KR20150093084A - 레벨감지회로 및 이를 포함한 반도체장치 - Google Patents

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KR20150093084A
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Abstract

레벨감지회로는 온도의존소자를 포함하고, 상기 온도의존소자의 온도특성에 따라 레벨이 가변하는 기준전압을 생성하는 기준전압생성부; 상기 온도의존소자와 동일한 온도특성을 갖는 온도보상소자를 포함하고, 타겟전압으로부터 레벨신호를 생성하되, 상기 레벨신호의 레벨은 상기 온도보상소자의 온도특성에 따라 레벨이 가변하는 레벨신호생성부; 및 상기 기준전압과 상기 레벨신호를 비교하여 감지전압을 생성하는 비교부를 포함한다.

Description

레벨감지회로 및 이를 포함한 반도체장치{LEVEL DETECTION CIRCUIT AND SEMICONDUCTOR DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 레벨감지회로 및 이를 포함한 반도체장치에 관한 것이다.
레벨감지회로는 특정한 신호의 전압 레벨이 기준전압보다 높은지 낮은지를 판단하여 판단 결과에 따라 레벨이 결정되는 감지신호를 출력하는 회로이다. 레벨감지회로는 반도체장치에서 초기화회로 및 전압생성회로 등에서 다양하게 활용될 수 있다.
초기화회로는 반도체장치에 전원이 인가된 후 전원이 기설정된 레벨에 도달하기 전 초기화동작을 수행한다. 초기화동작이 수행되는 구간을 설정하기 위해 초기화회로는 레벨감지회로를 사용하여 반도체장치에 인가되는 전원의 레벨이 기설정된 레벨에 도달하였는지 판별한다. 즉, 레벨감지회로는 반도체장치에 인가되는 전원의 레벨이 기설정된 레벨에 도달하는 경우 레벨 천이되는 초기화신호를 생성하여 반도체장치의 초기화동작을 제어할 수 있다.
한편, 전압생성회로는 메모리셀 어레이가 형성되는 코어영역에 공급되는 코어전압, 제어회로 등이 형성되는 페리영역에 공급되는 페리전압, 워드라인에 공급되는 펌핑전압 등의 내부전압을 생성한다. 전압생성회로는 생성되는 내부전압의 레벨을 감지하여 내부전압이 기설정된 레벨보다 낮은 레벨인 경우 내부전압을 외부전압으로 구동하거나 외부전압보다 높은 레벨로 펌핑한다. 전압생성회로에서 내부전압 레벨을 감지하기 위해서 레벨감지회로가 필요하다.
본 발명은 온도변화에도 안정적으로 타켓신호의 전압을 감지할 수 있는 레벨감지회로 및 이를 포함한 반도체장치를 제공한다.
이를 위해 본 발명은 온도의존소자를 포함하고, 상기 온도의존소자의 온도특성에 따라 레벨이 가변하는 기준전압을 생성하는 기준전압생성부; 상기 온도의존소자와 동일한 온도특성을 갖는 온도보상소자를 포함하고, 타겟전압으로부터 레벨신호를 생성하되, 상기 레벨신호의 레벨은 상기 온도보상소자의 온도특성에 따라 레벨이 가변하는 레벨신호생성부; 및 상기 기준전압과 상기 레벨신호를 비교하여 감지전압을 생성하는 비교부를 포함하는 레벨감지회로를 제공한다.
또한, 본 발명은 타겟전압으로부터 생성된 레벨신호와 기준전압을 비교하여 감지전압을 생성하는 레벨감지회로; 및 상기 감지전압에 응답하여 내부회로를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어회로를 포함하되, 상기 기준전압의 레벨은 온도의존소자의 온도특성에 따라 가변하고, 상기 레벨신호의 레벨은 온도보상소자의 온도특성에 따라 가변하며, 상기 온도의존소자 및 상기 온도보상소자의 온도특성은 동일하게 설정되는 반도체장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 제1 타겟전압으로부터 생성된 제1 레벨신호와 제1 기준전압을 비교하여 제1 감지전압을 생성하는 제1 레벨감지회로; 제2 타겟전압으로부터 생성된 제2 레벨신호와 제2 기준전압을 비교하여 제2 감지전압을 생성하는 제2 레벨감지회로; 및 상기 제1 및 제2 감지전압에 응답하여 내부회로를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어회로를 포함하되, 상기 제1 기준전압의 레벨은 제1 온도의존소자의 온도특성에 따라 가변하고, 상기 제1 레벨신호의 레벨은 제1 온도보상소자의 온도특성에 따라 가변하며, 상기 제1 온도의존소자 및 상기 제1 온도보상소자의 온도특성은 동일하게 설정되는 반도체장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 기준전압의 온도에 따른 레벨 변화를 상쇄할 수 있는 온도보상소자를 이용하여 온도변화에도 안정적으로 타켓신호의 전압을 감지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 레벨감지회로의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 레벨감지회로에 포함된 기준전압생성부의 일 실시예에 따른 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 레벨감지회로에 포함된 레벨신호생성부의 일 실시예에 따른 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 레벨감지회로에 포함된 비교부의 일 실시예에 따른 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 레벨감지회로의 온도변화에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 레벨감지회로가 적용된 반도체장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 레벨감지회로가 적용된 반도체장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 레벨감지회로는 기준전압생성부(1), 레벨신호생성부(2) 및 비교부(3)를 포함한다. 기준전압생성부(1)는 온도의존소자(미도시)의 온도특성에 따라 가변하는 레벨을 갖는 기준전압(VR)을 생성한다. 레벨신호생성부(2)는 타겟전압(TV)으로부터 레벨신호(LEV)를 생성한다. 레벨신호(LEV)의 레벨은 온도보상소자(미도시)의 온도특성에 따라 가변한다. 비교부(3)는 기준전압(VR)과 레벨신호(LEV)의 레벨을 비교하여 감지전압(VDET)을 생성한다.
도 2를 참고하면 기준전압생성부(1)는 정전류원(11) 및 온도의존소자(12)를 포함한다. 정전류원(11)은 전류공급부(111), 저항소자(R11), 전류방출부(112) 및 구동부(113)를 포함한다. 전류공급부(111)는 제1 전원전압(VDD1)으로부터 노드(nd11) 및 노드(nd12)로 전류를 공급한다. 저항소자(R11)는 노드(nd12) 및 노드(nd13) 사이에 연결된다. 전류방출부(112)는 노드(nd11) 및 노드(nd13)로부터 접지전압(VSS)으로 전류를 방출한다. 구동부(113)는 노드(nd12) 및 노드(nd13)의 전압에 의해 노드(nd14)로 출력되는 기준전압(VR)을 구동하면서, 노드(nd14)로 정전류(IW)를 공급한다. 온도의존소자(12)는 다이오드소자로 동작하는 NMOS 트랜지스터(N13)로 구현된다. NMOS 트랜지스터(N13)의 드레인 및 게이트는 노드(nd14)에 연결되고, NMOS 트랜지스터(N13)의 소스는 접지전압(VSS)에 연결된다. NMOS 트랜지스터(N13)는 온도가 높아질수록 저항값이 낮아지는 온도특성을 갖는다. 따라서, 기준전압생성부(1)에서 생성되는 기준전압(VR)의 레벨은 고온일수록 낮아진다.
도 3을 참고하면 레벨신호생성부(2)는 저항소자들(R21, R22)과 온도보상소자(21)를 포함한다. 저항소자(R21)는 타겟전압(TV) 공급단과 레벨신호(LEV)가 출력되는 노드(nd21) 사이에 연결된다. 저항소자(R22)는 노드(nd21)와 노드(nd22) 사이에 연결된다. 온도보상소자(21)는 다이오드소자로 동작하는 NMOS 트랜지스터(N21)로 구현된다. NMOS 트랜지스터(N21)의 드레인 및 게이트는 노드(nd22)에 연결되고, NMOS 트랜지스터(N21)의 소스는 접지전압(VSS)에 연결된다. NMOS 트랜지스터(N21)는 온도가 높아질수록 저항값이 낮아지는 온도특성을 갖는다. 레벨신호(LEV)는 저항소자들(R21, R22)과 온도보상소자(21)의 저항값들의 비율에 따라 전압분배되어 생성된다. 레벨신호(LEV)의 레벨은 온도보상소자(21)의 온도특성에 의해 고온일수록 낮아진다. 본 실시예에서 온도보상소자(21) 및 온도의존소자(12)는 동일한 온도특성을 갖도록 설정된다. 따라서, NMOS 트랜지스터(N13) 및 NMOS 트랜지스터(N21)는 동일한 사이즈와 공정특성을 갖는 소자로 구현되는 것이 바람직 하다.
도 4를 참고하면 비교부(3)는 커런트미러(31), 신호입력부(32), 활성화부(33) 및 버퍼부(34)를 포함한다. 커런트미러(31)는 제2 전원전압(VDD2)으로부터 노드(nd31) 및 노드(nd32)로 전류를 공급한다. 제2 전원전압(VDD2) 및 제1 전원전압(VDD1)은 실시예에 따라 이종레벨이거나 동종레벨로 설정될 수 있다. 신호입력부(32)는 레벨신호(LEV) 및기준전압(VR)의 레벨에 응답하여 노드(nd31) 및 노드(nd32)의 논리레벨을 결정한다. 활성화부(33)는 바이어스전압(VBIAS)에 응답하여 노드(nd33)의 전류를 접지전압(VSS)으로 방출하여 비교부(3)의 비교동작을 활성화시킨다. 신호입력부(32) 및 활성화부(33)는 노드(nd33)을 통하여 서로 연결된다. 버퍼부(34)는 노드(nd31)의 전압을 버퍼링하여 감지전압(VDET)으로 출력한다. 비교부(3)는 레벨신호(LEV) 및 기준전압(VR)의 레벨을 비교하여 감지전압(VDET)을 생성한다. 감지전압(VDET)의 레벨은 레벨신호(LEV)가 기준전압(VR)보다 높은 레벨인 경우 로직로우레벨을 갖고, 레벨신호(LEV)가 기준전압(VR)보다 낮은 레벨인 경우 로직하이레벨을 갖는다.
이상 살펴본 바와 같이 구성된 레벨감지회로는 타겟전압(TV)의 레벨을 감지하여 감지전압(VDET)을 생성한다. 감지전압(VDET)의 레벨은 타겟전압(TV)의 레벨이 원하는 레벨에 도달하지 않은 경우, 즉, 타겟전압(TV)을 전압분배하여 생성한 레벨신호(LEV)가 기준전압(VR)보다 낮은 레벨인 경우 로직하이레벨로 생성된다. 또한, 감지전압(VDET)의 레벨은 타겟전압(TV)의 레벨이 원하는 레벨 이상인 경우, 즉, 타겟전압(TV)을 전압분배하여 생성한 레벨신호(LEV)가 기준전압(VR)보다 높은 레벨인 경우 로직로우레벨로 생성된다.
본 실시예의 레벨감지회로는 기준전압(VR)을 생성하는 기준전압생성부(1)에 포함된 온도의존소자(12)와 동일한 온도특성을 갖는 온도보상소자(21)를 이용하여 레벨신호(LEV)를 생성한다. 따라서, 기준전압(VR)과 레벨신호(LEV)의 레벨은 동일한 온도변화에 따라 동일한 방향으로 가변한다. 즉, 고온 일수록 기준전압(VR)과 레벨신호(LEV)의 레벨은 낮아진다. 도 5에서, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 여러가지 신호들의 전압레벨을 나타낸다. 도 5를 참고하면 고온(T1)에서 저온(T2)으로 온도가 변할 때 기준전압(VR)의 레벨이 증가함과 동시에 타겟전압(TV)을 전압분배하여 생성되는 레벨신호(LEV)의 레벨도 증가함을 확인할 수 있다. 이와 같은 타겟전압(TV) 및 레벨신호(LEV)의 온도변화에 따른 레벨 변화에 의해 감지전압(VDET)의 레벨이 로직하이레벨에서 로직로우레벨로 천이하는 Tc 시점은 고온(T1) 및 저온(T2)에서 동일하게 형성된다. 감지전압(VDET)의 레벨 천이 시점이 온도 변화에도 일정하게 유지되므로, 레벨감지회로는 타겟전압(TV)이 원하는 레벨에 도달하는 시점을 안정적으로 감지하여 내부동작을 제어할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 반도체장치는 레벨감지회로(41), 제어회로(42) 및 내부회로(43)를 포함한다. 레벨감지회로(41)는 타겟전압(TV)의 레벨을 감지하여 감지전압(VDET)을 생성한다. 레벨감지회로(41)의 구성 및 동작은 앞서 도 1 내지 도 5를 통해 충분히 설명한 바, 구체적인 설명은 생략한다. 제어회로(42)는 감지전압(VDET)의 레벨 천이 시점에서 내부회로(43)의 내부동작을 제어하기 위한 제어신호(CON)를 생성한다. 내부회로(43)의 내부동작은 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있는데, 초기화회로의 초기화동작 또는 내부전압생성회로의 내부전압 구동 동작 등이 될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 반도체장치는 제1 레벨감지회로(51), 제2 레벨감지회로(52), 제어회로(53) 및 내부회로(54)를 포함한다. 제1 레벨감지회로(51)는 제1 타겟전압(TV1)의 레벨을 감지하여 제1 감지전압(VDET1)을 생성한다. 제2 레벨감지회로(52)는 제2 타겟전압(TV2)의 레벨을 감지하여 제2 감지전압(VDET2)을 생성한다. 제1 레벨감지회로(51) 및 제2 레벨감지회로(52)의 구성 및 동작은 앞서 도 1 내지 도 5를 통해 충분히 설명한 바, 구체적인 설명은 생략한다. 제어회로(53)는 제1 감지전압(VDET1) 및 제2 감지전압(VDET2)에 응답하여 내부회로(43)의 내부동작을 제어하기 위한 제어신호(CON)를 생성한다. 제어회로(53)는 실시예에 따라 다양하게 구현할 수 있다. 예를 들어, 제어회로(53)는 제1 감지전압(VDET1) 및 제2 감지전압(VDET2)이 모두 레벨 천이하는 경우, 즉, 제1 타겟전압(TV1) 및 제2 타겟전압(TV2)이 모두 원하는 레벨 이상인 경우 인에이블되는 제어신호(CON)를 생성하도록 구현할 수 있다.
1: 기준전압생성부 2: 레벨신호생성부
3: 비교부 11: 정전류원
111: 전류공급부 112: 전류방출부
113: 구동부 12: 온도의존소자
21: 온도보상소자 31: 커런트미러
32: 신호입력부 33: 활성화부
34: 버퍼부 41: 레벨감지회로
42: 제어회로 43: 내부회로
51: 제1 레벨감지회로 52: 제2 레벨감지회로
53: 제어회로 54: 내부회로

Claims (20)

  1. 온도의존소자를 포함하고, 상기 온도의존소자의 온도특성에 따라 레벨이 가변하는 기준전압을 생성하는 기준전압생성부;
    상기 온도의존소자와 동일한 온도특성을 갖는 온도보상소자를 포함하고, 타겟전압으로부터 레벨신호를 생성하되, 상기 레벨신호의 레벨은 상기 온도보상소자의 온도특성에 따라 레벨이 가변하는 레벨신호생성부; 및
    상기 기준전압과 상기 레벨신호를 비교하여 감지전압을 생성하는 비교부를 포함하는 레벨감지회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기준전압생성부는
    상기 기준전압이 출력되는 출력노드에 온도변화에 따라 일정한 전류량을 갖는 정전류를 공급하는 정전류원을 포함하되,
    상기 온도의존소자는 출력노드에 전기적으로 연결된 레벨감지회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 온도의존소자는 온도가 높을수록 낮은 저항값을 갖게되어 상기 기준전압의 레벨을 낮추는 레벨감지회로.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 온도의존소자는 MOS 트랜지스터로 구현되어 다이오드소자로 동작하는 레벨감지회로.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 정전류원은
    제1 노드 및 제2 노드에 전류를 공급하는 전류공급부;
    상기 제2 노드 및 제3 노드에 연결된 저항소자;
    상기 제1 노드 및 상기 제3 노드를 통하여 흐르는 전류를 방출하는 전류방출부; 및
    상기 제2 노드 및 상기 제3 노드의 신호에 응답하여 상기 기준전압을 구동하는 구동부를 포함하는 레벨감지회로.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 온도보상소자는 온도가 높을수록 낮은 저항값을 갖게되어 상기 레벨신호의 레벨을 낮추는 레벨감지회로.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 레벨신호생성부는 상기 타겟전압을 전압분배하기 위한 제1 및 제2 저항소자를 더 포함하는 레벨감지회로.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 레벨신호생성부는
    상기 타겟전압 공급단과 상기 레벨신호가 출력되는 제1 노드 사이에 연결된 제1 저항소자; 및
    상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결된 제2 저항소자를 포함하되,
    상기 온도보상소자는 상기 제2 노드와 접지전압 단자 사이에 연결된 레벨감지회로.
  9. 타겟전압으로부터 생성된 레벨신호와 기준전압을 비교하여 감지전압을 생성하는 레벨감지회로; 및
    상기 감지전압에 응답하여 내부회로를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어회로를 포함하되,
    상기 기준전압의 레벨은 온도의존소자의 온도특성에 따라 가변하고, 상기 레벨신호의 레벨은 온도보상소자의 온도특성에 따라 가변하며, 상기 온도의존소자 및 상기 온도보상소자의 온도특성은 동일하게 설정되는 반도체장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 레벨감지회로는
    상기 온도의존소자의 온도특성에 따라 레벨이 가변하는 상기 기준전압을 생성하는 기준전압생성부;
    상기 타겟전압을 전압분배하여 상기 레벨신호를 생성하는 레벨신호생성부; 및
    상기 기준전압과 상기 레벨신호를 비교하여 상기 감지전압을 생성하는 비교부를 포함하는 반도체장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 기준전압생성부는
    상기 기준전압이 출력되는 출력노드에 온도변화에 따라 일정한 전류량을 갖는 정전류를 공급하는 정전류원; 및
    상기 출력노드에 연결된 상기 온도의존소자를 포함하는 반도체장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 온도의존소자는 온도가 높을수록 낮은 저항값을 갖게되어 상기 기준전압의 레벨을 낮추는 반도체장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 온도의존소자는 MOS 트랜지스터로 구현되어 다이오드소자로 동작하는 반도체장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 정전류원은
    제1 노드 및 제2 노드에 전류를 공급하는 전류공급부;
    상기 제2 노드 및 제3 노드에 연결된 저항소자;
    상기 제1 노드 및 상기 제3 노드를 통해 흐르는 전류를 방출하는 전류방출부; 및
    상기 제2 노드 및 상기 제3 노드의 신호에 응답하여 상기 기준전압을 구동하는 구동부를 포함하는 반도체장치.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 온도보상소자는 온도가 높을수록 낮은 저항값을 갖게되어 상기 레벨신호의 레벨을 낮추는 반도체장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 레벨신호생성부는 상기 타겟전압을 전압분배하기 위한 제1 및 제2 저항소자를 더 포함하는 반도체장치.
  17. 제1 타겟전압으로부터 생성된 제1 레벨신호와 제1 기준전압을 비교하여 제1 감지전압을 생성하는 제1 레벨감지회로;
    제2 타겟전압으로부터 생성된 제2 레벨신호와 제2 기준전압을 비교하여 제2 감지전압을 생성하는 제2 레벨감지회로; 및
    상기 제1 및 제2 감지전압에 응답하여 내부회로를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어회로를 포함하되,
    상기 제1 기준전압의 레벨은 제1 온도의존소자의 온도특성에 따라 가변하고, 상기 제1 레벨신호의 레벨은 제1 온도보상소자의 온도특성에 따라 가변하며, 상기 제1 온도의존소자 및 상기 제1 온도보상소자의 온도특성은 동일하게 설정되는 반도체장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 레벨감지회로는
    상기 제1 온도의존소자의 온도특성에 따라 레벨이 가변하는 상기 제1 기준전압을 생성하는 제1 기준전압생성부;
    상기 제1 타겟전압을 전압분배하여 상기 제1 레벨신호를 생성하는 제1 레벨신호생성부; 및
    상기 제1 기준전압과 상기 제1 레벨신호를 비교하여 상기 제1 감지전압을 생성하는 제1 비교부를 포함하는 반도체장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제2 기준전압의 레벨은 제2 온도의존소자의 온도특성에 따라 가변하고, 상기 제2 레벨신호의 레벨은 제2 온도보상소자의 온도특성에 따라 가변하며, 상기 제2 온도의존소자 및 상기 제2 온도보상소자의 온도특성은 동일하게 설정되는 반도체장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제2 레벨감지회로는
    상기 제2 온도의존소자의 온도특성에 따라 레벨이 가변하는 상기 제2 기준전압을 생성하는 제2 기준전압생성부;
    상기 제2 타겟전압을 전압분배하여 상기 제2 레벨신호를 생성하는 제2 레벨신호생성부; 및
    상기 제2 기준전압과 상기 제2 레벨신호를 비교하여 제2 감지전압을 생성하는 제2 비교부를 포함하는 반도체장치.
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