1 내지 제 n 비교기들(3410~34n0), 제 1 내지 제 n 클럭 제어 버퍼들(3510~35n0) 및 비교전압 발생기(3600)을 포함할 수 있다. 전압 공급 장치(3000')의 발진기(3100), 비중복 클럭 발생기(3210), 제 1 내지 제 n 양전하 펌프들(3221~322n), 제 1 내지 제 n 비교기들(3410~34n0), 제 1 내지 제 n 클럭 제어 버퍼들(3510~35n0) 및 비교전압 발생기(3600)는 도 13a를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 설명은 생략된다.
예시적으로, 도 13a의 전압 공급 장치(3000)와 비교하여 전압 공급 장치(3000')는 제 1 내지 제 n 양전압 레귤레이터들(3231~323n)을 더 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 n 양전압 레귤레이터들(3231~323n)은 제 1 내지 제 n 양전하 펌프들의 펌핑 전압들을 기반으로 서로 다른 복수의 출력전압들(Vpout_1~Vpout_n)을 생성할 수 있다.
도 11a 내지 도 13b를 참조하여 양전압을 생성하는 전압 공급 장치들의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예시적으로, 전압 공급 장치들은 음의 고전압을 생성할 수 있다. 복수개의 전압 공급 장치들이 결합되어 양전압 및 음전압을 함께 생성할 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 레귤레이터를 이용하여 전하 펌프의 출력의 흔들림(리플)을 감소시킬 수 있다. 따라서, 향상된 신뢰성을 갖는 전압 공급 장치가 제공된다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
300 : 전압 공급 장치
310 : 비중복 클럭 발생기
320 : 양전하 펌프
330 : 양전압 레귤레이터
331 : 기준 전압 회로
332 : 에러 증폭기
333 : 통과 소자
334 : 샘플링 장치
350 : 음전하 펌프
360 : 음전압 레귤레이터

Claims (14)

  1. 클럭 신호들을 발생하는 비중복 클럭 발생기;
    상기 클럭 신호들을 수신하고, 상기 수신된 클럭 신호들에 응답하여 펌핑 전압을 출력하는 전하 펌프; 및
    상기 펌핑 전압을 수신하고, 상기 수신된 펌핑 전압을 조절하여 출력 전압을 출력하는 레귤레이터를 포함하고,
    상기 레귤레이터는,
    상기 펌핑 전압에 기반하여 기준전압을 생성하는 기준전압 회로;
    상기 출력전압을 분배하여 분배전압을 출력하는 샘플링 장치;
    상기 분배전압 및 상기 기준전압의 차이를 증폭시켜 출력하는 에러 증폭기; 및
    상기 펌핑 전압을 수신하고, 상기 에러 증폭기의 출력을 기반으로 통과전류를 제어하여 상기 출력 전압을 일정하게 유지시키는 통과소자를 포함하는 전압 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 전압은 상기 전하 펌프에 입력되는 구동전압보다 높고, 상기 펌핑전압보다 낮은 전압 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 전압 및 상기 펌핑전압은 서로 다른 레벨의 음의 전압들이고,
    상기 출력 전압의 절대값은 상기 전하 펌프에 입력되는 구동전압보다 높고, 상기 펌핑전압의 절대값보다 낮은 전압 공급 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플링 장치는
    상기 통과 소자와 분배 노드 사이에 연결되는 제 1 소자; 및
    상기 분배 노드와 접지 단자 사이에 연결되는 제 2 소자를 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 소자들은 커패시터들 또는 MOS 트랜지스터들인 전압 공급 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 전압의 레벨을 변환하여 출력하는 레벨시프터를 더 포함하는 전압 공급 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 비중복 클럭 발생기의 입력 신호를 생성하는 전압-제어 발진기를 더 포함하는 전압 공급 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 펌핑 전압의 레벨을 검출하는 전압 검출기를 더 포함하고,
    상기 검출 결과에 응답하여 상기 전압-제어 발진기로부터 출력되는 상기 비중복 클럭 발생기의 입력 신호가 제어되는 전압 공급 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 비중복 클럭 발생기의 입력 신호를 생성하는 링 발진기를 더 포함하는 전압 공급 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 링 발진기는 50% 듀티 사이클의 입력 신호를 생성하는 전압 공급 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전하 펌프와 연결되어 상기 펌핑 전압을 수신하는 복수의 레귤레이터들을 더 포함하고,
    상기 복수의 레귤레이터들은 각각 서로 다른 복수의 출력 전압들을 생성하고, 상기 복수의 레귤레이터들 각각은 상기 레귤레이터와 동일한 구성을 갖는 전압 공급 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전하 펌프는 제 1 내지 제 n 전하 펌프 유닛들을 포함하고,
    상기 제 1 내지 제 n 전하 펌프 유닛들과 각각 연결된 제 1 내지 제 n 클럭-제어 버퍼들;
    비교 전압을 출력하는 비교전압 발생기; 및
    상기 제 1 내지 제 n 전하 펌프 유닛들의 펌핑 전압들과 상기 비교전압을 각각 비교하여 상기 제 1 내지 제 n 클럭-제어 버퍼들로 비교 결과를 전송하는 제 1 내지 제 n 비교기들을 더 포함하고,
    상기 제 1 내지 제 n 비교기들의 비교 결과를 기반으로, 상기 제 1 내지 제 n 클럭-제어 버퍼들 각각은 제 1 내지 제 n 전하 펌프 유닛들 각각을 독립적으로 활성화 또는 비활성화하는 전압 공급 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 n 전하 펌프 유닛들과 연결된 복수의 레귤레이터들을 더 포함하고,
    상기 복수의 레귤레이터들은 서로 다른 복수의 출력전압들을 생성하고,
    상기 복수의 레귤레이터들은 상기 레귤레이터와 동일한 구성을 갖는 전압 공급 장치.
  13. 클럭 신호들을 발생하는 비중복 클럭 발생기;
    상기 클럭 신호들을 수신하고, 상기 수신된 클럭 신호들에 응답하여 펌핑 전압을 출력하는 전하 펌프;
    상기 클럭 신호들을 수신하고, 상기 수신된 클럭 신호들에 응답하여 펌핑 기준 전압을 출력하는 기준전압 전하 펌프; 및
    상기 펌핑 전압 및 상기 펌핑 기준 전압을 수신하고, 상기 수신된 펌핑 전압을 조절하여 출력 전압을 출력하는 레귤레이터를 포함하고,
    상기 레귤레이터는,
    상기 펌핑 기준 전압에 기반하여 기준전압을 생성하는 기준전압 회로;
    상기 출력전압을 분배하여 분배전압을 출력하는 샘플링 장치;
    상기 분배전압 및 상기 기준전압의 차이를 증폭시켜 출력하는 에러 증폭기; 및
    상기 펌핑 전압을 수신하고, 상기 에러 증폭기의 출력을 기반으로 통과전류를 제어하여 상기 출력 전압을 일정하게 유지시키는 통과소자를 포함하는 전압 공급 장치.
  14. 클럭 신호들을 출력하는 비중복 클럭 발생기;
    상기 클럭 신호들을 수신하고, 상기 수신된 클럭 신호들에 응답하여 펌핑 전압들을 각각 출력하는 양전하 펌프 및 음전하 펌프들 및;
    상기 펌핑 전압들을 각각 수신하고, 상기 수신된 펌핑 전압들을 조절하여 출력 전압들을 출력하는 양전압 레귤레이터 및 음전압 레귤레이터를 포함하고,
    상기 양전압 레귤레이터 및 음전압 레귤레이터 각각은,
    펌핑 전압에 기반하여 기준전압을 생성하는 기준전압 회로;
    출력전압을 분배하여 분배전압을 출력하는 샘플링 장치;
    상기 분배전압 및 상기 기준전압의 차이를 증폭시켜 출력하는 에러 증폭기; 및
    상기 펌핑 전압을 수신하고, 상기 에러 증폭기의 출력을 기반으로 통과전류를 제어하여 상기 출력 전압을 일정하게 유지시키는 통과소자를 포함하는 전압 공급 장치.
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