KR20100132374A

KR20100132374A - Ｐｖｔ 변화에 무관한 전류 공급회로, 및 이를 포함하는 반도체 장치들

Info

Publication number: KR20100132374A
Application number: KR1020090051166A
Authority: KR
Inventors: 최영돈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-12-17
Also published as: US20100309715A1; US8422280B2

Abstract

전류 공급 회로는 온도의 변화에 따라 가변되는 기준 전압을 생성하기 위한 기준 전압 생성기와, 상기 기준 전압에 기초하여 상기 온도에 무관하게 일정한 기준 전류를 생성하기 위한 전류 회로와, 상기 기준 전압에 기초하여 생성된 베이스 전류를 미러링하여 미러 전류를 생성하기 위한 전류원을 포함한다. 상기 베이스 전류는 상기 기준 전류의 레플리커 전류이다.

전류원, 온도, 레플리커

Description

ＰＶＴ 변화에 무관한 전류 공급회로, 및 이를 포함하는 반도체 장치들 {Current supply circuit unrelated PVT variation and semiconductor having the same}

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 PVT 변화에 무관하게 구동 전류를 생성할 수 있는 전류 공급회로, 및 이를 포함하는 반도체 장치들에 관한 것이다.

전류 생성기로부터 생성된 전류는 공정(process; P), 전압(voltage; V), 및 온도(temperature; T)에 따라 변한다. 따라서 상기 전류를 공급받아 데이터를 처리하는 데이터 처리 장치는 PVT 변화에 상당히 민감하게 반응한다. 따라서 상기 PVT 변화에 무관하게 전류를 생성할 수 있는 전류 공급 장치의 개발이 필요하다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 PVT 변화에 무관하게 구동 전류를 생성할 수 있는 새로운 구조를 갖는 전류 공급 회로를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 상기 전류 공급 회로를 포 함하는 반도체 장치와 반도체 시스템을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 전류 공급 회로는 온도에 따라 변하는 기준 전압을 생성하기 위한 기준 전압 생성기와, 상기 기준 전압에 기초하여 일정한 기준 전류를 생성하기 위한 전류 회로와, 상기 기준 전압에 기초하여 생성된 베이스 전류를 미러링하여 미러 전류를 생성하기 위한 전류원을 포함하며, 상기 베이스 전류는 상기 기준 전류의 레플리커 전류이다.

상기 기준 전압 생성기는 상기 기준 전압을 조절하기 위한 모드 레지스터 세트를 포함할 수 있다.

상기 기준 전압 생성기는 밴드 갭 기준 전압을 생성하기 위한 밴드 갭 기준 전압 생성기와, 상기 밴드 갭 기준 전압에 기초하여 다수의 전압들을 생성하기 위한 전압 생성기와, 선택 신호에 응답하여 상기 다수의 전압들 중에서 어느 하나를 상기 기준 전압으로 출력하기 위한 선택기를 포함한다.

상기 전류 공급 회로는 상기 선택 신호를 생성하기 위한 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 전류 회로는 바이어스 전압에 응답하여 상기 기준 전류를 생성하기 위한 기준 전류 회로와, 상기 기준 전류에 의하여 생성된 전압과 상기 기준 전압의 차이를 증폭하여 상기 바이어스 전압을 생성하기 위한 연산 증폭기를 포함한다.

상기 전류 원은 상기 기준 전압에 기초하여 상기 베이스 전류를 생성하기 위한 제1전류 경로 회로와, 상기 베이스 전류를 미러링하여 상기 미러 전류를 생성하 기 위한 제2전류 경로 회로와, 상기 제1전류 경로 회로의 제1노드의 전압과 상기 제2전류 경로 회로의 제2노드의 전압을 비교하여 비교 전압을 상기 제1전류 경로 회로로 피드백하여 상기 제1노드의 전압과 상기 제2노드의 전압이 동일해지도록 조절하기 위한 연산 증폭기를 포함한다.

실시 예에 따라 상기 전류 원은 상기 기준 전압에 기초하여 상기 베이스 전류를 생성하기 위한 제1전류 경로 회로와, 상기 베이스 전류를 미러링하여 상기 미러 전류를 생성하기 위한 제2전류 경로 회로와, 상기 제1전류 경로 회로의 제1노드의 전압과 상기 제2전류 경로 회로의 제2노드의 전압을 비교하여 비교 전압을 상기 제2전류 경로 회로로 피드백하여 상기 제1노드의 전압과 상기 제2노드의 전압이 동일해지도록 조절하기 위한 연산 증폭기를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 반도체 장치는 비휘발성 메모리 셀과, 비트라인을 통하여 상기 비휘발성 메모리 셀로 동작 전류를 공급하기 위한 전류 공급 회로를 포함한다. 상기 전류 공급 회로는 온도의 변화에 따라 가변되는 기준 전압을 생성하기 위한 기준 전압 생성기와, 상기 기준 전압에 기초하여 상기 온도의 변화에 무관한 일정한 기준 전류를 생성하기 위한 전류 회로와, 상기 기준 전압에 기초하여 생성된 베이스 전류를 미러링하여 상기 동작 전류를 생성하기 위한 전류원을 포함하며, 상기 베이스 전류는 상기 기준 전류의 레플리커 전류이다.

상기 비휘발성 메모리 셀은 상 변화를 이용하여 데이터를 저장하기 위한 메모리 셀일 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 반도체 시스템은 비휘발성 메모리 셀을 포함하는 반도체 장치와, 상기 비휘발성 메모리 셀을 액세스할 수 있는 프로세서를 포함한다. 상기 반도체 장치는 상기 비휘발성 메모리 셀을 액세스하기 위하여 상기 비휘발성 메모리 셀로 동작 전류를 공급하기 위한 전류 공급회로를 포함한다.

상기 전류 공급 회로는 온도의 변화에 따라 가변되는 기준 전압을 생성하기 위한 기준 전압 생성기와, 상기 기준 전압에 기초하여 상기 온도의 변화에 무관한 일정한 기준 전류를 생성하기 위한 전류 회로와, 상기 기준 전압에 기초하여 생성된 베이스 전류를 미러링하여 상기 동작 전류를 생성하기 위한 전류 원을 포함하며, 상기 베이스 전류는 상기 기준 전류의 레플리커 전류이다.

상기 기준 전압 생성기는 상기 온도에 비례하는 상기 기준 전압을 생성하고,상기 전류 회로는 바이어스 전압에 응답하여 상기 기준 전류를 생성하기 위한 전압 제어 전류원과, 양의 온도 계수를 갖는 소자를 포함하며 상기 기준 전류에 응답하여 피드백 전압을 생성하기 위한 온도 계수 회로와, 상기 기준 전압과 상기 피드백 전압의 차이를 증폭하여 상기 바이어스 전압을 생성하기 위한 연산 증폭기를 포함한다.

실시 예에 따라 상기 기준 전압 생성기는 상기 온도에 반비례하는 상기 기준 전압을 생성하고, 상기 전류 회로는 바이어스 전압에 응답하여 상기 기준 전류를 생성하기 위한 전압 제어 전류원과, 음의 온도 계수를 갖는 소자를 포함하며 상기 기준 전류에 응답하여 피드백 전압을 생성하기 위한 온도 계수 회로와, 상기 기준 전압과 상기 피드백 전압의 차이를 증폭하여 상기 바이어스 전압을 생성하기 위한 연산 증폭기를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전류 공급 회로는 PVT 변화에 무관하게 구동 전류를 생성할 수 있는 효과가 있다.

따라서 상기 전류 공급 회로를 포함하는 반도체 장치는 PVT 변화에 둔감하게 데이터를 라이트할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전류 공급 장치의 블락도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 전류 공급 장치(10)는 기준 전압 생성기(20), 전류 회로(30), 및 전류 원(40)을 포함할 수 있다. 실시 예에 따라 하나의 전류 회로(30)는 각각이 동일한 구조를 갖는 다수의 전류 원들 각각을 구동할 수 있다.

기준 전압 생성기(20)는 온도의 변화에 따라 가변되는 기준 전압(Vref)을 생성할 수 있다.

전류 회로(30)는 기준 전압 생성기(20)로부터 출력된 기준 전압(Vref)에 기초하여 온도의 변화에 무관하게 또는 둔감하게 기준 전류를 일정하게 조절할 수 있다. 전류 회로(30)는 연산 증폭기(31)와 기준 전류 발생 회로(33)를 포함할 수 있다.

바이어스 전압 생성기로서의 기능을 수행할 수 있는 연산 증폭기(31)는 기준 전압(Vref)과 피드백 전압(Vfed)을 수신하여 이들의 차이를 증폭하고 증폭 결과에 상응하는 바이어스 전압(Vbias)을 생성할 수 있다. 연산 증폭기(31)의 동작 특성에 따라 기준 전압(Vref)이 증가할 때 피드백 전압(Vfed)도 증가하고 기준 전압(Vref)이 감소할 때 피드백 전압(Vfed)도 감소한다. 따라서 기준 전압(Vref)과 피드백 전 압(Vfed)은 실질적으로 동일하다.

기준 전류 발생 회로(33)는 기준 전압(Vref)의 변화에 따라 변화하는 바이어스 전압(Vbias)에 응답하여 기준 전류를 일정하게 조절할 수 있다. 피드백 전압 (Vfed)은 기준 전류에 의하여 생성될 수 있다.

전류 드라이버로서의 기능을 수행할 수 있는 전류 원(40)은 기준 전압(Vref)에 기초하여 기준 전류와 동일한 베이스 전류를 생성하고 생성된 베이스 전류를 미러링하여 미러 전류(예컨대, 데이터 처리 장치에 공급되는 구동 전류)를 생성할 수 있다. 이때, 상기 베이스 전류는 상기 기준 전류의 레플리커 전류(replica current)이다.

도 2는 도 1에 기준 전압 생성기의 블락도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 기준 전압 생성기(20)는 밴드 갭 기준 전압 생성기(21), 전압 생성기(23), 및 선택기 (25)를 포함할 수 있다.

밴드 갭 기준 전압 생성기(21)는 밴드 갭 기준 전압(Vbg)을 생성할 수 있다. 전압 생성기(23)는 밴드 갭 기준 전압(Vbg)에 기초하여 각각이 서로 다른 레벨을 갖는 다수의 전압들(V1~Vn)을 생성할 수 있다. 예컨대, V1>V2, ..., >Vn일 수 있다이다.

전압 생성기(23)는 온도의 변화에 둔감한 소자들, 저항 사다리와 다이오드-접속된 PMOSFET를 이용하여 구현될 수 있다.

선택기(25)는 선택 신호(SEL)에 응답하여 다수의 전압들(V1~Vn) 중에서 어느 하나를 기준 전압(Vref)으로서 출력할 수 있다.

기준 전압 생성기(27)는 주변 온도를 감지하고 감지 결과를 선택 신호(SEL)로서 출력할 수 있는 온도 감지기(27)를 더 포함할 수 있다.

도 2에는 온도 감지기(27)가 선택 신호(SEL)를 생성하는 것으로 도시되었으나, 실시예에 따라 온도 감지기(27) 대신에 모드 레지스터 세트(Mode register set)가 사용될 수 있다. 따라서 선택 신호(SEL)는 상기 모드 레지스터 세트의 설정 값들에 따라 변경될 수 있다.

따라서 선택 신호(SEL)에 응답하여 기준 전압 생성기(20)는 온도가 증가함에 따라 증가하는 기준 전압(Vref)를 생성할 수 있고 또는 온도가 증가함에 따라 감소하는 기준 전압(Vref)을 생성할 수 있다.

기준 전압 생성기(20)는 기준 전압(Vref)를 출력하는 출력단에 접속된 패드 (PAD)를 더 포함할 수 있다. 이때 패드(PAD)는 바이어스 전압(Vbias)을 간접적으로 모니터링하기 위한 패드로 사용될 수 있다. 즉, 바이어스 전압(Vbias)은 기준 전압 (Vref)에 따라 결정될 수 있으므로 패드(PAD)를 통하여 기준 전압(Vref)을 모니터링함으로서 바이어스 전압(Vbias)을 간접적으로 모니터링할 수 있다.

또한, 외부 전압을 강제로 패드(PAD)로 공급하여 기준 전압(Vref)을 원하는 값으로 조절할 수 있다. 따라서 전류 공급 장치(10)는 상기 외부 전압을 생성하기 위한 기준 전압 조절 회로를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 상기 외부 전압을 패드 (PAD)로 강제로 공급하여 기준 전압(Vref)을 조절함으로서 기준 전류를 조절할 수 있다.

도 3a은 도 1에 도시된 전류 회로(30)와 전류 원(40)을 포함하는 회로도의 실시예를 나타내고, 도 3b는 양의 온도 계수 회로를 적용한 전류 공급 회로의 신호들의 그래프를 나타내고, 도 3c는 음의 온도 계수 회로를 적용한 전류 공급 회로의 신호들의 그래프를 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 전류 회로(30)와 전류 원(40)을 포함하는 구체적인 회로도를 나타낸다.

전류 회로(30)는 연산 증폭기(31)와 기준 전류 발생 회로(33)를 포함할 수 있다. 연산 증폭기(31)는 기준 전압(Vref)과 피드백 전압(Vfed)의 차이를 증폭하여 기준 전류(IB)를 조절하기 위한 바이어스 전압(Vbias)을 생성할 수 있다.

기준 전류 발생 회로(33)는 바이어스 전압(Vbias)에 따라 온도의 변화에 무관하게 일정한(constant) 기준 전류(IB)를 생성할 수 있다. 기준 전류 발생 회로 (33)는 전압 제어 전류원(voltage-controlled current source; 33-1)과 온도 계수 회로(33-2)를 포함할 수 있다.

전압 제어 전류원(33-1)은 바이어스 전압(Vbias)에 응답하여 제어되는 기준 전류(IB)를 생성할 수 있다. 온도 계수 회로(33-2)는 온도에 따라 저항 값이 변하는 적어도 하나의 소자를 포함할 수 있다.

실시 예에 따라 온도 계수 회로(33-2)는 온도가 증가함에 따라 저항 값이 증가하는 특성을 갖는 양의 온도 계수 회로로 구현될 수 있고 또한 온도가 증가함에 따라 저항 값이 감소하는 특성을 갖는 음의 온도 계수 회로로 구현될 수 있다.

전류 원(40)은 전류 미러와 피드백 회로(45)를 포함할 수 있다. 전류 미러는 제1전류 경로 회로(41)와 제2전류 경로 회로(43)를 포함한다.

기준 전류 발생 회로(33)의 레플리커 회로인 제1전류 경로 회로(41)는 기준 전압(Vref)에 응답하여 기준 전류(IB)의 레플리커 전류인 베이스 전류(IB)를 생성할 수 있다. 제1전류 경로 회로(41)는 기준 전류 발생 회로(33)의 전압 제어 전류원(33-1)의 구조와 동일한 구조를 갖는 전압 제어 전류원(41-1), 및 기준 전류 발생 회로(33)의 온도 계수 회로(33-2)의 구조와 동일한 구조를 갖는 온도 계수 회로 (41-2)를 포함한다. 기준 전류 발생 회로(33)와 제1전류 경로 회로(41)를 서로 레플리커 회로로써 구현함에 따라 PVT 변화를 최소화할 수 있다.

제2전류 경로 회로(43)는 베이스 전류(IB)를 미러링하여 미러 전류(Iout)를 생성할 수 있다. 미러 전류(Iout)는 베이스 전류(IB)의 정수 배일 수 있다.

피드백 회로의 일 예로서 사용되는 연산 증폭기(45)는, 제1전류 경로 회로 (41)의 제1노드(ND1)의 전압(VD1)과 제2전류 경로 회로(43)의 제2노드(ND2)의 전압 (VD2)이 서로 동일해지도록, 제1노드(ND1)의 전압(VD1)과 제2노드(ND2)의 전압 (VD2)의 비교 결과에 따라 발생한 제어 전압(VD3)을 제2전류 경로 회로(43)로 피드백한다.

다른 실시 예에 따라 연산 증폭기(45)는 두 개의 입력 단자들로 입력되는 전압들(VD1과 VD2)이 서로 동일해지도록 제어 전압(VD3)을 제1전류 경로 회로(41), 예컨대 전압 제어 전류원(41-1)으로 피드백할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 전류원(40)의 구조에 따라 전류원(40)의 출력 저항은 상당히 증가하므로 전류원(40)은 출력단에 접속되는 로드 저항(예컨대, 비트 라인의 저항)의 변화에 무관하게 또는 둔감하게 일정한 미러 전류(Iout)를 생성할수 있다.

전류원(40)의 출력 저항이 상당히 커지므로 포화 영역에서 동작하는 전류원 (40)의 출력 PMOSFET(P3)의 드레인-소스 전압은 감소될 수 있다. 이에 따라 전류 원(40)의 공급 전압(Vpwd)은 감소될 수 있으므로, 전류 공급 회로(10)는 공급 전압 (Vpwd)의 노이즈에 둔감해 질 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 전류 회로(30)의 전압 제어 전류원(33-1)은 공급 전압(Vpwd)을 출력하는 노드와 온도 계수 회로(33-2) 사이에 직렬로 접속된 다수의 트랜지트들(P1과 N1)을 포함할 수 있다. PMOSFET(P1)의 게이트는 접지되고 바디와 드레인은 서로 접속된다. 또한, 바이어스 전압(Vbias)은 NMOS트랜지스터(N1)의 게이트로 공급된다.

제1전류 경로 회로(41)의 전압 제어 전류원(41-1)은 공급 전압(Vpwd)을 출력하는 노드와 온도 계수 회로(41-2) 사이에 직렬로 접속된 다수의 트랜지트들(P2과 N2)을 포함할 수 있다. PMOSFET(P2)의 게이트는 접지되고 PMOSFET(P2)의 바디와 드레인은 서로 접속된다.

제2전류 경로 회로(43)는 공급 전압(Vpwd)을 출력하는 노드와 출력단 사이에 직렬로 접속된 다수의 트랜지스터들(P3와 P4)을 포함한다. PMOSFET(P3)의 게이트는 접지되고 PMOSFET(P3)의 바디는 PMOSFET(P2)의 바디와 접속된다. 연산 증폭기(45)의 출력단과 PMOSFET(P4)의 게이트는 서로 접속된다.

도 1 내지 도 3b, 및 도 4를 참조하여 기준 전압 생성기(20)가 온도에 비례하는 기준 전압(Vref)을 출력하고 각 온도 계수 회로(33-2와 41-2)가 상기 온도에 비례하는 저항 값을 갖는 양의 온도 계수 회로로 구현된 경우의 전류 공급 회로 (10)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

제1온도(T1)에서 기준 전압 생성기(20)가 제1전압(V1)을 기준 전압(Vref)으로서 출력하면 연산 증폭기(31)는 기준 전압(Vref)과 피드백 전압(Vfed)의 차이를 증폭하여 제1바이어스 전압(Vbias1)을 출력한다.

따라서 전압 제어 전류원(33-1)는 제1바이어스 전압(Vbias1)에 응답하여 기준 전류(IB)를 발생하고 양의 온도 계수 회로(33-2)에는 기준 전류(IB)가 흐른다. 제1전류 경로 회로(41)는 제1바이어스 전압(Vbias1)에 응답하여 기준 전류(IB)와 동일한 베이스 전류(IB)를 생성한다. 따라서 제2전류 경로 회로(43)는 베이스 전류(IB)를 미러링한 미러 전류(Iout)를 생성한다.

기준 전압(Vref)이 일정할 때, 전류 공급 회로(10)의 온도가 제1온도(T1)에서 제2온도(T2)로 증가하면 각 양의 온도 계수 회로(33-2와 41-2)의 저항 값이 증가하므로 기준 전류(IB)와 베이스 전류(IB)는 감소한다. 이에 따라 베이스 전류 (IB)를 미러링한 미러 전류(Iout)도 감소한다.

그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 전압 생성기(20)는, 전류 공급 회로(10)의 온도가 제1온도(T1)에서 제2온도(T2)로 증가하면, 증가된 온도에 상응하는 전압, 예컨대 제1전압(V1)보다 높은 제2전압(V2)을 기준 전압(Vref)으로서 출력한다.

연산 증폭기(31)의 특성에 따라 피드백 전압(Vfed)은 기준 전압(Vref)과 함께 증가하므로, 도 3b에 도시된 바와 같이 연산 증폭기(31)로부터 출력된 바이어스 전압(Vbias)은 제1바이어스 전압(Vbias1)으로부터 제2바이어스 전압(Vbias2)으로 증가한다.

따라서 전류 공급 회로(10)의 온도가 제1온도(T1)에서 제2온도(T2)로 증가함에 따라 각 양의 온도 계수 회로(33-2와 41-2)의 저항 값이 증가하더라도, 기준 전압(Vref)이 제1전압(V1)에서 제2전압(V2)으로 증가하므로 바이어스 전압(Vbias)도 제1바이어스 전압(Vbias1)으로부터 제2바이어스 전압(Vbias2)으로 증가한다. 따라서 기준 전류 회로(33)는 제2바이어스 전압(Vbias2)에 응답하여 기준 전류(IB)를 온도의 증가에 무과하게 또는 둔감하게 일정하게 조절할 수 있다.

또한, 제1전류 경로 회로(41)는 제2바이어스 전압(Vbias2)에 응답하여 기준 전류(IB)와 동일한 베이스 전류(IB)를 생성할 수 있으므로 제2전류 경로 회로(43)는 베이스 전류(IB)를 미러링하여 미러 전류(Iout)를 생성할 수 있다. 따라서 전류 공급 회로(10)는 온도의 변화에도 불구하고 일정한 기준 전류(IB)와 일정한 미러 전류(Iout)를 생성할 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 3a, 도 3c, 및 도 4를 참조하여 기준 전압 생성기(20)가 온도에 반비례하는 기준 전압(Vref)을 출력하고 각 온도 계수 회로(33-2와 41-2)가 상기 온도에 반비례하는 저항 값을 갖는 음의 온도 계수 회로로 구현된 경우의 전류 공급 회로(10)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

제3온도(T3)에서 기준 전압 생성기(20)가 제4전압(V4)을 기준 전압(Vref)으로서 출력하면 연산 증폭기(31)는 기준 전압(Vref)과 피드백 전압(Vfed)의 차이를 증폭하여 제4바이어스 전압(Vbias4)을 출력한다.

따라서 전압 제어 전류원(33-1)는 제4바이어스 전압(Vbias4)에 응답하여 기준 전류(IB)를 발생한다. 따라서 음의 온도 계수 회로(33-2)에는 기준 전류(IB)가 흐른다.

제1전류 경로 회로(41)는 제4바이어스 전압(Vbias4)에 응답하여 기준 전류 (IB)와 동일한 베이스 전류(IB)를 생성한다. 따라서 제2전류 경로 회로(43)는 베이스 전류(IB)를 미러링한 미러 전류(Iout)를 생성한다.

기준 전압(Vref)이 일정할 때, 전류 공급 회로(10)의 온도가 제3온도(T3)에서 제4온도(T4)로 증가하면 각 음의 온도 계수 회로(33-2와 41-2)의 저항 값이 감소하므로 기준 전류(IB)와 베이스 전류(IB)는 증가한다. 이에 따라 베이스 전류 (IB)를 미러링한 미러 전류(Iout)도 증가한다.

그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 전압 생성기(20)는, 전류 공급 회로(10)의 온도가 제3온도(T3)에서 제4온도(T4)로 증가하면, 증가된 온도에 상응하는 전압, 예컨대 제4전압(V4)보다 낮은 제3전압(V3)을 기준 전압(Vref)으로서 출력한다.

연산 증폭기(31)의 특성에 따라 피드백 전압(Vfed)은 기준 전압(Vref)과 함께 감소하므로, 도 3c에 도시된 바와 같이 연산 증폭기(31)로부터 출력된 바이어스 전압(Vbias)은 제4바이어스 전압(Vbias4)으로부터 제3바이어스 전압(Vbias3)으로 감소한다.

따라서 전류 공급 회로(10)의 온도가 제3온도(T3)에서 제4온도(T4)로 증가함에 따라 각 음의 온도 계수 회로(33-2와 41-2)의 저항 값이 감소하더라도, 기준 전압(Vref)이 제4전압(V4)에서 제3전압(V3)으로 감소하므로 바이어스 전압(Vbias)도 제4바이어스 전압(Vbias4)으로부터 제3바이어스 전압(Vbias3)으로 감소한다. 따라서 바이어스 회로(33)는 제3바이어스 전압(Vbias3)에 응답하여 기준 전류(IB)를 일 정하게 조절할 수 있다.

또한, 제1전류 경로 회로(41)는 제3바이어스 전압(Vbias3)에 응답하여 기준 전류(IB)와 동일한 베이스 전류(IB)를 생성할 수 있으므로 제2전류 경로 회로(43)는 베이스 전류(IB)를 미러링하여 미러 전류(Iout)를 생성할 수 있다.

따라서 전류 공급 회로(10)는 온도의 변화에도 불구하고 일정한 기준 전류(IB)와 일정한 미러 전류(Iout)를 생성할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전류 공급 장치(10)를 포함하는 반도체 장치(100)의 블락도를 나타낸다. 도 5를 참조하면 반도체 장치(100)는 메모리 어레이(101), 로우 디코더(110), 및 라이트 드라이버 회로(120)를 포함한다.

메모리 어레이(101)는 다수의 워드라인들(WL0~WLm), 다수의 비트라인들 (GBL0~GBLn, BL0~BL3), 및 다수의 메모리 셀들(MC)을 포함한다. 다수의 비트라인들 (GBL0~GBLn, BL0, BL1, BL2, BL3, ...) 중에서 각각의 글로벌 비트라인(GBL0~GBLn)은 각각의 전류 공급 회로(10)에 접속되고, 각각의 비트라인(BL0, BL1, BL2, BL3, ...)은 각각의 스위치를 통하여 각각의 글로벌 비트라인(GBL0~GBLn)에 접속된다. 이때 다수의 스위치들은 컬러 디코더(column decoder)의 기능을 수행할 수 있다. 라이트 드라이버 회로(120)는 다수의 글로벌 비트라인들(GBL0~GBLn)에 접속된 다수의 전류 공급 회로들(10)을 포함할 수 있다.

다수의 메모리 셀들(MC) 각각은 PRAM 셀(MC)로 구성될 수 있으며, PRAM 셀 (MC)은 상변환 물질(예컨대, 칼코게나이드계 합금, Ge2Sb2Te5(GST))와 다이오드로 구현될 수 있다. 또한, 다수의 메모리 셀들(MC) 각각은 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시 메모리, MRAM(Magnetic RAM), 스핀전달토크 MRAM(Spin-Transfer Torque MRAM), Conductive bridging RAM(CBRAM), FeRAM (Ferroelectric RAM), OUM(Ovonic Unified Memory)라고도 불리는 PRAM(Phase change RAM), 저항 메모리(Resistive RAM: RRAM 또는 ReRAM), 나노퓨브 RRAM(Nanotube RRAM), 폴리머 RAM(Polymer RAM: PoRAM), 나노 부유 게이트 메모리(Nano Floating Gate Memory: NFGM), 홀로그래픽 메모리 (holographic memory), 분자 전자 메모리 소자(Molecular Electronics Memory Device), 또는 절연 저항 변화 메모리(Insulator Resistance Change Memory)를 포함할 수 있다. 상기 비휘발성 메모리 셀은 하나의 비트 또는 다수의 비트들을 저장할 수 있다.

로우 디코더(110)는 로우 어드레스에 응답하여 다수의 워드라인들(WL0~WLm) 중에서 대응되는 워드라인을 선택하고, 각각의 스위치는 다수의 선택 신호들 중에서 대응되는 선택 신호에 응답하여 각각의 비트 라인을 각각의 글로벌 비트 라인에 접속시킨다.

라이트 드라이버 회로(120)는 라이트 동작 시에 라이트 데이터를 메모리 어레이에 라이트하기 위한 라이트 구동 전류(Iout)를 출력한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 구동 전류(Iout)는 온도 변화에 무관하게(또는, 둔감하게) 일정한 값을 갖는다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 반도체 시스템의 블락도를 나타내다. 도 6을 참조하면 반도체 시스템(200)은 반도체 장치(100), 프로세서(210), 및 인터페이스(220)를 포함할 수 있다.

반도체 장치(100)는 프로세서(210)의 제어 하에 라이트 동작(write operation), 리드(read) 동작, 또는 이레이즈(erase) 동작을 수행할 수 있다.

프로세서(210)는 반도체 장치(100)에 데이터를 라이트하기 위하여 필요한 제어 신호들과 상기 데이터를 반도체 장치(100)로 전송할 수 있다. 또한, 프로세서 (210)는 반도체 장치(100)로부터 데이터를 리드하기 위하여 필요한 제어 신호들을 반도체 장치(100)로 전송할 수 있다.

프로세서(210)는 반도체 장치(100)로부터 리드된 데이터를 인터페이스(220)를 통하여 외부로 전송할 수 있고 인터페이스(220)를 통하여 입력된 라이트 데이터를 반도체 장치(100)에 라이트할 수 있다. 인터페이스(220)는 하드웨어적인 인터페이스를 의미할 수도 있고 소프트웨어적인 인터페이스를 의미할 수 있으며 입출력 장치일 수 있고 무선으로 데이터를 주고받기 위한 무선 인터페이스일 수 있다.

반도체 시스템(200)은 이미지를 픽업하기 위한 이미지 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서는 프로세서(210)의 제어 하에 이미지를 픽업하고 픽업된 이미지를 처리하여 처리된 이미지를 반도체 장치(100)에 라이트할 수 있다.

반도체 시스템(200)은 컴퓨터 시스템, 이동 전화기와 PDA와 같은 이동 통신 장치, 메모리 카드, 스마트 카드, e-북, PMP 등과 같은 시스템을 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 라이트 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 기준 전압 생성기(20)는 온도에 따라 가변되는 기준 전압(Vref)을 생성한다(S10). 전류 회로(30)는 상기 온도의 변화에 따라 가변 되는 기준 전압(Vref)에 기초하여 온도의 변화에 무관한 일정한 기준 전류(IB)를 생성하고 전류원(40)은 기준 전류(IB)의 레플리커 전류인 베이스 전류(IB)를 생성한다(S20).

전류원(40)은 베이스 전류(IB)를 미러링하여 미러 전류인 구동 전류(Iout)를 생성한다(S30). 전류원(40)은 온도의 변화에 무관한 또는 둔감한 구동 전류(Iout)를 비트 라인으로 공급한다(S40). 상술한 바와 같이 전류 공급 회로(10)는 PVT 변화에 무관한 구동 전류(Iout)를 발생할 수 있으므로 구동 전류(Iout)를 사용하여 데이터를 라이트하는 반도체 장치의 신뢰성은 증가한다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전류 공급 장치의 블락도를 나타낸다.

도 2는 도 1에 기준 전압 생성기의 블락도를 나타낸다.

도 3a는 도 1에 도시된 전류 회로와 전류 원을 포함하는 회로도의 일 실시예를 나타낸다.

도 3b는 양의 온도 계수 회로를 적용한 전류 공급 회로의 신호들의 그래프를 나타낸다.

도 3c는 음의 온도 계수 회로를 적용한 전류 공급 회로의 신호들의 그래프를 나타낸다.

도 4는 도 3a에 도시된 전류 회로와 전류 원을 포함하는 구체적인 회로도를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전류 공급 장치를 포함하는 반도체 장치의 블락도를 나타낸다.

도 6은 도 5에 도시된 반도체 장치를 포함하는 반도체 시스템의 블락도를 나타내다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 데이터 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

Claims

기준 전압을 생성하기 위한 기준 전압 생성기;

상기 기준 전압에 기초하여 일정한 기준 전류를 생성하기 위한 전류 회로; 및

상기 기준 전압에 기초하여 생성된 베이스 전류를 미러링하여 미러 전류를 생성하기 위한 전류 원을 포함하며,

상기 베이스 전류는 상기 기준 전류의 레플리커 전류인 전류 공급 회로.
제1항에 있어서,

상기 기준 전압 생성기는 온도에 비례하는 상기 기준 전압을 생성하고,

상기 전류 회로는 상기 온도에 비례하는 상기 기준 전압에 기초하여 상기 기준 전류를 일정하게 조절하는 전류 공급 회로.
제1항에 있어서,

상기 기준전압 생성기는 온도에 반비례하는 상기 기준전압을 생성하고,

상기 전류 회로는 상기 온도에 반비례하는 상기 기준전압에 기초하여 상기 기준 전류를 일정하게 조절하는 전류 공급회로.
제1항에 있어서,

상기 기준 전압 생성기는 상기 기준 전압을 조절하기 위한 모드 레지스터 세트를 포함하는 전류 공급 회로.
제1항에 있어서, 상기 기준 전압 생성기는,

밴드 갭 기준 전압을 생성하기 위한 밴드 갭 기준 전압 생성기;

상기 밴드 갭 기준 전압에 기초하여 다수의 전압들을 생성하기 위한 전압 생성기; 및

선택 신호에 응답하여 상기 다수의 전압들 중에서 어느 하나를 상기 기준 전압으로 출력하기 위한 선택기를 포함하는 전류 공급 회로.
제5항에 있어서, 상기 전류 공급 회로는,

상기 선택 신호를 생성하기 위한 온도 센서를 더 포함하는 전류 공급 회로.
제1항에 있어서, 상기 전류 회로는,

바이어스 전압에 응답하여 상기 기준 전류를 생성하기 위한 기준 전류 발생 회로; 및

상기 기준 전류에 의하여 생성된 전압과 상기 기준 전압의 차이를 증폭하여 상기 바이어스 전압을 생성하기 위한 연산 증폭기를 포함하는 전류 공급 회로.
제1항에 있어서, 상기 전류원은,

상기 기준 전압에 기초하여 상기 베이스 전류를 생성하기 위한 제1전류 경로 회로;

상기 베이스 전류를 미러링하여 상기 미러 전류를 생성하기 위한 제2전류 경로 회로; 및

상기 제1전류 경로 회로의 제1노드의 전압과 상기 제2전류 경로 회로의 제2노드의 전압을 비교하여 비교 전압을 상기 제1전류 경로 회로로 피드백하여 상기 제1노드의 전압과 상기 제2노드의 전압이 동일해지도록 조절하기 위한 연산 증폭기를 포함하는 전류 공급 회로.
제1항에 있어서, 상기 전류원은,

상기 기준 전압에 기초하여 상기 베이스 전류를 생성하기 위한 제1전류 경로 회로;

상기 베이스 전류를 미러링하여 상기 미러 전류를 생성하기 위한 제2전류 경로 회로; 및

상기 제1전류 경로 회로의 제1노드의 전압과 상기 제2전류 경로 회로의 제2노드의 전압을 비교하여 비교 전압을 상기 제2전류 경로 회로로 피드백하여 상기 제1노드의 전압과 상기 제2노드의 전압이 동일해지도록 조절하기 위한 연산 증폭기를 포함하는 전류 공급 회로.
제1항에 있어서, 상기 전류 공급회로는,

상기 기준 전압을 조절하기 위하여 외부 전압을 상기 기준 전압 생성기의 출력단으로 공급하기 위한 기준 전압 조절 회로를 더 포함하는 전류 공급 회로.
비휘발성 메모리 셀; 및

비트 라인을 통하여 상기 비휘발성 메모리 셀로 동작 전류를 공급하기 위한 전류 공급 회로를 포함하며, 상기 전류 공급 회로는,

온도의 변화에 따라 가변되는 기준 전압을 생성하기 위한 기준 전압 생성기;

상기 기준 전압에 기초하여 상기 온도의 변화에 무관한 일정한 기준 전류를 생성하기 위한 전류 회로; 및

상기 기준 전압에 기초하여 생성된 베이스 전류를 미러링하여 상기 동작 전류를 생성하기 위한 전류원을 포함하며,

상기 베이스 전류는 상기 기준 전류의 레플리커 전류인 반도체 장치.
제11항에 있어서, 상기 비휘발성 메모리 셀은 상 변화를 이용하여 데이터를 저장하는 메모리 셀인 반도체 장치.
제11항에 있어서,

상기 기준 전압 생성기는 상기 온도에 비례하는 상기 기준 전압을 생성하고,

상기 전류 회로는 상기 온도에 비례하는 상기 기준 전압에 기초하여 상기 기준 전류를 일정하게 조절하는 반도체 장치.
제11항에 있어서,

상기 기준 전압 생성기는 상기 온도에 반비례하는 상기 기준 전압을 생성하고,

상기 전류 회로는 상기 온도에 반비례하는 상기 기준전압에 기초하여 상기 기준 전류를 일정하게 조절하는 반도체 장치.
제11항에 있어서, 상기 전류 회로는,

바이어스 전압에 응답하여 상기 기준 전류를 생성하기 위한 기준전류 회로; 및

상기 기준 전류에 의하여 생성된 전압과 상기 기준 전압의 차이를 증폭하여 상기 바이어스 전압을 생성하기 위한 연산 증폭기를 포함하는 반도체 장치.
제11항에 있어서, 상기 전류원은,

상기 기준 전압에 기초하여 상기 베이스 전류를 생성하기 위한 제1전류 경로 회로;

상기 베이스 전류를 미러링하여 상기 동작 전류를 생성하기 위한 제2전류 경로 회로; 및

상기 제1전류 경로 회로의 제1노드의 전압과 상기 제2전류 경로 회로의 제2노드의 전압을 비교하여 비교 전압을 상기 제1전류 경로 회로로 피드백하여 상기 제1노드의 전압과 상기 제2노드의 전압이 동일해지도록 조절하기 위한 연산 증폭기를 포함하는 반도체 장치.
제11항에 있어서, 상기 전류원은,

상기 기준 전압에 기초하여 상기 베이스 전류를 생성하기 위한 제1전류 경로 회로;

상기 베이스 전류를 미러링하여 상기 동작 전류를 생성하기 위한 제2전류 경로 회로; 및

상기 제1전류 경로 회로의 제1노드의 전압과 상기 제2전류 경로 회로의 제2노드의 전압을 비교하여 비교 전압을 상기 제2전류 경로 회로로 피드백하여 상기 제1노드의 전압과 상기 제2노드의 전압이 동일해지도록 조절하기 위한 연산 증폭기를 포함하는 반도체 장치.
비휘발성 메모리 셀을 포함하는 반도체 장치; 및

상기 비휘발성 메모리 셀을 액세스할 수 있는 프로세서를 포함하며,

상기 반도체 장치는,

상기 비휘발성 메모리 셀을 액세스하기 위하여 상기 비휘발성 메모리 셀로 동작 전류를 공급하기 위한 전류 공급 회로를 포함하며,

상기 전류 공급회로는,

온도의 변화에 따라 가변되는 기준 전압을 생성하기 위한 기준 전압 생성기;

상기 기준 전압에 기초하여 상기 온도의 변화에 무관한 일정한 기준 전류를 생성하기 위한 전류 회로; 및

상기 기준 전압에 기초하여 생성된 베이스 전류를 미러링하여 상기 동작 전류를 생성하기 위한 전류원을 포함하며,

상기 베이스 전류는 상기 기준 전류의 레플리커 전류인 반도체 시스템.
제18항에 있어서,

상기 기준 전압 생성기는 상기 온도에 비례하는 상기 기준 전압을 생성하고,

상기 전류 회로는,

바이어스 전압에 응답하여 상기 기준 전류를 생성하기 위한 전압 제어 전류원;

양의 온도 계수를 갖는 소자를 포함하며 상기 기준 전류에 응답하여 피드백 전압을 생성하기 위한 온도 계수 회로; 및

상기 기준 전압과 상기 피드백 전압의 차이를 증폭하여 상기 바이어스 전압을 생성하기 위한 연산 증폭기를 포함하는 반도체 시스템.
제18항에 있어서,

상기 기준 전압 생성기는 상기 온도에 반비례하는 상기 기준 전압을 생성하고,

상기 전류 회로는,

바이어스 전압에 응답하여 상기 기준 전류를 생성하기 위한 전압 제어 전류원;

음의 온도 계수를 갖는 소자를 포함하며 상기 기준 전류에 응답하여 피드백 전압을 생성하기 위한 온도 계수 회로; 및

상기 기준 전압과 상기 피드백 전압의 차이를 증폭하여 상기 바이어스 전압을 생성하기 위한 연산 증폭기를 포함하는 반도체 시스템.