KR101621844B1

KR101621844B1 - 저전압 차동 신호 전송기

Info

Publication number: KR101621844B1
Application number: KR1020140054741A
Authority: KR
Inventors: 김태우
Original assignee: (주) 픽셀플러스
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2016-05-17
Also published as: KR20150128036A; CN106416077A; CN106416077B; WO2015170845A1

Abstract

본 발명은 저전압 차동 신호 전송기에 관한 것으로서, 특히, 저전압 차동 신호 전송기가 공정 변화에 둔감한 출력저항 특성을 가질 수 있도록 하는 기술이다. 이러한 본 발명은, 복수의 프리 드라이버를 포함하고, 정입력신호와 부입력신호를 구동하여 풀업전압 레벨을 갖는 복수의 구동신호와 풀다운전압 레벨을 갖는 복수의 구동신호를 출력하는 입력 구동부, 전원전압을 레귤레이팅하여 제 1구동전압을 생성하는 전압 발생기, 및 복수의 구동신호에 의해 선택적으로 턴 온 되는 복수의 스위칭 소자를 포함하여 제 1구동전압을 차동 출력단에 선택적으로 공급하고, 복수의 스위칭 소자의 턴 온 저항이 풀업 전압 레벨과 풀다운전압 레벨에 의해 조정되는 메인 구동부를 포함한다.

Description

저전압 차동 신호 전송기{Low voltage differentail signal transmitter}

본 발명은 저전압 차동 신호 전송기에 관한 것으로서, 특히, 저전압 차동 신호 전송기가 공정 변화에 둔감한 출력저항 특성을 가질 수 있도록 하는 기술이다.

일반적으로 영상디스플레이장치는 공중파, 케이블 및 기타 외부 장치(VCR, DVD 등)로부터 영상신호(Audio/Video signal)를 수신하고, 이를 영상 처리하여 출력하는 영상신호처리 본체와, 영상신호처리 본체에서 처리된 영상을 화면에 디스플레이시키는 디스플레이 패널(Display pannel)로 구성된다. 이때, 디스플레이 패널과 영상신호처리 본체는, 일체형으로 구성될 수도 있으며, 각각 개별적으로 분리되어 구성될 수 있다.

또한, 디스플레이 패널과 영상신호처리 본체는 일반적으로 저전압 차동 신호(Low Voltage Differential Signal : LVDS) 인터페이스를 이용하여 영상신호를 전송한다. LVDS 인터페이스라 함은 디지털 정보를 구리선을 통해 고속으로 평판 디스플레이에 보내기 위한 전송 방법이다. 여기서, LV(low voltage) 즉, 저전압이라는 것은 LVDS가 표준 전압보다 낮은 전압을 사용한다는 의미이다.

최근 고속 데이터 생성 및 처리에 대한 요구가 증대됨에 따라, 한 지점에서 다른 지점으로 데이터를 전송하는 능력이 전체 시스템 성능을 판가름하는 척도가 되고 있다. 이러한 고속 데이터 전송을 위한 솔루션으로 LVDS 인터페이스가 각광받고 있다.

이러한 LVDS 인터페이스는 마더보드와 패널 사이에서 보다 적은 수의 전선이 사용될 수 있기 때문에 랩 탑 컴퓨터에서 광범위하게 사용된다. 또한, 이 기술은 많은 수의 자립형 평판 디스플레이의 이미지 스케일러와 패널 사이에서도 사용되고 있는 실정이다.

LVDS 인터페이스 방식은 기존의 싱글 엔드 신호(Single-Ended Signal)를 이용한 방법보다 잡음에 강하고, pECL(pseudo-Emitter Coupled Logic) 신호를 이용한 방법보다 신호 종단 처리(Signal Termiantion)가 쉽고, Gbps 이상의 초고속 송수신이 가능한 직렬 통신(Serial Communication) 방법이다.

또한, LVDS 인터페이스는 낮은 전압을 사용하기 때문에 전자파 장애(Electro Magnetic Interference :EMI)가 줄어들고, 소비 전력이 감소한다는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인하여 LVDS 인터페이스는 칩(Chip) 간 데이터 전송뿐만 아니라, 보드(Board) 간 데이터 전송 등 다양한 분야에 적용되고 있다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 저전압 차동 신호 전송기가 공정 변화에 둔감한 출력저항 특성을 가질 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 저전압 차동 신호 전송기는, 복수의 프리 드라이버를 포함하고, 정입력신호와 부입력신호를 구동하여 풀업전압 레벨을 갖는 복수의 구동신호와 풀다운전압 레벨을 갖는 복수의 구동신호를 출력하는 입력 구동부; 전원전압을 레귤레이팅하여 제 1구동전압을 생성하는 전압 발생기; 복수의 구동신호에 의해 선택적으로 턴 온 되는 복수의 스위칭 소자를 포함하여 제 1구동전압을 차동 출력단에 선택적으로 공급하고, 복수의 스위칭 소자의 턴 온 저항이 풀업 전압 레벨과 풀다운전압 레벨에 의해 조정되는 메인 구동부; 및 풀업전압을 생성하여 입력 구동부에 공급하는 풀업 제어부를 포함하고, 풀업 제어부는 전원전압을 레귤레이팅하여 고전압을 생성하는 고전압 발생기; 제 2구동전압을 생성하는 전압 발생기; 고전압과 피드백 전압을 비교 및 증폭하는 제 1증폭기; 제 2구동전압의 인가단과 피드백 전압의 출력단 사이에 연결되어 제 1증폭기의 출력에 의해 선택적으로 턴 온 되는 제 5스위칭 소자; 제 5스위칭 소자와 그라운드 전압단 사이에 연결된 제 1정전류원; 및 제 1증폭기의 출력에 대응하여 풀업전압 레벨을 조정하는 풀업전압 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전송선로의 특성 임피던스와의 정합(Matching) 특성이 반도체 제조 공정의 편차에 영향을 받지 않도록 하여 신호의 전송 속도가 고속으로 가면서 발생할 수 있는 신호의 반사를 방지하고 왜곡 없는 신호를 전송할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저전압 차동 신호 전송기에 관한 개념도.
도 2는 도 1의 송신기에 관한 상세 회로도.
도 3은 도 2의 풀업 제어부에 관한 상세 구성도.
도 4는 도 2의 풀다운 제어부에 관한 상세 구성도.
도 5는 도 1의 송신기에 관한 다른 실시예.
도 6은 도 5의 풀업 제어부에 관한 상세 구성도.
도 7은 도 5의 풀다운 제어부에 관한 상세 구성도.
도 8은 도 1의 송신기에 관한 동작 타이밍도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저전압 차동 신호 전송기에 관한 개념도이다.

저전압 차동 신호 전송기는 고속 동작이 가능하고 낮은 전류 소모 및 낮은 전자기적 간섭(EMI : Electromagnetic Interference) 특성을 갖는 회로로서, 이미지 센서, 액정표시장치 구동칩(LDI : LCD Driver IC) 및 통신 등 고속의 데이터 전송을 필요로 하는 분야에서 사용되고 있다.

저전압 차동 신호 전송기는 송신기(100), 전송선로(200), 수신기(300), 터미네이션 저항(400, 500)을 포함한다.

송신기(100)는 입력단자를 통해 데이터를 입력받는다. 송신기(100)로 입력되는 데이터는 전송선로(200)을 통해 차동(Differential)으로 수신기(300) 측으로 전송된다. 송신기(100)를 통해 입력되는 데이터에 기초하여 두 전송로 사이의 전위차를 생성하고 이로써 차동 신호를 생성한다. 그리고, 수신기(300)는 전송선로(200)를 통해 수신된 차동 신호를 CMOS 레벨로 변환하여 출력단자를 통해 출력한다.

송신기(100)와 수신기(300)는 전송선로(200)를 통해 연결된다. 각각의 전송선로(200)는 전기적 특성이 동일하며, 평형 전송로를 형성하여 2개의 전송로를 통해 1개의 신호를 전송할 수 있도록 한다.

그리고, 신호의 전송 과정에서 반사를 없애기 위해 전송선로(200)의 임피던스를 정합 시키도록 한다. 이를 위해, 수신기(300)의 입력 단에 터미네이션(Termination) 저항(400)을 연결한다. 또한, 송신기(100)의 출력단 측에 임피던스 정합을 위한 터미네이션(Termination) 저항(500)을 추가 적으로 연결할 수도 있다.

도 2는 도 1의 송신기(100)에 관한 상세 회로도이다.

송신기(100)는 입력 구동부(110), 전압 발생기(120), 메인 구동부(130) 및 차동 출력단 DN, DP를 포함한다.

여기서, 입력 구동부(110)는 복수의 프리 드라이버 D1~D4를 포함한다. 프리 드라이버 D1, D3은 메인 구동부(130)의 풀업단을 구동하기 위한 구동부이고, 프리 드라이버 D2, D4는 메인 구동부(130)의 풀다운단을 구동하기 위한 구동부이다.

프리 드라이버 D1는 정입력신호 INP를 풀업전압 Vrup으로 프리 구동하여 구동전압 VP1을 생성한다. 프리 드라이버 D2는 정입력신호 INP를 풀다운전압 Vrdn으로 프리 구동하여 구동전압 VP2을 생성한다. 프리 드라이버 D3는 부입력신호 INN를 풀업전압 Vrup으로 프리 구동하여 구동전압 VN1을 생성한다. 프리 드라이버 D4는 부입력신호 INN를 풀다운전압 Vrdn으로 프리 구동하여 구동전압 VN2을 생성한다.

즉, 프리 드라이버 D1, D3는 풀업전압 Vrup으로 구동되고, 프리 드라이버 D2, D4는 풀다운전압 Vrdn으로 구동된다.

전압 발생기(120)는 전원전압 VDD을 레귤레이팅하여 메인 구동부(130)의 구동전압 Vreg을 생성한다. 전압 발생기(120)는 생성된 구동전압 Vreg을 메인 구동부(130)의 스위칭 소자 M1, M2에 공급한다.

메인 구동부(130)는 복수의 스위칭 소자 M1~M4를 포함한다. 스위칭 소자 M1~M4는 FET(field effect transistor)로 이루어질 수 있다.

여기서, 스위칭 소자 M1, M3는 구동전압 Vreg의 인가단과 그라운드 GND 전압단 사이에 직렬 연결된다. 스위칭 소자 M1는 게이트 단자를 통해 구동전압 VP1이 인가되고, 스위칭 소자 M3는 게이트 단자를 통해 구동전압 VN2가 인가된다. 그리고, 스위칭 소자 M2, M4는 구동전압 Vreg의 인가단과 그라운드 GND 전압단 사이에 직렬 연결된다. 스위칭 소자 M2는 게이트 단자를 통해 구동전압 VN1이 인가되고, 스위칭 소자 M4는 게이트 단자를 통해 구동전압 VP2가 인가된다.

도 2의 실시예에서 프리 드라이버 D1~D4의 개수는 메인 구동부(130)에 구비된 스위칭 소자 M1~M4의 개수와 대응된다. 즉, 프리 드라이버 D1~D4는 스위칭 소자 M1~M4를 개별적으로 구동 제어한다. 스위칭 소자 M1~M4의 개수가 변경되는 경우 프리 드라이버 D1~D4의 개수와 이와 대응되도록 변경될 수 있다.

그리고, 스위칭 소자 M1, M3의 공통 연결노드는 차동 출력단 DP과 연결되고, 스위칭 소자 M2, M4의 공통 연결노드는 차동 출력단 DN과 연결된다. 차동 출력단 DN, DP는 전송선로(200)와 연결된다.

스위칭 소자 M1~M4의 턴 온 저항은 송신기(100)의 출력저항이 된다. 그리고, 스위칭 소자 M1~M4의 턴 온 저항은 풀업전압 Vrup, 풀다운전압 Vrdn에 의해 결정된다.

이러한 구성을 갖는 송신기(100)는 메인 구동부(130)에 구비된 스위칭 소자 M1~M4를 구동하기 위한 프리 드라이버 D1~D4의 출력 전압(VP1, VP2, VN1, VN2)을 개별적으로 조절한다. 이에 따라, 메인 구동부(130)의 스위칭 소자 M1~M4의 턴 온 저항을 일정하게 유지할 수 있도록 한다.

예를 들어, 구동전압 VP1가 풀업전압 Vrup이고, 구동전압 VP2가 풀다운전압 Vrdn 레벨일 때, 스위칭 소자 M1, M4가 턴 온 된다. 그러면, 전압 발생기(120)에서 출력된 구동전압 Vreg은 스위칭 소자 M1를 통하여 차동 출력단 DP로 출력된다. 그리고, 차동 출력단 DP의 출력신호는 전송선로(200)를 통해 터미네이션(Termination) 저항(400)을 거쳐 차동 출력단 DN으로 입력되고 스위칭 소자 M4를 통해 그라운드 전압 GND 단으로 출력된다.

이때, 구동전압 Vreg에서 그라운드 전압 GND 단으로 흐르는 전류는 (Vreg-GND)/((M1 턴 온 저항)+(터미네이션 저항)+(M4 턴 온 저항))이 된다. 이 전류를 Iref 라고 할 때, 차동 출력단 DP에 걸리는 전압은 Vreg-Iref*(M1 턴 온 저항)이 되고 차동 출력단 DN에 걸리는 전압은 GND+Iref*(M4 턴 온 저항)이 된다.

여기서, 구동전압 VN1, VN2는 구동전압 VP1, VP2와 반대의 극성을 가지며, 구동전압 VP1, VP2가 하이 상태일 때 구동전압 VN1, VN2이 로우 상태가 되어 스위칭 소자 M2, M3가 턴 오프 된다.

반면에, 구동전압 VN1, VN2이 하이 상태일 때, 스위칭 소자 M2, M3이 턴 온 된다. 이에 따라, 구동전압 Vreg은 스위칭 소자 M2를 통하여 차동 출력단 DN으로 출력된다. 그리고, 차동 출력단 DN의 출력신호는 전송선로(200)를 통해 터미네이션 저항(400)을 거쳐 차동 출력단 DP으로 입력되고 스위칭 소자 M3을 통해 그라운드 전압 GND 단으로 출력된다.

이때, 구동전압 Vreg에서 그라운드 전압 GND로 흐르는 전류는 (Vreg-GND)/((M2 턴 온 저항)+(터미네이션 저항)+(M3 턴 온 저항))이 된다. 이 전류를 Iref 라고 할 때, 차동 출력단 DN에 걸리는 전압은 Vreg-Iref*(M2 턴 온 저항)이 되고 차동 출력단 DP에 걸리는 전압은 GND+Iref*(M3 턴 온 저항)이 된다.

여기서, 구동전압 VN1, VN2가 하이 상태일 때 구동전압 VP1, VP2이 로우 상태가 되어 스위칭 소자 M1, M4가 턴 오프 된다.

도 3은 도 2의 풀업 제어부(111)에 관한 상세 구성도이다.

풀업 제어부(111)는 프리 드라이버 D1, D3에 공급되는 풀업전압 Vrup을 생성한다. 이러한 풀업 제어부(111)는 고전압 발생기(112), 전압 발생기(113), 증폭기(114), 정전류원(115), 스위칭 소자 M5 및 풀업전압 생성부 PU를 포함한다.

여기서, 고전압 발생기(112)는 전원전압 VDD에 대응하여 고전압 Vhigh을 생성하고 증폭기(114)에 공급한다. 전압 발생기(113)는 전원전압 VDD을 레귤레이팅하여 구동전압 Vreg2을 생성하고 스위칭 소자 M5에 공급한다. 여기서, 구동전압 Vreg2는 구동전압 Vreg와 동일한 전압 레벨을 가질 수 있다.

증폭기(114)는 전원전압 VDD에 대응하여 고전압 Vhigh과 피드백 전압 Vfeedh을 비교 및 증폭하여 풀업 구동신호 VPU를 출력한다. 즉, 증폭기(114)는 플러스 입력단을 통해 고전압 Vhigh을 입력받고, 마이너스 입력단을 통해 피드백 전압 Vfeedh을 입력받는다.

또한, 정전류원(115)은 스위칭 소자 M5와 그라운드 GND 전압단 사이에 연결되어 피드백 전압 Vfeedh에 대응하는 정전류 Iref가 흐른다. 또한, 풀업전압 생성부 PU는 전원전압 VDD에 대응하여 풀업 구동신호 VPU를 레귤레이팅하여 풀업전압 Vrup을 생성하고 프리 드라이버 D1, D3에 공급한다.

또한, 그리고, 스위칭 소자 M5는 구동전압 Vreg2 인가단과 정전류원(115) 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 풀업 구동신호 VPU가 인가된다. 스위칭 소자 M5는 도 2의 스위칭 소자 M1,M2와 동일한 크기와 동일한 레이아웃(Layout)을 가지는 복사본(Replica)이다. 여기서, 스위칭 소자 M1, M2는 서로 동일한 크기와 동일한 레이아웃(Layout)을 갖는 것을 가정한다.

만약, 증폭기(114)의 이득(DC gain)이 충분히 클 경우(예를 들면, 60dB이상), 피드백 전압 Vfeedh이 고전압 Vhigh의 값과 같아지도록 풀업 구동신호 VPU의 레벨이 조절된다. 이때, 스위칭 소자 M5의 턴 온(trun on) 저항은 (Vreg2 - Vhigh) / Iref 가 된다.

풀업전압 생성부 PU는 이렇게 조절된 풀업 구동신호 VPU를 레귤레이팅하여 풀업전압 Vrup을 생성한다. 풀업전압 생성부 PU는 생성된 풀업전압 Vrup을 프리 드라이버 D1, D3의 전원으로 공급한다.

풀업전압 Vrup를 전원전압으로 입력받는 프리 드라이버 D1, D3는 구동전압 VP1, VN1에 따라 스위칭 소자 M1, M2의 구동을 제어하게 된다. 즉, 구동전압 VP1, VN1의 하이 상태 전압은 풀업전압 Vrup 레벨이 된다.

메인 구동부(130)의 스위칭 소자 M1, M2에 풀업전압 Vrup이 인가될 때의 턴 온 저항값은 스위칭 소자 M5의 턴 온 저항값과 동일하여, (Vreg2-Vhigh) / Iref가 된다. 이때, 구동전압 Vreg2은 고전압 Vhigh 보다 높은 전압 레벨을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서 스위칭 소자 M1, M2의 공정변화에 대응하여 복사본인 스위칭 소자 M5와 증폭기(114), 밴드갭전압을 기초로 생성되어 지는 고전압 Vhigh 및 정전류원(115)에 의해 스위칭 소자 M1, M2의 출력저항이 일정하도록 풀업전압 Vrup의 레벨이 조절되므로 스위칭 소자 M1, M2의 턴 온 저항값은 공정변화에 영향을 받지 않게 된다.

도 4는 도 2의 풀다운 제어부(116)에 관한 상세 구성도이다.

풀다운 제어부(116)는 프리 드라이버 D2, D4에 공급되는 풀다운전압 Vrdn을 생성한다. 이러한 풀다운 제어부(116)는 저전압 발생기(117), 증폭기(118), 정전류원(119), 스위칭 소자 M6 및 풀다운전압 생성부 PD를 포함한다.

여기서, 저전압 발생기(117)는 전원전압 VDD에 대응하여 저전압 Vlow을 생성하고 증폭기(118)에 공급한다. 증폭기(118)는 전원전압 VDD에 대응하여 저전압 Vlow과 피드백 전압 Vfeedl을 비교 및 증폭하여 풀다운 구동신호 VPD를 출력한다. 즉, 증폭기(118)는 마이너스 입력단을 통해 저전압 Vlow을 입력받고, 플러스 입력단을 통해 피드백 전압 Vfeedl을 입력받는다.

또한, 정전류원(119)은 전원전압 VDD 인가단과 스위칭 소자 M6 사이에 연결되어 피드백 전압 Vfeedl에 대응하는 정전류 Iref가 흐른다. 또한, 풀다운전압 생성부 PD는 전원전압 VDD에 대응하여 풀다운 구동신호 VPD를 레귤레이팅하여 풀다운전압 Vrdn을 생성하고 프리 드라이버 D2, D4에 공급한다.

그리고, 스위칭 소자 M6는 정전류원(119)과 그라운드 GND 전압단 사이에 연결되어 게이트 단자를 통해 풀다운 구동신호 VPD가 인가된다. 스위칭 소자 M6는 도 2의 스위칭 소자 M3,M4와 동일한 크기와 동일한 레이아웃(Layout)을 가지는 복사본(Replica)이다. 여기서, 스위칭 소자 M3, M4는 서로 동일한 크기와 동일한 레이아웃(Layout)을 갖는 것을 가정한다.

만약, 증폭기(118)의 이득(DC gain)이 충분히 클 경우(예를 들면, 60dB이상), 피드백 전압 Vfeedl이 저전압 Vlow의 값과 같아지도록 풀다운 구동신호 VPD의 레벨이 조절된다. 이때, 스위칭 소자 M6의 턴 온(trun on) 저항은 Vlow / Iref 가 된다.

풀다운전압 생성부 PD는 이렇게 조절된 풀다운 구동신호 VPD를 레귤레이팅하여 풀다운전압 Vrdn을 생성한다. 풀다운전압 생성부 PD는 생성된 풀다운전압 Vrdn을 프리 드라이버 D2, D4의 전원으로 공급한다.

풀다운전압 Vrdn를 전원전압으로 입력받는 프리 드라이버 D2, D4는 구동전압 VP2, VN2에 따라 스위칭 소자 M3, M4의 구동을 제어하게 된다. 즉, 구동전압 VP2, VN2의 하이 상태 전압은 풀다운전압 Vrdn 레벨이 된다.

메인 구동부(130)의 스위칭 소자 M3, M4에 풀다운전압 Vrdn이 인가될 때의 턴 온 저항값은 스위칭 소자 M6의 턴 온 저항값과 동일하여, Vlow / Iref가 된다. 본 발명의 실시예에서 스위칭 소자 M3, M4의 공정변화에 대응하여 복사본인 스위칭 소자 M6와 증폭기(118) 및 밴드갭전압을 기초로 생성되어지는 저전압 Vlow 및 정전류원(119)에 의해 스위칭 소자 M3, M4의 출력 저항이 일정하도록 풀다운전압 Vrdn의 레벨이 조절되므로 스위칭 소자 M3, M4의 턴 온 저항값은 공정변화에 영향을 받지 않게 된다.

도 5는 도 1의 송신기(100)에 관한 다른 실시예이다.

도 5의 실시예에 따른 송신기(100_1)는 입력 구동부(110_1), 전압 발생기(120_1), 메인 구동부(130_1) 및 차동 출력단 DN, DP를 포함한다. 도 5의 실시예는 도 2의 실시예와 동일한 구조를 가진다. 다만, 메인 구동부(130_1)에 ESD(Electro Static Discharge)를 방지하기 위한 저항 R1~R4를 포함하는 것이 도 2와 상이하다.

스위칭 소자 M1와 차동 출력단 DP 사이에는 저항 R1이 연결된다. 그리고, 스위칭 소자 M2와 차동 출력단 DN 사이에는 저항 R2이 연결된다. 그리고, 스위칭 소자 M3와 차동 출력단 DP 사이에는 저항 R3이 연결된다. 또한, 스위칭 소자 M4와 차동 출력단 DN 사이에는 저항 R4이 연결된다. 즉, 차동 출력단 DN과 스위칭 소자 M2, M4 사이에 저항 R2, R4를 연결하고, 차동 출력단 DP와 스위칭 소자 M1, M3 사이에 저항 R1, R3을 연결한다.

차동 출력단 DP, DN은 반도체 칩 내부와 외부를 연결하는 접속점(Interface)으로서 차동 출력단 DP, DN에 ESD(Electro Static Discharge) 문제가 생길 수 있다. 이러한 경우를 대비하고자 전송선로(200)와 연결되는 차동 출력단 DP, DN에 저항 R1~R4을 연결한다.

스위칭 소자 M1~M4의 턴 온 저항과 저항 R1~R4의 저항값을 합한 값이 송신기(100_1)의 출력저항이 된다. 그리고, 스위칭 소자 M1~M4의 턴 온 저항은 풀업전압 Vrup, 풀다운전압 Vrdn에 의해 결정된다.

차동 출력단 DP,DN과 정전류원(115, 119)에 걸리는 전압은 각 스위칭 소자 M1~M4의 트랜지스터 턴 온(turn on) 저항에 메인 구동부(130_1)의 ESD를 위한 저항 R1~R4의 저항값(R)을 더하면 된다. 즉, 스위칭 소자 M1과 저항 R1을 통한 출력 저항의 경우 (스위칭 소자 M1의 턴 온 저항 + 저항 R1의 저항값 R)이 된다.

도 6은 도 5의 풀업 제어부(111_1)에 관한 상세 구성도이다.

도 6의 실시예는 도 3과 동일한 구조를 갖지만, 스위칭 소자 M5과 정전류원(115) 사이에 저항 R5을 더 구비하는 것이 도 3과 서로 상이하다.

만약, 증폭기(114)의 이득(DC gain)이 충분히 클 경우(예를 들면, 60dB이상), 피드백 전압 Vfeedh이 고전압 Vhigh의 값과 같아지도록 풀업 구동신호 VPU의 레벨이 조절된다. 이때, 스위칭 소자 M5의 턴 온(trun on) 저항과 저항 R5의 합은 (Vreg2 - Vhigh) / Iref 가 된다.

메인 구동부(130)의 스위칭 소자 M1, M2에 풀업전압 Vrup이 인가될 때의 턴 온 저항과 각 저항 R1, R2의 합은, 스위칭 소자 M5의 턴 온 저항과 저항 R5의 합과 동일하여, (Vreg2-Vhigh) / Iref가 된다. 이때, 구동전압 Vreg2은 고전압 Vhigh 보다 높은 전압 레벨을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서 스위칭 소자 M1, M2 및 저항 R1, R2의 공정변화에 대응하여 복사본인 스위칭 소자 M5와 저항 R5, 증폭기(114), 밴드갭전압을 기초로 생성되어지는 고전압 Vhigh 및 정전류원(115)에 의해 스위칭 소자 M1, M2의 턴 온 저항 및 저항 R1, R2의 합이 일정하도록 풀업전압 Vrup의 레벨이 조절되므로 스위칭 소자 M1, M2의 턴 온 저항과 저항 R1, R2의 합은 공정변화에 영향을 받지 않게 된다.

도 7은 도 5의 풀다운 제어부(116_1)에 관한 상세 구성도이다.

도 7의 실시예는 도 4와 동일한 구조를 갖지만, 스위칭 소자 M6과 정전류원(119) 사이에 저항 R6을 더 구비하는 것이 도 4와 서로 상이하다.

만약, 증폭기(118)의 이득(DC gain)이 충분히 클 경우(예를 들면, 60dB이상), 피드백 전압 Vfeedl이 저전압 Vlow의 값과 같아지도록 풀다운 구동신호 VPD의 레벨이 조절된다. 이때, 스위칭 소자 M6의 턴 온(trun on) 저항과 저항 R6의 합은 Vlow / Iref 가 된다.

메인 구동부(130)의 스위칭 소자 M3, M4에 풀다운전압 Vrdn이 인가될 때의 턴 온 저항과 저항 R3, R4의 합은, 스위칭 소자 M6의 턴 온 저항과 저항 R6의 합과 동일하여, Vlow / Iref가 된다. 본 발명의 실시예에서 스위칭 소자 M3, M4 및 저항 R3, R4의 공정 변화에 대응하여 복사본인 스위칭 소자 M6과 저항 R6, 증폭기(118), 밴드갭전압을 기초로 생성되어 지는 저전압 Vlow 및 정전류원(119)에 의해 스위칭 소자 M3, M4의 턴 온 저항 및 저항 R3, R4의 합이 일정하도록 풀다운전압 Vrdn의 레벨이 조절되므로 스위칭 소자 M3, M4의 턴 온 저항과 저항 R3, R4의 합은 공정변화에 영향을 받지 않게 된다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 송신기(100)에 관한 동작 타이밍도이다.

정입력신호 INP와 부입력신호 INN은 전원전압 VDD과 그라운드 전압 GND 레벨 사이에서 스윙한다. 여기서, 정입력신호 INP와 부입력신호 INN는 서로 반대의 위상을 갖는다.

구동전압 VP1, VN1은 풀업전압 Vrup과 그라운드 전압 GND의 레벨 사이에서 스윙한다. 그리고, 구동전압 VP2, VN2는 풀다운전압 Vrdn과 그라운드 전압 GND의 레벨 사이에서 스윙한다. 여기서, 구동전압 VP1, VP2는 구동전압 VN1, VN2와 서로 반대의 위상을 갖는다. 그리고, 송신기(100)의 출력인 차동 출력단 DN, DP은 고전압 Vhigh과 저전압 Vlow의 레벨 사이에서 스윙하는 것을 볼 수 있다.

여기서, 고전압 Vhigh는 Vreg-Iref * (M1 턴 온 저항) 또는 Vreg-Iref * (M2 trun on 저항) 이다. 그리고, 저전압 Vlow는 GND+Iref * (M4 턴 온 저항) 또는 GND+Iref * (M3 턴 온 저항)이 된다. 통상적으로, GND는 0V이므로 저전압 Vlow는 Iref * (M4 턴 온 저항) 또는 Iref * (M3 턴 온 저항)이 된다.

예를 들어, LDI(LCD Driver IC)나 휴대폰용 이미지 센서 등에 사용되는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface)의 경우 구동전압 Vreg는 400mv, 고전압 Vhigh는 300mV, 저전압 Vlow는 100mV가 표준규격이다. 그리고, 터미네이션(Termination) 저항(300)을 100ohm을 사용하게 된다.

이에 따라, 이 사양을 만족하기 위해서 전류(Iref)는 2mA가 되고 각 트랜지스터(M1~M4)의 턴 온(turn on) 저항은 50ohm이 되어야 하며, 이때 전송라인(200)의 특성 임피던스 정합도 만족하게 된다. 이때, 송신기(100)의 출력 저항은 50ohm이 된다.

또한, 도 5의 실시예의 경우에는 각 트랜지스터(M1~M4)의 턴 온(turn-on) 저항과 ESD를 위한 저항(R)의 합이 50ohm이 되어야 한다. 그런데, 트랜지스터(M1~M4)의 턴 온(turn-on) 저항이나 ESD를 위한 저항(R)은 반도체 제조공정 편차에 의존도가 커서 반도체 제조 공정에 편차가 생길 경우, 송신기(100)의 출력 저항에 직접적으로 영향을 주게 된다.

MIPI의 경우 출력 저항 규격이 최저 40ohm이고 최고 62.5ohm 인데 제조 공정의 편차 비율은 이를 훨씬 상회 하므로 규격을 벗어나게 된다. 뿐만 아니라, 전송라인(200)의 특성임피던스 정합도 제대로 이루어 지지 않게 되어 신호 전송에 반사가 생겨 신호가 고속으로 갈수록 전송되는 신호에 왜곡이 생기게 된다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에서는 스위칭 소자 M1~M4 및 ESD를 위한 저항 R1~R4들의 공정변화에 대응하여 이들의 복사본인 M5, M6, 저항 R5, R6 및 밴드갭전압을 기초로 생성되어 지는 고전압 Vhigh, 저전압 Vlow와 정전류원(115, 119) 및 증폭기(114, 118)에 의해 풀업전압 Vrup, 풀다운전압 Vrdn의 레벨이 조절되므로 스위칭 소자 M1~M4의 턴 온 저항값 또는 이와 R~R4의 합은 공정변화에 영향을 받지 않게 된다.

Claims

복수의 프리 드라이버를 포함하고, 정입력신호와 부입력신호를 구동하여 풀업전압 레벨을 갖는 복수의 구동신호와 풀다운전압 레벨을 갖는 복수의 구동신호를 출력하는 입력 구동부;
전원전압을 레귤레이팅하여 제 1구동전압을 생성하는 전압 발생기;
상기 복수의 구동신호에 의해 선택적으로 턴 온 되는 복수의 스위칭 소자를 포함하여 상기 제 1구동전압을 차동 출력단에 선택적으로 공급하고, 상기 복수의 스위칭 소자의 턴 온 저항이 상기 풀업 전압 레벨과 상기 풀다운전압 레벨에 의해 조정되는 메인 구동부; 및
상기 풀업전압을 생성하여 상기 입력 구동부에 공급하는 풀업 제어부를 포함하고,
상기 풀업 제어부는
전원전압을 레귤레이팅하여 고전압을 생성하는 고전압 발생기;
제 2구동전압을 생성하는 전압 발생기;
상기 고전압과 피드백 전압을 비교 및 증폭하는 제 1증폭기;
상기 제 2구동전압의 인가단과 상기 피드백 전압의 출력단 사이에 연결되어 상기 제 1증폭기의 출력에 의해 선택적으로 턴 온 되는 제 5스위칭 소자;
상기 제 5스위칭 소자와 그라운드 전압단 사이에 연결된 제 1정전류원; 및
상기 제 1증폭기의 출력에 대응하여 상기 풀업전압 레벨을 조정하는 풀업전압 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 1항에 있어서, 상기 입력 구동부는
상기 풀업 전압 레벨에 따라 상기 메인 구동부의 풀업단을 구동하기 위한 제 1 및 제 2구동신호를 출력하는 제 1 및 제 2프리 드라이버;
상기 풀다운 전압 레벨에 따라 상기 메인 구동부의 풀다운단을 구동하기 위한 제 3 및 제 4구동신호를 출력하는 제 3 및 제 4프리 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 2항에 있어서, 상기 메인 구동부는
상기 제 1구동전압의 인가단과 제 1차동 출력단 사이에 연결되어 상기 제 1구동신호에 의해 동작하는 제 1스위칭 소자;
상기 제 1구동전압의 인가단과 제 2차동 출력단 사이에 연결되어 상기 제 2구동신호에 의해 동작하는 제 2스위칭 소자;
상기 제 1차동 출력단과 그라운드 전압단 사이에 연결되어 상기 제 4구동신호에 의해 동작하는 제 3스위칭 소자;
상기 제 2차동 출력단과 상기 그라운드 전압단 사이에 연결되어 상기 제 3구동신호에 의해 동작하는 제 4스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 3항에 있어서, 상기 제 1스위칭 소자와 상기 제 2스위칭 소자는 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 3항에 있어서, 상기 제 3스위칭 소자와 상기 제 4스위칭 소자는 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 2항에 있어서, 상기 제 1구동신호와 상기 제 3구동신호는 상기 제 2구동신호, 상기 제 4구동신호와 반대 위상을 갖는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 1항에 있어서, 상기 메인 구동부는 상기 복수의 스위칭 소자와 상기 차동 출력단 사이에 각각 연결된 복수의 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 1항에 있어서, 상기 복수의 프리 드라이버의 개수는 상기 복수의 스위칭 소자의 개수와 대응되는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 1항에 있어서,
상기 풀다운전압을 생성하여 상기 입력 구동부에 공급하는 풀다운 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 제 5스위칭 소자는 상기 메인 구동부의 풀업단 스위칭 소자와 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 1항에 있어서, 상기 제 5스위칭 소자와 상기 제 1정전류원 사이에 연결된 제 1저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 9항에 있어서, 상기 풀다운 제어부는
전원전압을 레귤레이팅하여 저전압을 생성하는 저전압 발생기;
상기 저전압과 피드백 전압을 비교 및 증폭하는 제 2증폭기;
그라운드 전압단과 상기 피드백 전압의 출력단 사이에 연결되어 상기 제 2증폭기의 출력에 의해 선택적으로 턴 온 되는 제 6스위칭 소자;
상기 제 6스위칭 소자와 상기 전원전압의 인가단 사이에 연결된 제 2정전류원; 및
상기 제 2증폭기의 출력에 대응하여 상기 풀다운전압 레벨을 조정하는 풀다운전압 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 13항에 있어서, 상기 제 6스위칭 소자는 상기 메인 구동부의 풀다운단 스위칭 소자와 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.
제 13항에 있어서, 상기 제 6스위칭 소자와 상기 제 2정전류원 사이에 연결된 제 2저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 차동 신호 전송기.