KR101528405B1 - Input buffer using noise generator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잡음발생기를 이용해 입력단자에서 생성된 플리커잡음 및 열잡음을 상쇄하기 위한 입력버퍼에 관한 것이다. 본 발명은 진동판에서 변환된 입력신호를 A/D 변환기로 전달해주는 전치증폭기에 있어서, 상기 전치증폭기는 상기 상기 입력신호에 DC 전압을 공급하는 입력버퍼회로와 상기 입력버퍼회로에서 출력된 신호를 증폭하기 위한 증폭기를 포함하며, 상기 입력버퍼회로는 상기 진동판으로부터 입력신호를 입력받기 위한 제1 PMOS 트랜지스터로 이루어진 입력단자를 포함하는 CD증폭기와 상기 CD증폭기의 입력단자에서 발생하는 플리커잡음을 제거하기 위한 또 다른 플리커잡음을 발생하는 제1잡음발생기 및 상기 CD증폭기의 입력단자에서 발생하는 열잡음을 제거하기 위한 또 다른 열잡음을 발생하는 제2잡음발생기를 포함하는 잡음발생기로 이루어진 잡음발생기를 포함한다.The present invention relates to an input buffer for canceling flicker noise and thermal noise generated at an input terminal using a noise generator. The present invention relates to a preamplifier for transmitting an input signal converted from a diaphragm to an A / D converter, the preamplifier comprising: an input buffer circuit for supplying a DC voltage to the input signal; Wherein the input buffer circuit comprises: a CD amplifier including an input terminal made up of a first PMOS transistor for receiving an input signal from the diaphragm; and a second amplifier for removing flicker noise generated at an input terminal of the CD amplifier And a noise generator including a noise generator including a first noise generator generating another flicker noise and a second noise generator generating another thermal noise to remove thermal noise generated at an input terminal of the CD amplifier.
Description
본 발명은 잡음발생기를 이용한 입력버퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잡음발생기를 통해 생성된 플리커잡음과 열잡음으로 입력단자에서 생성된 플리커잡음 및 열잡음을 상쇄하기 위한 전치증폭기의 입력버퍼에 관한 것이다.The present invention relates to an input buffer using a noise generator, and more particularly to an input buffer of a preamplifier for canceling flicker noise and thermal noise generated at an input terminal by flicker noise and thermal noise generated through a noise generator.
현재 사용되고 있는 마이크로폰은 음성 신호를 전기신호로 변환해주는 진동판과 변환 전기신호를 손실을 최소화하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환기에 연결을 해주는 전치증폭기로 구성된다. 여기서 마이크로폰의 신호 크기는 진동판에 만들어지는 커패시턴스와 전치증폭기에서 만들어지는 커패시턴스의 비율에 의해 결정이 되고, 마이크로폰의 잡음은 대부분 전치증폭기에서 발생하는 잡음에 의해 결정된다. 따라서 전치증폭기의 저잡음화가 필요하다. 전치증폭기는 입력버퍼와 증폭기로 구성된다. 도 1은 종래에 사용되고 있는 전치증폭기의 입력버퍼를 나타낸다. 도 1을 살펴보면, 종래의 입력버퍼는 입력단자 PMOS 트랜지스터(M3)를 통해 입력신호(Vin)가 입력된다. 도 1과 같이, 종래의 입력버퍼는 입력단자에서 발생하는 잡음을 제거하기 위한 특정 회로는 구비되고 있지 않다. 다만 잡음을 제거하기 위한 일반적인 방법으로 플리커잡음 감소를 위해 소자 사이즈를 증가방법과 열잡음 감소를 위해 트랜스컨덕턴스를 증가시키는 방법이 있다. 하지만 상기와 같은 방법은 전치증폭기의 면적을 증가시키고 전력소모를 증가시켜서 제품 경쟁력을 저하시키는 문제점을 가지고 있다.Currently used microphones consist of a diaphragm that converts voice signals into electrical signals and a preamplifier that connects the converted electrical signal to a converter that converts the analog signal to a digital signal with minimal loss. Here, the signal size of the microphone is determined by the ratio between the capacitance produced by the diaphragm and the capacitance produced by the preamplifier, and the noise of the microphone is mostly determined by the noise generated by the preamplifier. Therefore, low noise of the preamplifier is required. The preamplifier consists of an input buffer and an amplifier. 1 shows an input buffer of a preamplifier which is conventionally used. Referring to FIG. 1, a conventional input buffer receives an input signal Vin through an input terminal PMOS transistor M3. As shown in FIG. 1, the conventional input buffer does not have a specific circuit for eliminating noise generated at the input terminal. Just as a general way to eliminate noise is to increase the device size to reduce flicker noise and to increase transconductance to reduce thermal noise. However, the above method has a problem of decreasing the product competitiveness by increasing the area of the preamplifier and increasing the power consumption.
이에 한국 등록특허 10-0913197호(이하 '선행문헌'이라 칭함)는 두 개의 마이크로폰을 이용하여 음성신호에 포함된 잡음신호를 제거하는 잡음제거 장치 및 방법에 관한 것이다. 선행문헌은 사용자의 음성신호 및 음성신호에 포함된 주변 잡음신호를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 제1 마이크로폰, 상기 주변 잡음신호를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 제2 마이크로폰, 상기 제1 마이크로폰의 출력신호에 포함된 잡음신호를 상기 제2 마이크로폰의 출력신호를 이용하여 상쇄 제거한 후 출력하는 잡음 제거수단 및 상기 잡음제거 장치의 출력신호를 외부 음성 출력수단을 통해 출력할 수 있도록 상기 잡음제거 장치와 외부 음성 출력수단을 연결하는 연결수단을 포함하고, 상기 잡음 제거수단은, 상기 제2 마이크로폰의 출력신호를 반전하여 출력하는 역변환부 및 상기 제1 마이크로폰의 출력신호와 상기 역변환부의 출력신호를 가산하는 가산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잡음제거 장치를 제공한다. 따라서 선행문헌은 음성신호 및 음성신호에 포함된 잡음신호를 입력받는 제1 마이크로폰 및 잡음신호만을 입력받는 제2 마이크로폰을 이용하여 음성신호에 포함된 잡음신호를 제2 마이크로폰에 입력된 잡음신호로 상쇄시켜 제거함으로써, 선명한 음성신호를 출력할 수 있는 효과가 있다. Korean Patent Registration No. 10-0913197 (hereinafter referred to as " Prior Art Document ") relates to a noise canceling apparatus and method for removing a noise signal included in a voice signal using two microphones. The prior art includes a first microphone for converting an ambient noise signal included in a user's voice signal and a voice signal into an electrical signal and outputting the electrical signal, a second microphone for converting the ambient noise signal into an electrical signal and outputting the electrical signal, A second noise canceling unit for canceling the noise signal included in the signal by using the output signal of the second microphone and outputting the canceled noise signal and the noise canceling unit for outputting the output signal of the noise canceling unit through the external sound output unit, And an output unit for outputting the output signal of the first microphone and the output signal of the second microphone, wherein the noise canceling unit includes an inverse conversion unit for inverting and outputting the output signal of the second microphone, And a noise canceling unit. Accordingly, the prior art uses a first microphone receiving a noise signal included in a voice signal and a voice signal, and a second microphone receiving only a noise signal to offset a noise signal included in the voice signal into a noise signal input to the second microphone So that a clear voice signal can be output.
하지만 선행문헌은 제1 마이크로폰, 제2 마이크로폰으로 구성됨에 따라 장치의 면적이 증가 되고, 장치를 구성하는데 비용소모가 증가 되는 단점을 가지고 있다. However, since the prior art is composed of the first microphone and the second microphone, the area of the apparatus is increased, and the cost of constructing the apparatus is increased.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 MOS 트랜지스터를 이용한 플리커잡음과 저항을 이용한 열잡음을 생성하고, 입력단자에서 생성된 플리커잡음 및 열잡음을 상쇄하여 전치증폭기의 잡음을 줄일 수 있는 잡음발생기를 이용한 입력버퍼회로를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above problems, and it is an object of the present invention to provide a flip-flop circuit which generates flicker noise and a thermal noise using resistance by using a MOS transistor and compensates flicker noise and thermal noise generated at an input terminal, And an input buffer circuit using the noise generator.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 진동판에서 변환된 전기신호인 입력신호에 DC 전압을 공급하는 잡음발생기를 이용한 입력버퍼에 있어서, 상기 입력버퍼회로는 상기 진동판으로부터 입력신호(Vin)를 입력받기 위한 제1 PMOS 트랜지스터로 이루어진 입력단자를 포함하는 CD증폭기 및 상기 CD증폭기의 입력단자에서 발생하는 플리커잡음을 제거하기 위한 또 다른 플리커잡음을 발생하는 제1잡음발생기 및 상기 CD증폭기의 입력단자에서 발생하는 열잡음을 제거하기 위한 또 다른 열잡음을 발생하는 제2잡음발생기를 포함하는 잡음발생기를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an input buffer using a noise generator that supplies a DC voltage to an input signal that is an electrical signal converted from a diaphragm, the input buffer circuit comprising: A first noise generator for generating another flicker noise for removing flicker noise generated at an input terminal of the CD amplifier and a CD amplifier including an input terminal made up of a first PMOS transistor, And a noise generator including a second noise generator for generating another thermal noise for removing the thermal noise.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 잡음발생기는 입력되는 전류를 일정한 전류로 만들기 위한 기준전류원을 더 포함하고, 상기 잡음발생기의 제1 잡음발생기는 제1 NMOS 트랜지스터를 통해 플리커잡음을 발생하기 위한 플리커잡음발생부를 포함하며, 상기 잡음발생기의 제2 잡음발생기는 제1 저항을 통해 열잡음을 발생하기 위한 열잡음발생부를 포함한다. The noise generator according to the preferred embodiment of the present invention may further include a reference current source for converting the input current into a constant current, and the first noise generator of the noise generator may include a flicker noise generator for generating flicker noise through the first NMOS transistor, And a second noise generator of the noise generator includes a thermal noise generator for generating thermal noise through a first resistor.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 제1 잡음발생기는 상기 플리커잡음발생부로부터 발생된 플리커잡음을 플리커잡음전류로 변환하기 위한 제2 NMOS 트랜지스터로 이루어진 제1 전류변환부를 더 포함하며, 상기 제2 잡음발생기는 상기 열잡음발생부로부터 발생된 열잡음을 열잡음전류로 변환하기 위한 제3 NMOS 트랜지스터로 이루어진 제2 전류변환부를 더 포함한다.The first noise generator according to a preferred embodiment of the present invention further includes a first current transformer including a second NMOS transistor for converting the flicker noise generated from the flicker noise generator into a flicker noise current, The noise generator further includes a second current transformer including a third NMOS transistor for converting thermal noise generated from the thermal noise generating unit into a thermal noise current.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 잡음발생기는 상기 플리커잡음전류 및 열잡음전류를 수신하여 제1 가산전류로 가산하기 위한 제4 NMOS 트랜지스터로 이루어진 전류가산부, 상기 전류가산부에 가산된 제1 가산전류를 복사하기 위한 제5 NMOS 트랜지스터로 이루어진 전류미러부 및 상기 전류미러부에 흐르는 상기 제1 가산전류를 가산전압으로 변환하기 위한 제2 PMOS 트랜지스터로 이루어진 제3 전류변환부를 더 포함한다. The noise generator according to a preferred embodiment of the present invention includes a current amplification unit including a fourth NMOS transistor for receiving the flicker noise current and the thermal noise current and adding the first addition current to the first addition current, And a third current transformer including a current mirror part composed of a fifth NMOS transistor for copying current and a second PMOS transistor for converting the first added current flowing in the current mirror part into an additive voltage.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 CD증폭기는 상기 제3 전류변환부로부터 상기 가산전압을 제2 가산전류로 변환하고, 상기 입력단자에서 발생한 잡음전류와 상기 제2 가산전류를 상쇄하기 위한 제3 PMOS 트랜지스터로 이루어진 제4 전류변환부를 더 포함한다.The CD amplifier according to the preferred embodiment of the present invention converts the added voltage to a second added current from the third current transforming unit and outputs a third added current for canceling the noise current generated at the input terminal and the second added current. And a fourth current conversion section composed of a PMOS transistor.
본 발명은 MOS 트랜지스터를 이용한 플리커잡음와 저항을 이용한 열잡음을 생성하고, 입력단자에서 생성된 플리커잡음 및 열잡음을 상쇄함으로써, 입력신호의 신호의 감쇄를 최소화하고 잡음을 줄일 수 있는 효과가 있다.The present invention generates thermal noise using flicker noise and resistance using a MOS transistor, and cancels flicker noise and thermal noise generated at an input terminal, thereby minimizing attenuation of a signal of an input signal and reducing noise.
도 1은 종래의 입력버퍼회로를 도시화한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 잡음발생기를 포함하는 입력버퍼회로를 도시화한 도면이다.1 is a diagram showing a conventional input buffer circuit.
2 is a diagram illustrating an input buffer circuit including a noise generator according to the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the present invention.
입력버퍼회로는 전치증폭기의 증폭기와 A/D변환기가 정상적으로 동작할 수 있도록 전기신호에 DC 전압을 제공해주는 장치이다. 증폭기는 입력버퍼회로에서 출력된 신호를 증폭하기 위한 장치이다. 증폭기는 전기신호의 크기를 증가시켜 A/D변환기로 보낸다.The input buffer circuit is a device that provides a DC voltage to the electrical signal so that the amplifier of the preamplifier and the A / D converter can operate normally. The amplifier is a device for amplifying the signal output from the input buffer circuit. The amplifier increases the magnitude of the electrical signal and sends it to the A / D converter.
도 2와 같이, 본발명에 따른 입력버퍼회로는 잡음발생기(100)와 CD증폭기(200)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the input buffer circuit according to the present invention includes a
잡음발생기(100)는 입력단자에서 발생하는 잡음을 제거하기 위해 플리커잡음과 열잡음을 발생하기 위한 장치이다. CD증폭기(200)는 진동판으로부터 입력신호를 수신하고, 잡음발생기(100) 생성된 잡음에 대한 전압을 수신하며 입력신호에 DC 전압을 제공하기 위한 장치이다.The
플리커잡음(Flicker noise)은 1/f noise로써, 수 kHz 이하에서는 주파수에 반비례하여 커지며, 음극 표면의 상태가 시간적으로 변화함으로써 양극 전류가 진동하여 일어나는 잡음을 말한다. Flicker noise is 1 / f noise, which is inversely proportional to frequency at frequencies below a few kHz, and refers to the noise caused by the oscillation of the anode current as the state of the cathode surface changes over time.
열잡음(thermal noise)은 모든 도전체(저항체)는 전자의 불규칙한 운동에 의하여 발생되는 잡음이며, 주파수 대역에 관계없이 모든 주파수 대역에서 동일하게 나타나는 백색잡음을 말한다.Thermal noise refers to noise generated by irregular movement of electrons in all conductors (resistors), and white noise that appears uniformly in all frequency bands regardless of frequency band.
잡음발생기(100)는 기준전류원(110), 제1 잡음발생기(120), 제2 잡음발생기(130), 전류가산부(M4), 전류미러부(M5), 저3 전류변환부(M6)를 포함한다. The
기준전류원(110)은 입력버퍼에 일정한 전류를 공급하기 위한 장치이다.The reference
제1 잡음발생기(120)는 NMOS 트랜지스터를 사용하여 플리커잡음을 발생하는 회로이다. 도 2와 같이, 제1 잡음발생기(120)는 플리커잡음발생부(M8), 제1 전류변환부(M7), 제1 전류공급부(M9)를 포함한다. 플리커잡음발생부(M8)는 CD증폭기(200)로부터 입력단자에서 발생하는 플리커잡음을 제거하기 위해 또 다른 플리커잡음을 발생한다. 도 2와 같이, 플리커잡음발생부(M8)는 제1 NMOS(N-channel metal oxide semiconductor)트랜지스터로 구성된다.The
제1 전류변환부(M7)는 플리커잡음발생부(M8)로부터 발생된 플리커잡음에 대한 전압을 플리커잡음전류로 변환하기 위한 장치이다. 도 2와 같이, 제1 전류변환부(M7)는 제2 NMOS 트랜지스터로 구성된다.The first current converting unit M7 is a device for converting the voltage of the flicker noise generated from the flicker noise generating unit M8 into the flicker noise current. As shown in FIG. 2, the first current converting unit M7 is composed of a second NMOS transistor.
제1 전류공급부(M9)는 제1 잡음발생기(120)에 전류를 공급하기 위한 장치로써, 도 2와 같이, 제4 PMOS(P-channel metal oxide semiconductor)트랜지스터로 구성된다.The first current supplying unit M9 is a device for supplying a current to the
도 2의 제1 잡음발생기(120)를 살펴보면, 제1 NMOS트랜지스터(M8)는 제4 노드(D)와 VSS(접지단)사이에 형성된다. 제2 NMOS 트랜지스터(M7)는 제 3노드(C)와 VSS(접지단)사이에 형성된다. 제4 PMOS 트랜지스터(M9)는 제 4노드(D)와 VDD(전원전압단)사이에 형성된다. 제1 NMOS 트랜지스터(M8)의 Gate와 제2 NMOS 트랜지스터(M7)의 Gate가 서로 연결되며, 제1 NMOS 트랜지스터(M8)와 제4 PMOS 트랜지스터(M9)는 직렬로 연결된다. Referring to the
제2 잡음발생기(130)는 저항을 사용하여 열잡음을 발생하는 회로이다. 도 2와 같이, 제2 잡음발생기(130)는 열잡음발생부(R), 제2 전류변환부(M10), 제2 전류공급부(M11)를 포함한다. 열잡음발생부(R)는 CD증폭기(200)로부터 입력단자에서 발생하는 열잡음을 제거하기 위해 또 다른 열잡음을 발생한다. 도 2와 같이, 열잡음발생부(R)는 제1 저항으로 구성된다. The
제2 전류변환부(M10)는 열잡음발생부(R)로부터 발생된 열잡음에 대한 전압을 열잡음전류로 변환하기 위한 장치이다. 도 2와 같이, 제2 전류변환부(M10)는 제3 NMOS 트랜지스터로 구성된다.The second current converting unit M10 is a device for converting the voltage of the thermal noise generated from the thermal noise generating unit R into a thermal noise current. As shown in FIG. 2, the second current converting unit M10 is formed of a third NMOS transistor.
제2 전류공급부(M11)는 제2 잡음발생기(130)에 전류를 공급하기 위한 장치이다. 도 2와 같이, 제2 전류공급부(M11)은 제5 PMOS 트랜지스터로 구성된다.The second current supply unit M11 is a device for supplying current to the
도 2의 제2 잡음발생기(130)를 살펴보면, 제3 NMOS 트랜지스터(M10)는 제5 노드(E)와 VSS(접지단)사이에 형성된다. 제5 PMOS 트랜지스터(M11)는 제6 노드(F)와 VDD(전원전압단)사이에 형성된다. 제1 저항(R)은 제6 노드(F)와 VSS(접지단)사이에 형성된다. 제1 저항(R)은 제6 노드(F)를 통해 제5 PMOS 트랜지스터(M11)와 연결되며, 제1 저항(R)은 제3 NMOS 트랜지스터의 Gate와 연결된다. Referring to the
전류가산부(M4)는 제1 잡음발생기(120)와 제2 잡음발생기(130)에서 생성되는 전류를 가산하기 위한 장치이다. 따라서 전류가산부(M4)는 제1 전류변환부(M7)와 제2 전류변환부(M10)로부터 플리커잡음전류 및 열잡음전류를 수신하여 제1 가산전류를 생성한다. 도 2와 같이, 전류가산부(M4)는 제4 NMOS 트랜지스터로 구성된다. The current multiplying section M4 is a device for adding the currents generated in the
전류미러부(M5)는 전류가산부에 가산된 제1 가산전류를 복사하기 위한 장치이다. 따라서 전류미러부(M5)에는 전류가산부와 동일한 전류의 양이 흐르게 된다. 도 2와 같이 전류미러부(M5)는 제5 NMOS 트랜지스터로 구성된다. The current mirror section M5 is a device for copying the first added current in which the current is added to the peak section. Therefore, a current amount equal to that of the current portion flows through the current mirror portion M5. As shown in FIG. 2, the current mirror section M5 is composed of a fifth NMOS transistor.
제3 전류변환부(M6)는 전류미러부(M5)에 흐르는 제1 가산전류를 가산전압으로 변환하기 위한 장치이다. 도 2와 같이 제3 전류변환부(M6)는 제2 PMOS 트랜지스터로 구성된다.The third current conversion section M6 is a device for converting the first added current flowing in the current mirror section M5 into the added voltage. As shown in FIG. 2, the third current converter M6 is formed of a second PMOS transistor.
CD증폭기(200)는 진동판으로부터 전기신호(Vin)를 수신하고 수신된 입력신호에 DC 전압을 제공하며, 잡음발생기(100)로부터 생성된 가산전압을 수신하기 위한 장치이다. 도 2를 살펴보면, CD증폭기(200)는 입력단자(M12)와 제4 전류변환부(M13)를 포함한다. The
입력단자(M12)는 진동판으로부터 전기신호(Vin)를 수신하기 위한 장치이다. 도 2와 같이, 입력단자(M12)는 제1 PMOS 트랜지스터로 구성된다. The input terminal M12 is a device for receiving the electric signal Vin from the diaphragm. As shown in FIG. 2, the input terminal M12 is composed of a first PMOS transistor.
제4 전류변환부(M13)는 제3 전류변환부(M6)로부터 가산전압을 수신하여 제2 가산전류로 변환한다. 또한, 제4 전류변환부(M13)는 입력단자(M12)에서 발생하는 플리커잡음전류 및 열잡음전류와 제2 가산전류에서 수신된 플리커잡음전류 및 열잡음전류를 상쇄하여 잡음을 제거한다. 도 2와 같이, 제4 전류변환부(M13)는 제3 PMOS 트랜지스터로 구성된다.The fourth current converting section M13 receives the added voltage from the third current converting section M6 and converts it into a second added current. In addition, the fourth current transforming unit M13 removes the noise by canceling the flicker noise current and the thermal noise current generated at the input terminal M12 and the flicker noise current and the thermal noise current received at the second addition current. As shown in FIG. 2, the fourth current converting unit M13 is composed of a third PMOS transistor.
도 1과 같이 구성된 종래의 입력버퍼는 전기신호(Vin)에 대한 플리커잡음과 열잡음을 생성한다. 종래의 입력버퍼는 CD증폭기의 입력단자인 PMOS 트랜지스터(M3)에서 잡음이 발생된다. 종래의 입력버퍼에서 생성되는 잡음은 다음의 수학식 1과 같다.The conventional input buffer configured as in FIG. 1 generates flicker noise and thermal noise for the electrical signal Vin. In the conventional input buffer, noise is generated in the PMOS transistor M3, which is the input terminal of the CD amplifier. The noise generated in the conventional input buffer is expressed by Equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
여기서 수학식 1의 은 CD증폭기의 입력단자인 PMOS 트랜지스터(M3)에서 발생하는 열잡음을 의미하며, 나머지 은 플리커잡음을 의미한다. Here, Denotes the thermal noise generated in the PMOS transistor M3, which is the input terminal of the CD amplifier, Means flicker noise.
k는 볼츠만 상수, T는 절대온도, 은 MOS(Metal Oxide Semiconductor)의 게이트 산화막의 단위면적당 커패시턴스, W는 MOS의 넓이, L은 MOS의 길이, f는 주파수, gm은 입력신호를 받는 PMOS 트랜지스터(M3)의 트랜스컨덕턴스(Transconductance)이다. 트랜스컨덕턴스(gm)은 다음의 수학식 2와 같다.k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, W is the width of the MOS, L is the length of the MOS, f is the frequency, and gm is the transconductance of the PMOS transistor M3 receiving the input signal. The transconductance (gm) is given by the following equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
은 종횡비, 는 PMOS 트랜지스터에 흘러가는 전류를 의미한다. 수학식 1와 같이, 종래의 CD 증폭기에 발생하는 잡음을 낮추기 위해서는 수학식 2의 트랜스컨덕턴스(gm)의 값을 크게 해야한다. 따라서 수학식 2의 트랜스컨덕턴스(gm)의 값을 크게 하기 위해서는 (종횡비)를 크게 하고, (PMOS 트랜지스터에 흘러가는 전류)를 크게 해야한다. 하지만 이와 같이 종횡비와 PMOS에 흘러가는 전류의 크기를 크게 하면, 전류의 크기가 증가함에 따라 전류의 소모가 증가하며 전치증폭기의 입력 신호(Vin)이 감소하게 된다. The aspect ratio, Quot; refers to the current flowing to the PMOS transistor. As shown in Equation (1), the transconductance (gm) of Equation (2) must be increased in order to lower the noise generated in the conventional CD amplifier. Therefore, in order to increase the value of the transconductance gm of the equation (2) (Aspect ratio) is increased, (The current flowing into the PMOS transistor) must be increased. However, if the aspect ratio and the magnitude of the current flowing through the PMOS are increased, the consumption of the current increases and the input signal Vin of the preamplifier decreases as the magnitude of the current increases.
따라서 도 2과 같이, 본 발명은 잡음발생기(100)를 통해 플리커잡음과 열잡음을 생성하고, 전치증폭기의 입력단자 PMOS트랜지스터(M12)에 생성된 플리커잡음과 열잡음을 상쇄하여 전치증폭기의 잡음을 낮춘다. 도 2를 살펴보면, 제1 잡음발생기(120)에서 발생되는 플리커잡음과 제2 잡음발생기(130)에서 발생되는 열잡음은 CD증폭기(200)의 제4 전류변환부(제3 PMOS 트랜지스터의 gate)에 연결된다. 따라서 제4 전류변환부(M13)에 가해지는 입력은 CS증폭기(Common source 증폭기)가 되며, CS증폭기는 입력과 출력이 반전된다. 한편, 잡음은 입력신호를 0V라 하고 전력으로 계산하기 때문에 제4 전류변환부(M13)에서 출력되는 잡음전력은 다음과 같은 수학식 3이 된다. 전압의 제곱은 전력이 된다. Accordingly, as shown in FIG. 2, the present invention generates flicker noise and thermal noise through the
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서 는 CS증폭기의 이득이며, CS증폭기의 입력과 출력은 반전되기 때문에 수학식 3과 같이 음(-)이 된다. here Is the gain of the CS amplifier, and the input and output of the CS amplifier are inverted.
플리커잡음은 다음의 수학식 4와 같다.The flicker noise is expressed by the following equation (4).
[수학식 4]&Quot; (4) "
은 플리커잡음을 생성하는 제1 NMOS 트랜지스터(M8)의 트랜스컨덕턴스(Transconductance)이다. k는 볼츠만 상수, T는 절대온도, W는 MOS의 넓이, L은 MOS의 길이, f는 주파수이다.
Is the transconductance of the first NMOS transistor M8 that produces flicker noise. k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, W is the width of the MOS, L is the length of the MOS, and f is the frequency.
열잡음은 다음의 수학식 5와 같다.The thermal noise is expressed by the following equation (5).
[수학식 5]&Quot; (5) "
k는 볼츠만 상수, T는 절대온도, R은 저항이다. k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, and R is the resistance.
따라서, 출력(Voutpre)은 입력신호(Vin)로부터 제2 잡음전류(+)을 상쇄한 값이 된다. Thus, the output Voutpre is subtracted from the input signal Vin to the second noise current < RTI ID = 0.0 > + ) Is canceled.
한편, 입력단자(M12)에서 생성되는 잡음은 다음의 수학식 6과 같다. Meanwhile, the noise generated at the input terminal M12 is expressed by Equation (6).
[수학식 6]&Quot; (6) "
k는 볼츠만 상수, T는 절대온도, 은 MOS(Metal Oxide Semiconductor)의 게이트 산화막의 단위면적당 커패시턴스, W는 MOS의 넓이, L은 MOS의 길이, f는 주파수, 은 입력신호를 받는 PMOS 트랜지스터(M12)의 트랜스컨덕턴스(Transconductance)이다.k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, Is the capacitance per unit area of the gate oxide film of MOS (Metal Oxide Semiconductor), W is the width of the MOS, L is the length of the MOS, f is the frequency, Is the transconductance of the PMOS transistor M12 receiving the input signal.
따라서 입력버퍼의 출력(Voutpre^2)에서 나오는 잡음은 다음의 수학식 7 및 8과 같다.Therefore, the noise from the output (Voutpre ^ 2) of the input buffer is expressed by the following equations (7) and (8).
[수학식 7]&Quot; (7) "
수학식 7은 입력단자(M12)에서 생성되는 잡음(수학식 6)에서 제1 잡음발생기와 제2 잡음발생기에서 생성된 잡음(수학식 3)를 상쇄한 값이 된다. 수학식 7의 입력버퍼의 출력(Voutpre)에서 나오는 최종식은 다음의 수학식 8이 된다.Equation (7) is a value obtained by canceling the noise (Equation (3)) generated by the first noise generator and the second noise generator in the noise (Equation 6) generated at the input terminal M12. The final expression from the output (Voutpre) of the input buffer of Equation (7) becomes Equation (8).
[수학식 8]&Quot; (8) "
입력단자 제1 PMOS 트랜지스터(M12)의 종횡비(W/L)은 회로 설계상 작은 값을 사용하게 된다. 만약, 입력단자 제1 PMOS 트랜지스터(M12)의 종횡비(W/L)의 값을 크게 설계한다면 트랜스컨덕턱스가 증가(수학식 1 및 2 참조)하고, 잡음은 감소된다. 하지만 입력단자 제1 PMOS 트랜지스터(M12)의 종횡비(W/L)의 값을 크게 설계하게 되면, 입력신호의 감쇄가 커지게 되고 회고 설계 사양에 못 미치게 된다. 따라서 본 발명은 입력단자 제1 PMOS 트랜지스터(M12)의 종횡비(W/L)를 작게 설계함에 따라 생성되는 큰 잡음을 잡음발생기에서 생성되는 잡음으로 상쇄하여 전치증폭기의 잡음을 낮추게 된다.
The aspect ratio (W / L) of the first PMOS transistor M12 of the input terminal uses a small value in circuit design. If the value of the aspect ratio (W / L) of the first terminal PMOS transistor M12 of the input terminal is designed to be large, the transconductance treshold is increased (see Equations 1 and 2) and the noise is reduced. However, if the value of the aspect ratio (W / L) of the first terminal PMOS transistor M12 of the input terminal is designed to be large, the attenuation of the input signal becomes large and it falls short of the design specification. Therefore, according to the present invention, since the aspect ratio (W / L) of the input terminal first PMOS transistor M12 is designed to be small, the large noise generated is canceled by the noise generated by the noise generator to lower the noise of the preamplifier.
100 : 잡음발생기 110 : 기준전류원
120 : 제1 잡음발생기 130 : 제2 잡음발생기
200 : CD증폭기100: Noise generator 110: Reference current source
120: first noise generator 130: second noise generator
200: CD amplifier
Claims (6)
상기 입력버퍼는
상기 진동판으로부터 상기 입력신호를 입력받기 위한 제1 PMOS 트랜지스터로 이루어진 입력단자를 포함하는 CD증폭기; 및
입력되는 전류를 일정한 전류로 만들기 위한 기준전류원; 제1 NMOS 트랜지스터를 통해 상기 CD증폭기의 입력단자에서 발생하는 플리커잡음을 제거하기 위해 또 다른 플리커잡음을 발생하는 플리커잡음발생부와 상기 또 다른 플리커잡음을 플리커잡음전류로 변환하기 위한 제2 NMOS 트랜지스터로 이루어진 제1 전류변환부를 포함하는 제1 잡음발생기; 및 제1 저항을 통해 상기 CD증폭기의 입력단자에서 발생하는 열잡음을 제거하기 위해 또 다른 열잡음을 발생하는 열잡음발생부와 상기 또 다른 열잡음을 열잡음전류로 변환하기 위한 제3 NMOS 트랜지스터로 이루어진 제2 전류변환부를 포함하는 제2 잡음발생기;를 포함하는 잡음발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 잡음발생기를 이용한 입력버퍼.
An input buffer using a noise generator for supplying a DC voltage to an input signal, which is an electrical signal converted from a diaphragm,
The input buffer
A CD amplifier including an input terminal made up of a first PMOS transistor for receiving the input signal from the diaphragm; And
A reference current source for converting the input current into a constant current; A flicker noise generating unit for generating another flicker noise to remove flicker noise generated at an input terminal of the CD amplifier through a first NMOS transistor and a second NMOS transistor for converting the another flicker noise into a flicker noise current, A first noise generator including a first current transformer comprising: And a second current source comprising a thermal noise generating unit for generating another thermal noise to remove thermal noise generated at an input terminal of the CD amplifier through a first resistor and a third NMOS transistor for converting the another thermal noise into a thermal noise current, And a second noise generator including a second noise generator and a second noise generator.
상기 플리커잡음전류 및 열잡음전류를 수신하여 제1 가산전류로 가산하기 위한 제4 NMOS 트랜지스터로 이루어진 전류가산부;
상기 전류가산부에 가산된 제1 가산전류를 복사하기 위한 제5 NMOS 트랜지스터로 이루어진 전류미러부; 및
상기 전류미러부에 흐르는 상기 제1 가산전류를 가산전압으로 변환하기 위한 제2 PMOS 트랜지스터로 이루어진 제3 전류변환부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잡음발생기를 이용한 입력버퍼.2. The apparatus of claim 1, wherein the noise generator
A current amplifier including a fourth NMOS transistor for receiving the flicker noise current and the thermal noise current and adding the flicker noise current and the thermal noise current as a first addition current;
A current mirror unit including a fifth NMOS transistor for radiating a first addition current in which the current is added to the peak; And
A third current transformer comprising a second PMOS transistor for converting the first addition current flowing in the current mirror portion to an addition voltage; Wherein the input buffer further comprises a noise generator.
상기 CD증폭기는 상기 제3 전류변환부로부터 상기 가산전압을 제2 가산전류로 변환하고, 상기 입력단자에서 발생한 잡음전류와 상기 제2 가산전류를 상쇄하기 위한 제3 PMOS 트랜지스터로 이루어진 제4 전류변환부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잡음발생기를 이용한 입력버퍼.6. The method of claim 5,
Wherein the CD amplifier is configured to convert the added voltage to a second added current from the third current conversion unit and to convert the noise current generated at the input terminal and the second added current into a fourth current conversion part; Wherein the input buffer further comprises a noise generator.
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-
2013
- 2013-10-30 KR KR1020130129919A patent/KR101528405B1/en active IP Right Grant
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