KR19980077548A - 동기식 승압전압 발생기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 동기식 승압전압 발생기는 동기된 반도체의 외부 클럭신호(CLK)를 사용하기 때문에 대역폭에 대해 비례하는 소비전류(Ipp)가 흐르게 되므로 소비전력을 줄일 수 있다. 즉, 외부 클럭신호(CLK)의 주기가 작을지라도 승압전압 발생기에 흐르는 구동전류(Iss)가 부하에 흐르는 소비전류(Ipp)를 보상하기 때문에 전력소모를 줄일 수 있다. 또한, 부하(50)가 고 대역폭에서 동작할 때에도 고전위의 데이타 논리를 제대로 인식할 수 있다.
그리고, 승압전압 펌핑클럭신호로 동기식 반도체의 외부 클럭신호(CLK)를 바로 사용하지 않고, 1/2 분주기를 통해 발생된 내부 클럭신호(CLKq)를 사용하면 항상 고정된 효율(Duty)을 얻을 수 있어 안정된 승압전압(VPP)이 발생된다. 게다가, 1/2분주기는 동기식 인에이블신호(ACTV)에 의해 제어되기 때문에 클럭이 일시정지(Clock Suspend)하면, 내부 클럭신호(CLKq)는 이전 상태를 래치(Latch)하게 되어 불필요한 전력의 소비를 줄일 수 있다.
Description
본 발명은 승압전압 발생기에 관한 것으로, 특히 외부 클럭신호가 입력되어 승압전압 펌핑클럭신호로 사용되므로 소비전류가 대역폭에 대해 비례하여 소비전력을 줄이고, 안정된 승압전압을 출력하기에 적당하도록 한 동기식 승압전압 발생기에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술의 승압전압 발생기는 내부발진신호(OSC)가 출력되는 내부 발진수단(Internal Oscillator)(10)과, 상기 내부발진신호(OSC) 및 외부 제어신호(CON)가 입력되어 제1제어신호(QCON), 제2제어신호(PCON) 및 제3제어신호(CCON)가 출력되는 펌프제어수단(Pump Controller)(20)과, 상기 제1제어신호(QCON)가 입력되어 노드(N)를 충전시키는 펌핑캐패시터(Pumping Capacitor(Q1)와, 상기 제2제어신호(PCON)가 입력되어 노드(N)의 전위가 일정전압 이하로 떨어지지 않도록 클램프하는 선충전회로(Precharge Circuit)(30)와, 노드(N)와 펌핑캐패시터(Q1)에 충전된 전압을 부하(50)로 전송하는 충전전송트랜지스터(Charge Transfer Transitor)(Q2)와, 상기 제3제어신호(CCON)가 입력되어 펌핑제어신호(TRN)를 출력하여 상기 충전전송트랜지스터(Q2)를 제어하는 충전전송회로(Charge Transfer Circuit)(40)로 구성된다.
이와 같이 구성된 종래 기술의 승압전압 발생기의 동작을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 내부 발진수단(10)은 도 2a에 도시된 바와 같은 일정주기의 내부발진신호(OSC)를 발생시킨다. 여기서, 내부발진신호(OSC)의 주파수는 홀수개의 인버터 고리(Inverter Chain)(미도시)와 트랜지스터(미도시)의 특성, 온도 및 전압 등에 의해 고정되어 있다.
이어서, 펌프제어수단(20)은 상기 내부 발진수단(10)에서 출력된 내부발진신호(OSC) 및 외부 제어신호(CON)가 입력되어 발진하는 제1제어신호(QCON), 제2제어신호(PCON) 및 제3제어신호(CCON)를 발생시킨다.
상기 제1제어신호(QCON)는 펌핑커패시터(Q1)에 입력되어 노드(N)를 충전시킨다. 이때, 선충전회로(30)는 상기 제2제어신호(PCON)가 입력되어 노드(N)가 적용전압(VDD) 이하로 내려가지 않도록 클램프(Clamp)한다. 따라서, 노드(N)에서의 전압은 적용전압(VDD)과 승압전압(VPP) 사이에서 발진한다. 여기서, 승압전압(VPP)은 적용전압(VDD)과 문턱전압(Vth)의 합이다.
이때, 충전전송회로(40)는 상기 제3제어신호(CCON)가 입력되어 노드(N)와 위상이 같은 펌핑제어신호(TRN)를 발생시키며, 그 펌핑제어신호(TRN)가 충전전송트랜지스터(Q2)의 게이트에 입력되어 제어하여 노드(N)와 펌핑커패시터(Q1)에 축적된 충전, 즉 승압전압(VPP)을 부하(50)로 출력한다.
종래 기술의 승압전압 발생기는 내부발진수단(10)에서 출력된 고정된 주기를 갖는 내부발진신호(OSC)를 사용하기 때문에, 펌프구동능력의 한계를 넘는 고 대역폭(High Bandwidth)에서는 부하(50)의 소비전류(Ipp)를 보상하지 못하여 고전위 데이타를 읽을 때 데이타 논리(Data Logic)를 제대로 인식하지 못하게 된다.
또한, 내부발진신호(OSC)의 주기를 작게 하여 펌프구동력을 너무 크게 정해 놓으면 전력소모가 커지는 문제점이 발생한다.
예를 들어, 부하(50)가 동기식 반도체 장치인 경우, 종래 기술의 승압전압 발생기에서 출력된 승압전압(VPP)으로 구동시키는데에는 다음과 같은 문제점이 발생한다.
첫째, 종래 기술의 승압전압 발생기에서 출력되는 승압전압(VPP)이 메모리 셀(Memory Cell)의 전송 엔모스 트랜지스터(미도시)의 게이트, 즉 워드선(Word Line)과, 출력버퍼의 풀업 엔모스 트랜지스터(미도시)의 게이트를 모두 구동시켜야 하는데, 이때 적절한 승압전압 레벨은 메모리 셀의 경우 'VDD+2Vth'이지만, 출력버퍼의 경우 'VDD+Vth'이므로 승압전압 레벨을 최적화 하기에 어려운 문제점이 발생한다.
둘째, 출력버퍼의 데이타는 클럭신호에 동기되어 항상 천이할 수 있는데, 이때 고전위로 데이타가 천이하면, 종래 승압전압 발생기에서 출력된 승압전압(VPP)은 풀업 엔모스 트랜지스터(미도시)의 게이트와 레벨 쉬프트 회로(Level shift circuit)의 논리 동작에 사용되는데, 동기식 동작의 출력버퍼 관련 회로는 클럭신호의 대역폭의 변화가 매우 넓어 승압전압 발생기에 흐르는 구동전류(Iss)의 변화가 대역폭에 비례하여 증가하게 된다. 그러므로 내부발진수단(10)의 고정된 주파수를 갖는 승압전압 펌핑클럭신호의 주기를 사용하는 종래의 승압전압 발생기는 설계할 때 최고의 대역폭까지 보상하는 펌핑발진 주기를 사용하여야 하는데, 이때 도 3에 도시된 바와 같이 부하(50)에 흐르는 소비전류(Ipp)보다 승압전압 발생기의 구동전류(Iss)가 커져 전력 소비가 증가하는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 부하(50)에 흐르는 소비전류(Ipp)가 승압전압 발생기에 입력되는 클럭신호의 대역폭에 대해 비례하도록 하여 소비전력을 줄이고, 고 대역폭에서도 데이타 논리를 제대로 인식하도록 하는 승압전압 발생기를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 동기식 승압전압 발생기는 외부 클럭신호(CLK) 및 외부 제어신호(CON)가 입력되어 제1제어신호(QCON), 제2제어신호(PCON) 및 제3제어신호(CCON)를 출력하는 펌프제어수단(20)과, 상기 제1제어신호(QCON)가 입력되어 노드(N)를 충전시키는 펌핑캐패시터(Q1)와, 상기 제2제어신호(PCON)가 입력되어 노드(N)가 일정전압 이하로 내려가지 않도록 클램프하는 선충전회로(30)와, 상기 제3제어신호(CCON)가 입력되어 펌핑작용을 제어하는 펌핑제어신호(TRN)를 출력하는 충전전송회로(40)와, 상기 펌핑제어신호(TRN)가 입력되어 노드(N)와 펌핑캐패시터(Q1)에 충전된 승압전압(VPP)을 부하(50)로 전송하는 충전전송트랜지스터(Q2)로 구성된다.
도 1은 종래 기술의 승압전압 발생기의 블럭도.
도 2는 도 1에 있어서, 동작 파형도.
도 3은 도 1에 있어서, 승압전압 펌핑클럭신호의 대역폭에 대한 구동전류(Iss)와 소비전류(Ipp)를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 제1실시예인 동기식 승압전압 발생기의 블럭도.
도 5는 도 4에 있어서, 동작 파형도.
도 6은 도 4에 있어서, 승압전압 펌핑클럭신호의 대역폭에 대한 구동전류(Iss)와 소비전류(Ipp)를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 제2실시예인 동기식 승압전압 발생기의 블럭도.
도 8은 도 7에 있어서, 동작 파형도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
Q1,Q2: 엔모스 트랜지스터(NMOS Transistor)
N: 노드(node)
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예인 동기식 승압전압 발생기는 외부 클럭신호(CLK) 및 외부 제어신호(CON)가 입력되어 제1제어신호(QCON), 제2제어신호(PCON) 및 제3제어신호(CCON)를 출력하는 펌프제어수단(20)과, 상기 제1제어신호(QCON)가 입력되어 노드(N)를 충전시키는 펌핑캐패시터(Q1)와, 상기 제2제어신호(PCON)가 입력되어 노드(N)가 일정전압 이하로 떨어지지 않도록 클램프하는 선충전회로(30)와, 노드(N)와 펌핑캐패시터(Q1)에 충전된 전압을 부하(50)로 전송하는 충전전송트랜지스터(Q2)와, 상기 제3제어신호(CCON)가 입력되어 펌핑제어신호(TRN)를 발생시켜 상기 충전전송트랜지스터(Q2)를 제어하는 충전전송회로(40)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예인 동기식 승압전압 발생기의 동작을 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 펌프제어수단(20)은 도 5a에 도시된 바와 같은 외부 클럭신호(CLK)와 외부 제어신호(CON)가 입력되어 발진하는 제2제어신호(PCON), 제2제어신호(PCON) 및 제3제어신호(CCON)가 발생한다.
이어서, 펌핑커패시터(Q1)는 상기 제1제어신호(QCON)가 입력되어 노드(N)를 충전시킨다. 이때, 선충전회로(30)는 상기 제2제어신호(PCON)가 입력되어 노드(N)가 적용전압(VDD) 이하로 내려가지 않도록 클램프(Clamp)한다.
따라서, 노드(N)는 적용전압(VDD)과 승압전압(VPP) 사이에서 발진한다. 여기서, 승압전압(VPP)은 적용전압(VDD)과 문턱전압(Vth)의 합이다.
이때, 충전전송회로(40)는 상기 제3제어신호(CCON)가 입력되어 노드(N)와 위상이 같은 펌핑제어신호(TRN)가 발생된다. 펌핑제어신호(TRN)가 충전전송트랜지스터(Q2)의 게이트에 입력되어 제어하여 노드(N)와 펌핑캐패시터(Q1)에 충전된 승압전압(VPP)을 부하(50)로 전송한다. 이때, 전송된 승압전압(VPP)은 도 5b에 도시된 바와 같이 펌핑과 선충전 동작에 의해 발진하는 신호가 된다.
따라서, 도 5a에 도시된 바와 같이 외부 클럭신호(CLK)의 주기(tCLK)가 작아지면, 승압전압 발생기의 구동전류(Iss)가 커지게 되고, 부하(50)에 흐르는 도 5c에 도시된 바와 같은 소비전류(Ipp)도 커지게 된다. 반대로, 외부 클럭신호(CLK)의 주기(tCLK)가 커지면, 승압전압 발생기의 구동전류(Iss)가 작아지게 되고, 부하(50)에 흐르는 소비전류(Ipp)도 작아진다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 소비전류(Ipp)가 구동전류(Iss)와 일정한 차이를 두고 대역폭에 대해 비례하게 되어 소비전력을 줄일 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같은 본 발명의 제2실시예의 동기식 승압전압 발생기는 도 4에 도시된 본 발명의 제1실시예의 구성에서, 인에이블신호(ACTV)가 입력되어 내부클럭신호(CLKq)를 출력하는 1/2분주기(100)와 외부 클럭신호(CLK)와 펌프제어수단(20) 사이에 첨부되어 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예인 동기식 승압전압 발생기의 동작을 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 8a에 도시된 파형과 같은 외부 클럭신호(CLK)와 인에이블신호(ACTV)가 1/2분주기(100)로 입력되어 내부 클럭신호(CLKq)가 발생된다.
이어서, 펌프제어수단(20)에서는 1/2분주기(100)에서 발생한 내부 클럭신호(CLKq)와 외부 제어신호(CON)가 입력되어 발진하는 제1제어신호(QCON), 제2제어신호(PCON) 및 제3제어신호(CCON)가 발생한다.
계속되는 동작은 본 발명의 제1실시예와 동일하므로 여기서는 생략하기로 한다.
도 7에 도시된 본 발명의 제2실시예인 동기식 승압전압 발생기는 동기식 반도체의 외부 클럭신호(CLK)를 바로 승압전압 펌핑클럭신호로 사용하지 않고, 1/2분주기(100)를 통해 발생된 내부 클럭신호(CLKq)를 사용하기 때문에, 외부 클럭신호(CLK)의 효율(duty), 즉 도 5a에 도시된 외부 클럭신호(CLK)의 주기(tCLK)에 대한 고전위 시간(tCH)의 비가 변하더라도 내부 클럭신호(CLKq)는 외부 클럭신호(CLK)가 고전위로 천이될 때에만 반전되므로 항상 고정된 효율을 얻을 수 있기 때문에 안정된 승압전압(VPP)을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 동기식 승압전압 발생기는 동기된 반도체의 외부 클럭신호(CLK)를 사용하기 때문에 대역폭에 대해 비례하는 구동전류(Iss)를 소비하므로 소비전력을 줄일 수 있다. 즉, 외부 클럭신호의 주기(tCLK)가 작을지라도 승압전압 발생기의 구동전류(Iss)가 부하(50)의 소비전류(Ipp)를 보상하기 때문에 전력소모를 줄일 수 있다. 또한, 부하(50)가 고 대역폭에서 동작할 때에도 고전위의 데이타 논리를 제대로 인식할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 승압전압 펌핑클럭신호로 동기식 반도체의 외부 클럭신호(CLK)를 바로 사용하지 않고, 1/2분주기(100)를 통해 발생된 내부클럭신호(CLKq)를 사용하면 항상 고정된 효율(Duty)를 얻을 수 있어 안정된 승압전압(VPP)이 발생되는 효과가 있다.
게다가, 1/2분주기(100)는 동기식 인에이블신호(ACTV)에 의해 제어되기 때문에 클럭이 일시정지(Clock Suspend)하면, 내부 클럭신호(CLKq)는 이전 상태를 래치(Latch)하게 되어 불필요한 전력의 소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
예를 들어, 부하(50)가 동기식 반도체 장치인 경우, 본 발명의 승압전압 발생기는 출력버퍼 관련 회로 전용이므로 승압전압 레벨을 최적화하기가 용이하다. 또한, 부하(50)에 흐르는 소비전류(Ipp)가 대역폭에 대해 비례하여 증가하기 때문에 고 대역폭에서도 불필요하게 많은 전력의 소비없이 동작할 수 있는 효과가 있다.
Claims (4)
- 외부 클럭신호(CLK) 및 외부 제어신호(CON)가 입력되어 제1제어신호(QCON), 제2제어신호(PCON) 및 제3제어신호(CCON)를 출력하는 펌프제어수단(20)과, 상기 제1제어신호(QCON)가 입력되어 노드(N)를 충전시키는 펌핑캐패시터(Q1)와, 상기 제2제어신호(PCON)가 입력되어 노드(N)가 일정전압 이하로 내려가지 않도록 클램프하는 선충전회로(30)와, 상기 제3제어신호(CCON)가 입력되어 펌핑작용을 제어하는 펌핑제어신호(TRN)를 출력하는 충전전송회로(40)와, 상기 펌핑제어신호(TRN)가 입력되어 노드(N)와 펌핑캐패시터(Q1)에 충전된 전압을 부하(50)로 전송하는 충전전송트랜지스터(Q2)로 구성된 것을 특징으로 하는 동기식 승안전압 발생기.
- 제1항에 있어서, 상기 외부 클럭신호(CLK)를 동기된 내부 클럭신호(CLKq)로 변환하여 상기 펌핑제어수단(20)에 출력하는 1/2분주기(100)가 추가된 것을 특징으로 하는 동기식 승안전압 발생기.
- 제2항에 있어서, 상기 1/2분주기(100)에 인에이블신호(ACTV)가 입력되는 것을 특징으로 하는 동기식 승압전압 발생기.
- 제1항에 있어서, 상기 동기식 승안전압 발생기는 출력버퍼 관련 회로 전용인 것을 특징으로 하는 동기식 승압전압 발생기.
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