KR100431629B1 - 고속전류 스위치의 기준전압생성회로 - Google Patents

고속전류 스위치의 기준전압생성회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속으로 스위칭을 교번되게 실행하는 고속전류스위치와, 상기 고속전류스위치의 일단에 연결되어 피드백기능을 이용하여 일정한 제1 기준전압(vt)을 공급하는 제1 기준전압공급부와, 상기 고속전류스위치의 다른 일단에 연결되어 피드백기능을 이용하여 일정한 제2 기준전압(vb)을 공급하는 제2 기준전압공급부와, 상기 제1 및 제2 기준전압공급부의 각각에 피드백기능을 통해 정전압을 생성하여 공급하는 정전압생성부를 포함하는 고속전류스위치의 기준전압생성회로를 제공한다.
상기와 같은 본 발명은 고속전류스위치의 전단에 정전압을 생성할 수 있는 op앰프를 다단계로 연결하여 고속전류스위치에 일정한 기준전압을 공급하므로써, 고속전류 스위치가 안정적인 전류를 방출할 수 있게 하므로 그에 따라 고속전류스위치의 동작 안정성을 극대화 함은 물론 노이즈 환경에서도 고속전류스위치의 양단에 안정적인 일정전압을 공급하게 되므로 그에 따라 고속전류스위치의 노이즈특성도 상당히 향상된다.

Description

고속전류 스위치의 기준전압생성회로{reference voltage generating circuit of the high speed current switch}
본 발명은 고속전류 스위치의 기준전압생성회로에 관한 것으로, 특히 고속전류스위치의 전단에 정전압을 생성할 수 있는 op앰프를 다단계로 연결하여 고속전류스위치에 일정한 기준전압을 공급하는 고속전류 스위치의 기준전압생성회로에 관한 것이다.
일반적으로 과학문명이 발전함에 따라 사람들의 편리를 도모하기 위한 다수의 전기 혹은 전자장치들이 개발되어 사용되고 있는데, 예를 들어 LCD모니터나 컴퓨터 및 영상표시장치 등 다양한 장치들이 현재 개발되어 사용되고 있다.
그런데, 이와같은 전기 혹은 전자장치들은 그 본래의 기능을 실현시키기위해 다수의 전자회로가 내장되어 있는데, 이러한 전자회로를 그 용도별로 작동시키기위하여 보통 다수의 스위치들이 사용되고 있다. 예를들어, 상기 영상표시장치의 전원공급단에 구비되어 공급전력을 스위칭제어하는 파워 스위칭 트랜지스터나 혹은 상기 LCD 모니터의 영상출력단에 구비되어 디지털 영상출력신호를 LCD패널상에 표시되도록 일정전압을 걸어주는 전류스위치(CURRENT SWITCH) 등 다수의 스위치가 현재 개발되어 사용되고 있다.
그러면, 상기와 같은 영상표시장치에 사용되는 고속전류스위치의 LVDS 회로(low voltage differential signal circuit)를 도 1을 참고로 살펴보면, 예컨대, 컴퓨터의 본체와 같은 영상출력부(70)로부터 출력된 디지털의 영상출력신호를 일정전압에 의해 고속 예컨대, 수백 Ms이상으로 아날로그 스위칭을 교번되게 실행하는 고속전류스위치(71)와, 상기 고속전류스위치(71)의 일단에 연결되어 제1 기준전압(vt)을 공급하는 제1 기준전압공급부(72)와, 상기 고속전류스위치(71)의 다른 일단에 연결되어 제2 기준전압(vb)을 공급하는 제2 기준전압공급부(73)를 포함한다.
그리고, 상기 제1 기준전압공급부(72)는 전류 바이어싱 작용을 실행하는 제1 모스 트랜지스터(74)와, 상기 제1 모스 트랜지스터(74)의 게이트에 연결되어 제1 모스 트랜지스터(74)의 전류작용에 의해 고속전류스위치(71)의 제1 기준전압(vt)를 생성하는 제2 모스 트랜지스터(75)로 이루어진다. 또한, 상기 제2 기준전압공급부(73)는 제1 모스 트랜지스터(74)와 대칭되게 전류 바이어싱 작용을 실행하는 제3 모스 트랜지스터(76)와, 상기 제3 모스 트랜지스터(76)의 게이트에 연결되어 제3 모스 트랜지스터(76)의 전류작용에 의해 고속전류스위치(71)의 제3 기준전압(vb)를 생성하는 제4 모스 트랜지스터(77)로 이루어진다.
여기서, 상기 제1 및 제2 기준전압공급부(72,73)의 제1 - 제4 모스 트랜지스터(74-77)의 소오스단은 바이어스 전원이 연결되고, 상기 제1 및 제3 모스 트랜지스터(74,76)의 드레인단은 접지되어 있으며, 상기 제2 모스 트랜지스터(75)의 드레인단은 고속전류스위치(71)의 제1 노드(n1)에 연결되고, 상기 제4 모스 트랜지스터(77)의 드레인단은 고속전류스위치(71)의 제2 노드(n2)에 연결된다.
또한, 상기 영상출력부(70)와 고속전류스위치(71)사이에는 영상출력부(70)로부터 출력되는 병렬의 영상신호를 직렬신호로 변환하는 데이터 직렬회로부(80)가 연결되어 있으며, 상기 고속전류스위치(71)의 일단에는 고속전류스위치(71)로부터 출력되는 직렬데이터신호를 병렬데이터로 복원하여 출력하는 데이터수신회로부(81)가 연결된다.
한편, 상기와 같은 종래 고속전류스위치의 LVDS 회로는 예컨대, 컴퓨터의 본체와 같은 영상출력부(70)에서 LCD 모니터(78)로 영상을 표시하기 위해 디지털의 영상신호를 출력할 경우 상기 영상출력부(70)로부터 출력된 병렬의 영상신호는 데이터 직렬회로부(80)에 의해 직렬신호로 변환된 다음 고속전류스위치(71)의 양접점단자(a,b)로 인가한다. 그러면, 상기 고속전류스위치(71)는 양접점단자(a,b)가 교번되게 작용하여 예컨대, (a)접점단자가 동작하면 (b)접점단자는 동작을 하지않고 반면에, (b)접점단자가 동작하면 (a)접점단자는 동작을 하지않는 방식으로 영상신호를 수백 Ms의 속도로 전류스위칭한 다음 데이터 수신회로부(81)로 입력된다. 그리고, 상기 데이터 수신회로부(81)는 입력된 직렬의 영상신호를 병렬신호로 복원하여 LCD 모니터(78)의 드라이버(79)로 출력한다. 그러면, 상기 드라이버(79)는 고속전류스위치(71)에 의해 고속으로 스위칭되어 입력되는 영상신호를 일정신호 처리하여 LCD 모니터(78)상에 표시한다.
여기서, 상기 응용회로 예컨대, 상기 드라이버(79)는 일정한 전류와 전압을 고속전류스위치(71)에게 요구하게 되는대, 이때, 상기 고속전류스위치(71)는 상기 드라이버(79)와 연결되어 형성된 저항값에 따라 제1 기준전압공급부(72)의 제2 모스 트랜지스터(75)의 드레인단에 의해 형성되는 전압(vt)과 제2 기준전압공급부(73)의 제3 모스 트랜지스터(77)의 드레인단에 의해 형성되는 전압(vb)이 결정된다. 여기서, 상기 제2 모스 트랜지스터(75)와 제4 모스 트랜지스터(77)에 흐르는 전류는 제1 기준전압공급부(72)의 제1 모스 트랜지스터(74)와제2 기준전압공급부(73)의 제3 모스 트랜지스터(76)에 흐르는 전류(ip, in)에 비례하여 흐르게 된다.
따라서, 상기 고속전류스위치(71)는 상기 제2 모스 트랜지스터(75)의 전압(vt)과 제4 모스 트랜지스터(77)의 전압(vb)에 의해 형성되는 중간전압을 기준전압으로 하여 일정하게 공급받아 고속전류 스위칭을 실행한다.
그러나, 상기와 같은 종래 고속전류스위치의 기준전압생성회로 즉, LVDS 회로는 제1 기준전압공급부(72)의 제1 모스 트랜지스터(74)와 제2 기준전압공급부(73)의 제3 모스 트랜지스터(76)가 외부 환경요인에 의해 일정한 값을 유지하기가 어렵기 때문에 그에 따라 고속전류스위치(71)의 양단에 기준전압을 공급하는 제2 모스 트랜지스터(75)와 제4 모드 트랜지스터(77)에도 영향을 미처 고속전류스위치의 동작안정성을 상단히 훼손시켜으며, 또한, 상기 고속전류스위치는 ON/OFF 동작시 발생되는 노이즈가 상기 기준전압(vt, vb)에 영향을 미쳐 출력노이즈로 나타내게 되므로 그에 따라 고속전류스위치의 유효신호구간을 줄어들게하는 문제점을 야기시켰다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 제반 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 고속전류스위치의 전단에 정전압을 생성할 수 있는 op앰프를 다단계로 연결하여 고속전류스위치에 항시 일정한 기준전압을 공급하므로써, 고속전류 스위치가 안정적인 전류를 방출할 수 있게 하므로 그에 따라 고속전류스위치의 동작 안정성을 극대화하는 고속전류 스위치의 기준전압생성회로를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 노이즈 환경에서도 영향을 받지않고 고속전류스위치의 양단에 안정적인 일정전압을 공급하게 되므로 그에 따라 고속전류스위치의 노이즈특성도 상당히 향상되는 고속전류 스위치의 기준전압생성회로를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외부 기준전압원을 이용하여 구동되는 고속전류스위치에 있어서,상기 외부 기준전압원으로부터 입력된 기준전압을 이용하여 정전압을 생성하는 제1 op앰프와, 상기 제1 op앰프의 출력단에 게이트단이 연결되어 제1 op앰프의 정전압을 이용하여 기준노드전압을 생성하는 제1 모스 트랜지스터와, 상기 제1 모스 트랜지스터의 일단에 연결되어 다수의 제1 내지 제3 노드점을 형성시키는 분배저항기들로 이루어지는 정전압공급부와;상기 제2 노드점에 연결되어 이 제2 노드점의 기준노드전압에 의해 정전압을 발생하고 그 출력단에 캐패시터가 연결되는 제2 op앰프와, 상기 제2 op앰프의 출력단에 게이트단이 연결되어 이 제2 op앰프의 정전압을 이용하여 고속전류스위치의 제1 기준전압(vt)을 생성하는 제2 모스 트랜지스터로 이루어지는 제1 기준전압공급부와;상기 제3 노드점에 연결되어 이 제3 노드점의 기준노드전압에 의해 정전압을 발생하고 그 출력단에 캐패시터가 연결되는 제3 op앰프와, 상기 제3 op앰프의 출력단에 게이트단이 연결되어 이 제3 op앰프의 정전압을 이용하여 고속전류스위치의 제2 기준전압(vb)을 생성하는 제3 모스 트랜지스터로 이루어지는 제2 기준전압공급부를 포함하는 고속전류스위치의 기준전압생성회로를 제공한다.
도 1은 종래 고속전류스위치의 LVDS회로를 설명하는 설명도.
도 2는 본 발명의 기준전압생성회로를 설명하는 설명도.
<부호의 상세한 설명>
1 : 영상출력부 2 : 고속전류스위치
3 : 제1 기준전압공급부 4 : 제2 기준전압공급부
5 : 정전압생성부 6 : 외부 기준전압원
7 : 제1 op앰프 8 : 제1 모스 트랜지스터
9 : 제2 op앰프 10: 제2 모스 트랜지스터
11: 제3 op앰프 12: 제3 모스 트랜지스터
13: LCD 모니터 14: 드라이버
15: 데이터 직렬회로부 16: 데이터 수신회로부
n3: 제1 노드점 n5: 제2 노드점
n6: 제3 노드점 C1-C2: 캐패시터
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
본 발명 회로는 도 2에 도시된 바와같이 컴퓨터의 본체와 같은 영상출력부(1)로부터 출력된 디지털의 영상출력신호를 일정전압에 의해 고속 예컨대, 수백 Ms이상으로 아날로그 스위칭을 교번되게 실행하는 고속전류스위치(2)와, 상기 고속전류스위치(2)의 일단에 연결되어 피드백기능을 이용하여 일정한 제1 기준전압(vt)을 공급하는 제1 기준전압공급부(3)와, 상기 고속전류스위치(2)의 다른 일단에 연결되어 피드백기능을 이용하여 일정한 제2 기준전압(vb)을 공급하는 제2 기준전압공급부(4)와, 상기 제1 및 제2 기준전압공급부(3,4)의 각각에 정전압을 생성하여 공급하는 정전압생성부(5)를 포함한다.
그리고, 상기 정전압생성부(5)는 외부 기준전압원(6)으로부터 입력된 기준전압을 이용하여 정전압을 생성하는 제1 op앰프(7)와, 상기 제1 op앰프(7)의 출력단에 게이트단이 연결되어 제1 op앰프(7)의 정전압과 저항들(R1-R3)에 의해 기준노드전압을 생성하는 제1 모스 트랜지스터(8)를 포함한다.
여기서, 상기 제1 모스 트랜지스터(8)의 드레인단에는 저항들(R1-R3)이 직렬로 연결되어 있고, 상기 저항(R2)과 저항(R3)사이에는 제1 op앰프(7)의 비반전단자가 연결되어 있으며, 상기 제1 op앰프(7)의 출력단과 제1 모스 트랜지스터(8)의 게이트단 사이에는 캐패시터(C1)가 연결된다. 또한, 상기 제1 모스 트랜지스터(8)의 드레인단과 저항(R1)사이에는 제1 노드점(n3)이 형성되어 있고, 상기 제1 노드점(n3)에는 저항들(R4-R6)이 직렬연결되어 있으며, 상기 저항(R4)과 저항(R5)사이에는 제2 노드점(n5)이, 그리고 저항(R5)과 저항(R6)사이에는 제3 노드점(n6)이 연결된다.
그리고, 상기 제1 기준전압공급부(3)는 상기 정전압생성부(5)의 제2 노드점(n5)에 연결되어 이 제2 노드점(n5)의 기준노드전압에 의해 정전압을 발생하는 제2 op앰프(9)와, 상기 제2 op앰프(9)의 출력단에 게이트단이 연결되어 이 제2 op앰프(9)의 정전압을 이용하여 고속전류스위치(2)의 제1 기준전압(vt)을 생성하는 제2 모스 트랜지스터(10)를 포함한다.
여기서, 상기 제2 모스 트랜지스터(10)의 드레인단과 제2 op앰프(9)의 비반전단자가 피드백라인으로 연결되고, 상기 제2 op앰프(9)의 출력단과 제2 모스 트랜지스터(10)의 게이트단에는 캐패시터(C2)가 연결된다.
또한, 상기 상기 제2 기준전압공급부(4)는 상기 정전압생성부(5)의 제3 노드점(n6)에 연결되어 이 제3 노드점(n6)의 기준노드전압에 의해 정전압을 발생하는 제3 op앰프(11)와, 상기 제3 op앰프(11)의 출력단에 게이트단이 연결되어 이 제3 op앰프(11)의 정전압을 이용하여 고속전류스위치(2)의 제2 기준전압(vb)을 생성하는 제3 모스 트랜지스터(12)를 포함한다.
여기서, 상기 제3 모스 트랜지스터(12)의 드레인단과 제3 op앰프(11)의 비반전단자가 피드백라인으로 연결되고, 상기 제3 op앰프(11)의 출력단과 제3 모스 트랜지스터(12)의 게이트단에는 캐패시터(C3)가 연결된다.
여기서, 상기 캐패시터(C1-C3)는 고속전류스위치와 전압유지회로의 동작안정성을 위해설치되는 것으로, AC 특성에 대한 마진을 확보할 수 있게한다.
그리고, 상기 고속전류스위치(2)의 접점단자들(a,b)에는 응용회로부 예컨대, LCD 모니터(13)의 드라이버(14)가 연결될 수 있다.
또한, 상기 영상출력부(1)와 고속전류스위치(2)사이에는 영상출력부(1)로부터 출력되는 병렬의 영상신호를 직렬신호로 변환하는 데이터 직렬회로부(15)가 연결되어 있으며, 상기 고속전류스위치(2)의 일단에는 고속전류스위치(2)로부터 출력되는 직렬데이터신호를 병렬데이터로 복원하여 출력하는 데이터수신회로부(16)가 연결된다.
다음에는 상기와 같은 본 발명의 작용, 효과를 설명한다.
먼저, 본 발명의 회로가 장착된 예컨대, 컴퓨터의 본체와 같은영상출력부(1)에서 LCD 모니터(13)로 영상을 표시하기위해 디지털의 영상신호를 출력할 경우 상기 영상출력부(1)로부터 출력된 병렬의 디지털 영상신호는 데이터 직렬회로부(15)에 의해 직렬신호로 변환된 다음 고속전류스위치(2)의 양접점단자(a,b)로 인가한다. 그러면, 상기 고속전류스위치(2)는 양접점단자(a,b)가 교번되게 작용하여 예컨대, (a)접점단자가 동작하면 (b)접점단자는 동작을 하지않고 반면에, (b)접점단자가 동작하면 (a)접점단자는 동작을 하지않는 방식으로 영상신호를 수백 Ms의 속도로 전류스위칭한 다음 데이터 수신회로부(16)로 입력된다. 그리고, 상기 데이터 수신회로부(16)는 입력된 직렬의 영상신호를 병렬신호로 복원하여 LCD 모니터(13)의 드라이버(14)로 출력한다. 그러면, 상기 드라이버(14)는 고속전류스위치(2)에 의해 고속으로 스위칭되어 입력되는 영상신호를 일정신호 처리하여 LCD 모니터(13)상에 표시한다.
이때, 상기 드라이버(14)는 일정한 전류와 전압을 고속전류스위치(2)에게 요구하게 되는대, 여기서, 상기 고속전류스위치(2)는 상기 드라이버(14)와 연결되어 형성된 저항값에 따라 제1 기준전압공급부(3)의 제2 모스 트랜지스터(10)의 드레인단에 의해 형성되는 전압(vt)과 제2 기준전압공급부(4)의 제3 모스 트랜지스터(12)의 드레인단에 의해 형성되는 전압(vb)이 결정된다.
따라서, 상기 고속전류스위치(2)가 동작안정성을 가지려면 상기 제2 모스 트랜지스터(10)의 전압(vt)과 상기 제3 모스 트랜지스터(12)의 전압(vb)이 일정하게 공급되어야 한다.
그러므로, 본 발명 회로의 정전압생성부(5)의 제1 op앰프(7)는 외부 기준전압원(6)으로부터 입력된 기준전압(Vn1)을 이용하여 정전압(Vn2)을 생성하여 제1 모스 트랜지스터(8)의 게이트로 공급한다. 그러면, 상기 제1 모스 트랜지스터(8)는 게이트로 입력되는 제1 op앰프(7)의 정전압(Vn2)에 따라 균일한 기준노드전압(Vn3)을 생성하여 제1 노드점(n3)으로 출력한다. 이때, 상기 제1 op앰프(7)는 비반전단자를 통하여 제1 모스 트랜지스터(8)의 드레인단으로부터 피드백되는 전압을 비교판단하여 출력전압을 보정하므로써 그 출력단(Vn2)에서는 항상 외부 기준전압(Vn1)과 동일한 값을 가지게 된다.
여기서, 상기 제1 노드점(n3)에 나타나는 기준노드전압(Vn3)은 수학식 1과 같다.
그리고, 상기 제1 노드점(n3)에 나타나는 기준노드전압(Vn3)은 저항(R4)을 경유하여 제2 노드점(n5)에, 그리고, 저항들(R4,R5)을 경유하여 제3 노드점(n6)에 나타난다. 이때, 상기 제2 노드점(n5)의 기준노드전압(Vn5)은 제1 기준전압공급부(3)의 제2 op앰프(9)의 반전단자로 공급된다. 반면에, 상기 제3 노드점(n6)의 기준노드전압(Vn6)은 제2 기준전압공급부(4)의 제3 op앰프(11)의 반전단자로 공급된다.
여기서, 상기 제2 노드점(n5)의 기준노드전압(Vn5)은 수학식 2와 같고,
상기 제3 노드점(n6)의 기준노드전압(Vn6)은 수학식 3과 같다.
그러면, 상기 제2 op앰프(9)는 입력된 제2 노드점(n5)의 기준노드전압(Vn5)을 이용하여 기준정전압을 제2 모스 트랜지스터(10)의 게이트단으로 인가한다. 그리고, 상기 제2 모스 트랜지스터(10)는 제2 op앰프(9)로부터 입력된 기준정전압을 이용하여 고속전류스위치(2)의 제1 기준전압(vt)을 생성하여 고속전류스위치(2)로 인가한다. 이때, 상기 제2 op앰프(9)는 비반전단자를 통해 제2 모스 트랜지스터(10)의 드레인단으로부터 출력전압(vt)을 피드백하여 비교판단하고 출력전압을 보정하므로써 그 출력단(vt)에서는 항상 기준노드전압(Vn5)과 동일한 값을 가지게 된다.
마찬가지로, 상기 제3 op앰프(11)는 입력된 제3 노드점(n6)의 기준노드전압(Vn6)을 이용하여 기준정전압을 제3 모스 트랜지스터(12)의 게이트단으로 인가한다. 그리고, 상기 제3 모스 트랜지스터(12)는 제3 op앰프(11)로부터 입력된 기준정전압을 이용하여 고속전류스위치(2)의 제2 기준전압(vb)을 생성하여 고속전류스위치(2)로 인가한다. 이때, 상기 제3 op앰프(11)는 비반전단자를 통해 제3 모스 트랜지스터(12)의 드레인단으로부터 출력전압(vb)을 피드백하여 비교판단하고 출력전압을 보정하므로써 그 출력단(vb)에서는 항상 기준노드전압(Vn6)과 동일한값을 가지게 된다.
따라서, 상기 고속전류스위치(2)는 상기 과정에서와 같이 제2 모스 트랜지스터(10)의 전압(vt)과 제3 모스 트랜지스터(12)의 전압(vb)에 의해 형성되는 중간전압이 항시 일정한 기준전압으로 공급되므로 외부의 환경변화나 스위칭 노이즈가 발생되더라도 그것에 관계없이 항상 일정한 전압레벨로 고속전류 스위칭을 실행하게된다.
이상 설명에서와 같이 본 발명은 고속전류스위치의 전단에 정전압을 생성할 수 있는 op앰프를 다단계로 연결하여 고속전류스위치에 항시 일정한 기준전압을 공급하므로써, 고속전류 스위치가 안정적인 전류를 방출할 수 있게 하므로 그에 따라 고속전류스위치의 동작 안정성을 극대화하는 장점을 가지고 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 노이즈 환경에서도 영향을 받지 않고 고속전류스위치의 양단에 안정적인 일정전압을 공급하게 되므로 그에 따라 고속전류스위치의 노이즈특성도 상당히 향상되는 효과도 있다.

Claims (7)

  1. 외부 기준전압원을 이용하여 구동되는 고속전류스위치에 있어서,
    상기 외부 기준전압원으로부터 입력된 기준전압을 이용하여 정전압을 생성하는 제1 op앰프와, 상기 제1 op앰프의 출력단에 게이트단이 연결되어 제1 op앰프의 정전압을 이용하여 기준노드전압을 생성하는 제1 모스 트랜지스터와, 상기 제1 모스 트랜지스터의 일단에 연결되어 다수의 제1 내지 제3 노드점을 형성시키는 분배저항기들로 이루어지는 정전압공급부와;
    상기 제2 노드점에 연결되어 이 제2 노드점의 기준노드전압에 의해 정전압을 발생하고 그 출력단에 캐패시터가 연결되는 제2 op앰프와, 상기 제2 op앰프의 출력단에 게이트단이 연결되어 이 제2 op앰프의 정전압을 이용하여 고속전류스위치의 제1 기준전압(vt)을 생성하는 제2 모스 트랜지스터로 이루어지는 제1 기준전압공급부와;
    상기 제3 노드점에 연결되어 이 제3 노드점의 기준노드전압에 의해 정전압을 발생하고 그 출력단에 캐패시터가 연결되는 제3 op앰프와, 상기 제3 op앰프의 출력단에 게이트단이 연결되어 이 제3 op앰프의 정전압을 이용하여 고속전류스위치의 제2 기준전압(vb)을 생성하는 제3 모스 트랜지스터로 이루어지는 제2 기준전압공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속전류스위치의 기준전압생성회로.
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