KR20230105288A - Voltage generator and semiconductor device including the same - Google Patents
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- H02M3/073—Charge pumps of the Schenkel-type
- H02M3/076—Charge pumps of the Schenkel-type the clock signals being boosted to a value being higher than the input voltage value
Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기는, 복수의 제1 펌핑 커패시터들을 갖는 제1 차지 펌프, 및 상기 복수의 제1 펌핑 커패시터들 각각의 용량과 다른 용량을 갖는 복수의 제2 펌핑 커패시터들을 갖는 제2 차지 펌프를 포함하며, 파워 메쉬(power mesh)에 전원 전압을 공급하는 차지 펌프 회로, 상기 전원 전압의 타겟 레벨에 기초하여 제어 신호를 출력하는 컨트롤러, 및 상기 차지 펌프 회로에 클럭 신호를 출력하는 오실레이터를 포함하며, 상기 오실레이터는, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 제1 차지 펌프 및 상기 제2 차지 펌프 중 하나에 상기 클럭 신호를 출력한다.A voltage generator according to an embodiment of the present invention includes a first charge pump having a plurality of first pumping capacitors, and a plurality of second pumping capacitors having a capacitance different from that of each of the plurality of first pumping capacitors. A charge pump circuit that includes a second charge pump and supplies a power supply voltage to a power mesh, a controller that outputs a control signal based on a target level of the power supply voltage, and outputs a clock signal to the charge pump circuit. and an oscillator that outputs the clock signal to one of the first charge pump and the second charge pump based on the control signal.
Description
본 발명은 전압 생성기 및 이를 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage generator and a semiconductor device including the same.
반도체 장치는 외부 호스트 등이 제공하는 외부 전원 전압을 이용하여 동작에 필요한 전원 전압을 생성하는 전압 생성기를 포함하며, 일례로 전압 생성기는 외부 전원 전압보다 높은 레벨의 전원 전압을 출력할 수 있다. 외부 전원 전압보다 높은 레벨의 전원 전압을 생성하기 위해 전압 생성기는 차지 펌프를 포함할 수 있다. 차지 펌프의 동작은 전원 전압의 타겟 레벨에 따라 제어될 수 있으며, 타겟 레벨이 높으면 전원 전압의 리플 특성이 개선되는 대신 전원 전압을 입력받는 타겟 회로의 소모량이 증가할 수 있다. 반면, 타겟 레벨이 감소하면 전원 전압의 리플 특성이 열화될 수 있다. 따라서, 타겟 레벨의 변동에 따라 전압 생성기가 적응적으로 동작할 필요가 있다.The semiconductor device includes a voltage generator that generates a power supply voltage required for operation using an external power supply voltage provided by an external host. For example, the voltage generator may output a power voltage higher than the external power voltage. The voltage generator may include a charge pump to generate a power supply voltage higher than the external power supply voltage. The operation of the charge pump may be controlled according to the target level of the power supply voltage. If the target level is high, consumption of the target circuit receiving the power voltage may increase instead of improving the ripple characteristic of the power supply voltage. On the other hand, when the target level decreases, the ripple characteristic of the power supply voltage may deteriorate. Therefore, it is necessary for the voltage generator to operate adaptively according to the variation of the target level.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 서로 다른 펌핑 커패시터들을 갖는 복수의 차지 펌프들을 포함하며, 전원 전압의 타겟 레벨, 및 반도체 장치의 PVT 정보 등을 참조하여 복수의 차지 펌프들 중에서 실제로 전원 전압을 출력하는 선택 차지 펌프를 적응적으로 선택함으로써, 타겟 레벨에 따른 리플 특성 열화를 최소화하고, 차지 펌프의 전하 공급량을 안정적으로 유지할 수 있는 전압 생성기, 및 이를 포함하는 반도체 장치를 제공하고자 하는 데에 있다.One of the problems to be achieved by the technical idea of the present invention includes a plurality of charge pumps having different pumping capacitors, and actually among the plurality of charge pumps with reference to a target level of a power supply voltage and PVT information of a semiconductor device. A voltage generator capable of minimizing deterioration of ripple characteristics according to a target level and stably maintaining a charge supply amount of a charge pump by adaptively selecting a select charge pump that outputs a power supply voltage, and a semiconductor device including the same is in
본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기는, 복수의 제1 펌핑 커패시터들을 갖는 제1 차지 펌프, 및 상기 복수의 제1 펌핑 커패시터들 각각의 용량과 다른 용량을 갖는 복수의 제2 펌핑 커패시터들을 갖는 제2 차지 펌프를 포함하며, 파워 메쉬(power mesh)에 전원 전압을 공급하는 차지 펌프 회로, 상기 전원 전압의 타겟 레벨에 기초하여 제어 신호를 출력하는 컨트롤러, 및 상기 차지 펌프 회로에 클럭 신호를 출력하는 오실레이터를 포함하며, 상기 오실레이터는, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 제1 차지 펌프 및 상기 제2 차지 펌프 중 하나에 상기 클럭 신호를 출력한다.A voltage generator according to an embodiment of the present invention includes a first charge pump having a plurality of first pumping capacitors, and a plurality of second pumping capacitors having a capacitance different from that of each of the plurality of first pumping capacitors. A charge pump circuit that includes a second charge pump and supplies a power supply voltage to a power mesh, a controller that outputs a control signal based on a target level of the power supply voltage, and outputs a clock signal to the charge pump circuit. and an oscillator that outputs the clock signal to one of the first charge pump and the second charge pump based on the control signal.
본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기는, 서로 다른 용량의 펌핑 커패시터들을 포함하는 복수의 차지 펌프들, 소정의 회로 영역에 파워 메쉬를 통해 공급되는 전원 전압의 타겟 레벨을 결정하며, 상기 타겟 레벨에 기초하여 상기 복수의 차지 펌프들 중에서 하나의 선택 차지 펌프를 결정하는 제어 신호를 출력하는 컨트롤러, 및 상기 제어 신호에 따라 결정되는 기준 전압과 상기 파워 메쉬에서 검출한 전압의 비교 결과에 기초하여, 상기 선택 차지 펌프에 입력되는 클럭 신호의 출력 여부를 결정하는 오실레이터를 포함한다.A voltage generator according to an embodiment of the present invention determines a target level of a power supply voltage supplied to a plurality of charge pumps including pumping capacitors of different capacities and a predetermined circuit area through a power mesh, and the target level Based on a comparison result of a controller outputting a control signal for determining one selected charge pump from among the plurality of charge pumps based on a reference voltage determined according to the control signal and a voltage detected by the power mesh, and an oscillator determining whether to output a clock signal input to the selected charge pump.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 전원 전압을 공급하는 파워 메쉬를 각각 포함하는 복수의 단위 메모리 영역들, 및 상기 복수의 단위 메모리 영역들을 제어하는 로직 회로를 포함하며, 상기 로직 회로는 상기 복수의 단위 메모리 영역들 각각에 포함되는 상기 전원 전압을 소정의 타겟 레벨로 설정하는 전압 생성기를 포함하고, 상기 전압 생성기는, 상기 전원 전압의 레벨이 상기 타겟 레벨로 증가 및 유지되도록 상기 파워 메쉬에 전하를 공급하는 복수의 차지 펌프들, 및 상기 타겟 레벨에 기초하여 상기 복수의 차지 펌프들 중 하나를 선택 차지 펌프로 선택하는 컨트롤러를 포함한다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of unit memory areas each including a power mesh supplying a power voltage, and a logic circuit controlling the plurality of unit memory areas, the logic circuit comprising: and a voltage generator configured to set the power voltage included in each of the plurality of unit memory areas to a predetermined target level, wherein the voltage generator increases and maintains the level of the power mesh at the target level. and a controller selecting one of the plurality of charge pumps as a selection charge pump based on the target level.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파워 메쉬 등에 공급되어야 하는 전원 전압의 타겟 레벨, 반도체 장치의 PVT 정보 등에 따라, 전압 생성기에 포함되는 복수의 차지 펌프들 중 하나가 적응적으로 선택되어 전원 전압을 출력할 수 있다. 타겟 레벨 및 PVT 정보 등에 따라 복수의 차지 펌프들 중 서로 다른 용량의 펌핑 커패시터를 포함하는 차지 펌프가 선택될 수 있으며, 따라서 전원 전압과 PVT 정보 등에 따른 전원 전압의 리플 특성 열화를 최소화함과 동시에, 차지 펌프의 전하 공급량을 안정적으로 유지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, one of a plurality of charge pumps included in the voltage generator is adaptively selected according to the target level of the power supply voltage to be supplied to the power mesh, the PVT information of the semiconductor device, and the like to set the power voltage. can be printed out. A charge pump including pumping capacitors of different capacities may be selected from among a plurality of charge pumps according to the target level, PVT information, etc., thereby minimizing deterioration of the ripple characteristic of the power supply voltage according to the power voltage and PVT information, It is possible to stably maintain the charge supply of the charge pump.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Various advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and will be more easily understood in the process of describing specific embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기에 포함되는 차지 펌프들을 간단하게 나타낸 회로도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기에 포함되는 비교 회로를 간단하게 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 도면이다.1 is a schematic diagram of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a schematic block diagram of a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are circuit diagrams schematically illustrating charge pumps included in a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram simply illustrating a comparison circuit included in a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram simply showing a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are diagrams provided to explain the operation of the voltage generator according to an embodiment of the present invention.
8A and 8B are diagrams provided to explain the operation of a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram provided to explain the operation of a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
10 to 12 are diagrams provided to explain the operation of the voltage generator according to an embodiment of the present invention.
13 to 16 are diagrams provided to explain the operation of the voltage generator according to an embodiment of the present invention.
17 is a schematic diagram of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 도면이다.1 is a schematic diagram of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(10)는 전압 생성기(20)와 파워 메쉬(30)를 포함할 수 있다. 파워 메쉬(30)는 반도체 장치(10)에서 소정의 기능을 실행하는 회로 블록 상에 배치되는 메탈 배선들을 포함할 수 있으며, 소정의 용량을 가질 수 있다. 파워 메쉬(30)의 용량은 도 1에 도시한 바와 같이 파워 커패시터(CPWR)로 표현될 수 있다. Referring to FIG. 1 , a
전압 생성기(20)는 외부 전원 전압(VEXT)을 이용하여, 반도체 장치에 포함되는 회로 블록의 동작에 필요한 전원 전압을 파워 메쉬(30)에 공급할 수 있다. 일례로, 전압 생성기(20)가 출력하는 출력 전류(IOUT)에 의해 파워 메쉬(30)의 전압이 타겟 레벨까지 증가할 수 있다. 일 실시예에서, 출력 전류(IOUT)에 의해 파워 메쉬(30)에 전하가 공급될 수 있으며, 공급된 전하에 의해 파워 메쉬(30)의 전압이 타겟 레벨까지 증가하면, 전압 생성기(20)는 출력 전류(IOUT)의 출력을 중단할 수 있다.The
전압 생성기(20)는 외부 전원 전압(VEXT)보다 높은 레벨의 전원 전압이 파워 메쉬(30)에 인가될 수 있도록 출력 전류(IOUT)를 제공하는 차지 펌프를 포함할 수 있다. 일례로, 차지 펌프는 소정의 클럭 신호에 의해 온/오프되는 스위치들, 및 적어도 하나의 펌핑 커패시터를 포함하며, 클럭 신호의 주파수에 따라 차지 펌프의 전하 공급량이 달라질 수 있다.The
반도체 장치에 포함되는 회로 블록이 안정적으로 동작하기 위해서는, 파워 메쉬(30)가 타겟 레벨의 전원 전압을 안정적으로 유지할 수 있어야 하며, 특히 전원 전압에 포함되는 리플(ripple) 성분을 최소화해야 할 수 있다. 전원 전압에 포함되는 리플 성분의 크기는, 차지 펌프에 포함되는 펌핑 커패시터의 용량, 및 파워 메쉬(30)에 공급되어야 하는 전원 전압의 타겟 레벨 등에 따라 달라질 수 있다. 일례로, 타겟 레벨이 감소할수록 리플 성분이 증가할 수 있다. 타겟 레벨이 증가하면 리플 성분은 감소하나, 대신 차지 펌프의 전하 공급량이 감소할 수 있다.In order for the circuit blocks included in the semiconductor device to stably operate, the
차지 펌프의 전하 공급량은, 차지 펌프에 포함되는 펌핑 커패시터의 용량에 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 펌핑 커패시터의 용량이 크면 차지 펌프의 전하 공급량이 증가하고, 펌핑 커패시터의 용량이 작으면 차지 펌프의 전하 공급량이 감소할 수 있다.A charge supply amount of the charge pump may be affected by a capacitance of a pumping capacitor included in the charge pump. For example, if the capacitance of the pumping capacitor is large, the charge supply amount of the charge pump may increase, and if the capacitance of the pumping capacitor is small, the charge supply amount of the charge pump may decrease.
본 발명의 일 실시예에서는 상기와 같은 특징을 이용하기 위해, 전압 생성기(20)가 서로 다른 용량의 펌핑 커패시터를 포함하는 둘 이상의 차지 펌프들을 포함할 수 있다. 일례로, 전압 생성기(20)는 전원 전압의 타겟 레벨에 따라, 둘 이상의 차지 펌프들 중에서 하나의 선택 차지 펌프를 동작시키고, 나머지 차지 펌프들은 동작하지 않도록 제어할 수 있다. In one embodiment of the present invention, in order to use the above characteristics, the
예를 들어, 타겟 레벨이 상대적으로 작은 경우에는 작은 용량의 펌핑 커패시터를 포함하는 차지 펌프가 활성화되고, 타겟 레벨이 상대적으로 큰 경우에는 큰 용량의 펌핑 커패시터를 포함하는 차지 펌프가 활성화될 수 있다. 따라서, 리플 성분의 영향이 적은 큰 타겟 레벨을 출력하는 조건에서, 차지 펌프의 전하 공급량을 충분히 확보하여 안정적으로 타겟 레벨의 전원 전압이 파워 메쉬(30)에 제공될 수 있다. 또한, 리플 성분의 영향이 상대적으로 큰 작은 타겟 레벨을 출력해야 하는 조건에서는, 작은 용량의 펌핑 커패시터를 갖는 차지 펌프로 전원 전압을 생성함으로써 리플 성분을 최소화할 수 있다.For example, when the target level is relatively low, a charge pump including a small capacitance pumping capacitor may be activated, and when the target level is relatively high, a charge pump including a large capacitance pumping capacitor may be activated. Therefore, under the condition of outputting a large target level with little influence of the ripple component, a supply voltage of the target level can be stably provided to the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기를 간단하게 나타낸 블록도이다.2 is a schematic block diagram of a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기(100)는, 복수의 차지 펌프들(111-113)을 포함하는 차지 펌프 회로(110), 컨트롤러(120), 오실레이터(130) 및 비교 회로(140) 등을 포함할 수 있다. 전압 생성기(100)에서 차지 펌프 회로(110)가 출력하는 출력 전류(IOUT)는 파워 메쉬(200)에 공급되며, 파워 메쉬(200)와 연결된 회로 블록의 동작에 필요한 전압으로 활용될 수 있다. Referring to FIG. 2 , a
차지 펌프 회로(110)에 포함되는 복수의 차지 펌프들(111-113) 각각은, 적어도 하나의 스위치 소자와 적어도 하나의 펌핑 커패시터를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 복수의 차지 펌프들(111-113) 각각에 포함되는 펌핑 커패시터의 용량은 서로 다를 수 있다. 일례로, 제1 차지 펌프(111)에 포함되는 제1 펌핑 커패시터의 용량은, 제2 차지 펌프(112)에 포함되는 제2 펌핑 커패시터의 용량과 다를 수 있다. Each of the plurality of
도 2에 도시한 일 실시에에서는, 차지 펌프 회로(110)가 N개(N은 3 이상의 자연수)의 차지 펌프들(111-113)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 차지 펌프들(111-113)의 개수는 실시예에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기(100)에서, 차지 펌프 회로(110)는 적어도 두 개 이상의 차지 펌프들을 포함할 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 2 , the
컨트롤러(120)는 오실레이터(130)와 비교 회로(140)의 동작을 제어할 수 있다. 일례로, 컨트롤러(120)는 반도체 장치의 PVT(Process, Voltage, Temperature) 정보(PVTI) 및 파워 메쉬(200)에 공급되어야 하는 전원 전압의 타겟 레벨(TG) 중 적어도 하나에 기초하여, 복수의 차지 펌프들(111-113) 중에서 하나의 선택 차지 펌프를 결정할 수 있다. 컨트롤러(120)는, 선택 차지 펌프를 제외한 나머지 차지 펌프들은 비활성화시킬 수 있다. The
오실레이터(130)는 클럭 신호(CLK)를 출력할 수 있다. 오실레이터(130)는 컨트롤러(120)로부터의 제어에 응답하여 동작할 수 있다. 일 실시예에서 오실레이터(130)는, 컨트롤러(120)가 전송하는 제어 신호(CTR)에 응답하여, 복수의 차지 펌프들(111-113) 중에서 선택 차지 펌프에만 클럭 신호(CLK)를 출력하고, 나머지 차지 펌프들에는 클럭 신호(CLK)를 출력하지 않을 수 있다. 따라서, 컨트롤러(120)가 결정한 선택 차지 펌프가 동작하여 출력 전류(IOUT)를 파워 메쉬(200)에 공급하고, 출력 전류(IOUT)가 공급하는 전하로 인해 파워 메쉬(200)의 전원 전압이 타겟 레벨(TG)까지 증가할 수 있다.The
또는, 오실레이터(130)가 복수의 차지 펌프들(111-113)에 클럭 신호(CLK)를 출력하고, 컨트롤러(120)가 복수의 차지 펌프들(111-113) 중 하나의 선택 차지 펌프에만 클럭 신호(CLK)가 입력되도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 오실레이터(130)의 출력단과 차지 펌프 회로(110)의 입력단 사이에 선택 회로가 추가로 연결될 수 있으며, 일례로 선택 회로는 복수의 스위치 소자들, 또는 디멀티플렉서 등으로 구현될 수 있다.Alternatively, the
컨트롤러(120)는 제어 신호(CTR)를 비교 회로(140)에도 제공할 수 있다. 일례로 비교 회로(140)는 기준 전압을 피드백 전압과 비교하는 비교기를 포함하며, 비교기의 출력은 인에이블 신호(EN)로서 오실레이터(130)에 입력될 수 있다. 일례로, 인에이블 신호(EN)에 따라 오실레이터(130)의 동작 여부가 결정될 수 있다. 인에이블 신호(EN)에 의해 오실레이터(130)가 활성화되고 동작하면, 차지 펌프 회로(110)가 출력 전류(IOUT)를 출력하며, 반대로 인에이블 신호(EN)에 의해 오실레이터(130)가 동작을 중단하면, 차지 펌프 회로(110) 역시 출력 전류(IOUT)의 출력을 중단할 수 있다.The
비교 회로(140)에서 비교기에 입력되는 전압들 중에서, 피드백 전압의 레벨은 파워 메쉬(200)에서 검출하는 감지 전압(VDET)에 의해 결정될 수 있다. 한편, 기준 전압의 레벨은 컨트롤러(120)가 비교 회로(140)로 출력하는 제어 신호(CTR)에 따라 결정될 수 있다. 따라서 컨트롤러(120)는, 제어 신호(CTR)를 이용하여 차지 펌프 회로(110)가 출력 전류(IOUT)를 계속 공급할지 또는 출력 전류(IOUT)의 공급을 중단할지 여부를 결정할 수 있다.Among the voltages input to the comparator in the
일례로, 피드백 전압의 레벨이 충분하다고 판단되는 경우, 다시 말해 파워 메쉬(200)의 전원 전압이 타겟 레벨(TG)과 비교하여 충분한 레벨을 갖는다고 판단되면, 컨트롤러(120)는 기준 전압이 피드백 전압보다 작아지도록 조정하는 제어 신호(CTR)를 출력할 수 있다. 이 경우, 비교기가 출력하는 인에이블 신호(EN)에 의해 오실레이터(130)가 비활성화되어 클럭 신호(CLK)의 출력이 중단되고, 출력 전류(IOUT)의 출력 역시 중단될 수 있다. For example, when it is determined that the level of the feedback voltage is sufficient, that is, when it is determined that the power supply voltage of the
반면, 파워 메쉬(200)의 전원 전압이 타겟 레벨(TG)보다 더 작다고 판단되면, 컨트롤러(120)는 기준 전압이 피드백 전압보다 커지도록 조정하는 제어 신호(CTR)를 출력할 수 있다. 따라서, 인에이블 신호(EN)에 의해 오실레이터(130)가 활성화되고, 제어 신호(CTR)에 의해 선택되는 차지 펌프에 클럭 신호(CLK)가 입력되어 파워 메쉬(200)에 출력 전류(IOUT)가 공급될 수 있다. 출력 전류(IOUT)가 제공하는 전하에 의해, 파워 메쉬(200)의 전원 전압이 타겟 레벨(TG)까지 증가할 수 있다.On the other hand, if it is determined that the power supply voltage of the
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기에 포함되는 차지 펌프들을 간단하게 나타낸 회로도들이다.3A and 3B are circuit diagrams schematically illustrating charge pumps included in a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기에 포함되는 차지 펌프(210)는, 복수의 다이오드들(DI)과 복수의 펌핑 커패시터들(CP) 및 출력 커패시터(COUT) 등을 포함할 수 있다. 복수의 다이오드들(DI)은 서로 직렬로 연결되며, 복수의 다이오드들(DI) 사이의 노드에 복수의 펌핑 커패시터들(CP)이 연결될 수 있다. 첫번째 다이오드는 소정의 레벨을 갖는 전원 전압(VCC)을 입력받으며, 마지막 다이오드는 출력 노드로 출력 전류(IOUT)를 내보낼 수 있다. Referring to FIG. 3A , the
복수의 펌핑 커패시터들(CP) 각각은 클럭 신호(CLK) 또는 인버터(INV)에 의해 클럭 신호(CLK)와 반대 위상을 갖도록 위상 변환된 상보 클럭 신호(CLKB)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. 일례로, 도 3a에 도시한 일 실시예에서, 홀수 번째 펌핑 커패시터들(CP)은 클럭 신호(CLK)에 의해 충전되거나 방전되고, 짝수 번째 펌핑 커패시터들(CP)은 상보 클럭 신호(CLKB)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.Each of the plurality of pumping capacitors CP may be charged or discharged by the clock signal CLK or the complementary clock signal CLKB which is phase-converted to have the opposite phase to the clock signal CLK by the inverter INV. For example, in the embodiment shown in FIG. 3A , odd-numbered pumping capacitors CP are charged or discharged by the clock signal CLK, and even-numbered pumping capacitors CP are charged by the complementary clock signal CLKB. can be charged or discharged by
앞서 설명한 바와 같이, 전압 생성기는 복수의 차지 펌프들을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 복수의 차지 펌프들에 포함되는 펌핑 커패시터들(CP)은 서로 다른 용량을 가질 수 있다. As described above, the voltage generator may include a plurality of charge pumps. In one embodiment of the present invention, the pumping capacitors CP included in the plurality of charge pumps may have different capacitances.
다음으로 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기에 포함되는 차지 펌프(220)는, 복수의 스위치 소자들(SW1-SW4)과 적어도 하나의 펌핑 커패시터(CP) 및 출력 커패시터(COUT) 등을 포함할 수 있다. 복수의 스위치 소자들(SW1-SW4) 중에서 제1 스위치 소자(SW1)는 전원 전압(VCC)을 입력받으며, 제2 스위치 소자(SW2)와 제3 스위치 소자(SW3)는 접지 전압 등이 공급되는 노드에 연결될 수 있다. 제4 스위치 소자(SW4)는 출력 노드와 펌핑 커패시터(CP) 사이에 연결될 수 있다.Next, referring to FIG. 3B , the
제1 스위치 소자(SW1)와 제3 스위치 소자(SW3)는 클럭 신호(CLK)에 의해 온/오프되고, 제2 스위치 소자(SW2)와 제4 스위치 소자(SW4)는 상보 클럭 신호(CLKB)에 의해 온/오프될 수 있다. 제2 스위치 소자(SW2)와 제4 스위치 소자(SW4)가 턴-온되면, 전원 전압(VCC)에 의해 펌핑 커패시터(CP)에 전하가 충전될 수 있다. 제1 스위치 소자(SW1)와 제3 스위치 소자(SW3)가 턴-온되면, 펌핑 커패시터(CP)에 충전된 전하가 출력 커패시터(COUT)와 공유되면서 출력 노드를 통해 출력 전류(IOUT)가 출력될 수 있다.The first switch element SW1 and the third switch element SW3 are turned on/off by the clock signal CLK, and the second switch element SW2 and the fourth switch element SW4 generate the complementary clock signal CLKB. It can be turned on/off by When the second switch element SW2 and the fourth switch element SW4 are turned on, charges may be charged in the pumping capacitor CP by the power supply voltage VCC. When the first switch element SW1 and the third switch element SW3 are turned on, the charge charged in the pumping capacitor CP is shared with the output capacitor COUT, and the output current IOUT is output through the output node. It can be.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기에 포함되는 비교 회로를 간단하게 나타낸 회로도이다.4 is a circuit diagram simply illustrating a comparison circuit included in a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비교 회로(230)는, 제1 전압 분배 회로(231), 제2 전압 분배 회로(232), 및 비교기(232) 등을 포함할 수 있다. 제1 전압 분배 회로(231)는, 제1 전원 전압(VDD)을 공급하는 제1 전원 노드와 제2 전원 전압(VSS)을 공급하는 제2 전원 노드 사이에 연결되는 복수의 단위 저항들(231R) 및 적어도 하나의 저항 스위치(RSW1, RSW2)를 포함할 수 있다. 제2 전압 분배 회로(232)는 감지 전압(VDET)을 공급하는 노드와 제2 전원 노드 사이에 연결되는 복수의 단위 저항들(232R)을 포함할 수 있다. 감지 전압(VDET)은, 전압 생성기의 출력단에 연결되는 파워 메쉬에서 검출한 전압일 수 있다.Referring to FIG. 4 , a
도 4에 도시한 일 실시예에서, 제1 전압 분배 회로(231)는 제1 저항 스위치(RSW1)와 제2 저항 스위치(RSW2)를 포함할 수 있다. 제1 저항 스위치(RSW1)는 복수의 단위 저항들(231R) 중 제1 단위 저항(RU1)과 병렬로 연결되며, 제2 저항 스위치(RSW2)는 복수의 단위 저항들(231R) 중 제2 단위 저항(RU2)과 병렬로 연결될 수 있다. In the embodiment shown in FIG. 4 , the first
도 4를 참조하면, 비교기(233)의 비반전 입력단은 제1 전압 분배 회로(231)의 제1 중간 노드(MN1)에 연결되며, 반전 입력단은 제2 전압 분배 회로(232)의 제2 중간 노드(MN2)에 연결될 수 있다. 비교기(233)는 제1 중간 노드(MN1)의 전압과 제2 중간 노드(MN2)의 전압을 비교하여 인에이블 신호(EN)의 레벨을 결정할 수 있다. 일례로, 제1 중간 노드(MN1)의 전압은 기준 전압으로 정의되고, 제2 중간 노드(MN2)의 전압은 피드백 전압으로 정의될 수 있다. Referring to FIG. 4 , the non-inverting input terminal of the
인에이블 신호(EN)는 비교 회로(230)와 함께 전압 생성기에 포함되는 오실레이터의 동작 여부를 결정하는 신호일 수 있다. 일 실시예에서, 인에이블 신호(EN)가 제1 레벨이면 오실레이터가 활성화되어 동작하고, 인에이블 신호(EN)가 제1 레벨과 다른 제2 레벨이면 오실레이터가 비활성화되어 동작을 중단할 수 있다.The enable signal EN may be a signal for determining whether an oscillator included in the voltage generator, together with the
일 실시예에서, 제1 저항 스위치(RSW1)와 제2 저항 스위치(RSW2) 중 하나가 턴-온되면 다른 하나는 턴-오프될 수 있다. 일례로, 제1 저항 스위치(RSW1)가 턴-온되면 제1 중간 노드(MN1)의 전압이 증가하며, 반대로 제2 저항 스위치(RSW2)가 턴-온되면 제1 중간 노드(MN1)의 전압은 감소할 수 있다. 제1 저항 스위치(RSW1)와 제2 저항 스위치(RSW2)의 온/오프는, 비교 회로(230)와 함께 전압 생성기에 포함되는 컨트롤러가 출력하는 제어 신호에 의해 결정될 수 있다.In an embodiment, when one of the first resistance switch RSW1 and the second resistance switch RSW2 is turned on, the other one may be turned off. For example, when the first resistance switch RSW1 is turned on, the voltage of the first intermediate node MN1 increases, and conversely, when the second resistance switch RSW2 is turned on, the voltage of the first intermediate node MN1 increases. may decrease. Turning on/off of the first resistance switch RSW1 and the second resistance switch RSW2 may be determined by a control signal output from a controller included in the voltage generator together with the
일례로 컨트롤러는, 파워 메쉬의 전원 전압이 타겟 레벨보다 작은 경우, 제1 저항 스위치(RSW1)를 턴-온시켜 제1 중간 노드(MN1)의 전압을 증가시킬 수 있다. 따라서, 인에이블 신호(EN)가 하이 레벨로 증가할 수 있으며, 오실레이터가 활성화되어 차지 펌프에 클럭 신호를 출력함으로써, 차지 펌프가 파워 메쉬에 전하를 공급할 수 있다. 반면, 파워 메쉬의 전원 전압이 타겟 레벨보다 크면, 컨트롤러는 제2 저항 스위치(RSW2)를 턴-온시켜 제1 중간 노드(MN1)의 전압을 감소시킬 수 있다. 이 경우 인에이블 신호(EN)가 로우 레벨로 감소하고, 오실레이터가 비활성화되어 차지 펌프의 동작이 중단될 수 있다. For example, when the power supply voltage of the power mesh is lower than the target level, the controller may increase the voltage of the first intermediate node MN1 by turning on the first resistance switch RSW1. Accordingly, the enable signal EN may increase to a high level, and the oscillator may be activated to output a clock signal to the charge pump, so that the charge pump may supply charge to the power mesh. On the other hand, when the power supply voltage of the power mesh is greater than the target level, the controller may turn on the second resistance switch RSW2 to reduce the voltage of the first intermediate node MN1. In this case, the enable signal EN decreases to a low level, and the oscillator is deactivated, so that the operation of the charge pump may be stopped.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기를 간단하게 나타낸 도면이다.5 is a diagram simply showing a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기(300)는, 차지 펌프 회로(310), 컨트롤러(320), 오실레이터(330), 및 비교 회로(340) 등을 포함할 수 있다. 차지 펌프 회로(310)는 복수의 차지 펌프들(311-313)을 포함하며, 복수의 차지 펌프들(311-313) 중 적어도 하나가 선택 차지 펌프로서 활성화되어 파워 메쉬(400)에 전원 전압을 공급할 수 있다. Referring to FIG. 5 , a
컨트롤러(320)는 제어 신호(CTR)를 출력하며, 제어 신호(CTR)에 의해 오실레이터(330)와 비교 회로(340)의 동작이 제어될 수 있다. 일례로, 오실레이터(330)는 복수의 차지 펌프들(311-313) 중에서 선택 차지 펌프에 클럭 신호(CLK)를 출력하며, 클럭 신호(CLK)의 주파수에 따라 선택 차지 펌프의 전하 공급량이 결정될 수 있다. 예를 들어, 클럭 신호(CLK)의 주파수가 증가하면 선택 차지 펌프의 전하 공급량이 증가할 수 있다.The
비교 회로(340)는 제1 전압 분배 회로(341), 제2 전압 분배 회로(342), 및 비교기(343) 등을 포함할 수 있다. 비교기(343)는 제1 입력단과 제2 입력단을 포함하며, 제1 입력단은 제1 전압 분배 회로(341)와 연결되고, 제2 입력단은 제2 전압 분배 회로(342)와 연결될 수 있다. 제1 전압 분배 회로(341)는 복수의 단위 저항들(341R)과 저항 스위치들(RSW1, RSW2)을 포함하며, 제2 전압 분배 회로(342)는 별도의 저항 스위치 없이 복수의 단위 저항들(342R)만을 포함할 수 있다.The
비교기(343)는 제1 전압 분배 회로(341)의 제1 중간 노드(MN1)의 전압인 기준 전압과, 제2 전압 분배 회로(342)의 제2 중간 노드(MN2)의 전압인 피드백 전압을 서로 비교하여 인에이블 신호(EN)를 출력할 수 있다. 도 5에 도시한 일 실시예에서, 제1 중간 노드(MN1)의 전압이 제2 중간 노드(MN2)의 전압보다 크면 인에이블 신호(EN)는 제1 레벨로 설정되며, 제1 중간 노드(MN1)의 전압이 제2 중간 노드(MN2)의 전압보다 작으면 인에이블 신호(EN)는 제1 레벨보다 작은 제2 레벨로 설정될 수 있다.The
인에이블 신호(EN)는 오실레이터(330)의 동작 여부를 결정할 수 있다. 일례로, 인에이블 신호(EN)가 제1 레벨이면 오실레이터(330)가 클럭 신호(CLK)를 선택 차지 펌프에 출력하고, 인에이블 신호(EN)가 제2 레벨이면 오실레이터(330)가 클럭 신호(CLK)의 출력을 중단할 수 있다.The enable signal EN may determine whether the
제1 중간 노드(MN1)의 전압은 컨트롤러(320)가 출력하는 제어 신호(CTR)에 의해 결정될 수 있다. 일례로, 제1 저항 스위치(RSW1)는 인버터(INV)가 출력하는 제어 신호(CTR)의 상보 신호에 의해 온/오프되며, 제2 저항 스위치(RSW2)는 제어 신호(CTR)에 의해 온/오프될 수 있다. 앞서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 저항 스위치(RSW1)가 턴-온되면 제1 중간 노드(MN1)의 전압이 증가하고, 제2 저항 스위치(RSW2)가 턴-온되면 제1 중간 노드(MN1)의 전압은 감소할 수 있다. 한편, 제2 중간 노드(MN2)의 전압은 제어 신호(CTR)에 영향을 받지 않으며, 파워 메쉬(400)로부터 검출한 감지 전압(VDET)에 의해 결정될 수 있다.The voltage of the first intermediate node MN1 may be determined by the control signal CTR output from the
컨트롤러(320)는 파워 메쉬(400)에 설정되어야 하는 전원 전압의 타겟 레벨을 고려하여 제1 저항 스위치(RSW1)와 제2 저항 스위치(RSW2) 각각의 온/오프를 결정할 수 있다. 파워 메쉬(400)의 전원 전압이 의도치 않게 감소하면, 제2 중간 노드(MN2)의 전압이 제1 중간 노드(MN1)의 전압보다 작아질 수 있다. 이 경우, 인에이블 신호(EN)는 제1 레벨로 설정되며, 오실레이터(330)가 클럭 신호(CLK)를 출력하여 선택 차지 펌프가 파워 메쉬(400)에 출력 전류(IOUT)를 출력함으로써, 파워 메쉬(400)에 전하가 공급될 수 있다. The
한편, 파워 메쉬(400)의 전원 전압이 타겟 레벨 또는 그 이상으로 유지되면, 제2 중간 노드(MN2)의 전압이 제1 중간 노드(MN1)의 전압 이상일 수 있다. 이 경우, 인에이블 신호(EN)가 제2 레벨로 설정되고, 오실레이터(330)가 클럭 신호(CLK)의 출력을 중단함으로써 선택 차지 펌프가 동작을 중단할 수 있다.Meanwhile, when the power supply voltage of the
한편, 차지 펌프 회로(310)에 포함되는 복수의 차지 펌프들(311-313)은, 서로 다른 용량의 펌핑 커패시터를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 차지 펌프(311)에 포함되는 제1 펌핑 커패시터, 제2 차지 펌프(312)에 포함되는 제2 펌핑 커패시터, 및 제N 차지 펌프(313)에 포함되는 제N 펌핑 커패시터는 서로 다른 용량을 가질 수 있다. Meanwhile, the plurality of charge pumps 311 to 313 included in the
펌핑 커패시터의 용량에 따라 파워 메쉬(400)에 공급되는 전원 전압에 포함되는 리플 성분의 크기가 달라질 수 있다. 일례로, 펌핑 커패시터의 용량이 작을수록, 전원 전압에 포함되는 리플 성분의 크기 역시 감소할 수 있다. 다만, 작은 용량의 펌핑 커패시터를 갖는 차지 펌프가 파워 메쉬(400)에 출력 전류(IOUT)를 공급하는 경우, 출력 전류(IOUT)에 의해 결정되는 전하 공급량이 감소할 수 있다. The size of a ripple component included in the power supply voltage supplied to the
본 발명의 일 실시예에서는, 파워 메쉬(400)에 공급하고자 하는 전원 전압의 타겟 레벨(TG), 및 전압 생성기(300)가 포함되는 반도체 장치의 PVT 정보(PI, VI, TI) 등을 참조하여, 컨트롤러(320)가 전원 전압의 리플 성분을 줄이고 전하 공급량을 안정적으로 확보할 수 있는 최적의 차지 펌프를 선택할 수 있다. 따라서, 파워 메쉬(400)의 전원 전압이 안정적으로 유지될 수 있다. In one embodiment of the present invention, reference is made to the target level (TG) of the power supply voltage to be supplied to the
일례로, 전원 전압에 포함되는 리플 성분의 크기는, 전원 전압의 타겟 레벨이 높을수록 감소하며, 출력 전류(IOUT)를 공급하는 차지 펌프에 포함되는 펌핑 커패시터의 용량이 작을수록 감소할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 컨트롤러(320)는 파워 메쉬(400)에 설정하고자 하는 전원 전압의 타겟 레벨이 높으면, 큰 용량의 펌핑 커패시터를 포함하는 차지 펌프를 차지 펌프 회로(310)에서 선택할 수 있다. 또한, 파워 메쉬(400)에 설정하고자 하는 전원 전압의 타겟 레벨이 낮으면, 컨트롤러(320)는 작은 용량의 펌핑 커패시터를 포함하는 차지 펌프를 차지 펌프 회로(310)에서 선택할 수 있다. 따라서, 전원 전압의 타겟 레벨로 인한 리플 성분의 증가를 최소화하며, 파워 메쉬(400)의 전원 전압이 안정적으로 타겟 레벨에서 유지될 수 있다. For example, the size of the ripple component included in the power supply voltage decreases as the target level of the power supply voltage increases, and may decrease as the capacitance of a pumping capacitor included in the charge pump supplying the output current IOUT decreases. In one embodiment of the present invention, the
PVT 정보(PI, VI, TI)는 공정 편차를 나타내는 공정 정보(PI), 외부 호스트 등에서 전압 생성기(300)을 포함하는 반도체 장치에 공급하는 외부 전원 전압의 레벨 등에 대응하는 전압 정보(VI), 및 전압 생성기(300)와 함께 반도체 장치에 포함되는 온도 센서 등이 검출한 온도를 나타내는 온도 정보(TI) 등을 포함할 수 있다. 컨트롤러(320)는 공정 정보(PI), 전압 정보(VI), 온도 정보(TI) 중 적어도 하나를 참조하여, 복수의 차지 펌프들(311-313) 중에서 파워 메쉬(400)에 실제로 출력 전류(IOUT)를 공급하는 선택 차지 펌프를 결정할 수 있다. The PVT information (PI, VI, TI) includes process information (PI) indicating process deviation, voltage information (VI) corresponding to the level of an external power supply voltage supplied from an external host to the semiconductor device including the
또한 컨트롤러(320)는 공정 정보(PI), 전압 정보(VI), 온도 정보(TI), 타겟 레벨(TG) 중 적어도 하나를 참조하여, 선택 차지 펌프의 동작을 제어할 수도 있다. 일례로, 전압 정보(VI)에 포함된 외부 전원 전압의 레벨, 및/또는 타겟 레벨(TG)이 증가하면, 컨트롤러(320)는 클럭 신호(CLK)의 주파수가 증가하도록 오실레이터(330)를 제어하는 제어 신호(CTR)를 출력할 수 있다. 또한, 온도 정보(TI)에 포함된 온도가 증가하면, 컨트롤러(320)는 클럭 신호(CLK)의 주파수가 감소하도록 오실레이터(330)를 제어하는 제어 신호(CTR)를 출력할 수 있다. 다만 이는 실시예들일 뿐이며, 공정 정보(PI), 전압 정보(VI), 온도 정보(TI) 등에 따라 컨트롤러(320)가 오실레이터(330)를 제어하는 방법은 다양하게 변형될 수 있다.Also, the
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.6 and 7 are diagrams provided to explain the operation of the voltage generator according to an embodiment of the present invention.
도 6 및 도 7을 참조하여 설명하는 본 발명의 일 실시예에서, 전압 생성기(300)는 앞서 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 구조를 가질 수 있다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 전압 생성기(300)는 복수의 차지 펌프들(311-313)을 포함하는 차지 펌프 회로(310), 컨트롤러(320), 오실레이터(330), 및 비교 회로(340) 등을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 6 and 7 , the
복수의 차지 펌프들(311-313) 중에서 실제로 동작하는 선택 차지 펌프는, 컨트롤러(320)가 출력하는 제어 신호(CTR)를 참조하여 오실레이터(330)가 결정할 수 있다. 예를 들어, 오실레이터(330)는 제어 신호(CTR)를 참조하여 선택 차지 펌프에만 클럭 신호(CLK)를 출력하고, 선택 차지 펌프를 제외한 나머지 차지 펌프들에는 클럭 신호(CLK)를 출력하지 않을 수 있다. The
또는, 컨트롤러(320)가 직접 선택 차지 펌프를 선택할 수도 있다. 이 경우, 제어 신호(CTR)가 차지 펌프 회로(310)에 입력될 수 있다. 일례로, 차지 펌프 회로(310)는, 오실레이터(330)가 출력하는 클럭 신호(CLK)를 제어 신호(CTR)에 따라 복수의 차지 펌프들(311-313) 중 선택 차지 펌프로 전달하는 스위치 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어 스위치 회로는 디멀티플렉서(Demultiplexer)를 포함할 수 있다.Alternatively, the
일례로, 제1 차지 펌프(311)에 포함되는 복수의 제1 펌핑 커패시터들 각각의 용량은, 제2 차지 펌프(312)에 포함되는 복수의 제2 펌핑 커패시터들 각각의 용량보다 작을 수 있다. 일례로, 제2 펌핑 커패시터들 각각의 용량은 제1 펌핑 커패시터들 각각의 용량의 두 배 이상일 수 있다.For example, the capacitance of each of the plurality of first pumping capacitors included in the
컨트롤러(320)는, 파워 메쉬(400)에 공급되어야 하는 전원 전압의 타겟 레벨이 상대적으로 작으면 제1 차지 펌프를 선택 차지 펌프로 결정하고, 전원 전압의 타겟 레벨이 상대적으로 크면 제2 차지 펌프를 선택 차지 펌프로 결정할 수 있다. 일례로, 컨트롤러(320)는 전원 전압의 타겟 레벨을 소정의 기준 레벨과 비교하고, 타겟 레벨이 기준 레벨보다 작으면 제1 차지 펌프를 선택하고, 타겟 레벨이 기준 레벨보다 크면 제2 차지 펌프를 선택할 수 있다.The
앞서 설명한 바와 같이, 타겟 레벨의 높을수록 전원 전압에 포함되는 리플 성분이 감소하고, 타겟 레벨이 낮을수록 전원 전압에 포함되는 리플 성분이 증가할 수 있다. 또한, 선택 차지 펌프에 포함되는 펌핑 커패시터의 용량이 클수록 전원 전압에 포함되는 리플 성분이 증가하고, 펌핑 커패시터의 용량이 작을수록 전원 전압에 포함되는 리플 성분이 감소할 수 있다.As described above, as the target level increases, the ripple component included in the power supply voltage decreases, and as the target level decreases, the ripple component included in the power supply voltage increases. In addition, as the capacitance of the pumping capacitor included in the selected charge pump increases, the ripple component included in the power supply voltage increases, and as the capacitance of the pumping capacitor decreases, the ripple component included in the power supply voltage decreases.
본 발명의 일 실시예에서, 컨트롤러(320)는 타겟 레벨이 낮으면 작은 용량의 펌핑 커패시터들을 포함하는 제1 차지 펌프를 선택할 수 있다. 따라서, 작은 타겟 레벨로 인한 리플 성분의 증가가, 작은 용량의 펌핑 커패시터들을 포함하는 제1 차지 펌프에 의해 상쇄될 수 있다. 반면, 컨트롤러(320)는 타겟 레벨이 높으면 큰 용량의 펌핑 커패시터들을 포함하는 제2 차지 펌프를 선택할 수 있다. 따라서, 큰 용량의 펌핑 커패시터들을 포함하는 제2 차지 펌프에 의해 높은 타겟 레벨의 전원 전압이 효과적으로 유지될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.8A and 8B are diagrams provided to explain the operation of a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명하는 본 발명의 일 실시예에서, 전압 생성기(300)는 앞서 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 구조를 가질 수 있다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 전압 생성기(300)는 복수의 차지 펌프들(311-313)을 포함하는 차지 펌프 회로(310), 컨트롤러(320), 오실레이터(330), 및 비교 회로(340) 등을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 8A and 8B , the
도 8a와 도 8b를 참조하여 설명하는 일 실시예에서, 선택 차지 펌프는 제1 차지 펌프(311)일 수 있다. 다만, 도 8a와 도 8b에 도시한 일 실시예에서는, 오실레이터(330)가 제1 차지 펌프(311)로 클럭 신호(CLK)를 출력하는지 여부가, 비교 회로(340)에 의해 달라질 수 있다. In an embodiment described with reference to FIGS. 8A and 8B , the selected charge pump may be the
먼저 도 8a를 참조하면, 컨트롤러(320)가 출력하는 제어 신호(CTR)에 의해, 제1 저항 분배 회로(341)에 포함되는 제1 저항 스위치(RSW1)가 턴-오프되고, 제2 저항 스위치(RSW2)는 턴-온될 수 있다. 따라서, 제1 중간 노드(MN1)의 전압인 기준 전압이 상대적으로 높게 설정될 수 있다. First, referring to FIG. 8A , the first resistance switch RSW1 included in the first
다음으로 도 8b를 참조하면, 컨트롤러(320)가 출력하는 제어 신호(CTR)에 의해, 제1 저항 분배 회로(341)에 포함되는 제1 저항 스위치(RSW1)가 턴-온되고, 제2 저항 스위치(RSW2)는 턴-오프될 수 있다. 따라서, 제1 중간 노드(MN1)의 전압인 기준 전압이 상대적으로 낮게 설정될 수 있다.Next, referring to FIG. 8B , the first resistance switch RSW1 included in the first
오실레이터(330)는 인에이블 신호(EN)에 의해 활성화되거나 비활성화될 수 있다. 일례로, 인에이블 신호(EN)가 제1 레벨이면 오실레이터(330)는 선택 차지 펌프인 제1 차지 펌프(311)에 클럭 신호(CLK)를 출력하고, 인에이블 신호(EN)가 제1 레벨보다 작은 제2 레벨이면 오실레이터(330)는 제1 차지 펌프(311)에 클럭 신호(CLK)를 출력하지 않을 수 있다. 도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명하는 일 실시예에서 오실레이터(330)는, 파워 메쉬(400)로부터 검출한 감지 전압(VDET)에 의해 결정되는 제2 중간 노드(MN2)의 피드백 전압이 기준 전압에 도달할 때까지 제1 차지 펌프(311)에 클럭 신호(CLK)를 출력할 수 있다. The
따라서, 도 8a에 도시한 일 실시예에서 오실레이터(330)가 클럭 신호(CLK)를 출력하는 시간은, 도 8b에 도시한 일 실시예에서 오실레이터(330)가 클럭 신호(CLK)를 출력하는 시간보다 길 수 있다. 컨트롤러(320)는 전압 생성기(300)의 전하 공급량을 증가시켜야 할 필요가 있는 경우, 예를 들어 파워 메쉬(400)에 설정해야 하는 전원 전압의 타겟 레벨(TG)이 높거나, 파워 메쉬(400)로부터 전원 전압의 레벨 감소 등이 감지되는 경우에, 도 8a에 도시한 바와 같이 제1 저항 스위치(RSW1)를 턴-오프시키고 제2 저항 스위치(RSW2)를 턴-온시키는 제어 신호(CTR)를 출력할 수 있다. 한편, 파워 메쉬(400)의 전원 전압이 타겟 레벨에서 안정적으로 유지되면, 컨트롤러(320)는 도 8b에 도시한 바와 같이 제1 저항 스위치(RSW1)를 턴-온시키고 제2 저항 스위치(RSW2)를 턴-오프시키는 제어 신호(CTR)를 출력하여, 전압 생성기(300)의 소모 전력을 줄일 수 있다.Therefore, the time at which the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.9 is a diagram provided to explain the operation of a voltage generator according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기는, 파워 메쉬에 공급하고자 하는 전원 전압의 타겟 레벨에 따라, 복수의 차지 펌프들 중 하나를 선택할 수 있다. 도 9에 도시한 일 실시예에서, 전압 생성기는 제1 차지 펌프와 제2 차지 펌프를 포함하며, 제1 차지 펌프에 포함되는 펌핑 커패시터의 용량이, 제2 차지 펌프에 포함되는 펌핑 커패시터의 용량보다 작을 수 있다.Referring to FIG. 9 , the voltage generator according to an embodiment of the present invention may select one of a plurality of charge pumps according to a target level of a power supply voltage to be supplied to the power mesh. 9 , the voltage generator includes a first charge pump and a second charge pump, and the capacitance of the pumping capacitor included in the first charge pump is the capacitance of the pumping capacitor included in the second charge pump. may be smaller than
도 9는 전원 전압의 타겟 레벨에 따른 리플 성분의 크기와 전압 생성기의 전하 공급량을 나타낸 그래프일 수 있다. 도 9를 참조하면, 전하 공급량과 함께, 리플 성분의 크기에 대한 비교예와 실시예가 함께 그래프 형태로 도시된다. 타겟 레벨은 최소 타겟 레벨(TGmin)과 최대 타겟 레벨(TGmax) 사이의 범위에서 선택될 수 있다.9 may be a graph showing the size of the ripple component and the charge supply amount of the voltage generator according to the target level of the power supply voltage. Referring to FIG. 9 , a comparative example and an embodiment for the size of the ripple component together with the charge supply amount are shown in graph form. The target level may be selected in the range between the minimum target level (TGmin) and the maximum target level (TGmax).
일례로, 타겟 레벨이 제1 타겟 레벨(TG1) 미만이면, 전압 생성기는 제1 차지 펌프가 파워 메쉬에 전하를 공급하도록 제어할 수 있다. 타겟 레벨이 작은 경우 상대적으로 전원 전압에서 리플 성분의 크기가 증가할 수 있으며, 따라서 상대적으로 작은 용량의 펌핑 커패시터를 포함하는 제1 차지 펌프를 선택함으로써, 리플 성분의 크기 증가를 최소화할 수 있다. For example, when the target level is less than the first target level TG1, the voltage generator may control the first charge pump to supply electric charges to the power mesh. When the target level is small, the magnitude of the ripple component may increase in the power supply voltage. Therefore, the increase in the magnitude of the ripple component may be minimized by selecting the first charge pump including the pumping capacitor having a relatively small capacitance.
한편, 타겟 레벨이 제1 타겟 레벨(TG1) 이상이면, 전압 생성기는 제2 차지 펌프가 파워 메쉬에 전하를 공급하도록 제어할 수 있다. 타겟 레벨이 크면, 상대적으로 전원 전압에서 리플 성분의 크기가 작아질 수 있다. 따라서, 타겟 레벨이 큰 경우에는 동작 중에 리플 성분이 크게 나타나는 제2 차지 펌프를 선택할 수 있으며, 충분한 전하 공급량을 확보할 수 있다. Meanwhile, when the target level is equal to or higher than the first target level TG1, the voltage generator may control the second charge pump to supply electric charges to the power mesh. When the target level is high, the size of a ripple component in the power supply voltage may be relatively small. Accordingly, when the target level is high, the second charge pump having a large ripple component during operation can be selected, and a sufficient charge supply amount can be secured.
도 9에 도시한 일 실시예에서 리플 성분의 크기에 대한 비교예는, 타겟 레벨과 관계없이 제2 차지 펌프가 파워 메쉬에 전하를 공급하는 경우에 해당할 수 있다. 따라서, 제1 타겟 레벨(TG1)보다 작은 타겟 레벨에서, 제1 리플 전압(VRP1)보다 큰 리플 성분이 전원 전압에 나타날 수 있다. In the embodiment shown in FIG. 9 , a comparative example of the size of the ripple component may correspond to a case where the second charge pump supplies charges to the power mesh regardless of the target level. Accordingly, at a target level lower than the first target level TG1, a ripple component greater than the first ripple voltage VRP1 may appear in the power supply voltage.
반면, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 타겟 레벨(TG1)보다 작은 타겟 레벨에서 제1 차지 펌프를 선택함으로써, 도 9에 도시한 바와 같이 타겟 레벨의 전체 범위에서 리플 성분의 크기를 제1 리플 전압(VRP1) 이하로 제한할 수 있다. 이와 같이, 전원 전압에 포함되는 리플 성분의 크기를 제한함으로써, 파워 메쉬로부터 전원 전압을 공급받아 동작하는 회로가 안정적으로 동작할 수 있다. On the other hand, in one embodiment of the present invention, by selecting the first charge pump at a target level smaller than the first target level TG1, as shown in FIG. It can be limited to less than the voltage (VRP1). In this way, by limiting the size of the ripple component included in the power supply voltage, a circuit operating by receiving the supply voltage from the power mesh can operate stably.
도 9를 참조하면, 타겟 레벨이 제1 타겟 레벨(TG1)보다 크고 제2 타겟 레벨(TG2)보다 작은 구간에서는 리플 성분의 크기가 타겟 레벨이 증가함에 따라 함께 증가할 수 있다. 다만, 타겟 레벨이 제2 타겟 레벨(TG2)보다 큰 구간에서는 다시 타겟 레벨이 증가함에 따라 리플 성분의 크기가 감소하며, 결과적으로 리플 성분의 크기가 제1 리플 전압(VRP1) 이하로 제한될 수 있다.Referring to FIG. 9 , in a section where the target level is greater than the first target level TG1 and less than the second target level TG2, the magnitude of the ripple component may increase as the target level increases. However, in a section where the target level is greater than the second target level TG2, the size of the ripple component decreases as the target level increases again, and as a result, the size of the ripple component may be limited to less than the first ripple voltage VRP1. there is.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.10 to 12 are diagrams provided to explain the operation of the voltage generator according to an embodiment of the present invention.
도 10 내지 도 12는 전압 생성기의 컨트롤러에 입력되는 다양한 정보, 예를 들어 전원 전압의 타겟 레벨 및/또는 PVT 정보에 따른 전압 생성기의 출력 변화를 나타낸 도면들이다. 일례로, 도 10은 PVT 정보 중에서 공정 정보가 제1 공정 값인 경우 전압 생성기의 출력을 나타낸 도면이며, 도 11은 공정 정보가 제2 공정 값인 경우 전압 생성기의 출력을 나타낸 도면일 수 있다. 도 12는, 공정 정보가 제3 공정 값인 경우 전압 생성기의 출력을 나타낸 도면일 수 있다.10 to 12 are diagrams illustrating output changes of the voltage generator according to various information input to the controller of the voltage generator, for example, a target level of a power supply voltage and/or PVT information. As an example, FIG. 10 may be a diagram showing the output of a voltage generator when process information is a first process value among PVT information, and FIG. 11 may be a diagram showing an output of a voltage generator when process information is a second process value. 12 may be a diagram illustrating an output of a voltage generator when process information is a third process value.
일례로 제1 공정 값은, 전압 생성기를 포함하는 반도체 장치를 제조하는 제조 공정의 공정 변화가 공칭(nominal case)의 전형적인(typical-typical) 코너인 경우에 대응할 수 있다. 제2 공정 값은 공정 변화가 공칭보다 작은 유효 구동 전류 및 작은 누설 전류를 나타내는 저속 코너에 대응할 수 있으며, 제3 공정 값은 공정 변화가 공칭보다 큰 유효 구동 전류 및 큰 누설 전류를 나타내는 고속 코너에 대응할 수 있다.For example, the first process value may correspond to a case where a process change in a manufacturing process for manufacturing a semiconductor device including a voltage generator is a typical-typical corner of a nominal case. The second process value may correspond to the slow corner where the process variation exhibits a smaller-than-nominal active drive current and smaller leakage current, and the third process value may correspond to the fast corner where the process variation exhibits a larger-than-nominal active drive current and a large leakage current. can respond
먼저 도 10을 참조하면, 공정 정보가 제1 공정 값인 경우, 전압 생성기가 출력하는 기본 출력 전류(OUTD)는 제1 기본 주기(TD1)를 가질 수 있다. 기본 출력 전류(OUTD)는 전압 생성기에 포함되는 오실레이터가 초기에 기본으로 설정하는 클럭 신호와 같은 주기를 가질 수 있다. Referring first to FIG. 10 , when the process information is the first process value, the basic output current OUTD output by the voltage generator may have a first basic period TD1. The basic output current OUTD may have the same period as a clock signal initially set as a basic basis by an oscillator included in the voltage generator.
앞서 설명한 바와 같이, 오실레이터는 컨트롤러로부터 수신하는 제어 신호에 응답하여 클럭 신호의 주파수를 바꿀 수 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 오실레이터는 클럭 신호의 주파수를 낮춰 로우 출력 전류(OUTL)를 출력하거나, 클럭 신호의 주파수를 높여 하이 출력 전류(OUTH)를 출력할 수 있다. 로우 출력 전류(OUTL)의 제1 로우 주기(TL1)는 제1 기본 주기(TD1)보다 길고, 하이 출력 전류(OUTH)의 제1 하이 주기(TH1)는 제1 기본 주기(TD1)보다 짧을 수 있다.As described above, the oscillator may change the frequency of the clock signal in response to a control signal received from the controller. As shown in FIG. 10 , the oscillator may output a low output current OUTL by lowering the frequency of the clock signal or output a high output current OUTH by increasing the frequency of the clock signal. The first low period TL1 of the low output current OUTL may be longer than the first basic period TD1, and the first high period TH1 of the high output current OUTH may be shorter than the first basic period TD1. there is.
다음으로 도 11을 참조하면, 공정 정보가 제2 공정 값인 경우, 전압 생성기가 출력하는 기본 출력 전류(OUTD)는 제2 기본 주기(TD2)를 가질 수 있다. 도 10과 도 11을 함께 참조하면, 제2 기본 주기(TD2)는 제1 기본 주기(TD1)보다 길 수 있다. 이는, 반도체 장치의 공정 변화를 나타내는 공정 정보가 제2 공정 값인 경우, 반도체 장치에 포함되는 트랜지스터의 유효 구동 전류와 누설 전류가 감소하기 때문일 수 있다. 결과적으로, 트랜지스터의 전류 특성이 저하되고 응답 속도 역시 감소함에 따라, 도 11에 도시한 바와 같이 초기에 출력하는 기본 출력 전류(OUTD)의 주파수가 감소할 수 있다. Next, referring to FIG. 11 , when the process information is the second process value, the basic output current OUTD output by the voltage generator may have a second basic period TD2. Referring to FIGS. 10 and 11 together, the second basic period TD2 may be longer than the first basic period TD1. This may be because the effective driving current and leakage current of the transistor included in the semiconductor device decrease when the process information representing the process change of the semiconductor device is the second process value. As a result, as the current characteristics of the transistor deteriorate and the response speed also decreases, as shown in FIG. 11 , the frequency of the initially output basic output current OUTD may decrease.
따라서, 도 11에 도시한 일 실시예에서는, 선택 차지 펌프가 기본 출력 전류(OUTD)로 파워 메쉬에 전하를 공급하는 경우, 파워 메쉬의 전원 전압이 타겟 레벨까지 증가하지 못하거나, 전원 전압의 증가 속도가 느릴 수 있다. 따라서, 공정 정보가 제2 공정 값인 경우, 컨트롤러는 오실레이터가 기본으로 설정된 클럭 신호보다 높은 주파수의 클럭 신호를 출력하도록 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 11, when the selective charge pump supplies charges to the power mesh with the basic output current OUTD, the power supply voltage of the power mesh does not increase to the target level or the power supply voltage increases. It can be slow. Accordingly, when the process information is the second process value, the controller may output a control signal for controlling the oscillator to output a clock signal having a higher frequency than the default clock signal.
오실레이터는 컨트롤러로부터 수신한 제어 신호에 응답하여, 클럭 신호의 주파수를 낮춰 출력하거나, 클럭 신호의 주파수를 높여 출력할 수 있다. 다만, 도 11에 도시한 일 실시예에서는, 주파수를 낮춘 클럭 신호에 응답하여 선택 차지 펌프가 출력하는 로우 출력 전류(OUTL)의 제2 로우 주기(TL2)가 제2 기본 주기(TD2)보다 길어지지 않을 수 있다. 반면, 하이 출력 전류(OUTH)의 제2 하이 주기(TH2)는 제2 기본 주기(TD2)보다 짧을 수 있으며, 따라서 컨트롤러는 클럭 신호의 주파수를 증가시켜 파워 메쉬에 전달되는 전하 공급량을 증가시킬 수 있다.The oscillator may output the clock signal by lowering the frequency of the clock signal or by increasing the frequency of the clock signal in response to the control signal received from the controller. However, in the embodiment shown in FIG. 11 , the second low period TL2 of the low output current OUTL output by the select charge pump in response to the clock signal having a lowered frequency is longer than the second basic period TD2. may not support On the other hand, the second high period TH2 of the high output current OUTH may be shorter than the second basic period TD2, so the controller may increase the frequency of the clock signal to increase the amount of charge delivered to the power mesh. there is.
도 12를 참조하면, 공정 정보가 제3 공정 값인 경우, 전압 생성기가 출력하는 기본 출력 전류(OUTD)는 제3 기본 주기(TD3)를 가질 수 있다. 도 10 및 도 12를 함께 참조하면, 제3 기본 주기(TD3)는 제1 기본 주기(TD1)보다 짧을 수 있다. 이는, 반도체 장치의 공정 변화를 나타내는 공정 정보가 제3 공정 값인 경우, 반도체 장치에 포함되는 트랜지스터의 유효 구동 전류와 누설 전류가 증가하기 때문일 수 있다. 따라서, 초기에 설정되는 클럭 신호에 응답하여 선택 차지 펌프가 출력하는 기본 출력 전류(OUTD)의 주파수가 증가하고, 전하 공급량 역시 증가할 수 있다. Referring to FIG. 12 , when the process information is the third process value, the basic output current OUTD output from the voltage generator may have a third basic period TD3. Referring to FIGS. 10 and 12 together, the third basic period TD3 may be shorter than the first basic period TD1. This may be because the effective driving current and leakage current of transistors included in the semiconductor device increase when the process information representing the process change of the semiconductor device is the third process value. Accordingly, the frequency of the basic output current OUTD output by the select charge pump in response to the initially set clock signal may increase, and the charge supply amount may also increase.
도 11에 도시한 일 실시예와 반대로 도 12에 도시한 일 실시예에서는, 오실레이터가 초기에 설정하는 클럭 신호로 선택 차지 펌프를 구동하는 경우, 파워 메쉬에 과도한 전하가 공급될 수 있다. 따라서, 공정 정보가 제3 공정 값인 경우, 컨트롤러는 오실레이터가 초기 설정된 클럭 신호의 주파수를 낮춰서 출력하도록 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 선택 차지 펌프는 로우 출력 전류(OUTL)를 출력할 수 있다.Contrary to the embodiment shown in FIG. 11 , in the embodiment shown in FIG. 12 , when the oscillator drives the selective charge pump with a clock signal initially set, excessive charges may be supplied to the power mesh. Accordingly, when the process information is the third process value, the controller may output a control signal that controls the oscillator to lower and output the frequency of the initially set clock signal. In this case, the optional charge pump can output a low output current (OUTL).
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면들이다.13 to 16 are diagrams provided to explain the operation of the voltage generator according to an embodiment of the present invention.
도 13은 전압 생성기의 컨트롤러가 수신하는 전압 정보에 따른 전압 생성기의 전하 공급량을 나타낸 그래프일 수 있다. 도 13을 참조하면, 전압 정보는 외부 전원 전압(VEXT)의 레벨을 포함하며, 외부 전원 전압(VEXT)은 외부 호스트, 또는 외부의 전원 장치 등이 생성하여 전압 생성기가 포함되는 반도체 장치에 제공하는 전압일 수 있다.13 may be a graph showing a charge supply amount of a voltage generator according to voltage information received by a controller of the voltage generator. Referring to FIG. 13 , the voltage information includes the level of the external power supply voltage VEXT, which is generated by an external host or an external power supply device and provided to the semiconductor device including the voltage generator. can be voltage.
도 13을 참조하면, 전압 생성기의 전하 공급량은 외부 전원 전압(VEXT)의 레벨이 증가함에 따라 함께 증가할 수 있다. 다만, 동일한 레벨의 외부 전원 전압(VEXT)이 인가되는 조건에서도, 공정 정보, 온도 정보 등에 따라 전압 생성기가 출력하는 전하 공급량은 서로 다르게 나타날 수 있다. 일례로 제1 그래프(501)는, 앞서 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이 공정 정보가 제1 공정 값을 갖는 경우에 해당하고, 제2 그래프(502)는 도 12를 참조하여 설명한 바와 같이 제2 공정 값을 갖는 경우에 해당할 수 있다. 따라서, 같은 레벨의 외부 전원 전압(VEXT)이 입력되는 조건에서, 제2 그래프(502)에 대응하는 전압 생성기의 전하 공급량이, 제1 그래프(501)에 대응하는 전압 생성기의 전하 공급량보다 클 수 있다.Referring to FIG. 13 , the charge supply amount of the voltage generator may increase as the level of the external power voltage VEXT increases. However, even under the condition that the external power supply voltage VEXT of the same level is applied, the charge supply amount output from the voltage generator may appear different from each other according to process information, temperature information, and the like. For example, the
한편, 전압 생성기의 컨트롤러는, 전압 정보로 수신하는 외부 전원 전압(VEXT)의 레벨이 증가함에 따라, 선택 차지 펌프에 입력되는 클럭 신호의 주파수가 증가하도록 오실레이터를 제어할 수 있다. 이하, 도 14 및 도 15를 함께 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.Meanwhile, the controller of the voltage generator may control the oscillator so that the frequency of the clock signal input to the selected charge pump increases as the level of the external power supply voltage VEXT received as voltage information increases. Hereinafter, it will be described in more detail with reference to FIGS. 14 and 15 together.
도 14 및 도 15는 외부 전원 전압(VEXT)의 레벨에 따른 전압 생성기의 동작을 설명하기 위한 도면들일 수 있다. 도 14를 참조하면, 오실레이터가 제1 주기(TP1)를 갖는 제1 클럭 신호(CLK1)를 출력하면, 컨트롤러가 선택한 선택 차지 펌프는 제1 출력 전류(OUT1)를 내보낼 수 있다. 제1 출력 전류(OUT1)에 의해, 전압 생성기와 연결된 파워 메쉬의 전원 전압이 타겟 레벨까지 충전될 수 있다.14 and 15 may be diagrams for explaining the operation of the voltage generator according to the level of the external power supply voltage VEXT. Referring to FIG. 14 , when the oscillator outputs the first clock signal CLK1 having the first cycle TP1 , the selected charge pump selected by the controller can output the first output current OUT1 . The power supply voltage of the power mesh connected to the voltage generator may be charged to a target level by the first output current OUT1.
전압 생성기가 포함되는 반도체 장치에 입력되는 외부 전원 전압(VEXT)이 증가하면, 컨트롤러는 오실레이터가 더 빠른 주파수의 클럭 신호를 선택 차지 펌프에 제공하도록 제어 신호를 변경할 수 있다. 도 15를 참조하면, 컨트롤러의 제어에 응답하여, 오실레이터는 제1 주기(TP1)보다 짧은 제2 주기(TP2)를 갖는 제2 클럭 신호(CLK2)를 선택 차지 펌프에 제공할 수 있다. When the external power supply voltage VEXT input to the semiconductor device including the voltage generator increases, the controller may change the control signal so that the oscillator provides a clock signal with a higher frequency to the selected charge pump. Referring to FIG. 15 , in response to the control of the controller, the oscillator may provide a second clock signal CLK2 having a second period TP2 shorter than the first period TP1 to the selected charge pump.
선택 차지 펌프는 제2 클럭 신호(CLK2)에 응답하여 제2 출력 전류(OUT2)를 파워 메쉬로 내보낼 수 있다. 도 14와 비교하여 더 빠른 주파수를 갖는 제2 출력 전류(OUT2)가 파워 메쉬에 공급되므로, 파워 메쉬의 전원 전압이 타겟 레벨까지 더 빠르게 충전될 수 있다.The selective charge pump may output the second output current OUT2 to the power mesh in response to the second clock signal CLK2. Compared to FIG. 14 , since the second output current OUT2 having a faster frequency is supplied to the power mesh, the power supply voltage of the power mesh can be charged to the target level more quickly.
앞서 도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명한 일 실시예를 참조하면, 전압 생성기는 비교 회로를 포함하며, 비교 회로는 파워 메쉬의 전원 전압에 대응하는 피드백 전압을, 타겟 레벨에 대응하는 기준 전압과 비교하여 오실레이터의 동작 여부를 조절할 수 있다. 일례로, 도 15에 도시한 바와 같이, 외부 전원 전압(VEXT)의 증가에 응답하여 선택 차지 펌프가 파워 메쉬에 공급하는 전하량을 늘리고 파워 메쉬의 전원 전압이 타겟 레벨까지 빠르게 도달하면, 비교 회로에 의해 오실레이터의 동작이 중단될 수 있다.Referring to the embodiment described above with reference to FIGS. 8A and 8B , the voltage generator includes a comparison circuit, and the comparison circuit compares the feedback voltage corresponding to the power supply voltage of the power mesh with the reference voltage corresponding to the target level. You can control whether the oscillator is operating or not. For example, as shown in FIG. 15, when the selected charge pump increases the amount of charge supplied to the power mesh in response to an increase in the external power supply voltage VEXT and the power supply voltage of the power mesh quickly reaches the target level, the comparison circuit The operation of the oscillator may be stopped by
도 16은 전원 전압의 타겟 레벨에 따른 전압 생성기의 전하 공급량을 나타낸 그래프일 수 있다. 도 16을 참조하면, 타겟 레벨이 증가할수록 선택 차지 펌프의 전하 공급량은 감소할 수 있다. 다만, 도 13을 참조하여 설명한 바와 유사하게, 동일한 타겟 레벨까지 파워 메쉬의 전원 전압을 증가시켜야 하는 조건에서도, 공정 정보, 온도 정보 등에 따라 전압 생성기가 출력하는 전하 공급량은 서로 다르게 나타날 수 있다. 일례로 공정 정보가 서로 다른 공정 값들을 가짐에 따라, 반도체 장치들 각각에서 타겟 레벨에 따른 전하 공급량이 제1 그래프(503) 및 제2 그래프(504)와 같이 나타날 수 있다.16 may be a graph showing a charge supply amount of a voltage generator according to a target level of a power supply voltage. Referring to FIG. 16 , as the target level increases, the charge supply amount of the selected charge pump may decrease. However, similar to that described with reference to FIG. 13, even under the condition that the power supply voltage of the power mesh should be increased to the same target level, the charge supply amount output by the voltage generator may be different depending on process information, temperature information, and the like. For example, as the process information has different process values, the charge supply amount according to the target level in each of the semiconductor devices may appear as a
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 간단하게 나타낸 도면이다.17 is a schematic diagram of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 반도체 장치(600)는 메모리 장치일 수 있으며, 복수의 단위 메모리 영역들(610)을 포함할 수 있다. 일례로, 반도체 장치(600)가 동적 랜덤 엑세스 메모리(Dynamic Random Access Memory, DRAM)인 경우, 단위 메모리 영역(610)은 메모리 뱅크로 정의될 수 있다. 복수의 단위 메모리 영역들(610) 각각은, 메모리 셀 어레이(611), 로우 디코더(612), 센스 앰프 회로(613), 및 칼럼 디코더(614) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 17 , the
반도체 장치(600)의 동작은 로직 회로(605)에 의해 제어될 수 있다. 로직 회로(605)는 외부로부터 수신한 데이터를 복수의 단위 메모리 영역들(610) 중 적어도 하나에 저장하거나, 외부로부터 수신한 어드레스 정보에 기초하여 복수의 단위 메모리 영역들(610) 중 적어도 하나로부터 데이터를 읽어와서 외부로 출력할 수 있다. An operation of the
복수의 단위 메모리 영역들(610) 각각에서, 로우 디코더(612)는 복수의 워드라인들을 통해 메모리 셀 어레이(611)와 연결되고, 센스 앰프 회로(613)는 복수의 비트라인들을 통해 메모리 셀 어레이(611)와 연결될 수 있다. 로직 회로(605)가 전달하는 어드레스 정보 등에 따라, 복수의 워드라인들 중 적어도 하나 및 복수의 비트라인들 중 적어도 하나가 선택되며, 센스 앰프 회로(613)에 의해 데이터가 메모리 셀 어레이(611)에 기록되거나, 메모리 셀 어레이(611)에 기록된 데이터를 읽어올 수 있다.In each of the plurality of
또한 로직 회로(605)는 외부 장치와 신호를 주고받기 위한 입출력 회로를 포함할 수 있다. 도 17을 참조하면, 로직 회로(605)를 기준으로 양측에 복수의 단위 메모리 영역들(610)이 배치되며, 로직 회로(605)는 반도체 장치(600)의 센터 영역에 배치될 수 있다. 따라서, 중앙에 패드들이 배치되는 센터 패드 구조로 반도체 장치(600)를 형성함으로써, 로직 회로(605)의 입출력 회로와 패드들을 연결하는 배선 패턴들을 효율적으로 설계할 수 있다.Also, the
로직 회로(605)에는 전압 생성기(606)가 포함될 수 있다. 전압 생성기(606)는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)와 같은 외부 전원 장치 또는 외부 호스트 등이 제공하는 외부 전원 전압을 이용하여 단위 메모리 영역들(610) 각각 및/또는 로직 회로(605)의 동작에 필요한 전원 전압을 생성할 수 있다. 일례로, 단위 메모리 영역들(610) 각각의 동작에 필요한 전원 전압이 전압 생성기(606)로부터 공급될 수 있다. 단위 메모리 영역들(610) 각각은 메쉬 형태로 형성되는 파워 메쉬를 포함하며, 전압 생성기(606)는 파워 메쉬의 전압 레벨이 타겟 레벨로 증가할 때까지 파워 메쉬에 전하를 공급하는 방식으로 단위 메모리 영역들(610) 각각에 전원 전압을 공급할 수 있다.
전압 생성기(606)가 공급하는 전하에 의해 파워 메쉬에 설정된 전원 전압은 소정의 리플 성분을 가지며, 리플 성분의 크기는 앞서 설명한 바와 같이 전원 전압의 타겟 레벨이 감소할수록 증가하고, 파워 메쉬에 전하를 공급하는 차지 펌프의 펌핑 커패시터의 용량이 작을수록 증가할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 생성기(606)는, 서로 다른 용량의 펌핑 커패시터들로 구현되는 복수의 차지 펌프들을 포함하며, 전원 전압의 타겟 레벨이 낮으면 작은 용량의 펌핑 커패시터들을 갖는 차지 펌프를 선택하고, 전원 전압의 타겟 레벨이 높으면 큰 용량의 펌핑 커패시터들을 갖는 차지 펌프를 선택할 수 있다. The power supply voltage set to the power mesh by the charge supplied by the
따라서, 파워 메쉬의 전원 전압에서 나타나는 리플 성분의 크기가 소정의 레벨을 넘어가지 않도록 리플 성분을 효과적으로 제한할 수 있다. 또한, 리플 성분의 크기를 효과적으로 제한함과 동시에, 차지 펌프가 파워 메쉬에 전달하는 전하 공급량이 파워 메쉬에서 필요로 하는 전하 소모량 아래로 떨어지지 않도록 유지하여, 반도체 장치(600)가 안정적으로 동작할 수 있다.Accordingly, it is possible to effectively limit the ripple component so that the magnitude of the ripple component appearing in the power supply voltage of the power mesh does not exceed a predetermined level. In addition, while effectively limiting the size of the ripple component, the charge supply amount delivered by the charge pump to the power mesh is maintained so as not to fall below the charge consumption required by the power mesh, so that the
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. Therefore, various forms of substitution, modification, and change will be possible by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention described in the claims, which also falls within the scope of the present invention. something to do.
10, 600: 반도체 장치
20, 100, 300, 606: 전압 생성기
30, 200, 400: 파워 메쉬
110, 310: 차지 펌프 회로
120, 320: 컨트롤러
130, 330: 오실레이터
140, 340: 비교 회로
CTR: 제어 신호
EN: 인에이블 신호10, 600: semiconductor device
20, 100, 300, 606: voltage generator
30, 200, 400: power mesh
110, 310: charge pump circuit
120, 320: controller
130, 330: oscillator
140, 340: comparison circuit
CTR: control signal
EN: enable signal
Claims (10)
상기 전원 전압의 타겟 레벨에 기초하여 제어 신호를 출력하는 컨트롤러; 및
상기 차지 펌프 회로에 클럭 신호를 출력하는 오실레이터; 를 포함하며,
상기 오실레이터는, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 제1 차지 펌프 및 상기 제2 차지 펌프 중 하나에 상기 클럭 신호를 출력하는, 전압 생성기.
A first charge pump having a plurality of first pumping capacitors, and a second charge pump having a plurality of second pumping capacitors having a capacitance different from that of each of the plurality of first pumping capacitors, a charge pump circuit that supplies power voltage to the mesh);
a controller outputting a control signal based on the target level of the power supply voltage; and
an oscillator outputting a clock signal to the charge pump circuit; Including,
wherein the oscillator outputs the clock signal to one of the first charge pump and the second charge pump based on the control signal.
상기 제어 신호에 기초하여 결정되는 기준 전압을 제공하는 제1 전압 분배 회로, 상기 파워 메쉬에서 검출한 전압에 기초하여 결정되는 피드백 전압을 제공하는 제2 전압 분배 회로, 및 상기 기준 전압과 상기 피드백 전압을 비교하는 비교기를 포함하는 비교 회로; 를 더 포함하며,
상기 비교기가 출력하는 인에이블 신호는 상기 오실레이터에 입력되는, 전압 생성기.
According to claim 1,
A first voltage divider circuit providing a reference voltage determined based on the control signal, a second voltage divider circuit providing a feedback voltage determined based on the voltage detected by the power mesh, and the reference voltage and the feedback voltage a comparison circuit including a comparator for comparing Including more,
The enable signal output from the comparator is input to the oscillator.
상기 오실레이터는, 상기 인에이블 신호에 응답하여 상기 클럭 신호를 출력하거나, 상기 클럭 신호의 출력을 중단하는, 전압 생성기.
According to claim 2,
wherein the oscillator outputs the clock signal in response to the enable signal or stops output of the clock signal.
상기 오실레이터는, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 클럭 신호의 주파수를 조절하는, 전압 생성기.
According to claim 1,
Wherein the oscillator adjusts the frequency of the clock signal based on the control signal, the voltage generator.
상기 컨트롤러는, 상기 타겟 레벨, 및 PVT(Process, Voltage, Temperature) 정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제어 신호를 결정하는, 전압 생성기.
According to claim 4,
Wherein the controller determines the control signal based on at least one of the target level and PVT (Process, Voltage, Temperature) information.
상기 복수의 제1 펌핑 커패시터들 각각의 용량은 상기 복수의 제2 펌핑 커패시터들 각각의 용량보다 작고,
상기 타겟 레벨이 소정의 기준 레벨 이하이면, 상기 컨트롤러는 상기 오실레이터가 상기 제1 차지 펌프에 상기 클럭 신호를 출력하도록 상기 제어 신호를 생성하고,
상기 타겟 레벨이 상기 기준 레벨보다 크면, 상기 컨트롤러는 상기 오실레이터가 상기 제2 차지 펌프에 상기 클럭 신호를 출력하도록 상기 제어 신호를 생성하는, 전압 생성기.
According to claim 1,
The capacitance of each of the plurality of first pumping capacitors is smaller than the capacitance of each of the plurality of second pumping capacitors;
When the target level is equal to or less than a predetermined reference level, the controller generates the control signal so that the oscillator outputs the clock signal to the first charge pump;
and if the target level is greater than the reference level, the controller generates the control signal to cause the oscillator to output the clock signal to the second charge pump.
상기 오실레이터는, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 제1 차지 펌프 및 상기 제2 차지 펌프 중 다른 하나에 출력되는 상기 클럭 신호를 차단하는, 전압 생성기.
According to claim 1,
wherein the oscillator blocks the clock signal output to the other one of the first charge pump and the second charge pump based on the control signal.
소정의 회로 영역에 파워 메쉬를 통해 공급되는 전원 전압의 타겟 레벨을 결정하며, 상기 타겟 레벨에 기초하여 상기 복수의 차지 펌프들 중에서 하나의 선택 차지 펌프를 결정하는 제어 신호를 출력하는 컨트롤러; 및
상기 제어 신호에 따라 결정되는 기준 전압과 상기 파워 메쉬에서 검출한 전압의 비교 결과에 기초하여, 상기 선택 차지 펌프에 입력되는 클럭 신호의 주파수를 결정하는 오실레이터; 를 포함하는 전압 생성기.
a plurality of charge pumps including pumping capacitors of different capacities;
a controller that determines a target level of a power supply voltage supplied to a predetermined circuit area through a power mesh and outputs a control signal that determines a selected charge pump from among the plurality of charge pumps based on the target level; and
an oscillator that determines a frequency of a clock signal input to the selected charge pump based on a comparison result between a reference voltage determined according to the control signal and a voltage detected by the power mesh; A voltage generator comprising a.
상기 복수의 단위 메모리 영역들을 제어하는 로직 회로; 를 포함하며,
상기 로직 회로는 상기 복수의 단위 메모리 영역들 각각에 포함되는 상기 전원 전압을 소정의 타겟 레벨로 설정하는 전압 생성기를 포함하고,
상기 전압 생성기는, 상기 전원 전압의 레벨이 상기 타겟 레벨로 증가 및 유지되도록 상기 파워 메쉬에 전하를 공급하는 복수의 차지 펌프들, 및 상기 타겟 레벨에 기초하여 상기 복수의 차지 펌프들 중 하나를 선택 차지 펌프로 선택하는 컨트롤러를 포함하는, 반도체 장치.
a plurality of unit memory areas each including a power mesh supplying a power supply voltage; and
a logic circuit controlling the plurality of unit memory areas; Including,
The logic circuit includes a voltage generator configured to set the power supply voltage included in each of the plurality of unit memory areas to a predetermined target level;
The voltage generator selects one of a plurality of charge pumps for supplying charge to the power mesh so that the level of the power supply voltage is increased and maintained at the target level, and one of the plurality of charge pumps based on the target level. A semiconductor device including a controller that selects with a charge pump.
상기 복수의 차지 펌프들은 제1 펌핑 커패시터들을 포함하는 제1 차지 펌프, 및 상기 제1 펌핑 커패시터들보다 큰 용량을 갖는 제2 펌핑 커패시터들을 포함하는 제2 차지 펌프를 포함하며,
상기 컨트롤러는, 상기 타겟 레벨이 소정의 기준 레벨보다 작으면 상기 제1 차지 펌프를 선택하고, 상기 타겟 레벨이 상기 기준 레벨 이상이면 상기 제2 차지 펌프를 선택하는, 반도체 장치.According to claim 9,
The plurality of charge pumps include a first charge pump including first pumping capacitors and a second charge pump including second pumping capacitors having a higher capacitance than the first pumping capacitors,
wherein the controller selects the first charge pump when the target level is less than a predetermined reference level, and selects the second charge pump when the target level is greater than or equal to the reference level.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US18/063,777 US20230216397A1 (en) | 2022-01-03 | 2022-12-09 | Voltage generator and semiconductor device including the same |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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KR20220000192 | 2022-01-03 |
Publications (1)
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---|---|
KR20230105288A true KR20230105288A (en) | 2023-07-11 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220032140A KR20230105288A (en) | 2022-01-03 | 2022-03-15 | Voltage generator and semiconductor device including the same |
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Country | Link |
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KR (1) | KR20230105288A (en) |
-
2022
- 2022-03-15 KR KR1020220032140A patent/KR20230105288A/en unknown
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