KR20010019863A

KR20010019863A - 베타 멀티플라이어를 이용한 범용 직렬 버스용 정전압 레귤레이터 회로

Info

Publication number: KR20010019863A
Application number: KR1019990036519A
Authority: KR
Inventors: 나도연; 한상현
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2001-03-15

Abstract

본 발명은 USB용 정전압 레귤레이터 회로에 관한 것으로, 레귤레이터 회로는 스타트업 회로와 기준 전압 발생 회로 및 전류 증폭기를 포함한다. 스타트업 회로는 최초의 전원이 인가될 때, 기준 전압 발생 회로의 원하는 동작을 수행하도록 기동시켜 준다. 기준 전압 발생 회로는 베타 멀티플라이어 방식을 이용하여 적어도 하나 이상의 기준 전압을 발생한다. 그리고 전류 증폭기는 기준 전압 발생 회로로부터 생성된 기준 전압을 받아들여서 출력 전압을 피드백하고, 이를 통해서 이득을 조절하며, 1의 전압 이득을 갖는다. 따라서 입력 전압의 변화에도 기준 전압과 전류 증폭 회로의 전압 이득에 대응하여 안정된 정전압을 출력할 수 있다.

Description

베타 멀티플라이어를 이용한 범용 직렬 버스용 정전압 레귤레이터 회로{CONSTANT VOLTAGE REGULATOR CIRCUIT FOR UNIVERSAL SERIAL BUS USING BETA MULTIPLIER}

본 발명은 USB(Universal Serial Bus)용 정전압 레귤레이터 회로에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로베타 멀티플라이어를 이용한 USB용 정전압 레귤레이터 회로에 관한 것이다.

대부분의 고집적 반도체 디바이스들은 단일 전원 전압 5.0 V를 공급받아서 동작한다. 그러나 LCD 관련 제품이나 USB 관련 제품들은 하나의 공급 전압을 받아서 두 가지 이상의 전압으로 사용하는 경우가 많다. 이러한 경우, 다양한 전압을 공급받기 위해서는 공급되는 전압과는 다른 전압을 발생시킬 수 있는 별도의 정전압 레귤레이터가 필요하게 된다.

이러한 정전압 레귤레이터를 만들기 위해서는 기준으로 사용하기 위한 전압원이 필요한데, 종래의 방식에는 저항 또는 MOS 트랜지스터를 이용한 분압기를 통해 기준 전압을 구하거나, BJT 밴드 갭 전압, 다이오드의 브레이크 다운 전압 또는 문턱 전압 등을 기준 전압으로 사용해 왔다.

그러나 이러한 방식은 동작 전압이 바뀌거나 온도 또는 공정의 변화에 의해서 기준 전압의 변화율이 클 뿐만 아니라, 전류의 소비가 크거나 대규모 집적 회로 사에서 공정상 구현이 어렵다.

또한 집적 회로 내에 구현함으로서 면적을 차지하게 되어 소형화하기에 어려운 점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기준 전압을 생성하는 방식으로 베타 멀티플라이어 방식을 이용하여 정전압 레귤레이터를 구현하는데 있다. 그리고 이를 이용해서 집적 회로 내부에 정전압 레귤레이터 회로를 구현하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 베타 멀티플라이어를 이용한 USB용 정전압 레귤레이터의 구성을 도시한 블록도;

도 2는 도 1에 도시한 레귤레이터 회로의 상세한 구성을 도시한 회로도; 그리고

도 3은 도 2에 도시된 입력 전압과 기준 전압들과의 관계를 설명하기 위해서 되된 파형도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

10 : 정전압 레귤레이터 회로

12 : 스타트업 회로

14 : 기준 전압 발생 회로

16 : 전류 증폭기

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 정전압 레귤레이터 회로에 있어서: 초기 전원 전압이 공급되면, 상기 레귤레이터 회로의 동작을 활성화시키는 스타트업 회로와; 상기 스타트업 회로에 의하여 동작이 개시되면, 베타 멀티플라이어 방식을 통해 분압된 전압을 통하여 적어도 하나 이상의 기준 전압을 발생시키는 기준 전압 발생 회로 및; 상기 기준 전압을 받아들이고 출력 전압을 피드백하여 전압 이득을 조절하는 전류 증폭 회로를 포함한다.

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 스타트업 회로는: 상기 초기 전원 전압이 공급되면, 상기 스타트업 회로의 동작을 인에이블시키는 제 1 스위칭 트랜지스터와; 다수의 트랜지스터들을 구비하고, 상기 트랜지스터들에 의해서 전원 전압을 분압하여 출력하는 분압 회로 및; 상기 분압 회로로부터 상기 분압된 전압을 받아서 상기 기준 전압 발생 회로의 동작을 활성화시키는 제 2 스위칭 트랜지스터를 포함한다.

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 기준 전압 발생 회로는: 상기 기준 전압 발생 회로의 동작을 활성화시키는 제 3 스위칭 트랜지스터와; 상기 제 2 스위칭 트랜지스터의 스위칭 동작에 의하여 적어도 하나 이상의 기준 전압을 발생시키는 다수의 트랜지스터들 및; 저항값을 조정하여 상기 기준 전압을 변경 가능한 제 1 저항을 포함한다.

이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 전류 증폭 회로는: 상기 전류 증폭 회로의 동작을 활성화시키는 제 4 내지 제 6 스위칭 트랜지스터와; 상기 기준 전압과 상기 전류 증폭 회로의 전압 이득에 대응하여 안정된 정전압을 출력하도록 구동하는 구동 트랜지스터와; 상기 전류 증폭 회로의 전압 이득을 안정화하기 위한 캐패시터 및; 상기 레귤레이터 회로의 출력 단자를 정전기 파괴 현상으로부터 보호하기 위한 제 2 저항을 포함한다.

따라서 본 발명에 의하면, 스타트업 회로는 최초의 전원이 인가될 때, 입력 신호가 인에이블되어 기준 전압 발생 회로의 원하는 동작을 수행하도록 기동시켜 준다.

기준 전압 발생 회로는 베타 멀티플라이어 방식을 이용하여 적어도 하나 이상의 기준 전압을 발생한다. 그리고 전류 증폭기는 기준 전압 발생 회로로부터 생성된 기준 전압을 받아들여서 출력 전압을 피드백하고, 이를 통해서 이득을 조절한다.

따라서 입력 전압의 변화에도 기준 전압과 전류 증폭 회로의 전압 이득에 대응하여 안정된 정전압을 출력할 수 있다.

(실시예)

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 정전압 레귤레이터 회로의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

신규한 상기 레귤레이터 회로(10)는 베타 멀티플라이어 방식을 이용한다. 이러한 방식의 장점은 온도나 공정 또는 동작 전압의 변화에 대응하여 거의 영향을 받자 않으므로서 안정된 기준 전압을 생성할 수 있다는 점이다.

도면을 참조하면, 상기 레귤레이터 회로(10)는 스타트업 회로(12)와 기준 전압 발생 회로(14) 및 전류 증폭기(16)를 포함한다.

상기 스타트업 회로(12)는 최초의 전원 전압이 인가될 때, 상기 기준 전압 발생 회로(14)의 원하는 동작을 수행하도록 기동시켜 준다. 즉, 인에이블 신호(ENABLE)가 활성화되어 상기 정전압 레귤레이터 회로(10)가 동작된다.

상기 기준 전압 발생 회로(14)는 베타 멀티플라이어(Beta Multiplier) 방식을 이용하여 적어도 하나 이상의 기준 전압(reference voltage)을 발생한다.

그리고 상기 전류 증폭기(16)는 상기 기준 전압 발생 회로(14)로부터 생성된 기준 전압(AREF0~AREF3)을 받아들여서 출력 전압을 피드백(peedback)하고, 이를 통해서 이득(gain)을 조절하며, 1의 전압 이득을 갖는다.

그리고 응용에 따라 상기 전류 증폭기(16)는 전압 이득이 0.5에서 약 3 이내의 전류 증폭기로 대체하면, 필요로 하는 전압에 맞는 다양한 정전압을 발생시킬 수 있다.

구체적으로 도 2를 참조하면, 상기 스타트업 회로(12)는 PMOS 및 NMOS 트랜지스터(TR4~TR7)를 이용한 분압 회로와 이를 활성화시키는 스위칭 트랜지스터(TR3) 및 상기 분압된 전압(18)으로부터 상기 기준 전압 발생 회로(14)를 구동시키기 위한 NMOS 트랜지스터(TR8)를 포함한다. 그리고 상기 스타트업 회로(12)는 최초의 전원 전압(VDD)이 인가될 때만 동작하게 된다.

상기 기준 전압 발생 회로(14)는 다수의 트랜지스터들(TR9~TR17)과 저항(R1)을 구비하고 있으며, 상기 기준 전압 발생 회로(14)의 동작을 인에이블/디세이블하도록 스위칭하는 스위칭 트랜지스터(TR9)와 PMOS 트랜지스터 TR10, TR11은 같은 크기를 갖도록 설계되어 있다. 그리고 NMOS 트랜지스터 TR12, TR13은 각각 같은 크기를 갖고 있으며, NMOS 트랜지스터 TR17은 NMOS 트랜지스터 TR16에 대해 4 배 이상의 면적을 갖는다.

이러한 NMOS 트랜지스터 TR16, TR17의 관계는 배수 관계로 인하여 베타 멀티플라이어(Beta Multiplier) 방식의 기준 전압 발생 방식이라 칭한다.

따라서 상기 기준 전압 발생 회로(14)의 제 1 내지 제 3 기준 전압들(AREF0~AREF2)은 도 3에 도시된 바와 같이, 공급되는 입력 전압(VDD)이 일정 전압 이상만 되면, 공급 전압의 변화에 무관하게 기준 전압(AREF0, AREF1, AREF2)은 일정한 레벨을 유지한다. 그리고 필요한 전압에 대응하여 그들 중 어느 하나 이상을 기준 전압을 선택하여 사용할 수 있다.

또한 베타 멀티플라이어 방식을 이용함으로서 온도 변화에 대한 기준 전압의 레벨 변화가 없게 된다. 예컨대, 약 0.5 % 내외의 안정된 기준 전압을 얻을 수 있다.

이 때, 상기 저항(R1) 사이에 흐르는 전압의 변화도 거의 없게 된다. 또한 저항의 값을 조절하여 기준 전압을 변경할 수 있으며, 저항값은 가능한 작은 값으로 하여 집적 회로 제작시 적은 면적을 차지하도록 설계되어 있다.

그리고 상기 전류 증폭기(16)는 다수의 트랜지스터(TR18~TR29)와 저항(R2) 및 캐패시터(C)를 포함한다. 상기 기준 전압 발생 회로(14)로부터 생성되는 기준 전압(AREF0~AREF3)을 받아들이고, 출력 전압(OUT)을 피드백하여 이득을 조절한다.

그리고 상기 캐패시터(C)는 상기 전류 증폭기(16)의 이득을 안정화하기 위해서 구비되며, 상기 저항(R2)은 출력 단자(OUT)가 칩(chip)의 외부와 연결되는 경우에 정전기 파괴 현상(ESD)에 의한 칩의 손상을 방지하기 위해 구비된다.

그리고 상기 PMOS 트랜지스터 TR21, TR27와 상기 NMOS 트랜지스터 TR20은 스위칭 트랜지스터로서, 상기 전류 증폭기(16)를 인에이블/디세이블한다.

상기 PMOS 트랜지스터 TR28는 구동 트랜지스터(Drive TR)로서, 기준 전압(AREF0~AREF3)과 상기 전류 증폭기(16)의 전압 이득에 의해서 안정된 전압(OUT)을 출력하고 보다 큰 전류량을 공급해 준다.

상술한 바와 같이, 상기 스타트업 회로(12)의 입력 신호(ENABLE)가 활성화되면, 상기 정전압 레귤레이터 회로(10)는 동작된다. 그리고 비활성화되면, 트랜지스터들(TR3, TR9, TR20, TR21 및 TR27)의 스위칭 동작에 의하여 전류의 소비를 줄일 수 있도록 설계되어 있다.

또한 기준 전압(AREF0)을 이용하여 전류 증폭기(16)의 NMOS 트랜지스터 TR26에 연결하여 사용 전압의 변화에도 전류 증폭기(16)에 일정한 동작 전류를 공급할 수 있도록 구비하여 전류 증폭기(16)의 동작을 안정되게 설계되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 베타 멀티플라이어 방식의 기준 전압 발생 회로를 통하여 입력 전압의 변화에 무관하게 적어도 하나 이상의 기준 전압을 출력하고, 출력된 기준 전압과 전류 증폭기의 전압 이득을 이용하여 안정된 전압을 출력할 수 있다.

따라서 하나의 전원 전압을 받아서 두 가지 이상의 전원 전압을 사용하는 USB 반도체 디바이스에 사용하기에 적합한 정전압 레귤레이터 회로를 제공한다.

Claims

정전압 레귤레이터 회로에 있어서:

초기 전원 전압이 공급되면, 상기 레귤레이터 회로의 동작을 활성화시키는 스타트업 회로와;

상기 스타트업 회로에 의하여 동작이 개시되면, 베타 멀티플라이어 방식을 통해 분압된 전압을 통하여 적어도 하나 이상의 기준 전압을 발생시키는 기준 전압 발생 회로 및;

상기 기준 전압을 받아들이고 출력 전압을 피드백하여 전압 이득을 조절하는 전류 증폭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전압 레귤레이터 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 스타트업 회로는:

상기 초기 전원 전압이 공급되면, 상기 스타트업 회로의 동작을 인에이블시키는 제 1 스위칭 트랜지스터와;

다수의 트랜지스터들을 구비하고, 상기 트랜지스터들에 의해서 전원 전압을 분압하여 출력하는 분압 회로 및;

상기 분압 회로로부터 상기 분압된 전압을 받아서 상기 기준 전압 발생 회로의 동작을 활성화시키는 제 2 스위칭 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전압 레귤레이터 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 기준 전압 발생 회로는:

상기 기준 전압 발생 회로의 동작을 활성화시키는 제 3 스위칭 트랜지스터와;

상기 제 2 스위칭 트랜지스터의 스위칭 동작에 의하여 적어도 하나 이상의 기준 전압을 발생시키는 다수의 트랜지스터들 및;

저항값을 조정하여 상기 기준 전압을 변경 가능한 제 1 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전압 레귤레이터 회로.
제 1 항에 있어서,

상기 전류 증폭 회로는:

상기 전류 증폭 회로의 동작을 활성화시키는 제 4 내지 제 6 스위칭 트랜지스터와;

상기 기준 전압과 상기 전류 증폭 회로의 전압 이득에 대응하여 안정된 정전압을 출력하도록 구동하는 구동 트랜지스터와;

상기 전류 증폭 회로의 전압 이득을 안정화하기 위한 캐패시터 및;

상기 레귤레이터 회로의 출력 단자를 정전기 파괴 현상으로부터 보호하기 위한 제 2 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전압 레귤레이터 회로.