KR0155904B1

KR0155904B1 - 반도체 칩의 전압 변환 장치

Info

Publication number: KR0155904B1
Application number: KR1019950036875A
Authority: KR
Inventors: 강상석; 채지완; 곽병헌; 허부영
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1995-10-24
Publication date: 1998-10-15
Also published as: KR970024151A

Abstract

본 발명은 반도체 칩의 전압 변환 장치를 공개한다. 그 장치는 외부 소스 전압이 공급되는 동안, 일정한 기준 전압을 발생하기 위한 수단과, 기준전압의 레벨을 소정 레벨로 이동하기 위해, 소정 레벨로 이동된 기준전압에 비례하는 제1전압을 발생하기 위한 제1분배수단과, 기준 전압을 제1전압과 비교하고, 증폭하는 제1증폭수단과, 및 제1증폭수단의 출력에 따라 레벨로 이동된 기준전압을 출력하는 전력공급수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레벨 이동 수단과, 외부 소스 전압이 공급되는 동안 활성상태에 있고, 스탠바이 전압에 비례하는 제2전압을 발생하는 제2분배수단과, 레벨이동수단의 출력을 제2전압과 비교하고, 증폭하는 제2증폭수단과 제2증폭수단의 출력에 따라 스탠바이 전압을 내부 소스 전압으로 출력하는 스탠바이 전압 공급수단을 구비하는 제1구동수단과, 및 제어신호에 응답하여 레벨이동수단의 출력을 활성 전압과 비교하고, 증폭하는 제3증폭수단과 제3증폭수단의 출력에 따라 활성 전압을 내부 소스 전압으로 출력하는 활성 전압 공급수단을 구비하는 제2구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하고, 스탠바이 상태에서의 낮은 구동 전류로 인한 내부 소스 전압의 레벨 변화를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 칩의 전압 변환 장치

제1도는 종래의 전압 변환 회로의 구성도이다.

제2도는 제1도에 도시된 출력단자 OUT를 통해 출력되는 신호의 파형도이다.

제3도는 본 발명에 의한 반도체 칩의 전압 변환 장치의 구성도이다.

제4도는 본 발명에 의한 전압 변환 장치의 다른 실시예의 회로도이다.

제5a~5c도는 제3 및 제4도에 도시된 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.

본 발명은 전압 변환 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 칩에 내장되어 외부로부터의 전원을 반도체 칩 내부에서 사용할 수 있는 전압으로 변환하여 주는 반도체 칩의 전압 변환 장치에 관한 것이다.

외부에서 입력되는 높은 전압으로부터 반도체 칩의 내부 회로를 보호하거나 혹은 반도체 칩에서 요구하는 전압으로 변환하여 주기 위하여 전압 변환 회로가 종종 사용된다.

이하, 종래의 전압 변환회로의 구성 및 동작을 첨부한 도면 제1 및 2도를 참조하여 다음과 같이 설명한다.

제1도는 종래의 전압 변환 회로의 구성도로서, 기준 전압 발생부(10), 레벨 쉬프터(20)를 구성하는 제1증폭기(22), MOS트랜지스터(Q1)(24), 저항들(R1 및 R2)(26 및 28)과, 스탠바이(standby)모드시 전류를 공급하는 제1구동부(30)를 구성하는 제2증폭기(32), MOS트랜지스터(Q2)(34)와, 액티브(active)모드시 전류를 공급하는 제2구동부(40)를 구성하는 제3증폭기(42), MOS트랜지스터(Q3)(44)로 구성된다.

제2도는 제1도에 도시된 출력단자 InVcc를 통해 출력되는 신호의 파형도로서, 횡축은 외부 소스 전압(ExVcc)을 나타내고, 종축은 내부 소스 전압(InVcc)을 나타낸다.

제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 칩에서 소비되는 전력을 줄이기 위해, 칩 동작이 스탠바이 상태일 때는 제1구동부(30)는 온(on)되고, 제2구동부(40)는 오프(off)되므로서, 칩에서 사용되는 전력 소비를 줄일 수 있다. 이 때, 스탠바이용 드라이버인 제1구동부(30)의 전류 구동 능력은 액티브용 드라이버인 제2구동부(40)의 전류 구동 능력에 비해 월등히 작다. 그리고, 외부 소스 전압이 계속 증가하면 내부 소스 전압은 계속 증가하다가 어느 시점에서 일정해지며, 반도체 칩의 동작이 스탠바이 상태일 때와, 액티브 상태일 때 그 내부 소스 전압은 동일함을 제2도로부터 알 수 있다.

그러므로, 반도체 칩이 스탠바이 상태에서 동작 액티브 상태로 그 상태가 활성화 되면 제2구동부(40)를 구동시키는 인에이블 신호가 입력단자 IN을 통해 입력되기 전까지 내부 소스 전압은 동작 전류에 의해 레벨이 저하되는 문제점이 발생한다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 반도체 칩의 상태가 전이될 때, 일정한 레벨을 유지하며 해당하는 내부 소스 전압을 발생하는 반도체 칩의 전압 변환 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 소스 전압을 변환하기 위한 반도체 칩의 전원 변환 장치는, 외부 소스 전압이 공급되는 동안, 일정한 기준 전압을 발생하기 위한 전압 발생 수단과,

기준전압의 레벨을 제1레벨로 이동하기 위해, 제1레벨로 이동된 기준전압에 비례하는 제1전압을 발생하기 위한 제1분배수단과, 상기 기준 전압을 상기 제1전압과 비교하고, 비교 결과를 증폭하는 제1증폭수단과, 및 상기 제1증폭수단의 출력에 따라 상기 제1레벨로 이동된 기준전압을 출력하는 제1전력공급수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 제1레벨 이동 수단과,

상기 기준전압의 레벨을 제2레벨로 이동하기 위해, 상기 제2레벨로 이동된 상기 기준전압에 비례하는 제2전압을 발생하기 위한 제2분배수단과, 상기 기준 전압을 상기 제2전압과 비교하고, 비교 결과를 증폭하는 제2증폭수단과, 및 상기 제2증폭수단의 출력에 따라 상기 제2레벨로 이동된 기준전압을 출력하는 제2전력공급수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 제2레벨 이동 수단과,

상기 외부 소스 전압이 공급되는 동안 활성상태에 있고, 상기 제1레벨이동수단의 출력을 스탠바이 전압과 비교하고, 그 비교 결과를 증폭하는 제3증폭수단과 상기 제3증폭수단의 출력에 따라 상기 스탠바이 전압을 내부 소스 전압으로 출력하는 스탠바이 전압 공급수단을 구비하는 제1구동수단; 및

제어신호에 응답하여 상기 제2레벨이동수단의 출력을 활성 전압과 비교하고, 그 비교 결과를 증폭하는 제4증폭수단과 상기 제4증폭수단의 출력에 따라 상기 활성 전압을 상기 내부 소스 전압으로 출력하는 활성전압 공급수단을 구비하고, 상기 제1구동수단보다 더 큰 전류를 공급할 수 있는 제2구동수단로 구성됨이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 반도체 칩의 전압 변환 장치를 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

제3도는 본 발명에 의한 반도체 칩의 전압 변환 장치의 구성도로서, 외부 소스 전압(ExVcc)이 공급되는 동안, 일정한 기준 전압(Vref)을 발생하기 위한 전압 발생부(60), 기준전압의 레벨을 소정 제1레벨로 이동하기 위한 제1레벨 이동부(80), 기준전압의 레벨을 소정의 제2레벨로 이동하기 위한 제2레벨 이동부(100), 외부 소스 전압이 공급되는 동안 활성상태에 있는 제1구동부(120) 및 제1구동부(120)보다 큰 전류를 공급할 수 있는 제2구동부(140)로 구성된다.

제1레벨 이동부(80)는 기준 전압을 제1전압(V1)과 비교하고, 비교 결과를 증폭하는 제1증폭기(82)와, 제1증폭기(82)의 출력에 따라 제1레벨로 이동된 기준전압을 출력하는 제1전력 공급부(84)를 구성하고, 제1증폭기(82)의 출력과 연결되는 게이트와, 외부 소스전압과 연결되는 소스와, 제1레벨 이동부(80)의 출력과 연결되는 드레인을 갖는 MOS 트랜지스터 T1과, 제1레벨로 이동된 기준전압에 비례하는 제1전압(V1)을 발생하기 위한 제1분배부(86)를 구성하는 MOS트랜지스터 T2 및 T3으로 구성된다. 제1레벨 이동부(80)와 구성이 동일한 제2레벨 이동부(100)는 기준 전압(Vref)을 제2전압(V2)과 비교하고, 비교 결과를 증폭하는 제2증폭기(102)와, 제2증폭기(102)의 출력에 따라 제2레벨로 이동된 기준전압을 출력하는 제2전력 공급부(104)를 구성하고, 제2증폭기(102)의 출력과 연결되는 게이트와, 외부 소스전압과 연결되는 소스와, 제2레벨 이동부(100)의 출력과 연결되는 드레인을 갖는 MOS트랜지스터 T4와, 제2레벨로 이동된 기준전압에 비례하는 제2전압(V2)을 발생하기 위한 제2분배부(106)를 구성하는 MOS 트랜지스터 T5 및 T6으로 구성된다.

제1구동부(120)는 제1레벨이동부(80)의 출력을 스탠바이 전압과 비교하고, 그 비교 결과를 증폭하는 제3증폭기(122)와, 스탠바이 전압 공급부(124)를 구현하는 MOS 트랜지스터 T7로 구성되며, 제1구동부(120)와 구성이 유사하면서도 제1구동부(120)보다 더 큰 전류를 공급할 수 있는 제2구동부(140)는 제어신호에 응답하여 제2레벨이동부(100)의 출력을 활성 전압과 비교하고, 그 비교 결과를 증폭하는 제4증폭기(142)와, 제4증폭기(142)의 출력에 따라 활성 전압을 내부 소스 전압으로 출력하는 활성 전압 공급부(144)를 구성하는 MOS트랜지스터 T8로 구성된다.

제1 및 2분배부(86 및 106)는 제3도에 도시된 바와 같이, 제1레벨 이동부(80)의 출력과 기준 전위 사이에 다이오드 연결 방식으로 직렬 연결되는 다수의 트랜지스터로 구현되거나, 그 사이에서 직렬로 연결되는 다수의 저항들로 구현될 수 있다.

스탠바이 전압 공급부(124)는 제3증폭기(122)의 출력과 연결되는 게이트와, 외부 소스전압과 연결되는 소스와, 스탠바이 전압과 연결되는 드레인을 갖는 MOS트랜지스터로 구현될 수 있고, 활성 전압 공급부(144)는 제4증폭기(142)의 출력과 연결되는 게이트와, 외부 소스전압과 연결되는 소스와, 활성전압과 연결되는 드레인을 갖고, 스탠바이 전압 공급부(124)를 구현하는 MOS트랜지스터 T7보다 더 큰 트랜지스터 폭을 가지는 MOS트랜지스터로 구현된다.

제3도에 도시된 본 발명에 의한 반도체 칩의 전압 변환 회로의 전압 발생부(60)는 외부 소스 전압(ExVcc)에 따라 일정한 기준 전압(Vref)를 발생하여 제1 및 제2레벨 이동부(80 및 100)로 각각 출력한다. 제1레벨 이동부(80)의 제1전력 공급부(84)로부터 제1구동부(120)로 출력되는 출력전압(Vrefs)는 다음 식(1)과 같다.

---- (1)

여기서, R2 및 R3는 MOS트랜지스터 T2와 T3의 온 저항을 나타낸다.

즉, 식(1)에서 알 수 있듯이, 제1분배부(86)는 저항비로서, 출력 전압(Vrefs)에 비례하는 제1전압(V1)을 제1증폭기(82)로 출력한다. 제2분배부(106)는 제1분배부(86)와 구성이 같고, 다음 식(2)와 같이 출력전압(Vrefs)을 제2구동부(140)로 출력한다.

----(2)

여기서, R5 및 R6는 MOS트랜지스터 T5와 T6의 온 저항을 나타낸다.

제1구동부(120)는 외부 소스 전압(ExVcc)이 입력되는 동안, 활성상태를 계속 유지하며, 전압 Vrefs을 내부 소스 전압(InVcc)으로 출력단자 InVcc로 출력하며, 이 출력은 스탠바이 전압으로 반도체 칩이 스탠바이 상태일 때, 소정의 적은 전류를 칩에 공급하기 위한 전압이다.

본 발명에 의한 장치가 반도체 칩의 활성 동작을 위해 활성 전압을 발생하도록 제2구동부(140)의 입력단자 IN을 통해 제어신호(C1)가 입력되면 제2구동부(140)는 제2레벨 이동부(100)로부터 출력되는 전압(Vrefa)을 입력하여 내부 소스 전압으로 출력단자 InVcc를 통해 출력한다. 이 때는 MOS트랜지스터 T8은 MOS트랜지스터 T7보다 트랜지스터 폭이 크기 때문에 더 많은 전류를 반도체 칩의 내부로 공급해 줄 수 있다.

결국, 반도체 칩이 동작 대기 상태일 때는 고레벨의 제어신호가 입력단자 IN으로 입력되어 제2구동부(140)가 오프되어 내부 소스전압으로 Vrefs가 출력되고, 반도체 칩이 동작 상태일 때는 저레벨의 제어신호가 입력단자 IN을 입력되어 제2구동부(140)가 온되어 내부 소스전압으로 Vrefa가 출력된다.

제4도는 본 발명에 의한 전압 변환 장치의 다른 실시예의 회로도로서, 외부 소스 전압(ExVcc)이 공급되는 동안, 일정한 기준전압(Vref)을 발생하기 위한 전압 발생부(60), 기준전압의 레벨을 소정레벨로 이동하기 위해, 소정레벨로 이동된 기준전압에 비례하는 제1전압을 발생하기 위한 제1분배부(166)와, 기준 전압을 제1전압과 비교하고, 비교 결과를 증폭하는 제1증폭기(162)와, 및 제1증폭기(162)의 출력에 따라 레벨로 이동된 기준전압을 출력하는 전력공급기(164)를 구비하는 레벨 이동부(160), 외부 소스 전압이 공급되는 동안 활성상태에 있고, 스탠바이 전압에 비례하는 제2전압을 발생하는 제2분배부(186)와, 레벨 이동부(160)의 출력을 제2전압과 비교하고, 그 비교 결과를 증폭하는 제2증폭기(182)와, 제2증폭기(162)의 출력에 따라 스탠바이 전압을 내부 소스 전압으로 출력하는 스탠바이 전압 공급부(184)를 구비하는 제1구동부(200) 및 제어신호에 응답하여 레벨이동부(160)의 출력을 활성전압과 비교하고, 그 비교 결과를 증폭하는 제3증폭기(202)와, 제3증폭기(202)의 출력에 따라 활성 전압을 내부 소스 전압으로 출력하는 활성 전압 공급부(204)를 구비하는 제2구동부(180)로 구성된다.

제4도에 도시된 전력 공급부(164)는 제3도에 도시된 제1 또는 제2전력 공급부(84 또는 104)와 기능이나 구성상태가 동일하다. 즉, 제1증폭기(162)의 출력과 연결되는 게이트와, 외부 소스 전압(ExVcc)과 연결되는 소스와, 레벨 이동부(160)의 출력과 연결되는 드레인을 갖는 MOSFET로 구현될 수 있다. 그리고, 제1 또는 제2분배부(166 및 186)는 제3도에 도시된 분배기(86 또는 106)들과 같이, 다이도으 연결 방식으로 직렬 연결되는 다수의 트랜지스터로 구현될 수도 있고, 직렬로 연결되는 다수의 저항으로 구현될 수도 있다.

스텐바이 전압 공급부(184)는 제2증폭기(182)의 출력에 연결되는 게이트와, 외부 소스 전압에 연결되는 소스와, 스탠바이 전압에 연결되는 드레인을 갖고 있는 MOS 트랜지스터로 구현되어 있고, 활성 전압 공급부(204)는 제3증폭기(202)의 출력에 연결되는 게이트와, 외부 소스 전압에 연결되는 소스와, 활성전압에 연결되는 드레인을 갖고, 반도체 칩에 더욱 많은 전류를 공급하기 위해 스탠바이 전압 공급부(184)의 MOS 트랜지스터 폭보다 더 큰 폭을 가진 MOS트랜지스터이다.

제4도에 도시된 본 발명에 의한 전압 변환 장치의 다른 실시예는 반도체 칩이 대기 상태일 때는 입력단자 IN을 통해 고레벨의 제어 신호를 입력하여 제1구동부(200)가 오프상태가 되어 출력단자 InVcc를 통해 레벨 이동부(160)로부터 출력되는 다음 식(3)과 같은 Vrefs가 출력되도록 한다. 그러나, 반도체 칩이 동작 상태일 때는 저레벨의 제어신호를 입력되어 제1구동부(200)가 온 상태가 되고, 출력단자 InVcc를 통해 다음 식(4)과 같은 Vrefa가 출력된다.

----(3)

----(4)

여기서, R10, R11, R13 및 R14는 MOS트랜지스터 T10, T11, T13 및 T14의 온 저항을 나타낸다.

즉, 제4도에 도시된 전압 변환 장치는 레벨 이동부(160)로부터 출력되는 식(4)의 전압이 제1 및 제2구동부(200 및 180)로 각각 입력됨으로서, R10과 R11의 저항비와 R13과 R14의 저항비에 의해 각각 반도체 칩이 스탠바이 상태일 때는 식(3)의 전압이 내부 소스 전압으로, 반도체 칩이 동작 상태일 경우에는 식(4)의 전압이 내부 소스 전압으로 반도체 칩으로 출력된다.

제5a∼5c도는 제3 및 제4도에 도시된 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도로서, 제5a도는 제3 및 4도에서 입력단자 IN을 통해 입력되는 제어신호의 타이밍도이고, 제5b도는 제3 및 4도에서 출력단자 InVcc를 통해 출력되는 신호(A)와 기준 전압(B)의 타이밍도이고, 제5c도는 외부 소스 전압의 타이밍도이다.

제5c도에 도시된 외부 소스 전압은 시간에 따라 증가되고, 시간 t1에서 일정한 Vref전압이 출력된다. 시간 t2에서 제어신호가 고레벨에서 저레벨로 전이하면 제3 및 제4도에 도시된 출력단자 InVcc로 출력되는 내부 소스 전압은 Vrefs에서 Vrefa로 전압강화되어 출력됨으로서, 많은 전류가 출력단자를 통해 반도체 칩의 내부로 공급된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 전압 변환 장치는 반도체 칩이 스탠바이 동작시에 내부 소스 전압의 전위와, 액티브시에 내부 소스 전압의 전위를 각각 서로 다르게 조절할 수 있기 때문에, 스탠바이상태에서 액티브 상태로 내부 소스 전압의 레벨이 변하여 출력될 때, 스탠바이 상태에서의 낮은 구동 전류로 인한 내부 소스 전압의 레벨 변화를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

소스 전압을 변환하기 위한 전원 변환 장치에 있어서, 외부 소스 전압이 공급되는 동안, 일정한 기준 전압을 발생하기 위한 전압 발생수단; 상기 기준전압의 레벨을 제1레벨로 이동하기 위해, 상기 제1레벨로 이동된 상기 기준전압에 비례하는 제1전압을 발생하기 위한 제1분배수단과, 상기 기준 전압을 상기 제1전압과 비교하고, 비교 결과를 증폭하는 제1증폭수단과, 및 상기 제1증폭수단의 출력에 따라 상기 제1레벨로 이동된 기준전압을 출력하는 제1전력공급수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 제1레벨 이동 수단; 상기 기준전압의 레벨을 제2레벨로 이동하기 위해, 상기 제2레벨로 이동된 상기 기준전압에 비례하는 제2전압을 발생하기 위한 제2분배수단과, 상기 기준 전압을 상기 제2전압과 비교하고, 비교 결과를 증폭하는 제2증폭수단과, 및 상기 제2증폭수단의 출력에 따라 상기 제2레벨로 이동된 기준전압을 출력하는 제2전력공급수단을 귀하는 것을 특징으로 하는 제2레벨 이동 수단; 상기 외부 소스 전압이 공급되는 동안 활성상태에 있고, 상기 제1레벨이동수단의 출력을 스탠바이 전압과 비교하고, 그 비교 결과를 증폭하는 제3증폭수단과 상기 제3증폭수단의 출력에 따라 상기 스탠바이 전압을 내부 소스 전압으로 출력하는 스탠바이 전압 공급수단을 구비하는 제1구동수단; 및 제어신호에 응답하여 상기 제2레벨이동수단의 출력을 활성 전압과 비교하고, 그 비교 결과를 증폭하는 제4증폭수단과 상기 제4증폭수단의 출력에 따라 상기 활성 전압을 상기 내부 소스 전압으로 출력하는 활성전압 공급수단을 구비하고, 상기 제1구동수단보다 더 큰 전류를 공급할 수 있는 제2구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 변환장치.
소스 전압을 변환하기 위한 전원 변환 장치에 있어서, 외부 소스 전압이 공급되는 동안, 일정한 기준 전압을 발생하기 위한 전압 발생 수단; 상기 기준전압의 레벨을 소정 레벨로 이동하기 위해, 상기 소정 레벨로 이동된 상기 기준전압에 비례하는 제1전압을 발생하기 위한 제1분배수단과, 상기 기준 전압을 상기 제1전압과 비교하고, 비교 결과를 증폭하는 제1증폭수단과, 및 상기 제1증폭수단의 출력에 따라 상기 레벨로 이동된 기준전압을 출력하는 전력공급수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레벨 이동 수단; 상기 외부 소스 전압이 공급되는 동안 활성상태에 있고, 스탠바이 전압에 비례하는 제2전압을 발생하는 제2분배수단과, 상기 레벨이동수단의 출력을 상기 제2전압과 비교하고, 그 비교 결과를 증폭하는 제2증폭수단과 상기 제2증폭수단의 출력에 따라 상기 스탠바이 전압을 상기 내부 소스 전압으로 출력하는 스탠바이 전압 공급수단을 구비하는 제1구동수단; 및 제어신호에 응답하여 상기 레벨이동수단의 출력을 활성 전압과 비교하고, 그 비교 결과를 증폭하는 제3증폭수단과 상기 제3증폭수단의 출력에 따라 상기 활성 전압을 상기 내부 소스 전압으로 출력하는 활성 전압 공급수단을 구비하는 제2구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 변환장치.