KR100459695B1

KR100459695B1 - 소비전력이 적은 디지털 아날로그 변환기.

Info

Publication number: KR100459695B1
Application number: KR10-2001-0003164A
Authority: KR
Inventors: 문경태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2004-12-03
Also published as: US6639533B2; KR20020061984A; NL1019402C2; US20020097174A1; NL1019402A1

Abstract

소비전력이 적은 디지털 아날로그 변환기(digital to analog converter, 이하 디에이 컨버터)가 개시된다. 상기 디에이 컨버터는, 기준 바이어스 전압생성기 및 변환전류 생성부를 구비한다. 상기 기준 바이어스 전압생성기는 기준전압을 수신하여 일정한 바이어스 전압을 발생시킨다. 상기 변환전류 생성부는 상기 바이어스 전압 및 복수 개의 디지털신호에 응답하는 복수 개의 전류생성기를 포함하고, 상기 복수 개의 전류생성기들 가운데 상기 복수 개의 디지털신호 중 활성화된 디지털신호를 수신한 전류생성기들은 해당전류를 출력단자에 공급하지만, 불활성화된 디지털신호를 수신한 전류생성기들은 상기 출력단자에 전류를 공급하지 않는다. 본 발명에 따른 디에이 컨버터는 디지털신호를 아날로그신호로 변환할 때 일정하게 많은 전력을 소비하는 것이 아니라, 변환되어야 할 디지털신호의 상태에 따라 소비되는 전력에 차이를 두도록 고안되어 소비전력을 최소한으로 하는 장점이 있다.

Description

소비전력이 적은 디지털 아날로그 변환기.{Digital to analog converter having low power consumption}

본 발명은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 변환기에 관한 것으로, 특히 소비전력이 적은 디지털 아날로그 변환기에 관한 것이다.

디지털 정보는 개인용 컴퓨터 등에서와 같이 전기 기계 장치들에서는 저장하고 처리하기 쉽지만, 이는 자연계의 신호인 아날로그 신호와는 달라 사람들이 쉽게 인식할 수 없다. 따라서 디지털 텔레비젼, 캠코더(camcoder), 디지털 카메라 등의디지털 정보는 아날로그 신호로 변환되어야 한다.

비디오 신호처리 장치에 있어서 디에이 컨버터의 경우, 빠른 변환 속도(high conversion speed)를 갖기 위해 출력 전류가 표준화 되어있으며, 종래에는 전류 셀 매트릭스(current cell matrix)를 이용하여 이를 구현하고 있다.

도 2는 종래의 디에이 컨버터의 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 2를 참조하면, 종래의 디에이 컨버터는, 기준전압 발생기(210) 및 변환전류 발생기(220)를 구비한다.

기준전압 발생기(210)는 기준전압(Vref)을 이용하여 변환전류 발생기(220)에서 사용할 전압들(V1 및 V2)을 발생시키고, 변환전류 발생기(220)는 복수 개의 전류 셀 매트릭스(221 내지 223)를 구비하여 디지털 신호들(D0 내지 DN)에 대응하는 변환전류를 발생시킨다.

첫 번째 전류 셀 매트릭스(221)는, 4개의 모스트랜지스터(M01 내지 M04) 및 인버터(IN0)를 구비한다. 두 개의 모스트랜지스터들(M01 및 MO2)은 공급전원전압(Vdd)으로부터 직렬 연결되고 기준전압 발생기(210)의 출력전압(Vr1 및 Vr2)에 응답하여 해당전류를 공급하며, 상기 공급된 전류는 디지털신호(D0)에 의하여 구동되는 모스트랜지스터(M03)를 통해 공급전원전압(GND)으로 방전시키거나 디지털신호(D0)를 역전시키는 인버터(IN0)의 출력신호에 의하여 구동되는 모스트랜지스터(M04)를 통해 출력단자(Io)에 해당전류를 공급한다.

두 번째 전류 셀 매트릭스(222)는, 4개의 모스트랜지스터(M11 내지 M14) 및 인버터(IN1)를 구비하며, 첫 번째 전류 셀 매트릭스(221)와 마찬가지 방법으로, 해당 디지털 신호(D1) 및 디지털 신호(D1)의 역전된 신호에 응답하여 해당전류를 출력단자(Io)를 통해 공급하거나 공급전원전압(GND)을 통해 방전시킨다.

N+1(N은 정수) 번째 전류 셀 매트릭스(223)는, 4개의 모스트랜지스터(MN1 내지 MN4) 및 인버터(IN)를 구비하며, 첫 번째 전류 셀 매트릭스(221)와 마찬가지 방법으로, 해당 디지털 신호(DN) 및 디지털 신호(DN)의 역전된 신호에 응답하여 전류를 출력단자(Io)를 통해 공급하거나 공급전원전압(GND)을 통해 방전시킨다.

상술한 바와 같이 종래의 디에이 컨버터들은, 해당 디지털 신호가 불활성화 되어 해당 전류원이 필요 없는 경우에도 상기 전류원에는 전류가 계속 흐른다. 도 2에 도시된 종래의 디에이 컨버터는, 사용되지 않는 전류원의 전류는 공급전원전압(GND)를 통하여 흐르고, 도 3에 도시된 종래의 디에이 컨버터는, 사용되지 않는 전류원의 전류는 폐루프(closed loop) 내에서 계속하여 흐른다. 따라서 회로 전체적으로 보면 출력단자에 전달되어 정보로서 사용되지 않는 전류원에 흐르는 전류로 인한 불필요한 전력소모가 끊임없이 소비되는 단점이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소비전력을 감소시키는 디에이 컨버터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 디에이 컨버터의 회로도이다.

도 3은 종래의 디에이 컨버터의 다른 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 4는 본 발명에 따른 디에이 컨버터 및 종래의 디에이 컨버터의 소비 전류를 디지털 신호에 따라 비교한 결과를 나타낸다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 디에이 컨버터는, 기준 바이어스 전압생성기 및 변환전류 생성부를 구비한다. 상기 기준 바이어스 전압생성기는 기준전압을 수신하여 일정한 바이어스 전압을 발생시킨다. 상기 변환전류 생성부는 상기 바이어스 전압 및 복수 개의 디지털신호에 응답하는 복수 개의 전류생성기를 포함하고, 상기 복수 개의 전류생성기들 가운데 상기 복수 개의 디지털신호들 중 활성화된 디지털신호에 대응하는 전류생성기들은 해당전류를 출력단자로 공급하지만 불활성화된 디지털신호에 대응하는 나머지 전류생성기들은 상기 출력단자로 전류를 공급하지 않는다.

상기 복수 개의 전류생성기들은, 상기 바이어스 전압 및 상기 복수 개의 디지털 신호들 중 적어도 하나의 신호에 응답하여 제어신호를 발생시키는 제어기 및 상기 제어기의 제어신호에 응답하여 전류를 상기 출력단자로 공급하는 전류원을 각각 구비한다.

상기 복수 개의 전류생성기들을 구성하는 각각의 제어기들은, 상기 제어신호를 출력하는 제어출력단자, 수신된 상기 적어도 하나의 디지털 신호를 반전시키는 인버터, 일단에 공급전원전압이 연결되고 다른 일단에 상기 제어출력단자가 연결되며 게이트에 상기 인버터의 출력단자가 연결된 제1모스트랜지스터 및 일단에 상기 제어출력단자가 연결되고 다른 일단에 상기 바이어스 전압이 연결되며 게이트에 상기 적어도 하나의 디지털 신호가 인가되는 제2모스트랜지스터를 구비한다.

상기 복수 개의 전류생성기들을 구성하는 각각의 전류원들은, 일단이 상기 공급전원전압에 연결되고 다른 일단이 상기 출력단자에 연결되며 게이트에 상기 제어기의 제어출력단자가 연결된 제3피모스 트랜지스터를 구비한다.

상기 출력단자에 흐르는 총 전류 량을 조정하기 위하여, 상기 전류원을 구성하는 각각의 제3모스트랜지스터들의 채널 폭(Width)과 채널 길이(Length)와의비(W/L)가 소정의 규칙에 따라 서로 다르도록 설계되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 디에이 컨버터의 회로도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 디에이 컨버터는, 기준 바이어스 전압생성기(110) 및 변환전류 생성부(120)를 구비한다.

기준 바이어스 전압생성기(110)는 기준전압(Vref)을 수신하여 일정한 바이어스 전압(Vr)을 발생시킨다. 변환전류 생성부(120)는 바이어스 전압(Vr) 및 복수 개의 디지털신호(D0 내지 DN)에 응답하여 출력단자(Io)에 전류를 공급하는 복수 개의 전류생성기들(121 내지 123)을 포함하고, 복수 개의 전류생성기들(121 내지 123) 가운데 복수 개의 디지털 신호들(D0 내지 DN) 중 활성화된 디지털신호에 대응하는 전류생성기들은 해당전류를 출력단자(Io)에 공급하지만, 불활성화된 디지털신호에 대응하는 전류생성기들은 출력단자(Io)에 전류를 공급하지 않는 특성을 가진다.

첫 번째 전류생성기(121)는 제어기(121-c) 및 전류원(121-s)을 구비한다.

제어기(121-c)는, 인버터(IN0), 제1모스트랜지스터(M01) 및 제2모스트랜지스터(M02)를 구비한다. 인버터(IN0)는 디지털 신호(D0)를 반전시킨다. 제1모스트랜지스터(M01)는 일단에 공급전원전압(Vdd)이 연결되고 다른 일단에 제어출력단자(CO)가 연결되며 게이트에 인버터(IN0)의 출력단자가 연결된다. 제2모스트랜지스터(M02)는 일단에 제어출력단자(C0)가 연결되고 다른 일단에 바이어스 전압(Vr)이 연결되며 디지털 신호(D0)가 게이트에 인가된다.

전류원(121-s)은, 일단이 공급전원전압(Vdd)에 연결되고 다른 일단이 출력단자(Io)에 연결되며 게이트에 제어기(121-c)의 제어출력단자(C0)가 연결된 제3모스트랜지스터(M03)를 구비한다.

두 번째 전류생성기(122)는 제어기(122-c) 및 전류원(122-s)을 구비한다.

제어기(122-c)는, 인버터(IN1), 제4모스트랜지스터(M11) 및 제5모스트랜지스터(M12)를 구비한다. 인버터(IN1)는 디지털 신호(D1)를 반전시킨다. 제4모스트랜지스터(M11)는 일단에 공급전원전압(Vdd)이 연결되고 다른 일단에 제어출력단자(C1)가 연결되며 게이트에 인버터(IN1)의 출력단자가 연결된다. 제5모스트랜지스터(M12)는 일단에 제어출력단자(C1)가 연결되고 다른 일단에 바이어스 전압(Vr)이 연결되며 디지털 신호(D1)가 게이트에 인가된다.

전류원(122-s)은, 일단이 공급전원전압(Vdd)에 연결되고 다른 일단이 출력단자(Io)에 연결되며 게이트에 제어기(122-c)의 제어출력단자(C1)가 연결된 제6모스트랜지스터(M13)를 구비한다.

N+1(N은 정수) 번째 전류생성기(123)는 제어기(123-c) 및 전류원(123-s)을 구비한다.

제어기(123-c)는, 인버터(INN), 제7모스트랜지스터(MN1) 및 제8모스트랜지스터(MN2)를 구비한다. 인버터(INN)는 디지털 신호(DN)를 반전시킨다. 제7모스트랜지스터(MN1)는 일단에 공급전원전압(Vdd)이 연결되고 다른 일단에 제어출력단자(CN)가 연결되며 게이트에 인버터(INN)의 출력단자가 연결된다.제8모스트랜지스터(MN2)는 일단에 제어출력단자(CN)가 연결되고 다른 일단에 바이어스 전압(Vr)이 연결되며 디지털 신호(DN)가 게이트에 인가된다.

전류원(123-s)은, 일단이 공급전원전압(Vdd)에 연결되고 다른 일단이 출력단자(Io)에 연결되며 게이트에 제어기(123-c)의 제어출력단자(CN)가 연결된 제9모스트랜지스터(MN3)를 구비한다.

전류출력단자(Io)에 흐르는 전류 량을 조절하기 위하여 전류원(121-s 내지 123-s)을 구성하는 모스트랜지스터들(M03 내지 MN3) 각각은, 채널의 폭(channel width, W)과 채널의 길이(channel length, L)와의 비(W/L)가 소정의 규칙에 따라 서로 다르다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디에이 컨버터는, 상기 복수 개의 디지털신호 중에서 활성화된 디지털신호를 수신한 경우 이에 대응하는 활성화된 제어신호를 상기 제어기에서 발생시켜 해당 전류원에 전류를 흐르게 하고 이들 전류원에서 흐르는 전류를 합하여 출력단자에 공급한다. 반면에 상기 복수 개의 디지털신호 중에서 불활성화된 디지털신호를 수신한 경우 이에 대응하는 불활성화된 제어신호를 상기 제어기에서 발생시켜 해당 전류원에 전류를 흐르지 못하게 함으로써, 사용되지 않는 전류원이 처음부터 동작을 하지 않도록 하여 디지털 신호가 아날로그 신호로 변환될 때 전력의 소모를 감소시킬 수 있다.

도 4를 참조하면, 3비트의 디지털 신호에 대응하는 소비 전류는, 종래의 디에이 컨버터의 경우(A) 일정하게 높은 값을 유지하나, 본 발명에 따른 디에이 컨버터의 경우(B) 디지털신호의 3비트가 모두 로우 상태인 경우 가장 적은 소비전류가 흐르고 3비트의 디지털신호의 상태에 따라 점차 증가하여 디지털신호의 3비트가 모두 하이 상태인 때에야 비로소 종래의 디에이 컨버터의 경우와 같은 소비 전류가 흐름을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디에이 컨버터는, 해당 디지털 신호의 활성 및 불활성 여부에 따라 전류원에 흐르는 전류를 제어하므로, 소비 전류를 줄이는 장점이 있다.

Claims

기준전압을 이용하여 일정한 바이어스 전압을 발생시키는 기준 바이어스 전압생성기; 및

상기 바이어스 전압을 이용하여, 복수 개의 디지털 신호들 중 활성화된 디지털 신호들 각각에 대응하는 전류들을 생성하고, 상기 복수 개의 디지털 신호들 중 불활성화된 디지털 신호들 각각에 대응하는 전류들은 생성하지 않는 복수 개의 전류생성기들을 구비하고, 상기 복수 개의 전류생성기들에 의하여 상기 바이어스 전압 및 상기 복수 개의 디지털 신호들에 응답하여 그에 대응하는 전류를 출력단자로 공급하는 변환전류 생성부를 구비하고,

상기 복수 개의 전류생성기들 각각은,

상기 바이어스 전압 및 상기 복수 개의 디지털 신호들 중 상기 복수 개의 전류생성기들 각각에 대응되어 있는 어느 하나에 응답하여, 제어신호를 발생시키는 제어기; 및

상기 제어신호에 응답하여, 상기 제어신호가 활성화된 경우에 그에 대응하는 전류를 생성하여 상기 출력단자로 공급하고, 상기 제어신호가 불활성화된 경우에 그에 대응하여 전류를 생성하지 않는 전류원을 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 아날로그 변환기.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제어기는,

상기 제어신호를 출력하는 제어출력단자;

수신된 상기 적어도 하나의 디지털 신호를 반전시키는 인버터;

일단에 공급전원전압이 연결되고 다른 일단에 상기 제어출력단자가 연결되며 게이트에 상기 인버터의 출력단자가 연결된 제1모스트랜지스터; 및

일단에 상기 제어출력단자가 연결되고 다른 일단에 상기 바이어스 전압이 연결되며 수신된 상기 적어도 하나의 디지털 신호에 응답하여 동작하는 제2모스트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 아날로그 변환기.
제3항에 있어서, 상기 전류원은,

일단이 상기 공급전원전압에 연결되고 다른 일단이 상기 출력단자에 연결되며 게이트에 상기 제어기의 제어출력단자가 연결된 제3모스트랜지스터를 구비하는것을 특징으로 하는 디지털 아날로그 변환기.