KR100696943B1 - 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기 - Google Patents

온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기로서, 온도 및 전압 변화에 독립적인 전압(OSCVDD)을 공급하는 기준전압 발생회로와, 입력에 따라서 기준상부전압(REFTOP)과 기준하부전압(REFBOT)을 각각 변경하여 출력하는 레지스터 DAC(digital-to-analog converter)와, 포지티브 입력(INT) 및 네거티브 입력(INC)에 입력되는 신호를 증폭하는 연산증폭기와, 상기 연산증폭기의 출력신호를 반전하여 P출력(OUTP)을 출력하는 제1 반전기와, 상기 제1 반전기의 출력을 반전하여 N출력(OUTN)을 출력하는 제2 반전기와, 상기 연산증폭기의 INT 노드에 연결되는 입력단과 상기 REFTOP 노드에 연결되는 출력단을 가지며 상기 OUTP 및 상기 OUTN에 의해서 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되는 제1 스위치와, 상기 REFBOT 노드에 연결되는 입력단과 상기 연산증폭기의 INT 노드에 연결되는 출력단을 가지며 상기 OUTP 및 상기 OUTN에 의해서 턴온 또는 턴오프되는 제2 스위치와, 상기 제2 반전기의 출력 신호를 반전시켜 발진기의 출력신호를 생성하는 제3 반전기와, 상기 기준전압 발생회로의 출력인 OSCVDD 노드 및 상기 REFTOP 노드에 연결되는 전위 제어 저항과, 상기 제2 반전기의 출력인 OUTN에 연결되고 상기 연산증폭기의 네거티브 입력단(INC)에 연결되는 피드백 저항과, 상기 연산증폭기의 네거티브 입력단(INC)에 연결되는 피드백 커패시터와, 상기 REFBOT 노드에 연결되며 저항값을 조절하여 상기 기준상부전압(REFTOP)과 상기 기준하부전압(REFBOT) 사이의 전위차를 조절하는 외부 저항을 포함하는 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 온도 및 전원 전압의 변화에 독립적인 출력을 지원하며 시스템에서 요구하는 다양한 출력을 내부적으로 프로그래밍하여 지원하며 또한 하나의 외부 수동소자만을 사용하여 정밀한 출력을 보정할 수 있는 기능을 갖는 것인 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기를 제공할 수 있다.
발진기, 온도 변화, 전압 변화, 수동소자, 출력 보정, 주파수 선택, 레지스터 DAC

Description

온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기{OSCILLATOR HAVING OUTPUT INDEPENDENT OF TEMPERATURE AND VOLTAGE VARIATION}
도 1은 종래의 발진기의 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기의 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 발진기에 있어서 OSCVDD와 REFTOP와 REFBOT노드가 각각 기판에 모스펫을 사용하여 연결된 상태를 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 증폭기 120: 반전기
210: 기준전압 발생회로 220: 레지스터 DAC
230, 235: 스위치 240: 연산증폭기
252, 254, 256, 258, 260, 262: 반전기
270: 저항 280: 피드백 저항
285: 피드백 커패시터 310: 외부저항
본 발명은 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 온도 및 전원 전압의 변화에 독립적인 출력을 지원하며 시스템에서 요구하는 다양한 출력을 내부적으로 프로그래밍하여 지원하며 또한 하나의 외부 수동소자만을 사용하여 정밀한 출력을 보정할 수 있는 기능을 갖는 것인 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기에 관한 것이다.
도 1은 종래의 발진기의 회로도이다.
도시되듯이 종래의 발진기는 연산증폭기(110)와, 저항(R1 내지 R5)과, 커패시터(C1)와, 반전기(120)로 구성되어 있다.
도 1의 발진기 회로의 출력 주파수는 연산증폭기(110)에 피드백으로 연결되어 있는 저항 R1과 커패시터 C1에 의한 RC 시정수(time constant)에 의해서 결정되며, 저항 R2와 R4에 의해서 결정되는 전압 레벨이 출력 파형의 듀티 사이클(duty cycle)을 결정한다.
이러한 종래 기술에 따른 발진기에서는 전원 전압의 변화에 따라 저항 R2와 R4에 의해서 결정되는 전압 레벨이 변화하기 때문에 출력 주파수 및 듀티 사이클에 영향을 미칠 수 있다.
또한 종래의 발진기의 출력은 공정 변수 변화에 의한 수동소자 값의 변화나 소자 사이의 부정합에 의해서 변화할 수 있다. 따라서 원하는 정밀한 출력을 얻기 위해서는 수동소자 값의 변화나 부정합을 보정할 수 있는 기능이 필수적으로 필요하게 된다.
이러한 기능은 예컨대 피드백 저항 R1 또는 피드백 커패시터 C1을 칩 외부 소자로서 사용하여 외부에서 그 값을 변화시킬 수 있도록 설계하는 것에 의해서 간단하게 구현할 수 있다.
그러나 이와 같이 피드백 저항 R1 또는 피드백 커패시터 C1을 칩 외부 소자로서 사용하는 경우, 패드(pad) 및 패키징 핀(pin)에 의한 커패시터, 본딩 와이어에 의한 L 효과 등에 의해서 연산증폭기 단에 부하가 생성된다. 따라서 연산증폭기의 부하가 증가하고 이는 연산증폭기에서 소모되는 전력을 증가시키게 된다.
또한 패드 및 패키징 방식은 공정이나 응용 분야에 따라서 달라지기 때문에 그 응용 분야가 달라질 때마다 그 값을 고려해서 보정하여 주어야 한다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 온도 및 전원 전압의 변화에 독립적인 출력을 지원하며 시스템에서 요구하는 다양한 출력을 내부적으로 프로그래밍하여 지원하며 또한 하나의 외부 수동소자만을 사용하여 정밀한 출력을 보정할 수 있는 기능을 갖는 것인 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기로서, 온도 및 전압 변화에 독립적인 전압(OSCVDD)을 공급하는 기준전압 발생회로와, 입력에 따라서 기준상부전압(REFTOP)과 기준하부전압(REFBOT)을 각각 변경하여 출력하는 레지스터 DAC(digital-to-analog converter)와, 포지티브 입력(INT) 및 네거티브 입력(INC)에 입력되는 신호를 증폭하는 연산증폭기와, 상기 연산증폭기의 출력신호를 반전하여 P출력(OUTP)을 출력하는 제1 반전기와, 상기 제1 반전기의 출력을 반전하여 N출력(OUTN)을 출력하는 제2 반전기와, 상기 연산증폭기의 INT 노드에 연결되는 입력단과 상기 REFTOP 노드에 연결되는 출력단을 가지며 상기 OUTP 및 상기 OUTN에 의해서 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되는 제1 스위치와, 상기 REFBOT 노드에 연결되는 입력단과 상기 연산증폭기의 INT 노드에 연결되는 출력단을 가지며 상기 OUTP 및 상기 OUTN에 의해서 턴온 또는 턴오프되는 제2 스위치와, 상기 제2 반전기의 출력 신호를 반전시켜 발진기의 출력신호를 생성하는 제3 반전기와, 상기 기준전압 발생회로의 출력인 OSCVDD 노드 및 상기 REFTOP 노드에 연결되는 전위 제어 저항과, 상기 제2 반전기의 출력인 OUTN에 연결되고 상기 연산증폭기의 네거티브 입력단(INC)에 연결되는 피드백 저항과, 상기 연산증폭기의 네거티브 입력단(INC)에 연결되는 피드백 커패시터와, 상기 REFBOT 노드에 연결되며 저항값을 조절하여 상기 기준상부전압(REFTOP)과 상기 기준하부전압(REFBOT) 사이의 전위차를 조절하는 외부 저항을 포함하는 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기를 제공한다.
본 발명에 따른 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기에 있어서, 상기 제1 반전기의 출력신호를 반전시키는 제4 반전기와, 상기 제4 반전기의 출력신호를 반전시키는 제5 반전기와, 상기 제5 반전기의 출력신호를 반전시켜 상기 발진기의 테스트에 필요한 신호(OSCTEST)를 생성하는 제6 반전기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기에 있어서, 상기 기준 전압 발생회로의 출력 전압(OSCVDD)을 상기 제2 반전기의 구동 전압으로 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기에 있어서, 상기 외부 저항은 저항값을 가변으로 조정할 수 있는 가변 저항이고, 상기 외부 저항의 저항값을 조정함으로써 상기 전위 제어 저항에 흐르는 전류를 변경하여 상기 REFTOP 및 상기 REFBOT 사이의 전위차를 조정하여 상기 발진기의 출력 주파수를 보정하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기에 있어서, 상기 레지스터 DAC는 4비트 입력신호(Din)를 입력받아 16가지의 상기 REFTOP 및 상기 REFBOT를 출력하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기를 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기의 회로도이다.
도시되듯이, 본 발명에 따른 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기는 기준전압 발생회로(210)와, 레지스터 DAC(220)와, 스위치(230, 235)와, 연산증폭기(240)와, 반전기(252, 254, 256, 258, 260, 262)와, 저항(270)과, 피드 백 저항(280)과 피드백 커패시터(285)를 포함한다. 또한 본 발명에 따른 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기는 외부 저항(310)에 연결된다.
기준전압 발생회로(210)는 온도 및 전압 변화에 독립적인 전압(OSCVDD)을 공급하는 역할을 한다. 도 1에 도시된 종래의 발진기 회로에서는 기준전압(VDD)이 직접 저항(R2)에 연결되는 것에 비해서, 본 발명에 따른 발진기 회로에서는 기준전압(VDD)이 아닌 온도 및 전압 변화에 독립적인 전압(OSCVDD)이 저항(270)에 연결된다.
레지스터 DAC(digital-to-analog converter, 220)는 입력(Din)에 따라서 기준상부전압(REFTOP)과 기준하부전압(REFBOT)을 출력한다. 이렇게 레지스터 DAC(220)를 구성하는 이유는 본 발명에 따른 발진기를 사용하는 시스템에 있어서 다양한 주파수 출력을 위하여 내부적으로 원하는 주파수를 선택할 수 있도록 상기 REFTOP과 REFBOT 전위를 선택하기 위함이다. 레지스터 DAC(220)의 입력은 예컨대 4비트 신호를 입력받을 수 있어서 해당 경우에 따른 REFTOP과 REFBOT 전위를 선택할 수 있다.
제1 스위치(230) 및 제2 스위치(235)는 연산증폭기(240)의 출력신호(AMPOUT)를 제1 반전기(252)와 제2 반전기(254)에 의해서 반전시킨 신호인 P출력(OUTP) 신호와, N출력(OUTN) 신호에 의해서 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off) 되도록 설계된다.
상기 제1 스위치(230)의 입력단에는 연산증폭기(240)의 포지티브(positive) 입력단(INT)이 연결되고, 제1 스위치(230)의 출력단은 REFTOP에 연결된다.
상기 제2 스위치(235)의 입력단은 REFBOT에 연결되고, 제2 스위치(235)의 출력단에는 연산증폭기(240)의 포지티브 입력단(INT)이 연결된다.
종래의 발진기 회로에서는 INT 노드가 피드백 단을 통하여 출력단에 연결되었지만, 본 발명에 따른 발진기에서는 INT 노드를 출력단으로부터 분리하여 보정기능을 추가할 수 있도록 하였다.
연산증폭기(240)는 포지티브 입력단에는 상기 제1 스위치(230)의 입력단과 상기 제2 스위치(235)의 출력단이 연결되고, 네거티브 입력단(INC)에는 피드백 저항(280)과 피드백 커패시터(285)가 연결된다.
제1 반전기(252)는 상기 연산증폭기(240)의 출력을 반전하고 제2 반전기(254)는 상기 제1 반전기(252)의 출력(OUTP)을 반전하여 N출력(OUTN)을 생성한다. 이러한 OUTP 또는 OUTN은 상기 제1 스위치(230) 및 제2 스위치(235)에 제공되어 상기 스위치들(230, 235)의 턴온 또는 턴오프를 결정하게 된다. 또한 제2 반전기(254)의 구동 전압으로는 상기 기준 전압 발생회로(210)의 출력 전압(OSCVDD)이 사용된다.
제3 반전기(256)는 상기 제2 반전기(254)의 출력을 반전하여 본 발명에 따른 발진기의 출력 신호로 제공한다.
제4 반전기(258)는 상기 OUTP 신호를 반전시키며, 제5 반전기(260)는 제4 반전기(258)의 출력 신호를 반전시키고 제6 반전기(262)는 제5 반전기(260)의 출력 신호를 반전시켜서 발진기의 테스트를 위한 출력(OSCTEST)을 생성한다.
저항(270)은 기준전압 발생회로(210)의 출력인 OSCVDD 노드에 연결되고 또한 REFTOP 노드에 연결된다. 이 경우 직접 기준전압(VDD)에 연결되지 않고 OSCVDD에 연결됨으로써 온도 및 VDD 전압 변화에 따른 영향을 받지 않고 OSCVDD 전압에 의해서 안정적으로 동작하게 된다.
피드백 저항(280)은 제2 반전기(254)의 출력인 OUTN과 연산증폭기(240)의 INC 입력단에 연결되며, 피드백 커패시터(285)는 연산증폭기(240)의 INC 입력단에 연결되어 피드백을 제공한다.
또한 외부 저항(310)은 본 발명에 따른 발진기에 연결되며, 외부 저항(310)을 조정함으로써 저항(270)에 흐르는 전류가 변화되고 이를 이용하여 REFTOP 과 REFBOT 사이의 전위차를 조절할 수 있음으로써 원하는 출력 주파수를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 따른 발진기에 있어서, OSCVDD와 REFTOP와 REFBOT는 각각 기판에 모스펫을 사용하여 연결된다.
도 3은 본 발명에 따른 발진기에 있어서 OSCVDD와 REFTOP와 REFBOT노드가 각각 기판에 모스펫을 사용하여 연결된 상태를 나타내는 도면이다. 도시되듯이 OSCVDD는 모스펫(N0)의 게이트에 연결되고 또한 모스펫(N0)의 소스 및 드레인은 각각 기판에 연결됨으로써 OSCVDD가 기판에 연결되도록 한다. REFTOP와 REFBOT에 대해서도 각각 모스펫(N1) 및 모스펫(N2)의 게이트에 연결된다.
본 발명에 따른 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기의 장점에 대해서 간단히 정리하여 설명하면 다음과 같다.
우선 연산증폭기(240)의 INT 노드가 종래 기술과 같이 증폭기의 출력단에 연 결된 것이 아니라 스위치(230, 235)에 의한 바이어스 단에 연결되어 있으므로 증폭기의 출력단의 변화가 증폭기의 INT 노드 단으로 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또한 공정변수에 의해서 출력 주파수가 변동된 경우에는 외부 저항(310)을 사용하여 저항(270)에 흐르는 전류를 조절하는 것에 의해서 간편하게 출력 주파수를 원하는 주파수로 보정할 수 있다.
즉 종래 기술에 따른 발진기와의 차이점은 증폭기의 출력단과 피드백 경로에 직접적인 영향을 주지 않고서도 증폭기의 INT 노드를 출력단으로부터 분리하고 또한 보정기능을 적용함으로써 추가적인 전력 소모 없이 출력 주파수를 보정할 수 있도록 구성한 것이다.
또한 레지스터 DAC(220)를 사용함으로써 다양한 주파수 출력을 위해서 REFTOP 및 REFBOT 전위를 내부적으로 선택할 수 있도록 하였다.
또한 저항(270)의 상단에 VDD를 직접 연결하지 않고 기준전압 발생회로(210)를 통해서 온도 및 전압 변화에 독립적인 전원(OSCVDD)을 생성하여 회로의 안정적인 동작을 가능하게 하였다.
비록 본원 발명이 구성이 예시적으로 설명되었지만 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들 예시에 의해 제한되는 것은 아니며, 본원 발명의 보호 범위는 청구범위의 기재를 통하여 정하여진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 온도 및 전원 전압의 변화에 독립 적인 출력을 지원하며 시스템에서 요구하는 다양한 출력을 내부적으로 프로그래밍하여 지원하며 또한 하나의 외부 수동소자만을 사용하여 정밀한 출력을 보정할 수 있는 기능을 갖는 것인 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기를 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기로서,
    온도 및 전압 변화에 독립적인 전압(OSCVDD)을 공급하는 기준전압 발생회로와,
    입력에 따라서 기준상부전압(REFTOP)과 기준하부전압(REFBOT)을 각각 변경하여 출력하는 레지스터 DAC(digital-to-analog converter)와,
    포지티브 입력(INT) 및 네거티브 입력(INC)에 입력되는 신호를 증폭하는 연산증폭기와,
    상기 연산증폭기의 출력신호를 반전하여 P출력(OUTP)을 출력하는 제1 반전기와,
    상기 제1 반전기의 출력을 반전하여 N출력(OUTN)을 출력하는 제2 반전기와,
    상기 연산증폭기의 INT 노드에 연결되는 입력단과 상기 REFTOP 노드에 연결되는 출력단을 가지며 상기 OUTP 및 상기 OUTN에 의해서 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되는 제1 스위치와,
    상기 REFBOT 노드에 연결되는 입력단과 상기 연산증폭기의 INT 노드에 연결되는 출력단을 가지며 상기 OUTP 및 상기 OUTN에 의해서 턴온 또는 턴오프되는 제2 스위치와,
    상기 제2 반전기의 출력 신호를 반전시켜 발진기의 출력신호를 생성하는 제3 반전기와,
    상기 기준전압 발생회로의 출력인 OSCVDD 노드 및 상기 REFTOP 노드에 연결되는 전위 제어 저항과,
    상기 제2 반전기의 출력인 OUTN에 연결되고 상기 연산증폭기의 네거티브 입력단(INC)에 연결되는 피드백 저항과,
    상기 연산증폭기의 네거티브 입력단(INC)에 연결되는 피드백 커패시터와,
    상기 REFBOT 노드에 연결되며 저항값을 조절하여 상기 기준상부전압(REFTOP)과 상기 기준하부전압(REFBOT) 사이의 전위차를 조절하는 외부 저항
    을 포함하는 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반전기의 출력신호를 반전시키는 제4 반전기와,
    상기 제4 반전기의 출력신호를 반전시키는 제5 반전기와,
    상기 제5 반전기의 출력신호를 반전시켜 상기 발진기의 테스트에 필요한 신호(OSCTEST)를 생성하는 제6 반전기
    를 더 포함하는 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기준 전압 발생회로의 출력 전압(OSCVDD)을 상기 제2 반전기의 구동 전압으로 사용하는 것인 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외부 저항은 저항값을 가변으로 조정할 수 있는 가변 저항이고,
    상기 외부 저항의 저항값을 조정함으로써 상기 전위 제어 저항에 흐르는 전류를 변경하여 상기 REFTOP 및 상기 REFBOT 사이의 전위차를 조정하여 상기 발진기의 출력 주파수를 보정하는 것인 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레지스터 DAC는 4비트 입력신호(Din)를 입력받아 16가지의 상기 REFTOP 및 상기 REFBOT를 출력하는 것인 온도 및 전압 변화에 독립적인 출력을 가지는 발진기.
  6. 삭제
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KR20010096856A (ko) * 2000-04-15 2001-11-08 김석진, 김창현 오실레이터 회로
KR20010106856A (ko) * 2000-05-23 2001-12-07 윤종용 마이크로파워 저항-캐패시터 발진기
KR20040017156A (ko) * 2002-08-20 2004-02-26 삼성전자주식회사 제어 가능한 슈미트 트리거를 이용한 전원 전압 및 온도에무관한 ｒｃ 오실레이터

Patent Citations (4)

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