KR102172462B1 - 멤스 센서용 바이어스 전압 공급 장치 - Google Patents

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KR102172462B1 KR1020190090473A KR20190090473A KR102172462B1 KR 102172462 B1 KR102172462 B1 KR 102172462B1 KR 1020190090473 A KR1020190090473 A KR 1020190090473A KR 20190090473 A KR20190090473 A KR 20190090473A KR 102172462 B1 KR102172462 B1 KR 102172462B1
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Abstract

본 발명은 멤스 센서용 바이어스 전압 공급 장치를 공개한다.
본 발명은 멤스 센서로 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 전압 공급 장치와 멤스 센서 사이에 노이즈를 제거하기 위한 LPF를 형성함에 있어서, LPF를 구성하는 저항을 오프(cut-off) 영역에서 동작하여 높은 저항값을 갖는 저항 트랜지스터로 구현하고, 저항 트랜지스터 양단에 바이패스 스위치를 설치하여, 멤스 센서로 바이어스 전압을 공급하는 초기에는 바이패스 스위치를 온시켜 빠른 셋틀링 시간을 확보하고, 셋틀링 시간이 경과한 후에는 바이패스 스위치를 오프시켜 바이어스 전압이 저항 트랜지스터를 통해서 멤스 센서로 전달되도록 함으로써 LPF의 pole 주파수를 수 Hz 대역으로 이동시켜 효과적으로 노이즈를 차단하였다.
또한, 본 발명은 바이패스 스위치를 P-type FET 또는 N-type FET로 구현하고, 차지 펌프에 포함된 복수의 스테이지들 중 하나의 스테이지를 통해서 출력되는 전압을 바이패스 스위치의 게이트에 인가하도록 함으로써, 게이트에 인가되는 전압의 변화 범위를 수 Volt 내로 제한함으로써, 가격이 저렴한 low voltage 공정으로 바이어스 전압 공급 장치를 제조할 수 있다.

Description

멤스 센서용 바이어스 전압 공급 장치{Bias voltage providing device for MEMS sensor}
본 발명은 바이어스 전압 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 멤스(MEMS) 마이크로폰 센서와 같은 멤스 센서에 바이어스 전압을 공급하는 멤스 센서용 바이어스 전압 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이용되는 멤스 마이크로폰 모듈은, 도 1에 도시된 바와 같이, 멤스 센서와 리드아웃 집적회로로 구성된다. 리드아웃 집적회로는 멤스 센서를 구동하기 위한 바이어스 전압을 멤스 센서로 공급하는 바이어스 전압 공급 장치를 포함하고, 바이어스 전압 공급 장치는 그 내부에 차지펌프 회로를 포함한다.
멤스 마이크로폰 센서는 센서 고유의 pull-in 전압의 70% 정도의 바이어스 전압을 인가해야 센서로서 동작하게 된다. 일반적으로 10V 정도의 VMIC 바이어스 전압이 필요하며 이 전압은 리드아웃 집적회로에서 멤스 센서로 인가된다.
이를 위해서, 리드아웃 집적회로는 1.6V~3.6V의 전원전압을 입력받아 10V 정도의 멤스 마이크로폰 센서를 구동하기 위한 바이어스 구동전압을 멤스 센서로 공급하기 위하여 차지 펌프로 구성된 바이어스 전압 공급 장치를 구비하고 있다.
도 1을 참조하여 종래기술에 따른 리드아웃 집적 회로를 간략하게 설명하면, 리드아웃 집적 회로는 외부로부터 전원을 입력받아, 소정의 전압(예컨대, 1.5V)을 리드아웃 집적회로 내부의 구성 요소들로 공급하는 전압 레귤레이터, 외부의 제어 장치로부터 입력되는 클록 주파수에 따라서 동작 모드(저전력 모드, 표준 모드, 슬립 모드 등)를 결정하는 파워 모드 디텍터, 내부 구성요소들의 동작을 제어하는 클록을 생성하여 출력하는 클록 생성기, 클록 생성기로부터 입력된 클록에 따라서 전압 레귤레이터로부터 입력된 1.5V 전압을 차지 펌프를 이용하여 10V 이상(예컨대, 10.5V)으로 승압하여 MEMS 마이크로폰 센서로 출력하는 바이어스 전압 공급장치, MEMS 마이크로폰 센서로부터 입력되는 신호를 증폭하여 출력하는 저노이즈 증폭기(Low noise amp), 저노이즈 증폭기로부터 입력된 신호를 디지털로 변환하는 A/D 컨버터, 및 디지털로 변환된 MEMS 센서 신호를 외부 장치로 출력하는 출력 인터페이스(1-bit PDM interface)를 포함한다.
본 발명은 상기한 리드아웃 집적 회로의 구성 중 바이어스 전압 공급 장치에 관한 것이고, 바이어스 전압 공급 장치를 제외한 나머지 구성은 제어 모듈로 통칭해도 무방하다.
한편, 상술한 멤스 마이크로폰 모듈의 주요 특성인 신호잡음비를 높이기 위해서는 리드아웃 집적회로에서 멤스 센서로 출력되는 VMIC전압을 통해 유입되는 노이즈를 차단해야 한다. 또한 원가 절감을 위해서는 고비용의 high-voltage 공정을 사용하지 않고 저비용의 normal CMOS 공정을 사용해야 한다.
현재 상용회된 멤스 마이크로폰 센서와 연결되는 리드아웃 집적회로는 바이어스 전압 공급 장치에 포함된 차지 펌스 각 단에 걸리는 전압을 1.5V 이하로 제한하여 high-voltage 공정을 사용하지 않고 있지만, 바이어스 전압에 유입되는 노이즈를 효과적으로 차단하지 못하고 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하여 종래 기술의 일 예에 따른 바이어스 전원 공급 장치를 설명하면, 현재 멤스 마이크로폰 모듈의 리드아웃 집적회로에 포함된 바이어스 전원 공급 장치는 차지 펌프 회로를 포함하여 구성된다.
차지펌프 회로는 1.5V 정도로 움직이는 수 MHz의 메인 클럭 신호를 입력받아 10V 이상의 멤스 바이어스 전압을 생성한다. 도 2에 도시된 예를 참조하면, 차지 펌프가 7개의 스테이지로 구성되면 1.5V*7=10.5V 의 바이어스 전압을 생성한다. 이 바이어스 전압은 기본적으로 수 MHz의 클럭 노이즈를 포함하고 있으며, 이러한 클럭 노이즈 및 전원에서 유입되는 고주파 노이즈를 제거하기 위해 수십 KHz 이상의 pole 주파수를 갖는 LPF를 수동소자인 저항과 캐패시터를 이용하여 구현하여 바이어스 전압 공급 회로 내에 포함하고 있다.
그러나, 오디오 신호 대역 (20~20KHz)에 유입되는 노이즈는 이러한 LPF로는 제거할 수 없다. 따라서, 수동 소자인 저항 대신 오프 상태의 트랜지스터나 다이오드 연결된 트랜지스터로 아주 큰 저항을 만들어 수 Hz의 pole 주파수를 갖는 LPF를 구현하여 오디오 신호 대역의 노이즈를 차단하려는 시도가 있었다.
그러나, 이 경우, RC 시상수가 커져서, 초기 동작시 바이어스 전압이 셋틀링(settling) 되는데 수백 ms에서 수초까지 걸릴 수 있기 때문에, 이러한 시도는 효과적이지 못하다.
이에, 본 출원인은 도 3에 도시된 바와 같이, 큰 저항으로 동작하는 트랜지스터의 양단에 바이패스 스위치를 설치하여, 초기 동작시에는 바이패스 스위치를 통해 LPF의 큰 저항을 바이패스시켜 바이어스 전압의 셋틀링을 빠르게 하고, 셋틀링이 완료되면 스위치를 오프시켜 오디오 신호 대역의 노이즈를 차단하는 방법을 고려하였다.
그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 차지 펌프가 복수의 차지 펌프 스테이지로 구성되고, 각 스테이지가 1.5V 범위에서 차지 펌핑할 때, LPF(Low Pass Filter)의 저항으로 동작하는 트랜지스터의 소오스 단자에는 10V가 넘는 전압이 걸린다.
저항으로 동작하는 트랜지스터 양단에 연결된 바이패스 스위치를 온/오프 제어하기 위해서는, 바이패스 스위치의 게이트에 0V ~ 10V 내외의 전압이 인가되어야 하므로, 바이패스 스위치를 high-voltage device로 구현해야 하고, 레벨 쉬프터가 전압 레귤레이터로부터 0~1.5V의 전압을 입력받아 이를 0~10V 정도로 승압하여 바이패스 스위치의 게이트로 출력해야 한다. 따라서, 바이패스 스위치 한 개 때문에 고비용의 high-voltage 공정을 사용해야 하는 단점이 있어, 이 역시 현실적인 대안이 되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고비용의 high-voltage 공정을 사용하지 않고 멤스 바이어스 전압으로 유입되는 20~20KHz 대역의 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있는 바이어스 전압 공급 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멤스 센서용 바이어스 전압 공급 장치는, 메인 클록을 생성하는 메인 클록 생성기; 스위치 콘트롤 클록을 생성하는 스위치 콘트롤 클록 생성기; 상기 메인 클록에 따라서 전압을 승압하여 멤스 센서로 공급되는 바이어스 전압을 출력하는 복수의 차지 펌프 스테이지들, 및 상기 스위치 콘트롤 클록에 따라서 바이패스 스위치를 제어하기 위한 제어 전압을 출력하는 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지를 포함하는 차지 펌프; 상기 차지 펌프로부터 바이어스 전압을 인가받아 멤스 센서측으로 전달하는 저항 트랜지스터; 상기 저항 트랜지스터와 연결되어 LPF(Low Pass Filter)를 구성하는 커패시터; 및 상기 저항 트랜지스터의 소오스 및 드레인 양단에 연결되고, 상기 제어 전압을 인가받아, 스위치 온되어 상기 바이어스 전압을 직접 멤스 센서로 전달하거나, 스위치 오프되어 상기 바이어스 전압이 상기 저항 트랜지스터를 통해서 멤스 센서로 전달되도록 하는 상기 바이패스 스위치를 포함한다.
또한, 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지는 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들 중 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지와 동일한 전압 범위 내에서 전압을 승압하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 바이패스 스위치는 P-type FET로 구현되고, 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지에서 출력되는 전압은 게이트에 인가되고, 상기 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지에서 출력되는 전압은 소오스에 인가될 수 있다.
또한, 멤스 센서로 바이어스 전압 공급이 개시되면, 상기 메인 클록 생성기만 메인 클록을 생성하여 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들로 출력함으로써, 상기 바이패스 스위치를 온시키고, 상기 복수의 차지 펌프 스테이지의 전압 상승이 완료된 것을 감지하거나 사전에 정의된 시간이 경과하면, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 스위치 콘트롤 클록을 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로 출력하여 상기 바이패스 스위치를 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지는 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들 중 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지보다 높은 전압 범위 내에서 전압을 승압하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 바이패스 스위치는 N-type FET로 구현되고, 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지에서 출력되는 전압은 게이트에 인가되고, 상기 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지에서 출력되는 전압은 소오스에 인가될 수 있다.
또한, 멤스 센서로 바이어스 전압 공급이 개시되면, 상기 메인 클록 생성기가 메인 클록을 생성하여 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들로 출력하고, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 스위치 콘트롤 클록을 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로 출력함으로써 상기 바이패스 스위치를 온시키고, 상기 복수의 차지 펌프 스테이지의 전압 상승이 완료된 것을 감지하거나 사전에 정의된 시간이 경과하면, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로의 스위치 콘트롤 클록 출력을 중단하여 상기 바이패스 스위치를 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 저항 트랜지스터는 게이트와 소오스가 직접 연결되거나 게이트와 드레인이 직접 연결되어, 항상 cut-off 영역에서 소오스와 드레인간을 연결하는 저항으로서 동작하는 FET일 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 멤스 센서용 바이어스 전압 공급 장치는, 메인 클록을 생성하는 메인 클록 생성기; 스위치 콘트롤 클록을 생성하는 스위치 콘트롤 클록 생성기; 상기 메인 클록에 따라서 전압을 승압하여 멤스 센서로 공급되는 바이어스 전압을 출력하는 복수의 차지 펌프 스테이지들, 및 상기 스위치 콘트롤 클록에 따라서 저항 트랜지스터를 제어하기 위한 제어 전압을 출력하는 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지를 포함하는 차지 펌프; 상기 제어 전압에 따라서 스위치 온 또는 스위치 오프되고, 상기 차지 펌프로부터 바이어스 전압을 인가받아 멤스 센서측으로 전달하는 저항 트랜지스터; 및 상기 저항 트랜지스터와 연결되어 LPF(Low Pass Filter)를 구성하는 커패시터를 포함한다.
또한, 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지는 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들 중 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지와 동일한 전압 범위 내에서 전압을 승압하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 저항 트랜지스터는 P-type FET로 구현되고, 멤스 센서로 바이어스 전압 공급이 개시되면, 상기 메인 클록 생성기만 메인 클록을 생성하여 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들로 출력함으로써, 상기 저항 트랜지스터를 온시키고, 상기 복수의 차지 펌프 스테이지의 전압 상승이 완료된 것을 감지하거나 사전에 정의된 시간이 경과하면, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 스위치 콘트롤 클록을 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로 출력하여 상기 저항 트랜지스터를 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지는 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들 중 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지보다 높은 전압 범위 내에서 전압을 승압하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 저항 트랜지스터는 N-type FET로 구현되고, 멤스 센서로 바이어스 전압 공급이 개시되면, 상기 메인 클록 생성기가 메인 클록을 생성하여 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들로 출력하고, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 스위치 콘트롤 클록을 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로 출력함으로써 상기 저항 트랜지스터를 온시키고, 상기 복수의 차지 펌프 스테이지의 전압 상승이 완료된 것을 감지하거나 사전에 정의된 시간이 경과하면, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로의 스위치 콘트롤 클록 출력을 중단하여 상기 저항 트랜지스터를 오프시킬 수 있다.
본 발명은 멤스 센서로 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 전압 공급 장치와 멤스 센서 사이에 노이즈를 제거하기 위한 LPF를 형성함에 있어서, LPF를 구성하는 저항을 오프(cut-off) 영역에서 동작하여 높은 저항값을 갖는 저항 트랜지스터로 구현하고, 저항 트랜지스터 양단에 바이패스 스위치를 설치하여, 멤스 센서로 바이어스 전압을 공급하는 초기에는 바이패스 스위치를 온시켜 빠른 셋틀링 시간을 확보하고, 셋틀링 시간이 경과한 후에는 바이패스 스위치를 오프시켜 바이어스 전압이 저항 트랜지스터를 통해서 멤스 센서로 전달되도록 함으로써 LPF의 pole 주파수를 수 Hz 대역으로 이동시켜 효과적으로 노이즈를 차단하였다.
또한, 본 발명은 바이패스 스위치를 P-type FET 또는 N-type FET로 구현하고, 차지 펌프에 포함된 복수의 스테이지들 중 하나의 스테이지를 통해서 출력되는 전압을 바이패스 스위치의 게이트에 인가하도록 함으로써, 게이트에 인가되는 전압의 변화 범위를 수 Volt 내로 제한함으로써, 가격이 저렴한 low voltage 공정으로 바이어스 전압 공급 장치를 제조할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 멤스 마이프로폰 모듈의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 종래 기술의 일 예에 따른 바이어스 전원 공급 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 바이어스 전압 공급 장치의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 리드아웃 집적회로에 포함되고, 리드아웃 집적 회로에 포함된 나머지 구성을 통칭한 제어 모듈(100)로부터 메인 클록 및 바이패스 스위치 콘트롤 신호를 입력받아 동작함으로써, 멤스 센서로 바이어스 전압을 공급한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치는 메인 클록 생성기(430), 스위치 콘트롤 클록 생성기(410), 논리곱 게이트(420), 차지 펌프(440), 저항 트랜지스터(461) 및 커패시터(462)로 구성되는 LPF(Low Pass Filter), 및 저항 트랜지스터(461)의 양단에 연결되는 바이패스 스위치(450)를 포함하여 구성된다.
이하에서 설명하는, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에서는 바이어스 전원 공급 장치가 제어 모듈(100)로부터 1.5V의 클록 신호 및 스위치 콘트롤 신호를 입력받고, 멤스 센서로 10.5V의 바이어스 전압을 공급하는 경우를 예시적으로 설명한다.
먼저, 메인 클록 생성기(430)는 제어 모듈(100)로부터 1.5V의 메인 클록을 입력받고, 차지 펌프(440)의 각 스테이지로 1.5V의 메인 클록을 출력한다.
논리곱 게이트(420)는 제어 모듈(100)로부터 메인 클록 생성기(430)로 입력되는 메인 클록을 함께 입력받고, 제어 모듈(100)로부터 별도의 스위치 콘트롤 신호를 입력받아, 두 신호에 대해서 AND 연산을 수행하여 출력 신호를 스위치 콘트롤 클록 생성기(410)로 출력한다.
스위치 콘트롤 클록 생성기(410)는 논리곱 게이트(420)로부터 논리값 High 신호가 입력되면, 1.5V의 스위치 콘트롤 클록을 생성하여 차지 펌프(440)내의 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(449)로 출력한다.
차지 펌프(440)는 복수의 차지 펌프 스테이지(441~449)를 포함하여 구성되고, 각 차지 펌프 스테이지는 메인 클록 생성기(430)로부터 1.5V 메인 클록이 입력되면, 1.5V 범위 내에서 전압을 승압하여 출력한다.
제 1 실시예의 차지 펌프(440)는 8개의 차지 펌프 스테이지(441~449)를 구비하는데, 구체적으로, 차지 펌프 스테이지 1(441) 내지 차지 펌프 스테이지 7(447), 및 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(449)의 8개 스테이지를 포함한다.
메인 클록 생성기(430)로부터 1.5V 메인 클록이 각각의 차지 펌프 스테이지 1(441) ~ 차지 펌프 스테이지 7(447)로 입력되면, 차지 펌프 스테이지 1(441)은 0~1.5V 범위에서, 차지 펌프 스테이지 2(442)는 1.5~3V 범위에서, 차지 펌프 스테이지 3은 3~4.5V 범위에서, 차지 펌프 스테이지 4는 4.5~6V 범위에서, 차지 펌프 스테이지 5는 6~7.5V 범위에서, 차지 펌프 스테이지 6(446)은 7.5~9V 범위에서, 차지 펌프 스테이지 7(447)은 9~10.5V 범위에서 각각 차지 펌핑을 수행하여 전압을 승압한다. 차지 펌프 스테이지 7(447)은 저항 트랜지스터(461)의 소오스단과 연결되어, 메인 클록이 인가되지 않는 동안에는 9V를 저항 트랜지스터(461)의 소오스단으로 출력하고, 메인 클록이 인가되면 9V에서 10.5V로 승압되는 전압을 출력한다.
한편, 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(449)는 바이패스 스위치(450)의 온/오프를 제어하는 제어 전압을 출력한다. 구체적으로, 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(449)는 차지 펌프 스테이지 6(446)의 상단 레벨에 배치되어, 차지 펌프 스테이지 7(447)과 동일한 전압 레벨로 차지 펌핑하여, 스위치 콘트롤 클록 생성기(410)로부터 스위치 콘트롤 클록이 입력되지 않는 동안에는 바이패스 스위치(450)로 9V 전압을 출력하다가, 스위치 콘트롤 클록이 입력되면 9~10.5V 범위에서 전압을 승압하여 10.5V 전압을 출력한다.
한편, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에서, 바이패스 스위치(450)는 P-type FET로 구현되고, 소오스 및 드레인이 각각 저항 트랜지스터(461)의 양단에 연결되어, 스위치 온 상태에서 상술한 바와 같이 저항 트랜지스터(461)를 바이패스하도록 동작하고, 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(449)가 동작하여 바이패스 스위치(450)의 게이트에 10.5V의 전압이 인가되면 스위치 오프된다.
한편, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에서, 저항 트랜지스터(461)는 P-type FET로 구현되고, 게이트와 드레인이 직접 연결되어 항상 cut-off 영역에서 동작함으로써, 소오스와 드레인 사이를 연결하는 큰 저항으로서 작용한다. 상술한 바와 같이, 저항 트랜지스터(461)와 커패시터(462)는 LPF를 구성하여, 멤스 센서로의 노이즈를 차단한다. 여기서, 도 4에 도시된 저항 트랜지스터(461)는 P-type FET로 구현되었으나, 게이트와 소오스 또는 게이트와 드레인을 직접 연결함으로써 cut-off 영역에서 큰 저항으로서 동작할 수 있는 구성이라면 N-type FET로 구현될 수도 있음을 주의해야 한다. 아울러, 저항 트랜지스터(461)의 경우 후술하는 제 2 실시예 내지 제 4 실시예에서도 동일하게 적용된다.
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 바이어스 전원 공급 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 멤스 모듈의 동작이 개시되면 제어 모듈(100)로부터 메인 클록이 메인 클록 생성기(430) 및 논리곱 게이트(420)로 입력되고, 메인 클록 생성기(430)는 1.5V 메인 클록을 생성하여 차지 펌프(440)의 차지 펌프 스테이지 1(441) ~ 차지 펌프 스테이지 7(447)로 각각 출력한다.
이 때, 제어 모듈(100)로부터 논리곱 게이트(420)로 입력되는 스위치 콘트롤 신호는 0 (논리값 Low)으로 유지되어 논리곱 게이트(420)의 출력 신호는 스위치 콘트롤 클록 생성기(410)로 입력되지 않는다(또는 논리값 Low 가 입력된다). 따라서, 스위치 콘트롤 클록 생성기(410)로부터 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(449)로 클록 신호는 입력되지 않고, 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(449)로부터 바이패스 스위치(450)의 게이트에는 9V 전압이 인가된다.
한편, 메인 클록을 입력받은 차지 펌프 스테이지 1(441) ~ 차지 펌프 스테이지 7(447)은 1.5V 범위 내에서 승압을 시작하고, 차지 펌프 스테이지 7(447)에서 바이패스 스위치(450)의 소오스 단 및 저항 트랜지스터(461)의 소오스 단에 인가되던 전압은 9V에서 10.5V로 상승하기 시작한다.
이 때, 바이패스 스위치(450)의 소오스 단의 전압이 게이트 전압 9V보다 높아지게 되므로, 바이패스 스위치(450)는 스위치 온 상태가 되고, 차지 펌프 스테이지 1(441) ~ 차지 펌프 스테이지 7(447)에 의해서 출력되는 10.5V 전압은 저항 트랜지스터(461)를 통하지 않고 바이패스 스위치(450)를 통해서 직접 멤스 센서 측으로 전달됨으로써 멤스 센서로 출력되는 바이어스 전압의 셋틀링 타임이 단축된다.
한편, 제어 모듈(100)은 차지 펌프 스테이지 1(441)의 전압이 1.5V에 도달하는 것을 감지하거나(즉, 각 차지 펌프 스테이지의 전압 상승이 완료된 것을 감지하거나), 차지 펌프 스테이지들의 전압 승압이 완료되기에 충분한 시간(사전에 정의된 시간)이 경과하면 스위치 콘트롤 신호(논리값 High에 대응됨)를 논리곱 게이트(420)로 출력한다.
논리곱 게이트(420)는 메인 클록과 스위치 콘트롤 신호를 AND 연산하여 그 출력(논리값 High)을 스위치 콘트롤 클록 생성기(410)로 출력하고, 스위치 콘트롤 클록 생성기(410)는 1.5V 스위치 콘트롤 클록을 생성하여 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(449)로 출력한다.
스위치 콘트롤 클록을 입력받은 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(449)는 9V에서 10.5V로 전압을 승압하여 바이패스 스위치(450)의 게이트로 인가하고, 바이패스 스위치(450)는 소오스 단에 10.5V가 인가된 상태에서, 게이트에 10.5V가 인가되었으므로 P-type FET로 구현된 바이패스 스위치(450)는 스위치 오프 상태가 된다.
바이패스 스위치(450)가 스위치 오프 상태가 되면, 차지 펌프 스테이지 1~7(441~447)을 통해서 출력되는 전압은 저항 트랜지스터(461)를 통해서 멤스 센서로 바이어스 전압으로서 전달되고, 큰 저항을 갖는 저항 트랜지스터(461)와 커패시터(462)가 LPF를 구성하여 pole 주파수를 수 Hz 대역으로 이동시키므로 바이어스 전압 인가시의 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에서, 바이패스 스위치(450)는 9V~10.5V의 1.5V 범위 내에서 변화하는 게이트 전압이 인가되므로, Low-voltage Device로 구현이 가능하다. 따라서, 본 발명의 바이어스 전압 공급 장치는 Low-voltage 공정으로 제작이 가능하면서도, 저주파수 영역까지의 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치의 구조 및 동작을 설명하였다.
이하에서, 설명할 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치는 n-type FET로 바이패스 스위치(550)를 구현하였고, 이를 위해서 차지 펌프 스테이지들의 구성이 변경된 점을 제외하면 나머지 구성은 제 1 실시에와 동일하다. 따라서, 이하에서는 제 1 실시예와의 차이점을 중심으로 제 2 실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치는 메인 클록 생성기(530), 스위치 콘트롤 클록 생성기(510), 반전기(525), 논리곱 게이트(520), 차지 펌프(540), 저항 트랜지스터(561) 및 커패시터(562)로 구성되는 LPF(Low Pass Filter), 및 저항 트랜지스터(561)의 양단에 연결되는 바이패스 스위치(550)를 포함하여 구성된다. 상기한 구성에서 바이패스 스위치(550), 반전기(525), 및 차지 펌프(540)를 제외한 나머지 구성은 제 1 실시예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
제 2 실시예에서 반전기는 제어 모듈(100)로부터 입력되는 스위치 콘트롤 신호를 반전하여 논리곱 게이트(520)로 출력한다.
또한, 차지 펌프(540)는 차지 펌프 스테이지 1(541) 내지 차지 펌프 스테이지 7(547), 및 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(549)의 8개 스테이지를 포함하여 구성되고, 차지 펌프 스테이지 1(541) 내지 차지 펌프 스테이지 7(547)은 메인 클록 생성기(530)로부터 1.5V 메인 클록이 입력되면 1.5V 범위 내에서 전압을 승압하여 출력하고, 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(549)는 스위치 콘트롤 클록 생성기(510)로부터 스위치 콘트롤 클록이 입력되면 1.5V 범위 내에서 전압을 승압하여 출력한다.
제 1 실시예와 마찬가지로, 메인 클록 생성기(530)로부터 1.5V 메인 클록이 각각의 차지 펌프 스테이지 1 내지 7(541~547)로 입력되면, 각 차지 펌프 스테이지들(541~547)은 제 1 실시예의 차지 펌프 스테이지들(441~447)과 동일한 전압 범위 내에서 전압을 승압한다(예컨대, 차지 펌프 스테이지 7(547)은 9~10.5V 범위에서 차지 펌핑을 수행하여 전압을 승압한다). 차지 펌프 스테이지 7(547)은 저항 트랜지스터(561)의 소오스단과 연결되어, 메인 클록이 인가되지 않는 동안에는 9V를 저항 트랜지스터(561)의 소오스 단으로 출력하고, 메인 클록이 인가되면 9V에서 10.5V로 승압되는 전압을 출력한다.
한편, 제 1 실시예와 달리, 제 2 실시예의 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(549)는 차지 펌프 스테이지 7(547) 보다 높은 전압 레벨에 배치되어, 바이패스 스위치(550)의 동작을 제어하는 제어 전압을 출력한다. 구체적으로, 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(549)는 스위치 콘트롤 클록 생성기(510)로부터 스위치 콘트롤 클록이 입력되지 않는 동안에, 바이패스 스위치(550)로 10.5V 전압을 출력하다가, 스위치 콘트롤 클록이 입력되면 10.5V~12V 범위에서 전압을 승압하여 12V 전압을 바이패스 스위치(550)의 게이트로 출력한다.
바이패스 스위치(550)는 N-type FET로 구현된다는 점에서 제 1 실시예와 차이가 있다. 바이패스 스위치(550)는 바이어스 전압 공급이 시작되는 시점에는 스위치 온 상태에 있다가, 바이어스 전압의 셋틀링 타임이 경과된 시점에서는 스위치 오프된다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 멤스 모듈의 동작이 개시되면 제어 모듈(100)로부터 메인 클록이 메인 클록 생성기(530) 및 논리곱 게이트(520)로 입력되고, 0(논리값 Low)으로 설정된 스위치 콘트롤 신호가 반전기(525)로 입력된 후, 1(논리값 High)로 변환되어 논리곱 게이트(520)로 입력되면, 논리곱 게이트(520)는 AND 연산을 수행한 결과 신호(논리값 High)를 스위치 콘트롤 클록 생성기(510)로 출력한다.
메인 클록 생성기(530)는 1.5V 메인 클록을 생성하여 차지 펌프(540)의 차지 펌프 스테이지 1(541) ~ 차지 펌프 스테이지 7(547) 로 각각 출력한다. 또한, 스위치 콘트롤 클록 생성기(510)도 스위치 콘트롤 클록을 생성하여 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(549)로 출력한다.
메인 클록이 입력되기 전에 차지 펌프 스테이지 7(547)은 9V 전압을 저항 트랜지스터(561)의 소오스 단으로 인가하고 있고, 스위치 콘트롤 클록이 입력되기 전에 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(549)는 10.5V를 N-type FET로 구현된 바이패스 스위치(550)의 게이트로 인가하고 있다. 따라서, 바이패스 스위치(550)는 스위치 온 상태에 있다.
그런데, 차지 펌프 스테이지 1~7(541~547)이 메인 클록을 입력받아 승압을 시작하고, 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(549)가 스위치 콘트롤 클록을 입력받아 승압을 시작하면, 바이패스 스위치(550)의 소오스 단에 인가되는 전압이 9V에서 10.5V로 상승하고, 이와 동시에 게이트에 인가되는 전압이 10.5V에서 12V로 상승하므로, 바이패스 스위치(550)는 스위치 온 상태를 유지한다.
이 때, 차지 펌프 스테이지 1(541) ~ 차지 펌프 스테이지 7(547) 에 의해서 출력되는 10.5V 전압은 저항 트랜지스터(561)를 통하지 않고 바이패스 스위치(550)를 통해서 직접 멤스 센서 측으로 전달됨으로써 멤스 센서로 출력되는 바이어스 전압의 셋틀링 타임이 단축된다.
제 1 실시예와 마찬가지로, 제어 모듈(100)은 차지 펌프 스테이지 1(541)의 전압이 1.5V에 도달하는 것을 감지하거나, 차지 펌프 스테이지들의 전압 승압이 완료되기에 충분한 시간이 경과하면 스위치 콘트롤 신호 1(논리값 High)을 반전기(525)로 출력하고, 반전기에 의해서 0(논리값 Low)으로 반전된 신호가 논리곱 게이트(520)로 입력된다.
논리곱 게이트(520)는 메인 클록과 스위치 콘트롤 신호를 AND 연산하여 그 출력(논리값 Low)을 스위치 콘트롤 클록 생성기(510)로 출력하고, 스위치 콘트롤 클록 생성기(510)는 스위치 콘트롤 클록의 생성을 중단한다.
그러면, 스위치 콘트롤 클록을 입력받지 못한 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(549)가 바이패스 스위치(550)의 게이트로 인가하던 전압은 12V에서 10.5V로 떨어지고 바이패스 스위치(550)는 스위치 오프 상태가 된다.
바이패스 스위치(550)가 스위치 오프 상태가 되면, 차지 펌프 스테이지 1~7(541~547)을 통해서 출력되는 전압은 저항 트랜지스터(561)를 통해서 멤스 센서로 바이어스 전압으로서 전달되고, 큰 저항을 갖는 저항 트랜지스터(561)와 커패시터(562)가 LPF를 구성하여 pole 주파수를 수 Hz 대역으로 이동시키므로 바이어스 전압 인가시의 노이즈를 차단할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에서, 바이패스 스위치(550)는 10.5V~12V의 1.5V 범위 내에서 변화하는 게이트 전압이 인가되므로, Low-voltage Device로 구현이 가능하다. 따라서, 본 발명의 바이어스 전압 공급 장치는 Low-voltage 공정으로 제작이 가능하면서도, 저주파수 영역까지의 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 4에 도시된 제 1 실시예의 바이패스 스위치(450)를 제거하고, 저항 트랜지스터(661)를 항상 cut-off 모드에서 동작시키는 것이 아니라, 스위치 온/오프를 조절한다는 점에서만 제 1 실시예와 차이가 있고, 나머지 구성은 제 1 실시예와 동일하다. 따라서, 제 1 실시예와 차이나는 구성만을 중심으로 설명한다.
먼저, 제 3 실시예에 따른 저항 트랜지스터(661)는 P-type FET로 구현되어, 소오스는 차지 펌프 스테이지 7(647)에 연결되고 드레인은 멤스 센서측에 연결되며, 게이트는 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(649)에 연결된다.
도 4를 참조하여 설명한 것과 동일한 방식으로, 멤스 모듈의 동작이 개시되어, 스위치 콘트롤 클록이 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(649)로 입력되지 않는 상태에서, 메인 클록 생성기(630)가 1.5V 메인 클록을 생성하여 차지 펌프(640)의 차지 펌프 스테이지 1(641) ~ 차지 펌프 스테이지 7(647) 로 각각 출력하면, 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(649)로부터 저항 트랜지스터(661)의 게이트에는 9V 전압이 인가되고, 메인 클록을 입력받은 차지 펌프 스테이지 1(641) ~ 차지 펌프 스테이지 7(647) 은 1.5V 범위 내에서 승압을 시작하여, 차지 펌프 스테이지 7(647)에서 저항 트랜지스터(661)의 소오스 단에 인가되던 전압은 9V에서 10.5V로 상승하기 시작한다.
이 때, 저항 트랜지스터(661)의 소오스 단의 전압이 게이트 전압보다 높으므로, 저항 트랜지스터(661)는 스위치 온 상태가 되고, 차지 펌프 스테이지 1(641) ~ 차지 펌프 스테이지 7(647) 에 의해서 출력되는 10.5V 전압은 직접 멤스 센서 측으로 전달됨으로써 멤스 센서로 출력되는 바이어스 전압의 셋틀링 타임이 단축된다.
한편, 제어 모듈(100)은 차지 펌프 스테이지 1(641)의 전압이 1.5V에 도달하는 것을 감지하거나, 차지 펌프 스테이지들의 전압 승압이 완료되기에 충분한 시간이 경과하면, 스위치 콘트롤 신호(논리값 High에 대응됨)를 논리곱 게이트(620)로 출력하여 스위치 콘트롤 클록 생성기(610)로 하여금 1.5V 스위치 콘트롤 클록을 생성하여 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(649)로 출력하도록 한다.
스위치 콘트롤 클록을 입력받은 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(649)는 9V에서 10.5V로 전압을 승압하여 저항 트랜지스터(661)의 게이트로 인가하고, 저항 트랜지스터(661)의 소오스 단에 10.5V가 인가된 상태에서, 게이트에 10.5V가 인가되었으므로 P-type FET으로 구현된 저항 트랜지스터(661)는 스위치 오프 상태가 된다.
그러면, 차지 펌프 스테이지 1~7(641~647)을 통해서 출력되는 전압은 오프 상태인 저항 트랜지스터(661)를 통해서 멤스 센서측으로 바이어스 전압으로서 전달되고, 큰 저항을 나타내는 오프 상태의 저항 트랜지스터(661)와 커패시터(662)가 LPF를 구성하여 pole 주파수를 수 Hz 대역으로 이동시키므로 바이어스 전압 인가시의 노이즈를 차단할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에서, 저항 트랜지스터(661)는 9V~10.5V의 1.5V 범위 내에서 변화하는 게이트 전압이 인가되므로, Low-voltage Device로 구현이 가능하다. 따라서, 본 발명의 바이어스 전압 공급 장치는 Low-voltage 공정으로 제작이 가능하면서도, 저주파수 영역까지의 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있다.
한편, 제 3 실시예와 마찬가지로, 도 7에 도시된 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른 바이어스 전압 공급 장치는 도 5에 도시된 제 2 실시예의 바이패스 스위치(550)를 제거하고, 저항 트랜지스터(761)를 항상 cut-off 모드에서 동작시키는 것이 아니라, 스위치 온/오프를 조절한다는 점에서만 제 2 실시예와 차이가 있고, 나머지 구성은 제 2 실시예와 동일하다. 따라서, 제 2 실시예와 차이나는 구성만을 중심으로 설명한다.
먼저, 제 4 실시예에 따른 저항 트랜지스터(761)는 N-type FET로 구현되어, 소오스는 차지 펌프 스테이지 7(747)에 연결되고 드레인은 멤스 센서측에 연결되며, 게이트는 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(749)에 연결된다.
도 5를 참조하여 설명한 것과 동일한 방식으로, 멤스 모듈의 동작이 개시되어, 제어 모듈(100)로부터 메인 클록이 메인 클록 생성기(730) 및 논리곱 게이트(720)로 입력되고, 0(논리값 Low)으로 설정된 스위치 콘트롤 신호가 반전기(725)로 입력된 후, 1(논리값 High)로 변환되어 논리곱 게이트(720)로 입력되면, 논리곱 게이트(720)는 AND 연산을 수행한 결과 신호(논리값 High에 대응됨)를 스위치 콘트롤 클록 생성기(710)로 출력한다.
메인 클록 생성기(730)는 1.5V 메인 클록을 생성하여 차지 펌프 스테이지 1(741) ~ 차지 펌프 스테이지 7(747) 로 출력하고, 스위치 콘트롤 클록 생성기(710)는 1.5V 스위치 콘트롤 클록을 생성하여 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(749)로 출력한다.
메인 클록이 입력되기 전에 차지 펌프 스테이지 7(747)은 9V 전압을 저항 트랜지스터(761)의 소오스 단으로 인가하고 있고, 스위치 콘트롤 클록이 입력되기 전에 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(749)는 10.5V를 N-type FET로 구현된 저항 트랜지스터(761)의 게이트로 인가하고 있다. 따라서, 저항 트랜지스터(761)는 스위치 온 상태에 있다.
그런데, 차지 펌프 스테이지 1~7(741~747)이 메인 클록을 입력받아 승압을 시작하고, 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(749)가 스위치 콘트롤 클록을 입력받아 승압을 시작하면, 저항 트랜지스터(761)의 소오스 단에 인가되는 전압이 9V에서 10.5V로 상승하고, 이와 동시에 게이트에 인가되는 전압이 10.5V에서 12V로 상승하므로, 저항 트랜지스터(761)는 스위치 온 상태를 유지한다.
이 때, 차지 펌프 스테이지 1(741) ~ 차지 펌프 스테이지 7(747) 에 의해서 출력되는 10.5V 전압은 직접 멤스 센서 측으로 전달됨으로써 멤스 센서로 출력되는 바이어스 전압의 셋틀링 타임이 단축된다.
제 2 실시예와 마찬가지로, 제어 모듈(100)은 차지 펌프 스테이지 1(741)의 전압이 1.5V에 도달하는 것을 감지하거나, 차지 펌프 스테이지들의 전압 승압이 완료되기에 충분한 시간이 경과하면 스위치 콘트롤 신호 1(논리값 High)을 반전기(725)로 출력함으로써 스위치 콘트롤 클록 생성기(710)로 하여금 스위치 콘트롤 클록의 생성을 중단하도록 한다.
그러면, 스위치 콘트롤 클록을 입력받지 못한 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지(749)가 저항 트랜지스터(761)의 게이트로 인가하던 전압이 12V에서 10.5V로 떨어지고 저항 트랜지스터(761)는 스위치 오프 상태가 된다.
저항 트랜지스터(761)가 스위치 오프 상태가 되면, 차지 펌프 스테이지 1~7(741~747)을 통해서 출력되는 전압은 저항 트랜지스터(761)를 통해서 멤스 센서측으로 바이어스 전압으로서 전달되고, 큰 저항을 갖는 오프 상태의 저항 트랜지스터(761)와 커패시터(762)가 LPF를 구성하여 pole 주파수를 수 Hz 대역으로 이동시키므로 바이어스 전압 인가시의 노이즈를 차단할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에서, 바이패스 스위치는 10.5V~12V의 1.5V 범위에서 변화하는 게이트 전압이 인가되므로, Low-voltage Device로 구현이 가능하다. 따라서, 본 발명의 바이어스 전압 공급 장치는 Low-voltage 공정으로 제작이 가능하면서도, 저주파수 영역까지의 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 제어 모듈
410,510,610,710 : 스위치 콘트롤 클록 생성기
420,520,620,720 : 논리곱 게이트
525,725 : 반전기
430,530,630,730 : 메인 클록 생성기
440,540,640,740 : 차지 펌프
441,541,641,741 : 차지 펌프 스테이지 1
446,546,646,746 : 차지 펌프 스테이지 6
447,547,647,747 : 차지 펌프 스테이지 7
449,549,649,749 : 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지
450,550 : 바이패스 스위치
461,561,661,761 : 저항 트랜지스터
462,562,662,762 :커패시터

Claims (13)

  1. 메인 클록을 생성하는 메인 클록 생성기;
    스위치 콘트롤 클록을 생성하는 스위치 콘트롤 클록 생성기;
    상기 메인 클록에 따라서 전압을 승압하여 멤스 센서로 공급되는 바이어스 전압을 출력하는 복수의 차지 펌프 스테이지들, 및 상기 스위치 콘트롤 클록에 따라서 바이패스 스위치를 제어하기 위한 제어 전압을 출력하는 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지를 포함하는 차지 펌프;
    cut-off 영역에서 동작하고, 상기 차지 펌프로부터 바이어스 전압을 인가받아 멤스 센서측으로 전달하는 저항 트랜지스터;
    상기 저항 트랜지스터와 연결되어 LPF(Low Pass Filter)를 구성하는 커패시터; 및
    상기 저항 트랜지스터의 소오스 및 드레인 양단에 연결되고, 상기 제어 전압을 인가받아, 스위치 온되어 상기 바이어스 전압을 직접 멤스 센서로 전달하거나, 스위치 오프되어 상기 바이어스 전압이 상기 저항 트랜지스터를 통해서 멤스 센서로 전달되도록 하는 상기 바이패스 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지는 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들 중 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지와 동일한 전압 범위 내에서 전압을 승압하여 출력하는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 바이패스 스위치는 P-type FET로 구현되고, 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지에서 출력되는 전압은 게이트에 인가되고, 상기 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지에서 출력되는 전압은 소오스에 인가되는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    멤스 센서로 바이어스 전압 공급이 개시되면, 상기 메인 클록 생성기만 메인 클록을 생성하여 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들로 출력함으로써, 상기 바이패스 스위치를 온시키고,
    상기 복수의 차지 펌프 스테이지의 전압 상승이 완료된 것을 감지하거나 사전에 정의된 시간이 경과하면, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 스위치 콘트롤 클록을 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로 출력하여 상기 바이패스 스위치를 오프시키는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지는 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들 중 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지보다 높은 전압 범위 내에서 전압을 승압하여 출력하는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 바이패스 스위치는 N-type FET로 구현되고, 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지에서 출력되는 전압은 게이트에 인가되고, 상기 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지에서 출력되는 전압은 소오스에 인가되는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    멤스 센서로 바이어스 전압 공급이 개시되면, 상기 메인 클록 생성기가 메인 클록을 생성하여 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들로 출력하고, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 스위치 콘트롤 클록을 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로 출력함으로써 상기 바이패스 스위치를 온시키고,
    상기 복수의 차지 펌프 스테이지의 전압 상승이 완료된 것을 감지하거나 사전에 정의된 시간이 경과하면, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로의 스위치 콘트롤 클록 출력을 중단하여 상기 바이패스 스위치를 오프시키는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저항 트랜지스터는 게이트와 소오스가 직접 연결되거나 게이트와 드레인이 직접 연결되어, 항상 cut-off 영역에서 소오스와 드레인간을 연결하는 저항으로서 동작하는 FET인 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  9. 메인 클록을 생성하는 메인 클록 생성기;
    스위치 콘트롤 클록을 생성하는 스위치 콘트롤 클록 생성기;
    상기 메인 클록에 따라서 전압을 승압하여 멤스 센서로 공급되는 바이어스 전압을 출력하는 복수의 차지 펌프 스테이지들, 및 상기 스위치 콘트롤 클록에 따라서 저항 트랜지스터를 제어하기 위한 제어 전압을 출력하는 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지를 포함하는 차지 펌프;
    상기 제어 전압에 따라서 스위치 온 또는 스위치 오프되고, 상기 차지 펌프로부터 바이어스 전압을 인가받아 멤스 센서측으로 전달하는 저항 트랜지스터; 및
    상기 저항 트랜지스터와 연결되어 LPF(Low Pass Filter)를 구성하는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지는 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들 중 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지와 동일한 전압 범위 내에서 전압을 승압하여 출력하는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 저항 트랜지스터는 P-type FET로 구현되고,
    멤스 센서로 바이어스 전압 공급이 개시되면, 상기 메인 클록 생성기만 메인 클록을 생성하여 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들로 출력함으로써, 상기 저항 트랜지스터를 온시키고,
    상기 복수의 차지 펌프 스테이지의 전압 상승이 완료된 것을 감지하거나 사전에 정의된 시간이 경과하면, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 스위치 콘트롤 클록을 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로 출력하여 상기 저항 트랜지스터를 오프시키는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지는 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들 중 최상위 전압 레벨의 차지 펌프 스테이지보다 높은 전압 범위 내에서 전압을 승압하여 출력하는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 저항 트랜지스터는 N-type FET로 구현되고,
    멤스 센서로 바이어스 전압 공급이 개시되면, 상기 메인 클록 생성기가 메인 클록을 생성하여 상기 복수의 차지 펌프 스테이지들로 출력하고, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 스위치 콘트롤 클록을 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로 출력함으로써 상기 저항 트랜지스터를 온시키고,
    상기 복수의 차지 펌프 스테이지의 전압 상승이 완료된 것을 감지하거나 사전에 정의된 시간이 경과하면, 상기 스위치 콘트롤 클록 생성기가 상기 스위치 콘트롤 차지 펌프 스테이지로의 스위치 콘트롤 클록 출력을 중단하여 상기 저항 트랜지스터를 오프시키는 것을 특징으로 하는 바이어스 전압 공급 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150073105A (ko) * 2013-12-20 2015-06-30 인피니언 테크놀로지스 아게 제어형 피드백 차지 펌프를 위한 시스템 및 방법
KR101786205B1 (ko) * 2014-10-16 2017-10-17 인피니언 테크놀로지스 아게 전압 생성기 및 전압 생성기의 바이어싱

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