본 논문에서는 저전압 DRAM용 VPP Generator의 전하펌프회로(Charge Pump Circuit)를 새롭게 제안하였다. 제안된 전하펌프회로는 2-Stage 크로스 커플 전하펌프회로(Cross-Coupled Charge Pump Circuit)이다. 4개의 비중첩 클럭신호들을 이용하여 전하전달 효율을 향상시켰고, 각 전하펌프단 마다 Oscillation 주기를 줄일 목적으로 Distributed Clock Driver인 Inverter 4개를 추가하여 펌핑전류(Pumping Current)를 증가시켰다. 그리고 전하전달 트랜지스터의 게이트단에 프리차지회로 (Precharge Circuit)를 두어 대기모드진입 시 펌핑된 전하를 방전하지 못하고 고전압을 유지하여 소자의 신뢰성을 떨어트리는 문제를 해결하였다. 모의실험결과 펌핑전류, 펌핑효율(Pumping Efficiency), 파워효율(Power Efficiency) 모두 향상된 것을 확인하였고, $0.18{\mu}m$ Triple-Well 공정을 이용하여 Layout 하였다.
본 논문에서는 저전압 DRAM용 VPP Generator의 전하펌프회로(Charge Pump Circuit)를 새롭게 제안하였다. 제안된 전하펌프회로는 2-Stage 크로스 커플 전하펌프회로(Cross-Coupled Charge Pump Circuit)이다. 4개의 비중첩 클럭신호들을 이용하여 전하전달 효율을 향상시켰고, 각 전하펌프단 마다 Oscillation 주기를 줄일 목적으로 Distributed Clock Driver인 Inverter 4개를 추가하여 펌핑전류(Pumping Current)를 증가시켰다. 그리고 전하전달 트랜지스터의 게이트단에 프리차지회로 (Precharge Circuit)를 두어 대기모드진입 시 펌핑된 전하를 방전하지 못하고 고전압을 유지하여 소자의 신뢰성을 떨어트리는 문제를 해결하였다. 모의실험결과 펌핑전류, 펌핑효율(Pumping Efficiency), 파워효율(Power Efficiency) 모두 향상된 것을 확인하였고, $0.18{\mu}m$ Triple-Well 공정을 이용하여 Layout 하였다.
In this paper, the charge pump circuit of a VPP generator for a low voltage DRAM is newly proposed. The proposed charge pump is a 2-stage cross coupled charge pump circuit. The charge transfer efficiency is improved, and Distributed Clock Inverter is located in each charge pump stage to reduce clock...
In this paper, the charge pump circuit of a VPP generator for a low voltage DRAM is newly proposed. The proposed charge pump is a 2-stage cross coupled charge pump circuit. The charge transfer efficiency is improved, and Distributed Clock Inverter is located in each charge pump stage to reduce clock period so that the pumping current is increased. In addition, the precharge circuit is located at Gate node of charge transfer transistor to solve the problem which is that the Gate node is maintained high voltage because the boosted charge can't discharge, so device reliability is decreased. The simulation result is that pumping current, pumping efficiency and power efficiency is improved. The layout of the proposed VPP generator is designed using $0.18{\mu}m$ Triple-Well process.
In this paper, the charge pump circuit of a VPP generator for a low voltage DRAM is newly proposed. The proposed charge pump is a 2-stage cross coupled charge pump circuit. The charge transfer efficiency is improved, and Distributed Clock Inverter is located in each charge pump stage to reduce clock period so that the pumping current is increased. In addition, the precharge circuit is located at Gate node of charge transfer transistor to solve the problem which is that the Gate node is maintained high voltage because the boosted charge can't discharge, so device reliability is decreased. The simulation result is that pumping current, pumping efficiency and power efficiency is improved. The layout of the proposed VPP generator is designed using $0.18{\mu}m$ Triple-Well process.
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문제 정의
본 논문에서는 2-Stage 크로스 커플 전하 펌프 회로를 새롭게 제안 하였다. 4개의 CLK 신호들 (CLK0-CLK3)을 이용하여 기존의 크로스 커플 전하 펌프에서 CLK신호들의 중첩에 의해 펌핑효율이 감소하는 문제를 해결하였다.
본 논문에서는 저전압 DRAM 용 VPP Generator 회로에서 펌핑전류, 펌핑효율, 파워효율을 향상시킨 2-Stage 크로스 커플 전 하 펌프 회로를 새롭게 제안하였다. 4개의 비중첩 CLK 신호를 이용하여 기존의 중첩되는 CLK신호에 의해 전하전달효율이 낮아지는 문제를 해결하였고, 각 전하 펌프 단 마다 인버터를 두어 Local 형태로 펌핑커패시터를 구동하게 하여 Pumping 전류를 증가시켰다.
제안 방법
새롭게 제안하였다. 4개의 비중첩 CLK 신호를 이용하여 기존의 중첩되는 CLK신호에 의해 전하전달효율이 낮아지는 문제를 해결하였고, 각 전하 펌프 단 마다 인버터를 두어 Local 형태로 펌핑커패시터를 구동하게 하여 Pumping 전류를 증가시켰다. 그리고 전하전달 트랜지스터의 게이트 단에 프리차지회로를 추가하여 소자의 산뢰성을 떨어트리는 문제를 해결하였다.
4개의 비중첩 CLK 신호를 이용하여 기존의 중첩되는 CLK신호에 의해 전하전달효율이 낮아지는 문제를 해결하였고, 각 전하 펌프 단 마다 인버터를 두어 Local 형태로 펌핑커패시터를 구동하게 하여 Pumping 전류를 증가시켰다. 그리고 전하전달 트랜지스터의 게이트 단에 프리차지회로를 추가하여 소자의 산뢰성을 떨어트리는 문제를 해결하였다. 모의실험 결과, 펌핑전류, 펌핑효율, 파워효율 모두 기존의 회로보다 향상된 것을 확인 하였다.
VPP Generator 는 밴드갭 기준전압 발생기 (Bandgap Reference Voltage Generator), VPP 레벨 감지기 (VPP Level Detector), 링 발진기 (Ring Oscillator), 컨트롤 로직 (Control logic)과 2-Stage 의 전하펌프(Charge Pump)로 구성되切 있다. 밴드 갭 기준전압 발생기에서 발생된 PVT(Process-Voltage-Temperature) 변동에 둔감한 기준전압과 VPP 전압을 레벨 감지기에서 비교하고 네거티브 피드백(Negative Feedback)으로 목표된 VPP 전압을 유지하게 된다. VPP 전압이 목표 전압보다 작을 때, 링 발진기가 동작하여 전하 펌프 회로가 동작을 수행하고 목표전압보다 클 때, 링 발진기가 OFF되어 전하펌프회로가 동작을 하지 않게 된다.
그리고 프리차지회로를 MN1 과 MN2 트랜지스터의 게이트 단에 두어 대기모드 시에 게이트단을 VDD전압으로 프리차지시켜 소자의 신로성에 영향을 주는 문제를 해결하였다. 뿐만 아니라, 기존의 컨트롤 로직에서 Global 형태로 구동(Driving)해주던 것을 각 전하 펌프단마다 인버터(Inverter)를 두어 Local 형테로 구동하게 하였다. 이로 인해 클럭주기가 늘어나는 것이 방지되어 전하펌프회로의 펌핑 전류를 보완 하였다.
비교한 결과이다. 클럭주기는 43ns 이고 VDD전압은 1.5V NMOS Slow와 PMOS Slow, 온도는 601에서 기존의 전하펌프단을 사용한 VPP Generator와 새롭게 제안된 전하 펌프를 사용한 VPP Generator를 비교하였다. 그 결과, Worst case simulation 조건에서 새롭게 제안된 VPP Charge Pump 의 Pumping Current 와 Power Efficiency가 기존의 회로에 비해 모든 부분에서 향상된 것을 알 수 있다.
성능/효과
새롭게 제안 하였다. 4개의 CLK 신호들 (CLK0-CLK3)을 이용하여 기존의 크로스 커플 전하 펌프에서 CLK신호들의 중첩에 의해 펌핑효율이 감소하는 문제를 해결하였다. 그리고 프리차지회로를 MN1 과 MN2 트랜지스터의 게이트 단에 두어 대기모드 시에 게이트단을 VDD전압으로 프리차지시켜 소자의 신로성에 영향을 주는 문제를 해결하였다.
보여준다.[4] 전하전달스위치로 사용되는 크로스 커플 형태의 PMOS 트랜지스터(MPL MP2) 는문턱전압의 손실 (Threshed voltag은 loss) 없이 전하를 Nl, N2노드에서 Vout 단으로 전달한다. CLK1 과 CLK2가 반대의 위상을 가지고 스위칭하게 되면, 이와 같은 위상으로 Nl, N2 노드가 VIN-2VIN로 스위칭하게 된다.
이와 같은 전압펌프이득 문제로 Dickson 전하펌프방식 보다 m로스 커플 전하 펌프 방식이 주로 사용된다.囹 그리고 기존에는 적절한 VPP전압(Word line 구동 전압)의 크기가 VDD와 2VDD 내에 있었으나, VDD 전압이 1.8V 이하로 감소하면서 2VDD와 3VDD로 범위가 상승하였다. 이로 인해 기존의 하나의 펌프단 (Pumping Stage)에서 두 개 혹은 그 이상의 Stage로 전하펌프단(Charge pump stage)°] 증가해야 한다, [2]
5V NMOS Slow와 PMOS Slow, 온도는 601에서 기존의 전하펌프단을 사용한 VPP Generator와 새롭게 제안된 전하 펌프를 사용한 VPP Generator를 비교하였다. 그 결과, Worst case simulation 조건에서 새롭게 제안된 VPP Charge Pump 의 Pumping Current 와 Power Efficiency가 기존의 회로에 비해 모든 부분에서 향상된 것을 알 수 있다.
4개의 CLK 신호들 (CLK0-CLK3)을 이용하여 기존의 크로스 커플 전하 펌프에서 CLK신호들의 중첩에 의해 펌핑효율이 감소하는 문제를 해결하였다. 그리고 프리차지회로를 MN1 과 MN2 트랜지스터의 게이트 단에 두어 대기모드 시에 게이트단을 VDD전압으로 프리차지시켜 소자의 신로성에 영향을 주는 문제를 해결하였다. 뿐만 아니라, 기존의 컨트롤 로직에서 Global 형태로 구동(Driving)해주던 것을 각 전하 펌프단마다 인버터(Inverter)를 두어 Local 형테로 구동하게 하였다.
또한, MN1 이 OFF 된 이후 C3에 의해 전하펌핑이 일어나고, MN2/} OFF 된 이후에 C4에의해 전하펌핑이 일어나므로 펌핑된 양전하가 프리차징 트랜지스터인 MN1, MN2를 통해 빠져나가는 것을 방지하여 펌핑 전류를 증가 시킬 수 있다.
그리고 전하전달 트랜지스터의 게이트 단에 프리차지회로를 추가하여 소자의 산뢰성을 떨어트리는 문제를 해결하였다. 모의실험 결과, 펌핑전류, 펌핑효율, 파워효율 모두 기존의 회로보다 향상된 것을 확인 하였다. 동부하이텍 0.
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