KR101139633B1 - 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기, 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법, 이 전압 조절기를 포함하는 전압모드 드라이버 및 이 전압 조절 방법을 이용하는 전압모드 드라이버 - Google Patents

임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기, 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법, 이 전압 조절기를 포함하는 전압모드 드라이버 및 이 전압 조절 방법을 이용하는 전압모드 드라이버 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기는 메인 탭(main tap)의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압을 조절하는 제1 루프(loop) 회로, 프리앰퍼시스(pre-emphasis) 탭의 프리드라이버에 대한 공급 전압을 조절하는 제2 루프 회로 및 기준 저항(Runit)을 갖고 드라이버 전체에 대한 공급 전압(Vd)을 결정하는 드라이버 전압 결정부를 포함한다. 이때 제1 루프 회로는 가변 저항, 제1 메인 탭 레플리카 및 제1 연산증폭기(OP-Amp)를 포함하고, 제2 루프 회로는 전압 조절부의 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 저항, 제2 메인 탭 레플리카, 프리앰퍼시스 탭 레플리카 및 제2 연산증폭기(OP-Amp)를 포함한다.
본 발명은 메인 탭 및 프리앰퍼시스 탭의 웨이트를 조절하여 프리앰퍼시스 기능을 위한 전압조절기 및 이를 이용하는 전압모드 드라이버를 제공한다.

Description

임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기, 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법, 이 전압 조절기를 포함하는 전압모드 드라이버 및 이 전압 조절 방법을 이용하는 전압모드 드라이버{VOLTAGE REGULATOR FOR IMPEDANCE MATCHING AND PRE-EMPHASIS, METHOD OF REGULATING VOLTAGE FOR IMPEDANCE MATCHING AND PRE-EMPHASIS, VOLTAGE MODE DRIVER INCLUDING THE VOLTAGE REGULATOR AND VOLTAGE-MODE DRIVER USING THE METHOD}
본 발명은 전압모드 드라이버에서 사용되는 전압 조절기 및 전압 조절 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 임피던스 매칭(Impedance Matching) 및 프리앰퍼시스(Pre-Emphasis)를 위한 전압 조절기 및 전압 조절 방법에 관한 것이고, 이러한 전압조절기 및 전압 조절 방법을 이용하는 전압모드 드라이버에 관한 것이다.
디지털 기기에서 송신기(Transmitter)는 '0' 또는 '1'로 구성되는 디지털 데이터를 다른 칩으로 보내기 위하여 전압이나 전류로 변환시키는 역할을 한다. 데이터를 전압으로 바꿔주는 드라이버를 전압모드 드라이버(Voltage Mode Driver)라 하고, 전류로 바꾸는 경우를 전류모드 드라이버(Current Mode Driver)라 한다.
전류모드 드라이버는 종단 저항(Termination Resistor)을 통과하는 전류를 조절하여 신호의 진폭(Signal Swing)을 쉽게 조절한다. 종래의 전압모드 드라이버는 신호의 진폭을 조절하고, 신호 라인(Line)에서 입력되는 노이즈(Noise)를 제거하기 위하여 별도의 전압조절기가 필요하다. 이러한 단점에도 불구하고 전압모드 드라이버는 전력소모 측면에서 이점이 있기 때문에, 저전력 응용분야에서 사용되고 있다.
종래의 전압 조절기는 각 탭의 웨이트를 채널의 특성을 반영하여 조절하고자 할 때, 출력 임피던스를 채널의 특성 저항과 동일하게 유지하기 위해서는 각 탭에 여유분의 드라이버 세그먼트가 필요했다.
이 경우 사용되지 않는 세그먼트는 빠른 속도 처리가 요하는 장치에서는 이용되지 않는 회로들이 불필요한 부하(overhead)로 작용하여 부수적인 전력소모가 발생하고 설계과정에 복잡성을 더하는 문제점이 있었다.
이 방식에서는 유닛 드라이버의 강도에 의해 탭의 해상도(resolution)가 제한되는 문제점이 있었다.
나아가 전압모드 드라이버의 경우 종단 저항값 조절이 어렵기 때문에, 신호 간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference)의 효과를 보상하기 위한 프리앰퍼시스(Pre-Emphasis)의 구현이 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명에 따른 전압모드 드라이버에서 사용되는 전압 조절기 및 전압 조절 방법은 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
첫째, 전압모드 드라이버에서 임피던스 매칭을 효율적으로 수행하고자 한다.
둘째, 전압모드 드라이버에서 임피던스 매칭과 동시에 프리앰퍼시스를 수행하여 신호 전달에 오류가 없게 하고자 한다.
셋째, 전압모드 드라이버에서 사용되는 전압 조절기를 통해 임피던스 매칭을 수행하고, 메인 탭과 프리앰퍼시스 탭의 웨이트를 조절하여 프리앰퍼시스 수행이 가능하도록 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 전압모드 드라이버에서 사용되는 전압 조절기는 메인 탭(main tap)의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압을 조절하는 제1 루프(loop) 회로를 포함한다.
본 발명에 따른 전압 조절기는 프리앰퍼시스(pre-emphasis) 탭의 프리드라이버에 대한 공급 전압을 조절하는 제2 루프 회로를 포함한다.
본 발명에 따른 전압 조절기는 기준 저항(Runit)을 갖고 드라이버 전체에 대한 공급 전압(Vd)을 결정하는 드라이버 전압 결정부를 포함한다.
본 발명에 따른 전압 조절기의 제1 루프 회로는 가변 저항, 제1 메인 탭 레플리카 및 제1 연산증폭기(OP-Amp)를 포함하고, 제2 루프 회로는 전압 조절부의 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 저항, 제2 메인 탭 레플리카, 프리앰퍼시스 탭 레플리카 및 제2 연산증폭기(OP-Amp)를 포함한다.
본 발명에 따른 전압 조절기의 제1 메인 탭 레플리카, 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카는 각각 2개의 NMOS를 포함한다.
본 발명에 따른 전압 조절기의 드라이버 전압 결정부는 공급 전압(Vd)을 조절하기 위하여 아래의 수학식 1로 표현되는 기준 전류값(Is)을 선택하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제1 루프 회로에서 조절되는 메인 탭(main tap)의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압은 선택된 기준 전류값(Is)이 인가된 제1 루프 회로에서 가변 저항과 제1 메인 탭 레플리카 2개의 NMOS 전체 저항이 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 게이트 전압 조절은 제1 연산증폭기(OP-Amp)가 피드백 작용을 통해 가변 저항에 인가된 전압과 제1 메인 탭 레플리카에 인가된 전압을 비교하여, 제1 메인 탭 레플리카 2개의 NMOS 전체 저항과 가변 저항이 동일한 값을 갖는 것으로 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제2 메인 탭 레플리카는 제1 메인 탭 레플리카와 연결되어 제1 메인 탭 레플리카와 동일한 저항값을 갖고, 제2 메인 탭 레플리카는 프리앰퍼시스 탭 레플리카와 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전압 조절기의 제2 루프 회로에서 조절되는 프리앰퍼시스 탭의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압은 선택된 기준 전류값(Is)이 인가된 제2 루프 회로에서 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카의 NMOS 전체 저항이 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전압 조절기의 게이트 전압 조절은 제2 연산증폭기(OP-Amp)가 피드백 작용을 통해 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카에 인가된 전압과 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 저항에 인가된 전압을 비교하여, 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카의 NMOS 전체 저항이 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 것으로 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전압모드 드라이버는 본 발명에 따른 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기, 하나 이상의 메인 탭 및 복수 개의 프리앰퍼시스 탭을 포함한다.
본 발명에 따른 전압모드 드라이버는 제1 루프 회로의 가변 저항 및 제1 메인 탭 레플리카를 이용하여 메인 탭의 웨이트(weight)를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전압모드 드라이버는 제2 루프 회로에서 제2 메인 탭 레플리카와 프리앰퍼시스 탭 레플리카를 이용하여 프리앰퍼시스 탭의 웨이트(weight)를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전압모드 드라이버는 하나 이상의 메인 탭과 복수 개의 프리앰퍼시스 탭은 병렬로 연결되어 있고, 하나 이상의 메인 탭 및 복수 개의 프리앰퍼시스 탭의 전체 저항값은 전압 조절기의 기준 저항(Runit)과 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전압 조절기를 이용하는 전압모드 드라이버의 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스 방법은 전압 조절기에서 기준 저항(Runit) 및 기준 전류(Is)를 결정하여, 전압모드 드라이버에 대한 공급 전압이 결정되는 S1 단계, S1 단계에서 결정된 기준 전류(Is)가 인가된 제1 루프 회로에서 가변 저항값이 결정되는 S2 단계, 메인 탭의 프리드라이버에 대한 공급 전압이 S1 단계에서 결정된 기준 전류(Is)가 인가된 제1 루프 회로에서 가변 저항과 제1 메인 탭 레플리카 2개의 NMOS 전체 저항이 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 S3 단계 및 프리앰퍼시스 탭의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압이 S1 단계에서 결정된 기준 전류(Is)가 인가된 제2 루프회로에서 제2 메인 탭 레플리카가 프리앰퍼시스 탭 레플리카가 병렬로 연결되어 있고, 프리앰퍼시스 탭 레플리카 및 S3 단계에서 결정된 게이트 전압이 인가된 제2 메인 탭 레플리카의 전체 저항이 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 S4 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 S2 단계의 가변 저항값은 병렬 스위치를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 S3 단계는 제1 연산증폭기(OP-Amp)가 피드백 작용을 통해 가변 저항에 인가된 전압과 제1 메인 탭 레플리카에 인가된 전압을 비교하여, 제1 메인 탭 레플리카 2개의 NMOS 전체 저항과 가변 저항이 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 S4 단계는 제2 연산증폭기(OP-Amp)가 피드백 작용을 통해 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카에 인가된 전압과 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 저항에 인가된 전압을 비교하여, 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카의 NMOS 전체 저항이 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전압조절기를 포함하는 전압모드 드라이버는 본 발명의 방법에 따라 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압조절 방법이 구동되는 전압조절기, 하나 이상의 메인 탭 및 복수 개의 프리앰퍼시스 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압모드 드라이버를 포함한다.
본 발명에 따른 전압조절기를 포함하는 전압모드 드라이버는 제1 루프 회로의 가변 저항 및 제1 메인 탭 레플리카를 이용하여 메인 탭의 웨이트(weight)를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전압조절기를 포함하는 전압모드 드라이버는 제2 루프 회로에서 제2 메인 탭 레플리카와 프리앰퍼시스 탭 레플리카를 이용하여 프리앰퍼시스 탭의 웨이트(weight)를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전압조절기를 포함하는 전압모드 드라이버는 하나 이상의 메인 탭과 복수 개의 프리앰퍼시스 탭은 병렬로 연결되어 있고, 하나 이상의 메인 탭 및 복수 개의 프리앰퍼시스 탭의 전체 저항값은 전압 조절기의 기준 저항(Runit)과 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전압 조절기 및 전압 조절 방법은 전압 조절기를 통해 메인 탭 및 프리앰퍼시스 탭의 웨이트를 조절하여 프리앰퍼시스 기능을 수행하는 송신기를 제공한다.
본 발명에 따른 전압 조절기 및 전압 조절 방법은 드라이버 세그먼트를 선택하는 방식이 아니므로, 별도의 부하 없는 효율이 높은 전압모드 드라이버를 제공한다.
본 발명에 따른 전압 조절기 및 전압 조절 방법은 가변 저항(120)을 사용하여 메인 탭의 웨이트를 조절하고, 동시에 드라이버 전체의 게이트 전압을 조절 가능하게 한다.
본 발명에 따른 전압 조절기 및 전압 조절 방법은 메인 드라이버 및 프리앰퍼시스 드라이버를 각각 조절하여 해상도(resolution)를 향상시킨다.
본 발명은 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기 또는 전압 조절 방법을 사용하는 전압모드 송신 드라이버를 제공한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 2는 전압모드 송신 드라이버에 대한 구조 및 하나의 유닛 드라이버 회로를 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 전압 조절기에 대한 구성을 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법에 대한 개략적인 순서도이다.
이하에서는 도면을 참조하면서 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기, 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법, 이 전압 조절기를 포함하는 전압모드 드라이버 및 이 전압 조절 방법을 이용하는 전압모드 드라이버에 관하여 구체적으로 설명하겠다.
도 2는 본 발명에 따른 전압모드 송신 드라이버에 대한 구조를 도시한다. 본 발명에 따른 일 실시예로서, 전압모드 송신 드라이버는 신호 간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference)의 효과를 보상하기 위한 4개의 탭 유한임펄스응답(FIR: Finite Impulse Response) 필터를 가질 수 있다.
도 2에 표기된 OUTP 및 OUTN은 최종단의 출력 시그널을 의미하고, POUT 및 POUTB는 프리드라이버(Pre-driver)를 거쳐서 드라이버의 입력단(input)으로 입력되는 신호를 말한다.
DEVEN 및 DODD는 프리드라이버 입력단으로 입력되는 데이터 흐름을 말하며, DEVEN[N] 및 DODD[N]으로 표기된 데이터 흐름이 입력되는 프리드라이버는 메인 드라이버에 연결되어 있다.
X1, X4 등은 각 드라이버단의 세그먼트 숫자 의미하는 것으로, 탭 웨이트 비율을 개략적으로 표기한다. 예컨대, 도 2는 메인 탭 경우 14개의 세그먼트로 구성된 일실시예를 도시한다. 드라이버에 존재하는 세그먼트 숫자는 채널의 특성에 따라 다양한 개수를 가질 수 있고, 전기적 조작을 통해 구성된 복수의 세그먼트 중 일부를 선택적으로 사용할 수 있다.
도 2의 드라이버는 1개의 메인 드라이버 및 3개의 프리앰퍼시스 드라이버로 구성된다. 3개의 프리앰퍼시스 드라이버 중 하나는 메인 탭의 신호 후의 비트(bit)를 위한 것이고, 나머지 2개는 메인 탭 신호 전의 데이터를 위한 것이다.
DDR(Double Data Rate) 신호를 사용하기 때문에, 2개의 데이터 흐름(DEVEN 및 DODD)이 입력된다.
도 2는 유닛 드라이버를 확대하여 도시하고 있다. 유닛 드라이버는 NMOS-over-NMOS 형태의 푸시풀(push-pull) 드라이버이다. 조절되는 공급 전압은 300 mV 정도로 낮기 때문에, 드라이버에 있는 NMOS 트랜지스터는 선형 영역(triode region)에 위치한다. 낮은 전압이 공급되는 전압모드 드라이버를 구성하는 NMOS들은 선형 영역(triode region)에서 동작을 시켜야 저항과 같은 역할을 한다.
따라서, NMOS 트랜지스터는 풀업(pull-up) 및 풀다운(pull-down) 저항기 형태를 갖는다. 풀업(pull-up) 또는 풀다운(pull-down) 저항기는 출력단(OUT) 노드에 항상 연결된다. 결과적으로 출력단(OUT) 노드의 임피던스는 4개의 탭의 구성에 관계없이 항상 50Ω을 유지한다.
고속으로 전송선을 통하여 데이터를 전송할 경우, 전송선의 특성에 기인하여 신호 간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference)이 발생한다. 신호간 간섭(ISI)으로 인하여 수신된 신호의 진폭과 위상은 심하게 왜곡되며, 수신단에서 비트(bit) 오류를 일으키는 주된 원인이 된다. 전송선의 길이가 길어지고 데이터 전송 속도가 증가함에 따라 수신단에서 수신된 신호의 진폭과 위상은 더욱 심하게 왜곡된다.
이러한 신호 간 간섭(ISI)으로 인한 왜곡을 보상하기 위해 수신기에서 이퀄라이제이션(equalization)을 수행한다.
송신기에서도 수신단에서의 수신된 신호의 신호 간 간섭(ISI)을 줄이기 위해, 전송선의 길이 및 전송 속도 등의 전송 조건에 따라서 프리앰퍼시스의 강도를 조절하여 신호를 전송할 수 있다. 즉, 높은 주파수성분이 낮은 주파수 성분에 비하여 전송선을 통하여 감쇠가 더 많이 되므로 송신단에서는 높은 주파수성분에 상응하는 데이터는 강조(pre-emphasis)한 후 전송하는 것이다.
본 발명은 메인 탭 드라이버 및 프리앰퍼시스 탭 드라이버에 대한 게이트 전압을 각각 조절하여, 해상도를 향상시키면서 전압모드 송신 드라이버에서 프리앰퍼시스를 구현한다.
도 3은 전압모드 드라이버에서 사용되는 본 발명의 전압 조절기에 대한 구성을 도시한다.
본 발명에 따른 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기는 메인 탭(main tap)의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압을 조절하는 제1 루프(loop) 회로, 프리앰퍼시스(pre-emphasis) 탭의 프리드라이버에 대한 공급 전압을 조절하는 제2 루프 회로(200) 및 제1 기준 저항(Runit1)을 갖고 드라이버 전체에 대한 공급 전압(Vd)을 결정하는 드라이버 전압 결정부(300)를 포함한다.
결국 메인 탭의 프리드라이버에 대한 공급 전압을 조절하는 제1 루프 회로(100)는 메인 드라이버 게이트 전압을 조절하게 되고, 프리앰퍼시스 탭의 프리드라이버에 대한 공급 전압을 조절하는 제2 루프 회로(200)는 프리앰퍼시스 드라이버에 대한 게이트 전압을 조절하게 된다.
제1 루프 회로(100)는 가변 저항(120), 제1 메인 탭 레플리카(110) 및 제1 연산증폭기(130)(OP-Amp)를 포함하고, 제2 루프 회로(200)는 전압 조절부의 제1 기준 저항(Runit1 ; 310)과 동일한 값을 갖는 제2 저항(Runit2), 제2 메인 탭 레플리카(210), 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220) 및 제2 연산증폭기(240)(OP-Amp)를 포함한다.
나아가, 제1 메인 탭 레플리카(110), 제2 메인 탭 레플리카(210) 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220)는 각각 2개의 NMOS를 포함한다.
메인 탭 및 프리앰퍼시스 탭을 통한 프리앰퍼시스 과정은 널리 알려진 바와 같이, 메인 신호에서 강조하고 하는 부분을 중첩시켜 데이터를 강조하는 것이다. 구체적인 내용은 해당 업계의 통상의 지식을 가진자라면 알고 있는 것이므로 생략하기로 한다.
본 발명은 프리앰퍼시스를 위해 메인 탭 및 프리앰퍼시스 탭에 대한 웨이트를 어떻게 조절할 것인가가 핵심이다.
먼저 드라이버 전압 결정부(300)는 공급 전압(Vd)을 조절하기 위하여 아래의 수학식 1로 표현되는 기준 전류값(Is)을 선택한다. 공급 전압(Vd)은 전압모드 드라이버에 인가되는 전압이다.
Figure 112010050410083-pat00001
여기서, Vd는 드라이버에 공급되는 전압이고, Runit은 기준저항이며, Is는 전압 조절기에 인가되는 기준전류이다. 결국 기준저항도 사전에 정해진 것이므로, 공급 전압은 전압조절기에 인가되는 기준 전류값(Is)에 따라 결정된다. 여기서, 상기 기준 저항은 드라이버 전압 결정부(300)의 기준 저항이므로 Runit1 이라고 하겠다.
결정에 따른 기준 전류값을 공급하는 장치는 전압조절기 외부에 위치할 수도 있고, 전압조절기 내부에 배치될 수도 있을 것이다.
본 발명은 제1 루프 회로(100)에서 메인 탭에 공급되는 게이트 전압을 조절하고, 제2 루프 회로(200)에서 프리앰퍼시스 탭에 공급되는 게이트 전압을 조절한다. 이를 통해 프리앰퍼시스를 수행하면서도, 전압모드 드라이버에 대한 임피던스 매칭을 수행한다.
제1 루프 회로(100)에서 조절되는 메인 탭(main tap)의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압은 선택된 기준 전류값(Is)이 인가된 제1 루프 회로(100)에서 가변 저항(120)과 제1 메인 탭 레플리카 2개의 NMOS 전체 저항이 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 것이 바람직하다.
가변 저항(120)의 변화는 메인 탭의 게이트 전압을 결정하고, 프리앰퍼시스 탭의 게이트 전압은 피드백 루프를 통해 메인 탭의 게이트 전압과 반대 방향으로 변하되기 때문에, 전압모드 드라이버에서 탭 웨이트 조절이 가능한 것이다.
제1 루프 회로(100)에서의 게이트 전압 조절은 제1 연산증폭기(130)(OP-Amp: Operational Amplifier)가 피드백 작용을 통해 가변 저항(120)에 인가된 전압과 제1 메인 탭 레플리카(110)에 인가된 전압을 비교하여, 제1 메인 탭 레플리카에 위치한 2개의 NMOS 전체 저항과 가변 저항(120)이 동일한 값을 갖도록 조절된다.
연산증폭기는 연산을 위해서 사용할 수 있는 일종의 차동증폭기이다. 저항, 커패시터 또는 다이오드 등 연산증폭기의 외부회로에 붙은 몇 가지 소자를 바꿈으로써 여러 가지 선형 또는 비선형 동작을 안정되게 행할 수 있다.
전압조절기에서 제1 루프 회로(100)의 가변 저항(120)값이 감소되면, 메인 탭의 프리드라이버에 대한 공급 전압이 증가하고, 결과적으로 메인 탭에 인가되는 게이트 전압이 증가하게 된다.
제2 메인 탭 레플리카(210)는 제1 메인 탭 레플리카(110)와 연결되어 제1 메인 탭 레플리카(110)와 동일한 저항값을 갖고, 제2 메인 탭 레플리카(210)는 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220)와 병렬로 연결된다.
제2 루프 회로(200)에서 조절되는 프리앰퍼시스 탭의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압은 기준 전류값(Is)이 인가된 제2 루프 회로(200)에서 제2 메인 탭 레플리카(210) 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220)의 NMOS 전체 저항이 제2 기준 저항(Runit2; 230)과 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 것이 바람직하다.
제2 루프 회로(200)에서의 게이트 전압 조절은 제2 연산증폭기(240)(OP-Amp)가 피드백 작용을 통해 제2 메인 탭 레플리카(210) 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220)에 인가된 전압과 제2 기준 저항(Runit2; 230)과 동일한 값을 갖는 저항에 인가된 전압을 비교하여, 제2 메인 탭 레플리카(210) 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220)의 NMOS 전체 저항이 제2 기준 저항(Runit2; 230)과 동일한 값을 갖는 것으로 조절된다. 전술했듯이 제2 기준 저항(Runit2; 230)값은 제1 기준저항(Runit1; 310)값과 동일하다.
다른 실시예로서, 전술한 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기를 이용하는 전압모드 드라이버를 생각할 수 있다.
전압모드 송신 드라이버는 높은 속도의 데이터를 낮은 전력 소보로 송신하기 위해, 신호의 진폭을 낮추어야한다. 한편 낮은 전압이 공급되는 전압모드 드라이버를 구성하는 NMOS들은 선형 영역(triode region)에서 동작을 시켜야 저항과 같은 역할을 한다.
따라서 드라이버에 대한 공급 전압을 결정하기 위해서는 전압조절기가 필수적으로 요구된다.
전술한 전압조절기를 이용하여 전압모드 드라이버를 구성하면, 임피던스 매칭 뿐만 아니라 프리앰퍼시스까지 구현이 가능하다.
구체적으로 본 발명에 따른 전압모드 드라이버는 전술한 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기, 하나 이상의 메인 탭 및 복수 개의 프리앰퍼시스 탭을 포함한다.
전압조절기의 제1 루프 회로(100)의 가변 저항(120) 및 제1 메인 탭 레플리카(110)를 이용하여, 전압모드 드라이버의 메인 탭의 웨이트(weight)를 조절한다.
전압조절기의 제2 루프 회로(200)에서 제2 메인 탭 레플리카(210)와 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220)를 이용하여, 전압모드 드라이버의 프리앰퍼시스 탭의 웨이트(weight)를 조절한다.
전압모드 드라이버에서 하나 이상의 메인 탭과 복수 개의 프리앰퍼시스 탭은 병렬로 연결되어 있고, 하나 이상의 메인 탭 및 복수 개의 프리앰퍼시스 탭의 전체 저항값은 전압 조절기의 기준 저항(Runit)과 동일하게 된다. 여기서, 기준 저항은 제1 기준 저항(Runit1; 310) 또는 제2 기준 저항(Runit2; 230)이다.
도 2에서는 하나의 메인 탭과 3개의 프리앰퍼시스 탭으로 구성된 전압모드 드라이버를 일실시예로서 도시한다.
이하 본 발명에 따른 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법에 관하여 설명하기로 한다. 전술한 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기와 공통된 내용은 생략하고, 핵심적인 구성을 중심으로 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법은 기본적으로 전술한 전압 조절기를 이용한다.
전술한 바와 같이, 전압조절기는 메인 탭(main tap)의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압을 조절하는 제1 루프(loop) 회로, 프리앰퍼시스(pre-emphasis) 탭의 프리드라이버에 대한 공급 전압을 조절하는 제2 루프 회로(200) 및 제1 기준 저항(Runit1; 310)을 갖고 드라이버 전체에 대한 공급 전압(Vd)을 결정하는 드라이버 전압 결정부(300)를 포함한다.
이때 제1 루프 회로(100)는 가변 저항(120), 제1 메인 탭 레플리카(110) 및 제1 연산증폭기(130)(OP-Amp)를 포함하고, 제2 루프 회로(200)는 전압 조절부의 제1 기준 저항(Runit1; 310)과 동일한 값을 갖는 제2 기준 저항(Runit2; 230), 제2 메인 탭 레플리카(210), 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220) 및 제2 연산증폭기(240)(OP-Amp)를 포함한다.
나아가, 제1 메인 탭 레플리카(110), 제2 메인 탭 레플리카(210) 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220)는 각각 2개의 NMOS를 포함한다.
본 발명에 따른 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법은 드라이버 전압 결정부(300)에서 제1 기준 저항(Runit1; 310) 및 기준 전류(Is)를 결정하여, 전압모드 드라이버에 대한 공급 전압이 결정되는 S1 단계, S1 단계에서 결정된 기준 전류(Is)가 인가된 제1 루프 회로(100)에서 가변 저항(120)값이 결정되는 S2 단계, 메인 탭의 프리드라이버에 대한 공급 전압이 S1 단계에서 결정된 기준 전류(Is)가 인가된 제1 루프 회로(100)에서 가변 저항(120)과 제1 메인 탭 레플리카 2개의 NMOS 전체 저항이 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 S3 단계 및 프리앰퍼시스 탭의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압이 S1 단계에서 결정된 기준 전류(Is)가 인가된 제2 루프회로에서 제2 메인 탭 레플리카(210)가 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220)가 병렬로 연결되어 있고, 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220) 및 S3 단계에서 결정된 게이트 전압이 인가된 제2 메인 탭 레플리카(210)의 전체 저항이 제1 기준 저항(Runit1; 310) 또는 제2 기준 저항(Runit2; 230)과 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 S4 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 S2 단계의 가변 저항(120)값은 병렬 스위치를 이용하여 결정되는 것이 바람직하다. 병렬 스위치를 제어하여 외부에서 손쉽게 가변 저항(120)값을 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 S3 단계는 제1 연산증폭기(130)(OP-Amp)가 피드백 작용을 통해 가변 저항(120)에 인가된 전압과 제1 메인 탭 레플리카(110)에 인가된 전압을 비교하여, 제1 메인 탭 레플리카에 위치한 2개의 NMOS 전체 저항과 가변 저항(120)이 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절된다.
본 발명에 따른 S4 단계는 제2 연산증폭기(240)(OP-Amp)가 피드백 작용을 통해 제2 메인 탭 레플리카(210) 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220)에 인가된 전체 전압과 제2 기준 저항(Runit2; 230)과 동일한 값을 갖는 저항에 인가된 전압을 비교하여, 제2 메인 탭 레플리카(210) 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카(220)의 NMOS 전체 저항이 제2 기준 저항(Runit2; 230)과 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절된다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 전술한 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법을 사용하는 전압모드 드라이버를 생각할 수 있다.
전압모드 드라이버는 전술한 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압조절 방법이 구동되는 전압 조절기, 하나 이상의 메인 탭 및 복수 개의 프리앰퍼시스 탭을 포함한다. 각 구성에 관한 내용은 전술한 전압모드 드라이버와 동일하므로 생략한다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100 : 제1 루프 회로 110 : 제1 메인 탭 레플리카
120 : 가변 저항 130 : 제1 연산증폭기
200 : 제2 루프 회로 210 : 제2 메인 탭 레플리카
220 : 프리앰퍼시스 탭 레플리카 230 : 제2 기준 저항
240 : 제2 연산증폭기 300 : 드라이버 전압 결정부
310 : 제1 기준 저항

Claims (20)

  1. 전압모드 드라이버의 전압 조절기에 있어서,
    메인 탭(main tap)의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압을 조절하는 제1 루프(loop) 회로;
    프리앰퍼시스 탭(pre-emphasis tap)의 프리드라이버에 대한 공급 전압을 조절하는 제2 루프 회로; 및
    기준 저항(Runit)을 갖고 드라이버 전체에 대한 공급 전압(Vd)을 결정하는 드라이버 전압 결정부를 포함하되,
    상기 제1 루프 회로는 가변 저항, 제1 메인 탭 레플리카 및 제1 연산증폭기(OP-Amp)를 포함하고, 상기 제2 루프 회로는 상기 전압 조절부의 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 저항, 제2 메인 탭 레플리카, 프리앰퍼시스 탭 레플리카 및 제2 연산증폭기(OP-Amp)를 포함하고,
    상기 제1 메인 탭 레플리카, 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카는 각각 2개의 NMOS를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 드라이버 전압 결정부는 공급 전압(Vd)을 조절하기 위하여 아래의 식으로 표현되는 기준 전류값(Is)을 선택하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기.
    Figure 112010050410083-pat00002
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 루프 회로에서 조절되는 메인 탭(main tap)의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압은
    상기 선택된 기준 전류값(Is)이 인가된 제1 루프 회로에서 상기 가변 저항과 제1 메인 탭 레플리카 2개의 NMOS 전체 저항이 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기.
  4. 제3항에 있어서
    상기 게이트 전압 조절은 제1 연산증폭기(OP-Amp)가 피드백 작용을 통해 상기 가변 저항에 인가된 전압과 상기 제1 메인 탭 레플리카에 인가된 전압을 비교하여, 제1 메인 탭 레플리카 2개의 NMOS 전체 저항과 상기 가변 저항이 동일한 값을 갖는 것으로 조절되는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가변 저항값이 감소되면, 메인 탭의 프리드라이버에 대한 공급 전압이 증가하고, 제1 메인 탭 레플리카의 컨덕턴스가 증가하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 메인 탭 레플리카는 상기 제1 메인 탭 레플리카와 연결되어 제1 메인 탭 레플리카와 동일한 저항값을 갖고, 상기 제2 메인 탭 레플리카는 상기 프리앰퍼시스 탭 레플리카와 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 루프 회로에서 조절되는 프리앰퍼시스 탭의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압은
    상기 선택된 기준 전류값(Is)이 인가된 상기 제2 루프 회로에서
    상기 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카의 NMOS 전체 저항이 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 게이트 전압 조절은 제2 연산증폭기(OP-Amp)가 피드백 작용을 통해 상기 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카에 인가된 전압과 상기 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 저항에 인가된 전압을 비교하여, 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카의 NMOS 전체 저항이 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 것으로 조절되는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기.
  9. 전압조절기를 포함하는 전압모드 드라이버에 있어서,
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따라 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절기;
    하나 이상의 메인 탭; 및
    복수 개의 프리앰퍼시스 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압모드 드라이버.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 루프 회로의 가변 저항 및 제1 메인 탭 레플리카를 이용하여 메인 탭의 웨이트(weight)를 조절하는 것을 특징으로 하는 전압모드 드라이버.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 루프 회로에서 제2 메인 탭 레플리카와 프리앰퍼시스 탭 레플리카를 이용하여 프리앰퍼시스 탭의 웨이트(weight)를 조절하는 것을 특징으로 하는 전압모드 드라이버.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 메인 탭과 복수 개의 프리앰퍼시스 탭은 병렬로 연결되어 있고, 상기 하나 이상의 메인 탭 및 복수 개의 프리앰퍼시스 탭의 전체 저항값은 상기 전압 조절기의 기준 저항(Runit)과 동일한 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전압모드 드라이버.
  13. 제1항의 전압 조절기를 이용하는 전압모드 드라이버의 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스 방법에 있어서,
    전압 조절기에서 기준 저항(Runit) 및 기준 전류(Is)를 결정하여, 전압모드 드라이버에 대한 공급 전압이 결정되는 S1 단계;
    상기 S1 단계에서 결정된 기준 전류(Is)가 인가된 제1 루프 회로에서 가변 저항값이 결정되는 S2 단계;
    메인 탭의 프리드라이버에 대한 공급 전압이 상기 S1 단계에서 결정된 기준 전류(Is)가 인가된 제1 루프 회로에서 상기 가변 저항과 제1 메인 탭 레플리카 2개의 NMOS 전체 저항이 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 S3 단계; 및
    프리앰퍼시스 탭의 프리드라이버(pre-driver)에 대한 공급 전압이 상기 S1 단계에서 결정된 기준 전류(Is)가 인가된 제2 루프회로에서
    상기 제2 메인 탭 레플리카가 상기 프리앰퍼시스 탭 레플리카가 병렬로 연결되어 있고,
    상기 프리앰퍼시스 탭 레플리카 및 상기 S3 단계에서 결정된 게이트 전압이 인가된 제2 메인 탭 레플리카의 전체 저항이 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 S4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 S2 단계의 가변 저항값은 병렬 스위치를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 S3 단계는
    제1 연산증폭기(OP-Amp)가 피드백 작용을 통해 상기 가변 저항에 인가된 전압과 상기 제1 메인 탭 레플리카에 인가된 전압을 비교하여, 제1 메인 탭 레플리카 2개의 NMOS 전체 저항과 상기 가변 저항이 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 S4 단계는 제2 연산증폭기(OP-Amp)가 피드백 작용을 통해 상기 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카에 인가된 전압과 상기 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 저항에 인가된 전압을 비교하여, 제2 메인 탭 레플리카 및 프리앰퍼시스 탭 레플리카의 NMOS 전체 저항이 기준 저항(Runit)과 동일한 값을 갖는 게이트 전압으로 조절되는 것을 특징으로 하는 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압 조절 방법.
  17. 전압조절기를 포함하는 전압모드 드라이버에 있어서,
    제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따라 임피던스 매칭 및 프리앰퍼시스를 위한 전압조절 방법이 구동되는 전압조절기;
    하나 이상의 메인 탭; 및
    복수 개의 프리앰퍼시스 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압모드 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압모드 드라이버.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 루프 회로의 가변 저항 및 제1 메인 탭 레플리카를 이용하여 메인 탭의 웨이트(weight)를 조절하는 것을 특징으로 하는 전압모드 드라이버.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제2 루프 회로에서 제2 메인 탭 레플리카와 프리앰퍼시스 탭 레플리카를 이용하여 프리앰퍼시스 탭의 웨이트(weight)를 조절하는 것을 특징으로 하는 전압모드 드라이버.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 하나 이상의 메인 탭과 복수 개의 프리앰퍼시스 탭은 병렬로 연결되어 있고, 상기 하나 이상의 메인 탭 및 복수 개의 프리앰퍼시스 탭의 전체 저항값은 상기 전압 조절기의 기준 저항(Runit)과 동일한 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전압모드 드라이버.
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