KR20010060811A - 고속화와 저전력을 위해 반도체 메모리 장치에 적합한내부 전원전압 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 메모리 장치의 내부 회로에 내부 전원전압을 공급하는 내부 전원전압 변환장치에 관한 것으로, 특히 속도 향상과 동작 전류 감소를 동시에 달성하는 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치는: 외부 전원전압을 수신하여 각기 서로 다른 레벨들을 갖는 복수의 전원전압을 내부 전원전압으로서 생성하는 전원전압 변환부와; 상기 생성된 복수의 전원전압을 상기 반도체 메모리 장치의 동작속도에 영향을 주는 정도에 따라 상기 반도에 메모리 장치 내의 주변회로와 디코딩 관련회로(주변회로 이외의 회로)에 선택적으로 공급하는 내부전원변환 구동부;를 구비함을 특징으로 한다.

Description

고속화와 저전력을 위해 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치{INTERNAL VOLTAGE CONVERTER IN ADAPTED TO SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE FOR HIGH SPEED AND LOW POWER CONSUMPTION}

본 발명은 반도체 메모리 장치의 내부 회로에 내부 전원전압을 공급하는 내부 전원전압 변환장치에 관한 것으로, 특히 속도 향상과 동작 전류 감소를 동시에 달성하기 위해 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치에 관한 것이다.

반도체 메모리 장치가 대용량화 및 고집적화 됨에 따라 제품의 신뢰성 및 넓은 전압 영역에서 칩 특성의 저하 없이 교류와 직류 파라미터를 만족시키기 위해 외부전압에 상관없이 일정한 전원전압을 공급하는 내부 전원전압 변환장치가 일반적으로 사용된다.

종래 사용되는 내부 전원전압 변환장치의 일 예를 도 1에 도시하였고, 종래 사용되는 내부 전원전압 변환장치의 전압 특성 그래프를 도 2에 도시하였다.

상기 도 1 및 도 2를 통해 종래 내부 전원전압 변환장치를 설명해 보면; 상기 도 1에 도시된 종래 내부 전원전압 변환장치는 종래 SRAM에서 많이 사용되어지는 내부 전원전압 변환장치를 도시한 것이다. 기준전압 발생기(10)는 일반적으로 전압 및 온도 변화에 무관하게 일정 전압의 기준전압을 발생시키며, 이 기준전압이 외부 전원전압이 된다. 전원전압 변환기(Regulator)(20)는 상기 기준 전원전압인 외부 전원전압을 수신하여 이를 내부 전원전압 레벨로 변환시킨다. 다수의 내부전원변환 구동기(31 ~3N)로 구성되는 내부전원변화 구동부(30)는 상기 전원전압 변환기(20)에서 내부 전원전압 레벨로 변환된 내부 전원전압을 반도체 메모리 장치의 내부회로로 전달하며, 전압 특성은 도 2에 도시된 그래프와 같다.

상기 도 2는 외부 기준전압(Vth)을 내부 전원전압 레벨의 내부 전원전압(Vcc)으로 변환시키는 전원전압 변환기의 전압 특성을 나타낸 그래프이다.

상기와 같은 전압 특성을 갖는 종래 내부 전원전압 변환장치는 반도체 메모리 장치의 전체 칩에 동일한 내부 전원전압을 공급함으로써 AC 특성의 안정화 및 저전력을 위한 동작 전류를 감소시키는데 효과적이었다.

한편, 반도체 메모리 장치의 설계에 있어 동작전류의 감소와 더불어 중요한 고려사항으로 고속화를 실현해야 하는 문제가 있는데, 상기 동작전류의 감소와 고속화 실현을 위한 내부 전원전압 공급은 상반되는 관계가 존재한다. 즉, 동작 속도를 향상시키기 위해서는 내부 전원전압 레벨을 높인 내부 전원전압을 내부회로에 공급해야 하고, 동작전류를 줄이기 위해서는 내부 전원전압 레벨을 낮춘 내부 전원전압을 내부 회로에 공급해야 한다는 것이다.

그러나, 종래의 내부 전원전압 변환장치는 전체 칩에 동일한 레벨의 내부 전원전압을 공급하기 때문에 동작속도를 빠르게 하면서 동작전류를 줄이는 것을 동시에 만족시켜주지는 못하였다.

따라서 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 속도 향상과 동작전류 감소를 동시에 달성할 수 있도록 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반도체 메모리 장치에 적합한 내부전원 변환장치에 있어서: 외부 전원전압을 수신하여 각기 서로 다른 레벨들을 갖는 복수의 전원전압을 내부 전원전압으로서 생성하는 전원전압 변환부와; 상기 생성된복수의 전원전압을 상기 반도체 메모리 장치의 동작속도에 영향을 주는 정도에 따라 상기 반도에 메모리 장치 내의 주변회로와 주변회로 이외의 회로(디코딩 관련회로)에 선택적으로 공급하는 내부전원변환 구동부;를 구비함을 특징으로 한다.

도 1은 종래 반도체 메모리 장치에 사용되던 내부 전원전압 변환장치의 블록구성도

도 2는 도 1에 따른 내부 전원전압 변환장치의 전압 특성 그래프

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원 전압 변환장치의 블록구성도

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치의 블록구성도

도 5는 본 발명에 따른 내부 전원전압 변환장치의 전압 특성 그래프

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 하기의 설명에서 구체적인 처리흐름과 같은 많은 특정 상세들은 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치의 블록구성도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치는 다수의 기준전압 발생기(211~21N)를 갖는 기준전압 발생부(210)와, 각 기준전압 발생기에 일대일 대응되어 각 외부 기준전압을 각각의 내부 전원전압 레벨로 변환시키는 다수의 전원전압 변환기(221~22N)를 구비하는 전원전압 변환부(220)와, 상기 각 전원전압 변환기에 일대일 대응되어 상기 전원전압 변환기에서 변환된 각 내부 전원전압을 상기 반도체 메모리 장치의 내부회로에 선택적으로 공급하는 다수의 내부전원변환 구동기(231~23N)를 갖는 내부전원변환 구동부(230)로 구성된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에서는 다원화된 복수의 내부 전원전압 레벨을 갖는 내부 전원전압을 발생시키기 위하여 기준전압 발생기-전원전압 변환기-내부변환 구동기로 연결되는 구조를 복수 개 구비함으로써 각 내부전원변환 구동기에서 반도체 메모리 장치의 내부 회로로 공급하는 내부 전원전압이 갖는 내부 전원전압 레벨이 다원화될 수 있도록 구성한 것이다. 보다 상세히 설명하면; 전원전압 변환기1(221)은 기준전압 발생기1(211)의 제1 외부 기준전압을 제1 내부 전원전압 레벨(도 5의 311에 해당)을 갖는 제1 내부 전원전압으로 변환시키고, 내부전원변환 구동기1(231)은 상기 제1 내부 전원전압을 내부에 필요한 회로로 공급한다. 또한, 전원전압 변환기2(222)는 기준전압 발생기2(212)의 제2 외부 기준전압을 제2 내부 전원전압 레벨(도 5의 312에 해당)을 갖는 제2 내부 전원전압으로 변환시키고, 내부전원변환 구동기2(232)는 상기 제2 내부 전원전압을 내부에 필요한 회로로 공급한다. 마찬가지의 방식으로, 전원전압 변환기N(22N)은 기준전압 발생기N(21N)의 제N 외부 기준전압을 제N내부 전원전압 레벨(도 5의 31N에 해당)을 갖는 제N 내부 전원전원으로 변환시키고, 내부전원변환 구동기N(23N)은 상기 제N 내부 전원전압을 내부에 필요한 회로로 공급한다.

이렇게 함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 전원전압 변환장치는 다원화된 내부 전원전압 레벨을 갖는 복수의 내부 전원전압을 칩 내부에 공급할 수 있다. 이렇게 다원화된 복수의 내부 전원전압을 발생시키는 내부 전원전압 변환장치는 반도체 메모리 장치의 속도를 좌우하는 칩의 주변 회로, 예를 들어 어드레스 버퍼(Address buffer), 센스 증폭기(Sense Amplifier), 데이터 출력 버퍼(Data output buffer) 등에는 높은 레벨의 내부 전원전압을 공급하고, 속도에 미미한 영향을 미치는 셀 어레이, 특히 메모리 셀을 선택하는 워드-라인 디코더에는 낮은 레벨의 내부 전원전압을 공급하게 된다.

본 발명의 다른 실시예를 도 4를 통해 설명한다. 상기 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치의 블록구성도로서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치는 하나의 기준전압 발생기를 구비하여 하나의 외부 기준전압을 발생하는 기준전압 발생부(310)와, 상기 기준전압 발생부(310)에 병렬로 연결되어 하나의 외부 기준전압을 각각의 내부 전원전압 레벨로 변환시키는 다수의 전원전압 변환기(321~32N)를 구비하는 전원전압 변환부(320)와, 상기 각 전원전압 변환기에 일대일 대응되어 상기 전원전압 변환기에서 변환된 각 내부 전원전압을 칩 내부 회로에 선택적으로 공급하는 다수의 내부전원변환 구동기(331~33N)를 갖는 내부전원변환 구동부(330)로 구성된다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에서는 다원화된 내부 전원전압 레벨을 갖는 내부전원전압을 발생시키기 위하여 하나의 기준전압 발생기에 병렬 연결된 다수의 전원전압 변환기와 상기 다수의 전원전압 변환기에 일대일 대응하도록 연결된 내부변환 구동기로 연결되는 구조를 형성함으로써 각 내부전원변환 구동기에서 반도체 메모리 장치의 내부회로로 공급하는 내부 전원전압이 갖는 내부 전원전압 레벨이 다원화될 수 있도록 구성한 것이다.

보다 상세히 설명하면;

전원전압 변환기1(321)은 기준전압 발생부(310)의 외부 기준전압(도 5의 301)을 제1 내부 전원전압 레벨(도 5의 311에 해당)을 갖는 제1 내부 전원전압으로 변환시키고, 내부전원변환 구동기1(331)은 상기 제1 내부 전원전압을 내부에 필요한 회로로 공급한다. 또한, 전원전압 변환기2(322)는 기준전압 발생부(310)의 외부 기준전압(도 5의 301)을 제2 내부 전원전압 레벨(도 5의 312에 해당)을 갖는 제2 내부 전원전압으로 변환시키고, 내부전원변환 구동기2(332)는 상기 제2 내부 전원전압을 내부에 필요한 회로로 공급한다. 마찬가지의 방식으로, 전원전압 변환기N(32N)은 기준전압 발생부(310)의 외부 기준전압(도 5의 301)을 제N 내부 전원전압 레벨(도 5의 31N에 해당)을 갖는 제N 내부 전원전압으로 변환시키고, 내부전원변환 구동기N(33N)은 상기 제N 내부 전원전압을 내부에 필요한 회로로 공급한다.

이렇게 함으로써 본 발명의 다른 실시예에 따른 내부 전원전압 변환장치는 다원화된 내부 전원전압 레벨을 갖는 다수의 내부 전원전압을 반도체 메모리 장치의 동작 속도에 영향을 미치는 정도에 따라 상기 반도체 메모리 장치 내의 주변회로와 주변회로 이외의 회로에 선택적으로 공급할 수 있다.

이렇게 다원화된 내부 전원전압을 발생시키는 내부 전원전압 변환장치는 본 발명의 일 실시예에서 설명한 바와 같이 반도체 메모리 장치의 속도를 좌우하는 칩의 주변 회로, 예를 들어 어드레스 버퍼(Address buffer), 센스 증폭기(SenseAmplifier), 데이터 출력 버퍼(Data output buffer) 등에는 높은 레벨의 내부 전원전압을 공급하고, 속도에 미미한 영향을 미치는 셀 어레이, 특히 메모리 셀을 선택하는 워드-라인 디코더에는 낮은 레벨의 내부 전원전압을 공급하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 내부 전원전압 변환장치의 전압 특성 그래프로서, 이는 상술한 도 3 및 도 4에 모두 적용되는 내부 전원전압 변환장치의 전압 특성을 나타낸 것이다.

상기 도 3 및 도 4를 통해 상술한 본 발명에 따르면 내부 전원전압을 하나 또는 복수의 외부 기준전압으로부터 원하는 레벨의 내부 전원전압 레벨로 다원화(MULTI-LEVEL)시키고, 이렇게 발생된 상이한 레벨의 내부 전원전압을 레벨 고/저에 따라 칩 내부에 필요한 회로로 선택적으로 공급하도록 한 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 내부 전원전압 변환장치를 가장 간단하게 구현하면, 전원전압 변환기를 두 개로 구성하여 하나의 전원전압 변환기는 외부 기준전압으로부터 고 레벨의 제1내부 전원전압을 발생시키고, 다른 하나의 전원전압 변환기는 외부 기준 전압으로부터 저 레벨의 제2내부 전원전압을 발생시켜 각각의 내부전원변환 구동기를 통해 동작속도에 영향을 미치는 칩 내부의 회로에는 상기 고 레벨의 제1내부 전원전압을 공급하고, 동작속도에 미미한 영향을 미치는 칩 내부의 회로에는 상기 저 레벨의 제2내부 전원전압을 공급하도록 회로를 구현하는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 동작속도에 많은 영향을 미치는 반도체 메모리 장치 내부의 회로에는 다원화된 복수의 내부 전원전압 중에서 고 레벨의 내부 전원전압을 공급함으로써 속도를 향상시키고, 동작속도에 미미한 영향을 미치는 반도체 메모리 장치의 내부 회로에는 다원화된 복수의 내부 전원전압 중에서 저 레벨의 내부 전원전압을 공급함으로써 동작전류를 줄이는 반도체 메모리 장치를 구현한 것이다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예컨데, 본 발명의 실시예에서는 상기 전원전압 변환기와 내부전원변환 구동기가 일대일 대응이 되도록 한 구성을 들어 설명하였으나, 상기 전원전압 변환기와 내부전원 변환 구동기를 N:M으로 구성하여 하나의 전원전압 변환기가 다수의 내부전원 변환 구동기로 변환된 내부 전원전압을 공급할 수도 있을 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치는 다원화된 복수의 내부 전원전압을 발생시켜 동작속도에 많은 영향을 미치는 내부의 주변회로에는 다원화된 내부 전원전압 중에서 고 레벨의 내부 전원전압을 공급하고, 동작속도에 미미한 영향을 미치는 내부의 주변회로 이외의 회로에는 다원화된 내부 전원전압 중에서 저 레벨의 내부 전원전압을 공급함으로써 반도체 메모리 장치의 고속화와 저전력을 동시에 최적화 할 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치에 있어서:

   외부 전원전압을 수신하여 각기 서로 다른 레벨들을 갖는 복수의 전원전압을 내부 전원전압으로서 생성하는 전원전압 변환부와;

   상기 생성된 복수의 전원전압을 상기 반도체 메모리 장치의 동작속도에 영향을 주는 정도에 따라 상기 반도에 메모리 장치 내의 주변회로와 주변회로 이외의 회로에 선택적으로 공급하는 내부전원변환 구동부;를 구비함을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전원전압 변환부는 동일한 외부 전원전압을 변환시켜 다원화된 내부 전원전압 레벨을 갖는 복수의 내부 전원전압을 발생시킴을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치에 적합한 내부 전원전압 변환장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전원전압 변환부는 다수의 외부 전원전압으로부터 각기 서로 다른 내부 전원전압 레벨의 내부 전원전압을 발생시킴을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치에적합한 내부 전원전압 변환장치.