KR20220169850A - 파워스위칭동작을 수행하는 전자장치 - Google Patents

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Abstract

전자장치는 동작주파수에 따라 구동제어신호를 토대로 제1 및 제2 전원전압 중 하나로 내부전압을 구동하는 내부전압구동회로를 포함한다. 전자장치는 내부전압의 레벨을 감지하여 내부전압의 레벨을 설정하기 위한 구동제어신호를 생성하는 구동제어신호생성회로를 포함한다.

Description

파워스위칭동작을 수행하는 전자장치{ELECTRONIC DEVICE PERFORMING A POWER SWITCHING OPERATION}
본 개시는 파워스위칭동작을 수행하는 전자장치에 관한 것이다.
반도체장치는 동적 전압 주파수 스케일링(Dynamic Voltage Frequency Scaling, DVFS) 기법을 이용하여 동작 주파수에 따라 전원을 스위칭할 수 있다.
반도체장치는 동작 주파수가 높을 경우 높은 레벨을 가지는 전원 전압을 공급받아 내부 회로가 고속에서 동작할 수 있게 하고, 동작 주파수가 낮을 경우 낮은 레벨을 가지는 전원 전압을 공급받아 내부회로에서 소모되는 전력을 줄일 수 있다.
본 개시는 파워스위칭동작을 수행하는 전자장치를 제공한다.
이를 위해 본 개시는 동작주파수에 따라 구동제어신호를 토대로 제1 및 제2 전원전압 중 하나로 내부전압을 구동하는 내부전압구동회로; 및 상기 내부전압의 레벨을 감지하여 상기 내부전압의 레벨을 설정하기 위한 상기 구동제어신호를 생성하는 구동제어신호생성회로를 포함하는 전자장치를 제공한다.
또한, 본 개시는 동작주파수에 따라 구동제어신호를 제1 및 제2 스위칭제어신호 중 하나로 출력하는 스위칭제어신호생성회로; 및 상기 제1 및 제2 스위칭제어신호를 토대로 제1 및 제2 전원전압 중 하나로 내부전압을 구동하는 파워스위칭회로를 포함하되, 상기 구동제어신호의 레벨은 상기 내부전압의 레벨에 따라 조절되는 전자장치를 제공한다.
본 개시에 의하면 동작주파수에 따라 전원을 스위칭하여 내부전압을 생성함으로써, 내부전압을 공급받는 내부회로에서 전력을 효율적으로 소모할 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면 내부전압의 레벨을 감지하여 구동제어신호를 생성하고, 구동제어신호를 토대로 동작주파수에 따라 전원을 스위칭하는 동작과 내부전압의 레벨을 타겟레벨로 설정하는 동작을 수행함으로써, 동작주파수에 따라 전원을 스위칭할 때 안정적으로 내부전압의 레벨을 타겟레벨로 설정할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 예에 따른 전자장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 내부전압생성회로의 일 예에 따른 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 스위칭제어신호생성회로의 일 예에 따른 회로도이다.
도 4는 도 2에 도시된 스위칭제어신호생성회로의 다른 예에 따른 회로도이다.
도 5는 도 1에 도시된 페리회로의 일 예에 따른 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 데이터입출력회로의 일 예에 따른 도면이다.
도 7은 본 개시의 다른 예에 따른 전자시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
다음의 예들의 기재에 있어서, "기 설정된"이라는 용어는 프로세스나 알고리즘에서 매개변수를 사용할 때 매개변수의 수치가 미리 결정되어 있음을 의미한다. 매개변수의 수치는 예에 따라서 프로세스나 알고리즘이 시작할 때 설정되거나 프로세스나 알고리즘이 수행되는 구간 동안 설정될 수 있다.
다양한 구성요소들을 구별하는데 사용되는 "제1" 및 "제2" 등의 용어는 구성요소들에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 반대로 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
하나의 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 할 때 직접적으로 연결되거나 중간에 다른 구성요소를 매개로 연결될 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면, "직접 연결되어" 및 "직접 접속되어"라는 기재는 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 또 다른 구성요소를 사이에 두지 않고 직접 연결된다고 이해되어야 한다.
"로직하이레벨" 및 "로직로우레벨"은 신호들의 로직레벨들을 설명하기 위해 사용된다. "로직하이레벨"을 갖는 신호는 "로직로우레벨"을 갖는 신호와 구별된다. 예를 들어, 제1 전압을 갖는 신호가 "로직하이레벨"을 갖는 신호에 대응할 때 제2 전압을 갖는 신호는 "로직로우레벨"을 갖는 신호에 대응할 수 있다. 일 실시예에 따라 "로직하이레벨"은 "로직로우레벨"보다 큰 전압으로 설정될 수 있다. 한편, 신호들의 로직레벨들은 실시예에 따라서 다른 로직레벨 또는 반대의 로직레벨로 설정될 수 있다. 예를 들어, 로직하이레벨을 갖는 신호는 실시예에 따라서 로직로우레벨을 갖도록 설정될 수 있고, 로직로우레벨을 갖는 신호는 실시예에 따라서 로직하이레벨을 갖도록 설정될 수 있다.
이하, 예를 통하여 본 개시를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 예는 단지 본 개시를 예시하기 위한 것이며, 본 개시의 권리 보호 범위가 이들 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 개시의 일 예에 따른 전자장치(100)의 구성을 도시한 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전자장치(100)는 커맨드생성회로(CMD GEN)(201), 모드레지스터(MR)(203), 내부전압생성회로(205), 제1 파워게이팅신호생성회로(PG1 GEN)(211), 페리회로(PERI CIRCUIT)(213), 제2 파워게이팅신호생성회로(PG2 GEN)(215), 데이터입출력회로(DATA I/O)(217) 및 코어회로(CORE CIRCUIT)(219)를 포함할 수 있다.
전자장치(100)는 반도체장치 중 메모리장치로 구현될 수 있다. 전자장치(100)는 컨트롤러(미도시)로부터 설정코드(CA)를 수신할 수 있다. 전자장치(100)는 컨트롤러와 데이터(DATA)를 송수신할 수 있다. 전자장치(100)는 설정코드(CA)를 수신하여 라이트동작, 리드동작, 파워스위칭동작 및 파워게이팅동작 등 다양한 내부동작들을 수행할 수 있다. 설정코드(CA) 및 데이터(DATA)의 비트 수는 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
전자장치(100)는 전원패드들(미도시) 각각으로부터 제1 전원전압(VDDH), 제2 전원전압(VDDL) 및 접지전압(VSS)를 인가받을 수 있다. 제1 전원전압(VDDH)는 제2 전원전압(VDDL)의 레벨보다 높은 레벨을 가질 수 있다. 일 예로, 제1 전원전압(VDDH) 및 제2 전원전압(VDDL)는 각각 1.05(V) 및 0.9(V)로 설정될 수 있다.
커맨드생성회로(201)는 설정코드(CA)를 토대로 모드레지스터커맨드(MRS), 파워다운커맨드(PDE), 라이트커맨드(WT) 및 리드커맨드(RD)를 생성할 수 있다. 커맨드생성회로(201)는 모드레지스터셋동작을 수행하기 위한 로직레벨조합을 가지는 설정코드(CA)를 디코딩하여 모드레지스터커맨드(MRS)를 생성할 수 있다. 커맨드생성회로(201)는 파워다운모드를 수행하기 위한 로직레벨조합을 가지는 설정코드(CA)를 디코딩하여 파워다운커맨드(PDE)를 생성할 수 있다. 커맨드생성회로(201)는 라이트동작을 수행하기 위한 로직레벨조합을 가지는 설정코드(CA)를 디코딩하여 라이트커맨드(WT)를 생성할 수 있다. 커맨드생성회로(201)는 리드동작을 수행하기 위한 로직레벨조합을 가지는 설정코드(CA)를 디코딩하여 리드커맨드(RD)를 생성할 수 있다.
모드레지스터(203)는 모드레지스터커맨드(MRS)를 토대로 설정코드(CA)를 수신하여 모드신호(DVFS)로 저장하고, 저장된 모드신호(DVFS)를 출력할 수 있다. 모드레지스터(203)는 모드레지스터셋동작을 수행할 때 동작주파수에 대한 정보로 설정된 설정코드(CA)를 수신하여 모드신호(DVFS)를 저장할 수 있다. 동작주파수는 전자장치(100)가 동작하는 주파수를 나타낼 수 있다. 모드신호(DVFS)는 동작주파수에 따라 활성화 또는 비활성화될 수 있다. 일 예로, 모드신호(DVFS)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때 비활성화되고, 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때 활성화될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 주파수는 제2 주파수보다 높은 주파수로 설정될 수 있다.
내부전압생성회로(205)는 내부전압구동회로(VINT DRV)(207) 및 구동제어신호생성회로(CTR_DRV GEN)(209)를 포함할 수 있다. 내부전압생성회로(205)는 모드신호(DVFS)를 토대로 제1 전원전압(VDDH) 및 제2 전원전압(VDDL)을 인가받아 내부전압(VINT)을 생성할 수 있다. 내부전압생성회로(205)는 모드신호(DVFS)를 토대로 동작주파수에 따라 제1 전원전압(VDDH) 및 제2 전원전압(VDDL) 중 하나로부터 내부전압(VINT)을 생성할 수 있다. 일 예로, 내부전압생성회로(205)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때, 제1 전원전압(VDDH)으로부터 내부전압(VINT)을 생성할 수 있다. 반대로, 내부전압생성회로(205)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때, 제2 전원전압(VDDL)으로부터 내부전압(VINT)을 생성할 수 있다. 이에 따라, 내부전압생성회로(205)는 동작주파수가 높을 때, 높은 레벨을 가지는 제1 전원전압(VDDH)으로부터 내부전압(VINT)을 생성함으로써, 내부전압(VINT)을 공급받는 내부회로가 고속에서 동작하게 할 수 있다. 또한, 내부전압생성회로(205)는 동작주파수가 낮을 때, 낮은 레벨을 가지는 제2 전원전압(VDDL)으로부터 내부전압(VINT)을 생성함으로써, 내부전압(VINT)을 공급받는 내부회로에서 소모되는 전력을 줄일 수 있다.
내부전압구동회로(207)는 모드신호(DVFS) 및 구동제어신호(CTR_DRV)를 토대로 제1 전원전압(VDDH) 및 제2 전원전압(VDDL)을 인가받아 내부전압(VINT)을 구동할 수 있다. 구동제어신호(CTR_DRV)는 내부전압(VINT)의 레벨을 타겟레벨로 설정하기 위해 생성될 수 있다. 타겟레벨은 제1 타겟레벨 및 제2 타겟레벨을 포함할 수 있다. 제1 타겟레벨은 제1 전원전압(VDDH)의 레벨보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다. 제2 타겟레벨은 제2 전원전압(VDDL)의 레벨보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 타겟레벨은 제2 타겟레벨보다 높은 레벨로 설정될 수 있다. 구동제어신호(CTR_DRV)의 레벨은 내부전압(VINT)의 레벨에 따라 조절될 수 있다.
내부전압구동회로(207)는 동작주파수에 따라 구동제어신호(CTR_DRV)를 토대로 제1 전원전압(VDDH) 및 제2 전원전압(VDDL) 중 하나로 내부전압(VINT)을 구동할 수 있다. 일 예로, 내부전압구동회로(207)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때, 구동제어신호(CTR_DRV)를 토대로 내부전압(VINT)을 제1 전원전압(VDDH)으로 구동할 수 있다. 내부전압구동회로(207)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때, 구동제어신호(CTR_DRV)를 토대로 내부전압(VINT)을 제2 전원전압(VDDL)으로 구동할 수 있다.
내부전압구동회로(207)는 모드신호(DVFS)를 토대로 구동제어신호(CTR_DRV)의 레벨에 따라 내부전압(VINT)의 레벨을 선형적으로 조절하여 내부전압(VINT)의 레벨을 타겟레벨로 설정할 수 있다. 내부전압구동회로(207)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때, 구동제어신호(CTR_DRV)의 레벨에 따라 내부전압(VINT)의 레벨을 선형적으로 조절하여 내부전압(VINT)의 레벨을 제1 타겟레벨로 설정할 수 있다. 내부전압구동회로(207)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때, 구동제어신호(CTR_DRV)의 레벨에 따라 내부전압(VINT)의 레벨을 선형적으로 조절하여 내부전압(VINT)의 레벨을 제2 타겟레벨로 설정할 수 있다. 이에 따라, 내부전압구동회로(207)는 구동제어신호(CTR_DRV)를 토대로 동작주파수에 따라 전원을 스위칭하는 동작과 내부전압의 레벨을 타겟레벨로 설정하는 동작을 수행함으로써, 동작주파수에 따라 전원을 스위칭할 때 안정적으로 내부전압(VINT)의 레벨을 타겟레벨로 설정할 수 있다.
구동제어신호생성회로(209)는 기준전압(VREF)을 토대로 내부전압(VINT)의 레벨을 감지하여 구동제어신호(CTR_DRV)를 생성할 수 있다. 실시예에 따라, 기준전압(VREF)의 레벨은 동작주파수를 토대로 다양하게 설정될 수 있다. 구동제어신호생성회로(209)는 내부전압(VINT)의 레벨을 기준전압(VREF)의 레벨과 비교하여 내부전압(VINT)의 레벨을 타겟레벨로 설정하기 위해 구동제어신호(CTR_DRV)의 레벨을 조절할 수 있다. 일 예로, 구동제어신호생성회로(209)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때, 내부전압(VINT) 및 기준전압(VREF)을 토대로 내부전압(VINT)의 레벨을 제1 타겟레벨로 설정하기 위해 구동제어신호(CTR_DRV)의 레벨을 조절할 수 있다. 구동제어신호생성회로(209)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때, 내부전압(VINT) 및 기준전압(VREF)을 토대로 내부전압(VINT)의 레벨을 제2 타겟레벨로 설정하기 위해 구동제어신호(CTR_DRV)의 레벨을 조절할 수 있다. 내부전압생성회로(205)의 보다 구체적인 구성 및 동작에 대한 설명은 도 2를 참고하여 후술한다.
제1 파워게이팅신호생성회로(211)는 파워다운커맨드(PDE)를 토대로 제1 파워게이팅신호(PG1)를 생성할 수 있다. 제1 파워게이팅신호생성회로(211)는 파워다운커맨드(PDE)를 토대로 파워다운모드를 수행할 때 제1 파워게이팅신호(PG1)를 비활성화시킬 수 있다. 제1 파워게이팅신호생성회로(211)는 파워다운커맨드(PDE)를 토대로 파워다운모드가 종료될 때 제1 파워게이팅신호(PG1)를 활성화시킬 수 있다.
페리회로(213)는 제1 파워게이팅신호(PG1)를 토대로 내부전압(VINT) 및 접지전압(VSS)을 공급받아 다양한 내부동작을 수행할 수 있다. 페리회로(213)는 파워다운모드에서 제1 파워게이팅신호(PG1)가 비활성화될 때, 접지전압(VSS)의 공급이 차단될 수 있다. 페리회로(213)는 제1 파워게이팅신호(PG1)가 활성화될 때, 접지전압(VSS)을 공급받을 수 있다. 페리회로(213)의 보다 구체적인 구성 및 동작에 대한 설명은 도 5를 참고하여 후술한다.
제2 파워게이팅신호생성회로(215)는 파워다운커맨드(PDE), 라이트커맨드(WT) 및 리드커맨드(RD)를 토대로 제2 파워게이팅신호(PG2)를 생성할 수 있다. 제2 파워게이팅신호생성회로(215)는 파워다운커맨드(PDE)를 토대로 파워다운모드를 수행할 때 제2 파워게이팅신호(PG2)를 비활성화시킬 수 있다. 제2 파워게이팅신호생성회로(215)는 파워다운커맨드(PDE)를 토대로 파워다운모드가 종료될 때 제2 파워게이팅신호(PG2)를 활성화시킬 수 있다. 또한, 제2 파워게이팅신호생성회로(215)는 라이트동작을 위한 라이트커맨드(WT) 및 리드동작을 위한 리드커맨드(RD)가 모두 비활성화될 때, 제2 파워게이팅신호(PG2)를 비활성화시킬 수 있다. 제2 파워게이팅신호생성회로(215)는 라이트동작을 위한 라이트커맨드(WT) 및 리드동작을 위한 리드커맨드(RD) 중 하나가 활성화될 때, 제2 파워게이팅신호(PG2)를 활성화시킬 수 있다.
데이터입출력회로(217)는 제2 파워게이팅신호(PG2)를 토대로 내부전압(VINT) 및 접지전압(VSS)을 공급받아 데이터(DATA)를 입출력할 수 있다. 데이터입출력회로(217)는 제2 파워게이팅신호(PG2)가 비활성화될 때, 접지전압(VSS)의 공급이 차단될 수 있다. 데이터입출력회로(217)는 제2 파워게이팅신호(PG2)가 활성화될 때, 접지전압(VSS)을 공급받을 수 있다. 데이터입출력회로(217)는 라이트동작에서 컨트롤러(미도시)로부터 데이터(DATA)를 수신하여 코어회로(219)로 전송할 수 있다. 데이터입출력회로(213)는 리드동작에서 코어회로(219)로부터 데이터(DATA)를 수신하여 컨트롤러로 전송할 수 있다. 데이터입출력회로(217)의 보다 구체적인 구성 및 동작에 대한 설명은 도 6을 참고하여 후술한다.
코어회로(219)는 다수의 메모리셀(미도시)을 포함할 수 있다. 코어회로(219)는 라이트동작에서 데이터(DATA)를 다수의 메모리셀에 저장할 수 있다. 코어회로(219)는 리드동작에서 다수의 메모리셀에 저장된 데이터(DATA)를 출력할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 내부전압생성회로(205)의 일 예에 따른 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 내부전압생성회로(205)는 내부전압구동회로(207) 및 구동제어신호생성회로(209)를 포함할 수 있다.
내부전압구동회로(207)는 스위칭제어신호생성회로(221) 및 파워스위칭회로(223)를 포함할 수 있다. 내부전압구동회로(207)는 모드신호(DVFS) 및 구동제어신호(CTR_DRV)를 토대로 제1 전원전압(VDDH) 및 제2 전원전압(VDDL)을 인가받아 내부전압(VINT)을 구동할 수 있다.
스위칭제어신호생성회로(221)는 모드신호(DVFS) 및 구동제어신호(CTR_DRV)를 토대로 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1) 및 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 생성할 수 있다.
스위칭제어신호생성회로(221)는 모드신호(DVFS)를 토대로 동작주파수에 따라 구동제어신호(CTR_DRV)를 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1) 및 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2) 중 하나로 출력할 수 있다. 일 예로, 스위칭제어신호생성회로(221)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정되어 모드신호(DVFS)가 비활성화될 때, 구동제어신호(CTR_DRV)를 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)로 출력할 수 있다. 스위칭제어신호생성회로(221)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정되어 모드신호(DVFS)가 활성화될 때, 구동제어신호(CTR_DRV)를 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)로 출력할 수 있다.
실시예에 따라, 스위칭제어신호생성회로(221)는 모드신호(DVFS)를 토대로 동작주파수에 따라 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1) 및 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2) 중 하나를 제1 전원전압(도 3의 VDDH)으로 구동할 수 있다. 일 예로, 스위칭제어신호생성회로(221)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정되어 모드신호(DVFS)가 비활성화될 때, 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 제1 전원전압(도 3의 VDDH)으로 구동할 수 있다. 스위칭제어신호생성회로(221)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정되어 모드신호(DVFS)가 활성화될 때, 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)를 제1 전원전압(도 3의 VDDH)으로 구동할 수 있다.
실시예에 따라, 스위칭제어신호생성회로(221)는 모드신호(DVFS)를 토대로 동작주파수에 따라 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)를 제1 전원전압(도 4의 VDDH)으로 구동하거나 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 제2 전원전압(도 4의 VDDL)으로 구동할 수 있다. 일 예로, 스위칭제어신호생성회로(221)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정되어 모드신호(DVFS)가 비활성화될 때, 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 제2 전원전압(도 4의 VDDL)으로 구동할 수 있다. 스위칭제어신호생성회로(221)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정되어 모드신호(DVFS)가 활성화될 때, 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)를 제1 전원전압(도 4의 VDDH)으로 구동할 수 있다. 스위칭제어신호생성회로(221)의 보다 구체적인 구성 및 동작에 대한 설명은 도 3 및 도 4를 참고하여 후술한다.
파워스위칭회로(223)는 제1 스위칭소자(223_1) 및 제2 스위칭소자(223_2)를 포함할 수 있다. 파워스위칭회로(223)는 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1) 및 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 토대로 제1 전원전압(VDDH) 및 제2 전원전압(VDDL) 중 하나로 내부전압(VINT)을 구동할 수 있다. 제1 스위칭소자(223_1) 및 제2 스위칭소자(223_2)는 각각 피모스트랜지스터로 구현될 수 있다. 제1 스위칭소자(223_1)는 제1 전원전압(VDDH)의 단자와 내부전압(VINT)을 구동하는 내부노드(nd11) 사이에 연결될 수 있다. 제2 스위칭소자(223_2)는 제2 전원전압(VDDL)의 단자와 내부전압(VINT)을 구동하는 내부노드(nd11) 사이에 연결될 수 있다.
파워스위칭회로(223)는 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)가 제1 전원전압(VDDH)으로 구동될 때, 제1 스위칭소자(223_1)를 턴오프시킬 수 있다. 파워스위칭회로(223)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때, 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)를 토대로 제1 스위칭소자(223_1)를 턴온시켜 내부전압(VINT)을 제1 전원전압(VDDH)으로 구동할 수 있다. 파워스위칭회로(223)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때, 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)의 레벨에 따라 내부전압(VINT)의 레벨을 선형적으로 조절하여 내부전압(VINT)의 레벨을 제1 타겟레벨로 설정할 수 있다. 일 예로, 파워스위칭회로(223)는 내부전압(VINT)의 레벨이 제1 타겟레벨보다 높을 때, 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)를 토대로 내부전압(VINT)의 레벨을 선형적으로 낮추어 내부전압(VINT)의 레벨을 제1 타겟레벨로 설정할 수 있다. 반대로, 파워스위칭회로(223)는 내부전압(VINT)의 레벨이 제1 타겟레벨보다 낮을 때, 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)를 토대로 내부전압(VINT)의 레벨을 선형적으로 높혀 내부전압(VINT)의 레벨을 제1 타겟레벨로 설정할 수 있다.
파워스위칭회로(223)는 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)가 제1 전원전압(VDDH) 또는 제2 전원전압(VDDL)으로 구동될 때, 제2 스위칭소자(223_2)를 턴오프시킬 수 있다. 파워스위칭회로(223)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때, 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 토대로 제2 스위칭소자(223_2)를 턴온시켜 내부전압(VINT)을 제2 전원전압(VDDL)으로 구동할 수 있다. 파워스위칭회로(223)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때, 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)의 레벨에 따라 내부전압(VINT)의 레벨을 선형적으로 조절하여 내부전압(VINT)의 레벨을 제2 타겟레벨로 설정할 수 있다. 일 예로, 파워스위칭회로(223)는 내부전압(VINT)의 레벨이 제2 타겟레벨보다 높을 때, 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 토대로 내부전압(VINT)의 레벨을 선형적으로 낮추어 내부전압(VINT)의 레벨을 제2 타겟레벨로 설정할 수 있다. 반대로, 파워스위칭회로(223)는 내부전압(VINT)의 레벨이 제2 타겟레벨보다 낮을 때, 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 토대로 내부전압(VINT)의 레벨을 선형적으로 높혀 내부전압(VINT)의 레벨을 제2 타겟레벨로 설정할 수 있다.
구동제어신호생성회로(209)는 분배전압생성회로(231) 및 비교회로(233)를 포함할 수 있다. 구동제어신호생성회로(209)는 기준전압(VREF)을 토대로 내부전압(VINT)의 레벨을 감지하여 구동제어신호(CTR_DRV)를 생성할 수 있다.
분배전압생성회로(231)는 제1 저항소자(231_1) 및 제2 저항소자(231_2)를 포함할 수 있다. 제1 저항소자(231_1) 및 제2 저항소자(231_2)는 각각 실시예에 따라 저항 값이 다양하게 설정될 수 있다. 분배전압생성회로(231)는 제1 저항소자(231_1) 및 제2 저항소자(231_2)의 저항값의 비에 따라 내부전압(VINT)를 전압분배하여 분배전압(VDIV)을 생성할 수 있다. 제1 저항소자(231_1)는 내부노드(nd11)와 내부노드(nd13) 사이에 연결된 엔모스트랜지스터로 구현될 수 있다. 제2 저항소자(231_2)는 내부노드(nd13)와 접지전압(VSS)의 단자 사이에 연결된 엔모스트랜지스터로 구현될 수 있다.
비교회로(233)는 분배전압(VDIV)의 레벨을 기준전압(VREF)의 레벨과 비교하여 구동제어신호(CTR_DRV)를 생성할 수 있다. 일 예로, 비교회로(233)는 분배전압(VDIV)의 레벨이 기준전압(VREF)의 레벨보다 낮을수록 구동제어신호(CTR_DRV)의 레벨을 낮출 수 있다. 비교회로(233)는 분배전압(VDIV)의 레벨이 기준전압(VREF)의 레벨보다 높을수록 구동제어신호(CTR_DRV)의 레벨을 높힐 수 있다. 비교회로(233)는 차동증폭기로 구현될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 스위칭제어신호생성회로(221)의 일 예에 따른 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭제어신호생성회로(221)는 제1 스위칭제어신호생성회로(241a) 및 제2 스위칭제어신호생성회로(243a)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭제어신호생성회로(241a)는 모드신호(DVFS) 및 반전모드신호(DVFSB)를 토대로 제1 전원전압(VDDH)을 인가받아 구동제어신호(CTR_DRV)로부터 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)를 생성할 수 있다. 반전모드신호(DVFSB)는 모드신호(DVFS)를 반전버퍼링하여 생성될 수 있다. 제1 스위칭제어신호생성회로(241a)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때, 구동제어신호(CTR_DRV)를 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)로 출력할 수 있다. 제1 스위칭제어신호생성회로(241a)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때, 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)를 제1 전원전압(VDDH)으로 구동할 수 있다. 제1 스위칭제어신호생성회로(241a)는 전달게이트(241_1a) 및 구동소자(241_2a)를 포함할 수 있다. 전달게이트(241_1a)는 모드신호(DVFS)가 로직로우레벨이고, 반전모드신호(DVFSB)가 로직하이레벨일 때, 구동제어신호(CTR_DRV)를 내부노드(nd21)로 출력할 수 있다. 구동소자(241_2a)는 반전모드신호(DVFSB)가 로직로우레벨일 때, 내부노드(nd21)를 제1 전원전압(VDDH)로 구동할 수 있다. 구동소자(241_2a)는 제1 전원전압(VDDH)의 단자와 내부노드(nd21) 사이에 연결된 피모스트랜지스터로 구현될 수 있다.
제2 스위칭제어신호생성회로(243a)는 모드신호(DVFS) 및 반전모드신호(DVFSB)를 토대로 제1 전원전압(VDDH)을 인가받아 구동제어신호(CTR_DRV)로부터 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 생성할 수 있다. 제2 스위칭제어신호생성회로(243a)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때, 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 제1 전원전압(VDDH)으로 구동할 수 있다. 제2 스위칭제어신호생성회로(243a)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때, 구동제어신호(CTR_DRV)를 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)로 출력할 수 있다. 제2 스위칭제어신호생성회로(243a)는 전달게이트(243_1a) 및 구동소자(243_2a)를 포함할 수 있다. 전달게이트(243_1a)는 모드신호(DVFS)가 로직하이레벨이고, 반전모드신호(DVFSB)가 로직로우레벨일 때, 구동제어신호(CTR_DRV)를 내부노드(nd23)로 출력할 수 있다. 구동소자(243_2a)는 모드신호(DVFS)가 로직로우레벨일 때, 내부노드(nd23)를 제1 전원전압(VDDH)로 구동할 수 있다. 구동소자(243_2a)는 제1 전원전압(VDDH)의 단자와 내부노드(nd23) 사이에 연결된 피모스트랜지스터로 구현될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 스위칭제어신호생성회로(221)의 다른 예에 따른 회로도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스위칭제어신호생성회로(221)는 제1 스위칭제어신호생성회로(241b) 및 제2 스위칭제어신호생성회로(243b)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭제어신호생성회로(241b)는 모드신호(DVFS) 및 반전모드신호(DVFSB)를 토대로 제1 전원전압(VDDH)을 인가받아 구동제어신호(CTR_DRV)로부터 제1 스위칭제어신호(CTR_SW1)를 생성할 수 있다. 제1 스위칭제어신호생성회로(241b)는 전달게이트(241_1b) 및 구동소자(241_2b)를 포함할 수 있다. 제1 스위칭제어신호생성회로(241b)의 동작은 도 3에 도시된 제1 스위칭제어신호생성회로(241a)의 동작과 동일하게 구현되므로 구체적인 설명은 생략한다.
제2 스위칭제어신호생성회로(243b)는 모드신호(DVFS) 및 반전모드신호(DVFSB)를 토대로 제2 전원전압(VDDL)을 인가받아 구동제어신호(CTR_DRV)로부터 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 생성할 수 있다. 제2 스위칭제어신호생성회로(243b)는 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때, 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)를 제2 전원전압(VDDL)으로 구동할 수 있다. 제2 스위칭제어신호생성회로(243b)는 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때, 구동제어신호(CTR_DRV)를 제2 스위칭제어신호(CTR_SW2)로 출력할 수 있다. 제2 스위칭제어신호생성회로(243b)는 전달게이트(243_1b) 및 구동소자(243_2b)를 포함할 수 있다. 전달게이트(243_1b)는 모드신호(DVFS)가 로직하이레벨이고, 반전모드신호(DVFSB)가 로직로우레벨일 때, 구동제어신호(CTR_DRV)를 내부노드(nd33)로 출력할 수 있다. 구동소자(243_2b)는 모드신호(DVFS)가 로직로우레벨일 때, 내부노드(nd33)를 제2 전원전압(VDDL)로 구동할 수 있다. 구동소자(243_2b)는 제2 전원전압(VDDL)의 단자와 내부노드(nd33) 사이에 연결된 피모스트랜지스터로 구현될 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 페리회로(213)의 일 예에 따른 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 페리회로(213)는 로직회로(LOGIC CIRCUIT)(251) 및 접지스위칭소자(253)를 포함할 수 있다.
로직회로(251)는 전원라인(255_1) 및 가상접지라인(255_2) 사이에 연결될 수 있다. 전원라인(255_1)은 내부전압(VINT)을 공급할 수 있다. 로직회로(251)는 실시예에 따라 다양한 내부동작들을 수행하기 위한 로직을 가지는 회로로 설정될 수 있다.
접지스위칭소자(253)는 가상접지라인(255_2) 및 접지라인(255_3) 사이에 연결될 수 있다. 접지라인(255_3)은 접지전압(VSS)의 단자와 연결될 수 있다. 접지스위칭소자(253)는 제1 파워게이팅신호(PG1)를 토대로 로직회로(251)에 접지전압(VSS)의 공급을 제어할 수 있다. 접지스위칭소자(253)는 파워다운모드에서 제1 파워게이팅신호(PG1)가 로직로우레벨로 비활성화될 때, 로직회로(251)에 접지전압(VSS)의 공급을 차단할 수 있다. 접지스위칭소자(253)는 제1 파워게이팅신호(PG1)가 로직하이레벨로 활성화될 때, 로직회로(251)에 접지전압(VSS)을 공급할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 데이터입출력회로(217)의 일 예에 따른 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 데이터입출력회로(217)는 로직회로(LOGIC CIRCUIT)(261) 및 접지스위칭소자(263)를 포함할 수 있다.
로직회로(261)는 전원라인(265_1) 및 가상접지라인(265_2) 사이에 연결될 수 있다. 전원라인(265_1)은 내부전압(VINT)을 공급할 수 있다. 로직회로(261)는 데이터(DATA)를 입출력하기 위한 로직을 가지는 회로로 설정될 수 있다.
접지스위칭소자(263)는 가상접지라인(265_2) 및 접지라인(265_3) 사이에 연결될 수 있다. 접지라인(265_3)은 접지전압(VSS)의 단자와 연결될 수 있다. 접지스위칭소자(263)는 제2 파워게이팅신호(PG2)를 토대로 로직회로(261)에 접지전압(VSS)의 공급을 제어할 수 있다. 접지스위칭소자(263)는 파워다운모드에서 제2 파워게이팅신호(PG2)가 로직로우레벨로 비활성화될 때, 로직회로(261)에 접지전압(VSS)의 공급을 차단할 수 있다. 접지스위칭소자(263)는 라이트동작 및 리드동작이 수행되지 않을 때 비활성화되는 제2 파워게이팅신호(PG2)를 토대로 로직회로(261)에 접지전압(VSS)의 공급을 차단할 수 있다. 접지스위칭소자(263)는 라이트동작 및 리드동작을 수행할 때 활성화되는 제2 파워게이팅신호(PG2)를 토대로 로직회로(261)에 접지전압(VSS)을 공급할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 개시에 의하면 동작주파수에 따라 전원을 스위칭하여 내부전압을 생성함으로써, 내부전압을 공급받는 내부회로에서 소모되는 전력을 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 본 개시에 의하면 내부전압의 레벨을 감지하여 구동제어신호를 생성하고, 구동제어신호를 토대로 동작주파수에 따라 전원을 스위칭하는 동작과 내부전압의 레벨을 타겟레벨로 설정하는 동작을 수행함으로써, 동작주파수에 따라 전원을 스위칭할 때 안정적으로 내부전압의 레벨을 타겟레벨로 설정할 수 있다.
도 7은 본 개시의 다른 예에 따른 전자시스템(1000)의 구성을 도시한 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 시스템(1000)은 호스트(HOST)(1100), 컨트롤러(CONTROLLER)(1200) 및 전자장치들(ELECTRONIC DEVICES)(1300<1:K>)을 포함할 수 있다. 전자장치들(1300<1:K>)은 각각 도 1에 도시된 전자장치(100)로 구현될 수 있다.
호스트(1100)는 인터페이스 프로토콜을 사용하여 컨트롤러(1200)와 상호 신호들을 전송할 수 있다. 호스트(1100) 및 컨트롤러(1200) 사이에 사용되는 인터페이스 프로토콜은 MMC(Multi-Media Card), ESDI(Enhanced Small Disk Interface), IDE(Integrated Drive Electronics), PCI-E(Peripheral Component Interconnect - Express), ATA(Advanced Technology Attachment), SATA(Serial ATA), PATA(Parallel ATA), SAS(serial attached SCSI) 및 USB(Universal Serial Bus) 등이 있다.
컨트롤러(1200)는 전자장치들(1300<1:K>)이 각각 라이트동작, 리드동작, 파워스위칭동작 및 파워게이팅동작 등 다양한 내부동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.
전자장치들(1300<1:K>)은 실시예에 따라 DRAM(dynamic random access memory), PRAM(Phase change Random Access Memory), RRAM(Resistive Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory) 및 FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 등으로 구현될 수 있다.
100: 전자장치 201: 커맨드생성회로
203: 모드레지스터 205: 내부전압생성회로
207: 내부전압구동회로 209: 구동제어신호생성회로
211: 제1 파워게이팅신호생성회로 213: 페리회로
215: 제2 파워게이팅신호생성회로 217: 데이터입출력회로
219: 코어회로

Claims (20)

  1. 동작주파수에 따라 구동제어신호를 토대로 제1 및 제2 전원전압 중 하나로 내부전압을 구동하는 내부전압구동회로; 및
    상기 내부전압의 레벨을 감지하여 상기 내부전압의 레벨을 설정하기 위한 상기 구동제어신호를 생성하는 구동제어신호생성회로를 포함하는 전자장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 내부전압구동회로는
    상기 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때 상기 내부전압을 상기 제1 전원전압으로 구동하고, 상기 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때 상기 내부전압을 상기 제2 전원전압으로 구동하되, 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 낮고, 상기 제2 전원전압의 레벨은 상기 제1 전원전압의 레벨보다 낮은 전자장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 내부전압구동회로는
    상기 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때 상기 구동제어신호를 토대로 상기 내부전압을 상기 제1 전원전압으로 구동하되, 상기 내부전압의 레벨은 상기 구동제어신호의 레벨에 따라 선형적으로 조절되어 제1 타겟레벨로 설정되는 전자장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 내부전압구동회로는
    상기 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때 상기 구동제어신호를 토대로 상기 내부전압을 상기 제2 전원전압으로 구동하되, 상기 내부전압의 레벨은 상기 구동제어신호의 레벨에 따라 선형적으로 조절되어 제2 타겟레벨로 설정되는 전자장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 구동제어신호생성회로는
    상기 내부전압의 레벨을 기준전압의 레벨과 비교하여 상기 구동제어신호의 레벨을 조절하는 전자장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 내부전압구동회로는
    상기 구동제어신호 및 모드신호를 토대로 제1 및 제2 스위칭제어신호를 생성하는 스위칭제어신호생성회로; 및
    상기 제1 스위칭제어신호를 토대로 상기 내부전압을 상기 제1 전원전압으로 구동하고, 상기 제2 스위칭제어신호를 토대로 상기 내부전압을 상기 제2 전원전압으로 구동하는 파워스위칭회로를 포함하는 전자장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    모드레지스터셋동작을 수행할 때 상기 동작주파수에 대한 정보로 설정된 설정코드를 수신하여 상기 모드신호로 저장하는 모드레지스터를 더 포함하는 전자장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 스위칭제어신호생성회로는
    상기 모드신호를 토대로 상기 구동제어신호를 상기 제1 및 제2 스위칭제어신호 중 하나로 출력하는 전자장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 스위칭제어신호생성회로는
    상기 모드신호가 비활성화될 때 상기 구동제어신호를 상기 제1 스위칭제어신호로 출력하되, 상기 제2 스위칭제어신호는 상기 제1 전원전압으로 구동되는 전자장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 스위칭제어신호생성회로는
    상기 모드신호가 비활성화될 때 상기 구동제어신호를 상기 제1 스위칭제어신호로 출력하되, 상기 제2 스위칭제어신호는 상기 제2 전원전압으로 구동되는 전자장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 스위칭제어신호생성회로는
    상기 모드신호가 활성화될 때 상기 구동제어신호를 상기 제2 스위칭제어신호로 출력하되, 상기 제1 스위칭제어신호는 상기 제1 전원전압으로 구동되는 전자장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부전압을 공급하는 전원라인 및 가상접지라인에 연결된 로직회로; 및
    상기 가상접지라인 및 접지전압을 공급하는 접지라인에 연결된 접지스위칭소자를 더 포함하되, 상기 접지스위칭소자는 파워다운모드를 수행할 때 상기 로직회로에 상기 접지전압의 공급을 차단하는 전자장치.
  13. 동작주파수에 따라 구동제어신호를 제1 및 제2 스위칭제어신호 중 하나로 출력하는 스위칭제어신호생성회로; 및
    상기 제1 및 제2 스위칭제어신호를 토대로 제1 및 제2 전원전압 중 하나로 내부전압을 구동하는 파워스위칭회로를 포함하되, 상기 구동제어신호의 레벨은 상기 내부전압의 레벨에 따라 조절되는 전자장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 스위칭제어신호생성회로는
    상기 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때 상기 구동제어신호를 상기 제1 스위칭제어신호로 출력하고, 상기 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때 상기 구동제어신호를 상기 제2 스위칭제어신호로 출력하되, 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수보다 낮은 전자장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 스위칭제어신호생성회로는
    상기 동작주파수가 상기 제1 주파수로 설정될 때 상기 제2 스위칭제어신호를 상기 제1 전원전압으로 구동하고, 상기 동작주파수가 상기 제2 주파수로 설정될 때 상기 제1 스위칭제어신호를 상기 제1 전원전압으로 구동하는 전자장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 스위칭제어신호생성회로는
    상기 동작주파수가 상기 제1 주파수로 설정될 때 상기 제2 스위칭제어신호를 상기 제2 전원전압으로 구동하고, 상기 동작주파수가 상기 제2 주파수로 설정될 때 상기 제1 스위칭제어신호를 상기 제1 전원전압으로 구동하는 전자장치.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 파워스위칭회로는
    상기 제1 스위칭제어신호를 토대로 상기 내부전압을 상기 제1 전원전압으로 구동하는 제1 스위칭소자; 및
    상기 제2 스위칭제어신호를 토대로 상기 내부전압을 상기 제2 전원전압으로 구동하는 제2 스위칭소자를 포함하되, 상기 제2 전원전압의 레벨은 상기 제1 전원전압의 레벨보다 낮은 전자장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 파워스위칭회로는
    상기 동작주파수가 제1 주파수로 설정될 때 상기 제1 스위칭제어신호를 토대로 상기 제1 스위칭소자를 턴온시켜 상기 내부전압의 레벨을 선형적으로 조절하고, 상기 동작주파수가 제2 주파수로 설정될 때 상기 제2 스위칭제어신호를 토대로 상기 제2 스위칭소자를 턴온시켜 상기 내부전압의 레벨을 선형적으로 조절하는 전자장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 스위칭소자는 상기 제1 전원전압의 단자와 상기 내부전압을 구동하는 내부노드 사이에 연결된 피모스트랜지스터로 구현되고,
    상기 제2 스위칭소자는 상기 제2 전원전압의 단자와 상기 내부노드 사이에 연결된 피모스트랜지스터로 구현되는 전자장치.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 내부전압을 전압분배하여 분배전압을 생성하는 분배전압생성회로; 및
    상기 분배전압의 레벨을 기준전압의 레벨과 비교하여 상기 구동제어신호를 생성하는 비교회로를 더 포함하는 전자장치.
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