KR100541824B1

KR100541824B1 - 반도체 집적회로에 채용하기 적합한 온도감지 회로

Info

Publication number: KR100541824B1
Application number: KR1020030069069A
Authority: KR
Inventors: 원명규; 김재훈; 박종욱
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2006-01-10
Anticipated expiration: 2023-10-06
Also published as: US7107178B2; DE102004049252A1; US20050074051A1; DE102004049252B4; KR20050033123A

Abstract

온도변화에 따른 미세 제어를 위하여 감소 저항 브랜치의 확장 없이도 온도변화에 따라 다수의 트립 포인트를 가지는 내장형 온도감지 회로가 개시되어 있다. 그러한 온도감지 회로는, 리셋신호 및 샘플링 신호들을 발생하는 샘플링 신호발생기; 온도의 증가에 따라 전류가 감소하는 감소 저항 브랜치와 연결된 전류미러 타입 차동증폭기를 포함하며, 상기 샘플링 신호들에 응답하여 생성된 온도출력을 온도감지 데이터로서 출력하는 온도감지기; 및 상기 온도감지기로부터 출력된 상기 온도감지 데이터를 카운팅하고 래치하여 카운팅 데이터를 출력하고, 상기 샘플링 신호발생기의 리셋신호에 응답하여 리셋되는 카운팅 출력부를 구비한다. 그러한 온도감지 회로를 반도체 메모리에 채용하는 경우 대기상태에서의 리프레쉬 전력소모는 반도체 메모리의 신뢰성을 저하시킴 없이 최소화된다.

반도체 메모리 장치, 온도감지 회로, 온도 감지기, 트립 포인트, 리프레쉬

Description

반도체 집적회로에 채용하기 적합한 온도감지 회로{Temperature sensor circuit for use in semiconductor integrated circuit}

도 1은 통상적인 밴드갭 기준회로를 이용한 온도감지기의 회로구성도

도 2는 도 1의 온도감지기의 동작에 따라 저항 브랜치 들에 나타나는 온도 대 전류변화 그래프도

도 3은 도 1의 온도감지기의 동작에 따른 비교기의 출력파형을 보인 도면

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도감지기의 회로구성도

도 5는 도 4의 온도감지기의 동작에 따라 다수의 트립 포인트의 생성을 설명하는 온도 대 전류변화 그래프도

도 6은 도 4의 동작에 따른 비교기의 출력변화를 보인 도면

도 7은 본 발명에 따른 온도감지 회로를 반도체 메모리 장치에 적용한 예를 보인 도면

도 8은 도 7중 샘플링 신호 발생기의 구현 예를 보인 세부회로도

도 9는 도 7중 온도감지기의 구현 예를 보인 세부회로도

도 10은 도 7중 카운터 및 래치의 구현 예를 보인 세부회로도

도 11은 도 7중 온도감지 회로의 동작 타이밍도

도 12 및 도 13은 도 7중 오실레이터의 구현 예들을 보인 세부회로도

도 14는 도 7중 리프레쉬 카운터의 구현 예를 보인 세부회로도

본 발명은 온도감지기에 관한 것으로, 특히 반도체 집적회로에 채용하기 적합한 온도감지 회로에 관한 것이다.

CPU들, 메모리들, 및 게이트 어레이들 등과 같이 집적회로 칩으로 구현되는 다양한 반도체 장치들(devices)은 휴대용 퍼스널 컴퓨터들, PDA, 서버들, 또는 워크스테이션들과 같은 다양한 전기적 제품(electrical products)내로 합체되어진다. 그러한 전기적 제품들이 전원절약을 위한 슬립 모드(sleep mode)에 있을 경우에 대부분의 회로 콤퍼넌트들은 턴 오프 상태로 된다. 그러나, 휘발성 메모리에 속하는 디램(DRAM)은 메모리 셀에 저장된 데이터를 계속적으로 보존하기 위해 자체적으로 메모리 셀의 데이터를 리프레쉬하여야 한다. 그러한 셀프 리프레쉬 동작의 필요에 기인하여 디램에서는 셀프 리프레쉬 전력이 소모된다. 보다 저전력을 요구하는 바테리 오퍼레이티드 시스템(battery operated system)에서 전력 소모를 줄이는 것은 매우 중요하며 크리티컬(critical)한 이슈이다.

셀프 리프레쉬에 필요한 전력소모를 줄이는 시도중 하나는 리프레쉬 주기를 온도에 따라 변화시키는 것이다. 디램에서의 데이터 보유 타임은 온도가 낮아질수 록 길어진다. 따라서, 온도 영역을 여러 영역들로 분할하여 두고 낮은 온도 영역에서는 리프레쉬 클럭의 주파수를 상대적으로 낮추어 주면 전력의 소모는 줄어들 것임에 틀림없다. 여기서, 디램의 내부온도를 알기 위해서는 저전력 소모를 갖는 내장형 온도 감지기가 필요하다.

통상적인 밴드 갭 레퍼런스(band-gap reference)회로를 이용한 종래의 온도 감지기의 회로구성은 도 1에 도시된다. 도 1을 참조하면, 온도감지기(100)는 전류 미러 타입으로 구성된 차동증폭기(DA)와, 온도의 증가에 따라 전류가 감소하는 감소 저항(R1)브랜치(branch)와, 온도의 증가에 따라 전류가 증가하는 증가 저항(R)브랜치와, 기준온도(ORef)와 감지온도(OT1)를 서로 비교한 결과를 비교출력신호(OUT)로서 출력하는 비교기(OP1)를 포함한다. 여기서, 상기 차동증폭기(DA)의 브랜치(A)와 브랜치(B)에 각기 접속되는 접합다이오드들(D2,D1)은 서로 동일한 사이즈를 가지며, 피형 모오스 트랜지스터들(MP1,MP2,MP3)의 사이즈 비율은 1:1:1이고, 엔형 모오스 트랜지스터들(MN1,MN2,MN3)의 사이즈 비율도 1:1:1로 설정된다. 여기서 사이즈는 채널 길이(L)와 게이트 폭(W)의 곱을 가리킨다.

상기 도 1에 도시된 온도감지기의 동작은 이하에서 설명된다. 상기 차동증폭기(DA)내의 피형 모오스 트랜지스터들(MP1,MP2)과 엔형 모오스 트랜지스터들(MN1,MN2)의 전류 미러동작에 의해, IO:Ir=1:1의 전류가 흐르고, 브랜치(A)와 브랜치(B)에 나타나는 전압은 서로 동일한 레벨로 된다.

통상적인 접합 다이오드에서 턴온 구간에서의 전류 식은 I=Is{e(VD/VT)-1} ≒Is*e(VD/VT)로 된다. 여기서, Is 는 역방향 포화 전류이고, VD 는 다이오드 전압 이고, VT는 kT/q로서 써멀 전압(thermal voltage)을 가리킨다.

브랜치(A)와 브랜치(B)에 나타나는 전압은 서로 동일하므로, VA = VB = VD1 = VD2 + Ir*R 이 되고, IO = Is*e(VD1/VT)⇒ VD1 = VT*ln(IO/Is)로 된다.

또한, Ir = Is*e(VD2/VT)⇒ VD2 = VT*ln(Ir/Is) = VT*ln(M*IO/Is)이므로, VT*ln(IO/Is) = VT*ln(M* IO/Is) + Ir*R 이된다.

따라서, Ir = VT*ln(M)/R 이 되므로, 브랜치(A)에는 온도에 비례하는 전류가 흐르게 된다. 또한, I1과 IO에 비슷한 영역의 전류가 흐르도록 하면 브랜치(C)의 전압 VC는 VB의 값과 거의 같게 되고, VB = VD1 = VT*ln(IO/Is) 로 나타난다.

보통 VT에 비해 역방향 포화전류 Is는 온도 증가에 따라 훨씬 크게 증가하므로 다이오드 전압은 온도에 따라 감소하는 특성을 갖는다. 즉, VC가 온도 증가에 따라 감소하므로 I1은 온도에 따라 감소한다.

그러므로, 상기 감소 저항(R1)브랜치의 저항 R1의 저항값을 튜닝하면 도 2에서 보여지는 바와 같은 특정온도(T1)에서 Ir와 I1의 값이 크로스(cross)되게 할 수 있다. 결국, 상기 도 1의 온도감지기(100)는 특정온도(T1)에서 트립 포인트(trip point)를 갖도록 설계된 온도감지기로서 기능한다. 도 2는 도 1의 온도감지기의 동작에 따라 저항 브랜치 들에 나타나는 온도 대 전류변화를 보인 그래프로서, 가로축은 온도를 세로축은 전류를 나타낸다. 도 2에서 특정온도(T1)가 예를 들어 45℃라고 할 경우에 상기 온도 감지기(100)내의 비교기(OP1)로부터 출력되는 출력신호(OUT)는 도 3에서 보여지는 바와 같이 파형(OUT)로서 나타난다. 도 3은 도 1의 온도감지기의 동작에 따른 비교기의 출력파형을 보인 것으로서, 가로축은 온도 를 세로축은 전압을 나타낸다.

도 1에서 보여지는 바와 같은 통상의 내장형 온도 감지기를 반도체 메모리 장치 예컨대 디램에 적용하는 경우에, 온도 감지기에 대한 온도 튜닝작업이 수행되어진다. 왜냐하면, 온도감지기를 구성하는 소자들은 제조공정변화에 민감한 특성을 가지고 있어, 트립 포인트가 변화될 수 있기 때문이다. 변화된 트립 포인트를 설계된 온도 포인트에 맞추는 온도 튜닝 작업은 웨이퍼 레벨에서 개별 칩(chip)마다 수행되는 것이 통상적이며, 그러한 온도 튜닝 작업에서 제조공정변화에 의해 편이(shift)된 편이온도를 검출하는 작업과, 퓨즈등의 소자를 커팅하는 것에 의해 온도 트리밍을 행하는 작업이 차례로 수행된다.

여기서, 도 1의 온도감지기는 하나의 감소 저항 브랜치만을 가지기 때문에 하나의 특정온도에 대한 트립 포인트만을 갖는다. 따라서, 특정온도 전후의 온도에서 제어되는 리프레쉬 주기들은 급격한 차이가 나게 된다. 예를 들어, 특정온도가 45℃라고 할 경우에, 1℃부터 44℃까지는 리프레쉬 주기가 상대적으로 길지만, 트립 포인트 이상의 온도가 되는 46℃에서는 리프레쉬 주기가 상대적으로 짧게 된다.

따라서, 종래에는 특정온도 전후의 온도에서 나타나는 리프레쉬 주기들의 급격한 차이를 완화하기 위해 상기 온도감지기의 감소저항 브랜치와는 병렬로 별도의 감소저항 브랜치를 연결하여 왔다. 예를 들어, 온도감지기가 두 개의 트립 포인트를 갖도록 하기 위해서는 도 1의 브랜치(C)와는 병렬로 또 다른 브랜치를 마련하고 브랜치 에 저항을 접속하여야 한다. 따라서, 두 개의 트립 포인트 이상을 갖도록 하기 위해서는 필요한 트립 포인트 개수 만큼의 저항 브랜치가 설치되어진다.

그러나, 통상적인 리프레쉬 주기의 제어에서 두 개의 트립 포인트를 갖는 온도감지기가 사용된다. 왜냐하면, 온도감지기에 두 개이상의 브랜치를 형성할 경우 공정 변화에 따른 저항 트리밍 작업의 시간 증대 및 칩내에서 온도 감지기가 차지하는 면적 증가 등과 같은 문제점이 심화되기 때문이다.

상기한 바와 같이, 종래의 온도감지기는 다수의 트립 포인트를 가지기 어려운 문제점이 있어왔다. 따라서, 그러한 종래의 온도감지기를 반도체 메모리 장치에 채용할 경우에 반도체 메모리의 리프레쉬 주기는 리프레쉬 주기 제어의 급격한 변화없이 온도에 따라 최적으로 제어되기 어려우므로 반도체 장치의 신뢰성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.

그러므로, 온도감지기내의 감소 저항 브랜치의 확장 없이도 다수의 트립 포인트를 가질 수 있는 개선된 온도감지기 및 온도감지 회로가 요망된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점 및 단점들을 해결할 수 있는 내장형 온도감지기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 집적회로내에 채용하기 적합한 온도감지 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 온도감지기내의 감소 저항 브랜치를 확장함이 없이도 다수의 트립 포인트를 가지는 온도감지기를 구비한 온도감지 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 메모리 장치에 온도감지 회로를 채용하는 경우에 온도변화에 따라 리프레쉬 주기가 최적으로 제어되게 할 수 있는 온칩 온도감지 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 메모리 장치의 셀프 리프레쉬 전력이 온도의 변화에 따라 최소로 소모되게 할 수 있는 내장형 온도감지 회로를 제공함에 있다.

상기한 목적들 가운데 일부의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따라, 반도체 집적회로에 채용하기 적합한 온도감지 회로는:

리셋신호 및 샘플링 신호들을 발생하는 샘플링 신호발생기;

온도의 증가에 따라 전류가 감소하는 감소 저항 브랜치와 연결된 전류미러 타입 차동증폭기를 포함하며, 상기 샘플링 신호들에 응답하여 생성된 온도출력을 온도감지 데이터로서 출력하는 온도감지기; 및

상기 온도감지기로부터 출력된 상기 온도감지 데이터를 카운팅하고 래치하여 카운팅 데이터를 출력하고, 상기 샘플링 신호발생기의 리셋신호에 응답하여 리셋되는 카운팅 출력부를 구비함을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 온도감지기는, 전류 미러 타입으로 구성된 차동증폭기와;

상기 차동증폭기의 감소 저항단과 접지사이에 연결되며 온도의 증가에 따라 전류가 감소하는 감소 저항 브랜치와; 상기 차동증폭기의 증가 저항단과 접지사이에 연결되며 온도의 증가에 따라 전류가 증가하는 증가 저항 브랜치와; 상기 감소 저항단과 상기 감소 저항 브랜치 사이에 직렬로 연결된 복수의 저항들을 가지는 제1 저항 스트링부와; 상기 샘플링신호들에 응답하여 상기 복수의 저항들을 각기 선택적으로 단락시키기 위한 단락 스위칭부와; 동작 인에이블 동안에 상기 증가 저항단에 나타나는 기준 온도 출력과 상기 감소 저항단에 나타나는 감지 온도 출력을 서로 비교하여 상기 온도감지 데이터로서 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 샘플링 신호발생기는 인가되는 입력신호와 상기 입력신호를 반전 및 지연한 신호를 노아 게이팅하여 생성하는 단위 샘플링 신호 발생부를 종속연결한 회로구조를 가지며, 처음의 단위 샘플링 신호 발생부로부터 제1 샘플링 신호가 출력되고, 두 번째 단위 샘플링 신호 발생부로부터 제2 샘플링 신호가 출력되며, 마지막 단위 샘플링 신호 발생부로부터 상기 리셋신호가 생성되고, 상기 마지막 단위 샘플링 신호 발생부의 이전단에 연결된 단위 샘플링 신호 발생부로부터 패스 게이트 제어신호가 생성되는 구조일 수 있다.

또한, 상기 카운팅 출력부는, 상기 온도감지 데이터를 처음 단의 플립플롭의 클럭단으로 수신하며 서로의 출력이 클럭단에 연결되고 입력단이 설정된 논리레벨로 고정된 복수의 플립플롭으로 구성된 플립플롭 회로부와; 상기 복수의 플립플롭의 출력들을 상기 패스 게이트 제어신호에 응답하여 전송하기 위한 패스 게이트부와; 상기 패스 게이트부로부터 전송된 상기 복수의 플립플롭의 출력들을 래치하는 래치부를 구비할 수 있다.

또한, 바람직하기로 상기 온도감지 회로가 반도체 집적회로에 채용되는 경우에, 상기 카운팅 출력부의 상기 카운팅 데이터에 응답하여 발진주기가 제어되는 발 진기가 더 구비될 수 있다. 상기 발진기는 홀수단의 인버터들로 구성된 인버터 체인과; 상기 인버터 체인의 출력단과 접지사이에 연결된 커패시터와; 상기 인버터들간에 종속접속된 복수의 저항들과; 상기 저항들과 병렬로 연결되며 상기 카운팅 데이터에 응답하여 상기 저항들을 선택적으로 단락시키는 스위칭 트랜지스터들로 구성될 수 있다.

그리고, 발진기의 발진신호를 처음 단의 플립플롭의 클럭단으로 수신하며 서로의 출력이 클럭단에 연결되고 입력단이 설정된 논리레벨로 고정된 복수의 플립플롭으로 구성된 리프레쉬 카운터가 더 구비될 수 있다.

또한, 바람직하기로, 상기 제1 저항 스트링부의 각 저항들에 대한 저항값을 각기 가변시키기 위하여 상기 제1 저항 스트링부에 연결된 저항값 트리밍부가 더 구비될 수 있으며, 여기서, 상기 저항값 트리밍부는 복수의 퓨즈소자들로 구성될 수 있다.

바람직하기로, 상기 온도감지기는, 상기 감소 저항단과 상기 감소 저항 브랜치 사이에 직렬로 연결된 복수의 저항들을 가지는 제2 저항 스트링부와; 상기 샘플링신호들에 응답하여 상기 제2 저항 스트링부내의 저항들을 각기 선택적으로 단락해제시키기 위한 단락해제 스위칭부를 더 포함할 수 있다.

상기한 온도감지 회로에 따르면, 감소 저항 브랜치의 확장 없이도 온도변화에 따라 다수의 트립 포인트를 가지므로 온도변화에 따라 미세하게 필요한 제어를 행할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따라 반도체 집적회로에 채용하기 적합한 온도감지 회로대한 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다. 비록 다른 도면에 표시되어 있더라도 동일 내지 유사한 기능을 가지는 구성요소들은 동일 내지 유사한 참조부호로서 나타나 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도감지기의 회로구성도 이다. 도면을 참조하면, 도 1과 같은 온도감지기(100)의 감소 저항 브랜치(C)에 제1 저항 스트링부(150)와, 단락 스위칭부(160)를 연결한 구조가 보여진다.

즉, 도 4의 온도감지기는, 전류 미러 타입으로 구성된 차동증폭기(DA)와, 상기 차동증폭기(DA)의 감소 저항단(NO1)과 접지(VSS)사이에 연결되며 온도의 증가에 따라 전류가 감소하는 감소 저항 브랜치(C)와, 상기 차동증폭기(DA)의 증가 저항단과 접지사이에 연결되며 온도의 증가에 따라 전류가 증가하는 증가 저항 브랜치(A)와, 상기 감소 저항단(NO1)과 상기 감소 저항 브랜치(C)의 저항노드(NO2)사이에 직렬로 연결된 복수의 저항들(RU1-RU6)을 가지는 제1 저항 스트링부(150)와, 샘플링신호들(PTU0-PTU5)에 응답하여 상기 복수의 저항들(RU1-RU6)을 각기 선택적으로 단락시키기 위한 단락 스위칭부(160)와, 상기 증가 저항단에 나타나는 기준 온도 출력(Oref)과 상기 감소 저항단(NO1)에 나타나는 감지 온도 출력(OT1)을 서로 비교한 출력(OUT)을 생성하는 비교기(OP1)를 포함한다.

마찬가지로, 상기 차동증폭기(DA)의 브랜치(A)와 브랜치(B)에 각기 접속되는 접합다이오드들(D2,D1)은 서로 동일한 사이즈를 가지며, 피형 모오스 트랜지스터들(MP1,MP2,MP3)의 사이즈 비율은 1:1:1이고, 엔형 모오스 트랜지스터들(MN1,MN2,MN3)의 사이즈 비율도 1:1:1로 설정된다. 상기 복수의 저항들(RU1-RU6)은 본 실시예에서는 각기 다른 저항값을 가진다. 또한, 저항들(RU1-RU6)중에서 저항(RU1)은 가장 작은 저항값을 가지며, 저항(RU6)은 가장 큰 저항값을 갖는다. 따라서, 복수의 저항들(RU1-RU6)의 저항값은 RU1 < RU2 < RU3 < RU4 < RU5 < RU6 의 조건으로 설정되어 있다.

한편, 상기 단락 스위칭부(160)는 복수의 엔형 모오스 트랜지스터(TR0-TR5)로 구성되며, 상기 샘플링신호들(PTU0-PTU5)중에서 대응되는 샘플링 신호가 하이로 천이될 때 턴온 되어 상기 저항들(RU1-RU6)중 대응되는 저항이 동작적으로 단락(short)되게 한다. 즉, 상기 복수의 엔형 모오스 트랜지스터(TR0-TR5)는 전력소모를 최소화할 수 있도록 상시(normally)턴 오프되어 있는 상태이다.

상기한 바와 같은 구조를 가지는 도 4의 온도감지기에서는 제1 저항 스트링부(150)내에 설치된 복수의 저항들(RU1-RU6)이 선택적으로 단락됨에 의해, 감소 저항 브랜치의 확장없이도 다수의 트립 포인트를 갖는다.

도 5는 도 4의 온도감지기의 동작에 따라 다수의 트립 포인트(trip point)의 생성을 설명하는 온도 대 전류변화 그래프도로서, 가로축은 온도(T)를 세로축은 전류(I)를 나타낸다. 또한, 도 6은 도 4의 동작에 따른 비교기(OP1)의 출력변화를 보인 도면으로서, 가로축은 온도(T)를 세로축은 전압(V)을 나타낸다. 도 4의 제1 저항 스트링부(150)내에 설치된 복수의 저항들(RU1-RU6)과 저항(R1)의 합성 저항값을 도 1의 저항(R1)의 저항값과 동일하게 설정하고 엔형 모오스 트랜지스터들(TR0- TR5)을 턴오프 상태로 한 경우에, 온도감지기의 브랜치(C)에 흐르는 전류는 도 5의 그래프(I1)로서 나타나고, 비교기(OP1)의 출력은 도 6의 파형(OUT)로서 나타난다.

상기 샘플링신호(PTU0)가 하이로 인가되면, 엔형 모오스 트랜지스터(TR0)는 턴온되어 저항(RU1)은 동작적으로 단락된다. 따라서, 브랜치(C)의 합성저항값은 저항(RU1)의 저항값만큼 줄어든다. 그러므로 온도감지기의 브랜치(C)에 흐르는 전류는 도 5의 그래프(I1a)로서 나타나는 바와 같이 증가하고, 비교기(OP1)의 출력은 도 6의 파형(OU1a)으로서 나타난다.

또한, 샘플링신호(PTU1)가 하이로 인가되면, 엔형 모오스 트랜지스터(TR1)는 턴온되어 저항(RU2)은 동작적으로 단락된다. 따라서, 브랜치(C)의 합성저항값은 저항(RU2)의 저항값만큼 줄어든다. 그러므로 온도감지기의 브랜치(C)에 흐르는 전류는 도 5의 그래프(I2a)로서 나타나는 바와 같이 증가하고, 비교기(OP1)의 출력은 도 6의 파형(OU2a)으로서 나타난다.

이와 같이, 하나의 감소 저항 브랜치를 사용하여 저항들을 단락시킴에 의해 다수의 트립 포인트가 설정됨을 알 수 있다. 한편, 도 5의 그래프들(I1b,I2b)과 도 6의 파형들(OU1b,OU2b)의 구현은 도시되지는 않았지만, 도 4의 저항노드(NO2)에 또 다른 제2 저항 스트링부와, 단락해제 스위칭부를 추가로 접속하는 것에 의해 달성된다. 이 경우에 단락해제 스위칭부내의 트랜지스터들은 상시 턴온 상태로 있게 되고, 턴온 상태의 트랜지스터가 오프되는 경우에 제2 저항 스트링부내의 저항이 동작적으로 단락해제된다. 따라서, 상기 브랜치(C)의 합성저항이 증가되어 브랜치(C)에 흐르는 전류가 감소된다.

본 발명에서는 하나의 저항 브랜치에서 다수의 온도 트립 포인트를 갖는 도 4와 같은 온도감지기를 이용하여 도 7에 보여지는 바와 같은 온도감지 회로(10)를 실시 예로서 구현하였다. 도 7의 온도감지 회로(10)를 디램(DRAM)등과 같은 반도체 메모리 장치에 적용할 경우에 리프레쉬 주기의 조절이 보다 미세하게 수행될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 온도감지 회로를 반도체 메모리 장치에 적용한 예를 보인 것이다. 도면을 참조하면, 온도감지 회로(10)는 반도체 집적회로 칩에 탑재되어 온칩 온도계로서 기능한다. 도시의 편의를 위해 도 7에서는 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 관련 블록들만을 개략적으로 나타내고 있다.

도 7에서 상기 온도감지 회로(10)는, 리셋신호(RESET) 및 샘플링 신호들(PTUi)을 발생하는 샘플링 신호발생기(200)와, 온도의 증가에 따라 전류가 감소하는 감소 저항 브랜치와 연결된 전류미러 타입 차동증폭기를 포함하며 상기 샘플링 신호들에 응답하여 생성된 온도출력을 온도감지 데이터(OUT)로서 출력하는 온도감지기(101)와, 상기 온도감지기(101)로부터 출력된 상기 온도감지 데이터(OUT)를 카운팅하고 래치하여 카운팅 데이터(RCQ)를 출력하고 상기 샘플링 신호발생기의 리셋신호에 응답하여 리셋되는 카운팅 출력부(300)를 포함한다.

상기 온도감지 회로(10)내의 온도감지기(101)는 메모리 셀 어레이(700)의 근방에 설치된다.

오실레이터(400)는 상기 카운팅 출력부(300)의 상기 카운팅 데이터(RCQ)에 응답하여 발진주기가 제어된 발진신호(OSC)를 출력한다. 리프레쉬 카운터(500)는 상기 발진신호(OSC)에 응답하여 리프레쉬 카운팅 데이터를 출력한다. 리프레쉬 제어회로(600)는 상기 리프레쉬 카운팅 데이터를 수신하여 리프레쉬 제어신호(RFCON)를 출력한다. 상기 리프레쉬 제어신호(RFCON)에 따라 메모리 셀의 워드라인이 인에이블되어 리프레쉬 동작이 달성된다. 결국, 상기 리프레쉬 제어회로(600)는 상기 오실레이터(400)의 발진신호(OSC)를 카운팅하는 리프레쉬 카운터(500)의 출력에 의존하여, 온도가 낮을수록 리프레쉬 동작 주기가 더 길어지도록 제어하고, 온도가 높을수록 리프레쉬 동작 주기가 더 짧아지도록 제어한다.

도 8은 도 7중 샘플링 신호 발생기(200)의 구현 예를 보인 세부회로이다. 도면을 참조하면, 상기 샘플링 신호발생기(200)는 복수의 단위 샘플링 신호 발생부(210-1,210-2,..,210-n)와 오아 게이트(220)를 포함한다. 단위 샘플링 신호 발생부(210-1)는 인가되는 입력신호(Qn)를 반전하는 인버터(202)와, 상기 인버터(202)의 출력을 소정시간 지연하기 위한 지연기(204)와, 상기 입력신호(Qn)와 상기 지연기(204)의 출력을 노아 게이팅하여 샘플링 신호(PTU0)를 생성하는 노아게이트(206)로 구성된다. 상기 복수의 단위 샘플링 신호 발생부(210-1,210-2,..,210-n)는 서로 종속(cascade)연결된 구조이다. 처음의 단위 샘플링 신호 발생부(210-1)로부터 제1 샘플링 신호(PTU0)가 출력되고, 두 번째 단위 샘플링 신호 발생부(210-2)로부터 제2 샘플링 신호(PTU1)가 출력되며, 마지막 단위 샘플링 신호 발생부(210-n)로부터 상기 리셋신호(RESET)가 생성되고, 상기 마지막 단위 샘플링 신호 발생부의 이전단에 연결된 단위 샘플링 신호 발생부로부터 패스 게이트 제어신호(PTR)가 생성된다.

한편, 상기 오아 게이트(220)는 상기 제1-제n 샘플링 신호들(PTU0-PTUn)을 오아 게이팅하여 비교기 인에이블 신호(EN)를 출력한다.

도 9는 도 7중 온도감지기(101)의 구현 예를 보인 세부회로도로서, 저항값 트리밍부(170)와 비교기(OP1)를 제외하고는 도 4의 온도감지기의 구성과 실질적으로 동일하다. 도 9에서, 저항값 트리밍부(170)는 제1 저항 스트링부(150)의 각 저항들(RU1-RU6)에 대한 저항값을 각기 가변시키기 위한 것으로서, 레이저 빔등과 같은 광원으로 커팅 가능한 폴리실리콘 재질의 퓨즈들(F1-1,F1-2,F2-1,F2-2,..,F6-2)로 구성되어 있다. 상기 저항값 트리밍부(170)를 설치하는 이유는 다음과 같다. 집적회로 칩 마다 변화된 트립 포인트를 설계된 온도 포인트에 맞추는 온도 튜닝 작업을 수행한 경우라도, 감소 저항 브랜치(C)의 합성저항 값이 설정된 값을 벗어날 수 있기 때문에 브랜치(C)의 저항들의 저항값을 트리밍하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 비교기(OP1)는 도 4의 비교기와는 달리 인에이블 단자를 갖는다. 따라서, 인에이블 신호가 하이로서 인가되면 비교동작을 수행하고, 인에이블 신호가 로우로서 인가되면 출력신호(OUT)의 레벨은 항상 로우상태로 된다.

도 10은 도 7중 카운터 및 래치의 구현 예를 보인 세부회로로서, 상기 카운팅 출력부(300)에 대응된다. 상기 카운팅 출력부(300)는, 상기 온도감지 데이터(OUT)를 처음 단의 플립플롭(T1)의 클럭단(CK)으로 수신하며 서로의 출력이 클럭단에 연결되고 입력단(T)이 설정된 논리레벨(VCC)로 고정된 복수의 플립플롭(T1-T3)으로 구성된 플립플롭 회로부와, 상기 복수의 플립플롭(T1-T3)의 출력들(Q)을 상기 패스 게이트 제어신호(PTR)에 응답하여 전송하기 위한 패스 게이 트부(PG1-PG3)와, 상기 패스 게이트부(PG1-PG3)로부터 전송된 상기 복수의 플립플롭(T1-T3)의 출력들을 래치하는 래치부(L1-L3)를 포함한다.

도 11은 도 7중 온도감지 회로의 동작 타이밍도이다. 도면에서 파형들(PTU0-PTU3)은 상기 제1 내지 제4 샘플링 신호들에 대응되고, 파형(OUT)은 상기 비교기(OP1)의 온도감지 데이터에 대응되며, 파형들(RCQ0-RCQ2)은 상기 카운팅 출력부(300)의 상기 카운팅 데이터에 대응된다.

도 12 및 도 13은 도 7중 오실레이터의 구현 예들을 보인 세부회로로서, 도 12에서는 오실레이터(400)는 홀수단의 인버터들(IN10,IN11,IN12)로 구성된 인버터 체인과, 상기 인버터 체인의 출력단과 접지사이에 연결된 커패시터(C1)와, 상기 인버터들(IN10,IN11)간에 종속접속된 복수의 저항들(R1-Rn)과, 상기 저항들과 병렬로 연결되며 상기 카운팅 데이터(RCQ0-RCQn)에 응답하여 상기 저항들(R1-Rn)을 선택적으로 단락시키는 스위칭 트랜지스터들(NM1-NMn)로 구성된다. 도 13에서는 복수의 저항들(R1-R16)이 인버터들(IN10,IN11)에 각기 연결되는 것을 제외하고는 도 12의 오실레이터 구성과 실질적으로 같다.

도 14는 도 7중 리프레쉬 카운터(500)의 구현 예를 보인 세부회로로서, 오실레이터의 발진신호(OSC)를 처음 단의 플립플롭(510)의 클럭단으로 수신하며 서로의 출력(Q)이 클럭단(CK)에 연결되고 입력단(T)이 설정된 논리레벨로 고정된 복수의 플립플롭(510-512)으로 구성된다.

이하에서는 상기한 바와 같이 구성된 온도감지 회로의 동작이 예시적으로 설명될 것이다.

도 7로 돌아가면, 온도감지기(101)는 도 9와 같이 구성되어 감소 저항 브랜치의 확장없이도 다수의 트립 포인트를 갖는 온도계이다. 따라서, 설정된 기준 트립 포인트를 기준으로 상위 트립 포인트를 6개로 하고, 하위 트립 포인트를 6개로 한다면, 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 주기 변화를 온도에 따라 상 하위 각기 6스텝으로 나누어 제어할 수 있게 된다. 그러한 경우에 감지 온도 포인트 전후에서 발생될 수 있는 리프레쉬 주기의 급격한 변화 문제는 완화되어, 리프레쉬 주기는 미세하게 조절된다.

이와 같이, 반도체 메모리 장치에 온도감지 회로를 채용하는 경우에 온도변화에 따라 리프레쉬 주기의 조절이 최적으로 제어되므로, 셀프 리프레쉬 전력이 온도의 변화에 따라 최소로 소모된다. 따라서, 반도체 메모리 장치의 리프레쉬 관련 신뢰성이 보장된다.

상기 도 7의 온도감지기(101)는 온도에 따른 미세제어가 필요한 또 다른 전자회로 예컨대, DC전압 발생기, 시그널 딜레이 패스 등에도 사용될 수 있다.

도 9의 저항들(RU1-RU6)이 트립 포인트를 각기 2℃ 단위로 변화시키도록 설정되어 있고, 도 9의 온도감지기(101)가 초기에 45℃ 로 세팅된 경우라고 가정하자. 또한, 메모리 셀 어레이(700)의 주위 온도가 51℃ 라고 하자.

먼저, 샘플링 신호 발생기(200)의 제1 샘플링 신호(PTU0)가 하이상태로 인가되면, 도 8내의 오아 게이트(220)는 비교기 인에이블 신호(EN)를 하이로 출력한다. 상기 제1 샘플링 신호(PTU0)에 응답하여 도 9의 엔형 모오스 트랜지스터(TR0)가 턴온되면, 저항(RU1)이 동작적으로 단락되어 브랜치(C)의 합성저항값이 감소된다. 이 에 따라, 도 9의 온도감지기(101)의 트립 포인트는 2℃ 증가되어 45℃+2℃ = 47℃ 로 된다. 이 때, 비교기(OP1)는 상기 인에이블 신호(EN)에 응답하여 비교동작을 수행하여 하이상태의 온도감지 데이터(OUT)를 출력한다. 상기 제1 샘플링 신호(PTU0)가 하이에서 로우로 인가되면 상기 비교기 인에이블 신호(EN)도 로우로 되므로 상기 비교기(OP1)의 출력은 하이에서 로우로 리셋된다. 도 11에는 상기한 동작에 따른 타이밍 관계가 보여진다.

이후에, 상기 샘플링 신호 발생기(200)의 제2 샘플링 신호(PTU1)가 하이상태로 인가되면, 오아 게이트(220)는 비교기 인에이블 신호(EN)를 하이로 출력하고, 도 9의 엔형 모오스 트랜지스터(TR1)가 턴온된다. 이에 따라, 저항(RU2)이 동작적으로 단락되어 브랜치(C)의 합성저항값이 이전 보다 더 크게 감소된다. 이에 따라, 도 9의 온도감지기(101)의 트립 포인트는 다시 2℃ 증가되어 47℃+2℃ = 49℃ 로 된다. 이 때, 주위 온도가 51℃이므로 비교기(OP1)는 여전히 하이상태의 온도감지 데이터(OUT)를 출력한다. 상기 제2 샘플링 신호(PTU1)가 하이에서 로우로 천이될 때 상기 비교기 인에이블 신호(EN)는 로우로 되므로 상기 비교기(OP1)의 출력은 하이에서 로우로 다시 리셋된다. 도 11에서 파형(PTU1)에서 파형(OUT)로 연결된 화살표는 상기한 동작을 나타내는 것이다.

상기한 바와 같은 동작으로, 제3 샘플링 신호(PTU2)가 하이상태로 인가되면, 트립 포인트는 51℃로 변화된다. 이 때, 주위 온도가 51℃이므로 비교기(OP1)는 하이와 로우로 진동하는 온도감지 데이터(OUT)를 출력한다. 상기 제3 샘플링 신호(PTU2)가 하이에서 로우로 천이될 때 상기 비교기 인에이블 신호(EN)는 로우로 되므로 상기 비교기(OP1)의 출력은 로우로 리셋된다.

한편, 상기 카운팅부(OUT)는 도 10과 같이 구성되므로, 도 11의 대응되는 파형들을 출력한다. 파형(RCQ0)은 상기 온도감지 데이터(OUT)의 폴링 에지에 응답하여 하이로 천이되고, 그 다음의 폴링에지에 응답하여 로우로 천이된다. 이에 따라, 도 10내의 래치들(L2,L3)의 출력은 도 11의 파형들(RCQ1,RCQ2)로 각기 나타난다.

오실레이터(400)는 상기 도 7의 카운팅부(300)의 카운팅 데이터(RCQ0-RCQn)에 응답하여 도 12내의 상기 저항들(R1-Rn)을 선택적으로 단락시키는 스위칭 트랜지스터들(NM1-NMn)을 가지기 때문에, 상기 카운팅 데이터(RCQ0-RCQn)의 논리상태에 의존하여 발진주기가 제어된 발진신호(OSC)를 출력한다. 예를 들어, 상기 카운팅 데이터(RCQ0)가 하이상태이면 대응되는 저항(R1)이 동작적으로 단락된다. 따라서, 오실레이터(400)의 합성 저항값이 줄어들면 발진신호(OSC)의 주기는 짧아진다. 이러한 동작은 도 13의 경우에도 동일하다.

이와 같이, 온도감지기가 샘플링 신호들에 의해 다수의 트립 포인트를 갖도록 하고, 카운팅 데이터(RCQ0-RCQn)의 논리레벨에 따라 저항들(NM1-NMn)을 선택적으로 단락시키는 것에 의해 발진신호(OSC)의 주기는 미세하게 조절됨을 알 수 있다.

리프레쉬 카운터(500)는 도 14와 같이 구성되어 상기 발진신호(OSC)에 응답되어진 리프레쉬 카운팅 데이터(Q0-Q2)를 출력하고, 리프레쉬 제어회로(600)는 이를 수신하여 온도에 따라 미세 조절된 리프레쉬 제어신호(RFCON)를 출력함에 의해, 리프레쉬 동작주기는 온도가 낮을수록 더 길어지고, 온도가 높을수록 더 짧아진다.

상기한 동작 설명은 트립 포인트를 상위로 이동시키는 경우에 대한 것이나, 유사하게 저항들을 동작적으로 더 연결시키고 카운팅부(300)의 출력을 이용하는 경우에 트립 포인트를 기준 트립 포인트에서 하위로 이동시킬 수 있음은 물론이다.

또한, 조절하는 온도의 간격은 1℃ 이하로 세밀하게 하거나, 3℃이상의 스텝으로 할 수 있다.

본 실시예에서는 카운팅부(300)를 이용한 경우이나, 2진 축차근사법(binary successive approximation method)으로 행하는 바이너리 서치방법을 사용할 수도 있다. 이 경우에는 제1,2 저항 스트링부내의 저항들의 저항값을 조절하여, 트립 포인트가 2,4,8,16,32 도의 단위로 증가 또는 감소되도록 한다.

상술한 바와 같이, 온도 영역을 다수의 영역들로 분할하여 두고 낮은 온도 영역으로 갈수록 리프레쉬 동작 주기를 길게 하고 높은 온도 영역으로 갈수록 리프레쉬 동작 주기를 짧게 하면, 반도체 메모리 장치의 신뢰성을 보장하면서도 리프레쉬 동작에 소모되는 전력이 절감된다.

상기한 설명에서는 본 발명의 실시 예들를 위주로 도면을 따라 예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 또는 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이다. 예를 들어, 사안이 다른 경우에 온도감지기 및 온도감지 회로의 세부적 구성이나 리프레쉬 주기의 조절방법을 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 감소 저항 브랜치의 확장 없이도 온도감지기가 온도변화에 따라 다수의 트립 포인트를 가질 수 있으므로 온도변화에 따라 필요한 제어를 정밀하게 행할 수 있는 효과가 있다.

Claims

반도체 집적회로에 채용하기 적합한 온도감지 회로에 있어서:

리셋신호 및 샘플링 신호들을 발생하는 샘플링 신호발생기;

온도의 증가에 따라 전류가 감소하는 감소 저항 브랜치와 연결된 전류미러 타입 차동증폭기를 포함하며, 상기 샘플링 신호들에 응답하여 생성된 온도출력을 온도감지 데이터로서 출력하는 밴드 갭 레퍼런스 회로 타입의 온도감지기; 및

상기 온도감지기로부터 출력된 상기 온도감지 데이터를 카운팅하고 래치하여 카운팅 데이터를 출력하고, 상기 샘플링 신호발생기의 리셋신호에 응답하여 리셋되는 카운팅 출력부를 구비함을 특징으로 하는 온도감지 회로.
(삭제)
제1항에 있어서, 상기 온도감지기는:

전류 미러 타입으로 구성된 차동증폭기와;

상기 차동증폭기의 감소 저항단과 접지사이에 연결되며 온도의 증가에 따라 전류가 감소하는 감소 저항 브랜치와;

상기 차동증폭기의 증가 저항단과 접지사이에 연결되며 온도의 증가에 따라 전류가 증가하는 증가 저항 브랜치와;

상기 감소 저항단과 상기 감소 저항 브랜치 사이에 직렬로 연결된 복수의 저항들을 가지는 제1 저항 스트링부와;

상기 샘플링신호들에 응답하여 상기 복수의 저항들을 각기 선택적으로 단락시키기 위한 단락 스위칭부와;

동작 인에이블 동안에 상기 증가 저항단에 나타나는 기준 온도 출력과 상기 감소 저항단에 나타나는 감지 온도 출력을 서로 비교하여 상기 온도감지 데이터로서 출력하는 비교기를 포함함을 특징으로 하는 온도감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 샘플링 신호발생기는 인가되는 입력신호와 상기 입력신호를 반전 및 지연한 신호를 노아 게이팅하여 샘플링 신호를 생성하는 단위 샘플링 신호 발생부를 종속 연결한 회로구조를 가지며, 처음의 단위 샘플링 신호 발생부로부터 제1 샘플링 신호가 출력되고, 두 번째 단위 샘플링 신호 발생부로부터 제2 샘플링 신호가 출력되며, 마지막 단위 샘플링 신호 발생부로부터 상기 리셋신호가 생성되고, 상기 마지막 단위 샘플링 신호 발생부의 이전단에 연결된 단위 샘플링 신호 발생부로부터 패스 게이트 제어신호가 생성됨을 특징으로 하는 온도감지 회로.
제4항에 있어서, 상기 카운팅 출력부는,

상기 온도감지 데이터를 처음 단의 플립플롭의 클럭단으로 수신하며 서로의 출력이 클럭단에 연결되고 입력단이 설정된 논리레벨로 고정된 복수의 플립플롭으로 구성된 플립플롭 회로부와;

상기 복수의 플립플롭의 출력들을 상기 패스 게이트 제어신호에 응답하여 전송하기 위한 패스 게이트부와;

상기 패스 게이트부로부터 전송된 상기 복수의 플립플롭의 출력들을 래치하는 래치부를 구비함을 특징으로 하는 온도감지 회로.
제1항에 있어서, 상기 카운팅 출력부의 상기 카운팅 데이터에 응답하여 발진주기가 제어되는 발진기를 더 구비함을 특징으로 하는 온도감지 회로.
제6항에 있어서, 발진기의 발진신호를 처음 단의 플립플롭의 클럭단으로 수신하며 서로의 출력이 클럭단에 연결되고 입력단이 설정된 논리레벨로 고정된 복수의 플립플롭으로 구성된 리프레쉬 카운터를 더 구비함을 특징으로 하는 온도감지 회로.
제3항에 있어서, 상기 제1 저항 스트링부의 각 저항들에 대한 저항값을 각기 가변시키기 위하여 상기 제1 저항 스트링부에 연결된 저항값 트리밍부를 더 구비함을 특징으로 하는 온도감지 회로.
제8항에 있어서, 상기 저항값 트리밍부는 복수의 퓨즈소자들로 구성됨을 특징으로 하는 온도감지 회로.
제6항에 있어서, 상기 발진기는 홀수단의 인버터들로 구성된 인버터 체인과;

상기 인버터 체인의 출력단과 접지사이에 연결된 커패시터와;

상기 인버터들간에 종속접속된 복수의 저항들과;

상기 저항들과 병렬로 연결되며 상기 카운팅 데이터에 응답하여 상기 저항들을 선택적으로 단락시키는 스위칭 트랜지스터들로 구성됨을 특징으로 하는 온도감지 회로.
제3항에 있어서, 상기 온도감지기는:

상기 감소 저항단과 상기 감소 저항 브랜치 사이에 직렬로 연결된 복수의 저 항들을 가지는 제2 저항 스트링부와;

상기 샘플링신호들에 응답하여 상기 제2 저항 스트링부내의 저항들을 각기 선택적으로 단락해제시키기 위한 단락해제 스위칭부를 더 포함함을 특징으로 하는 온도감지 회로.
(삭제)