KR100284109B1 - 피크-피크 전압제어를 갖는 정밀 rc 발진기 - Google Patents

피크-피크 전압제어를 갖는 정밀 rc 발진기 Download PDF

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씨. 필립 채프맨
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Abstract

마이크로칩 내의 RC 발진기 회로(10)는 정확한 고전압레벨과 저전압레벨(V2와 V1) 사이에서 RC 네트워크의 캐패시터(14)의 충전 및 방전을 제어하기 위하여 출력이 직렬 RC 네트워크(22, 14)에 결합된 플립플롭(20)의 셋트 및 리셋트에 각각 출력이 결합된 제 1 및 제 2 비교기(16, 18)를 포함한다. 각 비교기의 일측입력은 RC 네트워크에 결합되는 반면에 제 2 입력은 각 수정된 고 한계전압과 저 한계전압레벨(Vh', Vl')에 결합되어 발진신호가 정확한 고전압 및 저전압레벨(Vh, Vl)를 초과하지 않는다. 발진기의 출력 주파수는 저전압레벨(Vl)의 상이한 값을 선택하므로서 조절될 수 있다.

Description

피크-피크 전압제어를 갖는 정밀 ＲＣ 발진기
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 마이크로 콘트롤러 칩(도시하지 않았음) 내에 배치된 RC 발진기의 약식 구성도.
도 2는 본 발명의 예시 발진신호를 보인 그래프.
본 발명은 발진기 회로와 발진신호를 발생하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 전압, 온도 및 프로세스 변화에 관계 없이 정밀한 전압 사이에서 정확히 발진하므로서 사전에 결정된 주파수에서 발진하는 RC 발진기 회로와 그 방법에 관한 것이다.
발진기 회로는 여러 전자분야에서 사용되고 있다. RC 발진기 회로는 통상적으로 직렬 저항-캐패시터(RC) 네트워크 사이의 연결부에 결합된 제어회로를 포함한다. 제어회로는 캐패시터의 양단에 나타나는 발진신호를 발생하기 위하여 저항을 통하여 캐패시터에 전압을 교대로 충전 또는 방전한다. 발진 주파수는 저항 및 캐패시터의 시정수에 의하여 결정된다.
RC 발진기를 구성하는 한가지 방법은 RC 네트워크의 캐패시터의 충전 및 방전을 제어하는 회로로서 내셔날 세미콘덕터(National Semiconductor)에서 제조된 공지의 NE 555 타이머(555 타이머)를 이용하는 것이 있다. 555 타이머는 세트/리셋트(SR) 플립-플롭과 제 1 및 제 2 비교기를 포함한다. 직렬 RC 네트워크 사이의 연결부는 각 비교기의 일측입력에 결합된다. 제 1 비교기의 타측 입력은 높은 한계전압 즉, 고 한계전압(Vh)을 수신토록 결합되는 반면에 제 2 비교기의 타측 입력은 낮은 한계전압, 즉, 저 한계전압(Vl)을 수신토록 결합된다. 제 1 비교기의 출력은 플립-플롭의 셋트입력에 결합되는 반면에 제 2 비교기의 출력은 플립-플롭의 리셋트 입력에 결합된다. 플립-플롭의 출력은 RC 네트워크의 저항에 결합된다.
작동에 있어서, 제 1 비교기는 플립-플롭을 셋트시켜 RC 발진신호가 사전에 결정된 고 한계전압을 초과할 때에 캐패시터를 통하여 전압의 방전을 시작하며, 제 2 비교기는 플립-플롭을 리셋트시켜 RC 발진신호가 사전에 결정된 저 한계전압의 이하로 떨어질 때에 캐패시터에 전압을 충전시키기 시작한다. 이러한 방법으로 캐패시터를 통하여 나타나는 신호는 RC 네트워크의 저항과 캐패시터의 값에 의하여 결정된 주파수로 고 한계전압과 저 한계전압 사이에서 발진한다.
그러나, 이러한 구성은 플립-플롭이 비교기의 하나의 스위칭에 응답하여 셋트(또는 리셋트)될 때에 RC 발진신호가 실질적으로 고 한계전압 이상으로 상승하거나(플립-플롭을 셋팅하는 경우) 또는 저 한계전압 이하로 떨어지는(플립-플롭을 리셋팅 하는 경우) 결점을 갖는다. 따라서, RC 발진신호가 요구된 고 한계전압과 저 한계전압 사이에서 정확히 발진하지 않으므로 발진 주파수에 변화가 나타난다. 정확한 발진신호가 요구될 때에 이러한 에러는 받아들여질 수 없다.
미국특허 제4 122 413호(Chen)에는 차이가 실질적으로 일정하게 유지되는 두 한계전압 사이세어 발진하는 싱글 핀 MOS RC 발진기가 기술되어 있다. RC 발진기 회로는 집적회로(IC)의 전원단자에 직렬로 연결된 외부저항과 캐패시터를 포함한다. IC는 캐패시터의 충방전을 제어한다. IC는 저항과 캐패시터의 연결부에 연결되고 캐패시터를 통하여 결합된 MOS 스위치를 포함한다. 스위치가 온일 때에 캐패시터의 전압은 저항을 통하여 방전될 것이다. 스위치가 오프될 때에 캐패시터는 저항을 통하여 충전된다. 또한 IC는 저항과 캐패시터 사이에 결합되고 유사하나 상이한 한계값을 갖는 한쌍의 인버터를 포함한다. IC의 논리회로는 이러한 인버터 쌍에 결합되고 캐패시터 전압이 양 인버터의 한계값 이하인 경우에 스위치가 ″오프″ 되고 캐패시터 전압이 양 한계값을 초과할 때에 스위치가 ″온″이 되게 구성되어 있다. 따라서, 상기 미국특허 제4 122 413호는 캐패시터의 전압이 RC 네트워크의 RC 시정수에 의하여 설정된 주파수로 인버터의 두 한계전압 사이에서 진동할 것임을 교시하고 있다. 그러나, 상기 미국특허 제4 122 413호에서 언급된 바와 같이 인버터의 한계전압은 정확하지 않고 변화한다. 그러나, 한계전압은 동일방향으로 변화할 것이므로 한계전압 사이의 차이는 실질적으로 일정하게 될 것이다. 따라서, 발진 주파수는 일정하게 된다.
발진기 분야에서 특별히 흥미 있는 한 영역은 마이크로 콘트롤러에 발진기를 사용하는 것이다. 종래에 대부분의 마이크로 콘트롤러 사용자들은 마이크로 콘트롤러에 정확한 클럭신호를 제공하는 외부 발진기를 신회하였다. 이러한 접근은 마이크로 콘트롤러에 정확한 클럭신호를 제공하는 잇점을 갖는 반면에 외부 발진기와 이에 관련된 구성요소가 마이크로 콘트롤러에 부가되는 것이 요구되므로 외부 클럭 소오스를 사용하는데 따른 코스트의 증가와 비효율적인 공간이용의 결점을 갖는다. 이와 같이, 발진기를 마이크로 콘트롤러 칩자체의 내부에 구성한다면 비용과 공간을 절감할 수 있는 잇점은 있다. 그러나, 당해 기술분야에 전문가라면 제조과정에 있어서 본질적인 프로세스 변화는 결국 부정확한 클럭출력 주파수를 갖는 발진기를 제조할 수 밖에 없음을 알 수 있다.
따라서, 정확한 고 한계전압 값과 저 한계전압 값 사이에서 정확히 발진하므로서 사전에 결정된 주파수로 발진하는 신호를 제공하는 반면에 온도, 전원 및 프로세스 변화에 무관한 내부 RC 발진기 회로를 갖는 마이크로 콘트롤러와 그 방법을 제공하는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은 정밀 내부 RC 발진기를 갖는 마이크로 콘트롤러와 이에 대한 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 디지탈 트리밍을 갖는 정밀 내부 RC 발진기가 구비된 마이크로 콘트롤러와 이에 대한 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 온도, 전압 및 프로세스 변화에 무관하게 정밀한 주파수 클럭신호를 제공하는 정밀 내부 RC 발진기를 갖는 마이크로 콘트롤러와 이에 대한 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 회로는 발진신호가 전원 전압 소오스로부터 발생된 제 1 및 제 2 전압 사이로 정확히 발진하도록 하므로서 직렬저항-캐패시터(RC) 네트워크를 통하여 사전에 결정된 주파수의 발진신호를 발생하기 위한 것으로, 발진 주파수가 RC 네트워크의 시정수와 제 1 및 제 2 전압 사이의 차이에 의하여 결정되는 것에 있어서, 발진신호의 전압이 제 1 한계전압을 초과할 때에 캐패시터를 통하여 전압을 방전하고 발진신호의 전압이 제 2 한계전압 이하로 떨어질 때에 캐패시터를 통하여 충전이 이루어지도록 하는 충전-방전수단, 캐패시터를 통하여 전압의 방전이 시작될 때에 발진신호의 제 1 표본추출 전압을 얻기 위하여 충전-방전 수단에 결합된 제 1 샘플링 수단, 제 1 한계전압을 제 1 전압 및 제 1 표본추출 전압 사이의 전압 차이에 의하여 수정된 제 1 전압이 되도록 조절하기 위하여 제 1 샘플링 수단에 결합된 제 1 보상수단, 캐패시터를 통한 전압의 충전이 시작될 때에 발진신호의 제 2 표본추출 전압을 얻기 위하여 충전-방전 수단에 결합된 제 2 샘플링 수단, 제 2 한계전압을 제 2 전압과 제 2 표본추출 전압 사이의 전압 차이에 의하여 수정된 제 2 전압이 되도록 조절하기 위하여 제 2 샘플링 수단에 결합된 제 2 보상수단과, 다수의 상이한 전압으로부터 제 2 전압을 선택하므로서 제 1 및 제 2 전압 사이의 전압 차이를 선택하기 위하여 제 2 보상수단에 결합된 차동전압 설정수단으로 구성된다. 충전-방전 수단이 캐패시터를 통한 전압의 충전과 방전을 제어하기 위하여 출력이 직렬 RC 네트워크에 결합된 플립플롭으로 구성된다.
제 1 샘플링 수단은 입력이 충전-방전 수단의 출력에 연결된 네거티브 트리거형 펄스 발생기와, 이 네거티브 트리거형 펄스 발생기로부터의 펄스수신에 응답하여 제 1 보상수단을 발진신호의 제 1 표본 추출전압에 순간적으로 결합시키기 위하여 네거티브 트리거형 펄스 발생기의 출력에 결합된 제 1 스위치 수단으로 구성된다. 마찬가지로, 제 2 샘플링 수단은 입력이 충전-방전 수단의 출력에 연결된 포지티브 트리거형 펄스 발생기와, 포지티브 트리거형 펄스 발생기로부터의 펄스 수신에 응답하여 제 2 보상수단을 발진신호의 제 2 표본추출 전압에 순간적으로 결합시키기 위하여 포지티브 트리거형 펄스 발생기의 출력에 결합된 제 2 스위치 수단으로 구성된다.
또한, 본 발명의 회로는 플립플롭을 셋트시키거나 리셋트 시키기 위하여 각각의 출력이 플립플롭의 제 1 및 제 2 입력에 결합된 제 1 및 제 2 비교기로 구성되고, 제 1 비교기는 그 비반전 입력으로부터 RC 네트워크의 저항과 캐패시터 사이의 접속점으로의 연결부를 가지며, 제 2 비교기는 그 반전입력으로부터 접속점으로의 연결부를 갖는다. 제 1 보상수단은 제 1 및 제 2 입력과 출력을 갖는 증폭기로 구성되며, 증폭기의 제 1 입력은 제 1 전압을 수신토록 결합되고, 증폭기의 출력은 제 1 비교기의 반전입력에 결합되며, 일측단부가 증폭기의 출력에 결합되고 타측단부가 증폭기의 제 2 입력에 결합된 캐패시터로 구성된다. 마찬가지로, 제 2 보상수단은 제 1 및 제 2 입력과 출력을 갖는 증폭기로 구성되며, 증폭기의 제 1 입력은 제 2 전압을 수신토록 결합되고, 증폭기의 출력이 제 2 비교기의 비반전 입력에 결합되며, 일측단부가 증폭기의 출력에 결합되고 타측단부가 증폭기의 제 2 입력에 결합된 캐패시터로 구성된다.
차동전압 설정수단은 입력이 전원전압 소오스에 결합되고 제 2 보상수단의 증폭기에 제 2 전압을 공급하는 출력을 갖는 멀티 플렉서로 구성된다. 이 멀티플렉서는 선택될 때에 멀티 플렉서로부터의 차동전압을 제 2 보상수단의 증폭기로 공급하는 다수의 입력탭을 갖는다. 아울러, 멀티플렉서는 다수의 입력탭 중에서 하나를 선택하기 위한 선택수단을 포함한다.
아울러, 본 발명의 방법은 발진신호가 전원전압 소오스로부터 발생된 제 1 및 제 2 전압 사이에서 정확히 발진토록 하므로서 직렬 저항-캐패시터(RC) 네트워크를 통하여 사전에 결정된 주파수의 발진신호를 발생하기 위한 것으로, 발진 주파수가 RC 네트워크의 시정수와 제 1 및 제 2 전압 사이의 차이에 의하여 결정되는 방법에 있어서, 이 방법이 발진신호의 전압이 제 1 한계전압을 초과할 때에 캐패시터를 통하여 전압을 방전하고 발진신호의 전압이 제 2 한계전압 이하로 떨어질 때에 캐패시터를 통하여 충전이 이루어지도록 하는 충전-방전 수단을 제공하는 단계, 캐패시터를 통하여 전압의 방전이 시작될 때에 발진신호의 제 1 표본추출 전압을 얻기 위하여 충전-방전 수단에 결합된 제 1 샘플링 수단을 제공하는 단계, 제 1 한계전압을 제 1 전압 및 제 1 표본추출 전압 사이의 전압 차이에 의하여 수정된 제 1 전압이 되도록 조절하기 위하여 제 1 샘플링 수단에 결합된 제 1 보상수단을 제공하는 단계, 캐패시터를 통한 전압의 충전이 시작될 때에 발진신호의 제 2 표본추출 전압을 얻기 위하여 충전-방전 수단에 결합된 제 2 샘플링 수단을 제공하는 단계, 제 2 한계전압을 제 2 전압과 제 2 표본추출 전압 사이의 전압 차이에 의하여 수정된 제 2 전압이 되도록 조절하기 위하여 제 2 샘플링 수단에 결합된 제 2 보상수단을 제공하는 단계와, 다수의 상이한 전압으로부터 제 2 전압을 선택하므로서 제 1 및 제 2 전압 사이의 전압 차이를 선택하기 위하여 제 2 보상수단에 결합된 차동전압 설정수단을 제공하는 단계로 구성된다. 충전-방전 수단이 캐패시터를 통한 전압의 충전과 방전을 제어하기 위하여 출력이 직렬 RC 네트워크에 결합된 플립플롭으로 구성된다.
제 1 샘플링 수단을 제공하는 단계는 입력이 충전-방전 수단의 출력에 연결된 네거티브 트리거형 펄스 발생기를 제공하는 단계와, 이 네거티브 트리거형 펄스 발생기로부터의 펄수수신에 응답하여 제 1 보상수단을 발진신호의 제 1 표본추출 전압에 순간적으로 결합시키기 위하여 네거티브 트리거형 펄스 발생기의 출력에 결합된 제 1 스위치 수단을 제공하는 단계로 구성된다. 마찬가지로, 제 2 샘플링 수단을 제공하는 단계는 입력이 충전-방전 수단의 출력에 연결된 포지티브 트리거형 펄스 발생기를 제공하는 단계와, 포지티브 트리거형 펄스 발생기로부터의 펄스 수신에 응답하여 제 2 보상수단을 발생신호의 제 2 표본추출 전압에 순간적으로 결합시키기 위하여 포지티브 트리거형 펄스 발생기의 출력에 결합된 제 2 스위치 수단을 제공하는 단계로 구성된다.
또한, 본 발명의 방법은 플립플롭을 셋트 시키거나 리셋트 시키기 위하여 각각의 출력이 플립플롭의 제 1 및 제 2 입력에 결합된 제 1 및 제 2 비교기를 제공하는 단계를 포함하고, 제 1 비교기는 그 비반전 입력으로부터 RC 네트워크의 저항과 캐패시터 사이의 접속점으로의 연결부를 가지며, 제 2 비교기는 그 반전입력으로부터 접속점으로의 연결부를 갖는다. 제 1 보상수단은 제공하는 단계는 제 1 및 제 2 입력과 출력을 갖는 증폭기를 제공하는 단계로 구성되며, 증폭기의 제 1 입력은 제 1 전압을 수신토록 결합되고, 증폭기의 출력은 제 1 비교기의 반전입력에 결합되며, 일측단부가 증폭기의 출력에 결합되고 타측단부가 증록기의 제 2 입력에 결합된 캐패시터를 제공하는 단계로 구성된다. 마찬가지로, 제 2 보상수단을 제공하는 단계는 제 1 및 제 2 입력과 출력을 갖는 증폭기를 제공하는 단계로 구성되며, 증폭기의 제 1 입력은 제 2 전압을 수신토록 결합되고, 증폭기의 출력이 제 2 비교기의 비반전입력에 결합되며, 일측단부가 증폭기의 출력에 결합되고 타측단부가 증폭기의 제 2 입력에 연결된 캐패시터를 제공하는 단계로 구성된다.
차동전압 설정수단은 입력이 전원전압 소오스에 결합되고 제 2 보상수단의 증폭기에 제 2 전압을 공급하는 출력을 갖는 멀티 플렉서로 구성된다. 아울러 멀티플렉서는 선택될 때에 멀티플렉서로부터의 차동전압을 제 2 보상수단의 증폭기로 공급하는 다수의 입력탭을 갖는다.
도 1에는 피크-피크 전압제어를 갖는 정밀 RC 발진기(이후 간단히 발진기라 함)(10)가 도시되어 있다. 이 발진기(10)는 마이크로 콘트롤러(도시하지 않았음)와 함께 칩 내에 배치되며, 이는 외부의 별도 발진기가 본 발명의 마이크로 콘트롤러에 요구되지 않으므로 본 발명의 주요부분이다. 발진기(10)는 사전에 결정된 정확한 전압레벨 사이, 예를 들어 사전에 결정된 제 1 및 제 2 또는 고전압 및 저전압(Vh와 Vl) 사이에서 정확히 발진하므로서 사전에 결정된 주파수의 발진신호를 발생한다. 발진기(10)는 고전압 값과 저전압 값(Vh 및 Vl) 사이에서 정확히 발진하는 발진신호를 회로 접속점(12)(즉, 캐패시터 14 측)에서 발생한다. 발진 주파수는 부분적으로 저항(22)과 캐패시터(14)의 RC 시정수에 의하여 결정되며, 이 발진 주파수는 저항(22)과 캐패시터(14)의 저항값과 용량값을 곱한 것에 반비례한다. 또한 발진 주파수는 접속점(12)에서 발진신호가 이들 전압 사이에서 피크-피크로 정확히 교차하므로 고전압과 저전압(Vh와 Vl) 사이의 차이에 의하여 영향을 받는다. 특히, 저항(22)과 캐패시터(14)의 어느 주어진 RC 시정수에서, Vh와 Vl 사이의 전압 차이가 낮아질 때에 발진 주파수는 증가하고 반대로 전압 차이가 높아질 때에는 발진 주파수가 감소한다.
발진기(10)는 비교기(16)(18)와 SR 플립플롭(20)을 포함하며 이들 모두는 통상적인 555 타이머의 구성요소로 구성된다. 비교기(16)(18)는 각 출력이 SR 플립플롭(20)의 셋트 및 리셋트 입력에 결합되고 이들은 발진기(10)의 충전-방전부로서 간주될 수 있다. 캐패시터(14)와 저항(22)으로 구성된 RC 네트워크의 연결부인 회로 접속점(12)은 비교기(16)의 비반전입력과 비교기(18)의 반전입력에 결합된다. 비교기(16)의 반전입력은 고 한계전압(Vh')로 나타낼 수 있는 고전압(Vh)의 수정버전을 수신토록 결합된다. 마찬가지로, 비교기(18)의 비반전입력은 저한계전압(Vl')로 나타낼 수 있는 저전압(Vl)의 수정버전을 수신토록 결합된다.
반전출력 플립플롭(20)이 저항(22)을 통하여 회로 접속점(12)에 결합된다. 플립플롭(20)의 출력은 플립플롭의 셋트 또는 리셋트 상태에 따라서 플립플롭(20)에 인가된 전원전압 사이, 예를 들어 Vdd와 Vss의 전압 사이로 전환한다. 예를 들어, 플립플롭(20)이 셋트될 때에 플립플롭(20)의 반전출력은 논리 ″1″로부터 논리 ″0″로 전환되어 전압 Vdd로부터 전압 Vss로 변환한다.
비록 이 우선 실시형태가 플립플롭(20)의 반전출력을 이용하고 있으나, 플립플롭(20)의 비반전출력(도시하지 않았음)이 사용될 수 있으며 비교기(16)(18)로부터 플립플롭(20)의 셋트 및 리셋트 입력으로의 연결을 바뀌어질 수 있다. 또한 각 비교기(16)(18)의 입력은 이들의 각 출력에서 반대극성을 보이도록 서로 바뀔 수 있다.
비교기(10)는 제 1 샘플링 부분과 제 1 보상부분으로 구성되는 제 1 전압수정 부분을 포함한다. 마찬가지로, 발진기(10)는 제 2 샘플링 부분과 제 2 보상부분으로 구성되는 제 2 전압 수정부분을 포함한다. 제 1 및 제 2 전압수정부는 플립프롭(20)이 절환될 때에 회로접속점(12)에 나타나는 발진신호의 오우버 슈트(전압 Vh의) 또는 언더슈트(전압 Vl의)에 각각 기초하여 비교기(16)(18)에 인가되는 수정 고 한계전압과 저 한계전압(Vh' 및 Vl')을 발생한다. 특히 제 1 전압 수정부분은 수정된 고 한계전압 Vu'를 발생하여 비교기(16)의 반전입력에 인가하여 플립플롭(20)이 수정된 고 한계전압 Vh'를 발생하여 비교기(16)의 반전입력에 인가하여 플립플롭(20)이 수정된 고 한계전압 Vh'를 초과하는 발진신호에 응답하여 실질적으로 절환될 때에 발진신호가 사전에 결정된 고전압 Vh와 동일하게 된다. 마찬가지로 제 2 전압 수정부는 수정된 저 한계전압 Vl'를 발생하여 비교기(18)의 비반전 입력에 인가하므로서 플립플롭(20)이 수정된 저 한계전압 Vl' 이하로 떨어진 발진신호에 응답하여 실질적으로 절환될 때에 발진신호가 사전에 결정된 저전압 Vl과 동일하게 된다. 이와 같은 방식으로, 본 발명은 전압 Vl과 Vh 사이에서 발진하는 신호가 회로접속점(12)에 나타나도록 한다. 이로써 회로접속점(12)에서의 신호는 사전에 결정된 일정한 주파수로 발진한다. 이미 언급된 바와 같이, 제 1 전압 수정부분은 제 1 샘플링부분과 제 1 보상부분을 포함한다. 제 1 샘플링 부분은 입력이 충전-방전 부분 또는 플립-플롭(20)의 출력에 연결된 네거티브 트리거형 펄스발생기(24)와, 네거티브 트리거형 펄스발생기(24)로부터의 펄스수신에 응답하여 제 1 보상부분을 발진신호의 제 1 표본추출 전압에 순간적으로 결합하기 위하여 네거티브 트리거형 펄스발생기(24)의 출력에 결합된 제 1 스위치부분(26)으로 구성된다. 네거티브 트리거형 펄스 발생기(24)의 출력에 결합된 제 1 스위치 부분(26)으로 구성된다. 네거티브 트리거형 펄스발생기(24)는 그 입력에서 플립플롭(20)의 출력신호의 하강엣지의 수신에 응답하여 약 2-5 노나초의 출력 펄스를 제공한다. 네거티브 트리거형 펄스발생기(24)와 같은 펄스발생기는 당해 기술분야의 전문가에게는 잘 알려진 것이다. 제 1 보상부분은 증폭기(30)와 캐패시터(28)로 구성된다. 증폭기(30)의 제 1 입력은 제 1 또는 고전압(Vh)를 수신토록 결합되고 증폭기(30)의 출력은 제 1 비교기(16)의 반전입력에 결합된다. 캐패시터(28)는 일측단부가 증폭기(30)의 출력에 결합되며 타측단부가 증폭기(30)의 제 2 입력에 결합된다.
작동에 있어서, 증폭기(30)가 그 반전 및 비반전 입력에서 나타나는 전압을 동일하게 유지하므로 증폭기(30)는 피드백 캐패시터(28)를 갖는 단일이득 구성에 결합되어 캐패시터(28)의 양단에 나타는 전압은 Vh'와 Vh 사이의 전압 차이이다. 또한 전압 Vh'는 초기에 전압 Vh와 동일하게 셋트된다. 그러나, 플립플롭(20)이 논리하이로부터 논리로우로 절환될 때에 스위치(26)는 순간적으로 폐쇄되어(네거티브 트리거형 펄스발생기 24에 의하여) 회로 접속점(12)을 캐패시터(28)의 제 1 단자에 연결한다. 이로서 회로접속점(12)에 나타나는 전압의 샘플(즉, 발진신호의 전압)이 캐패시터(28)의 제 1 단자에 나타나도록 한다. 따라서, 캐패시터(28)의 양단전압은 회로 접속점(12)에서 표본추출된 전압과 전압 Vh 사이의 차이만큼 변화하여 캐피시터의 양단전압은 Vh〉 인 경우에 보다 큰 포지티브의 값을 가질 것이며(회로접속점 12의 전압) Vh〈 인 경우에는 보다 작은 포지티브의 값을 가질 것이다(회로접속점 12의 전압). 이러한 방식으로 캐패시터(28)는 이러한 전압 차이를 효과적으로 저장한다. 더우기 표본추출 시간에서 Vh= 일 때에(회로접속점 12의 전압) 캐패시터(28)의 전압은 변하지 아니하며 오우버슈트 상태가 보정될 것이다.
특히, 발진신호가 전압 Vh를 오우버슈트 할 때에 캐패시터(28)의 제 1 단자에 나타나는 제 1 표본추출 전압은 Vh 보다 클 것이다. 따라서, 증폭기(30)는 전압 오우버슈트의 양만큼 캐패시터(28)의 전압을 낮추어 전압 Vh'를 낮추므로서 응답할 것이다. 환언컨데, 증폭기(30)는 회로접속점(12)의 제 1 표본추출 전압과 전압 Vh 사이의 전압 차이와 동일한 수정된 고 한계전압 Vh'를 발생하여 이 전압 Vh'를 비교기(16)에 인가한다. 더우기 표본추출 시간이 매우 짧으므로(즉, 2-5 노나초 정도) 진동신호가 오우버슈트 없이 고전압 Vh에 정확히 이르기 전에 개시 싯점으로부터 약간의 반복이 일어난다. 그러나, 이후에 비교기(16)는 회로접속점(12)의 전압이 전압 Vh'를 초과할 때에 절환되어 실제로 플립플롭(20)이 절환되어 회로 접속점(12)의 전압을 방전하기 시작할 때에 회로 접속점(12)의 전압은 Vh의 요구된 고전압에 정확하고 정밀하게 도달한다.
마찬가지로, 이미 언급된 바와 같이, 제 2 전압 수정부분은 제 2 샘플링부분과 제 2 보상부분을 포함한다. 제 2 샘플링부분은 입력이 충전-방전부분 또는 플립플롭(20)의 출력에 연결된 포지티브 트리거형 펄스발생기(32)와, 포지티브 트리거형 펄스 발생기(32)로부터의 펄스수신에 응답하여 제 2 보상을 발진신호의 제 2 표본 추출전압에 순간적으로결합하기 위하여 포지티브 트리거형 펄스발생기(32)의 출력에 결합된 제 2 스위치부분 또는 단순히 스위치(34)로 구성된다. 포지티브 트리거형 펄스 발생기(32)는 그 입력에서 플립플롭(20)로부터 출력신호의 상승 엣지의 수신에 응답하여 약 2-5 노나초의 출력펄스를 제공한다. 포지티브 트리거형 펄스발생기(32)와 같은 펄스발생기는 당해 기술분야의 전문가에게는 잘 알려져 있는 것이다. 제 2 보상부분은 증폭기(38)와 캐패시터(36)로 구성된다. 증폭기(38)의 제 1 입력은 제 2 또는 저전압(Vl)을 수신토록 결합되고, 증폭기(38)의 출력은 제 2 비교기(18)의 비반전입력에 결합된다. 캐패시터(36)는 일측단부가 증폭기(38)의 출력에 결합되고 타측단부가 증폭기(38)의 제 2 입력에 결합된다.
증폭기(30)에 유사하게, 증폭기(38)는 피드백 캐패시터(36)의 단일 이득구성에 결합되어 캐패시터(36)의 양단전압이 Vi과 Vl 사이의 전압 차이가 된다. 더우기 전압 Vl'는 초기에 전압 Vl과 동일하게 설정된다. 플립플롭(20)이 논리로우로부터 논리하이로 절환될 때에 스위치(34)가 순간적으로 폐쇄되어(포지티브 트리거형 펄스발생기 32에 의하여) 회로접속점(12)을 캐패시터(36)의 제 1 단자에 연결한다. 이는 회로접속점(12)에 나타나는 전압의 샘플이 캐패시터(36)의 제 1 단자에 나타나도록 한다. 앙울러, 캐패시터(36)의 양단전압은 회로접속점(12)과 전압 Vl에서 표본추출된 전압 사이의 차이만큼 변화할 것이며, 캐패시터(36)가 이 전압차이를 효과적으로 저장한다. 예를 들어, 발진신호가 전압 Vl에서 표본추출된 전압 사이의 차이만큼 변화할 것이며, 캐패시터(36)가 이 전압 차이를 효과적으로 저장한다. 예를 들어, 발진신호가 전압 Vl을 언더슈트할 때에 캐패시터(36)의 제 1 단자에 나타나는 표본 추출전압은 전압 Vl 보다 작을 것이다. 따라서, 증폭기(38)는 캐패시터(36)의 전압을 증가시키고 제 2 표본추출 전압과 전압 Vl 사이의 전압 차이와 동일한 전압량만큼 전압 Vl'을 증가시켜 응답하고 이 전압을 비교기(18)에 인가할 것이다. 다시, 표본추출 시간은 매우 짧으므로(즉, 2∼5 노나초) 언더슈트 없이 발진신호가 정확히 저전압 Vl에 이르기 전에 약간의 반복이 일어날 것이다. 이후에 회로접속점(12)의 전압이 전압 Vl'를 초과할 때에 비교기(18)가 절환되어 플립플롭(20)이 실질적으로 절환되고 회로접속점(12)에서 전압을 충전하기 시작할 때에 회로접속점(12)의 전압은 정확히 요구된 저전압 Vl에 이르게 된다.
이상 언급된 발진기(10)의 부분은 저전압 Vl과 고전압 Vh 사이의 사전에 결정된 주파수로 발진하는 신호를 제공한다. 발진신호의 주파수는 저항(22)과 캐패티서(14)의 RC 시정수와 전압 Vl 및 Vh 사이의 전압 차이의 함수이므로 이 전압 차이를 제어하므로서 발진기(10)로부터의 발진신호의 주파수를 제어할 것이다. 이와 같이 차동전압 설정부분은 다수의 차동전압으로부터 제 2, 즉 저전압(Vl)을 선택하여 제 1 또는 고전압(Vh)과 제 2 또는 저전압(Vl) 사이의 전압차를 선택하기 위하여 제공된다. 차동전압 설정부분은 입력이 전원전압소오스(Vdd)에 결합되고 제 2 보상부분의 증폭기(38)에 제 2 또는 저전압(Vl)을 공급하는 출력을 갖는 멀티플렉서(40)로 구성된다. 멀티플렉서(40)는 선택되었을 때에 각각 멀티플렉서(40)로부터의 차동전압을 증폭기(38)에 공급하는 다수의 입력탭(44)을 갖는다. 멀티플렉서(40)는 다수의 입력탭(44) 중에서 하나를 선택하기 위한 선택 또는 디지탈 조절부(42)를 포함한다. 디지탈 조절부(42)는 멀티플렉서(40)에 대한 n라인의 디지탈 데이타라인으로 구성된다. 이와 같이 디지탈 조절부(42)는 RO로부터 R(2n-1)으로 2n입력탭(44)을 어드레스할 수 있다. 각 입력탭(44) 사이에는 멀티플렉서(40)에 차동전압 레벨을 제공토록 다른 저항(46)이 연결되어 있다. 또한 전압소오스 Vdd와 접지부 사이에 저항(48)(50)이 연결되어 있다. 디지탈 조절부(42)으 데이타는 요구된 바에 따라서 마이크로 콘트롤러칩 또는 다른 소오스로부터 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 발진신호를 보인 그래프를 보인 것으로, 신호가 사전에 결정된 고전압 Vh과 저전압 Vl 사이에서 발진한다.
이상의 본 발명이 그 우선 실시형태로 설명되었으나 본 발명은 그 기술사상이나 범위를 벗어남이 없이 수정이 가능하다.

Claims (20)

  1. 발진신호가 전원 전압 소오스로부터 발생된 제 1 및 제 2 전압 사이로 정확히 발진하도록 하므로서 직렬저항-캐패시터(RC) 네트워크를 통하여 사전에 결정된 주파수의 발진신호를 발생하기 위한 것으로, 발진 주파수가 RC 네트워크의 시정수와 제 1 및 제 2 전압 사이의 차이에 의하여 결정되는 것에 있어서, 발진신호의 전압이 제 1 한계전압을 초과할 때에 캐패시터를 통하여 전압을 방전하고 발진신호의 전압이 제 2 한계전압 이하로 떨어질 때에 캐패시터를 통하여 상기 전압의 충전이 이루어지도록 하는 충전-방전수단, 캐패시터를 통하여 상기 전압의 방전이 시작될 때에 발진신호의 제 1 표본추출 전압을 얻기 위하여 상기 충전-방전 수단에 결합된 제 1 샘플링 수단, 상기 제 1 한계전압을 제 1 전압 및 제 1 표본추출 전압 사이의 전압 차이에 의하여 수정된 제 1 전압이 되도록 조절하기 위하여 상기 제 1 샘플링 수단에 결합된 제 1 보상수단, 캐패시터를 통한 상기 전압의 충전이 시작될 때에 발진신호의 제 2 표본추출 전압을 얻기 위하여 상기 충전-방전 수단에 결합된 제 2 샘플링 수단, 상기 제 2 한계전압을 제 2 전압과 제 2 표본추출 전압 사이의 전압 차이에 의하여 수정된 제 2 전압이 되도록 조절하기 위하여 상기 제 2 샘플링 수단에 결합된 제 2 보상수단과, 다수의 상이한 전압으로부터 제 2 전압을 선택하므로서 제 1 및 제 2 전압 사이의 전압 차이를 선택하기 위하여 상기 제 2 보상수단에 결합된 차동전압 설정수단으로 구성됨을 특징으로 하는 피크-피크 전압제어를 갖는 정밀 RC 발진기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 충전-방전 수단이 캐패시터를 통한 상기 전압의 충전과 방전을 제어하기 위하여 출력이 직렬 RC 네트워크에 결합된 플립플롭으로 구성됨을 특징으로 하는 회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 샘플링 수단이 입력이 상기 충전-방전 수단의 출력에 연결된 네거티브 트리거형 펄스 발생기와, 상기 네거티브 트리거형 펄스 발생기로부터의 펄스수신에 응답하여 상기 제 1 보상수단을 발진신호의 상기 제 1 표본추출 전압에 순간적으로 결합시키기 위하여 상기 네거티브 트리거형 펄스 발생기의 출력에 결합된 제 1 스위치 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 샘플링 수단이 입력이 상기 충전-방전 수단의 출력에 연결된 포지티브 트리거형 펄스 발생기와, 상기 포지티브 트리거형 펄스 발생기로부터의 펄스수신에 응답하여 상기 제 2 보상수단을 발진신호의 상기 제 2 표본추출 전압에 순간적으로 결합시키기 위하여 상기 포지티브 트리거형 펄스 발생기의 출력에 결합된 제 2 스위치 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 회로.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 플립플롭을 셋트시키거나 리셋트 시키기 위하여 각각의 출력이 상기 플립플롭의 제 1 및 제 2 입력에 결합된 제 1 및 제 2 비교기로 구성되고, 상기 제 1 비교기는 그 비반전 입력으로부터 RC 네트워크의 저항과 캐패시터 사이의 접속점으로의 연결부를 가지며, 상기 제 2 비교기는 그 반전입력으로부터 접속점으로의 연결부를 가짐을 특징으로 하는 회로.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 보상수단은 제 1 및 제 2 입력과 출력을 갖는 증폭기로 구성되며, 상기 증폭기의 상기 제 1 입력은 제 1 전압을 수신토록 결합되고, 상기 증폭기의 상기 출력은 상기 제 1 비교기의 반전입력에 결합되며, 일측단부가 증폭기의 출력에 결합되고 타측단부가 증폭기의 제 2 입력에 결합된 캐패시터로 구성됨을 특징으로 하는 회로.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 보상수단은 제 1 및 제 2 입력과 출력을 갖는 증폭기로 구성되며, 상기 증폭기의 상기 제 1 입력은 제 2 전압을 수신토록 결합되고, 상기 증폭기의 상기 출력이 상기 제 2 비교기의 비반전 입력에 결합되며, 일측단부가 증폭기의 출력에 결합되고 타측단부가 증폭기의 제 2 입력에 결합된 캐패시터로 구성됨을 특징으로 하는 회로.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 차동전압 설정수단은 입력이 전원전압 소오스에 결합되고 상기 제 2 보상수단의 상기 증폭기에 제 2 전압을 공급하는 출력을 갖는 멀티 플렉서로 구성됨을 특징으로 하는 회로.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 멀티플렉서가 선택될 때에 상기 멀티 플렉서로부터의 차동전압을 상기 제 2 보상수단의 상기 증폭기로 공급하는 다수의 입력탭을 가짐을 특징으로 하는 회로.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 멀티플렉서가 상기 다수의 입력탭중에서 하나를 선택하기 위한 선택수단을 포함하고, 상기 회로가 마이크로 콘트롤러와 함께 칩에 배치됨을 특징으로 하는 회로.
  11. 발진신호가 전원전압 소오스로부터 발생된 제 1 및 제 2 전압 사이에서 정확히 발진토록 하므로서 직렬 저항-캐패시터(RC) 네트워크를 통하여 사전에 결정된 주파수의 발진신호를 발생하기 위한 것으로, 발진 주파수가 RC 네트워크의 시정수와 제 1 및 제 2 전압 사이의 차이에 의하여 결정되는 방법에 있어서, 이 방법이 발진신호의 전압이 제 1 한계전압을 초과할 때에 캐패시터를 통하여 전압을 방전하고 발진신호의 전압이 제 2 한계전압 이하로 떨어질 때에 캐패시터를 통하여 상기 전압의 충전이 이루어지도록 하는 충전-방전 수단을 제공하는 단계, 캐패시터를 통하여 상기 전압의 방전이 시작될 때에 발진신호의 제 1 표본추출 전압을 얻기 위하여 상기 충전-방전 수단에 결합된 제 1 샘플링 수단을 제공하는 단계, 제 1 한계전압을 제 1 전압 및 상기 제 1 표본추출 전압 사이의 전압 차이에 의하여 수정된 제 1 전압이 되도록 조절하기 위하여 상기 제 1 샘플링 수단에 결합된 제 1 보상수단을 제공하는 단계, 캐패시터를 통한 상기 전압의 충전이 시작될 때에 발진신호의 제 2 표본추출 전압을 얻기 위하여 상기 충전-방전 수단에 결합된 제 2 샘플링 수단을 제공하는 단계, 상기 제 2 한계전압을 제 2 전압과 상기 제 2 표본추출 전압 사이의 전압 차이에 의하여 수정된 상기 제 2 전압이 되도록 조절하기 위하여 상기 제 2 샘플링 수단에 결합된 제 2 보상수단을 제공하는 단계와, 다수의 상이한 전압으로부터 제 2 전압을 선택하므로서 제 1 및 제 2 전압 사이의 전압 차이를 선택하기 위하여 제 2 보상수단에 결합된 차동전압 설정수단을 제공하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 발진신호의 발생방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 충전-방전 수단이 캐패시터를 통한 상기 전압의 충전과 방전을 제어하기 위하여 출력이 직렬 RC 네트워크에 결합된 플립플롭으로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 샘플링 수단을 제공하는 단계는 입력이 상기 충전-방전 수단의 출력에 연결된 네거티브 트리거형 펄스 발생기를 제공하는 단계와, 상기 네거티브 트리거형 펄스 발생기로부터의 펄수수신에 응답하여 상기 제 1 보상수단을 발진신호의 상기 제 1 표본추출 전압에 순간적으로 결합시키기 위하여 상기 네거티브 트리거형 펄스 발생기의 출력에 결합된 제 1 스위치 수단을 제공하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 샘플링 수단을 제공하는 단계는 입력이 상기 충전-방전 수단의 출력에 연결된 포지티브 트리거형 펄스 발생기를 제공하는 단계와, 상기 포지티브 트리거형 펄스 발생기로부터의 펄스수신에 응답하여 상기 제 2 보상수단을 발생신호의 상기 제 2 표본추출 전압에 순간적으로 결합시키기 위하여 상기 포지티브 트리거형 펄스 발생기의 출력에 결합된 제 2 스위치 수단을 제공하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 플립플롭을 셋트 시키거나 리셋트 시키기 위하여 각각의 출력이 상기 플립플롭의 제 1 및 제 2 입력에 결합된 제 1 및 제 2 비교기를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 비교기는 그 비반전 입력으로부터 RC 네트워크의 저항과 캐패시터 사이의 접속점으로의 연결부를 가지며, 상기 제 2 비교기는 그 반전입력으로부터 접속점으로의 연결부를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 보상수단을 제공하는 단계는 제 1 및 제 2 입력과 출력을 갖는 증폭기를 제공하는 단계로 구성되며, 상기 증폭기의 상기 제 1 입력은 제 1 전압을 수신토록 결합되고, 상기 증폭기의 상기 출력은 상기 제 1 비교기의 반전입력에 결합되며, 일측단부가 증폭기의 출력에 결합되고 타측단부가 증록기의 제 2 입력에 결합된 캐패시터를 제공하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 보상수단을 제공하는 단계는 제 1 및 제 2 입력과 출력을 갖는 증폭기를 제공하는 단계로 구성되며, 상기 증폭기의 상기 제 1 입력은 제 2 전압을 수신토록 결합되고, 상기 증폭기의 상기 출력이 상기 제 2 비교기의 비반전입력에 결합되며, 일측단부가 증폭기의 출력에 결합되고 타측단부가 증폭기의 제 2 입력에 연결된 캐패시터를 제공하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 차동전압 설정수단은 입력이 전원전압 소오스에 결합되고 상기 제 2 보상수단의 상기 증폭기에 제 2 전압을 공급하는 출력을 갖는 멀티 플렉서로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 멀티플렉서는 선택될 때에 멀티플렉서로부터의 차동전압을 상기 제 2 보상수단의 상기 증폭기로 공급하는 다수의 입력탭을 가짐을 특징으로 하는 방법.
  20. 발진신호가 전원전압 소오스로부터 발생된 제 1 및 제 2 전압 사이에서 정확히 발진하도록 하여 직렬 저항-캐패시터(RC)를 통하여 사전에 결정된 발진신호를 발생하기 위한 회로로서, 발진 주파수가 RC 네트워크의 시정수와 제 1 및 제 2 전압 사이의 차이에 의하여 결정되고, 이 회로가 플립플롭을 셋트 및 리셋트 시키기 위하여 각각의 출력이 플립플롭의 제 1 및 제 2 입력에 결합된 제 1 및 제 2 비교기를 포함하며, 플립플롭의 출력이 캐패시터를 통한 전압의 충전과 방전을 제어하기 위하여 직렬 RC 네트워크에 결합되고, 직렬 RC 네트워크의 연결부가 제 1 및 제 2 비교기의 입력에 결합된 것에 있어서, 이 회로가 제 1 전압을 수신하고 제 1 비교기의 타측입력에 제 1 전압의 수정버전을 인가하여 발진신호가 정확히 제 1 전압에 이르기 전에 제 1 비교기가 절환되게 하므로서 발진신호가 플립플롭의 절환시에 정확히 제 1 전압에 이르도록 하는 제 1 전압 수정수단, 제 2 전압을 수신하고 제 2 비교기의 타측입력에 제 2 전압의 수정버전을 인가하여 발진신호가 정확히 제 2 전압에 이르기 전에 제 2 비교기가 절환되게 하므로서 발진신호가 플립플롭의 절환시에 정확히 제 2 전압에 이르도록 하는 제 2 전압 수정수단과, 다수의 상이한 전압으로부터 제 2 전압을 선택하므로서 제 1 및 제 2 전압 사이의 전압차이를 선택할 수 있도록 상기 제 2 전압 수정수단에 결합된 차동전압 설정수단으로 구성되고, 상기 회로가 마이크로 콘트롤러와 함께 칩에 배치됨을 특징으로 하는 발진신호의 발생회로.
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