KR20000056247A - Circuit for compensating frequency characteristic Gm-C filter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 Gm-C 필터를 내장한 반도체 회로에 대한 것으로, 특히 반도체 제조 공정시 공정 산포로 인해 Gm-C 필터의 주파수 특성이 변동되는 것을 보상하는 Gm-C 필터의 주파수 특성 보상 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor circuit incorporating a Gm-C filter, and more particularly, to a frequency characteristic compensation circuit of a Gm-C filter for compensating for variation in frequency characteristics of a Gm-C filter due to process dispersion during a semiconductor manufacturing process. .
일반적으로, 핸드폰이나 무선호출기등의 이동통신용 단말기의 경우 단말기의 소형화는 무엇보다도 중요하다. 예컨대, 이동통신용 단말기에 이용되는 반도체 칩(Integrated Circuit:IC)에 필터를 내장한다면 단말기를 소형화하는 데 효과적일 수 있다. 가령, 필터가 칩과 별도로 외장하여 사용하면, 별도의 필터를 사용하므로 단말기의 부피가 커질뿐만 아니라 제품의 가격도 높게 된다. 또한, 외장하는 필터에 따라 임피던스 정합을 고려하여야 하며, 임피던스 정합이 정확하지 않으면 손실이 발생하게 된다는 문제점이 발생한다.In general, in the case of a mobile communication terminal such as a cellular phone or a wireless pager, miniaturization of the terminal is most important. For example, incorporating a filter in an integrated circuit (IC) used in a mobile communication terminal can be effective in miniaturizing the terminal. For example, if the filter is used separately from the chip, a separate filter is used to increase the volume of the terminal and the price of the product. In addition, impedance matching should be considered according to an external filter, and a problem occurs that loss occurs if impedance matching is not accurate.
이와같이, 필터를 외장하여 발생하는 여러가지 문제점을 보완하기 위해 필터를 칩에 내장하는 것이 현재의 추세이다. 그러나, 필터를 칩에 내장시 발생되는 가장 큰 문제점은 칩 제조시 공정 산포로인해 필터의 주파수 특성이 변동된다는 것이다. 예컨대, 통상적으로 쓰이는 지.엠.-씨.(Gm-C) 필터를 내장한 경우, 칩 제조시 공정 산포로 인해 상호 컨덕턴스(Gm) 값이나 커패시터(capacitor)의 값이 변할 수 있다. 이와 같이, Gm 값 또는 커패시터의 값의 변화로 인해 Gm-C 필터 설계시 설정하였던 Gm-C 필터의 주파수 특성이 10%이상 높은 변동을 보인다. 따라서, 이처럼 주파수 특성이 변화되는 것을 보상하기 위해 별도의 자동조절 회로를 추가해야 한다. 그러나, 자동 조절 회로의 추가는 칩 면적과 소비 전류가 증가된다는 또다른 문제점을 발생한다.As such, it is a current trend to embed a filter in a chip in order to compensate for various problems caused by the exterior of the filter. However, the biggest problem that occurs when the filter is embedded in the chip is that the frequency characteristics of the filter change due to the process dispersion during chip manufacturing. For example, when a conventional G.M.-C. (Gm-C) filter is embedded, the process dispersion during chip manufacturing may change the value of the mutual conductance (Gm) or the value of a capacitor. As described above, the frequency characteristic of the Gm-C filter set when designing the Gm-C filter due to the change in the Gm value or the capacitor value shows a high variation of 10% or more. Therefore, in order to compensate for such a change in frequency characteristics, an additional automatic regulation circuit must be added. However, the addition of automatic regulation circuits introduces another problem of increased chip area and current consumption.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 간단한 회로 구성을 통해, Gm-C 필터를 내장한 칩 제조시 공정 산포로 인해 Gm-C 필터의 주파수 특성 변동분을 보상하는 Gm-C 필터의 주파수 특성 보상 회로를 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a frequency characteristics compensation circuit of the Gm-C filter to compensate for the frequency characteristic variation of the Gm-C filter due to the process dispersion during chip fabrication with a Gm-C filter built through a simple circuit configuration There is.
도 1은 본 발명에 의한 반도체 회로에 내장되는 Gm-C 필터의 주파수 특성 보상 회로를 설명하기 위한 회로도이다.1 is a circuit diagram illustrating a frequency characteristic compensation circuit of a Gm-C filter embedded in a semiconductor circuit according to the present invention.
상기 과제를 이루기 위해 본 발명에 의한 Gm-C 필터의 주파수 특성 보상 회로는, 제조 공정에 의한 산포가 큰 특성을 갖는 저항을 사용하여 필터를 구성한 지.엠.-씨.(Gm-C) 필터에서, 공정 산포에 의해 상기 Gm-C 필터의 주파수 특성이 변동되면 주파수 특성의 변동분에 상응하는 제어 전류를 발생하고, 제어 전류에 상응하여 Gm-C 필터의 Gm 값을 제어하여 공정 산포에 의해 상기 Gm-C 필터의 주파수 특성이 변동되는 것을 최소화하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the frequency characteristic compensation circuit of the Gm-C filter according to the present invention, a G.M.-C. (Gm-C) filter is formed by using a resistor having a characteristic of large dispersion due to a manufacturing process. In the case where the frequency characteristic of the Gm-C filter is changed by the process dispersion, a control current corresponding to the variation of the frequency characteristic is generated, and the Gm value of the Gm-C filter is controlled according to the control current, thereby controlling the It is characterized by minimizing fluctuations in frequency characteristics of the Gm-C filter.
이제, 본 발명에 의한 Gm-C 필터의 주파수 특성 보상 회로를 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Now, the frequency characteristic compensation circuit of the Gm-C filter according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 반도체 회로에 내장되는 Gm-C 필터의 주파수 특성 보상 회로를 설명하기 위한 회로도이다. 본 발명에 의한 Gm-C 필터의 주파수 특성 보상 회로는 제1 제어 저항(R1), 제2 제어 저항(R2), 제1 전류원(I1), 제1 버퍼(10) 및 제2 전류원(I2)을 포함하는 주파수 특성 보상 회로(20)와 Gm-C 필터(30)를 포함한다.1 is a circuit diagram illustrating a frequency characteristic compensation circuit of a Gm-C filter embedded in a semiconductor circuit according to the present invention. The frequency characteristic compensation circuit of the Gm-C filter according to the present invention includes a first control resistor R1, a second control resistor R2, a first current source I1, a first buffer 10, and a second current source I2. It includes a frequency characteristic compensation circuit 20 and the Gm-C filter 30 comprising a.
도 1에서 Gm-C 필터(30)는 제1 증폭기(32), 제2 증폭기(34), 제2 버퍼(36), 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2) 및 제3 커패시터(C3)를 포함하는 2차의 Gm-C 대역 통과 필터이다. 그리고, Gm-C 필터(30)를 제조시 사이즈는 작고 공정 산포는 큰 저항을 이용하였다.In FIG. 1, the Gm-C filter 30 includes a first amplifier 32, a second amplifier 34, a second buffer 36, a first capacitor C1, a second capacitor C2, and a third capacitor ( Second order Gm-C bandpass filter comprising C3). In addition, when manufacturing the Gm-C filter 30, the size was small and the process dispersion used a large resistance.
일반적으로, 반도체 회로에서 이용되는 저항의 경우, 제조시 공정 산포가 큰 저항은 레이아웃 사이즈가 작은 반면, 제조시 공정 산포가 작은 저항은 레이아웃 사이즈가 크다. 따라서, 칩의 크기를 줄이기 위해, 공정 산포가 작은 저항은 레이아웃 사이즈가 크기때문에 특별한 경우가 아니면 잘 사용하지 않으며, 공정 산포는 크지만 레이아웃 사이즈가 작은 저항이 주로 사용된다. 예컨대, 바이폴라 공정에서 피(P)-형 다결정 실리콘(polysilicon)을 이용한 저항(이하, 'P- 폴리 저항'이라 약함)은 20% 정도의 큰 공정 변화폭을 가지지만, P+형 다결정 실리콘을 이용한 저항(이하, 'P+ 폴리' 저항이라 약함)과 비교시 동일한 크기의 저항일때 레이아웃 사이즈가 약1/8 정도밖에 되지않는다. 따라서, P+ 폴리 저항의 공정 변화폭이 작지만 P-폴리 저항을 대부분의 회로에 적용한다.In general, in the case of a resistor used in a semiconductor circuit, a resistor having a large process dispersion during manufacturing has a small layout size, while a resistor having a small process dispersion during manufacturing has a large layout size. Therefore, in order to reduce the size of the chip, a resistor having a small process spread is not used well unless it is a special case because the layout size is large. A resistor having a large process spread but a small layout size is mainly used. For example, in the bipolar process, resistance using P-type polysilicon (hereinafter, referred to as 'P-poly resistance') has a large process variation of about 20%, but resistance using P + type polycrystalline silicon. Compared to the following (weak 'P + poly' resistance), the layout size is only about 1/8 of the same resistance. Therefore, although the process variation of the P + poly resistor is small, the P-poly resistor is applied to most circuits.
즉, 도 1에서 Gm-C 필터(30)는 P- 폴리와 같이 공정 산포는 크지만 사이즈가 작은 저항을 통상적으로 이용하며, 주파수 특성은 다음 수학식 1과 같다.That is, in FIG. 1, the Gm-C filter 30 typically uses a resistor having a large process dispersion but a small size, such as P-poly, and a frequency characteristic is represented by Equation 1 below.
여기서, Gm1 및 Gm2는 제1 및 제2 증폭기(32 및 34)의 Gm값을 각각 나타낸다. 이 때, 각 증폭기(32 및 34)의 Gm값은 다음 수학식 2와 같이 주파수 특성 보상 회로(10)에서 발생되는 제어 전류(Ir)에 반비례한다.Here, Gm1 and Gm2 represent the Gm values of the first and second amplifiers 32 and 34, respectively. At this time, the Gm values of the respective amplifiers 32 and 34 are inversely proportional to the control current Ir generated in the frequency characteristic compensation circuit 10 as shown in Equation 2 below.
한편, 주파수 특성 보상 회로(20)의 제1 제어 저항(R1)은 P+ 폴리 저항과 같이 공정 산포가 작은 저항을 이용하고, 제2 제어 저항(R2)은 Gm-C 필터(30)에서 사용되는 저항과 같은 특성을 갖는 저항(예컨대, P- 폴리 저항)을 사용한다. 즉, 공정 산포에 의해 Gm-C 필터(30)에 사용된 저항값이 상향되면 제2 제어 저항(R2)의 저항값도 상향되고, Gm-C 필터(30)에 사용된 저항값이 하향되면 제2 제어 저항(R2)의 저항값도 하향되도록 한다. 그리고, 제1 전류원은 기준 전위(Vss)와 제2 제어 저항의 타측 사이에 연결되어 제1 및 상기 제2 제어 저항에 소정의 전류를 공급한다.Meanwhile, the first control resistor R1 of the frequency characteristic compensation circuit 20 uses a resistor having a small process dispersion, such as a P + poly resistor, and the second control resistor R2 is used in the Gm-C filter 30. A resistor having the same characteristics as the resistor (for example, P-poly resistor) is used. That is, when the resistance value used in the Gm-C filter 30 is increased by the process dispersion, the resistance value of the second control resistor R2 is also increased, and when the resistance value used in the Gm-C filter 30 is lowered, The resistance value of the second control resistor R2 is also lowered. The first current source is connected between the reference potential Vss and the other side of the second control resistor to supply a predetermined current to the first and second control resistors.
예컨대, 도 1에 도시된 Gm-C 필터(30)가 포함된 칩을 제조할 때, 필터(30)를 구성하는 저항들의 저항값이 모두 20% 상향되어 ω0가 15% 상향 조정되었다고 가정한다. 수학식 1에 의하면 ω0는 각 증폭기(32 및 34)의 Gm 값에 비례하여 증가하므로, 각 증폭기(32 및 34)의 Gm 값을 줄여주면 ω0가 상향되는 것을 보상할 수 있음을 알 수 있다. 이 때, 수학식 2를 참조하면, Gm 값은 제어 전류(Ir)에 반비례하므로, Gm 값을 줄이기 위해서는 제어 전류(Ir)를 크게할 수 있다.For example, when fabricating a chip including the Gm-C filter 30 shown in FIG. 1, it is assumed that resistance values of the resistors constituting the filter 30 are all increased by 20%, so that ω 0 is adjusted by 15%. . According to Equation 1, since ω 0 increases in proportion to the Gm values of the respective amplifiers 32 and 34, it can be seen that reducing the Gm values of the respective amplifiers 32 and 34 can compensate for the upward ω 0 . have. At this time, referring to Equation 2, since the Gm value is inversely proportional to the control current Ir, the control current Ir may be increased to reduce the Gm value.
여기서, 제어 전류(Ir)를 발생하는 제2 전류원(I2)은 제1 버퍼(10)에서 발생되는 전압에 상응하여 제어된다.Here, the second current source I2 for generating the control current Ir is controlled in correspondence with the voltage generated in the first buffer 10.
한편, 주파수 특성 보상 회로(20)의 제1 제어 저항(R1)의 일측에 연결된 전원 전압(Vcc)은 제1 제어 저항(R1)과 제2 제어 저항(R2)에 의해 분압되어 분압된 전원 전압(Va)를 발생한다. 이 때, 제1 제어 저항(R1)은 공정 산포가 낮고 제2 제어 저항(R2)은 공정 산포가 크므로, 예컨대 제조시 제2 제어 저항(R2)의 저항 크기가 20% 상향되었다 해도 제1 제어 저항(R1)은 저항 크기의 변화가 거의 없다. 따라서, 분압된 전원 전압(Va)은 제2 제어 저항(R2)에 의해 증가된다. 반면, 제조시 제2 제어 저항(R2)의 저항 크기가 20% 하향되면 분압된 전원 전압(Va)은 감소된다.Meanwhile, the power supply voltage Vcc connected to one side of the first control resistor R1 of the frequency characteristic compensation circuit 20 is divided by the first control resistor R1 and the second control resistor R2 and divided. (Va) is generated. In this case, since the first control resistor R1 has a low process spread and the second control resistor R2 has a large process spread, for example, the first control resistor R1 may have a 20% increase in the resistance of the second control resistor R2 even when manufactured. Control resistor R1 has little change in resistance magnitude. Thus, the divided power supply voltage Va is increased by the second control resistor R2. On the other hand, when the resistance of the second control resistor R2 is reduced by 20% during manufacturing, the divided power supply voltage Va is reduced.
이와같이, 제1 제어 저항(R1)과 제2 제어 저항(R2)에 의한 분압된 전원 전압(Va)은 제1 버퍼(10)를 거쳐 제2 전류원(I2)을 제어하는 제어 전압으로 이용된다. 즉, 분압된 전원 전압(Va)에 의해 제1 및 제2 증폭기(32 및 34)의 Gm값을 제어하는 전류인 제어 전류(Ir)가 가변하게 된다. 예컨대, 분압된 전원 전압(Va)이 커지면 제어 전류(Ir)가 증가되고, 증가된 제어 전류(Ir)는 수학식 2에 의해 제1 및 제2 증폭기(32 및 34)의 Gm 값을 감소시킨다. 반면, 분압된 전원 전압(Va)이 작아지면 제어 전류(Ir)이 감소되고, 감소된 제어 전류(Ir)는 수학식 2에 의해 제1 및 제2 증폭기(32 및 34)의 Gm 값을 증가시킨다.In this way, the divided power supply voltage Va by the first control resistor R1 and the second control resistor R2 is used as a control voltage for controlling the second current source I2 via the first buffer 10. That is, the control current Ir, which is a current for controlling the Gm values of the first and second amplifiers 32 and 34, is varied by the divided power supply voltage Va. For example, as the divided power supply voltage Va increases, the control current Ir increases, and the increased control current Ir decreases the Gm values of the first and second amplifiers 32 and 34 by Equation 2. . On the other hand, when the divided power supply voltage Va decreases, the control current Ir decreases, and the reduced control current Ir increases the Gm values of the first and second amplifiers 32 and 34 by equation (2). Let's do it.
결과적으로, 공정 산포에 의해 Gm-C 필터(30)의 주파수 특성인 ω0가 커지게 될 경우, 제2 제어 저항(R2)에 의해 분압된 전원 전압(Va)도 함께 커진다. 이로인해, 제어 전류(Ir)는 증가되고, 증가된 제어 전류(Ir)에 의해 제1 및 제2 증폭기(32 및 34)의 Gm 값을 감소시켜 결국 ω0가 증가되는 것을 방지한다. 또한, 공정산포에 의해 Gm-C 필터(30)의 주파수 특성인 ω0가 작아지게 될 경우, 제2 제어 저항(R2)에 의해 분압된 전원 전압(Va)도 함께 작아진다. 이로인해, 제어 전류(Ir)는 감소되고, 감소된 제어 전류(Ir)에 의해 제1 및 제2 증폭기(32 및 34)의 Gm 값을 증가시켜 ω0가 감소되는 것을 방지한다.As a result, when ω 0, which is a frequency characteristic of the Gm-C filter 30, becomes large due to the process dispersion, the power supply voltage Va divided by the second control resistor R2 also increases. Due to this, the control current Ir is increased, and the increased control current Ir decreases the Gm values of the first and second amplifiers 32 and 34, thereby preventing ω 0 from increasing. In addition, when ω 0, which is a frequency characteristic of the Gm-C filter 30, becomes small due to process dispersion, the power supply voltage Va divided by the second control resistor R2 also decreases. This reduces the control current Ir and increases the Gm values of the first and second amplifiers 32 and 34 by the reduced control current Ir to prevent ω 0 from decreasing.
한편, 도 1에서 주파수 특성 보상 회로(10)에 공정 산포가 작은 제1 제어 저항(R1)과 공정 산포가 큰 제2 제어 저항(R2)을 사용하였으나, 이들은 공정 산포가 작은 커패시터와 공정 산포가 큰 커패시터로 각각 대체할 수 있다.Meanwhile, although the first control resistor R1 having a small process spread and the second control resistor R2 having a large process spread are used in the frequency characteristic compensation circuit 10 in FIG. 1, they have a capacitor and a process spread having a small process spread. Each can be replaced with a larger capacitor.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 Gm-C 필터의 주파수 특성 보상 회로는 공정 산포가 큰 저항 또는 커패시터와 공정 산포가 작은 저항 또는 커패시터를 이용한 간단한 회로 구성을 통해 Gm-C 필터의 Gm 값을 제어함으로써, 공정 산포에 의해 Gm-C 필터의 주파수 특성이 변화되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, the frequency characteristic compensation circuit of the Gm-C filter according to the present invention controls the Gm value of the Gm-C filter through a simple circuit configuration using a resistor or a capacitor having a large process spread and a resistor or a capacitor having a small process spread. Thereby, there exists an effect which can prevent that the frequency characteristic of a Gm-C filter changes by process dispersion.
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