KR102627676B1 - 오프셋이 발생하지 않는 가변 이득 커패시티브 증폭기 - Google Patents

오프셋이 발생하지 않는 가변 이득 커패시티브 증폭기 Download PDF

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Abstract

이득이 가변될 때 출력에 오프셋이 발생하지 않는 커패시티브 증폭기가 개시된다. 상기 커패시티브 증폭기는 OP 앰프, 상기 OP 앰프의 입력단에 연결되는 제 1 캐패시터 및 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되는 제 2 캐패시터들을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 캐패시터들은 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 고정되어 설치되는 제 2-1 캐패시터 및 상기 제 2-1 캐패시터와 병렬로 연결되는 적어도 하나의 제 2-2 캐패시터를 가지며, 상기 제 2-2 캐패시터는 스위칭 동작에 따라 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되거나 상기 입력단과 출력단 사이에 연결되지 않고 공통모드 전압에 연결된다.

Description

오프셋이 발생하지 않는 가변 이득 커패시티브 증폭기{CAPACITIVE AMPLIFIER FOR CHANGING GAIN WITHOUT OFFSET}
본 발명은 이득이 가변될 때 출력에 오프셋이 발생하지 않는 커패시티브 증폭기에 관한 것이다.
도 1은 종래의 커패시티브 증폭기의 회로 및 동작을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 커패시티브 증폭기는 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 스위칭 연결되는 캐패시터(C2-2,··, C2-N)를 이용하여 상기 커패시티브 증폭기의 이득을 가변시킬 수 있다.
그러나, 이러한 회로 구조에서는 캐패시터(C2-2,··, C2-N)가 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에서 연결되거나 분리될 때 캐패시터(C2-2,··, C2-N)에 저장된 전하가 그대로 남아 있게 된다. 결과적으로, 상기 커패시티브 증폭기의 이득은 가변되지만 출력은 잔존하는 전화로 인하여 새로운 이득에 맞추어 바로 변화되지 못하며, 이는 도 1의 우측 그래프에서 보여지는 바와 같이 출력의 오프셋(Offset)을 발생시키게 된다. 즉, 캐패시터(C2-2,··, C2-N)가 연결되고 분리될 때 캐패시터(C2-2,··, C2-N)가 완전히 방전되어 있지 않기 때문에 출력에 오프셋이 발생하게 된다.
KR 10-1619211 B
본 발명은 이득이 가변될 때 출력에 오프셋이 발생하지 않는 커패시티브 증폭기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 증폭기는 OP 앰프; 상기 OP 앰프의 입력단에 연결되는 제 1 캐패시터; 및 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되는 제 2 캐패시터들을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 캐패시터들은 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 고정되어 설치되는 제 2-1 캐패시터 및 상기 제 2-1 캐패시터와 병렬로 연결되는 적어도 하나의 제 2-2 캐패시터를 가지며, 상기 제 2-2 캐패시터는 스위칭 동작에 따라 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되거나 상기 입력단과 출력단 사이에 연결되지 않고 공통모드 전압에 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 커패시티브 증폭기는 OP 앰프; 상기 OP 앰프의 입력단에 연결되는 제 1 캐패시터; 및 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되는 제 2 캐패시터들을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 캐패시터들은 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 고정되어 설치되는 제 2-1 캐패시터 및 상기 제 2-1 캐패시터와 병렬로 연결되는 적어도 하나의 제 2-2 캐패시터를 가지고, 상기 제 2-2 캐패시터는 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에서 연결이 스위칭되며, 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에서 상기 제 2-2 캐패시터의 연결이 해제된 경우 상기 제 2-2 캐패시터에 충전된 전하가 방전되도록 하는 회로 구조가 구현된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 증폭기는 OP 앰프; 상기 OP 앰프의 입력단에 연결되는 제 1 캐패시터; 및 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되며 상호 병렬로 연결된 복수의 제 2 캐패시터들을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 캐패시터들 중 적어도 하나는 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되고, 상기 커패시티브 증폭기의 이득이 가변될 때 상기 연결된 제 2 캐패시터 중 적어도 하나는 방전되며, 상기 방전에 따라 상기 이득이 가변되더라도 상기 OP 앰프의 출력에 오프셋이 발생하지 않는다.
본 발명에 따른 이득 조절 회로를 사용하는 커패시티브 증폭기는 이득 조절시 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되는 캐패시터를 완전 방전시킨 후 입력 신호를 상기 OP 앰프로 입력시키므로, 이득을 가변시키더라도 출력에 오프셋이 발생하지 않을 수 있다.
도 1은 종래의 커패시티브 증폭기의 회로 및 동작을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 증폭기의 회로를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 커패시티브 증폭기의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 커패시티브 증폭기의 회로를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 이득이 가변될 때 출력에 오프셋이 발생하지 않는 커패시티브 증폭기에 관한 것으로서, 이러한 효과를 위하여 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에서 스위칭되는 캐패시터를 완전 방전시키는 구조로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 증폭기의 회로를 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 커패시티브 증폭기의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 커패시티브 증폭기는 OP 앰프(200), 제 1 캐패시터(C1) 및 제 2 캐패시터들(C2-1, C2-2,‥, C2-N)을 포함할 수 있다. 여기서, N은 2이상의 정수이다.
OP 앰프(200)의 반전 단자(-)에 제 1 캐패시터(C1)가 연결되며, 즉 입력단에 제 1 캐패시터(C1)가 연결될 수 있다. 결과적으로, 입력 신호가 제 1 캐패시터(C1)를 거쳐서 OP 앰프(200)로 입력된다. 또한, OP 앰프(200)의 비반전 단자(+)는 접지에 연결될 수 있다. 한편, OP 앰프(200)의 반전 단자(-)는 특정 전압으로 바이어스되어 있다.
제 2 캐패시터들은 OP 앰프(200)의 입력단과 출력단 사이에 고정적으로 연결된 제 2-1 캐패시터(C2-1) 및 스위칭되며 상호 병렬로 연결되는 적어도 하나의 제 2-2 캐패시터(C2-2,‥, C2-N)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 2-2 캐패시터들(C2-2,‥, C2-N)은 제 2-1 캐패시터(C2-1)와 병렬로 연결되며, 상호 병렬로 연결될 수 있다. 이 때, 제 2-2 캐패시터들(C2-2,‥, C2-N) 각각은 OP 앰프(200)의 입력단과 출력단 사이에 스위칭적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 2-2 캐패시터(C2-2)와 OP 앰프(200)의 출력단 사이에 제 1 스위치(S1)가 연결될 수 있다. 결과적으로, 제 1 스위치(S1)가 온되면 제 2-2 캐패시터(C2-2)가 제 2-1 캐패시터(C2-1)와 병렬로 연결된다.
이러한 방식으로 제 2-2 캐패시터들(C2-2,‥, C2-N) 중 적어도 일부가 제 2-1 캐패시터(C2-1)와 병렬로 연결될 수 있다. 물론, 제 2 캐패시터들(C2-2,‥, C2-N)과 연결된 제 1 스위치들이 모두 오프되면 제 2-1 캐패시터(C2-1)만 OP 앰프(200)의 입력단과 출력단 사이에 연결되게 된다.
이러한 회로 구조에서, 상기 커패시티브 증폭기의 이득은 제 1 캐패시터(C1)의 캐패시턴스와 제 2 캐패시터들(C2-1, C2-2,‥, C2-N)의 의해 형성되는 캐패시턴스의 비율로 결정될 수 있다. 따라서, 제 2-2 캐패시터들(C2-2,‥, C2-N)을 스위칭시켜 상기 증폭기의 이득을 조절할 수 있다.
위에서 언급하지 않았지만, 상기 커패시티브 증폭기는 제어부(미도시)를 더포함할 수 있으며, 상기 제어부는 제어 신호들(sel, 예를들어 sel1 내지 selN)을 제 2-2 캐패시터들(C2-2,‥, C2-N)에 연결된 제 1 스위치들로 제공하여 제 2-2 캐패시터들(C2-2,‥, C2-N)을 스위칭시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 2-2 캐패시터들(C2-2,‥, C2-N) 각각에는 OP 앰프(200)의 출력단으로 연결되는 제 1 스위치 이외에도 공통모드 전압에 연결될 수 있는 제 2 스위치가 존재할 수 있다. 예를 들어, 제 2-2 캐패시터(C2-2)와 OP 앰프(200)의 출력단 사이에 스위치(sel1)가 연결되고, 제 2-2 캐패시터(C2-2)와 접지 사이에 스위치(S1b)가 연결될 수 있다. 여기서, 상기 공통모드 전압은 OP 앰프(200)의 입력공통모드 전압과 동일할 수 있으며, 상기 입력공통모드 전압은 별도의 바이어스 회로(미도시)에 의해 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 동일한 제 2 캐패시터에 연결되는 제 1 스위치와 제 2 스위치는 상보적으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제 2-2 캐패시터(C2-2)와 OP 앰프(200)의 출력단 사이에 연결된 제 1 스위치(S1)가 턴-오프되면, 제 2-2 캐패시터(C2-2)와 접지 사이에 연결된 제 2 스위치(S2)가 턴-온될 수 있다. 이 때, 턴-오프/턴-온 동작은 동시에 수행될 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어 제 2-2 캐패시터(C2-2)와 OP 앰프(200)의 출력단 사이에 연결된 제 1 스위치(S1)이 턴-온되면 제 2-2 캐패시터(C2-2)와 접지 사이에 연결된 제2 스위치(S2)는 오프 상태일 수 있으며, 제 1 스위치(S1)이 턴-오프되면 제 2 스위치(S2)는 턴-온될 수 있다.
이러한 스위치들의 동작은 상기 제어부로부터 출력된 제어 신호들(sel1,‥, selNb)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(S1)로 입력되는 제어 신호(sel1)가 하이 로직을 가지면 제 2-2 캐패시터(C2-2)가 OP 앰프(200)의 입력단과 출력단 사이에 연결되어 상기 커패시티브 증폭기의 이득을 감소시킨다.
반면에, 제 1 스위치(S1)로 입력되는 제어 신호(sel1)가 로우 로직을 가지면 제 2-2 캐패시터(C2-2)가 접지에 연결될 수 있다. 이 경우, 제 2-2 캐패시터(C2-2)는 OP 앰프(200)로부터 분리된 구조를 가지게 되며, 제 2-2 캐패시터(C2-2)에 충전된 전하가 제 2-1 캐패시터(C2-1) 및 sel=high인 제 2-2 캐패시터로 이동된다. 따라서, OP 앰프(200)의 출력 신호가 커지며, 이러한 신호 특성은 도 3에서 확인할 수 있다.
즉, 상기 커패시티브 증폭기의 이득 가변시 제 2-2 캐패시터(C2-2)가 OP 앰프(200)의 입력단과 출력단 사이에서 연결되거나 분리되는데, 이 경우 제 2-2 캐패시터(C2-2)에 잔존하는 전하가 완전 방전되도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(S1)가 턴-오프되면서 제 2 스위치(S2)가 턴-온되면, 해당 제 2-2 캐패시터가 완전 방전될 수 있다. 이렇게 제 2-2 캐패시터(C2-2)의 완전 방전이 이루어지면, 새로운 이득에 맞는 적합한 출력 전압이 생성될 수 있다. 결과적으로, 도 3의 중간 그래프에서 보여지는 바와 같이 상기 커패시티브 증폭기의 이득을 가변시키더라도 상기 커패시티브 증폭기의 출력, 즉 OP 앰프(200)의 출력에 오프셋이 발생하지 않을 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어 신호(sel)의 제어를 통하여 이득을 변화시킬 때 OP 앰프(200)의 출력 신호의 오프셋 전압이 바뀌지 않으면서 증폭기의 이득은 원하는 값으로 변화되었음을 확인할 수 있다.
정리하면, 본 실시예의 커패시티브 증폭기는 OP 앰프(200)의 입력단과 출력단 사이에 고정된 제 2-1 캐패시터(C2-1) 및 이와 병렬로 연결되면서 OP 앰프(200)의 출력단과 접지 사이에서 연결이 스위칭되는 적어도 하나의 제 2-2 캐패시터를 포함하여 이득을 가변시키더라도 출력에 오프셋이 발생하지 않을 수 있다.
위에서는 고정되는 제 2-1 캐패시터가 하나였으나, 상호 병렬로 연결된 복수의 제 2-1 캐패시터들이 고정된 구조를 가질 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 커패시티브 증폭기의 회로를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 차동 증폭기에서는, OP 앰프를 기준으로 하여 상하 제 2 캐패시터들의 구조가 대칭적으로 또는 유사하게 배열될 수 있다. 상기 제 2 캐패시터들의 구조 및 동작은 위의 실시예에서와 유사하므로, 이하 설명을 생략한다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
200 : OP 앰프

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. OP 앰프;
    상기 OP 앰프의 입력단에 연결되는 제 1 캐패시터; 및
    상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되는 제 2 캐패시터들을 포함하되,
    상기 제 2 캐패시터들은 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 고정되어 설치되는 제 2-1 캐패시터 및 상기 제 2-1 캐패시터와 병렬로 연결되는 적어도 하나의 제 2-2 캐패시터를 가지고,
    상기 제 2-2 캐패시터는 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에서 연결이 스위칭되며,
    상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에서 상기 제 2-2 캐패시터의 연결이 해제된 경우 상기 제 2-2 캐패시터에 충전된 전하가 방전되도록 하는 회로 구조가 구현되고,
    상기 제 2-2 캐패시터의 전하는 상기 제 2-1 캐패시터로 이동함에 따라 상기 제 2-2 캐패시터가 방전되는 것을 특징으로 하는 커패시티브 증폭기.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서, 상호 병렬로 연결된 복수의 제 2-2 캐패시터들이 존재하는 경우 특정 제 2-2 캐패시터의 전하가 상기 제 2-1 캐피시터 또는 다른 제 2-2 캐패시터로 이동하여 상기 특정 제 2-2 캐패시터가 방전되는 것을 특징으로 하는 커패시티브 증폭기.
  7. 제4항에 있어서, 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에서 상기 제 2-2 캐패시터의 연결이 스위칭되되,
    상기 제 2-2 캐패시터가 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되었다가 해제되는 경우에 상기 제 2-2 캐패시터가 방전되는 것을 특징으로 하는 커패시티브 증폭기.
  8. 커패시티브 증폭기에 있어서,
    OP 앰프;
    상기 OP 앰프의 입력단에 연결되는 제 1 캐패시터; 및
    상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되며 상호 병렬로 연결된 복수의 제 2 캐패시터들을 포함하되,
    상기 제 2 캐패시터들 중 적어도 하나는 상기 OP 앰프의 입력단과 출력단 사이에 연결되고, 상기 커패시티브 증폭기의 이득이 가변될 때 상기 연결된 제 2 캐패시터 중 적어도 하나는 방전되며, 상기 방전에 따라 상기 이득이 가변되더라도 상기 OP 앰프의 출력에 오프셋이 발생하지 않고,
    상기 방전되는 제 2 캐패시터의 전하는 다른 제 2 캐패시터로 이동하는 것을 특징으로 하는 커패시티브 증폭기.
  9. 삭제
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