KR0160572B1 - 저 전원 전압의 출력 구동기 - Google Patents

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Abstract

출력단(110) 및 임피던스 소자(120)을 포함하며 외부 임피던스 부하(160)을 구동하기 위한 출력 구동기(100)가 제공된다. 상기 출력단(110)으로의 입력 신호를 제어하여 출력 신호를 제공하며, 이어서 출력 신호는 상기 외부 임피던스 부하(160)을 구동한다.
상기 출력단(110)은 전류 발생기(114) 및 전류 복제기(116)와 연결된 입력 제어기(112)를 포함한다. 기준 전압원(150)은 상기 전류 발생기(114)의 정동작 출력 전류 레벨을 결정한다. 상기 임피던스 소자(120)은 2 극 전원(two polarity voltage source)(130)을 상기 출력단(110)과 연결시키는 전류 조절용 저항(230)을 포함한다.
상기 출력 구동기(100)의 동작은 상기 외부 부하의 임피던스(160)에 의존한다. 높은 임피던스의 외부 부하에 대하여는, 상기 출력 구동기(100)은 단순한 전압 폴로워(voltage follower)로서 기능한다. 낮은 임피던스의 외부 부하에 대하여는, 상기 출력 구동기(100)은 단일-단자 푸시-풀 회로(single-ended push-pull circuit)로서 기능하고 낮은 전압의 전원 조건 하에서 왜곡이 적은 출력 신호를 제공한다.

Description

저 전원 전압의 출력 구동기
제1도는 본 발명에 따른 출력구동기의 기능 블록도.
제2도는 본 발명에 따른 출력 구동기의 바람직한 실시예의 회로 구성도.
제3도는 본 발명에 따른 출력구동기의 다른 실시예의 회로 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 출력 구동기 110 : 출력단
112 : 입력 제어기 114 : 전류 발생기
116 : 전류 복제기 120 : 임피던스 소자
130 : 전원 140 : 입력 신호원
150 : 기준 전압원 160 : 외부 임피던스 부하
본 발명은 일반적으로 전자 회로에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 출력 구동 회로에 관한 것이다.
출력 구동기로서 제공되는 단일-단자 푸시-풀 증폭기(single-ended push-pull amplifier)가 본 기술 분야에 알려져 있다. 이러한 푸시-풀 증폭기는 2상 입력 신호(two phase input signal)의 역상(negative phase) 및 정상(positive phase)을 모두 사용하고, 따라서 상기 2상 입력 신호로부터 사용 가능한 입력 전력을 최대한 이용한다. 통상적으로 그러한 푸시-풀 증폭기는 임피던스(impedance)가 변하는 부하(loads)를 구동하게 되는데, 따라서 부하의 임피던스가 전압 이득(voltage gain)에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 출력 임피던스가 작아야 한다.
그러나, 종래의 푸시-풀 증폭기는 저전압의 전원이 가해졌을 경우에 부하에 대하여 안정되고도 왜곡(distortion)이 적은 구동을 제공하지 않는다. 저전압 전원을 사용하면 전자 회로의 전류 소모가 감소되므로 휴대용 전자 장치에 사용되는 전자 회로를 설계함에 있어서 주요한 고려 사항이다. 전류 소모 및 출력 임피던스와 같은 푸시-풀 증폭기의 특성은 사용자가 푸시-풀 증폭기를 효과적으로 응용할 수 있도록 해준다.
따라서, 이러한 문제들은 푸시-풀 증폭기를 전자 회로에서의 출력 구동기로 사용하는 것을 제한하는데, 특히 전원으로 배터리(batteries)에 의존하는 휴대용 전자 장치에 사용되는 전자 회로에 있어서는 더욱 그러하다. 더욱이, 이러한 전자 회로는 임피던스가 변하는 부하를 구동할 때에는 안정적이고도 왜곡이 적은 출력이 구동될 필요가 있다.
따라서, 전류 소모를 감소시키기 위하여 출력 구동기가 저전압 전원에서 작동할 필요가 있다. 상기 필요성은 그러한 출력 구동기가 유효하고도 효과적으로 저전압 전원에서 작동하는 것으로 해결될 수 있다. 특히, 출력 구동기로서 기능하는 저전압 전원의 단일-단자 푸시-풀 증폭기로부터 안정적이고 왜곡이 적은 출력이 구동될 필요가 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 외부 임피던스 부하(external impedance load)를 구동하기 위한 출력 구동기가 제공된다. 제공된 출력 구동기는 입력 신호를 제어하여 상기 외부 임피던스 부하를 구동하기 위한 출력단(output stage) 및 전원을 상기 출력단으로 연결시키기 위한 임피던스 소자(impedance element)를 포함한다.
본 발명에 따른 출력 구동기(100)의 블록도가 제1도에 도시되어 있다. 본 발명에 따른 출력 구동기(100)은 출력단(110)과 임피던스 소자(120)을 포함한다. 전력은 상기 임피던스 소자(120)을 통하여 상기 출력단(110)으로 연결된 전원(power suply)(130)에 의하여 출력 구동기(100)에 제공된다.
출력단(110)은 전류 발생기(current generator)(114) 및 전류 복제기(current replicator)(116)와 연결되어 있는 입력 제어기(input controller)(112)를 포함한다. 입력 제어기(112)는 입력 신호원(input signal source)(140)으로부터의 입력 신호를 제어한다. 입력 신호로부터 유도된 입력 제어기(112)의 출력 신호는 외부 임피던스 부하(160)을 구동한다. 제1도에는 또한 기준 전압원(reference voltage source)(150)이 도시되어 있는데, 기준 전압원(150)은 상기 전류 발생기(114)와 연결되어 전류 발생기(114)의 정동작 출력 전류 레벨(quiescent output current level)을 결정한다.
출력 구동기(100)을 구현하기 위해서는 트랜지스터 및 저항과 같은 복수의 전자 소자가 필요하다. 제2도는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도시하고 있다.
임피던스 소자(120)은 상기 출력단(110)과 연결된 전류 조절용 저항(current modulating resistor)(230)을 포함한다. 상기 출력단(110) 내에서, 입력 제어기(112)는 제어 트랜지스터(210)을 포함한다. 제어 트랜지스터(210)은 제어 저항(220) 및 전류 발생 트랜지스터(222)를 포함하는 전류 발생기(114)와 연결되어 있다. 제어 트랜지스터(210)은 미러 트랜지스터(mirror transistor)(224) 및 전류 싱킹 트랜지스터(current sinking transistor)(226)을 포함하는 전류 복제기(116)와도 연결되어 있다.
본 기술 분야에 알려진 바와 같이, 미러 트랜지스터(224)는 미러 트랜지스터(224)와 전류 싱킹 트랜지스터(226)의 이미터 접합의 면적비(area ratio of the emitter junction)에 종속하는 복제된 전류 출력을 콜렉터(collector)로부터 제공한다.
다른 외부 부하 조건 아래에서, 출력 구동기(100)은 외부 임피던스 부하(160)으로 출력 신호들 제공하도록 동작할 것이다. 높은 임피던스를 갖는 외부 부하에 대해서는, 상기 전류 발생기(114) 및 전류 복제기(116)은 상기 높은 임피던스를 갖는 외부 부하로 일정한 정동작 출력 전류를 공급하는 전형적인 정전류 발생기(constant current generator)로서 기능한다. 그러나, 낮은 임피던스를 갖는 외부 부하에 대해서는, 상기 제어 트랜지스터(210)의 콜렉터와 이미터의 전류가 변화할 것이다. 상기 전류가 변함으로써 상기 전류 조절용 저항 양단의 전압도 또한 변하게 된다. 이에 따라, 상기 전류 조절용 저항(230)은 전류 발생 트랜지스터(222)의 정동작 출력 전류 레벨에 영향을 주고, 이어서 전류 복제기(116)으로의 전류 공급을 조절하게 된다.
제3도는 본 발명에 따른 출력 구동기(100)의 다른 실시예를 도시한 것이다.
제3도에 있어서, 신호 증폭기(200) 및 기준 전압원(150)을 포함하는 복수의 회로가 출력 구동기(100)와 연결되어 있다. 신호 증폭기(200)은 증폭 트랜지스터(250), 입력 결합 저항(252), 이미터 저항(254), 및 두 개의 트랜지스터(244, 246) 및 전류원 바이어스 저항(242)를 포함하는 전류원(280)을 포함한다. 입력 신호는 입력 결합 저항(252)를 통하여 증폭 트랜지스터(250)의 베이스(base)로 접속되어 있다. 상기 입력 신호는 단상 신호(single phase signal) 또는 2상 신호(two phase signal)일 수 있다.
주파수 변조된 무선 캐리어 신호(frequency modulated radio carrier signal)로부터 하향 주파수 변환된(down-converted) 중간 주파수 신호(intermediate frequency signal)와 같은 2상 신호는 통상적으로 정상 신호(positive phase signal) 및 역상 신호(negative phase signal)를 포함한다 기준 전압원(150)은 버퍼 트랜지스터(buffer transistor)(260) 및 이미터 바이어스 저항(emitter bias resistor)를 포함한다. 전압 기준 입력은 전류원(280) 및 전류 발생기(114)에 대하여 바이어스 레일(bias rail)을 제공하는 상기 버퍼 트랜지스터(260)의 베이스와 연결되어 있다. 본 실시예(30)은 예를 들어 집적 회로에 통합될 수 있는데, 이로 인하여 상기 출력 구동기(100)은 신호 증폭기 및 기준 전압원(150)과 함께 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 상에서 제작될 수 있다.
기존의 단일-단자 푸시-풀 출력 구동기는 전형적으로 4 내지 10 볼트의 전원에서 동작한다. 그러나, 기존의 단일-단자 푸시-풀 출력 구동기는 더 낮은 전압의 전원에서는 왜곡이 적은 출력 신호를 제공하지 못한다. 따라서, 상기 전류 조절용 저항(230)의 신규한 사용은 상기 출력 구동기(100)으로 하여금 4 내지 10 볼트의 전형적인 전원에서뿐만 아니라 2 내지 4 볼트의 더 낮은 전압의 전원에서도 효과적으로 동작할 수 있도록 해준다.
지금까지 낮은 전압의 전원에서 동작하고 외부 임피던스 부하(160)에 안정되고 왜곡이 적은 출력 구동을 제공하는 출력 구동기(100)이 제시되었다. 이러한 출력 구동기(100)은 저전압의 전원을 사용하므로 전원으로 배터리를 사용하는 전자 장치의 전류 소비를 감소시키고, 따라서 이러한 전원으로 배터리를 사용하는 전자 장치의 작동 시간(operating duration)을 연장시킨다.

Claims (8)

  1. 제1극성(polarity) 및 제2극성을 갖는 전원에 의하여 전력이 공급되고, 입력 신호를 제어하기 위한 출력단(output stage)을 가지며, 외부 임피던스 부하를 구동하기 위한 출력 구동기에 있어서, 상기 출력단은 입력 제어기, 전류 발생기, 및 전류 복제기를 포함하고, 상기 입력 제어기는 상기 전류 발생기 및 전류 복제기와 연결되어 있으며 상기 입력 신호를 제어하여 상기 외부 임피던스 부하에 출력 신호를 공급하기 위한 것이고, 상기 전류 발생기는 상기 전류 발생기의 정동작 출력 전류 레벨(quiescent output current level)을 결정하기 위한 기준 전압원과 연결되어 있으며, 상기 전원의 제1 극성과 연결된 제1노드(node), 및 상기 전류 발생기 및 상기 입력 제어기와 연결된 제2노드를 갖는 임피던스 소자를 포함하는 출력 구동기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전원은 1 볼트 내지 4 볼트인 출력 구동기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 소자는 전류 조절용 저항을 포함하는 출력 구동기.
  4. 입력 신호를 제어하여 외부 임피던스 부하를 구동하기 위한 출력단(output stage)을 포함하는 복수의 회로 단(circuit stage)을 갖는 출력 구동 회로에 있어서, 상기 출력단은 입력 제어기, 전류 발생기, 및 전류 복제기를 포함하고, 상기 입력 제어기는 상기 전류 발생기 및 상기 전류 복제기와 연결되어 상기 입력 신호를 제어하며, 전원의 제1극성과 연결된 제1노드, 및 상기 전류 발생기 및 상기 입력 제어기에 공통인 노드와 접속된 제2노드를 가지는 임피던스 소자를 포함하는 출력 구동 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전원은 1 볼트 내지 4 볼트인 출력 구동 회로.
  6. 제4항에 있어서, 상기 임피던스 소자는 전류 조절용 저항을 포함하는 출력 구동 회로.
  7. 단일-단자 푸시-풀 증폭기를 구비하며 입력 신호를 제어하여 임피단스가 작은 외부 임피던스 부하를 구동하기 위한 출력 구동 회로에 있어서, 1 볼트 내지 4 볼트의 전원이 상기 출력 구동기에 전력을 제공하고, 상기 단일-단자 푸시-풀 증폭기는 전류 발생기 및 입력 제어기를 포함하며, 상기 전원의 제1전극과 연결된 제1노드, 및 상기 단일-단자 푸시-풀 증폭기의 상기 전류 발생기 및 입력 제어기와 접속된 제2노드를 가지는 임피던스 소자를 포함하는 출력 구동 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 임피던스 소자는 전류 조절용 저항을 포함하는출력 구동 회로.
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