본 논문에서는 TFT-LCD 구동 IC 모듈의 소형화측면에서 유리한 DC-DC 변환기 회로인 펌핑 커패시터 내장형 비중첩 부스트-클락 전하펌프 (Non-overlap Boosted-Clock Charge Pump: NBCCP) 회로가 제안되었다 .2VDC 전압으로 스윙하는 비중첩 부스트-클럭의 사용으로 기존의 펌핑 커패시터 내장형 크로스-커플드 전하펌프에 비해 펌핑 단의 수를 반으로 줄일 수 있었고, 전하 펌핑 노드의 펌핑된 전하가 입력 단으로 역류되는 현상을 방지하였다 . 그 결과 제안된 펌핑 커패시터 내장형 비중첩 부스트-클럭 전하펌프 회로는 기존의 펌핑 커패시터 내장형 크로스-커플드 전하펌프에 비해 펌핑 전류가 증가하였고, 레이아웃 면적은 감소되었다. 제안된 TFT-LCD 구동 IC용 DC-DC 변환기 회로를 $0.18{\mu}m$ Triple-Well CMOS 공정을 사용하여 설계하고, 테스트 칩을 제작 중에 있다.
본 논문에서는 TFT-LCD 구동 IC 모듈의 소형화측면에서 유리한 DC-DC 변환기 회로인 펌핑 커패시터 내장형 비중첩 부스트-클락 전하펌프 (Non-overlap Boosted-Clock Charge Pump: NBCCP) 회로가 제안되었다 .2VDC 전압으로 스윙하는 비중첩 부스트-클럭의 사용으로 기존의 펌핑 커패시터 내장형 크로스-커플드 전하펌프에 비해 펌핑 단의 수를 반으로 줄일 수 있었고, 전하 펌핑 노드의 펌핑된 전하가 입력 단으로 역류되는 현상을 방지하였다 . 그 결과 제안된 펌핑 커패시터 내장형 비중첩 부스트-클럭 전하펌프 회로는 기존의 펌핑 커패시터 내장형 크로스-커플드 전하펌프에 비해 펌핑 전류가 증가하였고, 레이아웃 면적은 감소되었다. 제안된 TFT-LCD 구동 IC용 DC-DC 변환기 회로를 $0.18{\mu}m$ Triple-Well CMOS 공정을 사용하여 설계하고, 테스트 칩을 제작 중에 있다.
A non-overlap boosted-clock charge pump(NBCCP) with internal pumping capacitor, an advantageous circuit from a minimizing point of TFT-LCD driver IC module, is proposed in this paper. By using the non-overlap boosted-clock swinging in 2VDC voltage, the number of pumping stages is reduced to half and...
A non-overlap boosted-clock charge pump(NBCCP) with internal pumping capacitor, an advantageous circuit from a minimizing point of TFT-LCD driver IC module, is proposed in this paper. By using the non-overlap boosted-clock swinging in 2VDC voltage, the number of pumping stages is reduced to half and a back current of pumping charge from charge pumping node to input stage is also prevented compared with conventional cross-coupled charge pump with internal pumping capacitor. As a result, pumping current of the proposed NBCCP circuit is increased more than conventional cross-coupled charge pump, and a layout area is decreased. A proposed DC-DC converter for TFT-LCD driver IC is designed with $0.18{\mu}m$ triple-well CMOS process and a test chip is in the marking.
A non-overlap boosted-clock charge pump(NBCCP) with internal pumping capacitor, an advantageous circuit from a minimizing point of TFT-LCD driver IC module, is proposed in this paper. By using the non-overlap boosted-clock swinging in 2VDC voltage, the number of pumping stages is reduced to half and a back current of pumping charge from charge pumping node to input stage is also prevented compared with conventional cross-coupled charge pump with internal pumping capacitor. As a result, pumping current of the proposed NBCCP circuit is increased more than conventional cross-coupled charge pump, and a layout area is decreased. A proposed DC-DC converter for TFT-LCD driver IC is designed with $0.18{\mu}m$ triple-well CMOS process and a test chip is in the marking.
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문제 정의
본 논문에서는 TFT-LCD 구동 IC용 DC-DC 변환기 설계에서 TFT-LCD 구동 IC 모듈의 소형화 및 저가격에 있어서 펌핑 커패시터 외장형 전하펌프보다유리한펌핑 커패시터 내장형 부스트-클럭 전하펌프를 이용한 DC-DC 변환기 회로를 제안하였다. 비중첩 펌핑 클럭 전하펌프 회로와 프리 차지 회로를 사용하여 VDH, VGH 및 VGL 전 하펌프의 전하 펌핑 노드의 전하가 입력 단으로 피드백 되는 문제를 해결하였다.
제안 방법
본 논문에서는 비중첩 클럭(Non-overlapClock) 전하펌 프 회로를 사용하여 전하 펌핑 노드인 Nl, N2의 전하가 입력 단으로 피드백(Feedback)되는 문제를 해결하여 펌핑 전류 및 효율을 개선하였고, 펌핑 클럭을 2배의 VDC(Voltage-Down Converter) 전압으로 스위칭하는 부스트-클럭 발생기 (Boosted-Clock Gemerator)를 사용함으로서 기존의 크로스-커플드 전하 전달 스위치를 사용한 전하펌프보다 펌핑 단수를 줄이므로 레이아웃 면적을 최소화하였다. 한편 DC-DC 변환기의 입력전압 범위가 2.
설계된 TFT-LCD 구동 IC 용 DC-DC 변환기의 입력 공급 전압, 출력 전압, 구동전류, 리플 전압의 주요 설계 사양은 표 2와 같으며, 0.18/zm Triple-Well CMOS 공정 기술을 사용하였다.
18㎛ Triple-Well 공정을 이용하여 설계된 VGH 및 VGL 전하펌프의 SPICE 모의 실험 비교 결과를 보여준다. 2.5V의 전원전압, 85℃의 온도, 16V의 VGH, -12V의 VGL, NMOS와PMOS 트랜지스터가 Slow 모델 조건에서 기존의 커패시터 내장형 크로스-커플드 전하펌프 와 제안된 커패시터 내장형 부스트-클럭 전하펌프를 비교하였다. 표 6에서 보는 바와 같이 제안된 부스트-클럭 전하펌프 회로가 기존의 크로스-커플드 전하펌프 보다 펌핑 전류가 VGH, VGL 각각 12.
본 논문에서는 TFT-LCD 구동 IC용 DC-DC 변환기 설계에서 TFT-LCD 구동 IC 모듈의 소형화 및 저가격에 있어서 펌핑 커패시터 외장형 전하펌프보다유리한펌핑 커패시터 내장형 부스트-클럭 전하펌프를 이용한 DC-DC 변환기 회로를 제안하였다. 비중첩 펌핑 클럭 전하펌프 회로와 프리 차지 회로를 사용하여 VDH, VGH 및 VGL 전 하펌프의 전하 펌핑 노드의 전하가 입력 단으로 피드백 되는 문제를 해결하였다. 그리고 전하 펌핑을 위해 펌핑 커패시터에 사용되는 펌핑 클럭을 2배의 VDC 전압으로 스위칭 하는 비중첩 부스트-클럭을 사용함으로서 기존의 펌핑 커패시터 내장형 크로스-커플드 전하 전달 스위치를 사용한 전하펌프보다 펌핑 단의 수를 줄일 수 있었다.
대상 데이터
VGH 단위 전하펌프 회로는 2개의 프리 차지 제어 회로(MN7, MN8, MN9, MN10)와 NMOS 전하 전달 스위 치(MN1, MN2), 크로스-커플드 PMOS 전하 전달 스위치 (MP1, MP2), Bulk- Potential Biasing 회로(MN3, MN4, MN5, MN6, MP3, MP4, MP5, MP6) 와 MIM(Metal-Insu]ator -Metal) 전하 펌핑 커 패시 터(Cl, C2, C3, C4)로 구성되어 있다. 4개의 클럭 신호(CLKO, CLK11, CLK12, CLK3)는 비중첩 클럭 신호이며, CLK0와CLK12는 비중첩되는 시간을 제외하고는 기본적으로 같은 위상을 가진다. 유사하게 CLK11과 CLK3는 기본적으로 같은 위상을 가진다.
성능/효과
5V의 전원전압, 85℃의 온도, 16V의 VGH, -12V의 VGL, NMOS와PMOS 트랜지스터가 Slow 모델 조건에서 기존의 커패시터 내장형 크로스-커플드 전하펌프 와 제안된 커패시터 내장형 부스트-클럭 전하펌프를 비교하였다. 표 6에서 보는 바와 같이 제안된 부스트-클럭 전하펌프 회로가 기존의 크로스-커플드 전하펌프 보다 펌핑 전류가 VGH, VGL 각각 12.57%, 19.16% 증가한 것을 볼 수 있다. 그리고 펌핑 효율은 VGH, VGL 각각 13.
3% 증가한 것을 볼 수 있다. 또한 레이아웃 면적은 VGH, VGL 각각 1.36%, 11.44% 줄었다. 이와 같이 제안된 부스트-클럭 전하펌프가 기존의 크로스-커플드 전하펌 프에 비해 펌핑 전류, 면적 등의 측면에서 유리한 점을 가 진다.
44% 줄었다. 이와 같이 제안된 부스트-클럭 전하펌프가 기존의 크로스-커플드 전하펌 프에 비해 펌핑 전류, 면적 등의 측면에서 유리한 점을 가 진다.
비중첩 펌핑 클럭 전하펌프 회로와 프리 차지 회로를 사용하여 VDH, VGH 및 VGL 전 하펌프의 전하 펌핑 노드의 전하가 입력 단으로 피드백 되는 문제를 해결하였다. 그리고 전하 펌핑을 위해 펌핑 커패시터에 사용되는 펌핑 클럭을 2배의 VDC 전압으로 스위칭 하는 비중첩 부스트-클럭을 사용함으로서 기존의 펌핑 커패시터 내장형 크로스-커플드 전하 전달 스위치를 사용한 전하펌프보다 펌핑 단의 수를 줄일 수 있었다. 0.
그리고 전하 펌핑을 위해 펌핑 커패시터에 사용되는 펌핑 클럭을 2배의 VDC 전압으로 스위칭 하는 비중첩 부스트-클럭을 사용함으로서 기존의 펌핑 커패시터 내장형 크로스-커플드 전하 전달 스위치를 사용한 전하펌프보다 펌핑 단의 수를 줄일 수 있었다. 0.18//m Triple-Well 공정을 이용하여 DC-DC 변환기 회로를 설계한 결과 제안된 비중첩 부스트-클럭 전하펌프(NBCCP) 회로가 기존의 크로스-커플드 전하펌프에 비해 펌핑 전류가 개선되었고, 레이아웃 면적 또한 감소되어 TFT-LCD 구동 IC 모듈의 소형화 측면에서 유리한 결과를 얻을 수 있었다.
후속연구
현재 공정이 진행 중에 있으며 차후 테스트 칩이 나오게 되면 그 성능을 평가할 계획이다.
참고문헌 (6)
M. Hirata et aI., 'New Plus- and Minus-Voltage Generator for TFT-LCD Panels,' Proceedings of the 2nd IEEE Asia-Pacific Conference on ASIC, Aug. 2000
E. Bayer et al., 'A High Efficiency Single-Cell Cascaded Charge Pump Topology,' Proc. IEEE Power Electronics Specialists Conference, vol. 1, pp.290-295, Aug. 2001
J. F. Dickson, 'On-chip high-voltage generation in MNOS integrated circuits using an improved voltage multiplier technique,' IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 11, pp. 374-378, June 1976
S. I. Cho et aI., 'A Boosted Voltage Generator for Low-Voltage DRAMs,' Current Applied Physics, Dec. 2003
Y. H. Kim et aI., 'Two-Phase Boosted Voltage Generator for Low-Voltage Giga-Bit DRAMs,' IEICE Trans. Electron, vol. E83-C, No.2, pp. 266-269, Feb. 2000
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