KR101041623B1 - Exponential Function Generator and Variable Gain Amplifier Using the Same - Google Patents
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Abstract
로그 스케일에서 선형 특성이 우수한 지수함수 발생기 및 이를 이용한 가변 이득 증폭 장치를 제시한다.
본 발명에 의한 가변 이득 증폭 장치는 전원전압 단자 및 접지단자 간에 접속되어 제어전압이 지수함수적인 특성을 갖도록 제어전압을 조절하여 제 1 및 제 2 조절전압을 출력하는 지수함수 발생기, 전원전압 단자 및 접지단자 간에 접속되어, 제 1 및 제 2 조절전압 및 피드백 전압에 의해 제 1 및 제 2 입력 전압의 이득을 조절하여 제 1 및 제 2 출력전압을 생성하는 이득 제어부 및 제 1 및 제 2 출력전압과 기준전압을 비교하여 피드백 전압을 생성하여 이득 제어부로 제공하는 출력 조절부를 포함하며, 지수함수 발생기는, 전원전압 단자와 제 1 조절전압을 출력하기 위한 제 1 출력 노드 간에 접속되어 제어전압에 의해 구동되는 제 1 트랜지스터와, 제 1 트랜지스터와 병렬 접속되는 제 1 전류원과, 제 1 출력 노드와 접지단자 간에 다이오드 접속되는 제 2 트랜지스터와, 제어전압 입력단자와 제 2 조절전압을 출력하기 위한 제 2 출력 노드 간에 접속되어 접지전압에 의해 구동되는 제 3 트랜지스터와, 전원전압 단자와 제 2 출력 노드 간에 접속되는 제 2 전류원 및 제 2 출력 노드와 접지단자 간에 다이오드 접속되는 제 4 트랜지스터를 포함하여, 지수함수의 선형 특성을 안정화할 수 있고 CMOS 소자를 이용하여 낮은 단가 및 간단한 공정으로 지수함수 발생기를 제조할 수 있다.An exponential generator with excellent linear characteristics at log scale and a variable gain amplifier using the same are presented.
The variable gain amplification apparatus according to the present invention is connected between a power supply terminal and a ground terminal, an exponential function generator for outputting first and second adjustment voltages by adjusting the control voltage so that the control voltage has an exponential function, and a power supply voltage terminal; A gain controller and first and second output voltages connected between the ground terminals to generate first and second output voltages by adjusting gains of the first and second input voltages by first and second regulated voltages and feedback voltages. And an output controller configured to compare the reference voltage with a reference voltage to generate a feedback voltage and provide the feedback voltage to the gain controller. A first transistor driven, a first current source connected in parallel with the first transistor, and a second transistor diode-connected between the first output node and the ground terminal A third transistor connected between the transistor, the control voltage input terminal and the second output node for outputting the second regulated voltage and driven by a ground voltage, a second current source connected between the power supply voltage terminal and the second output node; By including a fourth transistor diode-connected between the second output node and the ground terminal, it is possible to stabilize the linear characteristics of the exponential function and to manufacture the exponential generator with low cost and simple process using CMOS devices.
Description
본 발명은 지수함수 발생기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 로그 스케일에서 선형 특성이 우수한 지수함수 발생기 및 이를 이용한 가변 이득 증폭 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an exponential generator, and more particularly, to an exponential generator having excellent linear characteristics at a logarithmic scale and a variable gain amplifier using the same.
일반적으로, 지수함수 발생기는 가변 이득 증폭 장치(Variable Gain Amplifier; 이하, 'VGA')를 비롯한 아날로그 시스템에 광범위하게 적용되고 있으며, VGA는 통신 시스템, 디스크 드라이브, 의료기기 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.In general, an exponential generator is widely applied to analog systems including a variable gain amplifier (VGA), and VGA is used in various fields such as communication systems, disk drives, and medical devices. .
통신 시스템에서 신호를 송수신하는 송신단 및 수신단의 신호 크기는 송수신단의 거리 및 상태에 따라 가변되며, 특히 무선통신 시스템에서는 다중경로 페이딩 등에 의해 신호크기 변화가 더욱 심화된다. 따라서, 송수신단에서 원활한 신호 처리를 위해 신호의 크기를 변화시킬 수 있는 VGA가 사용되고 있다.The signal size of a transmitter and a receiver that transmits and receives a signal in a communication system varies according to a distance and a state of the transceiver. In particular, in a wireless communication system, a change in signal size is further deepened by multipath fading. Accordingly, a VGA capable of changing a signal size for smooth signal processing at a transmitting and receiving end has been used.
VGA는 피드백 루프 내에서 제어전압에 비례하는 이득을 자동적으로 제어하도록 구성된다. 이득의 단위로 사용되는 데시벨(dB)은 로그함수이며, 따라서 VGA의 이득이 지수함수적으로 변화하면 증폭기 이득을 선형 데시벨 단위로 변환시키기 용이하다. 그러므로, VGA는 외부로부터 인가되는 제어전압에 대하여 이득이 지수함수적으로 변화는 것이 바람직하다.The VGA is configured to automatically control a gain proportional to the control voltage within the feedback loop. The decibel (dB) used as the unit of gain is the logarithmic function, so it is easy to convert the amplifier gain to linear decibel when the gain of the VGA changes exponentially. Therefore, it is preferable that the gain of the VGA varies exponentially with respect to the control voltage applied from the outside.
이러한 지수함수적 특성을 얻기 위하여, 종래에는 액티브 모드(Active mode)에서 동작할 때 지수함수의 특성을 갖는 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 VGA를 구성하였다. 즉, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 소자는 동작 영역에 따라 제곱함수 또는 선형함수의 특성을 갖기 때문에 지수함수로의 구현이 어려운 단점이 있다.In order to obtain such an exponential characteristic, the VGA is conventionally configured by using a bipolar transistor having an exponential function when operating in an active mode. That is, a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) device has a feature of the square function or the linear function according to the operating region, it is difficult to implement an exponential function.
그러나, VGA 등 지수함수 발생기의 적용 분야가 날로 확대됨에 따라, 생산 단가가 낮고 집적도가 높은 CMOS 소자를 이용하여 지수함수 발생기를 구현할 필요성이 대두되었다.However, as the field of application of exponential generators such as VGA expands day by day, the necessity of implementing exponential generators using CMOS devices with low production cost and high integration has emerged.
2004년 IEEE 국제 심포지움(ISCAS; International Symposium on Circuits And Systems)에서 발표된 논문 'CMOS EXPONENTIAL CURRENT-TO-VOLTAGE CIRCUIT BASED ON NEWLY PROPOSED APPROXIMATION METHOD'(이하, '논문1')에는 의사 지수함수(Pseudo-exponential) 및 테일러 급수 전개(Taylor series expansion)를 이용한 근사 지수함수를 이용하여 새로운 근사 지수함수를 정의하고, 이를 이용한 전류 발생 회로를 CMOS 소자로 구현한 예에 대하여 기재되어 있다.'CMOS EXPONENTIAL CURRENT-TO-VOLTAGE CIRCUIT BASED ON NEWLY PROPOSED APPROXIMATION METHOD', published at the IEEE International Symposium on Circuits And Systems (ISCAS) in 2004, exponential) and an approximate exponential function using Taylor series expansion are used to define a new approximate exponential function, and an example of implementing a current generation circuit using the same as a CMOS device is described.
[수학식 1]은 테일러 급수를 이용한 근사 지수함수를, [수학식 2]는 의사지수함수를 나타내며, [수학식 3]은 논문1에서 제시된 새로운 근사 지수함수이다.Equation 1 is an approximate exponential function using Taylor series, Equation 2 is a pseudo exponential function, and Equation 3 is a new approximate exponential function presented in Paper 1.
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 3]&Quot; (3) "
[수학식 3]에서 k는 상수이고, x는 독립변수이다.In Equation 3, k is a constant and x is an independent variable.
도 1은 수학식 1 내지 3의 지수함수의 형태별 로그 스케일에 대한 선형 특성을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the linear characteristics of the log scale for each type of the exponential function of Equations 1 to 3.
도 1에서 A1, B1 및 C1은 상기 논문1에서 제시한 근사 지수함수에 대하여 k값을 각각 1, 0.8, 0.6으로 변화시킨 경우 독립변수 x에 대한 dB 스케일 곡선이다. 또한, D1은 테일러 급수를 이용한 근사 지수함수에 대한 dB 스케일 곡선이며, E1은 의사 지수함수에 대한 dB 스케일 곡선이다.In FIG. 1, A1, B1, and C1 are dB scale curves for the independent variable x when the k value is changed to 1, 0.8, and 0.6 for the approximate exponential function presented in Paper 1, respectively. Also, D1 is the dB scale curve for the approximate exponential function using the Taylor series, and E1 is the dB scale curve for the pseudo exponential function.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 수학식 3에 의한 dB 스케일 곡선의 경우(A1, B2, C1) 수학식 1 및 수학식 2에 의한 dB 스케일 곡선(D1, E1)에 비하여 선형성 오차가 ±0.5dB 이내이며, 선형 구간이 약 20dB 정도로 큰 것을 알 수 있다.As can be seen in FIG. 1, in the case of the dB scale curve according to Equation 3 (A1, B2, C1), the linearity error is ± 0.5 compared to the dB scale curves D1 and E1 according to Equation 1 and Equation 2. It can be seen that it is within dB and the linear section is about 20 dB.
아울러, 수학식 3에서 k값이 클수록 선형 구간이 짧고, k가 작을수록 선형성 오차가 증가함을 확인할 수 있다.In addition, in Equation 3, the larger the k value, the shorter the linear interval, and the smaller the k value, the higher the linearity error.
그러나, 무선통신 시스템은 60dB 정도의 이득변동폭을 요구하고 있으므로 논문1에서 제시한 근사 지수함수만으로는 시스템 성능을 충족시키기 어려운 문제가 있다.However, since the wireless communication system requires a gain variation range of about 60 dB, the approximate exponential function presented in Paper 1 alone is difficult to satisfy the system performance.
이러한 문제를 해결하고자, 2005 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers를 통해 발표된 논문 "An ALL CMOS 84dB-Linear Low-Power Variable Gain Amplifier"(이하, '논문2')에는 [수학식 4]와 같은 새로운 근사 지수함수가 제시되어 있다.In order to solve this problem, a paper published in 2005 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, "An ALL CMOS 84dB-Linear Low-Power Variable Gain Amplifier" (hereinafter, 'Paper 2'), A new approximate exponential function is presented.
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기에서, k는 상수이고 x는 독립변수이다.Where k is a constant and x is an independent variable.
도 2는 수학식 1, 2 및 4의 지수함수의 형태별 로그 스케일에 대한 선형 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing linear characteristics of log scales according to types of exponential functions of Equations 1, 2, and 4. FIG.
도 2의 A2, B2 및 C2는 논문2에서 제시한 근사 지수함수에 대하여 k값을 각각 1, 0.25, 0.15로 변화시킨 경우 독립변수 x에 대한 dB 스케일 곡선이다. 또한, D2는 테일러 급수를 이용한 근사 지수함수에 대한 dB 스케일 곡선이며, E2는 의사 지수함수에 대한 dB 스케일 곡선이다.A2, B2 and C2 of FIG. 2 are dB scale curves for the independent variable x when the k value is changed to 1, 0.25, and 0.15 for the approximate exponential function presented in Paper 2. Also, D2 is the dB scale curve for the approximate exponential function using the Taylor series, and E2 is the dB scale curve for the pseudo exponential function.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, [수학식 4]에 의한 dB 스케일 곡선의 경우(A2, B2, C2) 수학식 1 및 수학식 2에 의한 dB 스케일 곡선(D1, E1)에 비하여 넓은 선형 구간(약 60dB)을 갖는 것을 알 수 있다.As can be seen in FIG. 2, in the case of the dB scale curve according to [Equation 4] (A2, B2, C2), a wider linear section than the dB scale curves D1 and E1 according to Equations 1 and 2 It can be seen that it has (about 60dB).
아울러, 상기 논문2의 저자들은 [수학식 4]의 원리를 이용하여 VGA를 위한 지수함수 발생기를 구현하였다.In addition, the authors of the paper 2 implement the exponential function generator for VGA using the principle of Equation 4.
도 3은 일반적인 지수함수 발생기의 일 예시도이다.3 is an exemplary diagram of a general exponential generator.
도시한 것과 같이, 일반적인 지수함수 발생기는 전원전압 단자(VDD)와 제 1 노드(K11)간에 접속되며 외부로부터 인가되는 제어전압(VC)에 의해 구동되어 제어전압을 전류신호로 변환하는 제 1 트랜지스터(P11), 제 1 트랜지스터(P11)와 병렬 접속되어 지정된 전류(IO)를 발생시키는 제 1 전류원(I11), 제 2 노드와 접지단자(VSS) 간에 접속되며 제어전압(VC)에 의해 구동되어 제어전압을 전류신호로 변환하는 제 2 트랜지스터(N11), 제 2 트랜지스터(N11)와 병렬 접속되어 지정된 전류(IO)를 발생시키는 제 2 전류원(I12), 제 1 노드(K11)와 접지단자(VSS) 간에 접속되고 제 1 노드(K11)에 인가되는 전압에 의해 구동되어, 제 1 노드(K11)에 인가되는 전압을 제 1 출력 단자(C11)로 출력하는 제 3 트랜지스터(N12), 전원전압 단자(VDD)와 제 2 노드(K12)간에 접속되어 제 3 노드(K13)에 인가되는 전압에 의해 구동되는 제 4 트랜지스터(P12), 전원전압 단자(VDD)와 제 4 노드(K14)간에 접속되어 제 3 노드(K13)에 인가되는 전압에 의해 구동되는 제 5 트랜지스터(P13) 및 제 4 노드(K14)와 접지단자(VSS) 간에 접속되고 제 4 노드(K14)에 인가되는 전압에 의해 구동되어, 제 4 노드(K14)에 인가된 전압을 제 2 출력 단자(C12)로 출력하는 제 6 트랜지스터(N13)를 포함한다.As shown, the general exponential function generator is connected between the power supply voltage terminal V DD and the first node K11 and driven by a control voltage V C applied from the outside to convert the control voltage into a current signal. The first transistor P11, the first current source I11 connected in parallel with the first transistor P11 to generate the specified current IO, the second node and the ground terminal V SS and connected to the control voltage V C. A second current source I12 and a first node K11 that are driven by a second transistor N11 for converting a control voltage into a current signal and are connected in parallel with the second transistor N11 to generate a specified current IO. And a third transistor connected between the ground terminal V SS and driven by a voltage applied to the first node K11 to output a voltage applied to the first node K11 to the first output terminal C11 ( N12) is connected between the power supply voltage terminal V DD and the second node K12 to connect to the third node K13. The fifth transistor P13 connected between the fourth transistor P12, the power supply voltage terminal V DD , and the fourth node K14 driven by a voltage applied thereto and driven by a voltage applied to the third node K13. ) And driven by a voltage connected between the fourth node K14 and the ground terminal V SS and applied to the fourth node K14, the voltage applied to the fourth node K14 is converted into the second output terminal C12. ) Is a sixth transistor (N13) output to.
여기에서, 제 4 트랜지스터(P12)는 소스와 게이트가 공통 접속되어 있고, 제 4 및 제 5 트랜지스터(P12, P13)는 제 2 노드(K12)의 전류를 제 4 노드(14)로 전달하기 위한 전류미러로 동작한다. 아울러, 제 1, 제 4 및 제 5 트랜지스터는 P타입 트랜지스터이고, 제 2, 제 3 및 제 6 트랜지스터는 N타입 트랜지스터이다.Here, the fourth transistor P12 is commonly connected to a source and a gate, and the fourth and fifth transistors P12 and P13 are configured to transfer current from the second node K12 to the fourth node 14. It works as a current mirror. In addition, the first, fourth and fifth transistors are P-type transistors, and the second, third and sixth transistors are N-type transistors.
도 3에서, 제 1 트랜지스터(P11)의 드레인 전류(ID1) 및 제 2 트랜지스터(N11)의 드레인 전류(ID2)는 다음과 같다.In FIG. 3, the drain current ID1 of the first transistor P11 and the drain current ID2 of the second transistor N11 are as follows.
[수학식 5][Equation 5]
[수학식 6]&Quot; (6) "
여기에서, Kp 및 Kn은 제 1 및 제 2 트랜지스터(P11, N11)의 공정변수(캐리어 이동도, 게이트 캐패시턴스), 채널길이 및 폭으로부터 결정되는 상수이고, VThp는 제 1 트랜지스터(P11)의 문턱전압이며, VThn은 제 2 트랜지스터(N11)의 문턱전압이다.Here, Kp and Kn are constants determined from process variables (carrier mobility, gate capacitance), channel length, and width of the first and second transistors P11 and N11, and V Thp is a constant of the first transistor P11. Threshold voltage, V Thn is the threshold voltage of the second transistor (N11).
그리고, 제 1 트랜지스터(P11)의 드레인 전류(ID1)에 제 1 전류원(I11)에 의한 전류(IO)가 더해져 제 1 노드(K11)에 흐르는 전류량(IC1)이 결정되고, 제 2 트랜지스터(N11)의 드레인 전류(ID2)에 제 2 전류원(I12)에 의한 전류(IO)가 더해져 제 2 노드(K14)에 흐르는 전류량(IC2)이 다음과 같이 결정되어 진다.Then, the current IO from the first current source I11 is added to the drain current ID1 of the first transistor P11 to determine the current amount IC1 flowing to the first node K11, and the second transistor N11 is determined. The current IO by the second current source I12 is added to the drain current ID2 of the C1 and the current amount IC2 flowing through the second node K14 is determined as follows.
[수학식 7][Equation 7]
[수학식 8][Equation 8]
[수학식 7] 및 [수학식 8]에서 , , 라고 가정하면, IC2/IC1은 다음과 같다.In [Equation 7] and [Equation 8] , , Suppose that IC2 / IC1 is as follows.
[수학식 9][Equation 9]
[수학식 9]에서, , , 이며, 결국 [수학식 4]와 같은 형태를 갖게 됨을 알 수 있다.In Equation 9, , , It can be seen that eventually has the form as shown in [Equation 4].
이러한 특성을 갖는 지수함수 발생기를 이용하여 VGA를 구성하는 경우, VGA의 이득은 제어전압(VC)의 함수가 되며, IO를 조절하여 원하는 이득 가변 범위를 얻을 수 있다.When configuring a VGA using an exponential generator having such characteristics, the gain of the VGA becomes a function of the control voltage V C , and the desired gain variable range can be obtained by adjusting the IO.
그런데, 논문2에서는 Kp=Kn=K, 라고 가정하였으나, 실제 제작되는 P타입 트랜지스터 및 N타입 트랜지스터의 Kp와 Kn, VTHp와 VTHn의 크기는 동일하지 않고 각각의 공정 변동율이 다르다. 따라서 상기 가정대로 지수함수 발생기를 구성하는 경우 VGA의 이득 제어폭이 변화되거나 dB 스케일 곡선이 쉬프트될 수 있다.However, in paper 2, Kp = Kn = K, However, the magnitudes of Kp and Kn, V THp and V THn of P-type transistors and N-type transistors actually manufactured are not the same, and process variation rates are different. Therefore, when the exponential generator is configured as described above, the gain control width of the VGA may be changed or the dB scale curve may be shifted.
따라서, 지정된 제어전압(VC)을 인가한 경우 기대하는 선형특성을 얻을 수 없다. 나아가, VGA로부터 원하는 이득을 얻을 수 없어 시스템 특성이 저하되는 문제가 있다.Therefore, the expected linear characteristics cannot be obtained when the specified control voltage V C is applied. Furthermore, there is a problem that system characteristics are deteriorated because desired gain cannot be obtained from VGA.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서 동일한 동작 특성 및 사이즈를 갖는 CMOS 트랜지스터를 이용함으로써 로그 스케일에서 선형 특성이 우수한 지수함수 발생기를 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems, and there is a technical problem to provide an exponential generator having excellent linear characteristics at a logarithmic scale by using CMOS transistors having the same operating characteristics and sizes.
본 발명의 다른 기술적 과제는 CMOS 트랜지스터를 이용한 지수함수 발생기를 이용하여 선형 특성이 우수하고 이득 변화폭이 넓은 가변 이득 증폭 장치를 제공하는 데 있다.Another technical problem of the present invention is to provide a variable gain amplifier device having excellent linear characteristics and wide gain variation using an exponential function generator using a CMOS transistor.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 지수함수 발생기는 전원전압 단자와 제 1 출력 노드 간에 접속되어 제어전압에 의해 구동되는 제 1 트랜지스터; 상기 제 1 트랜지스터와 병렬 접속되는 제 1 전류원; 상기 제 1 출력 노드와 접지단자 간에 다이오드 접속되는 제 2 트랜지스터; 상기 제어전압 입력단자와 제 2 출력 노드 간에 접속되어 접지전압에 의해 구동되는 제 3 트랜지스터; 상기 전원전압 단자와 상기 제 2 출력 노드 간에 접속되는 제 2 전류원; 및 상기 제 2 출력 노드와 상기 접지단자 간에 다이오드 접속되는 제 4 트랜지스터;를 포함한다.Exponential function generator according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem is a first transistor connected between a power supply terminal and a first output node driven by a control voltage; A first current source connected in parallel with the first transistor; A second transistor diode-connected between the first output node and a ground terminal; A third transistor connected between the control voltage input terminal and a second output node and driven by a ground voltage; A second current source connected between the power supply voltage terminal and the second output node; And a fourth transistor diode-connected between the second output node and the ground terminal.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 지수함수 발생기는 제 1 출력 노드와 접지단자 간에 접속되어 제어전압에 의해 구동되는 제 1 트랜지스터; 상기 제 1 트랜지스터와 병렬 접속되는 제 1 전류원; 전원전압 단자와 상기 제 1 출력 노드 간에 다이오드 접속되는 제 2 트랜지스터; 제 2 출력 노드와 상기 제어전압 입력단자 간에 접속되어 상기 전원전압에 의해 구동되는 제 3 트랜지스터; 상기 제 3 트랜지스터와 병렬 접속되는 제 2 전류원; 및 상기 전원전압 단자와 상기 제 2 출력 노드 간에 다이오드 접속되는 제 4 트랜지스터;를 포함한다.In addition, the exponential function generator according to another embodiment of the present invention includes a first transistor connected between the first output node and the ground terminal is driven by a control voltage; A first current source connected in parallel with the first transistor; A second transistor diode-connected between a power supply voltage terminal and said first output node; A third transistor connected between a second output node and the control voltage input terminal and driven by the power supply voltage; A second current source connected in parallel with the third transistor; And a fourth transistor diode-connected between the power supply voltage terminal and the second output node.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 이득 증폭 장치는 전원전압 단자 및 접지단자 간에 접속되어 제어전압이 지수함수적인 특성을 갖도록 상기 제어전압을 조절하여 제 1 및 제 2 조절전압을 출력하는 지수함수 발생기; 상기 전원전압 단자 및 상기 접지단자 간에 접속되어, 상기 제 1 및 제 2 조절전압 및 피드백 전압에 의해 제 1 및 제 2 입력 전압의 이득을 조절하여 제 1 및 제 2 출력전압을 생성하는 이득 제어부; 및 상기 제 1 및 제 2 출력전압과 기준전압을 비교하여 상기 피드백 전압을 생성하여 상기 이득 제어부로 제공하는 출력 조절부;를 포함하며, 상기 지수함수 발생기는, 상기 전원전압 단자와 상기 제 1 조절전압을 출력하기 위한 제 1 출력 노드 간에 접속되어 상기 제어전압에 의해 구동되는 제 1 트랜지스터와, 상기 제 1 트랜지스터와 병렬 접속되는 제 1 전류원과, 상기 제 1 출력 노드와 상기 접지단자 간에 다이오드 접속되는 제 2 트랜지스터와, 상기 제어전압 입력단자와 상기 제 2 조절전압을 출력하기 위한 제 2 출력 노드 간에 접속되어 접지전압에 의해 구동되는 제 3 트랜지스터와, 상기 전원전압 단자와 상기 제 2 출력 노드 간에 접속되는 제 2 전류원 및 상기 제 2 출력 노드와 상기 접지단자 간에 다이오드 접속되는 제 4 트랜지스터를 포함한다.On the other hand, the variable gain amplifier according to an embodiment of the present invention is connected between the power supply terminal and the ground terminal, the exponent for outputting the first and second control voltage by adjusting the control voltage so that the control voltage has an exponential function Function generator; A gain control unit connected between the power supply voltage terminal and the ground terminal to generate first and second output voltages by adjusting gains of first and second input voltages by the first and second adjustment voltages and a feedback voltage; And an output regulator configured to compare the first and second output voltages with a reference voltage to generate the feedback voltage and provide the feedback voltage to the gain controller. The exponential function generator may include the power voltage terminal and the first regulator. A diode connected between a first transistor connected between a first output node for outputting a voltage and driven by the control voltage, a first current source connected in parallel with the first transistor, and between the first output node and the ground terminal A third transistor connected between a second transistor, the control voltage input terminal and a second output node for outputting the second regulated voltage, and driven by a ground voltage, between the power supply voltage terminal and the second output node; A second current source and a fourth transistor diode-connected between the second output node and the ground terminal.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 의한 가변 이득 증폭 장치는 전원전압 단자 및 접지단자 간에 접속되어 제어전압이 지수함수적인 특성을 갖도록 상기 제어전압을 조절하여 제 1 및 제 2 조절전압을 출력하는 지수함수 발생기; 상기 전원전압 단자 및 상기 접지단자 간에 접속되어, 상기 제 1 및 제 2 조절전압 및 피드백 전압에 의해 제 1 및 제 2 입력 전압의 이득을 조절하여 제 1 및 제 2 출력전압을 생성하는 이득 제어부; 및 상기 제 1 및 제 2 출력전압과 기준전압을 비교하여 상기 피드백 전압을 생성하여 상기 이득 제어부로 제공하는 출력 조절부;를 포함하며, 상기 지수함수 발생기는, 상기 전원전압 단자와 상기 제 1 조절전압을 출력하기 위한 제 1 출력 노드 간에 접속되어 상기 제어전압에 의해 구동되는 제 1 트랜지스터와, 상기 제 1 트랜지스터와 병렬 접속되는 제 1 전류원과, 상기 제 1 출력 노드와 상기 접지단자 간에 다이오드 접속되는 제 2 트랜지스터와, 상기 제어전압 입력단자와 상기 제 2 조절전압을 출력하기 위한 제 2 출력 노드 간에 접속되어 접지전압에 의해 구동되는 제 3 트랜지스터와, 상기 전원전압 단자와 상기 제 2 출력 노드 간에 접속되는 제 2 전류원 및 상기 제 2 출력 노드와 상기 접지단자 간에 다이오드 접속되는 제 4 트랜지스터를 포함한다.In addition, the variable gain amplifying apparatus according to another embodiment of the present invention is connected between a power supply terminal and a ground terminal to adjust the control voltage so that the control voltage has an exponential function, and outputs the first and second regulating voltages. Function generator; A gain control unit connected between the power supply voltage terminal and the ground terminal to generate first and second output voltages by adjusting gains of first and second input voltages by the first and second adjustment voltages and a feedback voltage; And an output regulator configured to compare the first and second output voltages with a reference voltage to generate the feedback voltage and provide the feedback voltage to the gain controller. The exponential function generator may include the power voltage terminal and the first regulator. A diode connected between a first transistor connected between a first output node for outputting a voltage and driven by the control voltage, a first current source connected in parallel with the first transistor, and between the first output node and the ground terminal A third transistor connected between a second transistor, the control voltage input terminal and a second output node for outputting the second regulated voltage, and driven by a ground voltage, between the power supply voltage terminal and the second output node; A second current source and a fourth transistor diode-connected between the second output node and the ground terminal.
본 발명에 의하면, 동일한 타입의 트랜지스터를 이용하여 제어전압을 전류 신호로 변환함으로써, 지수함수의 선형 특성을 안정화할 수 있다. 아울러, CMOS 소자를 이용하여 지수함수 발생기를 구성할 수 있어 제조 단가를 낮추고 공정과정을 간단화할 수 있다.According to the present invention, the linear characteristics of the exponential function can be stabilized by converting the control voltage into a current signal using transistors of the same type. In addition, the exponential function generator can be configured using a CMOS device to reduce the manufacturing cost and simplify the process.
또한, 이러한 지수함수 발생기를 가변 이득 증폭 장치에 적용하는 경우 이득 가변 범위를 넓힐 수 있고, 시스템 사양에 따라 이득 제어 범위를 가변시킬 수 있어 설계 목적에 부합하는 가변 이득 증폭 장치를 구현할 수 있다.In addition, when the exponential function generator is applied to the variable gain amplifier, the gain variable range can be widened, and the gain control range can be varied according to the system specification, thereby implementing a variable gain amplifier suitable for the design purpose.
도 1 및 도 2는 다양한 지수함수 형태별 로그 스케일에 대한 선형 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 일반적인 지수함수 발생기의 일 예시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 지수함수 발생기의 구성도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 지수함수 발생기의 구성도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 이득 증폭 장치의 구성도,
도 7은 도 6에 도시한 이득 제어부의 일 실시예에 의한 상세 회로도,
도 8은 도 6에 도시한 출력 조절부의 일 실시예에 의한 상세 회로도,
도 9는 도 6에 도시한 이득 제어부의 다른 실시예에 의한 상세 회로도,
도 10은 도 7에 도시한 출력 조절부의 다른 실시예에 의한 상세 회로도,
도 11 및 12는 문턱전압 특성에 따른 가변 이득 증폭 장치의 이득 변화를 나타낸 그래프,
도 13은 N타입 트랜지스터 및 P타입 트랜지스터의 공정 변수 변동에 따른 가변 이득 증폭 장치의 이득 변화를 나타낸 그래프이다.1 and 2 are graphs showing linear characteristics of log scales of various exponential functions.
3 is an exemplary diagram of a general exponential generator;
4 is a configuration diagram of an exponential function generator according to an embodiment of the present invention;
5 is a configuration diagram of an exponential function generator according to another embodiment of the present invention;
6 is a block diagram of a variable gain amplifier according to an embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a detailed circuit diagram according to an embodiment of the gain control unit shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a detailed circuit diagram of an embodiment of an output control unit illustrated in FIG. 6;
9 is a detailed circuit diagram according to another embodiment of the gain control unit shown in FIG. 6;
FIG. 10 is a detailed circuit diagram according to another embodiment of the output adjusting unit shown in FIG. 7;
11 and 12 are graphs showing a change in gain of a variable gain amplifier according to threshold voltage characteristics;
FIG. 13 is a graph illustrating a gain change of a variable gain amplifier according to process variable variations of an N type transistor and a P type transistor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
논문2에서는 Kp=Kn=K, 라고 가정하는 오류로 인하여 지수함수 발생기의 선형 특성을 최대화할 수 없었다.In Paper 2, Kp = Kn = K, The linear error of the exponential generator could not be maximized due to the error assumed to be.
따라서, 본 발명은 실제로 동일한 특성 및 사이즈를 갖는 CMOS 트랜지스터를 이용하여 지수함수 발생기를 구성한다. 즉, 제어전압(VC)을 입력받아 전류신호로 변환하는 데 사용되는 트랜지스터를 P타입 트랜지스터 또는 N타입 트랜지스터로 구성하여 지수함수 발생기의 로그 스케일 선형 특성을 개선한다.
Thus, the present invention constructs an exponential function generator using CMOS transistors that actually have the same characteristics and sizes. That is, the transistor used to receive the control voltage V C and convert it into a current signal is configured as a P-type transistor or an N-type transistor to improve the log scale linear characteristic of the exponential function generator.
*도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 지수함수 발생기의 구성도이다.4 is a block diagram of an exponential generator according to an embodiment of the present invention.
도시한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 지수함수 발생기는 전원전압 단자(VDD)와 제 1 출력 노드(C21) 간에 접속되고 제어전압(VC)에 의해 구동되어, 제어전압을 전류신호로 변환하는 제 1 트랜지스터(P21), 제 1 트랜지스터(P21)와 병렬 접속되는 제 1 전류원(I21), 제 1 출력 노드(C21)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어 제 1 출력 노드(C21)에 인가된 전압에 의해 구동되는 제 2 트랜지스터(N21), 제어전압(VC) 입력단자와 제 2 출력 노드(C22) 간에 접속되어 접지전압(VSS)에 의해 구동되는 제 3 트랜지스터(P22), 전원전압 단자(VDD)와 제 2 출력 노드(C22) 간에 접속되는 제 2 전류원(I22) 및 제 2 출력 노드(C22)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어 제 2 출력 노드(C22)에 인가되는 전압에 의해 구동되는 제 4 트랜지스터(N22)를 포함한다.As shown, the exponential function generator according to an embodiment of the present invention is connected between the power supply voltage terminal V DD and the first output node C21 and driven by the control voltage V C to supply the control voltage. A first transistor P21 for converting into a signal, a first current source I21 connected in parallel with the first transistor P21, a first output node C21 and a ground terminal V SS connected to each other to form a first output node ( The third transistor N21 driven by the voltage applied to the C21, the control voltage V C is connected between the input terminal and the second output node C22, and the third transistor driven by the ground voltage V SS ( P22, the second current source I22 connected between the power supply voltage terminal V DD and the second output node C22, and the second output node C22 and the ground terminal V SS connected to each other. And a fourth transistor N22 driven by a voltage applied to C22.
여기에서, 제 1 및 제 3 트랜지스터(P21, P22)는 P타입 트랜지스터이며, 바디 이펙트(body effect)를 최소화하기 위해 바디와 소스가 공통 접속되어 있다. 본 실시예에서는 제어전압(VC)을 입력받아 전류신호로 변환하는 제 1 및 제 3 트랜지스터(P21, P22)가 동일한 타입을 갖기 때문에, 지수함수 발생기의 선형성을 안정적으로 확보할 수 있다.Here, the first and third transistors P21 and P22 are P-type transistors, and a body and a source are commonly connected to minimize the body effect. In the present embodiment, since the first and third transistors P21 and P22 that receive the control voltage V C and convert it into a current signal have the same type, the linearity of the exponential function generator can be secured stably.
아울러, 제 2 및 제 4 트랜지스터(N21, N22)는 N타입 트랜지스터이다.In addition, the second and fourth transistors N21 and N22 are N-type transistors.
또한, 제 1 및 제 2 전류원(I21, I22)은 동일한 전류량을 발생시키며, 가변 전류원으로 구성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전류원(I21)은 전원전압 단자(VDD)와 제 1 출력 노드(C21) 간에 접속되어, 외부로부터 인가되는 전류제어 전압(IOC)에 의해 구동되는 트랜지스터로 구성할 수 있다. 또한, 제 2 전류원(I22)은 전원전압 단자(VDD)와 제 2 출력 노드(C22) 간에 접속되어 전류제어 전압(IOC)에 의해 구동되는 트랜지스터로 구성할 수 있다.In addition, the first and second current sources I21 and I22 generate the same amount of current and may be configured as a variable current source. For example, the first current source I21 may be configured as a transistor connected between the power supply voltage terminal V DD and the first output node C21 and driven by a current control voltage IO C applied from the outside. have. In addition, the second current source (I22) is connected between the power supply voltage terminal (V DD) and the second output node (C22) can be configured as a transistor which is driven by a current control voltage (IO C).
제 1 및 제 2 전류원(I21, I22)에 의해 발생되는 전류량을 가변시키는 것에 의해 지수함수에 대한 dB 스케일 곡선의 기울기 즉, 이득 가변 폭을 조절할 수 있다.By varying the amount of current generated by the first and second current sources I21 and I22, the slope of the dB scale curve with respect to the exponential function, that is, the gain variable width, can be adjusted.
아울러, 도 3에 도시한 지수함수 발생기는 제 2 노드(K12)에 흐르는 전류를 출력단에서 동일하게 사용하기 위해 제 2 및 제 3 트랜지스터(P12, P13)로 이루어지는 전류미러가 필요하다. 그리고, 이로 인하여 제 1 노드(K11), 제 2 노드(K12) 및 제 4 노드(K14)에 흐르는 총 전류량은 IC1+2IC2가 된다.In addition, the exponential function generator shown in FIG. 3 requires a current mirror composed of the second and third transistors P12 and P13 to equally use the current flowing in the second node K12 at the output terminal. As a result, the total amount of current flowing through the first node K11, the second node K12, and the fourth node K14 becomes IC1 + 2IC2.
그러나, 도 4에 도시한 본 발명의 지수함수 발생기는 제 1 및 제 2 출력 노드(C21, C22)에 흐르는 전류량이 IC1+IC2이므로, 도 3에 도시한 지수함수 발생기에 비하여 약 2/3 정도로 전류량이 감소된다.However, the exponential function generator of the present invention shown in Fig. 4 has an amount of current flowing through the first and second output nodes C21 and C22 as IC1 + IC2, so it is about 2/3 of the exponential function generator shown in Fig. 3. The amount of current is reduced.
이에 따라 지수함수 발생기의 동작 전류를 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 소자 구성 또한 줄여 집적도를 향상시킬 수 있다.This not only reduces the operating current of the exponential generator, but also improves the degree of integration by reducing the device configuration.
도 4에 도시한 지수함수 발생기의 지수함수적 특성에 대하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the exponential characteristics of the exponential generator shown in Figure 4 as follows.
도 3에서 제 1 및 제 2 트랜지스터(P11, N11)가 동일한 타입, 예를 들어 P타입 트랜지스터라면 [수학식 5] 및 [수학식 6]은 다음과 같이 변형될 수 있다.In FIG. 3, if the first and second transistors P11 and N11 are the same type, for example, P-type transistors,
[수학식 10][Equation 10]
[수학식 11][Equation 11]
이에 따라, IC1 및 IC2는 다음과 같이 나타내어 진다.Accordingly, IC1 and IC2 are represented as follows.
[수학식 12][Equation 12]
[수학식 13][Equation 13]
그리고 VDD =-VSS 가 될 수 있으므로 다음과 같이 정리된다.And since V DD = -V SS can be summarized as follows.
[수학식 14][Equation 14]
[수학식 14]에서, , , 이며, 결국 [수학식 4]와 같은 형태를 가짐을 알 수 있다.In Equation 14, , , It can be seen that eventually has the form as shown in [Equation 4].
이와 같이, 본 발명에서는 Kp=Kn=K, 라고 가정하는 것이 아니라, 실제로 Kp=K, 가 되도록 구현함으로써, 지수함수 발생기의 동작 특성을 개선할 수 있다.Thus, in the present invention, Kp = Kn = K, Rather than assuming that Kp = K, By implementing so as to improve the operating characteristics of the exponential generator.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 지수함수 발생기의 구성도이다.5 is a configuration diagram of an exponential function generator according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에서는 제어전압에 의해 지수함수적인 출력 특성을 얻기 위해, 제어전압(VC)을 입력받아 전류신호로 변환하는 CMOS 트랜지스터로서 동일한 동작 특성 및 사이즈를 갖는 N타입 트랜지스터를 적용하였다.In this embodiment, in order to obtain an exponential output characteristic by the control voltage, an N-type transistor having the same operation characteristic and size is used as a CMOS transistor which receives the control voltage V C and converts it into a current signal.
즉, [수학식 12] 및 [수학식 13]에서 VDD 대신 -VSS 를, VTHp 대신 VTHn을 적용한 것이다.That is, in Equations 12 and 13, -V SS instead of V DD and V THn instead of V THp are applied.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 지수함수 발생기는 제 1 출력 노드(C31)와 접지단자(VSS) 간에 접속되고 제어전압(VC)에 의해 구동되어 제어전압을 전류 신호로 변환하기 위한 제 1 트랜지스터(N31), 제 1 트랜지스터(N31)와 병렬 접속되는 제 1 전류원(I31), 전원전압 단자(VDD)와 제 1 출력 노드(C31) 간에 접속되어 제 1 출력 노드(C31)에 인가되는 전압에 의해 구동되는 제 2 트랜지스터(P31), 제 2 출력 노드(C32)와 제어전압(VC) 입력단자 간에 접속되고 전원전압(VDD)에 의해 구동되어 제어전압을 전류 신호로 변환하기 위한 제 3 트랜지스터(N32), 제 3 트랜지스터(N32)와 병렬 접속되는 제 2 전류원(I32) 및 전원전압 단자(VDD)와 제 2 출력 노드(C32) 간에 접속되어 제 2 출력 노드(C32)에 인가되는 전압에 의해 구동되는 제 4 트랜지스터(P32)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the exponential function generator according to the present embodiment is connected between the first output node C31 and the ground terminal V SS and driven by the control voltage V C to convert the control voltage into a current signal. Is connected between the first transistor N31, the first current source I31 connected in parallel with the first transistor N31, the power supply voltage terminal V DD , and the first output node C31 so as to be connected to the first output node C31. It is connected between the second transistor P31, the second output node C32, and the control voltage V C input terminal driven by the voltage applied to and driven by the power supply voltage V DD to convert the control voltage into a current signal. The third transistor N32 for conversion, the second current source I32 connected in parallel with the third transistor N32 and the power supply voltage terminal V DD and the second output node C32 are connected to each other. And a fourth transistor P32 driven by a voltage applied to C32.
여기에서, 제 1 및 제 3 트랜지스터(N31, N32)는 N타입 트랜지스터이고, 제 2 및 제 4 트랜지스터(P31, P32)는 P타입 트랜지스터이다. 본 실시예에서는 제어전압(VC)을 입력받아 전류신호로 변환하는 제 1 및 제 3 트랜지스터(N31, N32)가 동일한 타입을 갖기 때문에, 지수함수 발생기의 선형성을 안정적으로 확보할 수 있다.Here, the first and third transistors N31 and N32 are N-type transistors, and the second and fourth transistors P31 and P32 are P-type transistors. In the present embodiment, since the first and third transistors N31 and N32 that receive the control voltage V C and convert it into a current signal have the same type, the linearity of the exponential function generator can be stably ensured.
아울러, 제 1 및 제 2 전류원(I31, I32)은 동일한 전류량을 발생시키며 가변 전류원으로 구성할 수 있다. 전류량을 가변시키는 것에 의해 지수함수에 대한 dB 스케일 곡선의 기울기 즉, 이득 가변 폭을 조절할 수 있다.In addition, the first and second current sources I31 and I32 may generate the same amount of current and may be configured as a variable current source. By varying the amount of current, the slope of the dB scale curve with respect to the exponential function, that is, the gain variable width, can be adjusted.
예를 들어, 제 1 전류원(I31)은 제 1 출력 노드(C31)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어 전류제어 전압(IOC)에 의해 구동되는 트랜지스터로 구성할 수 있다. 또한, 제 2 전류원(I32)은 제 2 출력 노드(C32)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어 전류제어 전압(IOC)에 의해 구동되는 트랜지스터로 구성할 수 있다.For example, the first current source (I31) can be composed of a transistor driven by the first output node (C31) and the ground terminal is connected between the (V SS) a current control voltage (IO C). In addition, the second current source (I32) can be configured as a transistor that is driven by the second output node (C32) and the ground terminal is connected between the (V SS) a current control voltage (IO C).
이와 같이, 본 발명에 의하면 동작 특성 및 사이즈가 동일한 CMOS 트랜지스터를 사용함으로써 지수함수 발생기의 로그 스케일 선형 특성을 대폭 개선할 수 있다.As described above, according to the present invention, the log scale linear characteristics of the exponential function generator can be significantly improved by using CMOS transistors having the same operation characteristics and sizes.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 이득 증폭 장치의 구성도이다.6 is a block diagram of a variable gain amplifier according to an embodiment of the present invention.
도시한 것과 같이, 가변 이득 증폭 장치(10)는 지수함수 발생기(110), 이득 제어부(120) 및 출력 조절부(130)를 포함한다.As illustrated, the
지수함수 발생기(110)는 전원전압 단자(VDD) 및 접지단자(VSS) 간에 접속되어 외부로부터 입력되는 제어전압(VC)이 지수함수적인 특성을 갖도록 출력 전압을 조절하는 회로로서, 도 4 또는 도 5에 도시한 것과 같이 구성할 수 있으며, 외부로부터 인가되는 전류제어 전압(IOC)에 의해 전류량을 가변시킬 수 있다.
이득 제어부(120)는 예를 들어 차동증폭기로 구성할 수 있다. 즉, 전원전압 단자(VDD) 및 접지단자(VSS) 간에 접속되어 지수함수 발생기(110)로부터 출력되는 조절전압(C21, C22)(또는 C31, C32)에 의해 입력 전압(Vin+, Vin-)의 이득을 조절하여 출력전압(Vout+, Vout-)을 생성한다.The
그리고, 출력 조절부(130)는 예를 들어, 이득 제어부(120)에서 출력되는 출력전압(Vout+, Vout-)의 DC 레벨을 고정하기 위한 공통모드 피드백 회로(Common Mode FeedBack; CMFB)로 구성할 수 있다. 즉, 출력 조절부(130)는 이득 제어부(120)에서 생성되는 출력전압(Vout+, Vout-)과 기준전압(Vref)을 비교하여 출력전압(Vout+, Vout-)이 기준전압(Vref)에 근사하도록 하기 위한 피드백 전압(VFB)를 생성한다.The
도 7은 도 6에 도시한 이득 제어부의 일 실시예에 의한 상세 회로도로서, 지수함수 발생기(110)를 P타입 트랜지스터로 구성한 경우의 이득 제어부를 나타낸다.FIG. 7 is a detailed circuit diagram according to an example embodiment of the gain control unit shown in FIG. 6, and illustrates the gain control unit when the
도시한 것과 같이, 이득 제어부(120)는 전원전압 단자(VDD)와 출력 단자(Vout+, Vout-) 간에 접속되고 출력 조절부(130)에서 출력되는 피드백 전압(VFB)에 의해 구동되어 출력 단자(Vout+, Vout-)의 DC 전압 레벨을 고정시키는 레벨 고정기(1210) 및 출력단자(Vout+, Vout-)와 접지단자(VSS) 간에 접속되고 입력 전압(Vin+, Vin-) 및 조절전압(C21, C22)에 의해 구동되어 입력 전압(Vin+, Vin-)의 이득을 조절하는 이득 조절기(1220)를 포함한다.As shown, the
보다 구체적으로, 레벨 고정기(1210)는 전원전압 단자(VDD)와 제 1 출력 단자(Vout+) 간에 접속되어 피드백 전압(VFB)에 의해 구동되는 제 5 트랜지스터(P41) 및 전원전압 단자(VDD)와 제 2 출력 단자(Vout-) 간에 접속되어 피드백 전압(VFB)에 의해 구동되는 제 6 트랜지스터(P42)를 포함한다.More specifically, the
여기에서, 제 5 및 제 6 트랜지스터(P41, P42)는 P타입 트랜지스터가 될 수 있다.Here, the fifth and sixth transistors P41 and P42 may be P-type transistors.
한편, 이득 조절기(1220)는 제 1 출력 단자(Vout+)와 제 1 노드(K71) 간에 접속되어 제 2 입력 전압(Vin-)에 의해 구동되는 제 7 트랜지스터(N41), 제 1 노드(K71)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어 제 2 조절전압(C22)에 의해 구동되는 제 8 트랜지스터(N42), 제 1 출력 단자(Vout+)와 제 2 노드(K72) 간에 다이오드 접속되는 제 9 트랜지스터(N43), 제 2 출력 단자(Vout-)와 제 1 노드(K71) 간에 접속되어 제 1 입력 전압(Vin+)에 의해 구동되는 제 10 트랜지스터(N44), 제 2 출력 단자(Vout-)와 제 2 노드(K72) 간에 다이오드 접속되는 제 11 트랜지스터(N45) 및 제 2 노드(K72)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어 제 1 조절전압(C21)에 의해 구동되는 제 12 트랜지스터(N46)를 포함한다.Meanwhile, the
여기에서, 제 7 내지 제 12 트랜지스터(N41~N46)는 N타입 트랜지스터로 구성할 수 있다.The seventh to twelfth transistors N41 to N46 may be configured as N-type transistors.
그리고, 제 1 및 제 2 출력 단자(Vout+, Vout-)로부터 출력되는 전압은 피드백 전압(VFB)에 의해 원하는 DC 레벨로 고정될 수 있다.The voltages output from the first and second output terminals Vout + and Vout− may be fixed to a desired DC level by the feedback voltage V FB .
도 8은 도 6에 도시한 출력 조절부의 일 실시예에 의한 상세 회로도로서, 지수함수 발생기(110)를 P타입 트랜지스터로 구성한 경우의 출력 조절부를 나타낸다.FIG. 8 is a detailed circuit diagram according to an embodiment of the output adjuster illustrated in FIG. 6, and illustrates an output adjuster when the
본 발명에서, 출력 조절부(130)는 CMFB 회로로 구성할 수 있으며, 이퀄라이저(1310) 및 비교기(1320)를 포함한다.In the present invention, the
이퀄라이저(1310)는 피드백 전압 출력 노드(VFB) 및 제 3 노드(K81)의 전위를 등가시키기 위한 것으로, 전원전압 단자(VDD)와 피드백 전압 출력 노드(VFB) 간에 접속되어 제 3 노드(K81)에 인가되는 전압에 의해 구동되는 제 13 트랜지스터(P51) 및 전원전압 단자(VDD)와 제 3 노드(K81) 간에 다이오드 접속되는 제 14 트랜지스터(P52)를 포함한다.The
한편, 비교기(1320)는 제 1 및 제 2 출력 전압(Vout+, Vout-) 및 기준전압(Vref)을 입력받아 비교 결과에 따라 피드백 전압(VFB)을 출력하기 위한 것으로, 제 3 노드(K81)와 제 4 노드(K82) 간에 접속되어 이득 제어부(120)의 제 1 출력 전압(Vout+)에 의해 구동되는 제 15 트랜지스터(N51), 피드백 전압 출력 노드(VFB)와 제 4 노드(K82) 간에 접속되어 기준전압(Vref)에 의해 구동되는 제 16 트랜지스터(N52), 제 4 노드(K82)와 접지단자(VSS) 간에 접속되는 제 3 전류원(I41), 피드백 전압 출력 노드(VFB)와 제 5 노드(K83) 간에 접속되어 기준전압(Vref)에 의해 구동되는 제 17 트랜지스터(N53), 제 3 노드(K81)와 제 5 노드(K85) 간에 접속되어 이득 제어부(120)의 제 2 출력 전압(Vout-)에 의해 구동되는 제 18 트랜지스터(N54) 및 제 5 노드(K83)와 접지단자(VSS) 간에 접속되는 제 4 전류원(I42)을 포함한다.The
여기에서, 제 13 및 제 14 트랜지스터(P51, P52)는 P타입 트랜지스터로 구성할 수 있고, 제 15 내지 제 18 트랜지스터(N51~N54)는 N타입 트랜지스터로 구성할 수 있다.
Here, the thirteenth and fourteenth transistors P51 and P52 may be configured as P-type transistors, and the fifteenth to eighteenth transistors N51 to N54 may be configured as N-type transistors.
*출력 조절부(130)는 기준전압(Vref)과 이득 제어부(120)의 출력 전압(Vout+, Vout-)의 비교 결과에 따라 이득 제어부(120)의 레벨 고정기(1210)를 제어하여, 이득 제어부(120)로부터 고정된 DC 레벨의 전압이 출력되도록 한다.The
도 9는 도 6에 도시한 이득 제어부의 다른 실시예에 의한 상세 회로도로서, 지수함수 발생기(110)를 도 5와 같이 N타입 트랜지스터로 구성한 경우의 이득 제어부를 나타낸다.FIG. 9 is a detailed circuit diagram according to another embodiment of the gain control unit shown in FIG. 6, and illustrates the gain control unit when the
도시한 것과 같이, 이득 제어부(120-1)는 전원전압 단자(VDD)와 출력 단자(Vout+, Vout-) 간에 접속되고 입력 전압(Vin+, Vin-) 및 조절전압(C31, C32)에 의해 구동되어 입력 전압(Vin+, Vin-)의 이득을 조절하는 이득 조절기(1230) 및 출력 단자(Vout+, Vout-)와 접지단자(VSS) 간에 접속되고 출력 조절부(도 10의 130-1)에서 출력되는 피드백 전압(VFB)에 의해 구동되어 출력 단자(Vout+, Vout-)의 DC 전압 레벨을 고정시키는 레벨 고정기(1240)를 포함한다.As shown, the gain control unit 120-1 is connected between the power supply voltage terminal V DD and the output terminals Vout + and Vout- and is controlled by the input voltages Vin + and Vin- and the control voltages C31 and C32. It is connected between the
보다 구체적으로, 이득 조절기(1230)는 전원전압 단자(VDD)와 제 6 노드(K91) 간에 접속되어 제 1 조절전압(C31)에 의해 구동되는 제 19 트랜지스터(P61), 제 6 노드(K91)와 제 1 출력 단자(Vout+) 간에 다이오드 접속되는 제 20 트랜지스터(P62), 전원전압 단자(VDD)와 제 7 노드(K92) 간에 접속되어 제 2 조절전압(C32)에 의해 구동되는 제 21 트랜지스터(P63), 제 7 노드(K92)와 제 1 출력 단자(Vout+) 간에 접속되어 제 2 입력 전압(Vin-)에 의해 구동되는 제 22 트랜지스터(P64), 제 6 노드(K91)와 제 2 출력 단자(Vout-) 간에 다이오드 접속되는 제 23 트랜지스터(P65) 및 제 7 노드(K92)와 제 2 출력 단자(Vout-) 간에 접속되어, 제 1 입력 전압(Vin+)에 의해 구동되는 제 24 트랜지스터(P66)를 포함한다.More specifically, the
여기에서, 제 19 내지 제 24 트랜지스터(P61~P66)는 P타입 트랜지스터로 구성할 수 있다.Here, the nineteenth through twenty-fourth transistors P61 to P66 may be configured as P-type transistors.
한편, 레벨 고정기(1240)는 제 1 출력 단자(Vout+)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어 피드백 전압(VFB)에 의해 구동되는 제 25 트랜지스터(N61) 및 제 2 출력 단자(Vout-)와 접지단자(VSS)와 간에 접속되어 피드백 전압(VFB)에 의해 구동되는 제 26 트랜지스터(N62)를 포함한다.On the other hand, the
여기에서, 제 25 및 제 26 트랜지스터(N61, N62)는 N타입 트랜지스터가 될 수 있다.Here, the 25th and 26th transistors N61 and N62 may be N-type transistors.
그리고, 제 1 및 제 2 출력 단자(Vout+, Vout-)로부터 출력되는 전압은 피드백 전압(VFB)에 의해 원하는 DC 레벨로 고정된다.The voltages output from the first and second output terminals Vout + and Vout- are fixed to a desired DC level by the feedback voltage V FB .
도 10은 도 6에 도시한 출력 조절부의 다른 실시예에 의한 상세 회로도로서, 지수함수 발생기(110)를 도 5와 같이 N타입 트랜지스터로 구성한 경우의 출력 조절부를 나타낸다.FIG. 10 is a detailed circuit diagram according to another embodiment of the output adjuster illustrated in FIG. 6, and illustrates the output adjuster when the
본 실시예에서, 출력 조절부(130-1)는 CMFB 회로로 구성할 수 있으며, 비교기(1330) 및 이퀄라이저(1340)를 포함한다.In this embodiment, the output adjusting unit 130-1 may be configured as a CMFB circuit, and includes a
먼저, 비교기(1330)는 제 1 및 제 2 출력 전압(Vout+, Vout-) 및 기준전압(Vref)을 입력받아 비교 결과에 따라 피드백 전압(VFB)을 출력하기 위한 것으로, 전원전압 단자(VDD)와 제 8 노드(K101) 간에 접속되는 제 5 전류원(I51), 제 8 노드(K101)와 제 9 노드(K102) 간에 접속되어 제 1 출력 전압(Vout+)에 의해 구동되는 제 27 트랜지스터(P71), 제 8 노드(K101)와 피드백 전압 출력 노드(VFB) 간에 접속되어 기준전압(Vref)에 의해 구동되는 제 28 트랜지스터(P72), 전원전압 단자(VDD)와 제 10 노드(K103) 간에 접속되는 제 6 전류원(I52), 제 10 노드(K103)와 피드백 전압 출력 노드(VFB) 간에 접속되어 기준전압(Vref)에 의해 구동되는 제 29 트랜지스터(P73) 및 제 10 노드(K103)와 제 9 노드(K102) 간에 접속되어 제 2 출력 전압(Vout-)에 의해 구동되는 제 30 트랜지스터(P74)를 포함한다.First, the
여기에서, 제 27 내지 제 30 트랜지스터(P71~P74)는 P타입 트랜지스터로 구성할 수 있다.Here, the twenty-seventh to thirtieth transistors P71 to P74 may be configured as P-type transistors.
한편, 이퀄라이저(1340)는 피드백 전압 출력 노드(VFB) 및 제 9 노드(K102)의 전위를 등가시키기 위한 것으로, 피드백 전압 출력 노드(VFB)와 접지단자(VSS) 간에 접속되어 제 9 노드(K102)에 인가되는 전압에 의해 구동되는 제 31 트랜지스터(N71) 및 제 9 노드(K102)와 접지단자(VSS) 간에 다이오드 접속되는 제 32 트랜지스터(N72)를 포함한다.Meanwhile, the
그리고, 제 31 및 제 32 트랜지스터(N71, N72)는 N타입 트랜지스터로 구성할 수 있다.The thirty-first and thirty-second transistors N71 and N72 may be configured as N-type transistors.
출력 조절부(130-1)는 기준전압(Vref)과 이득 제어부(120-1)의 출력 전압(Vout+, Vout-)의 비교 결과에 따라 이득 제어부(120-1)의 레벨 고정기(1240)를 제어하여, 이득 제어부(12001)로부터 고정된 DC 레벨의 전압이 출력되도록 한다.The output adjuster 130-1 is the
한편, 도 7에 도시한 가변 이득 증폭 장치의 이득은 다음과 같다.On the other hand, the gain of the variable gain amplifier shown in Fig. 7 is as follows.
[수학식 15][Equation 15]
여기에서, gm-input은 도 7에 도시한 제 7 및 제 10 트랜지스터(N41, N44)의 전달 컨덕턴스(transconductance)이고, gm-load는 도 7에 도시한 제 9 및 제 11 트랜지스터(N43, N45)의 전달 컨덕턴스이다. 또한, W 및 L은 트랜지스터의 채널 폭 및 길이를 나타낸다.Here, g m-input is the transconductance of the seventh and tenth transistors N41 and N44 shown in FIG. 7, and g m-load is the ninth and eleventh transistors N43 shown in FIG. 7. , N45). In addition, W and L represent the channel width and length of the transistor.
[수학식 15]에 [수학식 14]를 대입하면 다음과 같다.Substituting [Equation 14] into [Equation 15] is as follows.
[수학식 16][Equation 16]
동일한 동작 특성 및 사이즈를 갖는 트랜지스터를 사용하여 지수함수 발생기를 구현한 경우, 이 되고, VDD =-VSS 라 하면, 가변 이득 증폭 장치의 이득은 [수학식 17]과 같이 나타내어 진다.If an exponential generator is implemented using a transistor having the same operating characteristics and size, If V DD = -V SS , the gain of the variable gain amplifier is expressed as shown in [Equation 17].
[수학식 17][Equation 17]
여기에서, , , , , 라 하면, [수학식 17]은 다음과 같이 나타내어진다.From here, , , , , [Equation 17] is expressed as follows.
[수학식 18]Equation 18
여기에서, β는 상수이므로 이득 가변폭에는 영향을 주지 않고, dB 스케일 곡선을 좌측 또는 우측으로 쉬프트시킨다.Since β is a constant, the dB scale curve is shifted left or right without affecting the gain variable width.
도 11 및 12는 문턱전압 특성에 따른 가변 이득 증폭 장치의 이득 변화를 나타낸 그래프이다.11 and 12 are graphs showing a change in gain of the variable gain amplifier according to the threshold voltage characteristic.
보다 구체적으로, 도 11은 [수학식 18]에서 β를 고려하지 않은 경우, 즉, β=1인 경우 문턱전압 차이에 따른 이득 변화를 나타내는 그래프이고, 도 12는 지수함수 발생기에 사용된 트랜지스터의 형태에 따라 β값이 변화된 경우 문턱전압 차이에 따른 이득 변화를 나타내는 그래프이다.More specifically, FIG. 11 is a graph showing a gain change according to a threshold voltage difference when β is not considered in Equation 18, that is, when β = 1, and FIG. 12 is a graph of a transistor used in an exponential function generator. It is a graph showing the change in gain according to the threshold voltage difference when the β value changes according to the shape.
도 11의 각 곡선은 Kp=Kn이라 가정하고, 일 때(21), 일 때(22), 일 때(23)의 이득 변화를 나타낸다.Assume that each curve of FIG. 11 is Kp = Kn, When (21), When (22), The gain change when (23) is shown.
이기 때문에 인 경우(21)에 비하여 이득 가변 범위가 상이함을 알 수 있다. Because It can be seen that the gain variable range is different compared to the case (21).
또한, 도 12는 Kp=Kn이라 가정하고, 일 때(31), 일 때(32), 일 때(33)의 이득 변화를 나타내었다.12 assumes that Kp = Kn, When (31), When (32), The gain change when (33) is shown.
도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 이기 때문에 인 경우(31)에 비하여 이득 가변 범위가 상이함을 알 수 있다.As can be seen in Figure 12, Because It can be seen that the gain variable range is different compared to the case (31).
또한, 도 11 및 도 12를 비교하면, β값이 변화에 따라 dB 스케일 곡선이 좌측 또는 우측으로 쉬프트되는 것을 알 수 있다. 즉, 트랜지스터의 특성을 고려하지 않고 도 11과 같이 β를 고정값으로 취급하는 경우 지수함수 발생기의 출력 특성이 변화될 수 있다.11 and 12, it can be seen that the dB scale curve is shifted to the left or the right as β changes. That is, when β is fixed as shown in FIG. 11 without considering the characteristics of the transistor, the output characteristic of the exponential function generator may be changed.
따라서, 동일한 동작 특성 및 사이즈를 갖는 CMOS 트랜지스터를 이용한 본 발명의 지수함수 발생기에서는 (도 4의 지수함수 발생기) 또는 (도 5의 지수함수 발생기)이므로, 주변 상황에 따라 트랜지스터의 문턱전압이 변화하여도 고정된 이득 제어 특성을 얻을 수 있다.Therefore, in the exponential function generator of the present invention using a CMOS transistor having the same operating characteristics and size, (Exponential generator of FIG. 4) or Since the exponential generator of Fig. 5 is used, fixed gain control characteristics can be obtained even when the threshold voltage of the transistor changes depending on the surrounding conditions.
도 13은 N타입 트랜지스터 및 P타입 트랜지스터의 공정 변수 변동에 따른 가변 이득 증폭 장치의 이득 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 13 is a graph illustrating a gain change of a variable gain amplifier according to process variable variations of an N type transistor and a P type transistor.
인 경우 즉, η=1일 때, 에 대하여 δ=1인 경우(41), δ=1.1인 경우(42) 및 δ=0.9인 경우(43)에 대한 제어 전압에 따른 이득 변화를 나타내었다. In other words, when η = 1, The gain change according to the control voltage for the case of δ = 1 (41), δ = 1.1 (42) and δ = 0.9 (43) is shown.
도 13에서 알 수 있는 바와 같이, N타입 트랜지스터와 P타입 트랜지스터의 공정변수(캐리어 이동도, 게이트 캐패시턴스), 채널 길이 및 폭이 동일하지 않기 때문에 δ값이 변화함에 따라 이득 또한 변화됨을 알 수 있다.As can be seen in FIG. 13, since the process variables (carrier mobility, gate capacitance), channel length, and width of the N-type transistor and the P-type transistor are not the same, it can be seen that the gain also changes as the value of δ changes. .
반면, 본 발명에서와 같이 동일한 타입의 트랜지스터를 이용하여 제어전압을 전류신호로 변환하는 경우에는 δ값이 1로 고정되기 때문에 주변 상황이 변화하여도 고정된 이득 제어 특성을 얻을 수 있다.On the other hand, when the control voltage is converted to the current signal using the same type of transistor as in the present invention, since the value of δ is fixed to 1, fixed gain control characteristics can be obtained even when the surrounding conditions change.
본 발명에 의한 가변 이득 증폭 장치는 전류제어 전압(IOC)을 가변시켜 자동 증폭 장치의 이득 특성을 가변시킬 수 있으므로, 적용되는 시스템의 종류에 따라 이득 가변 범위를 조절할 수 있다.Variable gain amplifying apparatus according to the present invention comprises a current control voltage to the variable (IO C) can be varied the gain characteristic of the auto-amplification device, it is possible to control the gain variable range, depending on the type of system used.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not as restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
본 발명에 의한 지수함수 발생기는 CMOS 소자로 구현할 수 있어 낮은 제조 단가 및 간단한 공정을 통해 제조될 수 있다. 따라서, 가변 이득 증폭 장치를 비롯한 다양한 시스템에 폭 넓게 적용될 수 있다.Exponential function generator according to the present invention can be implemented in a CMOS device can be manufactured through a low manufacturing cost and a simple process. Therefore, it can be widely applied to various systems including a variable gain amplifier.
또한, 본 발명에 의한 지수함수 발생기를 구비한 가변 이득 증폭 장치는 제어전압에 선형적으로 비례하는 이득 특성을 가지므로 이득 가변 범위가 넓고, 전류제어 전압을 변경함에 의해 이득 가변 범위 또한 조절할 수 있다.In addition, the variable gain amplifier having the exponential function generator according to the present invention has a gain characteristic linearly proportional to the control voltage, so that the gain variable range is wide, and the gain variable range can also be adjusted by changing the current control voltage. .
110 : 지수함수 발생기 120 : 이득 제어부
130 : 출력 조절부 1210, 1240 : 레벨 고정기
1220, 1230 : 이득 조절기 1310, 1340 : 이퀄라이저
1320, 1330 : 비교기110: exponential function generator 120: gain control unit
130:
1220, 1230:
1320, 1330: Comparators
Claims (10)
상기 전원전압 단자 및 상기 접지단자 간에 접속되어, 상기 제 1 및 제 2 조절전압 및 피드백 전압에 의해 제 1 및 제 2 입력 전압의 이득을 조절하여 제 1 및 제 2 출력전압을 생성하는 이득 제어부; 및
상기 제 1 및 제 2 출력전압과 기준전압을 비교하여 상기 피드백 전압을 생성하여 상기 이득 제어부로 제공하는 출력 조절부;를 포함하며,
상기 지수함수 발생기는, 상기 전원전압 단자와 상기 제 1 조절전압을 출력하기 위한 제 1 출력 노드 간에 접속되어 상기 제어전압에 의해 구동되는 제 1 트랜지스터와, 상기 제 1 트랜지스터와 병렬 접속되는 제 1 전류원과, 상기 제 1 출력 노드와 상기 접지단자 간에 다이오드 접속되는 제 2 트랜지스터와, 상기 제어전압 입력단자와 상기 제 2 조절전압을 출력하기 위한 제 2 출력 노드 간에 접속되어 접지전압에 의해 구동되는 제 3 트랜지스터와, 상기 전원전압 단자와 상기 제 2 출력 노드 간에 접속되는 제 2 전류원 및 상기 제 2 출력 노드와 상기 접지단자 간에 다이오드 접속되는 제 4 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭 장치.An exponential function generator connected between a power supply voltage terminal and a ground terminal to regulate the control voltage so as to have an exponential function and output first and second adjustment voltages;
A gain control unit connected between the power supply voltage terminal and the ground terminal to generate first and second output voltages by adjusting gains of first and second input voltages by the first and second adjustment voltages and a feedback voltage; And
And an output adjuster configured to compare the first and second output voltages with a reference voltage to generate the feedback voltage and provide the feedback voltage to the gain controller.
The exponential function generator includes a first transistor connected between the power supply voltage terminal and a first output node for outputting the first regulated voltage and driven by the control voltage, and a first current source connected in parallel with the first transistor. And a third transistor diode-connected between the first output node and the ground terminal and a second output node connected to the control voltage input terminal and the second output node for outputting the second regulated voltage and driven by a ground voltage. And a second current source connected between the power supply voltage terminal and the second output node and a fourth transistor diode-connected between the second output node and the ground terminal.
상기 제 1 및 제 3 트랜지스터는 P타입 트랜지스터이며, 바디와 소스가 공통 접속되고,
상기 제 2 및 제 4 트랜지스터는 N타입 트랜지스터이며,
상기 제 1 및 제 2 전류원은 동일한 전류량을 발생하는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭 장치.The method of claim 1,
The first and third transistors are P-type transistors, the body and the source are commonly connected,
The second and fourth transistors are N type transistors,
And the first and second current sources generate the same amount of current.
상기 제 1 및 제 2 전류원은 가변 전류원인 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭 장치.The method of claim 2,
And the first and second current sources are variable current sources.
상기 이득 제어부는 차동증폭기이며, 상기 전원전압 단자와 제 1 및 제 2 출력 단자 간에 접속되고, 상기 피드백 전압에 의해 구동되어 상기 제 1 및 제 2 출력 단자에 인가되는 전압의 레벨을 고정시키는 레벨 고정기; 및 상기 제 1 및 제 2 출력 단자와 상기 접지단자 간에 접속되고, 상기 제 1 및 제 2 입력 전압, 상기 제 1 및 제 2 조절전압에 의해 구동되어 상기 제 1 및 제 2 입력 전압의 이득을 조절하여 상기 제 1 및 제 2 출력 단자로 출력하는 이득 조절기로 이루어지고,
상기 레벨 고정기는, 상기 전원전압 단자와 상기 제 1 출력 단자 간에 접속되어 상기 피드백 전압에 의해 구동되는 제 5 트랜지스터; 및 상기 전원전압 단자와 상기 제 2 출력 단자 간에 접속되어 상기 피드백 전압에 의해 구동되는 제 6 트랜지스터;를 포함하고,
상기 이득 조절기는, 상기 제 1 출력 단자와 제 1 노드 간에 접속되어 상기 제 2 입력 전압에 의해 구동되는 제 7 트랜지스터; 상기 제 1 노드와 상기 접지단자 간에 접속되어 상기 제 2 조절전압에 의해 구동되는 제 8 트랜지스터; 상기 제 1 출력 단자와 제 2 노드 간에 다이오드 접속되는 제 9 트랜지스터; 상기 제 2 출력 단자와 상기 제 1 노드 간에 접속되어 상기 제 1 입력 전압에 의해 구동되는 제 10 트랜지스터; 상기 제 2 출력 단자와 상기 제 2 노드 간에 다이오드 접속되는 제 11 트랜지스터; 및 상기 제 2 노드와 상기 접지단자 간에 접속되어 상기 제 1 조절전압에 의해 구동되는 제 12 트랜지스터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭 장치.The method of claim 1,
The gain control unit is a differential amplifier, connected between the power supply voltage terminal and the first and second output terminals, driven by the feedback voltage to fix a level of a voltage applied to the first and second output terminals. Routine; And connected between the first and second output terminals and the ground terminal, and driven by the first and second input voltages and the first and second adjustment voltages to adjust gains of the first and second input voltages. A gain regulator for outputting to the first and second output terminals,
The level holder includes: a fifth transistor connected between the power supply voltage terminal and the first output terminal and driven by the feedback voltage; And a sixth transistor connected between the power supply voltage terminal and the second output terminal and driven by the feedback voltage.
The gain regulator includes: a seventh transistor connected between the first output terminal and the first node and driven by the second input voltage; An eighth transistor connected between the first node and the ground terminal and driven by the second control voltage; A ninth transistor diode-connected between the first output terminal and a second node; A tenth transistor connected between the second output terminal and the first node and driven by the first input voltage; An eleventh transistor diode-connected between the second output terminal and the second node; And a twelfth transistor connected between the second node and the ground terminal and driven by the first control voltage.
Variable gain amplification device comprising a.
상기 출력 조절부는 공통모드 피드백 회로이고, 피드백 전압 출력 노드 및 제 3 노드의 전위를 등가시키기 위한 이퀄라이저; 및 상기 이퀄라이저와 접속되어, 상기 제 1 및 제 2 출력 전압과 상기 기준전압을 입력받아 비교 결과에 따라 상기 피드백 전압을 출력하기 위한 비교기;로 이루어지며,
상기 이퀄라이저는, 상기 전원전압 단자와 상기 피드백 전압 출력 노드 간에 접속되어 상기 제 3 노드에 인가되는 전압에 의해 구동되는 제 13 트랜지스터; 및 상기 전원전압 단자와 상기 제 3 노드 간에 다이오드 접속되는 제 14 트랜지스터;를 포함하고,
상기 비교기는, 상기 제 3 노드와 제 4 노드 간에 접속되어 상기 제 1 출력 전압에 의해 구동되는 제 15 트랜지스터; 상기 피드백 전압 출력 노드와 상기 제 4 노드 간에 접속되어 상기 기준전압에 의해 구동되는 제 16 트랜지스터; 상기 제 4 노드와 상기 접지단자 간에 접속되는 제 3 전류원; 상기 피드백 전압 출력 노드와 제 5 노드 간에 접속되어 상기 기준전압에 의해 구동되는 제 17 트랜지스터; 상기 제 3 노드와 상기 제 5 노드 간에 접속되어 상기 제 2 출력 전압에 의해 구동되는 제 18 트랜지스터; 및 상기 제 5 노드와 상기 접지단자 간에 접속되는 제 4 전류원;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭 장치.The method of claim 1,
The output adjuster is a common mode feedback circuit, comprising: an equalizer for equalizing a potential of a feedback voltage output node and a third node; And a comparator connected to the equalizer for receiving the first and second output voltages and the reference voltage and outputting the feedback voltages according to a comparison result.
The equalizer includes: a thirteenth transistor connected between the power supply voltage terminal and the feedback voltage output node and driven by a voltage applied to the third node; And a fourteenth transistor diode-connected between the power supply voltage terminal and the third node.
The comparator includes: a fifteenth transistor connected between the third node and a fourth node and driven by the first output voltage; A sixteenth transistor connected between the feedback voltage output node and the fourth node and driven by the reference voltage; A third current source connected between the fourth node and the ground terminal; A seventeenth transistor connected between the feedback voltage output node and a fifth node and driven by the reference voltage; An eighteenth transistor connected between the third node and the fifth node and driven by the second output voltage; And a fourth current source connected between the fifth node and the ground terminal.
Variable gain amplification device comprising a.
상기 전원전압 단자 및 상기 접지단자 간에 접속되어, 상기 제 1 및 제 2 조절전압 및 피드백 전압에 의해 제 1 및 제 2 입력 전압의 이득을 조절하여 제 1 및 제 2 출력전압을 생성하는 이득 제어부; 및
상기 제 1 및 제 2 출력전압과 기준전압을 비교하여 상기 피드백 전압을 생성하여 상기 이득 제어부로 제공하는 출력 조절부;를 포함하며,
상기 지수함수 발생기는, 상기 제 1 조절전압을 출력하기 위한 제 1 출력 노드와 상기 접지단자 간에 접속되어 상기 제어전압에 의해 구동되는 제 1 트랜지스터와, 상기 제 1 트랜지스터와 병렬 접속되는 제 1 전류원과, 상기 전원전압 단자와 상기 제 1 출력 노드 간에 다이오드 접속되는 제 2 트랜지스터와, 상기 제 2 조절전압을 출력하기 위한 제 2 출력 노드와 상기 제어전압 입력단자 간에 접속되어 상기 전원전압에 의해 구동되는 제 3 트랜지스터와, 상기 제 3 트랜지스터와 병렬 접속되는 제 2 전류원 및 상기 전원전압 단자와 상기 제 2 출력 노드 간에 다이오드 접속되는 제 4 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭 장치.An exponential function generator connected between a power supply voltage terminal and a ground terminal to regulate the control voltage so as to have an exponential function and output first and second adjustment voltages;
A gain control unit connected between the power supply voltage terminal and the ground terminal to generate first and second output voltages by adjusting gains of first and second input voltages by the first and second adjustment voltages and a feedback voltage; And
And an output adjuster configured to compare the first and second output voltages with a reference voltage to generate the feedback voltage and provide the feedback voltage to the gain controller.
The exponential function generator includes: a first transistor connected between a first output node for outputting the first regulated voltage and the ground terminal and driven by the control voltage; and a first current source connected in parallel with the first transistor; A second transistor diode-connected between the power supply voltage terminal and the first output node, a second output node for outputting the second regulated voltage and the control voltage input terminal and driven by the power supply voltage; And a third transistor, a second current source connected in parallel with said third transistor, and a fourth transistor diode-connected between said power supply voltage terminal and said second output node.
상기 제 1 및 제 3 트랜지스터는 N타입 트랜지스터이고,
상기 제 2 및 제 4 트랜지스터는 P타입 트랜지스터이며,
상기 제 1 및 제 2 전류원은 동일한 전류량을 발생시키는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭 장치.The method according to claim 6,
The first and third transistors are N-type transistors,
The second and fourth transistors are P-type transistors,
And the first and second current sources generate the same amount of current.
상기 제 1 및 제 2 전류원은 가변 전류원인 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭 장치.The method of claim 7, wherein
And the first and second current sources are variable current sources.
상기 이득 제어부는 차동증폭기이며, 상기 전원전압 단자와 제 1 및 제 2 출력 단자 간에 접속되고, 상기 제 1 및 제 2 입력 전압, 상기 제 1 및 제 2 조절전압에 의해 구동되어 상기 제 1 및 제 2 입력 전압의 이득을 조절하는 이득 조절기; 및 상기 제 1 및 제 2 출력 단자와 상기 접지단자 간에 접속되고 상기 피드백 전압에 의해 구동되어 상기 제 1 및 제 2 출력 단자에 인가되는 전압의 레벨을 고정시키는 레벨 고정기;로 이루어지고,
상기 이득 조절기는 상기 전원전압 단자와 제 6 노드 간에 접속되어 상기 제 1 조절전압에 의해 구동되는 제 19 트랜지스터; 상기 제 6 노드와 상기 제 1 출력 단자 간에 다이오드 접속되는 제 20 트랜지스터; 상기 전원전압 단자와 제 7 노드 간에 접속되어 상기 제 2 조절전압에 의해 구동되는 제 21 트랜지스터; 상기 제 7 노드와 상기 제 1 출력 단자 간에 접속되어 상기 제 2 입력 전압에 의해 구동되는 제 22 트랜지스터; 상기 제 6 노드와 상기 제 2 출력 단자 간에 다이오드 접속되는 제 23 트랜지스터; 및 상기 제 7 노드와 상기 제 2 출력 단자 간에 접속되어 상기 제 1 입력 전압에 의해 구동되는 제 24 트랜지스터;를 포함하고,
상기 레벨 고정기는 상기 제 1 출력 단자와 상기 접지단자 간에 접속되어 상기 피드백 전압에 의해 구동되는 제 25 트랜지스터; 및 상기 제 2 출력 단자와 상기 접지단자와 간에 접속되어 상기 피드백 전압에 의해 구동되는 제 26 트랜지스터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭 장치.The method according to claim 6,
The gain control unit is a differential amplifier, connected between the power supply voltage terminal and the first and second output terminals, and driven by the first and second input voltages, the first and second regulating voltages, so that the first and second A gain regulator for adjusting the gain of the two input voltages; And a level holder connected between the first and second output terminals and the ground terminal and driven by the feedback voltage to fix the level of the voltage applied to the first and second output terminals.
The gain regulator includes a nineteenth transistor connected between the power supply voltage terminal and a sixth node and driven by the first regulation voltage; A twentieth transistor diode connected between the sixth node and the first output terminal; A twenty-first transistor connected between the power supply voltage terminal and a seventh node and driven by the second control voltage; A twenty-second transistor connected between the seventh node and the first output terminal and driven by the second input voltage; A twentythird transistor diode-connected between the sixth node and the second output terminal; And a twenty-four transistor connected between the seventh node and the second output terminal and driven by the first input voltage.
The level holder includes a twenty-fifth transistor connected between the first output terminal and the ground terminal and driven by the feedback voltage; And a twenty sixth transistor connected between the second output terminal and the ground terminal and driven by the feedback voltage;
Variable gain amplification device comprising a.
상기 출력 조절부는, 공통모드 피드백 회로이고,
상기 제 1 및 제 2 출력 전압과 상기 기준전압을 입력받아 비교 결과에 따라 상기 피드백 전압을 출력하기 위한 비교기; 및 상기 비교기와 접속되어 상기 피드백 전압 출력 노드 및 제 9 노드의 전위를 등가시키기 위한 이퀄라이저;를 포함하고,
상기 비교기는, 상기 전원전압 단자와 제 8 노드 간에 접속되는 제 5 전류원; 상기 제 8 노드와 상기 제 9 노드 간에 접속되어 상기 제 1 출력 전압에 의해 구동되는 제 27 트랜지스터; 상기 제 8 노드와 상기 피드백 전압 출력 노드 간에 접속되어 상기 기준전압에 의해 구동되는 제 28 트랜지스터; 상기 전원전압 단자와 제 10 노드 간에 접속되는 제 6 전류원; 상기 제 10 노드와 상기 피드백 전압 출력 노드 간에 접속되어 상기 기준전압에 의해 구동되는 제 29 트랜지스터; 및 상기 제 10 노드와 상기 제 9 노드 간에 접속되어 상기 제 2 출력 전압에 의해 구동되는 제 30 트랜지스터;를 포함하고,
상기 이퀄라이저는 상기 피드백 전압 출력 노드와 상기 접지단자 간에 접속되어 상기 제 9 노드에 인가되는 전압에 의해 구동되는 제 31 트랜지스터; 및 상기 제 9 노드와 상기 접지단자 간에 다이오드 접속되는 제 32 트랜지스터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 이득 증폭 장치.The method according to claim 6,
The output regulator is a common mode feedback circuit,
A comparator for receiving the first and second output voltages and the reference voltage and outputting the feedback voltages according to a comparison result; And an equalizer connected to the comparator to equalize the potentials of the feedback voltage output node and the ninth node.
The comparator includes: a fifth current source connected between the power supply voltage terminal and an eighth node; A 27th transistor connected between the eighth node and the ninth node and driven by the first output voltage; A twenty eighth transistor connected between the eighth node and the feedback voltage output node and driven by the reference voltage; A sixth current source connected between the power supply voltage terminal and a tenth node; A twentyninth transistor connected between the tenth node and the feedback voltage output node and driven by the reference voltage; And a thirtieth transistor connected between the tenth node and the ninth node and driven by the second output voltage.
The equalizer includes: a thirty first transistor connected between the feedback voltage output node and the ground terminal and driven by a voltage applied to the ninth node; And a thirty-second transistor diode connected between the ninth node and the ground terminal.
Variable gain amplification device comprising a.
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