KR102028655B1 - Digital low-dropout regulator reducing quiescent current - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레귤레이터에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 슬립 모드 시 대기전류를 절감하는 디지털 LDO 레귤레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a regulator, and more particularly to a digital LDO regulator that reduces the standby current in the sleep mode.
전압 레귤레이터(voltage regulator)는 디스플레이 장치와 같은 전자 장치에 안정적인 전력을 공급하기 위해 사용된다. 전압 레귤레이터는 선형 레귤레이터(linear regulator)와 스위칭 레귤레이터(switching regulator)로 분류된다.Voltage regulators are used to provide stable power to electronic devices such as display devices. Voltage regulators are classified into linear regulators and switching regulators.
직류-직류 변환기(DC-DC Converter)는 스위칭 레귤레이터의 한 종류이다. 직류-직류 변환기는 높은 변환 효율을 갖는다. 그러나 직류-직류 변환기의 출력 전압은 선형 레귤레이터의 출력 전압에 비해 많은 노이즈를 포함한다.DC-DC converters are a type of switching regulator. DC-DC converters have a high conversion efficiency. However, the output voltage of the DC-DC converter contains more noise than the output voltage of the linear regulator.
로우-드랍아웃(Low-dropout ; LDO) 레귤레이터는 선형 레귤레이터의 한 종류이다. LDO 레귤레이터는 낮은 변환 효율을 갖지만, 빠른 응답 속도를 갖는다. 또한, LDO 레귤레이터의 출력 전압은 직류-직류 변환기의 출력 전압에 비해 적은 양의 노이즈를 포함한다. 따라서, 직류-직류 변환기의 단점을 보완하기 위해 LDO 레귤레이터가 사용될 수 있다. 특히, LDO 레귤레이터는 노이즈에 민감한 장치 또는 높은 성능으로 구동되어야 하는 장치에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다.Low-dropout (LDO) regulators are a type of linear regulator. LDO regulators have low conversion efficiency, but have fast response speeds. In addition, the output voltage of the LDO regulator contains less noise compared to the output voltage of the DC-DC converter. Thus, an LDO regulator can be used to compensate for the shortcomings of the DC-DC converter. In particular, LDO regulators can be used to power noise sensitive devices or devices that need to be driven at high performance.
최근 에너지 하베스터로부터 전원을 공급받는 웨어러블 기기, 생체이식 장치, 생체신호 센서 등의 저전력 기기에서 고효율 및 저비용을 위해 외부 출력 커패시터가 없는 디지털 LDO 레귤레이터가 많이 사용되고 있다. 다만, 외부 출력 커패시터가 없기 때문에, 부하 측의 순시응답 특성은 떨어지게 된다. 이러한 순시응답 특성을 개선하기 위해, 디지털 LDO 레귤레이터는 출력 전압의 변동을 감지하도록 평상시에 고주파수의 클록을 사용한다. 따라서, 디지털 LDO 레귤레이터는 큰 대기전류를 소모하는 문제가 있다.Recently, low-power devices such as wearable devices, biografts, and biosignal sensors powered by energy harvesters have been widely used for digital LDO regulators without external output capacitors for high efficiency and low cost. However, since there is no external output capacitor, the instantaneous response characteristic of the load side is inferior. To improve this instantaneous response, digital LDO regulators usually use a high frequency clock to detect variations in the output voltage. Therefore, the digital LDO regulator has a problem of consuming a large standby current.
본 발명은 위에서 설명한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 버스트 모드 시 사용되는 클록을 자체적으로 생성하여 슬립 모드 시 대기전류를 감소시키는 디지털 LDO 레귤레이터를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described technical problem, and an object of the present invention is to provide a digital LDO regulator that generates a clock used in burst mode by itself and reduces standby current in sleep mode.
본 발명에 따른 디지털 LDO(low drop-out) 레귤레이터는 입력 전압을 조절하여 출력 전압을 출력하는 패스 트랜지스터 어레이, 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이에 기초하여 상기 패스 트랜지스터 어레이를 제어하는 제어 비트를 생성하며, 외부로부터 수신된 클록으로부터 생성된 제1 클록에 기초하여 동작 여부가 결정되는 제어 로직, 그리고 상기 외부로부터 수신된 클록의 사용 없이 상기 출력 전압의 전압 변동을 감지하고, 상기 전압 변동이 발생하는 경우 상기 제어 로직이 상기 전압 변동에 대응하여 상기 출력 전압을 회복시키도록 상기 제1 클록보다 주파수가 높은 제2 클록을 상기 전압 변동을 이용하여 생성하는 자체 클록 버스트 로직을 포함하되, 상기 제어 로직은 상기 전압 변동이 발생하는 경우 상기 제2 클록에 기초하여 상기 제어 비트를 생성할 수 있다.A digital low drop-out (LDO) regulator according to the present invention generates a pass transistor array that regulates an input voltage to output an output voltage, and generates control bits for controlling the pass transistor array based on a difference between a reference voltage and the output voltage. And a control logic for determining whether to operate based on a first clock generated from an externally received clock, and detecting a voltage variation of the output voltage without using the externally received clock. Wherein the control logic includes its own clock burst logic to generate a second clock having a higher frequency than the first clock using the voltage variation such that the control logic recovers the output voltage in response to the voltage variation, wherein the control logic includes The control bit is generated based on the second clock when the voltage change occurs. It can be done.
실시 예로서, 선택 신호에 기초하여 상기 제1 클록 또는 상기 제2 클록을 출력하는 멀티플렉서를 더 포함하되, 상기 제어 로직은 상기 멀티플렉서에서 출력되는 클록에 기초하여 동작할 수 있다.In example embodiments, the control unit may further include a multiplexer configured to output the first clock or the second clock based on a selection signal, and the control logic may operate based on a clock output from the multiplexer.
실시 예로서, 상기 자체 클록 버스트 로직은 상기 전압 변동을 검출하는 전압 변동 검출기를 포함하고, 상기 전압 변동 검출기는 상기 전압 변동이 발생하는 시점부터 상기 출력 전압이 회복되는 시점까지 상기 제2 클록을 출력하도록 상기 선택 신호를 생성할 수 있다.In example embodiments, the self clock burst logic may include a voltage variation detector configured to detect the voltage variation, wherein the voltage variation detector outputs the second clock from a time point at which the voltage change occurs to a time point at which the output voltage is restored. The selection signal can be generated to be.
실시 예로서, 상기 자체 클록 버스트 로직은 상기 제2 클록을 생성하는 버스트 클록 생성기를 포함하고, 상기 버스트 클록 생성기는 상기 선택 신호를 상기 제2 클록의 주파수에 대응하는 특정 시간 간격에 따라 순차적으로 지연시킨 지연 신호들을 생성하고, 상기 제2 클록은 상기 지연 신호들의 논리 연산에 의해 생성될 수 있다.In example embodiments, the self clock burst logic may include a burst clock generator that generates the second clock, the burst clock generator sequentially delaying the selection signal according to a specific time interval corresponding to the frequency of the second clock. Generate the delayed signals, and the second clock may be generated by a logical operation of the delayed signals.
실시 예로서, 상기 버스트 클록 생성기는 복수의 인버터들을 포함하고, 상기 제2 클록의 주파수는 상기 인버터들의 지연 특성에 따라 조절될 수 있다.In example embodiments, the burst clock generator may include a plurality of inverters, and a frequency of the second clock may be adjusted according to delay characteristics of the inverters.
실시 예로서, 상기 제2 클록의 클록 수는 상기 인버터들의 개수에 따라 조절될 수 있다.In an embodiment, the number of clocks of the second clock may be adjusted according to the number of inverters.
본 발명에 따른 디지털 LDO(low drop-out) 레귤레이터는 기준 전압 및 상기 출력 전압을 비교하여 동작 모드를 선택하고, 선택된 동작 모드에 따라 외부로부터 수신된 외부 클록에 기초하여 노멀 클록을 생성하는 클록 제어부, 상기 외부 클록의 사용 없이 상기 출력 전압의 전압 변동을 감지하고, 상기 전압 변동이 발생하는 경우 상기 외부 클록보다 주파수가 높은 버스트 클록을 상기 전압 변동을 이용하여 생성하며, 상기 전압 변동의 발생 여부에 기초하여 선택 신호를 생성하는 자체 클록 버스트 로직, 상기 선택 신호에 기초하여 상기 전압 변동이 발생하는 경우에 상기 버스트 클록을 출력하고, 그 이외의 경우에 상기 노멀 클록을 출력하는 멀티플렉서, 그리고 상기 멀티플렉서로부터 출력되는 제어 클록에 따라 동작하고, 상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이에 기초하여 상기 패스 트랜지스터 어레이를 제어하는 제어 비트를 생성하는 제어 로직을 포함할 수 있다.The digital low drop-out (LDO) regulator according to the present invention compares a reference voltage and the output voltage to select an operation mode and generates a normal clock based on an external clock received from the outside according to the selected operation mode. Detects a voltage variation of the output voltage without using the external clock, and generates a burst clock having a higher frequency than the external clock by using the voltage variation when the voltage variation occurs. A self clock burst logic that generates a selection signal based on the multiplexer, which outputs the burst clock when the voltage variation occurs based on the selection signal, and outputs the normal clock otherwise; and from the multiplexer Operating according to an output control clock, the reference voltage and the output May be based on the difference of the pressure comprise a control logic for generating a control bit for controlling the pass transistor array.
실시 예로서, 상기 제어 로직은, 상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이에 기초하여 누산기 입력 신호 및 누산기 방향 신호를 생성하는 방향 제어 로직, 그리고 상기 누산기 입력 신호 및 상기 누산기 방향 신호에 기초하여 상기 제어 비트를 생성하는 누산기를 포함하고, 상기 누산기 입력 신호는 상기 출력 전압을 조절하는 크기를 결정하고, 상기 누산기 방향 신호는 상기 출력 전압의 증가 또는 감소를 결정할 수 있다.In example embodiments, the control logic may include direction control logic to generate an accumulator input signal and an accumulator direction signal based on a difference between the reference voltage and the output voltage, and the control based on the accumulator input signal and the accumulator direction signal. And an accumulator for generating a bit, wherein the accumulator input signal determines the magnitude of adjusting the output voltage, and the accumulator direction signal may determine the increase or decrease of the output voltage.
실시 예로서, 상기 클록 제어부는, 상기 방향 제어 로직에서 사용되는 내부 전압을 결정하기 위한 스위칭 신호를 생성하며, 상기 노멀 클록을 생성하는 클록 생성기, 그리고 상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이와 상기 누산기 방향 신호에 기초하여 상기 클록 생성기의 동작 여부를 결정하는 내부 클록을 생성하는 트리거를 포함할 수 있다.In example embodiments, the clock controller generates a switching signal for determining an internal voltage used in the direction control logic, and generates a normal clock, and a difference between the reference voltage and the output voltage and the accumulator. It may include a trigger for generating an internal clock for determining whether to operate the clock generator based on the direction signal.
실시 예로서, 상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이가 기설정된 오프셋 전압보다 큰 경우, 상기 트리거는 상기 외부 클록과 동일한 상기 내부 클록을 출력하고, 상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이가 상기 오프셋 전압보다 작은 경우, 상기 트리거는 상기 내부 클록을 출력하지 않거나 로우 레벨을 가지는 상기 내부 클록을 출력할 수 있다.In an embodiment, when the difference between the reference voltage and the output voltage is greater than a preset offset voltage, the trigger outputs the internal clock equal to the external clock, and the difference between the reference voltage and the output voltage is the offset voltage. If smaller, the trigger may not output the internal clock or output the internal clock having a low level.
실시 예로서, 상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이가 기설정된 오프셋 전압보다 큰 경우, 상기 트리거는 노멀 모드로 동작하고, 상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이가 상기 오프셋 전압보다 작은 경우, 상기 트리거는 슬립 모드로 동작할 수 있다.In example embodiments, when the difference between the reference voltage and the output voltage is greater than a preset offset voltage, the trigger operates in a normal mode, and when the difference between the reference voltage and the output voltage is less than the offset voltage, the trigger. May operate in a sleep mode.
실시 예로서, 상기 자체 클록 버스트 로직은 상기 출력 전압의 하강을 검출하는 언더슈트 검출기 또는 상기 출력 전압의 상승을 검출하는 오버슈트 검출기를 포함할 수 있다.In an embodiment, the self-clock burst logic may include an undershoot detector for detecting a drop in the output voltage or an overshoot detector for detecting a rise in the output voltage.
실시 예로서, 상기 언더슈트 검출기 또는 상기 오버슈트 검출기는 상기 전압 변동이 발생하는 시점부터 상기 출력 전압이 회복되는 시점까지 상기 멀티플렉서가 상기 버스트 클록을 출력하도록 상기 선택 신호를 생성할 수 있다.In example embodiments, the undershoot detector or the overshoot detector may generate the selection signal such that the multiplexer outputs the burst clock from the time when the voltage change occurs to the time when the output voltage is restored.
실시 예로서, 상기 자체 클록 버스트 로직은 기설정된 주파수에 따라 상기 버스트 클록을 생성하는 버스트 클록 생성기를 포함하고, 상기 버스트 클록 생성기는 상기 선택 신호를 상기 버스트 클록의 주파수에 대응하는 특정 시간 간격에 따라 순차적으로 지연시킨 지연 신호들을 생성하고, 상기 버스트 클록은 상기 지연 신호들의 논리 연산에 의해 생성될 수 있다.In example embodiments, the self clock burst logic may include a burst clock generator configured to generate the burst clock according to a preset frequency, wherein the burst clock generator may generate the selection signal according to a specific time interval corresponding to the frequency of the burst clock. Generating delayed signals delayed sequentially, the burst clock may be generated by a logical operation of the delayed signals.
실시 예로서, 상기 버스트 클록 생성기는 복수의 인버터들을 포함하고, 상기 버스트 클록의 주파수는 상기 인버터들의 지연 특성에 따라 조절될 수 있다.In example embodiments, the burst clock generator may include a plurality of inverters, and the frequency of the burst clock may be adjusted according to delay characteristics of the inverters.
실시 예로서, 상기 버스트 클록의 클록 수는 상기 인버터들의 개수에 따라 조절될 수 있다.In an embodiment, the clock number of the burst clock may be adjusted according to the number of inverters.
본 발명의 실시 예에 따르면, 버스트 모드 시 사용되는 클록을 자체적으로 생성하여 슬립 모드 시 대기전류를 감소시키는 디지털 LDO 레귤레이터를 제공할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, a digital LDO regulator may be provided that generates a clock used in a burst mode by itself and reduces a standby current in a sleep mode.
도 1은 일반적인 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터의 대기전류를 보여주는 타이밍도이다.
도 3은 일반적인 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터를 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 3의 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터의 대기전류를 보여주는 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 LDO 레귤레이터를 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 5의 디지털 LDO 레귤레이터의 대기전류를 보여주는 타이밍도이다.
도 7은 도 5의 디지털 LDO 레귤레이터를 자세히 보여주는 블록도이다.
도 8은 도 7의 트리거의 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 9는 도 7의 트리거의 동작을 보여주는 타이밍도이다.
도 10은 도 7의 자체 클록 버스트 로직의 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 11a는 도 10의 언더슈트 검출기의 동작을 보여주는 타이밍도이다.
도 11b는 도 10의 버스트 클록 생성기의 동작을 보여주는 타이밍도이다.
도 12는 도 7의 자체 클록 버스트 로직의 다른 실시 예를 보여주는 회로도이다.
도 13a는 도 12의 오버슈트 검출기의 동작을 보여주는 타이밍도이다.
도 13b는 도 12의 버스트 클록 생성기의 동작을 보여주는 타이밍도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 LDO 레귤레이터에 대하여 버스트 모드 시 사용되는 클록의 주파수와 대기전류의 관계를 보여주는 도면이다.1 is a block diagram illustrating a typical single-clock digital LDO regulator.
FIG. 2 is a timing diagram illustrating quiescent current of the single-clock digital LDO regulator of FIG. 1.
3 is a block diagram illustrating a typical dual-clock digital LDO regulator.
4 is a timing diagram illustrating the quiescent current of the dual-clock digital LDO regulator of FIG. 3.
5 is a block diagram illustrating a digital LDO regulator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a timing diagram illustrating a standby current of the digital LDO regulator of FIG. 5.
FIG. 7 is a detailed block diagram illustrating the digital LDO regulator of FIG. 5.
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an embodiment of the trigger of FIG. 7.
9 is a timing diagram illustrating an operation of the trigger of FIG. 7.
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an embodiment of its own clock burst logic of FIG. 7.
11A is a timing diagram illustrating an operation of the undershoot detector of FIG. 10.
11B is a timing diagram illustrating operation of the burst clock generator of FIG. 10.
12 is a circuit diagram illustrating another embodiment of its own clock burst logic of FIG. 7.
13A is a timing diagram illustrating operation of the overshoot detector of FIG. 12.
FIG. 13B is a timing diagram illustrating operation of the burst clock generator of FIG. 12.
14 is a diagram illustrating a relationship between a frequency and a standby current of a clock used in a burst mode for a digital LDO regulator according to an exemplary embodiment of the present invention.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary, and that additional explanations of the claimed invention are provided. Reference numerals are shown in detail in preferred embodiments of the invention, examples of which are indicated in the reference figures. In any case, like reference numerals are used in the description and the drawings to refer to the same or like parts.
제 1 또는 제 2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소는 제 1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, without departing from the scope of the rights according to the inventive concept, the first component may be called a second component, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between. Expressions describing relationships between components, such as "between" and "immediately between" or "directly neighboring", should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "having" are intended to designate that the stated feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof is present, but one or more other features or numbers, It is to be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Do not.
이하, 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 특허출원의 범위가 이러한 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 1은 일반적인 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터를 보여주는 블록도이다. 도 2는 도 1의 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터의 대기전류를 보여주는 타이밍도이다. 도 1을 참조하면, 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)는 제어 로직(11) 및 패스 트랜지스터 어레이(12)를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)는 항상 동일한 고주파수 클록(CLKH)을 사용하여 동작할 수 있다.1 is a block diagram illustrating a typical single-clock digital LDO regulator. FIG. 2 is a timing diagram illustrating quiescent current of the single-clock digital LDO regulator of FIG. 1. Referring to FIG. 1, the single-clock
싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)는 입력 전압(Vin)에 대응하여 일정한 출력 전압(Vout)을 부하(미도시)에 공급할 수 있다. 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)는 출력 전압(Vout)의 전압 변동(Voltage Variation)을 감지하고, 출력 전압(Vout)을 일정하게 유지할 수 있다. 예를 들면, 제어 로직(11)은 기준 전압(VREF) 및 출력 전압(Vout)을 비교하여 제어 비트(CB)를 생성할 수 있다. 패스 트랜지스터 어레이(12)는 복수의 패스 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 패스 트랜지스터들은 제어 비트(CB)에 기초하여 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off) 될 수 있다. 패스 트랜지스터들의 턴 온 또는 턴 오프 여부에 따라 출력 전압(Vout)은 조절될 수 있다.The single-clock
한편, 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)는 하나의 외부 클록에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들면, 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)는 갑작스런 출력 전압(Vout)의 변동에 대응하기 위해 고주파수 클록(CLKH)을 사용한다. 즉, 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)는 동작 모드에 관계없이(실질적으로는 구분된 동작 모드가 없다) 하나의 고주파수 클록(CLKH)를 사용하여 동작한다.Meanwhile, the single-clock
도 2에서, 제어 로직(11)의 동작 전류인 제어 전류(Ictrl)는 Ic이고, 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)의 대기전류(I_Q)는 제어 전류(Ictrl)와 동일한 값을 가지게 된다. 따라서, 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)는 출력 전압(Vout)의 전압 변동(Voltage Variation)이 없는 경우에도 많은 양의 대기전류를 소모하게 된다.In FIG. 2, the control current Ictrl which is an operating current of the
도 3은 일반적인 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터를 보여주는 블록도이다. 도 4는 도 3의 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터의 대기전류를 보여주는 타이밍도이다. 도 3을 참조하면, 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)는 제어 로직(21), 패스 트랜지스터 어레이(22), 멀티플렉서(23) 및 버스트 로직(24)을 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)는 외부로부터 저주파수 클록(CLKL) 및 고주파수 클록(CLKH)을 수신하여 동작할 수 있다. 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)는 도 1의 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)보다 대기전류를 감소시키기 위해 동작 모드에 따라 저주파수 클록(CLKL) 및 고주파수 클록(CLKH)을 선택적으로 사용할 수 있다.3 is a block diagram illustrating a typical dual-clock digital LDO regulator. 4 is a timing diagram illustrating the quiescent current of the dual-clock digital LDO regulator of FIG. 3. Referring to FIG. 3, the dual-clock
듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)는 입력 전압(Vin)에 대응하여 일정한 출력 전압(Vout)을 부하(미도시)에 공급할 수 있다. 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)는 출력 전압(Vout)의 전압 변동(Voltage Variation)을 감지하고, 출력 전압(Vout)을 일정하게 유지할 수 있다. 예를 들면, 제어 로직(21)은 기준 전압(VREF) 및 출력 전압(Vout)을 비교하여 제어 비트(CB)를 생성할 수 있다. 패스 트랜지스터 어레이(22)는 복수의 패스 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 패스 트랜지스터들은 제어 비트(CB)에 기초하여 턴 온 또는 턴 오프 될 수 있다. 패스 트랜지스터들의 턴 온 또는 턴 오프 여부에 따라 출력 전압(Vout)은 조절될 수 있다.The dual-clock
한편, 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)는 2개의 외부 클록에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들면, 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)는 저주파수 클록(CLKL) 및 고주파수 클록(CLKH)을 수신할 수 있다. 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)는 동작 모드에 따라 저주파수 클록(CLKL) 및 고주파수 클록(CLKH) 중 하나의 클록을 선택하여 동작할 수 있다.On the other hand, the dual-clock
버스트 로직(24)은 출력 전압(Vout)을 모니터링하고, 출력 전압(Vout)의 상태에 기초하여 선택 신호(S)를 생성할 수 있다. 출력 전압(Vout)의 변화가 없는 슬립 모드(Sleep) 시, 버스트 로직(24)은 저주파수 클록(CLKL)을 선택하는 신호(예들 들어, 논리 0)를 출력할 수 있다. 출력 전압(Vout)의 변화가 감지된 버스트 모드(Burst) 시, 버스트 로직(24)은 고주파수 클록(CLKH)을 선택하는 신호(예들 들어, 논리 1)를 출력할 수 있다. 멀티플렉서(23)는 선택 신호(S)에 기초하여 제어 클록(CLK_ctrl)을 출력할 수 있다. 제어 로직(21)은 제어 클록(CLK_ctrl)에 기초하여 제어 비트(CB)를 생성할 수 있다. 따라서, 출력 전압(Vout)은 제어 비트(CB)에 기초하여 조절될 수 있고, 출력 전압(Vout)은 일정한 값을 유지할 수 있다.The
듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)의 제어 로직(21)는 노멀 모드(Normal)에는 저주파수 클록(CLKL)을 사용하여 동작하고, 버스트 모드(Burst)에만 고주파수 클록(CLKH)을 사용하여 동작할 수 있다. 따라서, 도 4에서, 제어 전류(Ictrl)는 버스트 모드(Burst)에 Ic2가 되고, 노멀 모드(Normal)에는 Ic1까지 감소할 수 있다. Ic2는 도 2의 Ic와 동일한 값일 수 있다. 따라서, 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)의 제어 전류(Ictrl)는 도 1의 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)의 제어 전류(Ictrl)보다 감소할 수 있다.The
다만, 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)의 대기전류(I_Q)는 제어 전류(Ictrl) 및 버스트 로직(24)의 동작에 따른 버스트 전류(Iburst)의 합으로 표현될 수 있다. 버스트 로직(24)은 출력 전압(Vout)의 전압 변동(Voltage Variation)을 감지하기 위해 노멀 모드(Normal)에도 고주파수(CLKH)를 사용한다. 따라서, 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)는 도 1의 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)보다는 적은 대기전류를 사용하지만, 여전히 버스트 전류(Iburst)의 감소가 필요하다.However, the standby current I_Q of the dual-clock
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 LDO 레귤레이터를 보여주는 블록도이다. 도 6은 도 5의 디지털 LDO 레귤레이터의 대기전류를 보여주는 타이밍도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 버스트 모드(Burst) 시 자체적으로 고주파수 클록을 생성하고, 자체 클록 버스트 로직(150)에서 외부 클록을 사용하지 않아, 슬립 모드(Sleep) 시 자체 클록 버스트 로직(150)에서 사용되는 버스트 전류(Iburst)를 감소시킬 수 있다. 따라서, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 도 3의 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)보다 대기전류를 감소시킬 수 있다.5 is a block diagram illustrating a digital LDO regulator according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a timing diagram illustrating a standby current of the digital LDO regulator of FIG. 5. 5 and 6, the
도 5에서, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 제어 로직(110), 패스 트랜지스터 어레이(120), 멀티플렉서(130), 클록 제어부(140) 및 자체 클록 버스트 로직(150)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 입력 전압(Vin)에 대응하여 일정한 출력 전압(Vout)을 부하(RL)에 공급할 수 있다. 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 출력 전압(Vout)의 전압 변동(Voltage Variation)을 감지하고, 출력 전압(Vout)을 일정하게 유지할 수 있다. 제어 로직(110)은 기준 전압(VREF) 및 출력 전압(Vout)을 비교하여 제어 비트(CB)를 생성할 수 있다. 패스 트랜지스터 어레이(120)는 복수의 패스 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 패스 트랜지스터들은 제어 비트(CB)에 기초하여 턴 온 또는 턴 오프 될 수 있다. 패스 트랜지스터들의 턴 온 또는 턴 오프 여부에 따라 출력 전압(Vout)은 조절될 수 있다.In FIG. 5, the
클록 제어부(140)는 기준 전압(VREF) 및 출력 전압(Vout)을 비교하여 슬립 모드(Sleep) 및 노멀 모드(Normal)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 클록 제어부(140)는 슬립 모드(Sleep) 시 클록을 차단하고, 노멀 모드(Normal) 시 노멀 클록(CLKa)을 생성할 수 있다.The
자체 클록 버스트 로직(150)은 출력 전압(Vout)에 기초하여 버스트 모드(Burst)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 슬립 모드(Sleep) 및 노멀 모드(Normal) 동안에 출력 전압(Vout)의 전압 변동(Voltage Variation)이 발생하는 경우, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 버스트 모드(Burst)로 동작할 수 있다. 버스트 모드(Burst) 시에만, 자체 클록 버스트 로직(150)은 자체적으로 버스트 클록(CLKb)을 생성할 수 있다. 또한, 자체 클록 버스트 로직(150)은 선택 신호(S)를 생성하여 버스트 모드(Burst)로 동작하도록 멀티플렉서(130)를 제어할 수 있다. 자체 클록 버스트 로직(150)은 외부 클록에 관계없이 아날로그적으로 출력 전압(Vout)의 전압 변동(Voltage Variation)을 감지할 수 있다. 따라서, 자체 클록 버스트 로직(150)이 슬립 모드(Sleep) 동안에 사용하는 버스트 전류(Iburst)는 도 3의 버스트 로직(24)이 노멀 모드(Normal) 동안에 사용하는 버스트 전류(Iburst)보다 감소될 수 있다.The self clock burst
멀티플렉서(130)는 선택 신호(S)에 따라 제어 클록(CLK_ctrl)을 출력할 수 있다. 예를 들면, 선택 신호(S)는 노멀 모드(Normal) 및 슬립 모드(Sleep)인 경우 노멀 클록(CLKa)를 출력하도록 생성될 수 있다(예를 들어, 논리 0). 선택 신호(S)는 버스트 모드(Burst)인 경우 버스트 클록(CLKb)을 출력하도록 생성될 수 있다(예를 들어, 논리 1). 제어 로직(110)은 제어 클록(CLK_ctrl)에 기초하여 동작할 수 있다.The
결론적으로, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 자체 클록 버스트 로직(150)을 통해 외부 클록을 사용하지 않고 출력 전압(Vout)의 전압 변동(Voltage Variation)을 감지할 수 있다. 즉, 자체 클록 버스트 로직(150)는 슬립 모드(Sleep) 및 노멀 모드(Normal) 동안에 클록을 사용하지 않는 능동회로를 통해 아날로그 방식으로 출력 전압(Vout)의 전압 변동(Voltage Variation)을 감지할 수 있다. 따라서, 도 6에서, 버스트 전류(Iburst)는 버스트 모드(Burst)에 Ib3가 되고, 슬립 모드(Sleep) 및 노멀 모드(Normal)에는 Ib1까지 감소할 수 있다. Ib3는 도 4의 Ib와 동일한 값일 수 있다. 결국, 디지털 LDO 레귤레이터(100)의 버스트 전류(Iburst)는 도 3의 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)의 버스트 전류(Iburst)보다 감소할 수 있고, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 도 3의 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)보다 대기전류를 감소시킬 수 있다.In conclusion, the
또한, 제어 로직(110)은 슬립 모드(Sleep) 시 동작이 차단된다. 따라서, 슬립 모드(Sleep) 시 클록 제어부(140) 및 제어 로직(110)의 대기전류는 Ic1이다. 노멀 모드(Normal) 시 클록 제어부(140) 및 제어 로직(110)의 대기전류는 Ic2이다. 버스트 모드(Burst) 시 클록 제어부(140) 및 제어 로직(110)의 대기전류는 Ic3이다. 도 6의 Ic2는 도 4의 Ic1과 동일한 값일 수 있다. 도 6의 Ic3은 도 4의 Ic2와 동일한 값일 수 있다. 즉, 슬립 모드(Sleep) 시 클록 제어부(140) 및 제어 로직(110)의 대기전류는 도 3의 제어 로직(21)의 노멀 모드(Normal) 시 대기전류보다 감소할 수 있다.In addition, the
도 7은 도 5의 디지털 LDO 레귤레이터를 자세히 보여주는 블록도이다. 도 7을 참조하면, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 제어 로직(110), 패스 트랜지스터 어레이(120), 멀티플렉서(130), 클록 제어부(140) 및 자체 클록 버스트 로직(150)을 포함할 수 있다. 제어 로직(110)은 방향 제어 로직(111) 및 누산기(Accumlator; ACC, 112)를 포함하고, 클록 제어부(140)는 트리거(Trigger, 141) 및 클록 생성기(142)를 포함할 수 있다.FIG. 7 is a detailed block diagram illustrating the digital LDO regulator of FIG. 5. Referring to FIG. 7, the
디지털 LDO 레귤레이터(100)는 노멀 모드(Normal), 슬립 모드(Sleep) 및 버스트 모드(Burst) 중 하나로 동작할 수 있다. 예를 들면, 클록 제어부(140)는 슬립 모드(Sleep) 시 클록을 차단하고, 노멀 모드(Normal) 시 노멀 클록(CLKa)을 생성할 수 있다. 또한, 자체 클록 버스트 로직(150)은 선택 신호(S)를 생성하여 슬립 모드(Sleep)/노멀 모드(Normal)와 버스트 모드(Burst)를 구분하도록 멀티플렉서(130)를 제어할 수 있다. 자체 클록 버스트 로직(150)는 버스트 모드(Burst) 시 버스트 클록(CLKb)을 생성할 수 있다.The
슬립 모드(Sleep) 시, 트리거(141)는 내부 클록(CLKi)을 차단할 수 있다. 따라서, 제어 로직(110)은 슬립 모드(Sleep) 시 대기전류를 소모하지 않는다. 또한, 자체 클록 버스트 로직(150)은 슬립 모드(Sleep) 및 노멀 모드(Normal) 시 버스트 클록(CLKb)을 생성하지 않는다.In the sleep mode Sleep, the
노멀 모드(Normal) 시, 트리거(141)는 외부 저주파수 클록(CLKL)과 동일한 주파수를 가지는 내부 클록(CLKi)을 생성할 수 있다. 클록 생성기(142)는 내부 클록(CLKi)에 기초하여 노멀 클록(CLKa) 및 스위칭 신호(SW)를 생성할 수 있다. 노멀 클록(CLKa)은 누산기(112)를 동작시키기 위한 클록이다. 스위칭 신호(SW)는 방향 제어 로직(111)에서 내부 기준 전압을 생성하기 위한 신호이다.In normal mode, the
노멀 모드(Normal) 시, 방향 제어 로직(111)은 기준 전압(VREF) 및 출력 전압(Vout)의 차이에 기초하여 누산기(112)를 제어하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 예를 들면, 방향 제어 로직(111)은 누산기(112)에서 특정 비트를 선택하기 위한 누산기 입력 신호(INacc)를 생성할 수 있다. 방향 제어 로직(111)은 누산기(112)에서 선택된 특정 비트를 더하거나 빼는 방향을 결정하기 위한 누산기 방향 신호(Dacc)를 생성할 수 있다. 출력 전압(Vout)이 변경되는 크기는 선택된 특정 비트에 따라 결정될 수 있다. 누산기(112)는 누산기 입력 신호(INacc) 및 누산기 방향 신호(Dacc)에 기초하여 제어 비트(CB)를 생성할 수 있다. 패스 트랜지스터 어레이(120)는 제어 비트(CB)에 기초하여 출력 전압(Vout)을 증가 또는 감소시킬 수 있다.In the normal mode, the
한편, 슬립 모드(Sleep) 동안에 출력 전압(Vout)의 순간적인 변화가 감지되는 경우, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 버스트 모드(Burst)로 동작할 수 있다. 예를 들면, 자체 클록 버스트 로직(150)은 아날로그적인 방식으로 출력 전압(Vout)의 전압 변동(Voltage Variation)을 감지할 수 있다. 자체 클록 버스트 로직(150)은 노멀 모드(Normal) 및 슬립 모드(Sleep)에 멀티플렉서(130)가 노멀 클록(CLKa)을 출력하도록 선택 신호(S)를 생성할 수 있다(예를 들어, 논리 0). 자체 클록 버스트 로직(150)은 버스트 모드(Burst)에 멀티플렉서(130)가 버스트 클록(CLKb)을 출력하도록 선택 신호(S)를 생성할 수 있다(예를 들어, 논리 1).Meanwhile, when a momentary change in the output voltage Vout is detected during the sleep mode Sleep, the
버스트 모드(Burst) 시, 자체 클록 버스트 로직(150)은 출력 전압(Vout)의 변화에 기초하여 자체적으로 고주파수의 버스트 클록(CLKb)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 버스트 클록(CLKb)은 저주파수 클록(CLKL)보다 높은 주파수를 가질 수 있다. 버스트 클록(CLKb)은 기설정된 특정 주기를 가지도록 생성될 수 있다. 또한, 자체 클록 버스트 로직(150)은 누산기 입력 신호의 일부(INacc[5:8])를 생성할 수 있다. 누산기(112)는 일부 누산기 입력 신호(INacc[5:8]), 버스트 클록(CLKb) 및 선택 신호(S)에 기초하여 버스트 모드(Burst)에 대응하는 제어 비트(CB)를 생성할 수 있다. 누산기(112)는 선택 신호(S)에 따라 버스트 모드(Burst) 동안 일부 누산기 입력 신호(INacc[5:8])을 사용할 수 있다. 따라서, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 버스트 모드(Burst)에 대응하는 제어 비트(CB)에 기초하여 빠르게 출력 전압(Vout)을 회복시킬 수 있다.In the burst mode Burst, the self clock burst
일 실시 예로서, 버스트 클록(CLKb)의 클록 수는 미리 설정될 수 있다. 설정된 클록 수의 버스트 클록(CLKb)이 생성된 후, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 노멀 모드(Normal)로 전환될 수 있다. 즉, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 버스트 모드(Burst)를 통해 출력 전압(Vout)의 전압 변동(Voltage Variation)을 일부 회복시키고, 노멀 모드(Normal)를 통해 출력 전압(Vout)을 정상 상태로 회복시킬 수 있다. 출력 전압(Vout)이 정상 상태로 회복된 후, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 슬립 모드(Sleep)로 전환될 수 있다.In one embodiment, the clock number of the burst clock CLKb may be preset. After the burst clock CLKb having the set number of clocks is generated, the
도 8은 도 7의 트리거의 실시 예를 보여주는 회로도이다. 도 9는 도 7의 트리거의 동작을 보여주는 타이밍도이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 트리거(141)는 기준 전압(VREF) 및 출력 전압(Vout)의 차이에 기초하여 노멀 모드(Normal) 또는 슬립 모드(Sleep)를 선택하고, 동작 모드에 따라 내부 클록(CLKi)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 트리거(141)는 슬립 모드(Sleep) 시 클록 생성기(142)를 비활성화시키는 내부 클록(CLKi)을 생성할 수 있다. 즉, 내부 클록(CLKi)은 슬립 모드(Sleep) 시 출력되지 않거나 로우 레벨을 가질 수 있다. 한편, 트리거(141)는 노멀 모드(Normal) 시 저주파수 클록(CLKL)과 동일한 내부 클록(CLKi)을 출력할 수 있다.FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an embodiment of the trigger of FIG. 7. 9 is a timing diagram illustrating an operation of the trigger of FIG. 7. 8 and 9, the
트리거(141)는 양방향 오프셋 비교기(1411)를 포함할 수 있다. 양방향 오프셋 비교기(1411)는 p형 트랜지스터들(MP1~MP4), n형 트랜지스터들(MN1~MN7), 커패시터들(Coffset) 및 논리 게이트들(G1, G2)을 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 논리 게이트들(G1, G2)은 NOR 게이트일 수 있다.
양방향 오프셋 비교기(1411)의 출력(즉, 노드(N6)의 전압) 및 누산기 방향 신호(Dacc)는 논리 게이트(G3)에 입력될 수 있다. 저주파수 클록(CLKL) 및 논리 게이트(G3)의 출력은 논리 게이트(G4)에 입력될 수 있다. 논리 게이트(G4)는 내부 클록(CLKi)을 출력할 수 있다. 일 실시 예로서, 논리 게이트(G3)는 XOR 연산 후 반전된 값을 출력할 수 있다. 논리 게이트(G4)는 AND 게이트일 수 있다.The output of the bidirectional offset comparator 1411 (ie, the voltage at node N6) and the accumulator direction signal Dacc may be input to logic gate G3. The output of the low frequency clock CLKL and the logic gate G3 may be input to the logic gate G4. The logic gate G4 may output the internal clock CLKi. As an example, the logic gate G3 may output an inverted value after the XOR operation. Logic gate G4 may be an AND gate.
출력 전압(Vout)이 기준 전압(VREF)보다 큰 경우, 누산기 방향 신호(Dacc)는 하이 레벨을 가질 수 있다. 출력 전압(Vout)이 기준 전압(VREF)보다 작은 경우, 누산기 방향 신호(Dacc)는 로우 레벨을 가질 수 있다.When the output voltage Vout is greater than the reference voltage VREF, the accumulator direction signal Dacc may have a high level. When the output voltage Vout is smaller than the reference voltage VREF, the accumulator direction signal Dacc may have a low level.
누산기 방향 신호(Dacc)가 하이 레벨인 경우 기준 전압(VREF) 및 출력 전압(Vout)의 차이가 오프셋 전압(Offset)보다 크면, 노드(N6)의 전압은 하이 레벨이 된다. 이때 논리 게이트(G3)의 출력은 하이 레벨이 되고, 따라서 내부 클록(CLKi)은 저주파수 클록(CLKL)과 동일한 값을 갖는다.When the accumulator direction signal Dacc is at a high level, when the difference between the reference voltage VREF and the output voltage Vout is greater than the offset voltage Offset, the voltage at the node N6 is at a high level. At this time, the output of the logic gate G3 is at a high level, so the internal clock CLKi has the same value as the low frequency clock CLKL.
누산기 방향 신호(Dacc)가 하이 레벨인 경우 기준 전압(VREF) 및 출력 전압(Vout)의 차이가 오프셋 전압(Offset)보다 작으면, 노드(N6)의 전압은 로우 레벨이 된다. 이때 논리 게이트(G3)의 출력은 로우 레벨이 되고, 따라서 내부 클록(CLKi)은 저주파수 클록(CLKL)과 관계없이 로우 레벨이 된다.When the accumulator direction signal Dacc is at the high level, when the difference between the reference voltage VREF and the output voltage Vout is smaller than the offset voltage Offset, the voltage at the node N6 is at a low level. At this time, the output of the logic gate G3 is at a low level, and thus the internal clock CLKi is at a low level regardless of the low frequency clock CLKL.
누산기 방향 신호(Dacc)가 로우 레벨인 경우 기준 전압(VREF) 및 출력 전압(Vout)의 차이가 오프셋 전압(Offset)보다 작으면, 노드(N6)의 전압은 하이 레벨이 된다. 이때 논리 게이트(G3)의 출력은 로우 레벨이 되고, 따라서 내부 클록(CLKi)은 저주파수 클록(CLKL)과 관계없이 로우 레벨이 된다.When the accumulator direction signal Dacc is at the low level, when the difference between the reference voltage VREF and the output voltage Vout is smaller than the offset voltage Offset, the voltage at the node N6 is at a high level. At this time, the output of the logic gate G3 is at a low level, and thus the internal clock CLKi is at a low level regardless of the low frequency clock CLKL.
누산기 방향 신호(Dacc)가 로우 레벨인 경우 기준 전압(VREF) 및 출력 전압(Vout)의 차이가 오프셋 전압(Offset)보다 크면, 노드(N6)의 전압은 로우 레벨이 된다. 이때 논리 게이트(G3)의 출력은 하이 레벨이 되고, 따라서 내부 클록(CLKi)은 저주파수 클록(CLKL)과 동일한 값을 갖는다.When the accumulator direction signal Dacc is at the low level, when the difference between the reference voltage VREF and the output voltage Vout is greater than the offset voltage Offset, the voltage at the node N6 is at the low level. At this time, the output of the logic gate G3 is at a high level, so the internal clock CLKi has the same value as the low frequency clock CLKL.
따라서, 누산기 방향 신호(Dacc) 및 노드(N6)의 전압이 서로 동일한 논리 값을 가지는 경우, 트리거(141)는 노멀 모드(Normal)에 대응하는 내부 클록(CLKi)을 출력할 수 있다. 누산기 방향 신호(Dacc) 및 노드(N6)의 전압이 서로 다른 논리 값을 가지는 경우, 트리거(141)는 슬립 모드(Sleep)에 대응하는 내부 클록(CLKi)을 출력할 수 있다. 결국, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 내부 클록(CLKi)에 기초하여 노멀 모드(Normal) 또는 슬립 모드(Sleep)로 설정될 수 있다.Therefore, when the accumulator direction signal Dacc and the voltage of the node N6 have the same logic value, the
도 10은 도 7의 자체 클록 버스트 로직의 실시 예를 보여주는 회로도이다. 도 10을 참조하면, 자체 클록 버스트 로직(150)은 언더슈트(undershoot) 검출기(151) 및 버스트 클록 생성기(152)를 포함할 수 있다. 도 11a는 도 10의 언더슈트 검출기의 동작을 보여주는 타이밍도이다. 도 11b는 도 10의 버스트 클록 생성기의 동작을 보여주는 타이밍도이다.FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an embodiment of its own clock burst logic of FIG. 7. Referring to FIG. 10, the self clock burst
도 10에서, 언더슈트 검출기(151)는 p형 트랜지스터들(PMb1, PMb2), n형 트랜지스터(NMb1), 커패시터들(Cb1, Cb2), 가변 저항(Rb1), 저항(Rb2), 인버터(INVx) 및 능동 베타 곱셈기(active beta multiplier, 1511)를 포함할 수 있다. 능동 베타 곱셈기(1511)는 p형 트랜지스터들(PMa1, PMa2), n형 트랜지스터들(NMa1, NMa2), 커패시터들(Ca1, Ca2) 및 저항들(Ra1~Ra3)을 포함할 수 있다.In FIG. 10, the
도 10 및 도 11a를 참조하면, 자체 클록 버스트 로직(150)은 외부 클록 없이 아날로그적으로 출력 전압(Vout)의 언더슈트를 검출할 수 있다. 예를 들면, 제1 시점(t1)에 출력 전압(Vout)이 하강하면, 노드(Na1), 노드(Nb1), 노드(Na4) 및 노드(Nb4)의 전압은 하강한다. 한편, 저항(Ra1) 및 저항(Ra2)의 영향에 의해 노드(Na2) 및 노드(Na3)의 전압은 상승한다. 노드(Na2)의 전압이 상승하면 p형 트랜지스터(PMb1)은 턴 오프 되고, 노드(Na3)의 전압이 상승하면 n형 트랜지스터(NMb1)은 턴 온 된다. n형 트랜지스터(NMb1)가 턴 온 되면 노드(Nb2)의 전압은 로우 레벨이 되고, 인버터(INVx)에 의해 노드(Nb3)의 전압은 하이 레벨이 된다. 즉, 선택 신호(S)는 하이 레벨로 변경된다.10 and 11A, the self clock burst
이후에 출력 전압(Vout)이 상승하여 회복되면, 반대로 노드(Na1), 노드(Nb1), 노드(Na4) 및 노드(Nb4)의 전압은 상승하고, 노드(Na2) 및 노드(Na3)의 전압은 하강한다. 따라서, 출력 전압(Vout)이 상승한 후, 제2 시점(t2)에 선택 신호(S)는 로우 레벨로 변경된다. 또한, p형 트랜지스터(PMb2)는 기설정된 인에이블 신호(EN)에 의해 턴 온 될 수 있다. p형 트랜지스터(PMb2)가 턴 온 되면, 노드(Nb2)의 전압은 강제적으로 하이 레벨로 변경되고, 선택 신호(S)는 로우 레벨로 하강될 수 있다. 즉, 선택 신호(S)는 인에이블 신호(EN)를 통해 일정 시간 이후에 로우 레벨로 하강하도록 설정될 수 있다.When the output voltage Vout rises and recovers later, the voltages of the nodes Na1, Nb1, Na4 and Nb4 rise and the voltages of the nodes Na2 and Na3 are reversed. Descends. Therefore, after the output voltage Vout rises, the selection signal S is changed to the low level at the second time point t2. In addition, the p-type transistor PMb2 may be turned on by the preset enable signal EN. When the p-type transistor PMb2 is turned on, the voltage of the node Nb2 is forcibly changed to the high level, and the selection signal S may be lowered to the low level. That is, the selection signal S may be set to descend to a low level after a predetermined time through the enable signal EN.
도 10 및 도 11b를 참조하면, 자체 클록 버스트 로직(150)은 선택 신호(S)에 기초하여 일부 누산기 입력 신호(INacc[5:8]) 및 버스트 클록(CLKb)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 자체 클록 버스트 로직(150)은 버스트 클록 생성기(152)를 포함할 수 있다. 버스트 클록 생성기(152)는 p형 트랜지스터들(BPM1~BPM8), n형 트랜지스터들(BNM11~BNM18, BNM21~BNM28) 및 인버터들(INV1~INV8)을 포함할 수 있다.10 and 11B, the self clock burst
제1 시점(t1)에, 노드(Na2)의 전압은 하이 레벨이 되므로, p형 트랜지스터들(BPM1~BPM8)은 모두 턴 오프 된다. 노드(Na3)의 전압은 하이 레벨이 되므로, n형 트랜지스터들(BNM21~BNM28)은 모두 턴 온 된다. 선택 신호(S)가 하이 레벨이 되므로, n형 트랜지스터(BNM11)는 턴 온 된다. n형 트랜지스터(BNM11)가 턴 온 되면, 노드(Nc1)의 전압은 로우 레벨이 된다. 노드(Nc1)의 전압이 로우 레벨이 되면, 지연 신호(Q1)는 인버터(INV1)에 의해 특정 시간이 지연된 후 하이 레벨이 된다. 지연 신호들(Q2~Q8)은 지연 신호(Q1)과 동일한 방식으로 제1 시점(t1) 이후에 순차적으로 하이 레벨이 될 수 있다.At the first time point t1, the voltage of the node Na2 is at a high level, so all of the p-type transistors BPM1 to BPM8 are turned off. Since the voltage at the node Na3 is at a high level, all of the n-type transistors BNM21 to BNM28 are turned on. Since the selection signal S is at a high level, the n-type transistor BNM11 is turned on. When the n-type transistor BNM11 is turned on, the voltage of the node Nc1 becomes low level. When the voltage of the node Nc1 becomes low level, the delay signal Q1 becomes high level after a specific time is delayed by the inverter INV1. The delay signals Q2 to Q8 may sequentially become high levels after the first time point t1 in the same manner as the delay signal Q1.
한편, 버스트 클록 생성기(152)는 논리 게이트들(Ga1~Ga4)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 논리 게이트(Ga1)는 선택 신호(S) 및 지연 신호(Q2)를 입력받아 누산기 입력 신호(INacc[5])를 출력할 수 있다. 논리 게이트(Ga2)는 지연 신호(Q2) 및 지연 신호(Q4)를 입력받아 누산기 입력 신호(INacc[6])를 출력할 수 있다. 논리 게이트(Ga3)는 지연 신호(Q4) 및 지연 신호(Q6)를 입력받아 누산기 입력 신호(INacc[7])를 출력할 수 있다. 논리 게이트(Ga4)는 지연 신호(Q6) 및 지연 신호(Q8)를 입력받아 누산기 입력 신호(INacc[8])를 출력할 수 있다. 일 실시 예로서, 논리 게이트들(Ga1~Ga4)은 XOR 게이트일 수 있다. 누산기 입력 신호들(INacc[5:8])은 버스트 모드(Burst) 시 출력 전압(Vout)을 신속하게 회복시키기 위한 코오스 비트 신호(coarse bit signal)로서 누산기(112)에 전달될 수 있다.The
또한, 버스트 클록 생성기(152)는 논리 게이트들(Gb1~Gb7)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 논리 게이트들(Gb1~Gb7)은 지연 신호들(Q1~Q8)을 논리 연산하여 버스트 클록(CLKb)을 생성할 수 있다. 논리 게이트(Gb1)는 지연 신호들(Q1, Q2)을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb2)는 지연 신호들(Q3, Q4)을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb4)는 지연 신호들(Q5, Q6)을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb5)는 지연 신호들(Q7, Q8)을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb3)는 논리 게이트들(Gb1, Gb2)의 출력을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb6)는 논리 게이트들(Gb4, Gb5)의 출력을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb7)는 논리 게이트들(Gb3, Gb6)의 출력을 입력받을 수 있다. 일 실시 예로서, 논리 게이트들(Gb1, Gb2, Gb4, Gb5)은 XOR 게이트이고, 논리 게이트들(Gb3, Gb6)은 NOR 게이트이고, 논리 게이트(Gb7)은 NAND 게이트일 수 있다.In addition, the
버스트 클록(CLKb)은 외부에서 수신되는 저주파수 클록(CLKL)보다 높은 주파수를 가지도록 생성될 수 있다. 버스트 클록(CLKb)의 주파수는 인버터들(INV1~INV8)의 지연 특성에 따라 조절될 수 있다. 도 10에서는 예시적으로, 8개의 인버터들(INV1~INV8)이 도시되어 있지만, 인버터의 개수는 이것에 한정되지 않는다. 버스트 클록 생성기(152)에 포함된 인버터의 개수를 조절하여 버스트 클록(CLKb)의 클록 수는 조절될 수 있다. 한편, 출력 전압(Vout)이 상승한 후, 제2 시점(t2)에 선택 신호(S) 및 지연 신호들(Q1~Q8)은 로우 레벨로 하강할 수 있다.The burst clock CLKb may be generated to have a higher frequency than the low frequency clock CLKL received from the outside. The frequency of the burst clock CLKb may be adjusted according to the delay characteristics of the inverters INV1 to INV8. In FIG. 10, eight inverters INV1 to INV8 are illustrated as an example, but the number of inverters is not limited thereto. The number of clocks of the burst clock CLKb may be adjusted by adjusting the number of inverters included in the
이상에서 살펴본 바와 같이, 버스트 클록 생성기(152)는 외부 클록을 사용하지 않고 출력 전압(Vout)의 언더슈트를 감지할 수 있다. 또한, 버스트 클록 생성기(152)는 감지된 출력 전압(Vout)에 대응하여 선택 신호(S), 일부 누산기 입력 신호들(INacc[5:8]) 및 버스트 클록(CLKb)을 생성할 수 있다. 따라서, 외부 클록을 사용하는 도 3의 버스트 로직(24)보다, 버스트 클록 생성기(152)는 대기전류를 감소시킬 수 있다.As described above, the
도 12는 도 7의 자체 클록 버스트 로직의 다른 실시 예를 보여주는 회로도이다. 도 12를 참조하면, 자체 클록 버스트 로직(150)은 오버슈트(overshoot) 검출기(151) 및 버스트 클록 생성기(152)를 포함할 수 있다. 도 13a는 도 12의 오버슈트 검출기의 동작을 보여주는 타이밍도이다. 도 13b는 도 12의 버스트 클록 생성기의 동작을 보여주는 타이밍도이다.12 is a circuit diagram illustrating another embodiment of its own clock burst logic of FIG. 7. Referring to FIG. 12, the self clock burst
도 12에서, 오버슈트 검출기(151)는 p형 트랜지스터(PMb1), n형 트랜지스터들(NMb1, NMb2), 커패시터들(Cb1, Cb2), 저항(Rb1), 가변 저항(Rb2), 인버터(INVx) 및 능동 베타 곱셈기(1511)를 포함할 수 있다. 능동 베타 곱셈기(1511)는 p형 트랜지스터들(PMa1, PMa2), n형 트랜지스터들(NMa1, NMa2), 커패시터들(Ca1, Ca2) 및 저항들(Ra1~Ra3)을 포함할 수 있다.In FIG. 12, the
도 12 및 도 13a를 참조하면, 자체 클록 버스트 로직(150)은 외부 클록 없이 아날로그적으로 출력 전압(Vout)의 오버슈트를 검출할 수 있다. 예를 들면, 제1 시점(t1)에 출력 전압(Vout)이 상승하면, 노드(Na1), 노드(Nb1), 노드(Na4) 및 노드(Nb4)의 전압은 상승한다. 한편, 저항(Ra1) 및 저항(Ra2)의 영향에 의해 노드(Na2) 및 노드(Na3)의 전압은 하강한다. 노드(Na2)의 전압이 하강하면 p형 트랜지스터(PMb1)은 턴 온 되고, 노드(Na3)의 전압이 하강하면 n형 트랜지스터(NMb1)은 턴 오프 된다. p형 트랜지스터(PMb1)가 턴 온 되면 노드(Nb2)의 전압은 하이 레벨이 된다. 즉, 선택 신호(S)는 하이 레벨로 변경된다.12 and 13A, the own clock burst
이후에 출력 전압(Vout)이 하강하여 회복되면, 반대로 노드(Na1), 노드(Nb1), 노드(Na4) 및 노드(Nb4)의 전압은 하강하고, 노드(Na2) 및 노드(Na3)의 전압은 상승한다. 따라서, 제2 시점(t2)에 출력 전압(Vout)이 하강하면, 선택 신호(S)는 로우 레벨로 변경된다. 또한, n형 트랜지스터(NMb2)는 기설정된 리셋 신호(RST)에 의해 턴 온 될 수 있다. n형 트랜지스터(NMb2)가 턴 온 되면, 노드(Nb2)는 강제적으로 로우 레벨로 변경되고, 선택 신호(S)는 로우 레벨로 하강될 수 있다. 즉, 선택 신호(S)는 리셋 신호(RST)를 통해 일정 시간 이후에 로우 레벨로 하강하도록 설정될 수 있다.Afterwards, when the output voltage Vout falls and recovers, on the contrary, the voltages of the nodes Na1, Nb1, Na4 and Nb4 fall, and the voltages of the nodes Na2 and Na3 are reduced. Rises. Therefore, when the output voltage Vout falls at the second time point t2, the selection signal S is changed to the low level. In addition, the n-type transistor NMb2 may be turned on by the preset reset signal RST. When the n-type transistor NMb2 is turned on, the node Nb2 is forcibly changed to the low level, and the selection signal S may be lowered to the low level. That is, the selection signal S may be set to descend to a low level after a predetermined time through the reset signal RST.
도 12 및 도 13b를 참조하면, 자체 클록 버스트 로직(150)은 선택 신호(S)에 기초하여 일부 누산기 입력 신호(INacc[5:8]) 및 버스트 클록(CLKb)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 자체 클록 버스트 로직(150)은 버스트 클록 생성기(152)를 포함할 수 있다. 버스트 클록 생성기(152)는 p형 트랜지스터들(BPM11~BPM18, BPM21~BPM28), n형 트랜지스터들(BNM1~BNM8) 및 인버터들(INV1~INV7)을 포함할 수 있다.12 and 13B, the self clock burst
제1 시점(t1)에, 노드(Na2)의 전압은 로우 레벨이 되므로, p형 트랜지스터들(BPM11~BPM18)은 모두 턴 온 된다. 노드(Na3)의 전압은 로우 레벨이 되므로, n형 트랜지스터들(BNM1~BNM8)은 모두 턴 오프 된다. 선택 신호(S)가 하이 레벨이 되므로, 노드(Nb3)의 전압은 인버터(INVx)에 의해 로우 레벨이 되고, p형 트랜지스터(BPM21)는 턴 온 된다. p형 트랜지스터(BPM21)가 턴 온 되면, 지연 신호(Q1)는 하이 레벨이 된다. 지연 신호(Q1)는 인버터(INVx)에 의해 선택 신호(S)보다 특정 시간이 지연된 후 하이 레벨이 된다. 지연 신호들(Q2~Q8)은 지연 신호(Q1)과 동일한 방식으로 제1 시점(t1) 이후에 순차적으로 하이 레벨이 될 수 있다.At the first time point t1, the voltage of the node Na2 is at a low level, so all of the p-type transistors BPM11 to BPM18 are turned on. Since the voltage at the node Na3 is at a low level, all of the n-type transistors BNM1 to BNM8 are turned off. Since the selection signal S is at the high level, the voltage at the node Nb3 is at the low level by the inverter INVx, and the p-type transistor BPM21 is turned on. When the p-type transistor BPM21 is turned on, the delay signal Q1 becomes a high level. The delay signal Q1 becomes a high level after a specific time delay is delayed by the inverter INVx than the selection signal S. The delay signals Q2 to Q8 may sequentially become high levels after the first time point t1 in the same manner as the delay signal Q1.
한편, 버스트 클록 생성기(152)는 논리 게이트들(Ga1~Ga4)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 논리 게이트(Ga1)는 선택 신호(S) 및 지연 신호(Q2)를 입력받아 누산기 입력 신호(INacc[5])를 출력할 수 있다. 논리 게이트(Ga2)는 지연 신호(Q2) 및 지연 신호(Q4)를 입력받아 누산기 입력 신호(INacc[6])를 출력할 수 있다. 논리 게이트(Ga3)는 지연 신호(Q4) 및 지연 신호(Q6)를 입력받아 누산기 입력 신호(INacc[7])를 출력할 수 있다. 논리 게이트(Ga4)는 지연 신호(Q6) 및 지연 신호(Q8)를 입력받아 누산기 입력 신호(INacc[8])를 출력할 수 있다. 일 실시 예로서, 논리 게이트들(Ga1~Ga4)은 XOR 게이트일 수 있다. 누산기 입력 신호들(INacc[5:8])은 버스트 모드(Burst) 시 출력 전압(Vout)을 신속하게 회복시키기 위한 코오스 비트 신호(coarse bit signal)로서 누산기(112)에 전달될 수 있다.The
또한, 버스트 클록 생성기(152)는 논리 게이트들(Gb1~Gb7)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 논리 게이트들(Gb1~Gb7)은 지연 신호들(Q1~Q8)을 논리 연산하여 버스트 클록(CLKb)을 생성할 수 있다. 논리 게이트(Gb1)는 지연 신호들(Q1, Q2)을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb2)는 지연 신호들(Q3, Q4)을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb4)는 지연 신호들(Q5, Q6)을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb5)는 지연 신호들(Q7, Q8)을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb3)는 논리 게이트들(Gb1, Gb2)의 출력을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb6)는 논리 게이트들(Gb4, Gb5)의 출력을 입력받을 수 있다. 논리 게이트(Gb7)는 논리 게이트들(Gb3, Gb6)의 출력을 입력받을 수 있다. 일 실시 예로서, 논리 게이트들(Gb1, Gb2, Gb4, Gb5)은 XOR 게이트이고, 논리 게이트들(Gb3, Gb6)은 NOR 게이트이고, 논리 게이트(Gb7)은 NAND 게이트일 수 있다.In addition, the
버스트 클록(CLKb)은 외부에서 수신되는 저주파수 클록(CLKL)보다 높은 주파수를 가지도록 생성될 수 있다. 버스트 클록(CLKb)의 주파수는 인버터들(INVx, INV1~INV7)의 지연 특성에 따라 조절될 수 있다. 도 12에서는 예시적으로, 8개의 인버터들(INVx, INV1~INV7)이 도시되어 있지만, 인버터의 개수는 이것에 한정되지 않는다. 버스트 클록 생성기(152)에 포함된 인버터의 개수를 조절하여 버스트 클록(CLKb)의 클록 수는 조절될 수 있다. 한편, 제2 시점(t2)에 출력 전압(Vout)이 상승하면, 선택 신호(S) 및 지연 신호들(Q1~Q8)은 로우 레벨로 하강할 수 있다.The burst clock CLKb may be generated to have a higher frequency than the low frequency clock CLKL received from the outside. The frequency of the burst clock CLKb may be adjusted according to the delay characteristics of the inverters INVx and INV1 to INV7. In FIG. 12, eight inverters INVx and INV1 to INV7 are illustrated as examples, but the number of inverters is not limited thereto. The number of clocks of the burst clock CLKb may be adjusted by adjusting the number of inverters included in the
이상에서 살펴본 바와 같이, 버스트 클록 생성기(152)는 외부 클록을 사용하지 않고 출력 전압(Vout)의 오버슈트를 감지할 수 있다. 또한, 버스트 클록 생성기(152)는 감지된 출력 전압(Vout)에 대응하여 선택 신호(S), 일부 누산기 입력 신호들(INacc[5:8]) 및 버스트 클록(CLKb)을 생성할 수 있다. 따라서, 외부 클록을 사용하는 도 3의 버스트 로직(24)보다, 버스트 클록 생성기(152)는 대기전류를 감소시킬 수 있다.As described above, the
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 LDO 레귤레이터에 대하여 버스트 모드 시 사용되는 클록의 주파수와 대기전류의 관계를 보여주는 도면이다. 도 14를 참조하면, 싱글 클록 스킴(Single clock scheme)은 도 1의 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)의 대기전류를 보여준다. 동기식 듀얼-클록 스킴(Synchronous dual-clock scheme)은 도 3의 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)의 대기전류를 보여준다. 자체 클록 스킴(Self-clocking scheme)은 도 5의 본 발명에 따른 디지털 LDO 레귤레이터(100)의 대기전류를 보여준다. 도 14의 그래프에서, 세로축은 대기전류이고, 가로축은 버스트 모드 시 사용되는 클록의 주파수이다.14 is a diagram illustrating a relationship between a frequency and a standby current of a clock used in a burst mode for a digital LDO regulator according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 14, a single clock scheme shows the quiescent current of the single-clock
도 1의 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)는 출력 전압의 변동이 발생하는 것과 관계없이 제어 로직에서 하나의 외부 클록을 사용한다. 따라서, 동작 모드에 관계없이(실질적으로는 동작 모드의 구분이 없다), 제어 로직은 항상 외부 클록을 사용하여 동작한다. 도 1의 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)의 대기전류는 외부 클록의 주파수에 비례하여 증가한다.The single-clock
도 3의 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)는 외부로부터 저주파수 클록 및 고주파수 클록을 수신하여 사용한다. 도 3의 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)는 슬립 모드 시 제어 로직에서 저주파수 클록을 사용한다. 하지만, 출력 전압의 변동을 감지하기 위해, 버스트 로직(24)은 고주파수 클록을 여전히 사용한다. 따라서, 도 3의 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)의 대기전류는 도 1의 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)의 대기전류보다는 작지만 여전히 버스트 모드의 클록 주파수에 따라 증가한다.The dual-clock
본 발명에 따른 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 외부로부터 저주파수 클록만 수신하여 노멀 모드 시 사용할 수 있다. 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 슬립 모드 시 출력 전압의 변동을 감지하기 위해 외부클록을 사용하지 않고, 트랜지스터들을 포함하는 능동 회로를 통해 아날로그적으로 출력 전압의 변동을 감지할 수 있다. 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 버스트 모드 시 감지된 출력 전압의 변동에 기초하여 자체적으로 버스트 클록을 생성할 수 있다. 따라서, 디지털 LDO 레귤레이터(100)는 버스트 클록의 주파수와 관계없이 노멀 모드 또는 슬립 모드의 대기전류는 일정하다.The
도 14의 표는 동일한 외부 클록(저주파수 클록 및 고주파수 클록)을 사용하여 각 레귤레이터의 대기전류를 측정한 것이다. 본 발명에 따른 디지털 LDO 레귤레이터(100)의 대기전류는 도 1의 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터(10)의 대기전류보다 98.6%가 감소함을 알 수 있다. 본 발명에 따른 디지털 LDO 레귤레이터(100)의 대기전류는 도 3의 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터(20)의 대기전류보다 87%가 감소함을 알 수 있다.The table of FIG. 14 measures the quiescent current of each regulator using the same external clock (low frequency clock and high frequency clock). It can be seen that the standby current of the
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the embodiments are disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
10: 싱글-클록 디지털 LDO 레귤레이터
11, 21, 110: 제어 로직
12, 22, 120: 패스 트랜지스터 어레이
20: 듀얼-클록 디지털 LDO 레귤레이터
23, 130: 멀티플렉서
24: 버스트 로직
100: 디지털 LDO 레귤레이터
111: 방향 제어 로직
112: 누산기
140: 클록 제어부
141: 트리거
142: 클록 생성기
150: 자체 클록 버스트 로직
151: 언더슈트(오버슈트) 검출기
152: 버스트 클록 생성기10: Single-Clock Digital LDO Regulator
11, 21, 110: control logic
12, 22, 120: pass transistor array
20: Dual-Clock Digital LDO Regulator
23, 130: multiplexer
24: Burst Logic
100: digital LDO regulator
111: direction control logic
112: accumulator
140: clock control unit
141: trigger
142: clock generator
150: self clock burst logic
151: undershoot (overshoot) detector
152: Burst Clock Generator
Claims (16)
기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이에 기초하여 상기 패스 트랜지스터 어레이를 제어하는 제어 비트를 생성하며, 외부로부터 수신된 클록으로부터 생성된 제1 클록에 기초하여 동작 여부가 결정되는 제어 로직; 그리고
상기 외부로부터 수신된 클록의 사용 없이 상기 출력 전압의 전압 변동을 감지하고, 상기 전압 변동이 발생하는 경우 상기 제어 로직이 상기 전압 변동에 대응하여 상기 출력 전압을 회복시키도록 상기 제1 클록보다 주파수가 높은 제2 클록을 상기 전압 변동을 이용하여 생성하는 자체 클록 버스트 로직을 포함하되,
상기 제어 로직은 상기 전압 변동이 발생하는 경우 상기 제2 클록에 기초하여 상기 제어 비트를 생성하는 디지털 LDO(low drop-out) 레귤레이터.A pass transistor array configured to output an output voltage by adjusting an input voltage;
Control logic for generating a control bit for controlling the pass transistor array based on a difference between a reference voltage and the output voltage, and determining whether to operate based on a first clock generated from an externally received clock; And
Detects the voltage variation of the output voltage without using the externally received clock, and if the voltage variation occurs the frequency is higher than the first clock so that the control logic recovers the output voltage in response to the voltage variation. Self clock burst logic that generates a high second clock using the voltage variation,
And the control logic generates the control bit based on the second clock when the voltage variation occurs.
선택 신호에 기초하여 상기 제1 클록 또는 상기 제2 클록을 출력하는 멀티플렉서를 더 포함하되,
상기 제어 로직은 상기 멀티플렉서에서 출력되는 클록에 기초하여 동작하는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 1,
Further comprising a multiplexer for outputting the first clock or the second clock based on the selection signal,
And the control logic operates based on a clock output from the multiplexer.
상기 자체 클록 버스트 로직은 상기 전압 변동을 검출하는 전압 변동 검출기를 포함하고,
상기 전압 변동 검출기는 상기 전압 변동이 발생하는 시점부터 상기 출력 전압이 회복되는 시점까지 상기 제2 클록을 출력하도록 상기 선택 신호를 생성하는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 2,
The self clock burst logic includes a voltage variation detector for detecting the voltage variation,
And the voltage change detector generates the selection signal to output the second clock from a time point at which the voltage change occurs to a time point at which the output voltage is restored.
상기 자체 클록 버스트 로직은 상기 제2 클록을 생성하는 버스트 클록 생성기를 포함하고,
상기 버스트 클록 생성기는 상기 선택 신호를 상기 제2 클록의 주파수에 대응하는 특정 시간 간격에 따라 순차적으로 지연시킨 지연 신호들을 생성하고,
상기 제2 클록은 상기 지연 신호들의 논리 연산에 의해 생성되는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 3,
The self clock burst logic includes a burst clock generator that generates the second clock,
The burst clock generator generates delay signals that sequentially delay the selection signal according to a specific time interval corresponding to the frequency of the second clock,
The second clock is generated by a logic operation of the delay signals.
상기 버스트 클록 생성기는 복수의 인버터들을 포함하고,
상기 제2 클록의 주파수는 상기 인버터들의 지연 특성에 따라 조절되는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 4, wherein
The burst clock generator comprises a plurality of inverters,
The frequency of the second clock is adjusted according to the delay characteristics of the inverters.
상기 제2 클록의 클록 수는 상기 인버터들의 개수에 따라 조절되는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 5,
The number of clocks of the second clock is adjusted according to the number of inverters.
기준 전압 및 상기 출력 전압을 비교하여 동작 모드를 선택하고, 선택된 동작 모드에 따라 외부로부터 수신된 외부 클록에 기초하여 노멀 클록을 생성하는 클록 제어부;
상기 외부 클록의 사용 없이 상기 출력 전압의 전압 변동을 감지하고, 상기 전압 변동이 발생하는 경우 상기 외부 클록보다 주파수가 높은 버스트 클록을 상기 전압 변동을 이용하여 생성하며, 상기 전압 변동의 발생 여부에 기초하여 선택 신호를 생성하는 자체 클록 버스트 로직;
상기 선택 신호에 기초하여 상기 전압 변동이 발생하는 경우에 상기 버스트 클록을 출력하고, 그 이외의 경우에 상기 노멀 클록을 출력하는 멀티플렉서; 그리고
상기 멀티플렉서로부터 출력되는 제어 클록에 따라 동작하고, 상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이에 기초하여 상기 패스 트랜지스터 어레이를 제어하는 제어 비트를 생성하는 제어 로직을 포함하는 디지털 LDO(low drop-out) 레귤레이터.A pass transistor array configured to output an output voltage by adjusting an input voltage;
A clock controller which selects an operation mode by comparing a reference voltage and the output voltage and generates a normal clock based on an external clock received from the outside according to the selected operation mode;
Detects the voltage variation of the output voltage without using the external clock, and generates a burst clock having a higher frequency than the external clock using the voltage variation when the voltage variation occurs, and based on whether the voltage variation occurs Its own clock burst logic to generate a select signal;
A multiplexer for outputting the burst clock when the voltage variation occurs based on the selection signal and outputting the normal clock in other cases; And
A digital low drop-out (LDO) regulator including control logic that operates in accordance with a control clock output from the multiplexer and generates control bits for controlling the pass transistor array based on a difference between the reference voltage and the output voltage. .
상기 제어 로직은,
상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이에 기초하여 누산기 입력 신호 및 누산기 방향 신호를 생성하는 방향 제어 로직; 그리고
상기 누산기 입력 신호 및 상기 누산기 방향 신호에 기초하여 상기 제어 비트를 생성하는 누산기를 포함하고,
상기 누산기 입력 신호는 상기 출력 전압을 조절하는 크기를 결정하고,
상기 누산기 방향 신호는 상기 출력 전압의 증가 또는 감소를 결정하는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 7, wherein
The control logic,
Direction control logic to generate an accumulator input signal and an accumulator direction signal based on the difference between the reference voltage and the output voltage; And
An accumulator for generating the control bits based on the accumulator input signal and the accumulator direction signal,
The accumulator input signal determines a magnitude that adjusts the output voltage,
The accumulator direction signal determines the increase or decrease of the output voltage.
상기 클록 제어부는,
상기 방향 제어 로직에서 사용되는 내부 전압을 결정하기 위한 스위칭 신호를 생성하며, 상기 노멀 클록을 생성하는 클록 생성기; 그리고
상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이와 상기 누산기 방향 신호에 기초하여 상기 클록 생성기의 동작 여부를 결정하는 내부 클록을 생성하는 트리거를 포함하는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 8,
The clock control unit,
A clock generator for generating a switching signal for determining an internal voltage used in said direction control logic and for generating said normal clock; And
And a trigger for generating an internal clock that determines whether the clock generator is operating based on a difference between the reference voltage and the output voltage and the accumulator direction signal.
상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이가 기설정된 오프셋 전압보다 큰 경우, 상기 트리거는 상기 외부 클록과 동일한 상기 내부 클록을 출력하고,
상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이가 상기 오프셋 전압보다 작은 경우, 상기 트리거는 상기 내부 클록을 출력하지 않거나 로우 레벨을 가지는 상기 내부 클록을 출력하는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 9,
If the difference between the reference voltage and the output voltage is greater than a preset offset voltage, the trigger outputs the internal clock equal to the external clock,
And when the difference between the reference voltage and the output voltage is less than the offset voltage, the trigger does not output the internal clock or outputs the internal clock having a low level.
상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이가 기설정된 오프셋 전압보다 큰 경우, 상기 트리거는 노멀 모드로 동작하고,
상기 기준 전압 및 상기 출력 전압의 차이가 상기 오프셋 전압보다 작은 경우, 상기 트리거는 슬립 모드로 동작하는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 9,
When the difference between the reference voltage and the output voltage is greater than the preset offset voltage, the trigger operates in the normal mode,
And the trigger operates in a sleep mode when the difference between the reference voltage and the output voltage is less than the offset voltage.
상기 자체 클록 버스트 로직은 상기 출력 전압의 하강을 검출하는 언더슈트 검출기 또는 상기 출력 전압의 상승을 검출하는 오버슈트 검출기를 포함하는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 7, wherein
The self clock burst logic includes an undershoot detector for detecting a drop in the output voltage or an overshoot detector for detecting a rise in the output voltage.
상기 언더슈트 검출기 또는 상기 오버슈트 검출기는 상기 전압 변동이 발생하는 시점부터 상기 출력 전압이 회복되는 시점까지 상기 멀티플렉서가 상기 버스트 클록을 출력하도록 상기 선택 신호를 생성하는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 12,
The undershoot detector or the overshoot detector generates the select signal such that the multiplexer outputs the burst clock from a time point at which the voltage change occurs to a time point at which the output voltage recovers.
상기 자체 클록 버스트 로직은 기설정된 주파수에 따라 상기 버스트 클록을 생성하는 버스트 클록 생성기를 포함하고,
상기 버스트 클록 생성기는 상기 선택 신호를 상기 버스트 클록의 주파수에 대응하는 특정 시간 간격에 따라 순차적으로 지연시킨 지연 신호들을 생성하고,
상기 버스트 클록은 상기 지연 신호들의 논리 연산에 의해 생성되는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 13,
The self clock burst logic includes a burst clock generator that generates the burst clock according to a predetermined frequency,
The burst clock generator generates delay signals that sequentially delay the selection signal according to a specific time interval corresponding to the frequency of the burst clock,
The burst clock is generated by a logic operation of the delay signals.
상기 버스트 클록 생성기는 복수의 인버터들을 포함하고,
상기 버스트 클록의 주파수는 상기 인버터들의 지연 특성에 따라 조절되는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 14,
The burst clock generator comprises a plurality of inverters,
The frequency of the burst clock is adjusted according to the delay characteristics of the inverters.
상기 버스트 클록의 클록 수는 상기 인버터들의 개수에 따라 조절되는 디지털 LDO 레귤레이터.The method of claim 15,
The number of clocks of the burst clock is adjusted according to the number of inverters.
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