KR100750059B1 - 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로 - Google Patents

전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로는 펌핑 수단을 충전하기 위한 전류 공급 수단 및 펌핑 수단을 방전시키기 위한 전류 방출 수단의 동작을 결정하는 신호의 전압을 조절하여 펌핑 수단으로 공급되는 전류 및 펌핑 수단으로부터 방출되는 전류의 량을 제어하므로써 기생 캐패시터의 전압의 변화뿐만 아니라 공정 조건, 온도 및 전원 전압의 변화에 상관없이 일정한 량의 전류가 흐르도록 하여 잡음 특성 및 회로의 신뢰성을 향상시키고 주파수 합성기 전체 루프에서 전하펌프 전류 변화에 대한 특성 변화를 방지할 수 있는 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로가 개시된다.
주파수 합성기, PLL, 전하 펌프, 전류 보상

Description

전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로{Charge pumping circuit having current control means}
도 1은 종래의 전하 펌프 회로를 설명하기 위한 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로를 설명하기 위한 회로도.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 제 1 및 제 2 전류 제어 수단을 설명하기 위한 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 20 : 펌핑 수단 11, 21 : 전류 공급 수단
12, 22 : 전류 방출 수단 23 : 제 1 전류 제어 수단
24 : 제 2 전류 제어 수단 211, 221 : 비교 수단
212, 222 : 적분기
본 발명은 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로에 관한 것으로, 특히 스위칭 동작시 발생하는 전류의 변화를 보상하여 출력 전류를 안정화시킬 수 있는 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로에 관한 것이다.
도 1은 종래의 전하 펌핑 회로를 설명하기 위하여 도시한 회로도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전하 펌핑 회로는 전하의 충전 및 방전을 통해 전하를 펌핑시키기 위한 펌핑 수단(10)과, 펌핑 수단(10)에 전하를 충전시키기 위한 전류(Isource)를 공급하는 전류 공급 수단(11)과, 펌핑 수단(10)의 전하를 방전시키기 위하여 전류(Isink)를 방출시키는 전류 방출 수단(11)과, 펌핑 수단(10) 및 전류 공급 수단(11)간에 접속되어 제 1 바이어스(V11)에 따라 전류 공급 수단(11)의 전류(Isource)를 스위칭하는 제 1 스위칭 수단(S11)과, 펌핑 수단(10) 및 전류 방출 수단(12)간에 접속되어 제 2 바이어스(V12)에 따라 펌핑 수단(10)으로부터의 전류(Isink)를 스위칭하는 제 2 스위칭 수단(S12)으로 이루어진다.
전류 공급 수단(11)은 접지에 접속된 제 1 전류원(A11)과, 전원 전압원 및 제 1 전류원(A11)간에 접속되며 게이트와 소오스가 연결된 제 3 스위칭 수단(S13)과, 전원 전압원에 접속된 제 4 스위칭 수단(S14)과, 제 3 및 제 4 스위칭 수단(S13 및 S14)의 게이트 전극간에 접속되며 충전 신호(UPB)에 따라 구동하는 제 5 스위칭 수단(S15)과, 전원 전압원 및 제 3 스위칭 수단(S13)의 게이트 단자간에 접속된 제 1 캐패시터(CP)로 이루어진다.
제 1 전류원(A11)과 제 3 및 제 4 스위칭 수단(S13 및 S14)은 커런트 미러의 역할을 하며, 제 5 스위칭 수단(S15)의 구동여부를 결정하는 충전 신호(UPB)는 커런트 미러의 인에이블 신호와 같은 역할을 한다. 따라서, 제 4 스위칭 수단(S14)에 흐르는 전류의 량은 제 3 스위칭 수단(S13)에 흐르는 전류의 량과 동일하고, 이는 펌핑 수단(10)으로 공급되는 전류(Isource)의 량이다.
전류 방출 수단(12)은 전원 전압원에 접속된 제 2 전류원(A12)과, 접지 및 제 2 전류원(A12)간에 접속되며 게이트와 드레인이 연결된 제 6 스위칭 수단(S16)과, 접지에 접속된 제 7 스위칭 수단(S17)과, 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S16 및 S17)의 게이트 전극간에 접속되며 방전 신호(DN)에 따라 구동하는 제 8 스위칭 수단(S18)과, 접지 및 제 6 스위칭 수단(S16)의 게이트 단자간에 접속된 제 2 캐패시터(CN)로 이루어진다.
제 2 전류원(A12)과 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S16 및 S17)은 커런트 미러의 역할을 하며, 제 6 스위칭 수단(S16)의 구동여부를 결정하는 방전 신호(DN)는 커런트 미러의 인에이블 신호와 같은 역할을 한다. 따라서, 제 7 스위칭 수단(S17)에 흐르는 전류의 량은 제 6 스위칭 수단(S16)에 흐르는 전류의 량과 동일하고, 이는 펌핑 수단(10)으로부터 방출되는 전류(Isink)의 량이다.
이하, 상기의 구성으로 이루어진 종래의 전하 펌핑 회로의 동작을 설명하기로 한다.
제 1 및 제 2 바이어스(V11 및 V12)가 인가되어 전류 공급 수단(11) 및 전류 방출 수단(12)이 펌핑 수단(10)과 전기적으로 연결되고 충전 신호(UPB)가 인가되 면, 제 5 스위칭 수단(S15)에 의해 제 4 스위칭 수단(S14)의 게이트 전압(Vp')이 제 3 스위칭 수단(S13)의 게이트 전압(Vp)과 같아져 제 3 스위칭 수단(S13)에 흐르는 전류와 동일한 량의 전류가 제 4 스위칭 수단(S14)을 통해 흐른다. 이렇게, 제 1 전류원(A11), 제 3 및 제 4 스위칭 수단(S13 및 S14)으로 이루어진 커런트 미러가 동작하여 발생된 전류(Isource)가 제 1 스위칭 수단(S11)을 통해 펌핑 수단(10)으로 공급된다. 이로써, 펌핑 수단(10)이 충전된다. 그러나, 제 5 스위칭 수단(S15) 주변이 기생 캐패시터에 의해 제 4 스위칭 수단(S14)의 게이트 전압(Vp')이 제 3 스위칭 수단(S13)의 게이트 전압(Vp)과 달라져 제 3 스위칭 수단(S13)에 흐르는 전류와 다른 량의 전류가 제 4 스위칭 수단(S14)을 통해 흐른다.
반대로, 펌핑 수단(10)이 충전된 후 방전 신호(DN)가 인가되면, 제 8 스위칭 수단(S18)에 의해 제 7 스위칭 수단(S17)의 게이트 전압(Vn')이 제 6 스위칭 수단(S16)의 게이트 전압(Vn)과 같아져 제 6 스위칭 수단(S16)에 흐르는 전류와 동일한 량의 전류가 제 7 스위칭 수단(S17)을 통해 흐른다. 이렇게, 제 2 전류원(A12), 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S16 및 S17)으로 이루어진 커런트 미러가 동작하여 제 2 스위칭 수단(S12)을 통해 펌핑 수단(10)으로부터 전류(Isink)가 방출된다. 이로써, 펌핑 수단(10)이 방전된다. 그러나, 이 경우에도 마찬가지로, 제 8 스위칭 수단(S18) 주변이 기생 캐패시터에 의해 제 7 스위칭 수단(S17)의 게이트 전압(Vn')이 제 6 스위칭 수단(S16)의 게이트 전압(Vn)과 달라져 제 6 스위칭 수단(S16)에 흐르는 전류와 다른 량의 전류가 제 7 스위칭 수단(S17)을 통해 흐른 다.
상기와 같이, 기생 캐패시터에 의한 경우 외에도 충전 신호(UPB) 및 방전 신호(DN)가 순간적으로 인가될 경우 제 4 및 제 7 스위칭 수단(S14 및 S17)이 순간적으로 구동되어 공급 또는 방출되는 전류(Isource 또는 Isink)의 량이 변하게 된다. 즉, 종래의 차지 펌핑 회로는 제 4 및 제 7 스위칭 수단(S14 및 S17)의 스위칭 속도 및 전하 공급(Charge injection)에 의하여 출력 전류의 량이 변하게 된다.
이러한 전류량의 변화는 공정 조건, 온도 및 전원 전압에 대하여 가변적이며, 이로 인해 상기의 전하 펌핑 회로를 채용한 주파수 합성기에서 스퓨리어스 톤(Spurious tone)이라는 잡음 특성이 저하되는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명은 전류 공급 수단 및 전류 방출 수단을 동작시키기 위하여 스위칭 수단에 인가되는 신호의 전압을 제어하는 보상 수단을 통해 기생 캐패시터의 영향을 고려함과 동시에 공정 조건, 온도 및 전원 전압의 변화에 상관없이 펌핑 수단으로 공급되는 전류의 량이 일정하도록 하므로써 잡음 특성 및 회로의 신뢰성을 향상시켜 상기의 문제점을 해결할 수 있는 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로는 전하의 충전 및 방전을 통해 전하를 펌핑시키기 위한 펌핑 수단과, 제 1 버퍼를 통해 인가되는 제 1 신호에 따라 펌핑 수단에 전하를 충전시키기 위하여 펌핑 수단으로 제 1 전류를 공급하는 전류 공급 수단과, 제 2 버퍼를 통해 인가되는 제 2 신호에 따라 펌핑 수단의 전하를 방전시키기 위하여 펌핑 수단으로부터 제 2 전류를 방출시키는 전류 방출 수단과, 제 1 전류가 일정한 량으로 공급되도록 제 1 신호의 전위를 제어하기 위하여 제 1 버퍼로 인가되는 음전위 전원 전압을 제어하는 제 1 전류 제어 수단과, 제 2 전류가 일정한 량으로 방출되도록 제 2 신호의 전위를 제어하기 위하여 제 2 버퍼로 인가되는 양전위 전원 전압을 제어하는 제 2 전류 제어 수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기에서, 제 1 전류 제어 수단은 접지에 접속된 전류원과, 전원 전압원 및 전류원간에 접속되며 게이트와 소오스가 연결된 제 1 스위칭 수단과, 전원 전압원에 접속된 제 2 스위칭 수단과, 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 게이트 전극간에 접속되며, 제 3 신호에 따라 제 3 버퍼의 음전위 전원 전압으로 구동되는 제 3 스위칭 수단과, 상기 전원 전압원에 접속된 제 2 스위칭 수단의 타측 및 접지간에 접속되어 외부 바이어스 신호에 따라 동작되는 제 4 스위칭 수단과, 전원 전압원 및 제 1 스위칭 수단의 게이트 단자간에 접속된 캐패시터와, 제 1 스위칭 수단의 게이트 단자와 캐패시터간에 접속된 제 5 스위칭 수단과, 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 게이트 전압을 비교하는 비교 수단과, 비교 수단의 입력단에 각각 접속된 제 6 및 제 7 스위칭 수단과, 제 3 스위칭 수단의 게이트로 인가되는 전압을 조절하기 위하여 비교 수단의 출력 신호에 따라 음전위 전원 전압의 전위를 제어하는 적분기로 이루어져 음전위 전원 전압을 제 1 버퍼의 음전위 전원 전압으로 인가한다.
또한, 제 2 전류 제어 수단은 전원 전압원에 접속된 전류원과, 접지 및 전류원간에 접속되며 게이트와 드레인이 연결된 제 1 스위칭 수단과, 접지에 접속된 제 2 스위칭 수단과, 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 게이트 전극간에 접속되며, 제 4 신호에 따라 제 4 버퍼의 양전위 전원 전압으로 구동되는 제 3 스위칭 수단과, 상기 접지에 접속된 제 2 스위칭 수단의 타측 및 전원 전압원간에 접속되어 외부 바이어스 신호에 따라 동작되는 제 4 스위칭 수단과, 접지 및 제 1 스위칭 수단의 게이트 단자간에 접속된 캐패시터와, 제 1 스위칭 수단의 게이트 단자와 캐패시터간에 접속된 제 5 스위칭 수단과, 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 게이트 전압을 비교하는 비교 수단과, 비교 수단의 입력단에 각각 접속된 제 6 및 제 7 스위칭 수단과, 제 3 스위칭 수단의 게이트로 인가되는 전압을 조절하기 위하여 비교 수단의 출력 신호에 따라 양전위 전원 전압의 전위를 제어하는 적분기로 이루어져 양전위 전원 전압을 제 2 버퍼의 양전위 전원 전압으로 인가한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로를 설명하기 위하여 회로도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 제 1 및 제 2 전류 제어 수단을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로는 전하의 충전 및 방전을 통해 전하를 펌핑시키기 위한 펌핑 수단(20)과, 제 1 버퍼(B21)를 통해 인가되는 충전 신호인 제 1 신호(UPB)에 따라 펌핑 수단(20)에 전하를 충전시키기 위한 전류(Isource)를 공급하는 전류 공급 수단(21)과, 제 2 버퍼(B22)를 통해 인가되는 방전 신호인 제 2 신호(DN)에 따라 펌핑 수단(20)의 전하를 방전시키기 위하여 전류(Isink)를 방출시키는 전류 방출 수단(22)과, 펌핑 수단(20) 및 전류 공급 수단(21)간에 접속되어 제 1 바이어스(V21)에 따라 전류 공급 수단(21)의 전류(Isource)를 스위칭하는 제 1 스위칭 수단(S21)과, 펌핑 수단(20) 및 전류 방출 수단(22)간에 접속되어 제 2 바이어스(V22)에 따라 펌핑 수단(20)으로부터의 전류(Isink)를 스위칭하는 제 2 스위칭 수단(S22)과, 제 1 전류(Isource)의 량이 일정하게 발생되도록 제 1 버퍼(B21)의 동작 전압(VDDP)을 제어하여 전류 공급 수단(21)으로 인가되는 제 1 신호(UPB)의 전위를 제어하는 제 1 전류 제어 수단(23)과, 제 2 전류(Isink)의 량이 일정하게 발생되도록 제 2 버퍼(B22)의 동작 전압(VDDN)을 제어하여 전류 방출 수단(22)으로 인가되는 제 2 신호(DN)의 전위를 제어하는 제 2 전류 제어 수단(24)으로 이루어진다.
전류 공급 수단(21) 및 전류 방출 수단(22)은 도 1에서 설명한 전류 공급 수단(11) 및 전류 방출 수단(12)의 구성과 동일하다.
전류 공급 수단(21)의 제 4 스위칭 수단(S24)의 게이트 단자 및 접지간에는 제 1 기생 캐패시터(Cpp1)가 발생되고, 제 4 및 제 5 스위칭 수단(S24 및 S25)의 게이트 단자간에는 제 2 기생 캐패시터(Cpp2)가 발생되며, 제 3 및 제 5 스위칭 수단(S23 및 S25)의 게이트 단자간에는 제 3 기생 캐패시터(Cpp3)가 발생된다. 전류 방출 수단(22)의 제 7 스위칭 수단(S25)의 게이트 단자 및 접지간에는 제 4 기생 캐패시터(Cnp1)가 발생되고, 제 7 및 제 8 스위칭 수단(S27 및 S28)의 게이트 단자간에는 제 5 기생 캐패시터(Cnp2)가 발생되며, 제 6 및 제 8 스위칭 수단(S26 및 S28)의 게이트 단자간에는 제 6 기생 캐패시터(Cnp3)가 발생된다.
이상적인 경우의 전하 펌핑 회로의 동작을 간단히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 전류 공급 수단(21)으로 제 1 신호(UPB)가 인가되면 제 5 스위칭 수단(S25)이 구동하여 제 4 스위칭 수단(S24)의 게이트 전압(Vp')이 제 3 스위칭 수단(S23)의 게이트 전압(Vp)과 같아져 제 3 및 제 4 스위칭 수단(S23 및 S24)에는 동일한 량의 전류가 흐르게 된다. 그러나, 실제로는 제 1 캐패시터(CP) 및 제 1 내지 제 3 기생 캐패시터(Cpp1 내지 Cpp3)에 의해 제 3 및 제 4 스위칭 수단(S23 및 S24)의 게이트 전압이 달라져 제 3 및 제 4 스위칭 수단(S23 및 S24)에는 서로 다른 량의 전류가 흐르게 된다.
이는, 제 1 신호(UPB)에 따라 제 5 스위칭 수단(S25)으로 인가되는 게이트 전압을 조절하여 해결할 수 있으며, 제 5 스위칭 수단(S25)의 게이트 전압은 제 1 버퍼(B21)의 음전위 전원 전압(VDDP)의 전위를 조절하여 해결할 수 있다. 하기의 수학식 1은 제 3 및 제 4 스위칭 수단(S23 및 S24)에 동일한 게이트 전압이 인가되도록 할 수 있는 제 1 버퍼(B21)의 음전위 전원 전압(VDDP)의 전위에 대한 관계식이다.
(VDDP-Vp') = Cpp2 ×(VDDP-Vp) / (CP+Cpp1) + Vp ×(Cpp2+Cpp3) / Cptotal
VDDP = [Cpp1/(CP+Cpp1)+(Cpp2+Cpp3)/Cptotal] ×(VDDP-Vp) / [(Cpp2+Cpp3) / Cptotal]
Cptotal = CP + Cpp1 + Cpp2 + Cpp3
마찬가지로, 전류 방출 수단(22)으로 제 2 신호(DN)가 인가되면 제 8 스위칭 수단(S28)이 구동하여 제 6 스위칭 수단(S26)의 게이트 전압(Vn')이 제 7 스위칭 수단(S27)의 게이트 전압(Vn)과 같아져 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S26 및 S27)에는 동일한 량의 전류가 흐르게 된다. 그러나, 실제로는 제 2 캐패시터(CN) 및 제 4 내지 제 6 기생 캐패시터(Cnp1 내지 Cnp3)에 의해 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S26 및 S27)의 게이트 전압이 달라져 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S26 및 S27)에는 서로 다른 량의 전류가 흐르게 된다.
이는, 제 2 신호(DN)에 따라 제 8 스위칭 수단(S28)으로 인가되는 게이트 전압을 조절하여 해결할 수 있으며, 제 8 스위칭 수단(S28)의 게이트 전압은 제 2 버퍼(B22)의 양전위 전원 전압(VDDN)의 전위를 조절하여 해결할 수 있다. 하기의 수학식 2는 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S26 및 S27)에 동일한 게이트 전압이 인가되도록 할 수 있는 제 2 버퍼(B22)의 양전위 전원 전압(VDDN)의 전위에 대한 관계식이다.
Vn' = Cnp2 ×Vn / (CN+Cnp1) + (VDDN-Vn) ×(Cnp2+Cnp3) / Cntotal
VDDN = [Cnp1/(CN+Cnp1)+(Cnp2+Cnp3)/Cntotal] ×Vn / [(Cnp2+Cnp3) / Cntotal]
Cntotal = CN + Cnp1 + Cnp2 + Cnp3
상기의 수학식 1 및 수학식 2의 관계식을 통해 제 5 및 제 8 스위칭 수단(S25 및 S28)의 게이트로 인가되는 전압(VDDP 및 VDDN)을 조절하므로써 제 3 및 제 4 스위칭 수단(S23 및 S24)의 게이트 전압(Vp 및 Vp')이 같아지게 하고, 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S26 및 S27)의 게이트 전압(Vn 및 Vn')이 같아지게 할 수 있다.
따라서, 제 1 및 제 2 캐피시터(CP 및 CN)와 제 1 내지 제 6 기생 캐패시터(Cpp1 내지 Cpp3 및 Cnp1 내지 Cnp3)의 영향에 상관없이 일정한 량의 전류를 펌핑 수단(20)으로 공급하거나 펌핑 수단(20)으로부터 방출시킬 수 있다.
제 5 및 제 8 스위칭 수단(S25 및 S28)의 게이트로 인가되는 전압(VDDP 및 VDDN)은 제 1 전류 제어 수단(23) 및 제 2 전류 제어 수단(24)을 이용하여 조절할 수 있다.
제 1 전류 제어 수단(23)은 전류 공급 수단(21)과 동일한 구성 및 조건에서 제 1 캐패시터(CP) 및 제 1 내지 제 3 기생 캐패시터(Cpp1 내지 Cpp3)의 영향을 상쇄시켜 제 3 및 제 4 스위칭 수단(S23 및 S24)에 동일한 게이트 전압이 인가될 수 있도록 제 1 버퍼(V21)의 음전위 전원 전압(VDDP)을 발생시켜 제 1 버퍼(B21)로 인가한다. 이로써, 제 1 전류 제어 수단(23)에서 발생된 제 1 버퍼(V21)의 음전위 전원 전압(VDDP)이 제 1 신호(UPB)에 따라 제 5 스위칭 수단(S25)의 게이트로 인가되어 제 3 및 제 4 스위칭 수단(S23 및 S24)에 동일한 게이트 전압이 인가된다.
반대로, 제 2 전류 제어 수단(24)은 전류 방출 수단(22)과 동일한 구성 및 조건에서 제 2 캐패시터(CN) 및 제 4 내지 제 6 기생 캐패시터(Cnp1 내지 Cnp3)의 영향을 상쇄시켜 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S26 및 S27)에 동일한 게이트 전압이 인가될 수 있도록 제 2 버퍼(V22)의 양전위 전원 전압(VDDN)을 발생시켜 제 2 버퍼(B22)로 인가한다. 이로써, 제 2 전류 제어 수단(24)에서 발생된 제 2 버퍼(V22)의 양전위 전원 전압(VDDN)이 제 2 신호(DN)에 따라 제 8 스위칭 수단(S28)의 게이트로 인가되어 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S26 및 S27)에 동일한 게이트 전압이 인가된다.
이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 제 1 및 제 2 전류 제어 수단의 구성 및 동작을 각각 설명하기로 한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 전류 제어 수단은 접지에 접속된 전류원(A31)과, 전류원(A31) 및 전원 전압원간에 접속되며 게이트와 소오스가 연결된 제 1 스위칭 수단(S31)과, 전원 전압원에 접속된 제 2 스위칭 수단(S32)과, 제 1 및 제 2 스위칭 수단(S31 및 S32)의 게이트 전극간에 접속되며, 버퍼(B31)를 통해 인가되는 제 3 신호(PH1P)에 따라 구동하는 제 3 스위칭 수단(S33)과, 제 3 스위칭 수단(S33) 및 접지간에 접속되어 외부 바이어스 신호(V31)에 따라 동작되는 제 4 스위칭 수단(S34)과, 전원 전압원 및 제 1 스위칭 수단(S31)의 게이트 단자간 에 접속된 캐패시터(CP)와, 제 1 스위칭 수단(S31)의 게이트 단자와 캐패시터(CP)간에 접속된 제 5 스위칭 수단(S35)과, 제 1 및 제 2 스위칭 수단(S31 및 S32)의 게이트 전압을 비교하는 비교 수단(211)과, 비교 수단(S211)의 입력단에 각각 접속된 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S36 및 S37)과, 비교 수단(S211)의 출력 신호에 따라, 제 3 스위칭 수단(S33)의 게이트로 인가되는 전압을 조절하기 위하여 제 3 버퍼(B31)로 공급되는 음전위 전원 전압(VDDP)의 전위를 제어하는 적분기(212)로 이루어진다.
상기의 구성으로 이루어진 제 1 전류 제어 수단(21)의 동작을 설명하기로 한다.
제 5 스위칭 수단(S35)이 열리면 제 1 스위칭 수단(S31)의 게이트 단자의 전압(Vpc)이 도 2에서 설명한 전류 공급 수단(21)의 제 3 스위칭 수단(S23)의 게이트 전압(Vp)과 동일한 전위로 충전된다. 이후 제 5 스위칭 수단(S35)이 닫히고 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S36 및 S37)이 닫히면서 제 3 신호(PH1P)가 인가되면, 버퍼(B31)로 인가되는 음전위 전원 전압의 초기 전압이 제 3 스위칭 수단(S33)으로 인가된다. 이로 인해, 상기의 수학식 1에서 얻어지는 도 2의 제 4 스위칭 수단(S24)의 게이트 전압(Vp')에 상응하는 전압이 제 2 스위칭 수단(S32)에 게이트 전압(Vpc')으로 인가된다.
이때, 캐패시터(CP) 및 기생 캐패시터(도시되지 않음)의 영향에 의해 제 2 스위칭 소자(S32)의 게이트 전압(Vpc')이 제 1 스위칭 수단(S31)의 게이트 전압(Vpc)보다 낮으면, 비교기(211)와 적분기(212)에 의해 버퍼(B31)의 음전위 전 원 전압(VDDP)이 소정의 전압만큼 더 낮아진다. 이후 제 3 신호(PH1P)는 0V가 되고, 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S36 및 S37)에 의해 비교기(211)의 입력단자가 개방된다. 이로써, 제 2 스위칭 소자(S32)의 게이트 전압(Vpc')이 제 1 스위칭 수단(S31)의 게이트 전압(Vpc)에 가까워지며, 상기의 동작을 반복하여 전압을 일치시킨다.
반대로, 제 2 스위칭 소자(S32)의 게이트 전압(Vpc')이 제 1 스위칭 수단(S31)의 게이트 전압(Vpc)보다 높으면, 비교기(211)와 적분기(212)에 의해 버퍼(B31)의 음전위 전원 전압(VDDP)이 소정의 전압만큼 높아진다. 이후 제 3 신호(PH1P)는 0V가 되고, 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S36 및 S37)에 의해 비교기(211)의 입력단자가 개방된다. 이로써, 제 2 스위칭 소자(S32)의 게이트 전압(Vpc')이 제 1 스위칭 수단(S31)의 게이트 전압(Vpc)에 가까워지며, 상기의 동작을 반복하여 전압을 일치시킨다.
도 3a의 제 1 전류 제어 수단은 도 2에 도시된 전류 공급 수단(21)과 동일한 조건에서 동작하므로, 상기의 동작을 통해 얻어진 버퍼(B31)의 음전위 전원 전압(VDDP)은 도 2의 제 1 버퍼(B21)에 음전위 전원 전압으로써 그대로 인가된다. 따라서, 도 2에 도시된 전류 공급 수단(21)의 제 3 및 제 4 스위칭 수단(S23 및 S24)에도 동일한 게이트 전압이 인가되어 일정한 량의 전류(Isource)를 펌핑 수단(20)으로 공급할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제 2 전류 제어 수단은 전원 전압원에 접속된 전류원(A41)과, 전류원(A41) 및 접지간에 접속되며 게이트와 드레인이 연결된 제 1 스위칭 수단(S41)과, 접지에 접속된 제 2 스위칭 수단(S42)과, 제 1 및 제 2 스위칭 수단(S41 및 S42)의 게이트 전극간에 접속되며, 버퍼(B41)를 통해 인가되는 제 4 신호(PH1)에 따라 구동하는 제 3 스위칭 수단(S43)과, 제 3 스위칭 수단(S43) 및 전원 전압원간에 접속되어 외부 바이어스 신호(V41)에 따라 동작되는 제 4 스위칭 수단(S44)과, 접지 및 제 1 스위칭 수단(S41)의 게이트 단자간에 접속된 캐패시터(CN)와, 제 1 스위칭 수단(S41)의 게이트 단자와 캐패시터(CP)간에 접속된 제 5 스위칭 수단(S45)과, 제 1 및 제 2 스위칭 수단(S41 및 S42)의 게이트 전압을 비교하는 비교 수단(221)과, 비교 수단(S221)의 입력단에 각각 접속된 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S46 및 S47)과, 비교 수단(S221)의 출력 신호에 따라, 제 3 스위칭 수단(S43)의 게이트로 인가되는 전압을 조절하기 위하여 버퍼(B41)로 공급되는 양전위 전원 전압(VDDN)의 전위를 제어하는 적분기(212)로 이루어진다.
상기의 구성으로 이루어진 제 2 전류 제어 수단의 동작을 설명하기로 한다.
제 5 스위칭 수단(S45)이 열리면 제 1 스위칭 수단(S41)의 게이트 단자의 전압(Vnc)이 도 2에서 설명한 전류 방출 수단(22)의 제 6 스위칭 수단(S26)의 게이트 전압(Vn)과 동일한 전위로 충전된다. 이후 제 5 스위칭 수단(S45)이 닫히고 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S46 및 S47)이 닫히면서 제 4 신호(PH1)가 인가되면, 버퍼(B41)로 인가되는 양전위 전원 전압의 초기 전압이 제 3 스위칭 수단(S33)으로 인가된다. 이로 인해, 상기의 수학식 2에서 얻어지는 도 2의 제 7 스위칭 수단(S27)의 게이트 전압(Vn')에 상응하는 전압이 제 2 스위칭 수단(S42)에 게이트 전압(Vnc')으로 인가된다.
이때, 캐패시터(CN) 및 기생 캐패시터(도시되지 않음)의 영향에 의해 제 2 스위칭 소자(S42)의 게이트 전압(Vnc')이 제 1 스위칭 수단(S41)의 게이트 전압(Vnc)보다 낮으면, 비교기(221)와 적분기(222)에 의해 버퍼(B41)의 양전위 전원 전압(VDDN)이 소정의 전압만큼 높아진다. 이후 제 4 신호(PH1)는 0V가 되고, 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S46 및 S47)에 의해 비교기(221)의 입력단자가 개방된다. 이로써, 제 2 스위칭 소자(S42)의 게이트 전압(Vnc')이 제 1 스위칭 수단(S41)의 게이트 전압(Vnc)에 가까워지며, 상기의 동작을 반복하여 전압을 일치시킨다.
반대로, 제 2 스위칭 소자(S42)의 게이트 전압(Vnc')이 제 1 스위칭 수단(S41)의 게이트 전압(Vnc)보다 높으면, 비교기(221)와 적분기(222)에 의해 버퍼(B41)의 음전위 전원 전압(VDDN)이 소정의 전압만큼 낮아진다. 이후 제 4 신호(PH1)는 0V가 되고, 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S46 및 S47)에 의해 비교기(221)의 입력단자가 개방된다. 이로써, 제 2 스위칭 소자(S42)의 게이트 전압(Vnc')이 제 1 스위칭 수단(S41)의 게이트 전압(Vnc)에 가까워지며, 상기의 동작을 반복하여 전압을 일치시킨다.
도 3b의 제 2 전류 제어 수단은 도 2의 전류 방출 수단(22)과 동일한 조건에서 동작하므로, 상기의 동작을 통해 얻어진 버퍼(B41)의 양전위 전원 전압(VDDN)은 도 2의 제 2 버퍼(B22)에 양전위 전원 전압으로써 그대로 인가된다. 따라서, 도 2에 도시된 전류 방출 수단(22)의 제 6 및 제 7 스위칭 수단(S26 및 S27)에도 동일한 게이트 전압이 인가되어 펌핑 수단(20)으로부터 일정한 량의 전류(Isink)를 방출시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 펌핑 수단으로 공급되는 전류 및 펌핑 수단으로부터 방출되는 전류의 량을 일정하게 제어해 주므로써 주파수 합성기의 전하펌프 전류 변화 및 전류 불일치 현상을 해결할 수 있고, 주파수 합성기 전체 루프에서 전하펌프 전류 변화에 대한 특성 변화를 방지할 수 있으며, 전하 펌프의 전류 불일치에 의한 스퓨리어스 잡음을 최소화하여 주파수 합성기의 잡음 특성을 개선할 수 있다.

Claims (8)

  1. 전하의 충전 및 방전을 통해 전하를 펌핑시키기 위한 펌핑 수단과,
    제 1 버퍼를 통해 인가되는 제 1 신호에 따라 상기 펌핑 수단에 전하를 충전시키기 위하여 상기 펌핑 수단으로 제 1 전류를 공급하는 전류 공급 수단과,
    제 2 버퍼를 통해 인가되는 제 2 신호에 따라 상기 펌핑 수단의 전하를 방전시키기 위하여 상기 펌핑 수단으로부터 제 2 전류를 방출시키는 전류 방출 수단과,
    상기 제 1 전류가 일정한 량으로 공급되도록 상기 제 1 신호의 전위를 제어하기 위하여 상기 제 1 버퍼로 인가되는 음전위 전원 전압을 제어하는 제 1 전류 제어 수단과,
    상기 제 2 전류가 일정한 량으로 방출되도록 상기 제 2 신호의 전위를 제어하기 위하여 상기 제 2 버퍼로 인가되는 양전위 전원 전압을 제어하는 제 2 전류 제어 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 공급 수단 및 상기 펌핑 수단간에는 제 1 바이어스에 따라 상기 제 1 전류를 스위칭하는 제 1 스위칭 수단과, 상기 펌핑 수단 및 상기 전류 방출 수단간에는 제 2 바이어스에 따라 상기 제 2 전류를 스위칭하는 제 2 스위칭 수단 을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전류 공급 수단은 접지에 접속된 전류원과,
    전원 전압원 및 상기 전류원간에 접속되며 게이트와 소오스가 연결된 제 3 스위칭 수단과,
    상기 전원 전압원 및 상기 제1 스위칭수단간에 접속된 제 4 스위칭 수단과,
    상기 제 3 및 제 4 스위칭 수단의 게이트 전극간에 접속되며, 제 3 신호에 따라 상기 제 1 버퍼의 음전위 전원 전압으로 구동되는 제 5 스위칭 수단과,
    전원 전압원 및 제 3 스위칭 수단의 게이트 단자간에 접속된 캐패시터로 이루어진 것을 특징으로 하는 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 5 스위칭 수단은 하기의 수학식 3에 기재된 관계식을 통해 얻어지는 상기 음전위 전원 전압으로 구동되는 것을 특징으로 하는 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로.
    Figure 112007024910748-pat00006
    VDDP = [Cpp1/(CP+Cpp1)+(Cpp2+Cpp3)/Cptotal] ×(VDDP-Vp) / [(Cpp2+Cpp3) / Cptotal]
    VDDP : 음전위 전원 전압
    Vp : 제 3 스위칭 수단의 게이트 전압
    Vp' : 제 4 스위칭 수단의 게이트 전압
    CP : 캐피시터의 캐패시턴스
    Cpp1 : 제 4 스위칭 수단의 게이트 및 전원 전압간의 기생 캐피시턴스
    Cpp2 : 제 4 및 제 5 스위칭 수단의 게이트 단자간의 기생 캐피시턴스
    Cpp3 : 제 3 및 제 5 스위칭 수단의 게이트 단자간의 기생 캐피시턴스
    Cptotal = CP + Cpp1 + Cpp2 + Cpp3
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전류 방출 수단은 전원 전압원에 접속된 전류원과,
    접지 및 상기 전류원간에 접속되며 게이트와 드레인이 연결된 제 3 스위칭 수단과,
    상기 접지 및 상기 제2 스위칭수단간에 접속된 제 4 스위칭 수단과,
    상기 제 3 및 제 4 스위칭 수단의 게이트 전극간에 접속되며, 제 4 신호에 따라 제 4 버퍼의 양전원 전원 전압으로 구동되는 제 5 스위칭 수단과,
    상기 제 3 스위칭 수단의 게이트 단자 및 접지간에 접속된 캐패시터로 이루어진 것을 특징으로 하는 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 5 스위칭 수단은 하기의 수학식 4에 기재된 관계식을 통해 얻어지는 상기 양전위 전원 전압으로 구동되는 것을 특징으로 하는 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로.
    Figure 112007024910748-pat00007
    VDDN = [Cnp1/(CN+Cnp1)+(Cnp2+Cnp3)/Cntotal] ×Vn / [(Cnp2+Cnp3) / Cntotal]
    VDDN : 양전위 전원 전압
    Vn : 제 3 스위칭 수단의 게이트 전압
    Vn' : 제 4 스위칭 수단의 게이트 전압
    CN : 캐피시터의 캐패시턴스
    Cnp1 : 제 4 스위칭 수단의 게이트 및 접지간의 기생 캐피시턴스
    Cnp2 : 제 4 및 제 5 스위칭 수단의 게이트 단자간의 기생 캐피시턴스
    Cnp3 : 제 3 및 제 5 스위칭 수단의 게이트 단자간의 기생 캐피시턴스
    Cntotal = CN + Cnp1 + Cnp2 + Cnp3
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전류 제어 수단은 접지에 접속된 전류원과,
    전원 전압원 및 상기 전류원간에 접속되며 게이트와 소오스가 연결된 제 1 스위칭 수단과,
    상기 전원 전압원에 접속된 제 2 스위칭 수단과,
    상기 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 게이트 전극간에 접속되며, 제 3 신호에 따라 제 3 버퍼의 음전위 전원 전압으로 구동되는 제 3 스위칭 수단과,
    상기 전원 전압원에 접속된 제 2 스위칭 수단의 타측 및 접지간에 접속되어 외부 바이어스 신호에 따라 동작되는 제 4 스위칭 수단과,
    전원 전압원 및 제 1 스위칭 수단의 게이트 단자간에 접속된 캐패시터와,
    상기 제 1 스위칭 수단의 게이트 단자와 상기 캐패시터간에 접속된 제 5 스위칭 수단과,
    상기 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 게이트 전압을 비교하는 비교 수단과,
    상기 비교 수단의 입력단에 각각 접속된 제 6 및 제 7 스위칭 수단과,
    상기 비교 수단의 출력 신호에 따라 상기 음전위 전원 전압의 전위를 제어하는 적분기로 이루어져 상기 음전위 전원 전압을 상기 제 1 버퍼의 음전위 전원 전압으로 인가하는 것을 특징으로 하는 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전류 제어 수단은 전원 전압원에 접속된 전류원과,
    접지 및 상기 전류원간에 접속되며 게이트와 드레인이 연결된 제 1 스위칭 수단과,
    상기 접지에 접속된 제 2 스위칭 수단과,
    상기 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 게이트 전극간에 접속되며, 제 4 신호에 따라 제 4 버퍼의 양전원 전원 전압으로 구동되는 제 3 스위칭 수단과,
    상기 접지에 접속된 제 2 스위칭 수단의 타측 및 전원 전압원간에 접속되어 외부 바이어스 신호에 따라 동작되는 제 4 스위칭 수단과,
    접지 및 상기 제 1 스위칭 수단의 게이트 단자간에 접속된 캐패시터와,
    상기 제 1 스위칭 수단의 게이트 단자와 상기 캐패시터간에 접속된 제 5 스위칭 수단과,
    상기 제 1 및 제 2 스위칭 수단의 게이트 전압을 비교하는 비교 수단과,
    상기 비교 수단의 입력단에 각각 접속된 제 6 및 제 7 스위칭 수단과,
    상기 비교 수단의 출력 신호에 따라 상기 양전위 전원 전압의 전위를 제어하는 적분기로 이루어져 상기 양전위 전원 전압을 상기 제 2 버퍼의 양전위 전원 전압으로 인가하는 것을 특징으로 하는 전류 제어 수단을 구비한 전하 펌핑 회로.
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