KR19990025539A

KR19990025539A - 아나로그-디지털 변환기의 프로그래머블 기준전압발생회로

Info

Publication number: KR19990025539A
Application number: KR1019970047204A
Authority: KR
Inventors: 김도윤; 백승범
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 1999-04-06

Abstract

절대입력 범위에 대한 출력 코드를 만들 수 있는 ADC에서 기준 전압이 공정변화에 무관하도록 하는 ADC의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로를 개시한다.

본 발명의 ADC의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로는, 밴드 갭 기준 회로부, 연산증폭기, 제1 트랜지스터, 피드백전압 발생 저항, 전류 반복기, 제2 트랜지스터 및 프로그래머블 기준 전압 발생부를 구비한다. 상기 밴드 갭 기준 회로부는 전원 전압과 온도변화에 무관하게 기준전압을 만든다. 상기 연산증폭기는 상기 밴드 갭 기준 회로의 출력을 '+' 입력에 받는다. 상기 제1 트랜지스터는 상기 연산증폭기에 의해 개폐되어 전류를 생성시킨다. 상기 피드백전압 발생 저항은 상기한 전류가 흘러 발생된 전압을 상기 연산증폭기의 '-'입력에 피드백시킨다. 상기 전류 반복기는 상기 연산증폭기의 출력에 의해 발생된 전류를 반복시켜 동일한 전류값을 만든다. 상기 제2 트랜지스터는 상기 연산증폭기에 의해 개폐되어 전류를 생성시킨다. 상기 프로그래머블 기준 전압 발생부는 소정갯수의 저항과 프로그래머블 트리밍 회로를 구비하여 상기 제2 트랜지스터에 의해 생성된 전류로 저항값에 따라 기준 전압을 만든다.

따라서, 본 발명에 의하면, 저항을 프로그래밍으로 조정하는 프로그래머블 트리밍회로를 사용하여 저항을 트리밍하는 공정없이도 정확한 기준전압을 제어하며, 고정밀 ADC에 있어서 절대입력 범위에 대한 출력 코드를 만들 수 있다.

Description

아나로그-디지털 변환기의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로

본 발명은 아나로그-디지털 변환기에 관한 것으로, 특히 아나로그-디지털 변환기의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고정확도의 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Converter : 이하 ADC)를 구현하기 위해서는, 고정밀의 기준 전압(Reference Voltage)을 유지해야만 한다. 아날로그 회로에서는 흔히 전원 전압의 변동과 온도변화의 영향을 받지 않은 안정한 기준 전압이 필요하기 때문이다.

고정확도의 ADC는 집적회로(Intergrated Circuit : 이하 IC)의 외부에서 제너 다이오드를 이용하여 제너 기준(Zener Reference)으로 기준 전압을 형성하거나, 밴드 갭 기준 회로에 의해 밴드 갭 기준(Bandgap Reference)으로 기준 전압을 만들어서 사용하게 된다.

도 1 은 종래 기술의 ADC의 기준 전압 발생 회로이다. 도면을 참조하면, 종래의 기준 전압 발생 회로는 밴드 갭 기준 회로(100), 연산 증폭기(110), 제1 트랜지스터(112), 피드백전압 발생 저항(R1), 전류 반복기(Current Repeater:120), 제2 트랜지스터(122) 및 기준 전압 발생부(130)을 구비한다. 상기 밴드 갭 기준 회로(100)는 전원 전압과 온도변화에 무관하게 기준전압을 만든다. 상기 연산증폭기(110)는 상기 밴드 갭 기준 회로의 출력(V_BGR)을 '+' 입력에 받는다. 상기 제1 트랜지스터(112)는 상기 연산증폭기(110)에 의해 개폐되어 전류(i1)를 생성시킨다. 상기 피드백전압 발생 저항(R1)은 전류(I1)가 흘러 발생된 전압을 상기 연산증폭기의 '-'입력에 피드백시킨다. 상기 전류 반복기(120)는 상기 연산증폭기의 출력에 의해 발생된 전류(i1)를 반복시켜 동일한 전류값을 만든다. 상기 제2 트랜지스터(122)는 상기 연산증폭기(110)에 의해 개폐되어 전류(I2)를 생성시킨다. 상기 기준 전압 발생부(130)는 상기 제2 트랜지스터에 의해 생성된 전류로 저항값(R2, R3, R4)에 따라 기준 전압(Vp, Vm, Vn)을 만든다.

도 1 에서 전류 I1과 I2는 다음 식과 같다.

I1=V_BGR/R1

I2=V_p/(R2+R3+R4)

여기서, 전류 반복기의 특성이 이상적이라고 가정하면, I1 = I2로 놓을 수 있다. 따라서, 각 ADC에서 필요로 하는 기준 전압(Vp, Vm, Vn)은 밴드 갭 전압의 저항 비율 값(ratio factor)으로 나타나게 되어 저항의 공정변화와 온도변화 등에 무관하게 된다. 예를 들어, 기준 전압 Vp는 다음 식과 같이 표현할 수 있다.

V_p=V_BGR×(R2+R3+R4)/R1

하지만, 절대입력 범위(absolute input range)가 결정되어 출력 코드가 결정된 사양이 있을 수 있다. 예를들어, V_p가 1.5V가 되어야 한다면 V_BGR이 약 1.2V가 나와주면 저항비로서 만들어 낼 수가 있다. 그러나, 밴드 갭 기준 블록에서 항상 1.2V가 나올 수는 없다. 왜냐하면, 밴드 갭 기준은 온도와 전원전압에 대한 변화율은 좋게 만들 수 있지만, 공정산포까지 제어할 수는 없기 때문에 일반적으로, 실행 대 실행(run to run), 샘플 대 샘플 변동(sample to sample variation)은 생기기 마련이고, 실제로 이 변화가 가장 심하게 나타난다.

신호처리를 하게되는 ADC는 절대입력전압 범위에 출력이 완전하게 매칭(matching)이 되지 않아도 된다. 그것은 아날로그 신호처리를 하는 시스템(System)에서 오프-셋(Offset)을 보상한다든가, 이득 에러(Gain Error)가 있어도 자동 이득 조절(Automatic Gain Control : AGC)기능을 내장한다든가하여 ADC의 절대적인 값이 그리 중요하게 관리되지 않을 수도 있다. 따라서, ADC 사양에 입력 전압범위를 고정된 절대 입력값보다는 전체 범위(Full Scale)의 몇 % 입력일 때, 출력 코드(Code)는 XXXX라고 표기하게 되고, 이득 에러는 ±몇 % 라고 표시하게 된다. 이 이득 에러가 결국 기준전압의 변화율을 의미한다. 이러한 아날로그 신호처리용에서 사용되는 ADC는 절대적인 입력범위에 대한 출력보다도 정확도를 따지는 선형성 에러(Linearity Error)를 중요하게 취급하고 있다.

그런데, 이러한 아날로그 신호처리 시스템에서 사용되는 용도가 아니고, 어떤 절대적인 입력범위를 디지탈 코드로 변환시켜야 할 경우가 있다. 예를들어, 직류 값(DC Value)를 측정해야 하는 디지탈 멀티미터(Digitla Multi-Meter), 전원전압 레벨을 측정해야 하는 경우, 온도 등을 측정하는 직류 측정 장치(DC Measurement System)에서는 절대적인 입력범위에 대한 출력 코드가 항상 매핑(Mapping)이 되어야만 한다. 이러한 직류 측정 장치중에서, 휴대용 무선 전화기의 전원 전압, 주위의 온도 등을 체크하여 마이크로 프로세서에 전달해주는 소위 범용 목적의 ADC(General Purpose ADC) 혹은 하우스 깊핑 ADC(House Keeping ADC)에 사용되어지는 ADC에 있어서 절대입력 범위에 대한 디지탈 코드 출력을 맞춰주는 기능은 특히 중요하다.

그런데, 온도와 전원전압의 변동에 무관하다는 밴드 갭 기준도 사실은 공정변화에는 변할 수밖에 없는 것이 현실이다. 따라서, 정확한 기준 전압을 만들기 위해 저항을 트리밍(trimming)하는 공정을 가미하게 된다. 하지만, 이렇게 하게되면, 원가가 상승하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 절대입력 범위에 대한 출력 코드를 만들 수 있는 ADC에서 기준 전압이 공정변화에 무관하도록 하는 ADC의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 절대입력 범위에 대한 출력 코드를 만들 수 있는 ADC에서 기준 전압이 공정변화에 무관하도록 하는 ADC의 프로그래머블 기준 전압의 발생 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술의 ADC의 기준 전압 발생 회로의 회로도이다.

도 2는 본 발명에 따른 ADC의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로의 회로도이다.

도 3은 도 2의 프로그래머블 트리밍 회로의 회로도이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 ADC의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로는, 밴드 갭 기준 회로부, 연산증폭기, 제1 트랜지스터, 피드백전압 발생 저항, 전류 반복기, 제2 트랜지스터 및 프로그래머블 기준 전압 발생부를 구비한다.

상기 밴드 갭 기준 회로부는 전원 전압과 온도변화에 무관하게 기준전압을 만든다.

상기 연산증폭기는 상기 밴드 갭 기준 회로의 출력을 '+' 입력에 받는다.

상기 제1 트랜지스터는 상기 연산증폭기에 의해 개폐되어 전류를 생성시킨다.

상기 피드백전압 발생 저항은 상기한 전류가 흘러 발생된 전압을 상기 연산증폭기의 '-'입력에 피드백시킨다.

상기 전류 반복기는 상기 연산증폭기의 출력에 의해 발생된 전류를 반복시켜 동일한 전류값을 만든다.

상기 제2 트랜지스터는 상기 연산증폭기에 의해 개폐되어 전류를 생성시킨다.

상기 프로그래머블 기준 전압 발생부는 소정갯수의 저항과 프로그래머블 트리밍 회로를 구비하여 상기 제2 트랜지스터에 의해 생성된 전류로 저항값에 따라 기준 전압을 만든다.

상기 프로그래머블 트리밍 회로는 디코더와, 스위치부 및 저항부를 구비한다.

상기 디코더는 상기 스위치부를 온/오프 시키도록 수 비트(Bit)의 입력을 받아 제어한다.

상기 스위치부는 저항의 연결을 제어할 수 있도록 상기 디코더와 연결된다.

상기 저항부는 기준 전압을 조정하도록 상기 스위치부와 연결된 저항들이 직렬연결된다.

상기 다른 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 ADC의 프로그래머블 기준 전압 발생 방법은,

프로그래머블 트리밍 회로를 내장한 프로그래머블 기준 전압 발생부를 구비한 ADC의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로에 있어서,

절대입력 범위에 대한 출력 코드를 만들기 위하여, 상기 프로그래머블 트리밍 회로의 디코더에 수 비트의 입력을 넣어, 상기 프로그래머블 트리밍 회로의 저항부의 저항들에 연결된 상기 프로그래머블 트리밍 회로의 스위치부의 스위치를 온/오프 시킴으로써, 프로그래머블하게 기준 전압을 발생한다.

상기 프로그래머블 트리밍 회로의 디코더로의 입력을 프로그래밍으로 조절하여 기준전압을 조정한다.

상기 프로그래머블 트리밍 회로의 디코더의 입력은 조정의 정밀도에 따라 소정 비트로 설계한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 ADC의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 프로그래머블 기준 전압 발생 회로는, 밴드 갭 기준 회로(200)부, 연산증폭기(210), 제1 트랜지스터(212), 피드백전압 발생 저항(R1), 전류 반복기(220), 제2 트랜지스터(222) 및 프로그래머블 기준전압 발생부(240)를 구비한다.

상기 밴드 갭 기준 회로부(200)는 전원 전압과 온도변화에 무관하게 기준전압을 만든다. 상기 연산증폭기(210)는 상기 밴드 갭 기준 회로부(200)의 출력(V_BGR)을 '+' 입력에 받는다. 상기 제1 트랜지스터(212)는 상기 연산증폭기(210)에 의해 개폐되어 전류(I1)를 생성시킨다. 상기 피드백전압 발생 저항(R1)은 전류(I1)가 흘러 발생된 전압을 상기 연산증폭기의 '-'입력에 피드백시킨다. 상기 전류 반복기(220)는 상기 연산증폭기(210)의 출력으로 나온 전류를 반복시켜 동일한 전류값을 만든다. 상기 제2 트랜지스터(222)는 상기 연산증폭기(210)에 의해 개폐되어 전류(I2)를 생성시킨다.

상기 프로그래머블 기준 전압 발생부(240)는 저항(R2, R3)과 프로그래머블 트리밍 회로(245)를 구비하여 제2 트랜지스터에 의해 생성된 전류로 저항값(R2, R3)과 프로그래머블 트리밍 회로(245)에 따라 기준 전압(Vp, Vm, Vn)을 만든다.

도 3은 도 2의 프로그래머블 트리밍 회로의 회로도이다. 도 3을 참조하면, 프로그래머블 트리밍 회로(245)는 디코더(300), 저항부(310), 및 스위치부(320)을 구비한다.

상기 디코더(300)는 상기 스위치부(320)를 온/오프 시키도록 수 비트(Bit)의 입력을 받아 제어한다. 상기 스위치부(320)는 저항의 연결을 제어할 수 있도록 상기 디코더(300)와 연결된다. 상기 저항부(310)는 기준 전압을 조정하도록 상기 스위치부(320)와 연결된 저항들(R4, R5, R6, R7)이 직렬연결된다. 도 3 에서는 2개의 D_CON(디코더 콘트롤 신호)를 받아서, 4개의 출력을 내어주는 디코더(300)를 사용하였다. 예를 들어 디코더(300)가 C1을 온 시켰다면, V_p는 다음과 같이 만들 수가 있다.

V_p=V_BGR×(R2+R3+R4+R5)/R1

따라서, 절대 입력범위에 기준 전압을 프로그래밍할 수 있게 만들 수가 있다.

디코더(300)는 기준 전압 조정의 정밀도에 따라, 몇 개의 입력을 받도록 하든지 상관이 없다. 예를 들어, 3개의 입력을 받아 3×8 디코더를 사용한다면, 8개의 조정신호(Control Signal)를 만들 수가 있다. 따라서, 밴드 갭 기준가 △A [V]씩 가변한다고 가정하면, △A/8 [V]씩 변환시킬 수가 있게 된다.

이렇게 하면, 저항을 트리밍하는 공정 없이도 트리밍하는 효과를 볼 수 있어, 원가 부담이 없게되고, 또한 종래기술에 비해 훨씬 정확한 ADC를 구현할 수 있으면서, 생산성(수율)을 높일 수 있는 장점이 있다.

본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야의 통상적 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 저항을 프로그래머블로 조정하는 프로그래머블 트리밍 회로를 사용하여 저항을 트리밍하는 공정없이도 정확한 기준전압을 제어하며, 고정밀 ADC에 있어서 절대입력 범위에 대한 출력 코드를 만들 수 있다.

Claims

전원 전압과 온도변화에 무관하게 기준전압을 만드는 밴드 갭 기준 회로부;

상기 밴드 갭 기준 회로의 출력을 '+' 입력에 받는 연산증폭기;

상기 연산증폭기의 출력으로 나온 전류를 반복시켜 동일한 전류값을 만드는 전류 반복기; 및

소정갯수의 저항과 프로그래머블 트리밍 회로를 구비하여 상기 프로그래머블 트리밍 회로에 의해 기준 전압이 발생하는 프로그래머블 기준 전압 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 아나로그 디지털 변환기의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로.
제1항에 있어서, 상기 프로그래머블 트리밍 회로는 기준 전압을 조정하도록 스위치부와 연결된 저항들이 직렬연결된 저항부;

상기 저항부의 저항의 연결을 제어할 수 있도록 상기 디코더와 연결된 스위치부; 및

상기 스위치부의 스위치들을 온/오프 시키도록 수 비트)의 입력을 받아 제어하는 디코더를 구비하는 것을 특징으로 하는 아나로그 디지털 변환기의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로.
제1항에 있어서, 상기 프로그래머블 트리밍 회로는 저항의 트리밍 공정없이 절대 입력범위에 해당는 기준 전압을 만들어주는 것을 특징으로 하는 아나로그 디지털 변환기의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로.
제1항에 있어서, 상기 프로그래머블 트리밍 회로는 몇 개의 조정신호를 받아 기준전압을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 아나로그 디지털 변환기의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로.
프로그래머블 트리밍 회로를 내장한 프로그래머블 기준 전압 발생부를 구비한 ADC의 프로그래머블 기준 전압 발생 회로에 있어서,

절대입력 범위에 대한 출력 코드를 만들기 위하여, 상기 프로그래머블 트리밍 회로의 디코더에 수 비트의 입력을 넣어, 상기 프로그래머블 트리밍 회로의 저항부의 저항들에 연결된 상기 프로그래머블 트리밍 회로의 스위치부의 스위치를 온/오프 시킴으로써, 프로그래머블하게 기준 전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 기준 전압 발생 방법.
제5항에 있어서, 상기 디코더로의 입력을 프로그래밍으로 조절하여 기준전압을 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 기준 전압 발생 방법.
제5항에 있어서, 상기 디코더의 입력은 조정의 정밀도에 따라 소정의 비트로 설계한 것을 특징으로 하는 프로그래머블 기준 전압 발생 방법.