KR101306272B1 - A cascade comparator and control method therof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐스캐이드 비교기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 여러 단의 비교기가 캐스캐이딩되는 경우 비교기로 인가되는 클럭신호를 멀티-페이즈(multi-phase) 형태로 발생하여 각 비교기로 인가함으로써, 전단비교기가 리셋(reset)되기 전에 후단비교기가 재생(regeneration)되어 비교기 사이에 홀드 스위치를 제거하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 홀드 스위치로 인한 면적 및 기생성분을 줄일 수 있기 때문에 고속동작이 가능하며, 홀드 스위치에서 발생되는 글리치(glitch)가 제거되므로 전체 시스템의 선형성을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a cascade comparator and a control method thereof. When multiple comparators are cascaded, a clock signal applied to a comparator is generated in a multi-phase form and applied to each comparator. Before the shear comparator is reset, the trailing comparator is regenerated to remove the hold switch between the comparators. According to this, since the area and parasitic components due to the hold switch can be reduced, high-speed operation is possible, and glitches generated in the hold switch are eliminated, thereby improving the linearity of the entire system.
캐스캐이드(cascade), 비교기(comparator), 아날로그/디지털 변환기, 리셋단계(reset phase), 재생단계(regeneration phase), 클럭신호. Cascade, comparator, analog-to-digital converter, reset phase, regeneration phase, clock signal.
Description
본 발명은 비교기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 아날로그 디지털 변환기(ADC)에서 사용되는 캐스캐이드 비교기(cascade comparator)에 있어서, 전단의 출력 결과를 저장하기 위한 홀드 스위치가 제거되는 캐스캐이드 비교기 및 그 제어방법과 관련된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a comparator and a control method thereof, particularly in a cascade comparator used in an analog-to-digital converter (ADC), in which a hold switch for storing the output result of the front end is removed. And a control method thereof.
비교기(comparator)란 입력신호와 기준신호를 비교하여 그 결과를 출력하는 소자를 말하며, 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(analog-to-digital convertor, ADC)에서 다수 사용되고 있다. 예컨대, 샘플링된 아날로그 전압을 기준 전압과 비교하여 샘플링된 전압이 기준 전압보다 큰 경우 1을 출력하고 그 반대인 경우에는 0을 출력하는 방식으로 아날로그/디지털 변환기에 활용하는 것이 가능하다.A comparator is a device that compares an input signal with a reference signal and outputs a result, and is used in analog-to-digital converters (ADCs) that convert analog signals to digital. For example, it is possible to utilize the analog-to-digital converter by comparing the sampled analog voltage with a reference voltage and outputting 1 when the sampled voltage is larger than the reference voltage and outputting 0 when the sampled voltage is larger than the reference voltage.
한편, 아날로그/디지털 변환기(ADC)로는 병렬 비교형, 축차 비교형, 단순 계수형, 적분형 등 다양한 종류가 있는데, 이중 변환데이터의 양은 적지만 상대적으로 고속동작이 가능한 병렬 비교형 아날로그/디지털 변환기(flash ADC)가 최근 많 이 사용된다. 이러한 병렬 비교형은 아날로그 입력 신호를 여러 개의 저항 래더(ladder)로 분압한 기준 전압과 비교하는 방식으로 아날로그/디지털 변환을 수행한다.On the other hand, there are various types of analog / digital converters (ADCs), such as parallel comparison type, sequential comparison type, simple counting type, and integral type. (flash ADC) has been used a lot lately. This parallel comparison type performs an analog-to-digital conversion by comparing an analog input signal with a reference voltage divided by several resistance ladders.
변환하고자 하는 비트 수에 따라 일단(one stage)으로 구성된 비교기만을 사용하는 것도 가능하지만, 일단의 비교기만 사용하게 되면, 샘플링 클럭(sampling clock) 주기가 매우 짧은 경우 전체 시스템의 BER(bit error rate)이 높아지는 문제점이 있다. 따라서, 다단(multi stage)으로 구성된 캐스캐이드 비교기(cascade comparator)를 사용하는 것이 통상적이다. 여기서 캐스캐이드 접속이란 4 단자망의 출력 단자를 다음 4 단자망의 입력 단자에 접속하는 식으로 차례로 연결하는 다단 증폭 방식을 말한다. 이렇게 다수의 비교기를 캐스캐이드 연결하면 신호의 재생 이득(regeneration gain)을 키우고 준안정(meta-stable) 상태에 빠질 확률을 줄일 수 있다.It is also possible to use only one stage comparator, depending on the number of bits to be converted, but if only one comparator is used, the bit error rate (BER) of the entire system is very short when the sampling clock period is very short. There is a problem with this increase. Thus, it is common to use cascade comparator composed of multi stages. Here, cascade connection refers to a multi-stage amplification method that connects the output terminals of the 4-terminal network to the input terminals of the next 4-terminal network in order. Cascading multiple comparators in this way increases the regeneration gain of the signal and reduces the chance of falling into a meta-stable state.
이때, 다수의 비교기가 캐스캐이딩(cascading)되는 경우, 전단의 출력을 일정하게 유지시켜 후단 입력으로 전달할 필요가 있다. 왜냐하면 다단 비교기의 경우 동작 클럭의 위상에 따라 각 단의 동작이 순차적으로 이루어지므로 후단의 동작이 이루어질 때 전단은 리셋상태로 들어가기 때문이다. 이렇게 전단 출력이 리셋상태로 들어가게 되면 후단 입력도 리셋상태가 되면서 입력 전압이 변하기 때문에 다수의 비교기를 거친 후에는 출력 데이터의 확실성을 보장할 수 없다.In this case, when a plurality of comparators are cascaded, it is necessary to keep the output of the front end constant and deliver it to the rear end input. This is because, in the case of the multi-stage comparator, the stages are sequentially operated according to the phase of the operation clock, so that the front stage enters the reset state when the rear stage is operated. When the front output goes into the reset state, the rear input also becomes the reset state and the input voltage changes so that the certainty of the output data cannot be guaranteed after going through a plurality of comparators.
이러한 현상을 방지하기 위해 다단 비교기 사이에 홀드 스위치를 삽입하여 신호를 홀딩(holding)하는 방식이 일반적으로 사용된다. 이 원리는 전단이 동작하 는 동안 홀드 스위치도 함께 켜지면서 전단의 출력 전압이 홀드 스위치를 통해 후단의 입력 기생 커패시턴스(capacitance)에 충전되었다가, 후단이 동작할 때 홀드 스위치가 꺼지면 이 기생 커패시턴스에 저장된 입력 전압에 의해 후단이 동작함으로써, 전단의 출력이 리셋되더라도 후단의 입력에 영향을 주지 않으면서 안정된 캐스캐이딩 동작을 할 수 있게 하는 방법이다.In order to prevent this phenomenon, a method of holding a signal by inserting a hold switch between multiple comparators is generally used. The principle is that the hold switch is also turned on during the operation of the front end, and the output voltage of the front end is charged to the input parasitic capacitance of the rear end through the hold switch. By operating the rear stage by the stored input voltage, even if the output of the front stage is reset, it is possible to perform a stable cascading operation without affecting the input of the rear stage.
다시 말해, 여러 개의 비교기가 캐스캐이딩(cascading)되면 이전 단의 출력을 샘플링 시점의 값으로 유지할 필요가 있으므로 이를 저장하기 위해 비교기 사이에 홀드 스위치를 삽입하여 앞 단의 출력변화에 관계없이 입력을 유지시키도록 구성되는 것이다.In other words, if multiple comparators are cascaded, it is necessary to keep the output of the previous stage at the value at the sampling point, so that a hold switch can be inserted between the comparators to store the input, regardless of the output change of the preceding stage. It is configured to maintain.
그러나, 비교기 사이에 홀드 스위치는 전체 회로의 면적을 불필요하게 증가시키는 문제점이 있다. 면적이 증가 되면 기생성분도 증가하기 때문에 고속으로 동작하는 회로(예컨대, 고속 ADC 등)에는 소모전력을 증대시킬 수 있고, 홀드 스위치로 인해 발생하는 글리치(glitch)는 선형 동작을 방해하기 때문에 전체 시스템의 성능을 떨어뜨릴 수 있다.However, the hold switch between comparators has a problem of unnecessarily increasing the area of the entire circuit. As the area increases, parasitic components also increase, which can increase power consumption in high-speed circuits (e.g., high-speed ADCs, etc.), and glitches caused by hold switches can interfere with linear operation. It can degrade performance.
본 발명은 전술한 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 비교기 사이에 형성된 홀드 스위치를 제거하여 면적, 기생성분, 비선형성분 등을 감소시키는 캐스캐이드 비교기 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a cascade comparator and a method of controlling the same, by eliminating a hold switch formed between the comparators to reduce area, parasitic components, nonlinear components, and the like.
전술한 목적은 비교기로 인가되는 클럭신호를 적절히 조절하여 각 비교기의 재생(regeneration)이 일부 오버랩(overlap)되면서 순차적으로 발생하도록 하는 것에 의하여 달성된다.The above object is achieved by appropriately adjusting the clock signal applied to the comparator so that the regeneration of each comparator is sequentially overlapped with some overlap.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 캐스캐이드 비교기는, 두 개의 입력 신호를 비교하고 그 차이를 증폭하여 차동(differential) 신호를 출력하며, 캐스캐이드(cascade) 구조로 서로 접속된 다수의 비교부; 및 상기 다수의 비교부에 각각 클럭신호를 인가하여 상기 각 비교부의 리셋단계(reset phase) 및 재생단계(regeneration phase)를 독립적으로 조절하되, 상기 각 비교부의 재생단계(regeneration phase)가 일부 겹치면서 순차적으로 발생하도록 2 이상의 클럭신호를 발생시키는 클럭발생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.More specifically, the cascade comparator according to the present invention compares two input signals, amplifies the difference, outputs a differential signal, and a plurality of comparators connected to each other in a cascade structure. ; And applying a clock signal to each of the plurality of comparators to independently adjust a reset phase and a regeneration phase of each comparator, wherein the regeneration phases of the comparators are partially overlapped and sequentially. It characterized in that it comprises a; clock generator for generating two or more clock signals to generate.
또한, 상기 클럭발생부는 전단 비교부의 출력이 리셋(reset)되기 전에 후단 비교부가 재생(regeneration)되도록 상기 전단 비교부로 입력되는 제 1 클럭신호와 일부분이 오버랩(overlap)되는 제 2 클럭신호를 생성하는 것이 바람직하다.In addition, the clock generation unit generates a second clock signal that partially overlaps the first clock signal input to the front end comparator such that the rear end comparator is regenerated before the output of the front end comparator is reset. It is preferable.
또한, 상기 비교부는, 프리앰프(pre-amplifier)와 재생증폭기(regeneration amplifier)가 결합되어 일정한 주기로 리셋 및 재생이 반복되는 제 1 비교부; 및 상기 제 1 비교부의 후단에 연결되며, 상기 재생증폭기(regeneration amplifier)가 동작하는 동안에 활성화되는 제 2 비교부;를 포함하는 것이 바람직하다.The comparator may further include: a first comparator, in which a pre-amplifier and a regeneration amplifier are combined to repeat reset and replay at regular intervals; And a second comparator connected to a rear end of the first comparator and activated during operation of the regeneration amplifier.
또한, 상기 제 2 비교부는, 상기 제 1 비교부의 출력을 충전하는 프리차지부; 및 상기 프리차지부와 연결되며, 상기 제 2 비교부의 출력을 유지시키는 크로스 커플드 인버터(cross-coupled inverter);를 포함하는 것이 바람직하다.The second comparator may include a precharge unit configured to charge an output of the first comparator; And a cross-coupled inverter connected to the precharge unit and maintaining an output of the second comparator.
또한, 이러한 캐스캐이드 비교기는 고속 아날로그 디지털 변환기(ADC)에 사용되는 것이 바람직하다.In addition, such a cascade comparator is preferably used in a high speed analog-to-digital converter (ADC).
한편, 본 발명에 따른 캐스캐이드 비교기 제어방법은, 두 개의 입력 신호를 비교하고 그 차이를 증폭하여 차동(differential) 신호를 출력하며 리셋(reset)과 재생(regeneration)을 클럭신호에 따라 주기적으로 반복하는 다수의 비교부로 이루어진 캐스캐이드 비교기를 제어하는 방법으로서, 제 1 클럭신호 발생하여 제 1 비교부로 인가하는 단계; 및 상기 제 1 비교부가 리셋되기 전에 제 2 비교부가 재생되도록 상기 제 1 클럭신호와 일부분이 오버랩(overlap)되는 제 2 클럭신호를 발생하여 상기 제 2 비교부로 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the cascade comparator control method according to the present invention compares two input signals, amplifies the difference, outputs a differential signal, and resets and reproduces periodically according to a clock signal. CLAIMS What is claimed is: 1. A method of controlling a cascade comparator comprising a plurality of repeating comparators, the method comprising: generating and applying a first clock signal to a first comparator; And generating and applying a second clock signal, which is partially overlapped with the first clock signal, to the second comparator such that the second comparator is reproduced before the first comparator is reset. do.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있 다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user, an operator's intention or custom. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 캐스캐이드 비교기(cascade comparator)의 개략적인 구성을 나타낸 것으로, 고속 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 일 구성요소로 사용된 일 예를 도시한 것이다.1 shows a schematic configuration of a cascade comparator according to an embodiment of the present invention, and shows an example used as one component of a high speed analog-to-digital converter (ADC).
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비교기는 다수의 비교부(100)와 상기 비교부(100)로 클럭신호(clock signal)를 인가하는 클럭발생부(200)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 비교부(100)의 전단에는 트랙/홀드 스위치(301)가 구비되고, 후단에는 인코더(302)가 구비되어 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환기(convertor)로 사용되는 것이 가능하다.Referring to FIG. 1, a comparator according to an embodiment of the present invention includes a plurality of
비교부(100)는 캐스캐이드(cascade) 구조로 다수 개가 서로 접속되며, 도시된 것과 같이, 제 1 비교부(101), 제 2 비교부(102) 및 제 n 비교부(103)를 포함할 수 있다. 상기 각 비교부(101)(102)(103)는 두 개의 입력 신호를 비교하고 그 차이를 증폭하여 차동(differential) 신호를 출력하는 기능을 수행한다. 예컨대, 입력된 수신전압과 기준전압을 비교하여 그 차이에 해당하는 차동전압을 출력하고 출력된 차동전압은 다시 후단의 입력으로 사용된다.The
클럭발생부(200)는 상기 각 비교부(101)(102)(103)에 소정의 클럭신호를 각각 인가하여 상기 각 비교부(101)(102)(103)의 리셋단계(reset phase) 및 재생단계(regeneration phase)를 독립적으로 조절한다. 여기서 리셋단계(reset phase)란 앰프 혹은 비교기에 입력 신호가 전달되면서 출력은 앰프의 이득(gain)만큼 증폭되 어 나타나는 단계이다. 만약, 출력단에 리셋스위치가 켜져있어서 두 출력단을 연결하고 있으면 이로 인해 출력단의 전압차이는 앰프의 이득보다 작게 나타날 수도 있다. 재생단계(regeneration phase)란 리셋상태에서 출력단에 나타난 약간의 전압차이가 재생 앰프(regeneration amplifier)의 양의 궤환(positive feedback)에 의해 크게 증폭되는 단계를 말한다. 따라서, 클럭발생부(200)의 클럭신호에 따라 상기 각 비교부(101)(102)(103)는 리셋(reset)과 재생(regeneration)이 주기적으로 반복되면서 전단 비교부의 출력이 후단 비교부로 인가된다.The
이때, 상기 클럭발생부(200)는 각 비교부(101)(102)(103)의 재생단계(regeneration phase)가 일부 겹치면서 순차적으로 발생하도록 적어도 2 이상의 클럭신호를 발생하여 상기 각 비교부(101)(102)(103)로 각각 인가한다. 예컨대, 클럭발생부(200)는 제 1 비교부(101)의 출력이 리셋(reset) 되기 전에 제 2 비교부(102)가 재생(regeneration)되도록 제 1 비교부(101)로 인가되는 제 1 클럭신호와 일부분이 오버랩(overlap)되는 제 2 클럭신호를 생성하여 제 2 비교부(102)로 인가할 수 있다. 따라서, 제 2 클럭신호는 상기 제 1 클럭신호에 비해 약간 지연된 신호를 사용하는 것이 가능하다.In this case, the
상기와 같이, 비교부(100)를 컨트롤(control)하는 신호로써, 2 이상의 멀티-페이즈 클럭(multi-phase clock)을 사용하게 되면, 재생주기(regeneration time)가 일부 오버랩(overlap)되면서 비교부(101)(102)(103)사이에 형성되는 홀드 스위치를 제거할 수 있게 되는 것이다.As described above, when two or more multi-phase clocks are used as a signal for controlling the
도 2는 상기 각 비교부의 회로 구성을 나타낸 것이고, 도 3은 상기 클럭발생 부에서 생성되는 클럭신호를 나타낸 것이다.2 illustrates a circuit configuration of each comparison unit, and FIG. 3 illustrates a clock signal generated by the clock generator.
도 2에서, 제 1 비교부(101)와 제 2 비교부(102) 만을 도시하였으나, 제 2 비교부(102)의 후단에는 상기 제 2 비교부(102)와 동일한 구성을 갖는 회로가 반복적으로 연결될 수 있다. 또한, vip 및 vin은 입력신호(예컨대, 입력전압)을 나타내고, vop 및 von은 출력신호(예컨대, 출력전압)을 나타낸다. 상기 제 1 비교부(101) 및 제 2 비교부(102)는 캐스캐이드 구조로 연결되기 때문에 제 1 비교부(101)의 출력신호는 제 2 비교부(102)의 입력신호로 사용된다.In FIG. 2, only the
제 1 비교부(101)는 n타입 또는 p타입의 모스트랜지스터가 상호 연결되어 형성되는 프리앰프(pre-amplifier)(401) 및 재생증폭기(regeneration amplifier)(402)로 이루어진다. 상기 제 1 비교부(101)로는 도 3의 제 1 클럭신호(clke)(601)가 인가되는데, 프리앰프(401)에 형성된 nMOS(403)와 재생증폭기(402)에 형성된 nMOS(404)에 인가되는 클럭신호의 방향은 서로 반대이며, 연결부에 경로전환 스위치(405)가 형성되어 있기 때문에 제 1 클럭신호(601)에 의해 프리앰프(401)와 재생증폭기(402)가 번갈아가며 동작하게 된다. 이때 프리앰프(401)가 동작하는 동안에는 상기 경로전환 스위치(405)가 ON되기 때문에 리셋경로(reset path)를 따라 리셋단계(reset phase)가 수행되고, 재생증폭기(402)가 동작하는 동안에는 경로전환 스위치(405)가 OFF되고 재생경로(regeneration path)를 따라 재생단계(regeneration phase)가 수행된다.The
예컨대, 리셋단계(reset phase)에서, clke가 low라고 가정하면(clkeb는 clke의 바(bar)신호를 나타냄, 따라서, clke가 low인 경우 clkeb는 high임. 이하 동일 ), 경로전환 스위치(405)가 on되어 프리앰프(401) 부분만 켜지고 재생증폭기(402)는 off 상태가 된다. 그러면, 프리앰프(401)는 입력차(vip-vin)을 증폭시켜서 출력단에 약간의 전압차(vop-von)를 발생시킨다. 이후 재생단계(regeneration)에서, clke가 high로, clkeb가 low신호로 전환되면, 상기 경로전환 스위치(405)가 off되고 이전 리셋단계(reset phase)에서 나타났던 약간의 전압차이가 재생증폭기(402)의 이득(gain)에 의해 다시 증폭되면서 출력부하에 작용하여 차동(differential) 출력이 나타나게 되는 것이다.For example, in the reset phase, assuming clke is low (clkeb represents the bar signal of clke, therefore, clkeb is high when clke is low. ) Is turned on so that only the
제 2 비교부(102)는 상기 제 1 비교부(101)의 후단에 연결되며, 상기 재생증폭기(regeneration amplifier)(402)가 동작하는 동안에 활성화된다. 또한, 제 2 비교부(102)는 제 1 비교부(101)의 출력이 충전되는 프리차지부(501)와 상기 프리차지부(501)와 연결되어 제 2 비교부(102)의 출력을 유지시키는 크로스 커플드 컨버터(cross-coupled inverter)(502)로 구성된다. 이때, 상기 프리차지부(501)에 형성된 스위치(503)와 크로스 커플드 인버터(502)에 형성된 스위치(504)를 각각 다른 타입의 트랜지스터로 형성하여 소정의 클럭신호에 대해 일정한 주기로 프리차지(precharge)와 재생(regeneration)이 반복되는 것이 가능하다. 따라서, 상기 제 2 비교부(102)로는 동적 비교기(dynamic comparator)를 사용할 수 있음은 물론이다.The
제 1 비교부(101)의 재생증폭기(402)가 동작하는 동안에 제 2 비교부(102)를 활성화(enable)시키기 위해서, 도 3과 같은 클럭신호를 인가하는 것이 바람직하다. 도 3을 참조하면, 제 1 클럭신호(601)는 제 1 비교부(101)로 인가되고 제 2 클럭신 호(602)는 제 2 비교부(102)로 인가되었다. 여기서 제 2 클럭신호(602)는 제 1 클럭신호(601)가 다시 리셋(reset) 되기 전에 재생(regeneration)되도록 약간 지연된 신호임을 알 수 있다. In order to enable the
도 3과 같은 클럭신호가 상기 제 1 비교부(101) 및 제 2 비교부(102)로 각각 인가되면, 제 1 비교부(101)의 출력이 제 2 비교부(102)의 차동 입력으로 가해질 때, 제 2 비교부(102)에도 재생(regeneration) 클럭신호가 인가되기 때문에 제 2 비교부(102)의 프리차지 스위치(precharge switch)(503)가 켜지면서 제 2 비교부(102)가 활성화(enable)되어 재생(regeneration) 동작을 하게 되는 것이다. 또한, 제 2 비교부(102)에는 크로스 커플드 인버터(cross-coupled invertor)(502)가 구비되어 제 1 비교부(101)가 다시 리셋(reset) 상태로 회귀하더라고 출력이 변하지 않고 유지된다.When the clock signal as shown in FIG. 3 is applied to the
도 4는 상기와 같은 멀티-페이즈 클럭(multi-phase clock)을 발생시키는 클럭발생부의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다. 도 4에서와 같이, 기본주기(clk)를 입력받아 적절한 개수의 인버터를 통과시키면 제 1 클럭신호(clke)(601) 및 상기 제 1 클럭신호(clke)(601) 보다 약간 지연된 제 2 클럭신호(clkd)를 발생시키는 것이 가능하다. FIG. 4 exemplarily illustrates a configuration of a clock generator that generates a multi-phase clock as described above. As shown in FIG. 4, when the basic period clk is input and the appropriate number of inverters is passed, the second clock signal slightly delayed from the first
결국, 기존에는 전/후단 비교부 사이에 홀드 스위치가 형성되고 이러한 홀드 스위치를 사용하여 전단 출력과 후단 입력을 끊어 줌으로써 전단 출력이 리셋(reset)되더라도 후단 입력을 그대로 유지시켰으나, 본 실시예에서와 같이, 클럭신호를 적절이 조절하여 재생(regeneration)이 일어나는 시점을 오버랩(overlap)시 키게 되면 기존의 홀드 스위치를 사용하지 않고도 전단 출력이 리셋(reset)될 때 후단 출력을 그대로 유지시킬 수 있게 된다.As a result, in the past, a hold switch was formed between the front / rear comparator and the front end and rear end inputs were cut off using the hold switch to maintain the rear end input even when the front end output was reset. Likewise, if the clock signal is properly adjusted to overlap the point of time when regeneration occurs, the rear end output can be maintained as it is when the front end output is reset without using a conventional hold switch. .
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 캐스캐이드 비교기 제어방법을 순서도로 나타낸 것이다. 5 is a flowchart illustrating a cascade comparator control method according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에서는 전술한 캐스캐이드 비교기를 인용하여 설명하기로 한다. 따라서, 상기 캐스캐이드 비교기는 두 개의 입력 신호를 비교하고 그 차이를 증폭하여 차동(differential) 신호를 출력하며 리셋(reset)과 재생(regeneration)을 클럭신호에 따라 주기적으로 반복하는 다수의 비교부가 서로 연결되어 구성되는 것이 가능하다. 예컨대, 전단 비교부로써 도 2의 제 1 비교부(101)가, 후단 비교부로써 도 2의 제 2 비교부(102)를 사용할 수 있다. In the present embodiment will be described by citing the above-described cascade comparator. Accordingly, the cascade comparator compares two input signals, amplifies the difference, outputs a differential signal, and a plurality of comparators which periodically reset and regenerate the clock signal according to a clock signal. It is possible to be connected to each other. For example, the
이러한 캐스캐이드 비교기를 제어하는 과정은 다음과 같다.The process of controlling such a cascade comparator is as follows.
먼저, 도 3과 같은 제 1 클럭신호(601)를 발생하여 상기 제 1 비교부(101)로 인가한다(S701). 제 1 클럭신호(601)는 일정한 주기로 low/high가 반복되는 펄스신호를 사용하는 것이 가능하다. 전술하였듯이, 상기 제 1 비교부(101)는 제 1 클럭신호(601)에 따라 리셋과 재생이 반복되는데, 제 1 클럭신호(601)가 low면 리셋, high면 재생되는 것이 바람직하다.First, a
다음으로, 도 3과 같은 제 2 클럭신호(602)를 발생하여 상기 제 2 비교부(102)로 인가한다(S702). 즉, 상기 제 2 클럭신호(602)는 상기 제 1 비교부(101)가 리셋되기 전에 제 2 비교부(102)가 재생되도록 상기 제 1 클럭신호와 일부분이 오버랩(overlap)되는 신호(예컨대, 제 1 클럭신호에 비해 약간 지연된 신호)가 사 용된다. Next, the
또한, 3 이상의 비교부가 연결되는 경우, 이와 마찬가지로 전단 비교부에 인가되는 클럭신호를 약간 지연시켜서 후단 비교부로 인가하여 전단 비교부가 리셋되기 전에 후단 비교부가 재생되도록 하는 것이 가능하다.In addition, when three or more comparators are connected, it is possible to similarly delay the clock signal applied to the front comparator to be applied to the rear comparator so that the rear comparator can be reproduced before the front comparator is reset.
이와 같이, 여러 단의 비교기가 캐스캐이딩(cascading)되는 경우 멀티-페이즈 클럭(multi-phase clock)을 생성하여 재생단계(regeneration phase)가 오버랩(overlap)되도록 하면, 홀드 스위치를 제거할 수가 있기 때문에 전체 회로의 면적이 감소되고 기생성분이 줄어들어 고속으로 동작이 가능해진다.As such, when multiple stage comparators are cascaded, the hold switch can be removed by generating a multi-phase clock so that the regeneration phase overlaps. This reduces the area of the entire circuit and reduces parasitic components, enabling high speed operation.
또한, 홀드 스위치를 구동하기 위한 별도의 드라이버(driver)가 필요하지 않기 때문에 전체적으로 소모 전력이 줄어든다. 특히 홀드 스위치에서 발생하여 전단 출력 또는 후단 입력에 영향을 줄 수 있는 글리치(glitch)가 제거되므로 선형성이 향상된다.In addition, power consumption is reduced overall because no driver is required to drive the hold switch. In particular, linearity is improved by eliminating glitches that can occur at the hold switch and affect either the front output or the back input.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the specific embodiments described above. It will be apparent to those skilled in the art that numerous modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the appended claims. And equivalents should also be considered to be within the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 캐스캐이드 비교기의 전체 구성을 나타낸 블록도,1 is a block diagram showing the overall configuration of a cascade comparator according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캐스캐이드 비교기의 회로도,2 is a circuit diagram of a cascade comparator according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명에 실시예에 따라 일부 오버랩되는 클럭신호를 나타낸 참고도,3 is a reference diagram illustrating a partially overlapping clock signal according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 클럭발생부를 나타낸 회로도,4 is a circuit diagram illustrating a clock generator according to an exemplary embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 캐스캐이드 비교기의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a control method of the cascade comparator according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부호에 대한 설명>DESCRIPTION OF THE RELATED ART [0002]
101: 제 1 비교부 102 : 제 2 비교부101: first comparator 102: second comparator
200 : 클럭발생부 401 : 프리앰프200: clock generator 401: preamplifier
402 : 재생증폭기 501 : 프리차지부402: regeneration amplifier 501: precharge unit
502 : 크로스 커플드 인버터 601 : 제 1 클럭신호502: cross coupled inverter 601: first clock signal
602 : 제 2 클럭신호602: second clock signal
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