KR100699585B1 - Output buffer circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 출력 버퍼회로는, 두 개의 입력단자에 차동 입력 전압 신호가 인가되는 입력단; 상기 차동 입력 전압의 차가 0보다 크면 출력단에 흐르는 전류를 증가시키는 클래스 AB 출력단; 상기 클래스 AB 출력단을 바이어싱하는 플로팅 전류소스; 상기 입력단과 플로팅 전류소스 및 클래스 AB 출력단과 연결되어, 상기 입력단으로부터 공급되는 전류와 상기 플로팅 전류소스로부터 공급되는 내부 전류를 합하는 서밍회로; 상기 서밍회로 및 클래스 AB 출력단과 연결되어, 슬루잉시 발생하는 전압스윙의 크기를 제한하는 클램프회로; 및 상기 입력단 및 클램프회로와 연결되어, 슬루잉된 차동 입력 전압 신호가 인가되는 경우에만 바이어스 전류를 전달하는 플립드 전압 플로워;를 포함하고, 상기 슬루잉된 차동 입력 전압은, 업슬루잉된 차동 입력 전압이거나 다운 슬루잉된 차동 입력 전압인 것을 특징으로 한다.An output buffer circuit according to the present invention comprises: an input terminal to which a differential input voltage signal is applied to two input terminals; A class AB output stage configured to increase a current flowing through the output stage when the difference between the differential input voltage is greater than zero; A floating current source for biasing the class AB output stage; A summing circuit connected to the input terminal, the floating current source, and the class AB output terminal to sum the current supplied from the input terminal and the internal current supplied from the floating current source; A clamp circuit connected to the summing circuit and the class AB output terminal to limit a magnitude of a voltage swing generated during slewing; And a flipped voltage follower connected to the input terminal and the clamp circuit to transfer a bias current only when a slewed differential input voltage signal is applied, wherein the slewed differential input voltage is an upslewed differential input. Voltage or down-slewing differential input voltage.
출력 버퍼회로, 트랜지스터, 슬루율, 슬루잉, 바이어스 전류, Output buffer circuit, transistor, slew rate, slewing, bias current,
Description
도 1a는 종래 기술에 따라 모델링한 출력 버퍼Figure 1a is an output buffer modeled according to the prior art
도 1b는 종래 기술에 의한 입력 전압 신호와 출력 전압 신호를 나타낸 도면1B is a view showing an input voltage signal and an output voltage signal according to the prior art;
도 2는 종래 기술에 의한 출력 버퍼회로의 회로도2 is a circuit diagram of an output buffer circuit according to the prior art.
도 3은 본 발명에 의한 출력 버퍼회로의 회로도3 is a circuit diagram of an output buffer circuit according to the present invention.
도 4a는 본 발명에 의한 업슬루잉시 동작하는 출력 버퍼회로에 대한 회로도4A is a circuit diagram of an output buffer circuit operating during upslewing according to the present invention.
도 4b는 본 발명에 의한 다운슬루잉시 동작하는 출력 버퍼회로에 대한 회로도4B is a circuit diagram of an output buffer circuit operating during downslewing according to the present invention.
도 5a는 본 발명에 따라 모델링한 출력 버퍼5A is an output buffer modeled according to the present invention.
도 5b는 본 발명에 의한 출력전압 및 종래기술에 의한 출력전압의 파형을 비교한 도면5b is a view comparing waveforms of the output voltage according to the present invention and the output voltage according to the prior art;
<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>
300 : 출력 버퍼회로 301a~301f : 입력단300:
301a : 제 1 엔모스 트랜지스터 301b: 제 2 엔모스 트랜지스터 301c : 제 1 피모스 트랜지스터 301d: 제 2 피모스 트랜지스터 301e : 제 3 피모스 트랜지스터 301f: 제 3 엔모스 트랜지스터 302a~302d: 플로팅 전류소스 302c: 제 4 피모스 트랜지스터 302d : 제 4 엔모스 트랜지스터 303a~303h: 서밍회로301a:
303c : 제 5 피모스 트랜지스터 303d : 제 6 피모스 트랜지스터303c:
303g : 제 5 엔모스 트랜지스터 303h : 제 6 엔모스 트랜지스터303g: Fifth NMOS
304a, 304b:클래스 AB 출력단 304a : 제 7 피모스 트랜지스터304a, 304b: Class
304b : 제 7 엔모스 트랜지스터 305a~305d: 클램프회로 306a : 제 8 엔모스 트랜지스터 306b: 제 8 피모스 트랜지스터 306c : 제 9 엔모스 트랜지스터 306d: 제 9 피모스 트랜지스터 500 : 출력 버퍼 501a: 입력 전압신호304b:
501b : 종래기술에 의한 출력 전압파형 501b: Output voltage waveform according to the prior art
501c : 본 발명에 의한 출력 전압파형501c: output voltage waveform according to the present invention
Iss : 입력단 바이어스 전류 Iss: Input Bias Current
Ip : 클래스 AB 출력단 바이어스 전류 t : 데이터 전송시간 Ip: Class AB output bias current t: Data transfer time
디스플레이 분야는 전자산업에 있어서 미래를 선도해 나갈 수 있는 첨단기술분야로 평가받고 있으며, 이에 따라 수많은 LCD(Liquid Crystal Display) 및 PDP(Plasma Display Panel) 제품이 출시되고 있다. The display field is evaluated as an advanced technology field that can lead the future in the electronics industry. Accordingly, a number of liquid crystal display (LCD) and plasma display panel (PDP) products are being released.
현재 차세대 기술로, 다양한 디스플레이 소자의 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 그 중에서도 SOM(Spatial Optical Moulator) 소자의 개발이 가장 활발하게 진행되고 있다. SOM(Spatial Optical Modulator) 드라이버 IC의 출력해상도(resolution)가 현재는 8비트 수준이지만 향후 수 년 내에 10비트 이상이 실용화 될 예정이므로, 이의 구동을 위해서는 고속, 고정밀도의 드라이버 회로가 요구된다.Currently, as a next generation technology, development of various display devices is actively progressed, and among them, development of SOM (Spatial Optical Moulator) devices is most actively progressed. The output resolution of SOM (Spatial Optical Modulator) driver ICs is currently 8 bits, but more than 10 bits will be put to practical use in the next few years. Therefore, high-speed, high-precision driver circuits are required for its driving.
고속, 고정밀도의 특성을 유지하기 위해서는 높은 슬루율(slewing rate)이 요구된다. 여기서, 슬루율이란 제어 입력신호의 스텝 변화에 대하여 출력의 단위시간당 상승변화량을 의미하므로, 정해진 데이터 전송시간 안에 좀더 정확한 영상신호를 전달하기 위해서는 높은 슬루율을 갖는 드라이버 회로가 필요하다.High slewing rate is required to maintain high speed and high accuracy. Here, the slew rate means the amount of change in the output per unit time of the output change with respect to the step change of the control input signal, a driver circuit having a high slew rate is required to deliver a more accurate video signal within a predetermined data transmission time.
도 1a는 종래 기술에 따라 모델링한 출력 버퍼(100)를 나타내며, 도 1b는 종래 기술에 의한 입력 전압 신호와 출력 전압 신호를 나타낸 도면이다. FIG. 1A illustrates an
도 1a 및 도 1b에서 도시한 바와 같이, 종래 기술에 의한 출력 버퍼(100)는 50pF이상의 대용량성 캐패시터(Coff)로 모델링할 수 있다. 따라서, 상기 캐패시터(Coff)로 인해 기생 캐패시터가 발생할 수 있으며, 이로 인하여 영상신호가 지연되게 되어, 주어진 데이터 전송시간(t) 안에 정확한 영상신호를 전달할 수 없게 되는 문제가 발생하게 된다. As shown in FIGS. 1A and 1B, the
즉, 도 1b를 살펴보면, 정해진 데이터 전송시간(t) 동안, 업슬루잉된 입력신호가 인가되는 경우에는 일정 크기의 출력 영상 신호(a)가 전달되지 않음을 알 수 있으며, 이와 마찬가지로, 다운슬루잉된 입력신호가 인가되는 경우에도 일정 크기의 출력 영상 신호(b)가 전달되지 않음을 알 수 있다. 따라서, 업슬루잉된 입력신 호가 인가되는 경우에는 출력전압을 상승시키고, 다운슬루잉된 입력신호가 인가되는 경우에는 출력전압을 하강시킨다면, 회로 내의 슬루율은 향상되게 되며, 이에 따라 좀더 정확한 영상신호를 전달할 수 있게 될 것이다.That is, referring to FIG. 1B, when the up-slewed input signal is applied for a predetermined data transmission time t, it can be seen that the output image signal a of a predetermined size is not transmitted. Similarly, down-slewing Even when the input signal is applied, it can be seen that the output image signal b of a predetermined size is not transmitted. Therefore, if the output voltage is increased when the up-slewed input signal is applied, and the output voltage is decreased when the down-slewed input signal is applied, the slew rate in the circuit is improved, thereby making the video signal more accurate. Will be able to deliver.
도 2는 종래 기술에 의한 출력 버퍼회로(200)의 회로도를 나타낸 것이다.2 shows a circuit diagram of an
종래 기술에 의한 출력 버퍼회로(200)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 두 개의 입력단자에 차동 입력 전압 신호가 인가되는 입력단(201a~201f), 클래스 AB 출력단(204a, 204b)을 바이어싱하는 플로팅 전류소스(202a~202d), 상기 입력단(201a~201f)과 플로팅 전류소스(202a~202d) 및 클래스 AB 출력단(204a, 204b)과 연결되어 상기 입력단(201a~201f)으로부터 공급되는 전류와 상기 플로팅 전류소스(202a~202d)로부터 공급되는 내부 전류를 합하는 서밍회로(203a~203h), 상기 차동 입력 전압의 차가 0보다 크면 출력단에 흐르는 전류를 증가시켜 전압을 출력하는 클래스 AB 출력단(204a, 204b), 상기 서밍회로(203a~203h) 및 클래스 AB 출력단(204a, 204b)과 연결되어, 슬루잉시 발생하는 전압스윙의 크기를 제한하는 클램프회로(205a~205d)로 구성된다. 여기서, 차동 입력 전압이란, 두 개의 입력단자에 인가되는 전압의 차를 의미하며, 이에 따라, 종래 기술에 의한 출력 버퍼는 두 개의 입력단자 및 공통점과의 사이에 가해지는 전압의 크기와 관계없이, 상기 두 개의 입력단자에 인가되는 전압의 차에 대해서만 응답하여 동작하는 입력 회로 방식을 도입하고 있다. The
도 2에 도시된 출력 버퍼회로(200)를 참고로 하여 슬루율이 향상되는 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the
입력단(201a~201f)의 바이어스 전류를 Iss, 플로팅 전류소스(202a~202d)를 통해서 클래스 AB 출력단에 바이어싱 되는 전류를 Ip, 모스 트랜지스터의 상호 콘닥턴스를 gm 이라고 했을 때, 입력단(201a~201f)에 인가되는 차동 입력 전압이 Iss /gm 이상이 되는 경우, 즉, 슬루잉된 차동 입력 전압이 인가될 때에는, 입력단(201a~201f)의 트랜지스터 중 일부는 턴 온되고, 일부는 턴 오프되어, 바이어스 전류(Iss)는 일부 트랜지스터를 통해서만 흐르게 된다. When the bias current of the
즉, 상기의 동작과정을 업슬루잉된 입력 전압이 인가되는 경우와 다운슬루잉된 입력전압이 인가되는 경우를 나누어 설명하면 다음과 같다.That is, the above operation process will be described below by dividing the case where the up-slewed input voltage and the down-slewing input voltage are applied.
먼저, 업슬루잉된 입력전압이 인가되는 경우, 즉, 제 1 엔모스 트랜지스터(201a) 및 제 1 피모스 트랜지스터(201c)의 게이트 전압이, 제 2 엔모스 트랜지스터(201b) 및 제 2 피모스 트랜지스터(201d)의 게이트 전압보다 Iss/gm 이상 높아지면, 제 1 엔모스 트랜지스터(201a) 및 제 2 피모스 트랜지스터(201d)만이 턴 온되어, 바이어스 전류(Iss)는 상기 제 1 엔모스 트랜지스터(201a) 및 제 2 피모스 트랜지스터(201d)를 통해서만 흐르게 되고, 플로팅 전류소스(202a~202d)를 통해 클래스 AB 출력단(204a, 204b)에 바이어싱 되는 전류의 크기는 Ip로 정해져 있으므로 보상 용량성 부하(Cc)의 방전을 통하여 바이어스 전류(Iss)가 공급된다. 따라서, 보상 용량성 부하(Cc)의 방전을 통하여 바이어스 전류(Iss)가 완전히 공급될 때까지 제 6 피모스 트랜지스터(203d)의 소스 전압은 하강하게 되고, 제 7 피모스 트랜 지스터(204a)의 게이트 전압 역시 하강하게 되어, 이에 따라, 출력 전압(Vout)은 상승하게 되므로 회로 내의 슬루율은 향상되게 된다.First, when the up-slewed input voltage is applied, that is, the gate voltages of the
한편, 다운슬루잉된 입력전압이 인가되는 경우, 즉, 제 1 엔모스 트랜지스터(201a) 및 제 1 피모스 트랜지스터(201c)의 게이트 전압이, 제 2 엔모스 트랜지스터(201b) 및 제 2 피모스 트랜지스터(201d)의 게이트 전압보다 Iss/gm 이상 낮아지면, 상기 제 1 피모스 트랜지스터(201c) 및 제 2 엔모스 트랜지스터(201b)만이 턴 온되어, 바이어스 전류(Iss)는 상기 제 1 피모스 트랜지스터(201c) 및 제 2 엔모스 트랜지스터(201b)를 통해서만 흐르게 된다. 플로팅 전류소스(302a~302d)를 통해 클래스 AB 출력단(204a, 204b)에 바이어싱 되는 전류의 크기는 Ip로 정해져 있으므로 바이어스 전류(Iss)는 보상 용량성 부하(Cc)에 충전된다. 따라서, 보상 용량성 부하(Cc)에 바이어스 전류(Iss)가 완전히 충전될 때까지 제 6 엔모스 트랜지스터(203h)의 소스 전압은 상승하게 되고, 제 7 엔모스 트랜지스터(204b)의 게이트 전압 역시 상승하게 되므로, 이에 따라, 출력 전압(Vout)은 하강하게 되어 회로 내의 슬루율은 향상되게 된다.On the other hand, when the down-slewed input voltage is applied, that is, the gate voltages of the
그러나, 종래의 드라이버에 사용되는 출력 버퍼에 있어서, 고속, 고정밀도의 특성을 위해 슬루율을 증가시키는 경우, 많은 양의 전력이 소모되는 문제점이 발생한다. 왜냐하면, 슬루율은 바이어스 전류(Iss)를 보상 용량성 부하(Cc)의 캐패시턴스로 나눈 값(슬루율 = Iss/ Cc)이어서, 회로 내의 바이어스 전류(Iss)에 비례하기 때문이다. 즉, 슬루율을 증가시키기 위해서는 보상 용량성 부하(Cc)를 충방전 시켜야 하므로 바이어스 전류(Iss)는 증가될 수 밖에 없으며, 이에 따라 슬루잉시 뿐만 아니라 입력전압이 인가되는 시간동안, 증가된 바이어스 전류가 회로 내에 흐르게 되므로 많은 양의 전력이 소모되는 문제점이 있었다.However, in the output buffer used in the conventional driver, when the slew rate is increased for high speed and high precision characteristics, a large amount of power is consumed. This is because the slew rate is a value obtained by dividing the bias current Iss by the capacitance of the compensating capacitive load Cc (slew rate = Iss / Cc), which is proportional to the bias current Iss in the circuit. That is, since the compensatory capacitive load Cc needs to be charged and discharged in order to increase the slew rate, the bias current Iss must be increased. Accordingly, the increased bias is increased not only during slewing but also during the input voltage. Since a current flows in the circuit, a large amount of power is consumed.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 복수개의 트랜지스터로 구성된 플립드 전압 플로워를 추가함으로써, 종래의 드라이버에 사용되는 출력 버퍼의 바이어스 전류와 유사한 수준의 바이어스 전류에서도 고슬루율의 출력전압을 얻을 수 있으며, 또한, 슬루잉시에만 바이어스 전류를 증가시키는 플립드 전압 플로워를 추가함으로써, 많은 양의 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있는 출력 버퍼회로를 제공하는데 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problem, and by adding a flipped voltage follower composed of a plurality of transistors, the output voltage of a high slew rate even at a bias current similar to that of the output buffer used in the conventional driver. The present invention also provides an output buffer circuit that can prevent a large amount of power from being consumed by adding a flipped voltage follower that increases the bias current only during slewing.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 출력 버퍼회로는, 두 개의 입력단자에 차동 입력 전압 신호가 인가되는 입력단; 상기 차동 입력 전압의 차가 0보다 크면 출력단에 흐르는 전류를 증가시키는 클래스 AB 출력단; 상기 클래스 AB 출력단을 바이어싱하는 플로팅 전류소스; 상기 입력단과 플로팅 전류소스 및 클래스 AB 출력단과 연결되어, 상기 입력단으로부터 공급되는 전류와 상기 플로팅 전류소스로부터 공급되는 내부 전류를 합하는 서밍회로; 상기 서밍회로 및 클래스 AB 출력단과 연결되어, 슬루잉시 발생하는 전압스윙의 크기를 제한하는 클램프회로; 및 상기 입력단 및 클램프회로와 연결되어, 슬루잉된 차동 입력 전압 신호가 인가되는 경우에만 바이어스 전류를 전달하는 플립드 전압 플로워;를 포함하고, 상기 차동 입력 전압은, 업슬루잉된 차동 입력 전압인 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, an output buffer circuit includes: an input terminal to which a differential input voltage signal is applied to two input terminals; A class AB output stage configured to increase a current flowing through the output stage when the difference between the differential input voltage is greater than zero; A floating current source for biasing the class AB output stage; A summing circuit connected to the input terminal, the floating current source, and the class AB output terminal to sum the current supplied from the input terminal and the internal current supplied from the floating current source; A clamp circuit connected to the summing circuit and the class AB output terminal to limit a magnitude of a voltage swing generated during slewing; And a flipped voltage follower connected to the input terminal and the clamp circuit to deliver a bias current only when a slewed differential input voltage signal is applied, wherein the differential input voltage is an up-slewed differential input voltage. It features.
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그리고, 상기 입력단은, 상기 업슬루잉된 차동 입력 전압이 게이트에 인가되는 제 1, 2 엔모스 트랜지스터; 상기 업슬루잉된 차동 입력 전압이 게이트에 인가되는 제 1, 2 피모스 트랜지스터; 상기 제 1, 2 엔모스 트랜지스터를 바이어싱하는 제 3 피모스 트랜지스터; 및 상기 제 1, 2 피모스 트랜지스터를 바이어싱하는 제 3 엔모스 트랜지스터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The input terminal may include first and second NMOS transistors to which the up-slewed differential input voltage is applied to a gate; First and second PMOS transistors to which the up-slewed differential input voltage is applied to a gate; A third PMOS transistor for biasing the first and second NMOS transistors; And a third NMOS transistor for biasing the first and second PMOS transistors.
또한, 상기 플립드 전압 플로워는, 상기 업슬루잉된 차동 입력 전압이 게이트에 인가되고, 상기 입력단의 제 3 피모스 트랜지스터의 드레인과 연결되는 제 8 엔모스 트랜지스터; 상기 업슬루잉된 차동 입력 전압이 게이트에 인가되고, 상기 입력단의 제 3 엔모스 트랜지스터의 드레인과 연결되는 제 8 피모스 트랜지스터; 상기 제 8 엔모스 트랜지스터의 소스와 연결되는 제 9 엔모스 트랜지스터; 및 상기 제 8 피모스 트랜지스터의 소스와 연결되는 제 9 피모스 트랜지스터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The flipped voltage follower may further include: an eighth NMOS transistor configured to receive the up-slewed differential input voltage at a gate thereof and to be connected to a drain of a third PMOS transistor at the input terminal; An eighth PMOS transistor, to which the up-slewed differential input voltage is applied to a gate, and connected to a drain of a third NMOS transistor of the input terminal; A ninth NMOS transistor connected to the source of the eighth NMOS transistor; And a ninth PMOS transistor connected to the source of the eighth PMOS transistor.
또한, 상기 입력단의 상기 제 1 엔모스 트랜지스터 및 제 2 피모스 트랜지스터는 턴 온되고, 상기 제 1 피모스 트랜지스터 및 제 2 엔모스 트랜지스터는 턴 오프되는 것을 특징으로 한다.The first NMOS transistor and the second PMOS transistor of the input terminal may be turned on, and the first PMOS transistor and the second NMOS transistor may be turned off.
그리고, 상기 플립드 전압 플로워의 상기 제 8 엔모스 트랜지스터 및 제 8 피모스 트랜지스터는 턴 오프되고, 상기 제 9 엔모스 트랜지스터 및 제 9 피모스 트랜지스터는 턴 온되는 것을 특징으로 한다.The eighth NMOS transistor and the eighth PMOS transistor of the flipped voltage follower are turned off, and the ninth NMOS transistor and the ninth PMOS transistor are turned on.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 출력 버퍼회로는, 두 개의 입력단자에 차동 입력 전압 신호가 인가되는 입력단; 상기 차동 입력 전압의 차가 0보다 크면 출력단에 흐르는 전류를 증가시키는 클래스 AB 출력단; 상기 클래스 AB 출력단을 바이어싱하는 플로팅 전류소스; 상기 입력단과 플로팅 전류소스 및 클래스 AB 출력단과 연결되어, 상기 입력단으로부터 공급되는 전류와 상기 플로팅 전류소스로부터 공급되는 내부 전류를 합하는 서밍회로; 상기 서밍회로 및 클래스 AB 출력단과 연결되어, 슬루잉시 발생하는 전압스윙의 크기를 제한하는 클램프회로; 및 상기 입력단 및 클램프회로와 연결되어, 슬루잉된 차동 입력 전압 신호가 인가되는 경우에만 바이어스 전류를 전달하는 플립드 전압 플로워;를 포함하고, 상기 차동 입력 전압은, 다운슬루잉된 차동 입력 전압인 것을 특징으로 한다. On the other hand, another output buffer circuit for achieving the above object, the input terminal to which the differential input voltage signal is applied to the two input terminals; A class AB output stage configured to increase a current flowing through the output stage when the difference between the differential input voltage is greater than zero; A floating current source for biasing the class AB output stage; A summing circuit connected to the input terminal, the floating current source, and the class AB output terminal to sum the current supplied from the input terminal and the internal current supplied from the floating current source; A clamp circuit connected to the summing circuit and the class AB output terminal to limit a magnitude of a voltage swing generated during slewing; And a flipped voltage follower connected to the input terminal and the clamp circuit to deliver a bias current only when a slewed differential input voltage signal is applied, wherein the differential input voltage is a down-slewed differential input voltage. It is characterized by.
이때, 상기 입력단은, 상기 다운슬루잉된 차동 입력 전압이 게이트에 인가되는 제 1, 2 엔모스 트랜지스터; 상기 다운슬루잉된 차동 입력 전압이 게이트에 인가되는 제 1, 2 피모스 트랜지스터; 상기 제 1, 2 엔모스 트랜지스터를 바이어싱하는 제 3 피모스 트랜지스터; 및 상기 제 1, 2 피모스 트랜지스터를 바이어싱하는 제 3 엔모스 트랜지스터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the input terminal may include: first and second NMOS transistors to which the down-slewed differential input voltage is applied to a gate; First and second PMOS transistors to which the down-slewed differential input voltage is applied to a gate; A third PMOS transistor for biasing the first and second NMOS transistors; And a third NMOS transistor for biasing the first and second PMOS transistors.
그리고, 상기 플립드 전압 플로워는, 상기 다운슬루잉된 차동 입력 전압이 게이트에 인가되고, 상기 입력단의 제 3 피모스 트랜지스터의 드레인과 연결되는 제 8 엔모스 트랜지스터; 상기 다운슬루잉된 차동 입력 전압이 게이트에 인가되고, 상기 입력단의 제 3 엔모스 트랜지스터의 드레인과 연결되는 제 8 피모스 트랜지스터; 상기 제 8 엔모스 트랜지스터의 소스와 연결되는 제 9 엔모스 트랜지스터;및 상기 제 8 피모스 트랜지스터의 소스와 연결되는 제 9 피모스 트랜지스터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The flipped voltage follower may include: an eighth NMOS transistor connected to the drain of the third PMOS transistor of the input terminal by applying the down-slewed differential input voltage to a gate; An eighth PMOS transistor, to which the down-slewed differential input voltage is applied to a gate, and connected to a drain of a third NMOS transistor of the input terminal; And a ninth NMOS transistor connected to a source of the eighth NMOS transistor; and a ninth PMOS transistor connected to a source of the eighth PMOS transistor.
또한, 상기 입력단의 상기 제 1 피모스 트랜지스터 및 제 2 엔모스 트랜지스터는 턴 온되고, 상기 제 1 엔모스 트랜지스터 및 제 2 피모스 트랜지스터는 턴 오프되는 것을 특징으로 한다.The first PMOS transistor and the second NMOS transistor of the input terminal may be turned on, and the first NMOS transistor and the second PMOS transistor may be turned off.
그리고, 상기 플립드 전압 플로워의 상기 제 8 엔모스 트랜지스터 및 제 8 피모스 트랜지스터는 턴 오프되고, 상기 제 9 엔모스 트랜지스터 및 제 9 피모스 트랜지스터는 턴 온되는 것을 특징으로 한다.The eighth NMOS transistor and the eighth PMOS transistor of the flipped voltage follower are turned off, and the ninth NMOS transistor and the ninth PMOS transistor are turned on.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 의한 출력 버퍼회로(300)의 회로도를 나타낸 것이다. 본 발명에 의한 출력 버퍼회로(300)는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 두 개의 입력단자에 차동 입력 전압 신호가 인가되는 입력단(301a~301f), 클래스 AB 출력단(304a, 304b)을 바이어싱하는 플로팅 전류소스(302a~302d), 상기 입력단(301a~301f)과 플로팅 전류소스(302a~302d) 및 클래스 AB 출력단(304a, 304b)과 연결되어, 상기 입력단(301a~301f)으로부터 공급되는 전류와 상기 플로팅 전류소스(302a~302d)로부터 공급되는 내부 전류를 합하는 서밍회로(303a~303h), 상기 차동 입력 전압의 차가 0보다 크면 출력단에 흐르는 전류를 증가시켜 전압을 출력하는 클래스 AB 출력단(304a, 304b), 상기 서밍회로(303a~303h) 및 클래스 AB 출력단(304a, 304b)과 연결되어, 슬루잉시 발생하는 전압스윙의 크기를 제한하는 클램프회로(305a~305d), 및 상기 입력단(301a~301f) 및 클램프회로(305a~305d)와 연결되어, 슬루잉된 차동 입력 전압 신호가 인가되는 경우에만 바이어스 전류를 전달하는 플립드 전압 플로워(306a~306d)로 구성된다. 3 shows a circuit diagram of an
상기 입력단(301a~301f)은, 상기 차동 입력 전압(Vin+)이 인가되는 한 쪽 단자와 같은 노드를 갖는 제 1 엔모스 트랜지스터(301a)와 제 1 피모스 트랜지스터 (301c), 상기 차동 입력 전압(Vin-)이 인가되는 다른 쪽 단자와 같은 노드를 갖는제 2 엔모스 트랜지스터(301b)와 제 2 피모스 트랜지스터(301d), 상기 제 1, 2 엔모스 트랜지스터(301a,301b)를 바이어싱하는 제 3 피모스 트랜지스터(301e), 및 상기 제 1, 2 피모스 트랜지스터(301c, 301d)를 바이어싱하는 제 3 엔모스 트랜지스터(301f)로 구성된다. 여기서, 차동 입력 전압이란, 두 개의 입력단자에 인가되는 전압의 차를 의미하며, 이에 따라, 본 발명은 두 개의 입력단자 및 공통점과의 사이에 가해지는 전압의 크기와 관계없이, 상기 두 개의 입력단자에 인가되는 전압의 차에 대하서만 응답하여 동작하는 입력 회로 방식을 도입하고 있다. The
도 3에서 도시한 바와 같이, 엔모스 트랜지스터와 피모스 트랜지스터를 이용하여 입력단(301a~301f)을 구성하기 때문에, 접지전압에서부터 전원전압(VDD)까지 모든 범위의 전압을 입출력 전압으로 확보할 수 있게 된다. 이와 같이 접지전압에서부터 전원전압(VDD)까지 모든 범위의 전압을 입출력 전압으로 확보할 수 있는 입력단을 레일 투 레일(rail to rail) 입력단이라고 하며, 따라서 본 발명에 의한 출력 버퍼로서, 상기 레일 투 레일 입력단을 구비한 폴디드 캐스코드 연산증폭기를 사용하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3, since the
상기 클램프회로(305a~305d)는, 슬루잉시 발생하는 전압스윙의 크기를 제한하는 역할을 한다. 이에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.The
업슬루잉시, 제 6 피모스 트랜지스터(303d)의 소스 전압이 일정 전압 이하로 떨어지게 되면 상기 제 6 피모스 트랜지스터(303d)가 턴 오프되며, 제 5 엔모스 트랜지스터(303g)의 소스 전압이 일정 전압 이상으로 올라가게 되면 상기 제 5 엔모 스 트랜지스터(303g)가 턴 오프되게 된다. 또한, 다운슬루잉시, 제 5 피모스 트랜지스터(303c)의 소스 전압이 일정 전압 이하로 떨어지게 되면 상기 제 5 피모스 트랜지스터(303c)가 턴 오프되며, 제 6 엔모스 트랜지스터(303h)의 소스 전압이 일정 전압 이상으로 올라가게 되면 상기 제 6 엔모스 트랜지스터(303h)가 턴 오프되게 된다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 상기 클램프회로(305a~305d)를 추가함으로써, 상기 제 5, 6 피모스 트랜지스터(303c, 303d) 및 제 5, 6 엔모스 트랜지스터(303g, 303h)의 소스 전압 변동 크기를 제한할 수 있게 되며, 이에 따라 상기 제 5, 6 피모스 트랜지스터(303c, 303d) 및 제 5, 6 엔모스 트랜지스터(303g, 303h)가 턴 오프되는 것을 막을 수 있게 된다. During up-slewing, if the source voltage of the
상기 플립드 전압 플로워(306a~306d)는, 상기 차동 입력 전압이 게이트에 인가되고, 상기 입력단(301a~301f)의 제 3 피모스 트랜지스터(301e)의 드레인과 연결되는 제 8 엔모스 트랜지스터(306a), 상기 차동 입력 전압이 게이트에 인가되고, 상기 입력단(301a~301f)의 제 3 엔모스 트랜지스터(301f)의 드레인과 연결되는 제 8 피모스 트랜지스터(306b), 상기 제 8 엔모스 트랜지스터(306a)의 소스와 연결되는 제 9 엔모스 트랜지스터(306c), 및 상기 제 8 피모스 트랜지스터(306b)의 소스와 연결되는 제 9 피모스 트랜지스터(306d)로 구성된다. The flipped
한편, 도 3에서 도시한 바와 같이, 제 8 엔모스 트랜지스터(306a), 제 1, 2 엔모스 트랜지스터(301a, 301b)가 모두 동일하게 설계되었고, 제 8 피모스 트랜지스터(306b), 제 1, 2 피모스 트랜지스터(301c, 301d)도 모두 동일하게 설계되었으며, 제 8 엔모스 트랜지스터(306a) 및 제 8 피모스 트랜지스터(306b)의 게이트에 상기 차동 입력 전압과 동일한 전압이 인가되었으므로, 정상상태에서는 제 8 엔모스 트랜지스터(306a) 및 제 8 피모스 트랜지스터(306b)와 제 1, 2 엔모스 트랜지스터(301a, 301b), 그리고 제 1, 2 피모스 트랜지스터(301c, 301d)의 게이트와 소스간의 전압이 모두 동일하게 되어, 상기 제 3 피모스 트랜지스터(301e)에서 바이어싱된 전류(Iss) 및 제 3 엔모스 트랜지스터(301f)에서 바이어싱된 전류(Iss)를 합한 전류(2Iss)의 크기와, 상기 입력단(301a~301f)을 구성하는 트랜지스터 중에서 제 1, 2 엔모스 트랜지스터(301a, 301b), 제 1, 2 피모스 트랜지스터(301c, 301d) 각각에 흐르는 전류(Iss/2)를 합한 전류(2Iss)의 크기는 동일하다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, the
상기 플로팅 전류소스(302a~302d)를 통해 클래스 AB 출력단(304a, 304b)에 바이어싱된 전류를 Ip라 할때, 상기 입력단(301a~301f)에, Iss/gm 이상이 되는 차동 입력 전압이 인가되어 슬루잉이 발생하면, 제 8 엔모스 트랜지스터(306a) 및 제 8 피모스 트랜지스터(306b)는 턴 오프되고, 제 9 엔모스 트랜지스터(306c) 및 제 9 피모스 트랜지스터(306d)는 턴 온이 되어, 제 1 엔모스 트랜지스터(301a) 및 제 2 피모스 트랜지스터(301d) 또는 제 1 피모스 트랜지스터(301c) 및 제 2 엔모스 트랜지스터(301b)를 통해 흐르는 전류의 크기는 정상상태에 비해 크게 증가하게 된다. 따라서, 슬루잉이 발생하는 경우에만 2Iss +α의 증가된 바이어스 전류가 흐르게 된다.When the current biased to the class
이하, 도 3에서 도시한 출력 버퍼회로(300)를 이용하여 슬루율을 향상시키는 동시에 상기 바이어스 전류에 대한 전력 소모를 감소시킬 수 있는 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, an exemplary embodiment of using the
실시예 1Example 1
도 4a는 본 발명에 의한 업슬루잉시 동작하는 출력 버퍼회로에 대한 회로도를 나타낸 것이다. 4A shows a circuit diagram of an output buffer circuit operating during upslewing according to the present invention.
업슬루잉 동작시, 즉, 제 1 엔모스 트랜지스터(301a) 및 제 1 피모스 트랜지스터(301c)의 게이트 전압이, 제 2 엔모스 트랜지스터(301b) 및 제 2 피모스 트랜지스터(301d)의 게이트 전압보다 Iss/gm 이상 높아지면, 상기 제 1 엔모스 트랜지스터(301a) 및 제 2 피모스 트랜지스터(301d)만이 턴 온되어, 2Iss +α크기의 바이어스 전류(Ib)는 상기 제 1 엔모스 트랜지스터(301a) 및 제 2 피모스 트랜지스터(301d)를 통해서만 흐르게 된다. 플로팅 전류소스(302a~302d)를 통해 클래스 AB 출력단(304a, 304b)에 바이어싱 되는 전류의 크기는 Ip로 정해져 있으므로 보상 용량성 부하(Cc)의 방전을 통하여 바이어스 전류(Ib)가 공급된다. 따라서, 보상 용량성 부하(Cc)의 방전을 통하여 바이어스 전류(Ib)가 완전히 공급될 때까지 제 6 피모스 트랜지스터(303d)의 소스 전압은 하강하게 되고, 제 7 피모스 트랜지스터(304a)의 게이트 전압 역시 하강하게 되므로, 제 4 피모스 트랜지스터(302c)는 턴 오프되어, 전류 Ip는 제 4 엔모스 트랜지스터(302d)를 통해서만 흐르게 된다. 이때, 제 7 피모스 트랜지스터(304a)의 게이트 전압은 Vb2-VTHN(VTHN : 엔모스 트랜지스터의 열전 압)까지 하강하게 되고, 이에 따라, 출력 전압(Vout)은 상승하게 되어 회로 내의 슬루율은 향상되게 된다.In the up-slewing operation, that is, the gate voltages of the
실시예 2Example 2
도 4b는 본 발명에 의한 다운슬루잉시 동작하는 출력 버퍼회로에 대한 회로도를 나타낸 것이다. Figure 4b shows a circuit diagram of the output buffer circuit operating in downslewing according to the present invention.
다운슬루잉 동작시, 즉, 제 1 엔모스 트랜지스터(301a) 및 제 1 피모스 트랜지스터(301c)의 게이트 전압이, 제 2 엔모스 트랜지스터(301b) 및 제 2 피모스 트랜지스터(301d)의 게이트 전압보다 Iss/gm 이상 낮아지면, 상기 제 1 피모스 트랜지스터(301c) 및 제 2 엔모스 트랜지스터(301b)만이 턴 온되어, 2Iss +α크기의 바이어스 전류(Ib)는 상기 제 1 피모스 트랜지스터(301c) 및 제 2 엔모스 트랜지스터(301b)를 통해서만 흐르게 된다. 플로팅 전류소스(302a~302d)를 통해 클래스 AB 출력단(304a, 304b)에 바이어싱 되는 전류의 크기는 Ip로 정해져 있으므로 바이어스 전류(Ib)는 보상 용량성 부하(Cc)에 충전된다. 따라서, 보상 용량성 부하(Cc)에 바이어스 전류(Ib)가 완전히 충전될 때까지 제 6 엔모스 트랜지스터(303h)의 소스 전압은 상승하게 되고, 제 7 엔모스 트랜지스터(304b)의 게이트 전압 역시 상승하게 되므로, 제 4 엔모스 트랜지스터(302d)는 턴 오프되어, 전류 Ip는 제 4 피모스 트랜지스터(302c)를 통해서만 흐르게 된다. 이때, 제 7 엔모스 트랜지스터(304b)의 게이트 전압은 Vb1-|VTHP|(VTHP : 피모스 트랜지스터의 열전압)까지 상승하게 되고, 이에 따라, 출력 전압(Vout)은 하강하게 되어 회로 내의 슬루율은 향상되게 된다.In the down slewing operation, that is, the gate voltages of the
한편, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 5A and 5B are diagrams showing simulation results according to the present invention.
도 5a는 본 발명에 따라 모델링한 출력 버퍼(500)를 나타낸 도면으로, 상기 모델링한 출력 버퍼(500)를 통해 수행한 모의 실험은 전원전압(VDD)은 15V, 접지전압은 0V의 조건에서 진행되었고, SOM 소자 및 데이터 라인을 구성하는 캐패시터(Coff)의 캐패시턴스를 50pF으로 모델링 하였다. 5A is a diagram illustrating an
도 5b는 본 발명에 의한 출력전압 및 종래기술에 의한 출력전압의 파형을 비교한 도면이다.Figure 5b is a view comparing the waveform of the output voltage according to the present invention and the output voltage according to the prior art.
도 5b에서 도시한 바와 같이, 인가되는 입력전압(501a)에 대하여, 본 발명에 의한 출력전압(501c)이, 종래 기술에 의한 출력전압(501b)보다 훨씬 더 향상된 슬루율을 가짐을 알 수 있다. As shown in FIG. 5B, it can be seen that for the
표 1은 종래 기술과 본 발명에 따른 출력 버퍼회로의 특성을 비교하기 위해 나타낸 것이다Table 1 is for comparing the characteristics of the output buffer circuit according to the prior art and the present invention.
표 1에서 확인한 바와 같이, 동일한 전원전압(VDD)에서 정지 전류, 개방루프이득, 위상여유 등의 특성들은 종래의 출력 버퍼회로와 거의 동일하지만, 본 발명에 따른 경우, 종래 기술에 비해 약 다섯 배 정도 슬루율이 향상되었음을 알 수 있다. As shown in Table 1, the characteristics such as quiescent current, open loop gain, phase margin, etc. at the same power supply voltage (VDD) are almost the same as in the conventional output buffer circuit. It can be seen that the degree of slew rate is improved.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형, 및 변경이 가능할 것이며, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and various substitutions, modifications, and changes within the scope of the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications may be made and such substitutions, changes and the like should be regarded as belonging to the following claims.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 출력 버퍼회로에 있어서, 복수개의 트랜지스터로 구성된 플립드 전압 플로워를 추가함으로써, 종래의 드라이버에 사용되는 출력 버퍼의 바이어스 전류와 유사한 수준의 바이어스 전류에서도 고슬루율의 출력전압을 얻을 수 있는 효과가 있다.As described above, in the output buffer circuit according to the present invention, by adding a flipped voltage follower composed of a plurality of transistors, the output of the high slew rate even at a bias current similar to the bias current of the output buffer used in the conventional driver. The voltage can be obtained.
또한, 종래의 드라이버에 사용되는 출력 버퍼에, 4개의 트랜지스터로 구성된 플립드 전압 플로워만 추가시키면 되므로, 구현 자체가 간단하다는 이점이 있다.In addition, since only a flipped voltage follower consisting of four transistors needs to be added to the output buffer used in the conventional driver, the implementation itself is simple.
아울러, 슬루잉시에만 바이어스 전류를 증가시키는 플립드 전압 플로워를 추가함으로써, 많은 양의 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, by adding a flipped voltage follower that increases the bias current only during slewing, it is possible to prevent a large amount of power from being consumed.
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