KR0138161B1 - 차동증폭기 동상모드 이상 정정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라, 차동증폭기 동상모드 이상 정정은, 저-누설-전류 측정경로를 갖는 측정회로를 사용하여 차동증폭기의 입력 및 출력을 모두 정확히 측정하고, 동상모드 이득을 연산한다. 두번의 측정이 두개의 다른 동상모드 전압들을 가함으로써 각 노드(node)에서 행해진다. 이 측정들중의 한 세트에서 나머지 한 세트를 빼면, 전압 오프셋 이상이 소거되고, 이득 연산을 위한 동상모드 이상 항이 남는다.동상모드 이득 요소는 저장되고, 그런 후에, 동상모드 이상은 차동증폭기에 의하여 행해진 측정들로부터 감해진다.

Description

차동증폭기 동상모드 이상 정정방법

제1도는 동상(同相)모드 이상 조절기능을 갖는 종래의 일반적인 차동증폭기의 개략적인 다이아그램,

제2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동상모드 이상 조절회로를 갖는 차동증폭기의 개략적인 다이아그램,

제3도는 동상모드 연산을 위하여 연결된 제2도의 차동증폭기의 입력회로의 도,

제4도는 차동모드 연산을 위하여 연결된 제2도의 차동증폭기의 입력회로의 도,

제5도는 동상모드 이상 연산을 위한 동상모드 이득항을 결정하는 테스트순서의 흐름도이다.

본 발명은 차동증폭기에 관한 것으로, 특히 차동증폭기의 동상모드 이상을 정정하는 방법에 관한 것이다.

차동증폭기는 해당 기술분야에서 널리 공지되어 있는 것으로서,그 두 입력단자에 가해지는 두 신호 또는 전압사이의 차분을 측정하는데 수년간 사용되고 있다. 차동증폭기의 일반적 사양은 동상제거비로 알려지는데, 이것은 차동신호 또는 전압을 증폭하는 동안 신호 또는 전압의 동상모드 성분을 차단하는 차동증폭기의 능력을 측정한 것이다.

제1도는 일반적인 종래의 차동증폭기 회로를 도시하는데, 이 회로내의 한 조절가능한 성분은 이 증폭기의 두 단자가 발란스를 이루도록 하는데 사용되어 이에 의해 동상모드 이상을 정정한다. 증폭기(10)는, 집적회로인 것이 보통인데, 각각 +와-로 표시되는 한 쌍의 입력부와 하나의 출력부를 구비한다. +입력부는 제1입력단자(16)와 접지사이에 직렬로 배치되는 한 쌍의 저항기(12및14)의 접합부에 연결되는 한편, -입력부는 제2입력단자(22)와 출력단자(24)사이에 직렬로 배치된 한 쌍의 저항기(18및20)의 접합부에 연결되는데, 이 출력단자(24)에는 증폭기(10)의 출력부도 연결된다.이러한 구성에서, 저항(12)의 값은 저항(18)의 값과 이론적으로 동일하고, 저항(14)의 값은 저항(20)의 값과 이론적으로 동일하여, 이에 의해 이 증폭기의 두 측면은 이론적으로 발란스를 이룬다. 그러나, 실제로는 저항값들이 정확하게 동일하지는 않은데, 따라서 저항기들 중의 하나, 예를 들면, 저항기(12)는 변경가능하게 될 수 있다. 이 회로는, 단자(16및22)를 함께 쇼트하고, 거기에 동상모드 전압 또는 신호를 보정원(calibration source)(28)으로부터 가하는 한편 출력단자(24)와 접지 사이에 연결된 전압계(30)로 출력을 모니터함으로써 보정된다. 저항기(12)는 전압계(30)상에 제로 볼트의 판독을 제공하도록 조절되는 한편, 동상모드 신호 또는 전압의 완전한 차단을 지시한다. 이에 의해 증폭기의 두 절반부들이 발란스를 이루게 되면서, 보정이 완성되고 차동증폭기는 예상대로 작동될 수 있다.

초 고정밀 차동증폭기 작업에서는, 계장(計裝)용 증폭기를 요할 때와 같은, 만일 아주 값비싼 선형 전위차계가 사용되지 않는다면 발란스를 조절하여 동상모드 이상을 정정하기가 매우 어렵다. 표면장착저항기와 레이저트리밍의 출현은 내장되어지는 어느정도의 정밀도를 가능하게 하지만, 그러나, 수작업 보정 또는 내장된 정밀도의 문제점 중의 하나는 성분값들이 열과 시간에 의해 드리프트되며, 재보정, 또는 재배치가 필요하게 된다는 것이다.

본 발명에 따라, 차동증폭기 동상모드 이상 정정은, 저-누설-전류측정경로를 갖는 측정회로를 사용하여 차동증폭기의 입력 및 출력을 모두 정확히 측정하고, 동상모드 이득을 연산한다. 두번의 측정이 두개의 다른 동상모드 전압들을 가함으로써 각 노드(node)에서 행해진다. 이 측정들중의 한 세트에서 나머지 한 세트를 빼면, 전압 오프셋 이상이 소거되고, 이득연산을 위한 동상모드 이상 항이 남는다. 동상모드 이득 요소는 저장되고, 그런 후에, 동상모드 이상은 차동증폭기에 의하여 행해진 측정들로부터 감해진다.

따라서 본 발명의 일 특성은 차동증폭기의 새로운 동상모드 이상 정정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 특성은 동상모드 이상을 자동으로 정정하고 물리적인 보정 조절을 행할 필요가 없다는 점이다.

본 발명의 또 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 이하의 기술에 의하여 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 이들에게 명백해질 것이다.

제2도를 참조하면, 증폭기(50)를 포함하는 차동증폭기를 포함하는데, 이 증폭기(50)의 +입력부는 일 측의 제1입력단자(56)와 접지사이에 직렬로 배치된 저항기(52및54)의 접합부에 연결되고, -입력부는 타 측의 제2입력단자(62)와 증폭기 출력부 사이에 직렬로 배치된 저항기(58및60)의 접합부에 연결된다. 저항기(52및58)은 실질적으로 동일한 값을 갖도록 명목상으로 일치되고, 저항기(54및60)도 실질적으로 동일한 값을 갖도록 명목상으로 일치되어, 이러한 저항기들이 증폭기 이득을 산출하는 것이 본 기술분야에 공지되어 있다.본 발명의 바람직한 실시예에서, 저항기(52,54,58및60)은 회로기판의 표면에 장착되고 공칭값을 얻도록 레이저로 트림(trim)된다.

아날로그-디지탈 변환기(ADC)(70)는, 바람직한 실시예에서는 매우 정확한 측정을 위하여 20비트 ADC이며, 차동증폭기(50)의 +입력부에 선택적으로 연결되어 스위치(72)를 경유하여 가해지는 동상 모드 입력신호 또는 전압성분 V_CM을 측정하고, 차동증폭기(50)의 출력부에 연결되어 스위치(74)를 경유하여 가해지는 차동출력 V_DIFF을 측정한다. 스위치(72및74)는 CMOS전계효과 트랜지스터와 같은 전기적 스위치이고, 이들은 반드시 매우 낮은 누설 (예를 들면 최대 소정 피코암페어의 오더(order)를 갖는)을 나타내어, 측정회로 자체는 측정이상을 일으킬 어떠한 전류도 도입하지 않는다.

스위치(72및74)의 작동은 이하의 기술된 방식으로 시스템프로세서(76)에 의하여 제어되는데, 이러한 시스템프로세서는 마이크로프로세서 또는 마이크로컴퓨터가 적합하다. 프로세서(76)는 측정이 행해질 때, ADC(70)의 출력을 판독하고, 측정된 값을 연산하여 디스플레이장치(80)에 디스플레이 한다.

제3도는 제2도의 차동증폭기의 입력부를 도시하는 것으로서 동상모드 작동 및 이에 의한 동상모드이득 N을 결정하도록 구성되고, 제4도는 제2도의 차동증폭기의 입력부를 도시하는 것으로서 차동 및 이에 의한 차동이득 K를 결정하도록 구성된다. 제3도에서, 보정 전압소스(84)는 효과적으로 함께 쇼트된 입력단자(56 및 62)에 연결된다. 보정원(84)은, 제로 볼트 및 10.00볼트와 같이, 정밀한 전압을 제공하는 포로그램가능한 정밀 전원이 적합하다. 보정원(84)의 전압출력을 변환하는 명령신호들은 프로세서(76)에 의해 제공될 수 있다. 제4도에서, 정밀 신호발생기(86)는 입력단자(56및62)를 가로질러서 연결되어 정밀한 진폭을 갖는 공지된 차동신호를 제공한다. 신호발생기(86)용 접지 참조부호는 중심에 있는 것처럼 도시되어, 차동신호는 두 입력단자에 가해지는 동일한 극성과 반대 극성 중의 하나일 수 있다는 것을 나타낸다.

먼저 동상모드 이득 K_C의 결정과 이에 의해 수반되는 부수적인 이상들을 고찰하기 위하여, 제2도 및 3도의 회로들과 함께 제5도에 도시된 회로작동의 흐름도를 참조한다. 이러한 구성에서, 입력단자(56및62)는 효과적으로 함께 쇼트되고 보정원(84)으로부터의 전압이 가해진다.

단계(100)에서, 이 시스템은 스위치(72및74)를 개방하고, ADC(70)를 리셋하여 제로출력을 제공하고, 보정원(84)의 출력을 제로 볼트로 설정함으로써 초기화된다.

단계(102)에서, 스위치(72)는 폐쇄되고, 증폭기(50)의 +입력부에서의 전압 V_CM은 ADC(70)에 의하여 측정되고, 이 값은 V_CM(0)으로 저장된다. 이 측정값은 제로일 것이며, 제로가 아닌 것은 스위치(72)를 통하여 저항기(52및54)내로 도입된 누설전류에 기인한다. 본 발명에서, 극도의 저-누설 스위치의 사용은 제로가 아닌 값들을 무시할 수 있게 한다.

단계(104)에서, 스위치(72)는 개방되고, ADC(70)는 제로로 리셋되며, 스위치(74)는 폐쇄된다. 증폭기(50)의 출력부에서의 전압 V_DIFF는 ADC(70)에 의하여 측정되고 그 값은 V_DIFF(0)에 저장된다. 다시, 측정된 전압은 제로일 것이며, 제로가 아닌 것은 증폭기(50)내의 오프셋 이상에 기인한 것이며, 스위치(74)를 경유하여 저항기(60)내로 도입된 누설전류는 무시될 수 있다.

단계(106)에서, 스위치(72및74)는 개방되고, ADC(70)는 리셋되어 제로가 되고, 보정원(84)의 출력을 +10.00볼트로 설정된다.

단계(108)에서, 스위치(72)는 폐쇄되고, 다시 증폭기(50)의 +입력부에서의 전압V_CM은 ADC(70)에 의하여 측정되고, 그 값은 V_CM(10)에 저장된다. 이 측정된 전압은 10.00볼트로 곱해진 저항기(52및54)의 전압분할비율이 될 것이 분명하다.

단계(110)에서, 스위치(72)는 개방되고, ADC(70)는 리셋되어 제로가 되며, 스위치(74)는 폐쇄된다. 다시 증폭기(50)의 출력부에서의 저압 V_DIFF은 ADC(70)에 의하여 측정되고 그 값은 V_DIFF(10)에 저장된다. 다시, 이 측정된 전압은 제로일 것이며, 제로가 아닌 값은 저항기(52및58, 또는 54및60)의 불일치에 기인하는 동상모드 이상이 분명하지만, 또한 오프셋 및 누설전류 이상도 포함한다.

단계(112)에서, 증폭기(50)의 출력부에서의 동상모드 출력(이상)전압 N_D는 N_D= V_DIFF(10) - V_DIFF(0)으로 연산된다. 이러한 연산에 있어서, 오프셋 전압항은 소거된다. 증폭기(50)의 +입력부에서의 동상모드 입력전압 N_C은 N_C= V_CM(10) - V_CM(0) 으로 연산된다. 이때 동상모드 이득 N은 N_D/ N_C이다. 이러한 모든 항들은 단계(114)에서 저장되어 측정된 신호 및 전압으로부터의 동상모드 이상을 추출해내는데에 나중에 사용된다.

차동증폭기 이득 K의 결정은 차동신호를 제2도의 회로에 가함으로써 이루어지는데, 제4도의 입력단자(56및62)를 가로지르는 정밀한 진폭을 갖는 공지된 차동신호르 제공하는 정밀 신호발생기(86)를 사용한다. 증폭기(50)의 출력부에서의 차동신호가 측정되고, 간단하게 차동이득 K는 공지된 입력신호에 의해 나누어진 차동출력전압 K_D가 된다.

동상모드 이득, 차동이득, 오프셋 전압의 소거의 결정으로 인해, 증폭기 시스템의 출력부에서의 동상모드 이상이 프로세서(76)에 의하여 측정값들로부터 추출될 것이다. 매시간 이 시스템은 보정되고, 이득이 재연산되며, 새로운 값이 저장된다. 재보정에 의하여, 특히 차동증폭기의 이득-설정 저항기와 같은 성분들, 수명 및 값을 드리프트하도록 정확한 측정이 계속될 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 기술하였지만, 본 기술분야에 숙련된 이들에게는 다양한 면에서 본 발명으로부터 벗어나지 않는 많은 변형 및 수정이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범주내에 속하는 모든 이러한 변형 및 수정은 첨부한 청구범위들에 포함된다는 것을 밝혀두는 바이다.

Claims (1)

1. 차동증폭기에 있어서, 측정회로를 저-누설 전류스위치를 통하여 상기 차동증폭기의 입력노드 및 출력노드에 연결하는 단계와, 제1동상모드 입력전압을 상기 차동증폭기에 적용하는 단계와, 상기 측정회로로 상기 입력노드 및 상기 출력노드에서 제1전압 측정값을 측정하는 단계와, 제2동상모드 입력전압을 상기 차동증폭기에 적용하는 단계와, 상기 측정회로로 상기 입력노드 및 상기 출력노드에서 제2전압 측정값을 측정하는 단계와, 상기 제2전압측정값에서 상기 제1전압측정값을 감하여 동상모드 이득 및 이상요소들을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동상모드 이상 정정방법.