KR101506579B1 - Class ab amplifier having bias stabilizing circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 푸쉬-풀방식의 교대 동작하는 2개의 출력 트랜지스터에 흐르는 전류 정보를 각각 부궤환할 수 있게 하여 2개의 출력 트랜지스터 중에 어느 출력 트랜지스터가 비동작 상태이더라도 바이어스 전류를 안정되게 유지하는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프에 관한 것이다.The present invention enables negative feedback of current information flowing through two output transistors in alternate operation in a push-pull manner so that a stable bias is maintained which stably maintains a bias current regardless of which of the two output transistors is inactive And to a class AB amplifier that maintains.
Description
본 발명은 푸쉬-풀방식의 교대 동작하는 2개의 출력 트랜지스터에 흐르는 전류 정보를 각각 부궤환할 수 있게 하여 2개의 출력 트랜지스터 중에 어느 출력 트랜지스터가 비동작 상태이더라도 바이어스 전류를 안정되게 유지하는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프에 관한 것이다.The present invention enables negative feedback of current information flowing through two output transistors in alternate operation in a push-pull manner so that a stable bias is maintained which stably maintains a bias current regardless of which of the two output transistors is inactive And to a class AB amplifier that maintains.
신호를 증폭하는 앰프(amplifier)는 전자회로에서 보편적으로 쓰이는 기본 블록으로서, 처음 개발될 때에 왜곡 없이 증폭하는 선형성이 강조되었지만, 최근 휴대용 전자기기의 발달과 더불어 소비전력을 줄이려는 노력의 일환으로 AB급 앰프의 다양한 변형이 사용되고 있으며, 특히, 동작 전압을 낮추어 능률이 좋은 앰프로 창안되어 사용되고 있다An amplifier that amplifies a signal is a basic block that is commonly used in electronic circuits. However, as a result of efforts to reduce power consumption as well as the development of portable electronic devices, AB Various modifications of the class amplifier have been used, and in particular, they have been developed as efficient amplifiers with lower operating voltages
AB급 앰프는, 입력 신호를 증폭하여 부하에 전류를 공급하는 출력부를 두개의 출력구동 소자로 구성하여 교대로 동작시키되, 동작시키지 아니한 출력구동 소자를 완전히 차단시키지 아니하고 어느 정도의 전류가 흐르도록 약간만 도통시켜 다음 사이클에서 지연 없이 동작하게 한다. 이는, 차단 상태에서 동작 상태로 전환할 시에 발생하는 크로스오버 왜곡(crossover distortion)을 방지하기 위함이다. 이와 같은 AB급 앰프에 대해, 도 1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.An AB class amplifier amplifies an input signal to constitute an output section that supplies current to a load in the form of two output drive elements and operates alternately but does not completely shut off an output drive element that is not operated, So that it operates without delay in the next cycle. This is to prevent crossover distortion occurring when switching from the blocking state to the operating state. Such an AB class amplifier will be described with reference to FIG.
도 1은 종래기술에 따른 클래스 AB 앰프의 회로도로서, 본 발명의 주요 특징이 바이어스 회로의 구성이므로 이와 대비되는 회로 부분만 상세하게 설명하고, 이외의 회로 부분은 간략하게 설명하며, 전류원(Ib1, Ib2, Ib3, Ib4)은 간략하게 표시하였다.FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional class AB amplifier. Since the main feature of the present invention is a bias circuit, only the circuit portion will be described in detail, and other circuit portions will be briefly described. Ib2, Ib3, Ib4) are abbreviated.
도 1에 도시한 종래기술에 따른 클래스 AB 앰프는 구동전압 생성부(1), 출력부(2), 바이어스 회로부(3) 및 입력 스테이지(4)를 포함한다. The class AB amplifier according to the prior art shown in Fig. 1 includes a driving
입력 스테이지(4)는, 두개의 단자를 통해 입력되는 입력 전압신호 Vip 및 입력 전압신호 Vin의 전압 차이를 단일의 전류신호로 변환하여 구동전압 생성부(1)의 입력 신호(Iin)로 인가하는 회로이며, 각각 PMOS로 이루어진 M21 및 M22를 차동구조로 연결한 입력 차동회로부와, 각각 NMOS로 이루어진 M23, M24 및 M25로 회로구성하여 단일의 전류신호로 변환된 입력 신호(Iin)을 생성하는 차동단일변환부를 포함한다.The
M21 및 M22로 회로구성한 입력 차동회로부를 살펴보면, M21 및 M22의 소스를 결합하고 M21의 게이트에 입력 전압신호 Vip를 입력하고 M2의 게이트에 입력 전압신호 Vin을 입력하며, 상호 결합된 소스에는 HIGH 레벨 전원전압 VDD에 연결한 전류원(Ib3)으로부터 전류를 공급받게 한다. 이에 따라, M21 및 M22의 드레인 전류는 입력 전압신호 Vip 및 Vin의 전압 레벨 차이에 따라 변동된다.M21, and M22, it is assumed that the sources of M21 and M22 are coupled, the input voltage signal Vip is input to the gate of M21, the input voltage signal Vin is input to the gate of M2, And a current is supplied from the current source Ib3 connected to the power supply voltage VDD. Accordingly, the drain currents of M21 and M22 fluctuate in accordance with the voltage level difference between the input voltage signals Vip and Vin.
M23, M24 및 M25로 회로구성한 차동단일변환부를 살펴보면, M23은 구동전압 생성부(1)에 M8과 동일하게 미리 설정한 기준전압(Vref)을 게이트에 인가받고 HIGH 레벨 전원전압 VDD에 연결한 전류원(Ib4)에 드레인이 연결되어 전류원(Ib4)으로부터 전류를 공급받는다. M24의 경우, 드레인은 M23의 소스와 M22의 드레인에 연결되고, 소스는 LOW 레벨 전원전압 GND에 연결되고, 게이트는 M23의 드레인에 연결된다. M25의 경우, 게이트는 M24의 게이트와 동일하게 M23의 드레인에 연결되고, 드레인은 구동전압 생성부(1)에서 상호 결합된 M8 및 M9의 소스에 연결됨과 동시에 M21의 드레인에도 연결되며, 소스는 LOW 레벨 전원전압 GND에 연결된다.M23, M24, and M25, M23 is configured to supply a reference voltage Vref, which is preset in the same manner as M8, to the driving
이와 같이 구성된 입력 스테이지(4)는 입력 전압신호 Vip 및 Vin의 전압 레벨 차이에 따라 구동전압 생성부(1)에 인가되는 입력신호(Iin)를 변화시켜 구동전압 생성부(1)의 구동전압(Va, Vb)도 변화시킨다. 예를 들어, Vip > Vin이면 M21이 M22에 비해 더 적은 전류를 흐르게 하므로, 입력신호(Iin) 전류를 증가시키고, 반대로 Vip < Vin이면 M21이 M22보다 더 많은 전류를 흐르게 하므로 입력신호(Iin) 전류를 낮추며, 이와 같이 입력 전압신호 Vip 및 Vin의 전압 레벨 차이에 따라 구동전압 생성부(1)의 입력신호(Iin)를 변화시켜, 결국 구동전압 생성부(1)의 구동전압(Va, Vb)이 생성된다.The
구동전압 생성부(1)는 각각 NMOS로 이루어지는 M8 및 M9를 포함하여 구성되고, 입력 스테이지(미도시)의 입력신호(Iin)를 공통으로 M8 및 M9의 소스에 인가받고 각각 HIGH 레벨 전원전압 VDD에 연결된 전류원(Ib1, Ib2)을 드레인에 연결되게 하고, M8의 게이트에 미리 선정한 기준전압(Vref)을 인가받고 M9의 게이트에는 바이어스 회로부(3)를 통한 부궤환 전압(Vc)을 인가받아 클래스 AB 앰프의 바이어스를 수용할 수 있다.The driving
여기서, M8의 드레인 전압은 LOW 레벨 구동전압(Va)으로서 입력 신호(Iin) 중에 LOW 레벨 신호에 해당되는 전압신호로 생성되어 출력부(2)의 M1의 게이트에 인가되고, M9의 드레인 전압은 HIGH 레벨 구동전압(Vb)으로서 입력 신호(Iin) 중에 HIGH 레벨 신호에 해당되는 전압신호로 생성되어 출력부(2)의 M2의 게이트에 인가된다.Here, the drain voltage of M8 is generated as a voltage signal corresponding to the LOW level signal in the input signal Iin as the LOW level drive voltage Va and applied to the gate of M1 of the
출력부(2)는 PMOS로 이루어진 M1과 NMOS로 이루어진 M2로 구성되되, 각각의 드레인을 출력단(Vout)에 연결하고, M1의 소스는 HIGH 레벨 전원전원 VDD에 M2의 소스는 LOW 레벨 전원전압(GND)에 연결되며, M1의 게이트는 구동전압 생성부(1)의 M8의 드레인에 연결되어 LOW 레벨 구동전압(Va)이 인가되고, M2의 게이트는 구동전압 생성부(1)의 M9의 드레인에 연결되어 HIGH 레벨 구동전압(Vb)이 인가된다. 이에 따르면, M1 및 M2는 구동전압(Va, Vb)에 의해서 교대로 동작하여 M1이 동작할 시에 전류가 출력단(Vout)을 통해 부하로 흘러가고, M2가 동작할 시에 전류가 출력단(Vout)을 통해 부하로부터 흘러들어오는 PUSH-PULL 출력이 이루어진다. The
그리고, M1이 동작할 때에 M2는 비동작 상태가 되는 데, 이때 M2의 비동작이라는 것은 문턱전압(threshold voltage)보다 약간 높은 전압으로 HIGH 레벨 구동전압(Vb)이 인가되어 도통상태를 유지하는 것이며, 이를 위해서, M2의 비동작시에 흐르는 전류를 부궤환시켜 구동전압 생성부(1)의 M9의 게이트에 부궤환 전압(Vc)으로 인가한다. 이는, 클래스 AB 앰프의 특징으로서, M2를 약간의 전류로 턴온 상태를 유지하여 정상 턴온 동작상태로 전환할 시에 크로스오버 왜곡(crossover distortion)을 방지하고, 가능하면 비동작시의 전류를 낮추어 소비전력을 줄이기 위함이다.When the transistor M1 operates, the transistor M2 enters a non-operating state. In this case, the non-operation of the transistor M2 maintains the conduction state by applying the HIGH level driving voltage Vb at a voltage slightly higher than the threshold voltage To this end, the current flowing during the non-operation of M2 is negatively fed back and applied to the gate of M9 of the
바이어스 회로부(3)는, 전류 미러부(3-1), 궤환 전류 생성부(3-2) 및 전류전압 변환부(3-3)로 구성되어 출력부(2)의 M2에 흐르는 전류에 대응되는 부궤환 전압(Vc)를 구동전압 생성부(1)의 M2 게이트에 인가하기 위한 구성들이다. The
전류 미러부(3-1)는 M2와 동일하게 NMOS로 이루어진 M3로 구성되어 M2의 전류를 미러링(mirroring)한다. 이를 위해서, M3 및 M2는 게이트끼리 연결되고 소스끼리 연결되어, M2의 드레인-소스 전류에 비례하는 전류가 M3의 드레인-소스 전류로 복사되게 한다.The current mirror unit 3-1 is composed of M3 made of NMOS like M2, and mirrors the current of M2. To this end, M3 and M2 are connected together by their gates and their sources are connected together so that a current proportional to the drain-source current of M2 is copied to the drain-source current of M3.
궤환 전류 생성부(3-2)는 각각 PMOS로 이루어진 3개의 M4, M5 및 M6로 구성되며, M4 및 M5는 각각의 소스를 HIGH 레벨 전원전압(VDD)에 연결하고 게이트끼리 서로 연결하되, M4의 드레인을 게이트에 연결하며, M4의 드레인은 M3의 드레인에 연결한다. 이에 따라, M3로 미러링된 전류는 M4를 통해 흐르면서 M5에 재 미러링되고, 여기서 재 미러링된 전류는 전류전압 변환부(3-3)로 공급된다. M4 and M5 each have a source connected to the HIGH level power supply voltage VDD and the gates connected to each other, and M4 and M5 are connected to each other. The feedback current generator 3-2 includes three PMOS transistors M4, M5 and M6. And the drain of M4 is connected to the drain of M3. Thus, the current mirrored by M3 is re-mirrored to M5 while flowing through M4, where the re-mirrored current is supplied to the current-voltage conversion unit 3-3.
이때, M6는 M5와 전류전압 변환부(3-3)의 사이에 설치되어 M1이 동작할 시에 재 미러링 전류를 전류전압 변환부(3-3)에 공급되도록 단속하며, 이를 위해서, M6는 소스가 M5의 드레인에 연결되고 드레인이 전류전압 변환부(3-3)에 연결되고 게이트가 M1의 게이트에 연결된다. 즉, M1의 게이트 전압인 LOW 레벨 구동전압(Va)이 LOW일 때에 M1이 동작하고, 이때, M6도 턴온되어 M2를 M3, M4 및 M5로 미러링한 전류가 전류전압 변환부(3-3)로 공급된다.At this time, M6 is provided between the M5 and the current-to-voltage converter (3-3) and interrupts the re-mirroring current to be supplied to the current-voltage converter (3-3) when the M1 is operated. The source is connected to the drain of M5, the drain is connected to the current-voltage converting portion 3-3, and the gate is connected to the gate of M1. That is, when the LOW level driving voltage Va which is the gate voltage of M1 is LOW, M1 operates. At this time, M6 is also turned on so that a current mirrored by M2 to M3, M4 and M5 is outputted to the current- .
전류전압 변환부(3-3)는 M3, M4 및 M5에 의한 M2의 미러 전류를 전압 신호로 변환하여 부궤환 전압(Vc)을 생성하고 부궤환 전압(Vc)를 M9의 게이트에 인가한다. 이를 위한 전류전압 변환부(3-3)는 NMOS인 M7로 구성되어 드레인 및 게이트를 공통으로 M6의 드레인에 연결하고 소스를 그라운드(GND)에 연결하게 회로구성된다.The current-to-voltage conversion unit 3-3 converts the mirror current of M2 by M3, M4 and M5 into a voltage signal to generate a negative feedback voltage Vc and applies a negative feedback voltage Vc to the gate of M9. The current-to-voltage conversion unit 3-3 is composed of NMOS M7, and has a circuit such that a drain and a gate are commonly connected to a drain of M6 and a source is connected to a ground (GND).
상기와 같이 구성된 바이어스 회로부(3)는, M1이 동작하고 M2가 비동작할 때에만 비동작 상태의 M2에 흐르는 전류, 즉, M1에 흐르는 전류보다 상대적으로 작은 전류를 바이어스 전류로 하여 M3, M4 및 M5에 의해 순차적으로 미러링하여 M7에 전달하되, M1이 동작하고 M2가 비동작할 때에만 M7에 전달하여 부궤환되게 한다. M2가 동작할 때, 즉, M1이 비동작 상태이면, M1의 게이트 전압인 LOW 레벨 구동전압(Va)이 HIGH이므로 M6가 턴오프되어 M2의 전류를 미러링한 전류는 M7에 전달되지 아니한다.The
그리고, M2의 전류가 비동작 상태에서 부하 변동 등의 요인에 의해 증가하면 M3, M4 및 M5에 의해 미러링되어 M7에 공급되는 전류도 증가하고 M7의 드레인 전압, 즉, 궤환전압(Vc)도 증가하게 된다. 여기서, 구동전압 생성부(1)를 구성하는 M8 및 M9는 차동구조이고, M8의 게이트는 기준전압(Vref)이 인가되며 M9의 게이트는 부궤환 전압(Vc)이 인가되는 상황이므로, M2의 비동작시 전류의 증가로 부궤환 전압(Vc)이 기준전압(Vref)보다 커지면, M1의 게이트 전압이 높아지고 M2의 게이트 전압은 낮아진다. 결국, M1 및 M2의 바이어스 전류가 작아지게 된다.When the current of M2 is increased due to factors such as load variation in the non-operating state, the current supplied to M7 is mirrored by M3, M4 and M5, and the drain voltage of M7, that is, the feedback voltage Vc, . Here, since M8 and M9 constituting the driving
반대로, M2의 비동작시 전류가 감소하여 부궤환 전압(Vc)이 낮아지면 M1의 게이트 전압은 낮아지고 M2의 게이트 전압은 높아지게 된다. 결국, 출력에 흐르는 바이어스 전류가 커지게 된다. On the other hand, if the current decreases in the non-operation state of the transistor M2 and the negative feedback voltage Vc decreases, the gate voltage of the transistor M1 becomes lower and the gate voltage of the transistor M2 becomes higher. As a result, the bias current flowing in the output becomes large.
이와 같이, 바이어스 회로부(3)는 부궤환(negative feedback)이 걸리는 구조로 되어 있어서 출력부(2)의 M2의 바이어스 전류가 안정되게 되는 것이다. As described above, the
하지만, 상기 도 1을 참조하여 설명한 종래기술에 따른 클래스 AB 앰프는, M2의 전류 정보를 M7에 전달하지만, M1의 전류 정보는 전달하지 아니하여 반쪽짜리 바이어스 조절회로가 되는 문제점이 있다. 즉, M1이 어떤 요인에 의해 정상적인 동작을 하지 아니하고 문제가 있을 때에 이를 감지하지 못하고, M1의 전류 정보가 전달되지 않음에 따라 부궤환 전압(Vc)의 리플(ripple)이 커져 출력(Vour)의 왜곡도 커지는 단점을 가진다. However, the conventional class AB amplifier described with reference to FIG. 1 transfers the current information of M2 to M7, but does not transmit the current information of M1, which is a half bias control circuit. That is, when M1 does not operate normally due to some factor and there is a problem, it can not detect it, and since the current information of M1 is not transmitted, the ripple of the negative feedback voltage Vc becomes large, And the distortion is also increased.
또한, 더욱이, M2의 전류도 M1이 동작할 시에만 전달되는 문제점도 있다.Furthermore, there is also a problem that the current of M2 is transmitted only when M1 operates.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래기술의 문제점 및 단점을 해결하기 위해서 푸쉬-풀(PUSH-PULL) 방식의 출력전류가 어느 방향으로 흐르는 경우이든 항상 안정된 바이어스 전류를 공급하고, 출력 전류의 크기 변동에 무관하게 구동을 하지 않을 때라도 일정한 바이어스 전류를 유지하여 안정된 동작에 의해 크로스오버 왜곡(crossover distortion)을 최소화하는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION [0008] Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for supplying a stable bias current, regardless of the direction in which a push-pull type output current flows in order to solve the problems and disadvantages of the prior art, And to provide a class AB amplifier that maintains a constant bias to maintain a constant bias that minimizes crossover distortion due to stable operation even when the driving is not performed regardless of variations.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 제1 출력 트랜지스터 및 제2 출력 트랜지스터를 푸쉬-풀(PUSH-PULL) 방식으로 연결하여 각각의 게이트에 인가되는 구동전압에 따라 교대로 동작하여 출력신호를 출력하는 출력부(2); 제1 출력 트랜지스터 및 제2 출력 트랜지스터 중에 비동작하는 출력 트랜지스터의 전류를 바이어스 전류로 하여 바이어스 전류에 대응되는 전압이 부궤환되어, 입력신호의 HIGH 레벨에 대한 바이어스된 HIGH 레벨 구동전압과 입력신호의 LOW 레벨에 대한 바이어스된 LOW 레벨 구동전압을 생성하고 제1 출력 트랜지스터의 게이트 및 제2 출력 트랜지스터의 게이트에 일대일로 인가하여 교대로 동작하게 하는 구동전압 생성부(1); 비동작하는 출력 트랜지스터의 바이어스 전류에 대응되는 부궤환 전압을 생성하여 구동전압 생성부(1)에 전달하는 바이어스 회로부(10);를 포함하여 구성되는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프에 있어서, 상기 바이어스 회로부(10)는 제1,2 출력 트랜지스터의 전류를 각각 미러링(mirroring)하는 전류 미러부(11); 제1,2 출력 트랜지스터의 전류를 비교하여 비동작하는 출력 트랜지스터를 선택하는 전류 비교부(12); 전류 비교부(12)에서 선택한 출력 트랜지스터의 미러 전류를 선택하는 전류 선택부(13); 및 선택한 미러 전류를 전압신호로 변환하여 상기 구동전압 생성부(1)에 부궤환하는 전류전압 변환부(14);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of driving a semiconductor device including a first output transistor and a second output transistor connected in a push-pull manner and alternately operated according to a driving voltage applied to each gate, An
상기 구동전압 생성부(1)는, 미리 설정한 기준전압을 게이트에 인가하고 드레인 전압을 LOW 레벨 구동전압으로 하는 제1 입력 트랜지스터와 부궤환 전압을 게이트에 인가하고 드레인 전압을 HIGH 레벨 구동전압으로 하는 제2 입력 트랜지스터를 차동구조로 회로구성하고, 각각의 드레인과 HIGH 레벨 전원전압 사이에 전류원을 설치하며, 소스에 공통으로 입력전류를 인가하게 한 것임을 특징으로 한다.The driving
전원전압의 LOW 레벨 전원전압을 그라운드(ground) 전압으로 하여, 미리 설정된 HIGH 레벨 전원전압과 그라운드 전압 사이에 상기 출력부(2)의 제1 출력 트랜지스터 및 제2 출력 트랜지스터를 푸쉬-풀 방식으로 연결함을 특징으로 한다.The first output transistor and the second output transistor of the
상기 전류 비교부(12)는, 소스를 HIGH 레벨 전원전압에 연결하고 게이트에 LOW 레벨 구동전압을 인가한 PMOS 트랜지스터와, 소스를 LOW 레벨 전원전압에 연결하고 게이트에 HIGH 레벨 구동전압을 인가한 NMOS 트랜지스터로 구성되고, 양 트랜지스터의 드레인을 서로 연결하여 선택전압으로 하며, 선택전압의 크기에 따라 비동작하는 출력 트랜지스터를 선택함을 특징으로 한다.The
상기 전류 선택부(13)는, 상기 선택전압을 게이트에 인가한 두개의 트랜지스터를 구비하여서, 선택전압의 크기에 따라 어느 한쪽의 트랜지스터를 동작시켜 비동작하는 출력 트랜지스터의 미러 전류를 상기 전류전압 변환부(14)에 전달함을 특징으로 한다.The
상기 전류 선택부(13)는, 제1,2 출력 트랜지스터 중에 부하로부터 풀(PULL)하는 출력 트랜지스터의 미러 전류를 전달할 시에, 미러 전류를 다시 미러링하여 상기 전류전압 변환부(14)에 전달함을 특징으로 한다.When the mirror current of the output transistor to be pulled out from the load is transferred to the first and second output transistors, the
상기 전류전압 변환부(14)와 구동전압 생성부(1)의 사이에는, 부궤환 전압을 평활화하는 필터부(15)를 구비함을 특징으로 한다.And a
상기와 같이 구성되는 본 발명은, 출력부에서 교대로 동작하는 트랜지스터의 전류를 감지하여 비동작하는 트랜지스터를 선택하고, 선택한 트랜지스터에 흐르는 전류를 바이어스 전류로 판단하여 부궤환하므로, 출력부에 구비한 2개의 트랜지스터에 흐르는 전류 정보 모두를 다루어 입력신호를 증폭하는 전구간에 걸쳐 항시 부궤환이 걸리게 하고, 이에 따라 부궤환의 리플(ripple)도 억제하여 출력 전류의 바이어스 전류를 안정화하여 출력 전류의 왜곡을 방지한다.According to the present invention configured as described above, a transistor that operates in an alternating manner in the output unit is selected to select a non-operating transistor, and the current flowing in the selected transistor is negatively fed back by determining it as a bias current. It deals with all the current information flowing in two transistors and constant feedback is applied across the whole area amplifying the input signal, thereby suppressing the ripple of the negative feedback, stabilizing the bias current of the output current, prevent.
또한, 본 발명은 바이어스의 안정으로 출력 전류의 왜곡을 방지하며, 크로스오버 왜곡도 최소화한다.Further, the present invention prevents the output current from being distorted due to stable bias, and minimizes crossover distortion.
도 1은 종래기술에 따른 클래스 AB 앰프의 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프의 회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프에 있어서, 전압 및 전류의 파형 그래프.1 is a circuit diagram of a class AB amplifier according to the prior art;
2 is a circuit diagram of a class AB amplifier that maintains a stable bias according to an embodiment of the present invention;
3 is a graph of voltage and current waveforms of a class AB amplifier maintaining a stable bias according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 첨부된 도면들에서 구성 또는 작용에 표기된 참조번호는, 다른 도면에서도 동일한 구성 또는 작용을 표기할 때에 가능한 한 동일한 참조번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that, in the drawings, the same reference numerals are used to denote the same or similar components in other drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, 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.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프의 회로도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프에 있어서, 전압 및 전류의 파형 그래프이다.FIG. 2 is a circuit diagram of a class AB amplifier that maintains a stable bias according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a graph of voltage and current waveforms of a class AB amplifier that maintains a stable bias according to an embodiment of the present invention .
본 발명의 실시예에 따른 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프는, 두개의 단자를 통해 각각 입력되는 입력 전압신호의 전압 차이를 단일의 전류신호로 변환하여 입력 신호(Iin)를 생성하는 입력 스테이지(4), 입력 스테이지(4)로부터 입력신호(Iin)를 입력받아 구동전압을 생성하는 구동전압 생성부(1), 구동전압을 증폭하여 출력하는 출력부(2), 및 출력부(2)에서 출력하는 전류에 바이어스 전류를 부여하고 그 바이어스 전류를 안정화하기 위해 바이어스 전류에 대응되는 전압을 출력부(2)에서 부궤환하는 바이어스 회로부(10)를 포함하여 구성된다.The class AB amplifier that maintains a stable bias according to an embodiment of the present invention includes an input stage (I) for converting a voltage difference of an input voltage signal input through two terminals into a single current signal to generate an input signal Iin A driving
먼저, 구동전압 생성부(1) 및 출력부(2)는 본 발명의 배경기술에서 도 1에 도시한 종래기술에 따른 클래스 AB 앰프를 참조하여 설명한 바와 동일하지만, 본 발명의 실시예에서 종래기술과 대비되는 바이어스 회로부(10)의 이해를 위해 배경기술의 설명보다 상세하게 설명한다. 구동전압 생성부(1)에 입력신호(Iin)를 인가하는 입력 스테이지(4)는, 본 발명의 배경기술을 설명하기 위해 첨부한 도 1에서 입력 스테이지(4)를 참조하여 구성할 수 있는바, 상세하게 도시하지 아니하였고 설명도 생략한다.
First, the driving
상기 출력부(2)는 PMOS 트랜지스터로 구성한 제1 출력 트랜지스터(M1)와 NMOS 트랜지스터로 구성한 제2 출력 트랜지스터(M2)를 포함하여 푸쉬-풀(PUSH-PULL) 방식으로 출력 전류를 부하에 공급한다. 즉, 제1 출력 트랜지스터(M1) 및 제2 출력 트랜지스터(M2)는 미리 설정한 HIGH 레벨 전원전압과 LOW 레벨 전원전압 사이에 연결되어 교대로 동작하게 구성되어서, 예를 들어 정현파를 증폭하여 출력하는 경우 출력단을 통한 출력 전류를 부하를 향해 흐르게 하다가 부하로부터 다시 들어오게 하는 동작을 교호적으로 반복시킨다.The
여기서, 제1 출력 트랜지스터(M1) 및 제2 출력 트랜지스터(M2)의 동작이라 함은, 턴온(turn-on) 상태로 되어 증폭동작을 하는 것이다. Here, the operation of the first output transistor Ml and the second output transistor M2 is a turn-on state to perform the amplifying operation.
동작에 반대되는 것으로 비동작이라 함은, 출력 트랜지스터를 차단동작시키는 것이라 아니라, 약간의 전류가 흐를 정도의 턴온 상태를 유지하는 것을 의미한다. 이와 같이 제1,2 출력 트랜지스터(M1, M2)을 교대로 동작시키되 비동작 상태의 트랜지스터를 약간의 전류가 흐르도록 도통시키는 것은 클래스 AB 증폭동작을 위한 것이다. 이와 같이 비동작 상태는, 동작 상태로 전환할 시에 크로스오버 왜곡(crossover distortion)이 발생하지 아니하게 하는 클래스 AB 증폭동작의 주요 특징이다. 실제 클래스 AB 앰프에서는, 출력 트랜지스터를 비동작시킬 시에 문턱전압(threshole voltage)보다 약간 높은 전압으로 게이트에 인가하여 매우 낮은 전류, 즉, 바이어스 전류를 드레인과 소스 사이에 흐르게 한다. 그리고, 동작 상태에서는 비동작시에 게이트에 인가하는 전압보다 더 큰 구동전압을 인가하여 구동전압에 대응되는 전류를 출력 트랜지스터에 흘려 출력되게 한다. 여기서 전압의 높고 낮은 PMOS와 NMOS의 경우 서로 상반되는 것임은 공지된 기술이므로, 이를 구분하여 설명하지 않았다.As opposed to the operation, the non-operation means not to shut off the output transistor, but to maintain the turn-on state to such a degree that a slight current flows. Thus, the first and second output transistors M1 and M2 are alternately operated, and the non-operating transistor conducts a small amount of current for the class AB amplifying operation. This non-operating state is a key feature of the Class AB amplifying operation that prevents crossover distortion from occurring when switching to the operating state. In a real class AB amplifier, when the output transistor is deactivated, it is applied to the gate with a voltage slightly higher than the threshold voltage to cause a very low current, i.e., a bias current, to flow between the drain and the source. In a non-operating state, a driving voltage greater than a voltage applied to the gate is applied in an operating state to cause a current corresponding to the driving voltage to flow to the output transistor to be output. Here, it is a well known technology that the high and low voltages of PMOS and NMOS are opposite to each other.
도 1에 도시한 구체적인 실시예에 따르면, 제1 출력 트랜지스터(M1)의 드레인(drain)과 제2 출력 트랜지스터(M2)의 드레인(drain)을 결합하여 출력단(Vout)에 연결하고, 제1 출력 트랜지스터(M1)의 소스(sorce)를 HIGH 레벨 전원전압(VDD)에 연결하고, 제2 출력 트랜지스터(M2)의 소스(sorce)를 LOW 레벨 전원전압(GND)에 연결한다. 그리고, 제1 출력 트랜지스터(M1)의 게이트와 제2 출력 트랜지스터(M2)의 게이트에는 각각 구동전압 생성부(1)로부터 구동전압을 인가받아서, 제1 출력 트랜지스터(M1)와 제2 트랜지스터(M2)가 교대로 동작함에 따라 출력전류를 푸쉬-풀 방식으로 부하에 제공한다. 1, a drain of the first output transistor Ml and a drain of the second output transistor Ml are coupled to an output terminal Vout, A source of the transistor M1 is connected to the HIGH level power supply voltage VDD and a source of the second output transistor M2 is connected to the LOW level power supply voltage GND. The gate of the first output transistor M1 and the gate of the second output transistor M2 are respectively supplied with the driving voltage from the driving
출력전류는 제1 출력 트랜지스터(M1)에 흐르는 제1 출력전류(IM1)와 제2 출력 트랜지스터(M2)로 흐르는 제2 출력 전류(IM2)의 크기에 따라 푸쉬(PUSH) 또는 풀(PULL)되며, 제1 출력 전류(IM1)이 제2 출력 전류(IM2)보다 크면 푸쉬 전류가 되고, 그 반대이면 풀 전류가 된다.
The output current is either PUSH or pulled depending on the magnitude of the first output current IM1 flowing through the first output transistor M1 and the second output current IM2 flowing through the second output transistor M2 If the first output current IM1 is larger than the second output current IM2, the push current is obtained, and if the first output current IM1 is larger than the second output current IM2, the push current becomes the pull current.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 클래스 AB 앰프는 미리 설정한 HIGH 레벨 전원전압(VDD) 및 LOW 레벨 전원전압(GND)을 사용하되, LOW 레벨 전원전압(GND)을 그라운드(Ground) 전압으로 한다. 이에 따라, 출력전압은 HIGH 레벨 전원전압(VDD)과 그라운드 전압 사이에서 스윙(swing)하는 전압이 된다.
Here, the class AB amplifier according to the embodiment of the present invention uses the preset HIGH level power supply voltage VDD and the LOW level power supply voltage GND while setting the LOW level power supply voltage GND as the ground voltage . Accordingly, the output voltage becomes a voltage swinging between the HIGH level power supply voltage VDD and the ground voltage.
상기 구동전압 생성부(1)는, 출력 신호의 바이어스 전류에 대응되는 전압이 부궤환되어 입력신호의 LOW 레벨에 대한 바이어스된 LOW 레벨 구동전압(Va)과 입력신호의 HIGH 레벨에 대한 바이어스된 HIGH 레벨 구동전압(Vb)을 생성하여 상기 출력부(2)에 인가한다. 이때, LOW 레벨 구동전압(Va) 및 HIGH 레벨 구동전압(Vb)이 출력되는 단자는 출력부(2)에 구비된 제1 출력 트랜지스터(M1)의 게이트 및 제2 출력 트랜지스터(M2)에 일대일로 연결되어서, 구동전압의 인가에 따라 제1 출력 트랜지스터(M1) 및 제2 출력 트랜지스터(M2)를 교대로 동작시키며, 이에 따라, 출력단(Vout)을 통한 출력 신호를 부하에 푸쉬-풀(PUSH-PULL)하게 된다. The driving
여기서, LOW 레벨 구동전압(Va)은 입력신호의 LOW 신호 정보를 나타내는 파형이고, HIGH 레벨 구동전압(Vb)은 입력신호의 HIGH 신호 정보를 나타내는 파형이다.Here, the LOW level driving voltage Va is a waveform representing the LOW signal information of the input signal, and the HIGH level driving voltage Vb is a waveform representing the HIGH signal information of the input signal.
구체적인 실시예에 따르면, 상기 구동전압 생성부(1)는 NMOS 트랜지스터로 각각 구성한 제1 입력 트랜지스터(M8) 및 제2 입력 트랜지스터(M9)를 차동구조로 연결하도록 회로 구성된다. 그리고, 미리 설정된 기준전압(Vref)을 제1 입력 트랜지스터(M8)의 게이트에 인가하고, 출력 전류의 바이어스 전류에 대응되는 부궤환 전압을 제2 입력 트랜지스터(M9)의 게이트에 인가하며, 제1 입력 트랜지스터(M8)의 소스와 제2 입력 트랜지스터(M9)의 소스를 결합하여 증폭하려는 입력전류(Iin)을 인가하도록 회로적으로 연결된다. 또한, 제1 입력 트랜지스터(M8)의 드레인 및 제2 입력 트랜지스터(M9)의 드레인에는 각각 HIGH 레벨 전원전압(VDD)에 연결된 전류원(Ib1, Ib2)에 연결된다.According to a specific embodiment, the driving
이와 같이 구성된 상기 구동전압 생성부(1)는, 제1 입력 트랜지스터(M8)의 드레인을 통해 LOW 레벨 구동전압(Va)을 출력하고, 제2 입력 트랜지스터(M9)의 드레인을 통해 HIGH 레벨 구동전압(Vb)을 출력한다. 입력전류(Iin)에 대한 LOW 레벨 구동전압(Va) 및 HIGH 레벨 구동전압(Vb)은 도 3에 도시한 파형으로 형성된다.
The driving
본 발명의 실시예에 따른 클래스 AB 앰프는 도 2에 도시한 바와 같이 도 1의 종래기술과 대비되는 바이어스 회로부(10)를 구비한다.As shown in FIG. 2, the class AB amplifier according to the embodiment of the present invention includes a
상기 바이어스 회로부(10)는, 상기 출력부(2)를 구성하는 제1,2 출력 트랜지스터(M1, M2) 중에 비동작중인 출력 트랜지스터를 선별하고, 선별한 비동작중인 트랜지스터의 드레인-소스 간에 흐르는 전류를 바이어스 전류로서 감지하여 바이어스 전류에 대응되는 전압으로 변환하여 상기 출력부(2)의 제2 입력 트랜지스터(M9)의 게이트에 부궤환하며, 이를 위해서, 전류 미러부(11), 전류 비교부(12), 전류 선택부(13), 전류전압 변환부(14) 및 필터부(15)를 포함하여 구성된다.
The
상기 전류 미러부(11)는, 출력부(2)의 제1 출력 트랜지스터(M1)의 출력 전류(IM1) 및 제2 출력 트랜지스터(M2)의 출력 전류(IM2)를 각각 미러링(mirroring)하며, 이를 위해서 PMOS 트랜지스터로 이루어지는 M14와 NMOS 트랜지스터로 이루어지는 M3을 포함하여 구성된다. 여기서, 미러링(mirroring)은 출력 전류에 비례하는 전류를 복사하는 것이다.The
M14는 제1 출력 트랜지스터(M1)와 동일한 PMOS 타입으로 구성되며, 소스를 제1 출력 트랜지스터(M1)의 소스에 연결하고 게이트를 제1 출력 트랜지스터(M1)의 게이트에 연결하여, 제1 출력 트랜지스터(M1)의 전류(IM1)에 비례하는 전류를 복사, 즉, 미러링한다.M14 is of the same PMOS type as the first output transistor M1 and has a source connected to the source of the first output transistor M1 and a gate connected to the gate of the first output transistor M1, I.e., mirror, the current proportional to the current IMl of the transistor M1.
M3은 제2 출력 트랜지스터(M2)와 동일한 NMOS 타입으로 구성되며, 소스를 제2 출력 트랜지스터(M2)의 소스에 연결하고 게이트를 제2 출력 트랜지스터(M2)의 게이트에 연결하여, 제2 출력 트랜지스터(M1)의 전류(IM2)에 비례하는 전류를 복사, 즉, 미러링한다.M3 is of the same NMOS type as the second output transistor M2 and has a source connected to the source of the second output transistor M2 and a gate connected to the gate of the second output transistor M2, I.e., mirror, the current proportional to the current IM2 of the transistor M1.
M14 및 M3으로 각각 미러링하여 얻는 미러 전류는 전류 선택부(13)에 의해 선택되어 어느 한쪽의 미러 전류만 전류전압 변환부(14)에 전달된다. 도 1에 도시한 종래기술에서는 M3만 있어 제2 출력 트랜지스터(M2)만 미러링하지만, 본 발명에서는 제1 출력 트랜지스터(M1)도 M14로 미러링한다.
M14 and M3 are selected by the current selecting
상기 전류 비교부(12)는, 제1 출력 트랜지스터(M1)의 전류와 제2 출력 트랜지스터(M2)의 전류를 비교하여 비동작하는 출력 트랜지스터를 선택한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 전압의 크기로 비동작하는 출력 트랜지스터를 선택하며, 이를 위해서, PMOS 트랜지스터인 M12와 NMOS 트랜지스터인 M13를 드레인끼리 서로 연결되도록 결합하여 결합한 드레인의 전압을 비동작 출력 트랜지스터의 선별 기준이 되는 선택전압(Vd)으로 한다. 그리고, M12는 소스를 제1 출력 트랜지스터(M1)의 소스에 연결하고 게이트를 제1 출력 트랜지스터(M1)의 게이트에 연결하며, M13은 소스를 제2 출력 트랜지스터(M2)의 소스에 연결하고 게이트를 제2 출력 트랜지스터(M2)의 게이트에 연결한다. 여기서, 제1 출력 트랜지스터(M1)의 소스는 HIGH 레벨 전원전압에 연결되므로 M12의 소스도 HIGH 레벨 전원전압에 연결되고, 제2 출력 트랜지스터(M2)의 소스는 LOW 레벨 전원전압에 연결되므로 M13의 소스도 LOW 레벨 전원전압에 연결된다.The
이에 따라, M12는 제1 출력 트랜지스터(M1)와 동일하게 LOW 레벨 구동전압(Va)을 인가받고, M13은 제2 출력 트랜지스터(M2)와 동일하게 HIGH 레벨 구동전압(Vb)을 인가받게 되므로, 구동전압에 따라 제1 출력 트랜지스터(M1)가 동작하고 제2 출력 트랜지스터(M2)가 비동작하는 상황이면 제1 출력 트랜지스터(M1)의 전류(IM1)가 제2 출력 트랜지스터(M2)의 전류(IM2)보다 크게 되고 M12는 턴온되어 상기 선택전압(Vd)이 HIGH 레벨 전원전압(VDD)이 되고, 제1 출력 트랜지스터(M1)가 비동작하고 제2 출력 트랜지스터(M2)가 동작하는 상황이면 제2 출력 트랜지스터(M2)의 전류(IM2)가 제1 출력 트랜지스터(M1)의 전류(IM1)보다 크게 되고 M13은 턴온되어 상기 선택전압(Vd)이 그라운드 전압(GND)으로 된다.Accordingly, the M12 receives the LOW level driving voltage Va in the same manner as the first output transistor M1, and the M13 receives the HIGH level driving voltage Vb in the same manner as the second output transistor M2, If the first output transistor M1 is operated and the second output transistor M2 is not operated in accordance with the driving voltage, the current IM1 of the first output transistor M1 becomes the current IM2 and M12 are turned on so that the selection voltage Vd becomes the HIGH level power supply voltage VDD and the first output transistor M1 is inactive and the second output transistor M2 is in operation. The current IM2 of the two output transistor M2 becomes larger than the current IM1 of the first output transistor M1 and the transistor M13 is turned on so that the selection voltage Vd becomes the ground voltage GND.
즉, 선택전압(Vd)이 HIGH 레벨 전원전압(VDD)이 되면 제2 출력 트랜지스터(M2)가 비동작 상태이고, 그라운드 전압(GND)이 되면 제1 출력 트랜지스터(M1)가 비동작 상태임을 선택할 수 있어서, 전류 선택부(13)에서 비동작 중인 출력 트랜지스터의 미러 전류를 전류전압 변환부(14)에 인가할 수 있다.
That is, when the selection voltage Vd becomes the HIGH level power supply voltage VDD, the second output transistor M2 is in the inactive state, and when the selection voltage Vd becomes the ground voltage GND, So that the mirror current of the non-operating output transistor in the current selecting
상기 전류 선택부(13)는, 상기 전류 비교부(12)에서 선택한 출력 트랜지스터의 미러 전류를 상기 전류 미러부(11)에서 선택하여 전류전압 변환부(14)에 전달하며, 이를 위해서, 상기 선택전압(Vd)을 각각의 게이트에 인가한 두개의 트랜지스터(M10, M11)을 구비하여 선택전압(Vd)의 크기에 따라 어느 한쪽의 트랜지스터만 턴온 동작하게 구성된다.The
도 2를 참조하면, NMOS 트랜지스터인 M10과 PMOS 트랜지스터인 M11을 구비하되, M10은 소스를 상기 전류 미러부(11)의 M13의 드레인에 연결하여 선택전압(Vd)이 HIGH 레벨 전원전압(VDD)일 경우 턴온되어 제2 출력 트랜지스터(M2)의 미러 전류(IM2')를 드레인에 흐를 수 있게 하고, M11은 소스를 상기 전류 미러부(11)의 M14의 드레인에 연결하여 선택전압(Vd)이 그라운드 전압(GND)일 경우 턴온되어 제1 출력 트랜지스터(M2)의 미러 전류(IM1')를 드레인에 흐를 수 있게 한다.Referring to FIG. 2, a NMOS transistor M10 and a PMOS transistor M11 are provided. In the M10, a source is connected to a drain of M13 of the
이때, M11의 드레인은 전류전압 전환부(14)에 연결되므로, 제1 출력 트랜지스터(M2)의 미러 전류(IM1')는 제1 출력 트랜지스터(M1)가 비동작하고 선택전압(Vd)가 그라운드 전압(GND)이 되는 상황에서 M11이 턴온됨에 따라 전류전압 전환부(14)에 전달된다.Since the drain of M11 is connected to the current-
하지만, 제2 출력 트랜지스터(M2)의 미러 전류(IM2')는 M10에서 미러부(11)의 M3으로 흐르므로, 전류전압 전환부(14)에 직접 전달하는 것이 아니라, 제2 출력 트랜지스터(M2)의 미러 전류(IM2')를 다시 한번 미러링되어 전류전압 변환부(14)에 전달된다. 이는, 제2 출력 트랜지스터(M2)가 부하로부터 전류를 풀(PULL)하여 그라운드(GND)로 흐르게 하는 것이므로, 이 전류의 미러 전류도 그라운드(GND)로 흐르기 때문이다. 도 2를 참조하면, HIGH 레벨 전원전압(VDD)과 M10의 드레인 사이에는 소스를 HIGH 레벨 전원전압에 연결하고 게이트 및 드레인을 결합하여 M10의 드레인에 연결한 PMOS 트랜지스터 M4를 설치하여 M4 및 M10을 통해 제2 출력 트랜지스터(M2)의 미러 전류(IM2')를 흐르게 한다. 그리고, M4의 전류를 미러링하는 PMOS 트렌지스터인 M5, 즉, 게이트를 M4의 게이트에 연결하고 소스를 HIGH 레벨 전원전압(VDD)에 연결하며 드레인을 전류전압 변환부(14)에 연결한 M5를 설치하여서, 제2 출력 트랜지스터(M2)의 미러 전류(IM2')를 다시 미러링한 전류(IM2'')가 전류전압 변환부(14)에 전달되게 한다.
However, since the mirror current IM2 'of the second output transistor M2 flows from M10 to M3 of the
상기 전류전압 변환부(14)는, 전류 선택부(13)에서 전달받는 미러 전류를 전압신호로 변환하여 구동전압 생성부(1)에 부궤환되게 한다. 이를 위한 전류전압 변환부(14)는 드레인과 게이트를 결합하여 상기 전류 선택부(13)에서 전달하는 미러 전류를 받게 하고 소스를 그라운드 전압(GND)에 연결한 NMOS 트랜지스터 M7로 구성된다. 이에 따라, 미러 전류에 대응되는 전압이 M7의 드레인에 발생한다.
The current-to-
상기 필터부(15)는, 상기 전류전압 변환부(14)와 구동전압 생성부(1) 사이에 설치되어 상기 전류전압 변환부(14)를 구성하는 M7의 드레인의 전압을 평활화하여 부궤환 전압(Vc)으로 변환하여 구동전압 생성부(1)의 제2 입력 트랜지스터(M9)의 게이트에 인가한다. 이는, 출력부(2)의 출력 전류가 입력신호에 따라 변하는 전류이고, 미러 전류도 변하는 신호가 되므로, 이를 평활화하여 일정한 전압으로 부궤환하기 위함이다.
The
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 동작에 대해서, 3을 참조하여 설명한다.The operation of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG.
도 3은 sin 파형의 입력 전류(Iin)를 구동전압 생성부(1)에 인가한 경우의 신호 파형 그래프이다.3 is a signal waveform graph in the case where the input current Iin of sin waveform is applied to the driving
0~t1 구간, t2~T3 구간 및 t4~T5 구간은 입력 전류(Iin)의 HIGH 레벨 구간이므로, LOW 레벨 구동전압(Va) 및 HIGH 레벨 구동전압(Vb)이 HIGH 상태에 있게 되지만, 입력신호의 HIGH 레벨 신호를 반영하는 HIGH 레벨 구동전압(Vb)이 이 구간의 입력 전류(Iin)에 따라 변동되고, LOW 레벨 구동전압(Va)은 제1 출력 트랜지스터(M1)를 비동작 상태(약간의 전류인 바이어스 전류를 흐를 수 있게 하는 상태)를 유지하는 전압이 된다. The LOW level driving voltage Va and the HIGH level driving voltage Vb are in the HIGH state because the 0 to t1 section, the t2 to T3 section and the t4 to T5 section are the HIGH level periods of the input current Iin. The HIGH level drive voltage Vb reflecting the HIGH level signal of the first output transistor M1 is varied in accordance with the input current Iin of this section and the LOW level drive voltage Va varies the first output transistor M1 in the non- A state in which a bias current, which is a current, can flow).
즉, 입력 전류(Iin)의 HIGH 레벨 파형에 따라 변하는 HIGH 레벨 구동전압(Vb)에 의해서 제2 출력 트랜지스터(M2)에 출력전류(IM2)가 흐른다. 이때의 출력전류(IM2)는 부하로부터 전류를 흡수하는 풀(PULL) 전류이며, 출력전압(Vout)은 입력전류와 비교하면 반전된 파형이 된다. That is, the output current IM2 flows to the second output transistor M2 by the HIGH level drive voltage Vb which varies according to the HIGH level waveform of the input current Iin. The output current IM2 at this time is a pull current which absorbs the current from the load, and the output voltage Vout becomes an inverted waveform when compared with the input current.
반면에, 제1 출력 트랜지스터(M1)는 비동작 상태이므로, 바이어스 전류에 해당되는 전류만 흐르게 된다. 이때, 제1 출력 트랜지스터(M1)의 전류(IM1)는 제2 출력 트랜지스터의 전류(IM2)에 비해 작으므로 선택전압(Vd)이 그라운드 전압(GND)이 되고 M11이 턴온되어서, 전류 미러부(11)의 M14로 미러링하여 얻는 제1 출력 트랜지스터(M1)의 미러 전류(IM1')가 전류전압 변환부(14)에 공급된다.
On the other hand, since the first output transistor M1 is in the non-operating state, only the current corresponding to the bias current flows. At this time, since the current IM1 of the first output transistor M1 is smaller than the current IM2 of the second output transistor, the selection voltage Vd becomes the ground voltage GND and the transistor M11 is turned on, The mirror current IM1 'of the first output transistor M1 obtained by mirroring with the M14 of the
t1~t2 구간 및 t3~t4 구간은, 입력 전류(Iin)의 LOW 레벨 구간이어서, LOW 레벨 구동전압(Va)과 HIGH 레벨 구동전압(Vb)이 LOW 상태에 있게 되지만, 입력 전류(Iin)의 LOW 레벨 신호를 반영하여 LOW 레벨 구동전압(Va)이 이 구간의 입력 전류(Iin)에 따라 변동되고, HIGH 레벨 구동전압(Vb)은 제2 출력 트랜지스터(M2)를 비동작 상태(약간의 전류인 바이어스 전류를 흐를 수 있게 하는 상태)를 유지하는 전압이 된다. the low level driving voltage Va and the high level driving voltage Vb are in the LOW state while the t1 to t2 and t3 to t4 sections are the LOW level periods of the input current Iin. The LOW level drive voltage Va varies in accordance with the input current Iin in this interval and the HIGH level drive voltage Vb changes the second output transistor M2 in the non-operation state A state in which the in-bias current can flow).
즉, 입력 전류(Iin)의 LOW 레벨 파형에 따라 변하는 LOW 레벨 구동전압(Va)에 의해서 제1 출력 트랜지스터(M1)에 출력전류(IM1)가 흐른다. 이때의 출력전류(IM1)은 부하에 전류를 공급하는 푸쉬(PUSH) 전류이다. That is, the output current IM1 flows to the first output transistor Ml by the LOW level drive voltage Va that varies according to the LOW level waveform of the input current Iin. The output current IM1 at this time is a push (PUSH) current for supplying a current to the load.
반면에, 제2 출력 트랜지스터(M2)는 비동작 상태이고, 제1 출력 트랜지스터(IM1)에 흐르는 전류보다 작은 바이어스 전류에 해당되는 전류만 흐르게 되므로, 선택전압(Vd)이 HIGH 레벨 전원전압으로 되어 M10이 턴온된다. 이에 따라, 전류 미러부(11)의 M3으로 미러링하여 얻는 제2 출력 트랜지스터(M2)의 미러 전류(IM2')는 M4 및 M10을 통해 흐르고 M4의 전류를 미러링하는 M5에 의해 미러링되어 한번 더 미러링한 전류(IM2'')로 전류전압 변환부(14)에 공급된다.On the other hand, since the second output transistor M2 is in the non-operating state and only the current corresponding to the bias current smaller than the current flowing in the first output transistor IM1 flows, the selection voltage Vd becomes the HIGH level power supply voltage M10 is turned on. Accordingly, the mirror current IM2 'of the second output transistor M2 obtained by mirroring with M3 of the
이와 같이 입력 전류(Iin)의 전구간에 대하여 출력 전류의 바이어스 전류에 대응되는 전압을 부궤환하므로, 구동전압 생성부(1)로 부궤환 되는 부궤환 전압(Vc)을 리플(ripple) 없이 안정되게 유지하여 바이어스 전류도 안정되게 한다. 그리고, 부궤환 전압(Vc)은 필터부(15)에 의해 더욱 안정화된다. 이에 따라, 출력 전류의 왜곡을 최소화할 수 있다.
Since the voltage corresponding to the bias current of the output current is negatively fed to the entire input current Iin as described above, the negative feedback voltage Vc, which is fed back to the driving
상술한 바와 같이, 본 발명은 입력전류(Iin)가 레벨(즉, 크기)에 따라 제1 출력 트랜지스터(M1) 및 제2 출력 트랜지스터(M2)를 교대로 동작시켜 푸쉬-풀 방식으로 출력하고 비동작 상태의 출력 트랜지스터를 완전히 턴오프하는 것이 아니라 약간의 전류(즉, 바이어스 전류)를 흐르게 하는 클래스 AB 앰프이지만, 제2 출력 트랜지스터(M2)의 비동작 시에만 출력 전류를 부궤환하는 도 1의 종래기술에 비해, 제1 출력 트랜지스터(M1)의 비동작 시에도 출력 전류를 부궤환하여 부궤환 전압(Vc)의 리플(ripple)을 억제하고 바이어스 전류를 안정시키며, 이에 따라, 입력신호를 왜곡 없이 증폭하여 출력할 수 있다.
As described above, according to the present invention, the first output transistor M1 and the second output transistor M2 are alternately operated according to the level (i.e., size) of the input current Iin to output in a push- 1 which does not completely turn off the output transistor in the operating state but flows a slight current (i.e., bias current) but negatively feeds back the output current only when the second output transistor M2 is not in operation It is possible to suppress the ripple of the negative feedback voltage Vc and stabilize the bias current by negatively feeding the output current even during the non-operation of the first output transistor Ml as compared with the prior art, Can be output without amplification.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, . ≪ / RTI > Accordingly, such modifications are deemed to be within the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the following claims.
1 : 구동전압 생성부 2 : 출력부
3 : 바이어스 회로부 3-1 : 전류 미러부
3-2 : 바이어스 전류 생성부 3-3 : 전류전압 변환부
4 : 입력 스테이지
10 : 바이어스 회로부 11 : 전류 미러부
12 : 전류 비교부 13 : 전류 선택부
14 : 전류전압 변환부 15 : 필터부
M1 : 제1 출력 트랜지스터 M2 : 제2 출력 트랜지스터
M8 : 제1 입력 트랜지스터 M9 : 제2 입력 트랜지스터
Va : LOW 레벨 구동전압 Vb : HIGH 레벨 구동전압
Vc : 부궤환 전압 Vd : 선택전압
Vref : 기준전압
VDD : HIGH 레벨 전원전압 GND : LOW 레벨 전원전압(그라운드 전압)1: driving voltage generating unit 2: output unit
3: bias circuit part 3-1: current mirror part
3-2: bias current generating unit 3-3: current-voltage converting unit
4: Input stage
10: bias circuit part 11: current mirror part
12: current comparison unit 13: current selection unit
14: current-voltage conversion unit 15: filter unit
M1: first output transistor M2: second output transistor
M8: first input transistor M9: second input transistor
Va: LOW level driving voltage Vb: HIGH level driving voltage
Vc: negative feedback voltage Vd: selection voltage
Vref: Reference voltage
VDD: HIGH level power supply voltage GND: LOW level power supply voltage (ground voltage)
Claims (7)
제1 출력 트랜지스터 및 제2 출력 트랜지스터 중에 비동작하는 출력 트랜지스터의 전류를 바이어스 전류로 하여 바이어스 전류에 대응되는 전압이 부궤환되어, 입력신호의 HIGH 레벨에 대해 바이어스된 HIGH 레벨 구동전압과 입력신호의 LOW 레벨에 대해 바이어스된 LOW 레벨 구동전압을 생성하고 제1 출력 트랜지스터의 게이트 및 제2 출력 트랜지스터의 게이트에 일대일로 인가하여 교대로 동작하게 하는 구동전압 생성부(1);
비동작하는 출력 트랜지스터의 바이어스 전류에 대응되는 부궤환 전압을 생성하여 구동전압 생성부(1)에 전달하는 바이어스 회로부(10);
를 포함하여 구성되는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프에 있어서,
상기 바이어스 회로부(10)는,
제1,2 출력 트랜지스터의 전류를 각각 미러링(mirroring)하는 전류 미러부(11);
제1,2 출력 트랜지스터의 전류를 비교하여 비동작하는 출력 트랜지스터를 선택하는 전류 비교부(12);
전류 비교부(12)에서 선택한 출력 트랜지스터의 미러 전류를 선택하는 전류 선택부(13); 및
선택한 미러 전류를 전압신호로 변환하여 상기 구동전압 생성부(1)에 부궤환하는 전류전압 변환부(14);
를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프.The first output transistor and the second output transistor are connected in a push-pull manner between the HIGH level power supply voltage and the LOW level power supply voltage and alternately operated according to the driving voltage applied to each gate to output the output signal An output unit 2 for outputting;
A voltage corresponding to the bias current is negatively fed back by using the current of the output transistor that is not in the first output transistor and the second output transistor as the bias current so that the HIGH level driving voltage biased with respect to the HIGH level of the input signal, A driving voltage generator (1) for generating a LOW level driving voltage biased with respect to a LOW level and applying the same to the gates of the first output transistor and the gates of the second output transistor in a one-to-one manner to operate alternately;
A bias circuit unit 10 for generating a negative feedback voltage corresponding to a bias current of the non-operating output transistor and transmitting the generated negative feedback voltage to the driving voltage generating unit 1;
And a second input terminal connected to the second input terminal,
The bias circuit unit (10)
A current mirror unit 11 for mirroring currents of the first and second output transistors, respectively;
A current comparator (12) for comparing the currents of the first and second output transistors to select an inactive output transistor;
A current selector (13) for selecting a mirror current of the output transistor selected by the current comparator (12); And
A current-to-voltage converter 14 for converting the selected mirror current into a voltage signal and negative feedback to the driving voltage generator 1;
And a second input terminal connected to the second input terminal of the second amplifier.
상기 구동전압 생성부(1)는,
미리 설정한 기준전압을 게이트에 인가하고 드레인 전압을 LOW 레벨 구동전압으로 하는 제1 입력 트랜지스터와 부궤환 전압을 게이트에 인가하고 드레인 전압을 HIGH 레벨 구동전압으로 하는 제2 입력 트랜지스터를 차동구조로 회로구성하고, 각각의 드레인과 HIGH 레벨 전원전압 사이에 전류원을 설치하며, 소스에 공통으로 입력전류를 인가하게 한 것임을 특징으로 하는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프.The method according to claim 1,
The driving voltage generator (1)
A first input transistor for applying a predetermined reference voltage to the gate and a drain voltage for the LOW level driving voltage, and a second input transistor for applying a negative feedback voltage to the gate and a drain voltage to a HIGH level driving voltage, And a current source is provided between each of the drains and the HIGH level power supply voltage, and an input current is commonly applied to the source. The class AB amplifier maintains a stable bias.
전원전압의 LOW 레벨 전원전압을 그라운드(ground) 전압으로 하여, 미리 설정된 HIGH 레벨 전원전압과 그라운드 전압 사이에 상기 출력부(2)의 제1 출력 트랜지스터 및 제2 출력 트랜지스터를 푸쉬-풀 방식으로 연결함을 특징으로 하는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프.3. The method of claim 2,
The first output transistor and the second output transistor of the output section 2 are connected in a push-pull manner between a preset high level power supply voltage and a ground voltage, with the LOW level power supply voltage of the power supply voltage being a ground voltage A class AB amplifier that maintains a stable bias characteristic of the Harmonic.
상기 전류 비교부(12)는,
소스를 HIGH 레벨 전원전압에 연결하고 게이트에 LOW 레벨 구동전압을 인가한 PMOS 트랜지스터와, 소스를 LOW 레벨 전원전압에 연결하고 게이트에 HIGH 레벨 구동전압을 인가한 NMOS 트랜지스터로 구성되고,
양 트랜지스터의 드레인을 서로 연결하여 선택전압으로 하며, 선택전압이 HIGH 레벨 전원전압이 되면 제2 출력 트랜지스터를 비동작하는 출력 트랜지스터로 선택하고, 선택전압이 LOW 레벨 전원전압이 되면 제1 출력 트랜지스터를 비동작하는 출력 트랜지스터로 선택함을 특징으로 하는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The current comparator (12)
A PMOS transistor having a source connected to a HIGH level power supply voltage and a gate connected to a LOW level driving voltage, an NMOS transistor having a source connected to a LOW level power supply voltage and a gate connected to a HIGH level driving voltage,
The drains of the two transistors are connected to each other to select the selected voltage, and when the selected voltage becomes the HIGH level power supply voltage, the second output transistor is selected as the inactive transistor. When the selected voltage becomes the LOW level power supply voltage, A class AB amplifier that maintains a stable bias, characterized by selecting non-operating output transistors.
상기 전류 선택부(13)는,
HIGH 레벨 전원전압이 게이트에 인가될 시에 턴온되어 제2 출력 트랜지스터의 미러 전류를 전류전압 변환부(14)에 흐르게 하는 트랜지스터와, LOW 레벨 전원전압이 게이트에 인가될 시에 턴온되어 제1 출력 트랜지스터의 미러 전류를 전류전압 변환부(14)에 흐르게 하는 트랜지스터를 구비하며, 상기 선택전압을 양측 트랜지스터의 게이트에 인가함으로써, 선택전압에 의해 어느 한쪽의 트랜지스터를 동작시켜 비동작하는 출력 트랜지스터의 미러 전류를 상기 전류전압 변환부(14)에 전달하게 함을 특징으로 하는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프.5. The method of claim 4,
The current selector (13)
A transistor that is turned on when a HIGH level power supply voltage is applied to the gate and causes the mirror current of the second output transistor to flow to the current-voltage conversion unit 14; And a transistor for causing the mirror current of the transistor to flow to the current-to-voltage conversion section (14). By applying the selection voltage to the gates of both transistors, one of the transistors is operated by the selection voltage, To the current-to-voltage conversion unit (14).
상기 전류 선택부(13)는,
제1,2 출력 트랜지스터 중에 부하로부터 풀(PULL)하는 출력 트랜지스터의 미러 전류를 전달할 시에, 미러 전류를 다시 미러링하여 상기 전류전압 변환부(14)에 전달함을 특징으로 하는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프.5. The method of claim 4,
The current selector (13)
And when the mirror current of the output transistor to be pulled out from the load is transferred among the first and second output transistors, the mirror current is mirrored again and transferred to the current-to-voltage converter (14). Class AB amplifier.
상기 전류전압 변환부(14)와 구동전압 생성부(1)의 사이에는, 부궤환 전압을 평활화하는 필터부(15)를 구비함을 특징으로 하는 안정된 바이어스를 유지하는 클래스 AB 앰프.The method of claim 3,
And a filter unit (15) for smoothing the negative feedback voltage between the current-voltage conversion unit (14) and the driving voltage generation unit (1).
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2013
- 2013-05-09 KR KR1020130052301A patent/KR101506579B1/en active IP Right Grant
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