KR100680477B1 - A oscillator using charge-sharing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐패시터의 정전용량을 증가시키면서 높은 출력 주파수를 생성시킬 수 있는 전하공유를 이용한 발진회로를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명에서는 제1 신호에 따라 동작하여 전원단자로부터의 전류경로를 형성하는 제1 스위칭부와, 상기 제1 스위칭부의 동작에 따라 형성된 상기 전류경로를 통해 상기 전원단자로부터 입력되는 전하를 충전하거나, 이미 충전된 전하를 방전하는 메인 캐패시터와, 상기 메인 캐패시터에 충전된 전하에 대응되는 충전전압과 기준전압을 입력받아 비교하고, 그 비교 결과에 따라 소정 레벨을 갖는 제1 신호를 출력하는 비교부와, 상기 메인 캐패시터로부터 방전되는 전하를 공유하여 상기 충전전압을 빠르게 감소시키는 전하공유부와, 상기 메인 캐패시터로부터 방전되는 전하를 접지단자로 방전시키는 전류 싱크부를 포함하는 발진회로를 제공한다. The present invention is to provide an oscillation circuit using a charge sharing that can generate a high output frequency while increasing the capacitance of the capacitor, for this purpose in accordance with the first signal to form a current path from the power supply terminal A main capacitor configured to charge the electric charge input from the power supply terminal through the first switching unit, the current path formed according to the operation of the first switching unit, or discharge the already charged electric charge, and the electric charges charged in the main capacitor And compares the charging voltage corresponding to the reference voltage with a reference voltage, and outputs a first signal having a predetermined level according to the comparison result, and shares the electric charges discharged from the main capacitor to rapidly decrease the charging voltage. A charge sharing part and a charge discharged from the main capacitor to a ground terminal An oscillation circuit including a current sink is provided.
발진기, 전하공유, 캐패시터 Oscillators, Charge Sharing, Capacitors
Description
도 1은 일반적인 발진회로의 구성도.1 is a configuration diagram of a general oscillation circuit.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발진회로의 구성도.2 is a configuration diagram of an oscillation circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 제어신호(CHP1, CHP2)를 생성하기 위한 구성도.3 is a configuration diagram for generating the control signals CHP1 and CHP2 shown in FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10, 110, 151, 152 : 스위칭부10, 110, 151, 152: switching unit
20, 120 : 전류 싱크부20, 120: current sink
30, 130 : 비교부30, 130: comparison unit
40, 140 : 출력 버퍼부40, 140: output buffer section
150 : 전하공유부150: charge sharing unit
본 발명은 전하공유를 이용한 발진회로에 관한 것으로, 특히 고속으로 동작 하는 발진회로에 관한 것이다. The present invention relates to an oscillating circuit using charge sharing, and more particularly to an oscillating circuit operating at a high speed.
소형 LCD(Liquid Crystal Display) 장치의 구동 드라이버 집적회로(driver IC)는 내부에 발진회로를 내장하고 있다. 이러한 종래기술에 따른 발진회로가 도 1에 도시되었다. The driver IC of a small liquid crystal display (LCD) device has an internal oscillation circuit. The oscillation circuit according to the prior art is shown in FIG.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 발진회로는 전류 경로 온/오프(current path ON/OFF) 스위칭부(10), 전류 싱크부(current sink part, 20), 캐패시터(capacitor, C), 비교부(30) 및 출력 버퍼부(output buffer part, 40)로 이루어진다. As shown in FIG. 1, the oscillation circuit according to the related art includes a current path ON / OFF switching unit 10, a
이러한 구성을 갖는 종래기술에 따른 발진회로의 동작특성을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the operation characteristics of the oscillation circuit according to the prior art having such a configuration as follows.
우선, 비교부(30)의 출력전압이 상승하여 스위칭부(10)의 NMOS 트랜지스터를 턴-온(turn-ON)시킬 정도로 높아져 NMOS 트랜지스터가 턴-온되면 스위칭부(10)를 통해 전류가 빠르게 유입되어 캐패시터(C)에 전하가 충전된다. 이에 따라, 비교부(30)의 반전 입력단(-)으로 입력되는 전압(이하, 충전전압이라 함)은 시정수에 대응하여 상승하게 된다. 여기서, 비교부(30)를 구성하는 연산 증폭기에 따라 입력단은 달라질 수 있다. First, the output voltage of the
비교부(30)는 반전 입력단(-)으로 입력되는 충전전압과 비반전 입력단(+)으로 입력되는 기준전압(Vref)을 비교한다. 이때, 충전전압은 시정수에 대응하여 서서히 증가하여 그 크기가 기준전압(Vref)보다 높아지는 시점에서 비교부(30)의 출력전압은 감소하게 된다. 즉, 비교부(30)의 출력전압은 로우레벨(LOW level)로 출 력된다. The
비교부(30)의 출력이 하이레벨(HIGH level)에서 로우레벨로 반전되는 경우 스위칭부(10)의 NMOS 트랜지스터가 턴-오프(turn-OFF)되어 스위칭부(10)로의 전류 경로는 차단된다. 이에 따라, 캐패시터(C)에 충전된 전하는 전류 싱크부(20)를 통해 일정한 크기로 접지단자로 서서히 방전되어 반전 입력단(-)으로 입력되는 충전전압은 감소하게 된다. When the output of the
충전전압이 기준전압(Vref)보다 낮아지면, 비교부(30)는 다시 하이레벨의 출력전압을 출력하고, 이에 따라 스위칭부(10)의 NMOS 트랜지스터가 턴-온되어 전원단자로부터의 전류 경로가 형성되어 캐패시터(C)에 전하가 충전된다. 이처럼, 캐패시터(C)의 충방전이 반복적으로 이루어짐으로써 일정한 주기를 갖는 발진 주파수가 생성되어 출력된다. When the charging voltage is lower than the reference voltage Vref, the
이러한 종래기술에 따른 발진회로에서는 전류 싱크부(120)의 능력과 캐패시터(C)의 정전용량에 의해 출력 주파수(Vosc)가 결정되는데, 출력 주파수(Vosc)가 높아 질수록 전류 싱크부(120)의 능력을 향상시키거나, 캐패시터(C)의 정전용량을 감소시켜야만 한다. 전류 싱크부(120)의 능력을 키우는 방법은 전력 소모가 증가하기 때문에 캐패시터(C)의 정전용량을 감소시켜야 한다. 즉, 캐패시터(C)의 정전용량은 주파수에 반비례하기 때문이다. 그러나, 캐패시터의 정전용량이 작을수록 공정변화 및 주변의 기생성분의 영향으로 정확한 주파수를 생성하는데 많은 어려움이 있다. In the oscillation circuit according to the related art, the output frequency Vosc is determined by the capacity of the
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 캐패시터의 정전용량을 증가시키면서 높은 출력 주파수를 생성시킬 수 있는 발진회로를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide an oscillation circuit capable of generating a high output frequency while increasing the capacitance of a capacitor.
상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 제1 신호에 따라 동작하여 전원단자로부터의 전류경로를 형성하는 제1 스위칭부와, 상기 제1 스위칭부의 동작에 따라 형성된 상기 전류경로를 통해 상기 전원단자로부터 입력되는 전하를 충전하거나, 이미 충전된 전하를 방전하는 메인 캐패시터와, 상기 메인 캐패시터에 충전된 전하에 대응되는 충전전압과 기준전압을 입력받아 비교하고, 그 비교 결과에 따라 소정 레벨을 갖는 제1 신호를 출력하는 비교부와, 상기 메인 캐패시터로부터 방전되는 전하를 공유하여 상기 충전전압을 빠르게 감소시키는 전하공유부와, 상기 메인 캐패시터로부터 방전되는 전하를 접지단자로 방전시키는 전류 싱크부를 포함하는 발진회로를 제공한다. The present invention according to one aspect for achieving the above object, the first switching unit to operate in accordance with a first signal to form a current path from the power supply terminal, and the current path formed in accordance with the operation of the first switching unit The main capacitor charging the electric charge input from the power supply terminal or discharging the already charged charge and the charging voltage and the reference voltage corresponding to the electric charge charged in the main capacitor are received and compared, and according to the comparison result, A comparator for outputting a first signal having a level, a charge sharing unit for rapidly reducing the charging voltage by sharing charges discharged from the main capacitor, and a current sink for discharging charges discharged from the main capacitor to the ground terminal; It provides an oscillation circuit comprising a portion.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
실시예Example
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발진회로를 설명하기 위하여 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 제어신호(CHP1, CHP2)를 생성하는 회로도이다. FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an oscillation circuit according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram for generating the control signals CHP1 and CHP2 shown in FIG.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발진회로에서는 메인(main) 캐패시터(Cm)를 종래기술에서보다 높은 정전용량을 갖는 캐패시터로 구현한다. 예컨대, 종래기술에 따른 발진회로에서는 10MHz의 출력 주파수를 생성하기 위하여 0.5pF의 정전용량을 갖는 캐패시터로 구현하였으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발진회로에서는 대략 4pF의 정전용량을 갖는 캐패시터로 구현하였다. As shown in FIG. 2, in the oscillation circuit according to the preferred embodiment of the present invention, the main capacitor Cm is implemented as a capacitor having a higher capacitance than in the prior art. For example, the oscillation circuit according to the prior art is implemented with a capacitor having a capacitance of 0.5pF to generate an output frequency of 10MHz, but in the oscillator circuit according to a preferred embodiment of the present invention implemented with a capacitor having a capacitance of approximately 4pF It was.
이처럼 대략 4pF의 정전용량을 갖는 캐패시터를 이용하여 발진회로의 메인 캐패시터(Cm)로 구현하는 경우 대략 수백 KHz의 출력 주파수만을 생성할 수 밖에 없는 바, 이를 보완하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발진회로에서는 방전시 메인(main) 캐패시터(Cm)에 충전된 전하를 빠르게 방전시키기 위하여 메인 캐패시터(Cm)의 전하를 공유(즉, 분배)하는 전하공유부(charge sharing part, 150)를 포함한다. When implemented as a main capacitor (Cm) of the oscillation circuit using a capacitor having a capacitance of about 4pF, only an output frequency of about several hundred KHz can be generated, and to compensate for this, according to a preferred embodiment of the present invention The oscillation circuit includes a
도 2에 도시된 바와 같이, 전하공유부(150)는 메인 캐패시터(Cm)에 충전된 전하를 공유하는 더미(dummy) 캐패시터(Cd)와, 더미 캐패시터(Cd)와 메인 캐패시터(Cm) 사이에 접속되어 더미 캐패시터(Cd)에 충전된 전하를 접지단자로 방전시키는 전류 경로를 생성하는 스위칭부(151)와, 비교부(130)의 반전 입력단(-)과 더미 캐패시터(Cd) 사이에 접속되어 메인 캐패시터(Cm)의 방전시 더미 캐패시터(Cd)로 하 여금 방전된 전하를 충전시키도록 전류 경로를 생성하는 스위칭부(152)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the
여기서, 스위칭부(151, 152)는 서로 동시에 턴-온되지 않도록 제어되어야만 한다. 예컨대, 스위칭부(151, 152)가 동시에 턴-온되는 경우 방전시 메인 캐패시터(Cm)의 방전 전하가 스위칭부(151, 152)를 통해 접지단자로 방전되어 더미 캐패시터(Cd)에는 전하가 충전되지 않는다. 즉, 메인 캐패시터(Cm)에서 더미 캐패시터(Cd)로의 전하 이동이 일어나지 않게 된다. 따라서, 스위칭부(151, 152)가 동시에 턴-온되지 않도록 하기 위하여 각 스위칭부를 제어하는 제어신호(CHP1, CHP2)를 생성하여야 한다. Here, the
이를 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 도 3과 같은 제어신호(CHP1, CHP2)의 생성회로를 제안한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 생성회로는 복수의 NAND 게이트(NAND1, NAND2), 복수의 인버터(INV1 내지 INV7)로 구성된다. 우선, NAND 게이트(NAND1, NAND2)의 출력이 각각 로우, 하이인 상태에서 소정의 입력신호(Vin)가 하이레벨, 즉 하이로 입력되면, NAND 게이트(NAND1)는 로우 상태의 신호를 출력하고, NAND 게이트(NAND2)는 하이 상태의 신호를 출력한다. 이런 상태에서 로우 상태의 입력신호(Vin)가 입력되면, NAND 게이트(NAND1)는 하이 상태의 신호를 출력하고, NAND 게이트(NAND2)는 로우 상태의 신호를 출력한다. 결국, 제어신호(CHP1, CHP2)는 서로 다른 레벨을 갖게 된다. To this end, a preferred embodiment of the present invention proposes a generation circuit of the control signals CHP1 and CHP2 as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the generation circuit includes a plurality of NAND gates NAND1 and NAND2 and a plurality of inverters INV1 to INV7. First, when a predetermined input signal Vin is input at a high level, that is, while the outputs of the NAND gates NAND1 and NAND2 are low and high, respectively, the NAND gate NAND1 outputs a low state signal. The NAND gate NAND2 outputs a high state signal. In this state, when the low state input signal Vin is input, the NAND gate NAND1 outputs a high state signal, and the NAND gate NAND2 outputs a low state signal. As a result, the control signals CHP1 and CHP2 have different levels.
이하에서는, 도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발진회로의 동작특성을 설명하기로 한다. Hereinafter, the operating characteristics of the oscillation circuit according to the preferred embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described.
먼저, 비교부(130)의 출력전압이 상승하여 스위칭부(110)의 NMOS 트랜지스터(또는, PMOS 트랜지스터)를 턴-온시킬 정도로 높아져 NMOS 트랜지스터가 턴-온되면 전원단자(VDD)로부터 스위칭부(110)를 통해 전류가 빠르게 유입되어 메인 캐패시터(Cm)에 전하가 충전된다. 이에 따라, 비교부(130)의 반전 입력단(-)으로 입력되는 충전전압은 시정수에 대응하여 상승하게 된다. 이때, 제어신호(CHP1)가 하이레벨로 입력되어 스위칭부(151)의 NMOS 트랜지스터(또는, PMOS 트랜지스터)는 턴-온되며, 이에 따라, 더미 캐패시터(Cd)에 충전된 전하는 스위칭부(151)를 통해 접지단자로 방전된다. First, when the output voltage of the
비교부(130)는 반전 입력단(-)으로 입력되는 충전전압과 비반전 입력단(+)으로 입력되는 기준전압(Vref)을 비교한다. 이때, 충전전압은 시정수에 대응하여 서서히 증가하여 그 크기가 기준전압(Vref)보다 높아지는 순간 비교부(130)의 출력전압은 로우레벨로 천이한다. The
비교부(130)의 출력이 하이레벨에서 로우레벨로 반전되는 경우 스위칭부(110)의 NMOS 트랜지스터가 턴-오프되어 스위칭부(110)로의 전류 경로는 차단된다. 이에 따라, 메인 캐패시터(Cm)에 충전된 전하는 전류 싱크부(120)를 통해 접지단자로 서서히 방전된다. 이때, 제어신호(CHP1)는 로우레벨로 천이하고, 제어신호(CHP2)는 하이레벨로 천이하여 스위칭부(151)는 턴-오프되는 반면, 스위칭부(152)는 턴-온된다. 이에 따라, 메인 캐패시터(Cm)의 전하는 스위칭부(152)의 NMOS 트랜지스터(또는, PMOS 트랜지스터)를 통해 더미 캐패시터(Cd)로 이동하게 되어 빠르게 반전 입력단(-)으로 입력되는 충전전압은 감소하게 된다. 즉, 메인 캐패시터(Cm)에 충전된 전하는 전류 싱크부(120)를 통해 접지단자로 방전되는 한편, 더미 캐패시터(Cd)로 이동하여 그 만큼 충전전압을 빠르게 감소시킬 수 있다. 결국, 메인 캐패시터(Cm)의 정전용량을 감소시키지 않더라도 높은 주파수 출력을 정확하게 생성할 수 있다. When the output of the
한편, 출력 주파수(Vosc)는 메인 캐패시터(Cm)와 더미 캐패시터(Cd) 간의 정전용량 비에 의해서 결정되며, 더욱 높은 주파수를 얻기 위해 더욱 빠른 전하 방전이 요구되는 경우 더미 캐패시터(Cd)의 정전용량을 크게 설계하면 된다. 이게 가능한 이유는 더미 캐패시터(Cd)의 정전용량의 크기는 공정변화 및 주변의 기생성분에 덜 영향을 받기 때문이다. On the other hand, the output frequency Vosc is determined by the capacitance ratio between the main capacitor Cm and the dummy capacitor Cd, and the capacitance of the dummy capacitor Cd when a faster charge discharge is required to obtain a higher frequency. You can design large. This is possible because the magnitude of the capacitance of the dummy capacitor Cd is less affected by process variations and surrounding parasitic components.
한편, 도 2에서 미설명된 '140'는 출력 버퍼이다. Meanwhile, '140', which is not described in FIG. 2, is an output buffer.
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 발진회로 내에 메인 캐패시터 방전시 전하를 공유하여 빠르게 방전이 이루어지도록 하는 더미 캐패시터를 구성함으로써 캐패시터의 정전용량을 증가시키면서도 높은 출력 주파수를 생성시킬 수 있다. 이에 따라, 소형 LCD 구동 드라이버의 안정적인 동작 및 수율을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, a high output frequency can be generated while increasing the capacitance of the capacitor by constructing a dummy capacitor in the oscillating circuit so as to share the charge when discharging the main capacitor so that the discharge can be performed quickly. Accordingly, stable operation and yield of the small LCD driving driver can be improved.
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- 2005-03-29 KR KR1020050025828A patent/KR100680477B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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KR940016756A (en) * | 1992-12-28 | 1994-07-25 | 김주용 | On-chip high voltage generator of semiconductor device |
Non-Patent Citations (3)
Title |
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공개특허 제1994-0016756호 |
미국공개특허 2005/0195042 A1 |
일본공개특허 소하58-70730 |
Also Published As
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