KR20050013080A - 발진 회로 및 이를 포함한 시계 기능을 가진 반도체 집적장치를 구비하는 전자 기기 - Google Patents
발진 회로 및 이를 포함한 시계 기능을 가진 반도체 집적장치를 구비하는 전자 기기Info
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Abstract
본 발명은 전력 소모를 상당히 절감할 수 있는 발진 회로를 제공한다. 이 발진 회로(1)는 고유 주파수로 진동하는 전압을 발생시키는 수정 진동자 등의 압전 진동자(4), 이 진동 전압을 증폭하는 인버터(11), 인버터(11)의 출력을 파형 정형하여 발진 출력 신호를 출력하는 슈밋 트리거 회로(12) 및 배터리(3)로부터의 전원 라인(10)에 접속되고 인버터(11)와 슈밋 트리거 회로(12)의 전원에 전류를 공급하는 정전류원(14)을 구비하는 구성을 가진다.
Description
본 발명은 압전 진동자를 이용한 발진 회로 및 이를 포함한 시계 기능을 가진 반도체 집적 장치를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.
종래부터, 디지털 카메라 등의 전자 기기에는, 실시간으로 시간을 표시 또는 기록하기 위해 시계 기능을 가진 것들이 다수 존재한다. 시계 기능을 실현하기 위해서 시계용 발진 회로를 구비하여 전자 기기를 사용하지 않을 때라도 항상 발진시켜 시간을 카운트하는 것이 일반적이다. 따라서, 이러한 전자 기기가 휴대용인 경우에는 전력을 공급하는 배터리가 쉽게 닳지 않도록 하기 위해 저소비 전력의 발진 회로가 요구된다.
도 4 에 나타낸 발진 회로는 저소비 전력화를 도모한 종래의 발진 회로이다. 이 발진 회로(101)는 고유 주파수로 진동하는 전압을 생성하는 압전 진동자(Piezoelectric Oscillator: 104), 이 진동 전압을 증폭하는 인버터(Inverter:111), 피드백 저항(105), 부하 콘덴서(106, 107) 및 배터리(103)로부터의 전원 라인(110)에 접속되어 정전압을 인버터(111)의 전원으로 공급하는 정전압원(115)을 구비한다. 발진 회로(101)의 전원 라인(110)에 접속되어 있는 전원을 가진 시간 카운트용 내부 회로(113)에는 발진 회로(101)의 인버터(111)의 출력이 입력된다. 이 발진 회로(101)에서, 정전압원(115)에 의해 출력된 정전압을 인버터(111)가 동작할 수 있는 최소 전압으로 설정하여, 발진 회로(101)의 저소비 전력화를 도모한다.
도 5 에 나타낸 발진 회로는 저소비 전력화를 도모한 종래의 다른 발진 회로이다. 이 발진 회로(102)는 상술한 발진 회로(101)의 정전압원(115)을 정전류원(114)으로 대치한 것이다. 이 발진 회로(102)의 경우, 인버터(111)에 관통 전류가 흐를 때 정전류원(114)에 의하여 전류를 제한함으로써 저소비 전력화를 도모하고 있다.
이와 같이, 발진 회로의 저소비 전력화는 중요한 과제이고, 여러 가지 대책이 취해지고 있다.
도 6 에는 디지털 카메라 등의 전자 기기의 간략한 블록도를 나타내고 있다. 이 전자 기기(80)는 아날로그 신호처리 LSI(85), 디지털 신호처리 LSI(86), 액정 표시 장치(87), 이들에 전력을 공급하는 주배터리(81), 발진 회로를 포함한 시계 기능을 가진 LSI(84), 그것에 전력을 공급하는 백업배터리(82) 및 역류 방지를 위한 정류 소자(다이오드: 83)를 구비한다. 전자 기기의 사용 시, 주배터리(81)는 아날로그 신호처리 LSI(85) 등에 전력을 공급하고 정류 소자(83)를 통해 백업배터리(82)를 충전한다. 이 백업배터리(82)로는 2차 리튬배터리 등의 충전식 배터리가 사용된다. 또, 시계 기능을 가진 LSI(84)의 발진 회로에 대해서는 상술한 바와 같은 저소비 전력 대책을 적용한다.
그러나, 전자 기기의 소형화에 수반된 충전지의 소형화로 인한 배터리 용량의 저하나 충전의 반복으로 인한 배터리 용량의 저하 등의 이유로, 상술한 바와 같은 발진 회로를 이용하더라도 전자 기기에 요구되는 충분한 저소비 전력화를 실현하는 것이 곤란하였다.
본 발명은 상기 사유를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 소비 전력의 새로운 저감화를 도모할 수 있는 발진 회로를 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 발진 회로의 회로도.
도 2 는 도 1 의 회로에 관한 상세한 회로도.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발진 회로의 회로도.
도 4 는 배경 기술에 따른 발진 회로의 회로도.
도 5 는 배경 기술에 따른 다른 발진 회로의 회로도.
도 6 은 시계 기능을 가진 반도체 집적 장치를 구비한 전자 기기의 간략한 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1,2, 101, 102 : 발진 회로 3, 103 : 배터리
4, 104 : 압전 진동자 5, 25, 105 : 저항
6, 7, 16, 106, 107 : 콘덴서 10, 110 : 전원 라인
11, 111 : 인덕터 12 : 슈밋 트리거 회로
13, 113 : 시간 카운트용 내부 회로
14, 17, 114 : 정전류원 21, 22, 23, 24 : 트랜지스터
80 : 전자 기기 81 : 주배터리
82 : 백업배터리 83 : 다이오드
84 : 시계 기능을 가진 LSI 85 : 아날로그 신호처리 LSI
86 : 디지털 신호처리 LSI 87 : 액정 표시 장치
115 : 정전압원
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 발진 회로는, 고유 주파수로 진동하는 전압을 생성하는 압전 진동자, 이 진동 전압을 증폭하는 인버터, 인버터의 출력을 파형 정형하여 발진 출력 신호를 출력하는 슈밋 트리거 회로(Schmitt Trigger Circuit) 및 배터리로부터의 전원 라인에 접속되고 인버터와 슈밋 트리거 회로의 전원에 전류를 공급하는 정전류원을 구비한다.
또, 본 발명에 따른 발진 회로는 2 개의 정전류원, 즉 인버터의 전원에 전류를 공급하는 것과 슈밋 트리거 회로의 전원에 전류를 공급하는 것을 별도로 구비하여도 좋다.
본 발명에 따른 발진 회로는 정전류원에 접속된 슈밋 트리거 회로가 인버터의 출력을 파형 정형하고 내부 회로에 발진 출력 신호를 출력하기 때문에, 소비 전류가 감소되어 소비 전력의 새로운 저감화를 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 은 본 발명의 실시형태인 발진 회로(1)의 구성을 나타내는 회로도이다.
이 발진 회로(1)는 고유 주파수, 예를 들면 32.768㎑ 로 진동하는 전압을 생성하는 압전 진동자(4), 이 진동 전압을 증폭하는 인버터(11), 인버터(11)의 출력을 파형 정형하는 슈밋 트리거 회로(12) 및 배터리(3)로부터의 전원 라인(10)에 접속되고 인버터(11)과 슈밋 트리거 회로(12)의 전원에 전류를 공급하는 정전류원(14)을 주요부로 하여 구성된다. 여기에서, 압전 진동자(4)는, 시계용으로서 정확한 주파수가 요구되기 때문에, 일반적으로 수정 진동자(Quartz Oscillator)가 사용된다.
또한, 발진 회로(1)는 압전 진동자(4)와 병렬로 배치된 고저항치의 피드백 저항(5), 부하 콘덴서(6, 7) 및 인버터(11)와 슈밋 트리거 회로(12)의 전원 안정화를 위한 콘덴서(16)를 구비한다.
압전 진동자(4)에 의해 발생한 진동 전압은 인버터(11)에 의하여 슈밋 트리거 회로(12)가 하이 레벨 및 로우 레벨을 검출할 수 있는 정도로 증폭되어 그 슈밋 트리거 회로(12)에 출력됨과 동시에, 정 피드백에 의하여 계속 진동하도록 압전 진동자(4)로 출력된다. 이 때, 인버터(11)가 출력하는 것은 정현파 전압이기 때문에, 중간 전압 부근에서 비교적 긴 시간 동안 관통 전류가 흐른다. 이 관통 전류를 제한하는 것이 정전류원(14)이다. 인버터(11)에 전류가 흐르지 않거나 적게 흐르는 경우, 정전류원(14)으로부터의 전류는 콘덴서(16)로 흘러서 전하가 축적된다. 인버터(11)의 관통 전류가 많은 경우, 콘덴서(16)에 축적된 전하와 함께, 정전류원(14)으로부터의 전류는 관통 전류를 보상한다. 이러한 방식으로, 정현파 전압의 위상에 관계없이 항상 일정한 전류가 소비된다.
슈밋 트리거 회로(12)는 인버터(11)가 출력한 정현파 전압을 받아 구형파로 파형 정형하여 발진 출력 신호(CLK)를 출력한다. 슈밋 트리거 회로(12)의 상하 임계치 전압은 인버터(11)가 출력하는 정현파 전압의 중간 전압을 사이에 두고 상하에 있다. 이 슈밋 트리거 회로(12)에는, 인버터(11)로부터 정현파 전압이 입력되기 때문에, 인버터(11)에서 만큼은 아니지만 역시 관통 전류가 흐른다. 이 관통 전류를 제한하기 위해, 정전류원(14)의 출력이 인버터(11)와 공유되어 있다. 인버터(11)에서는 거의 그 중간 전압에서 가장 많은 관통 전류가 흐르지만, 슈밋 트리거 회로(12)에서는 그 히스테리시스(Hysteresis)성 때문에, 상술한 상측 임계치 전압과 하측 임계치 전압 부근에서 가장 많은 관통 전류가 흐른다. 따라서, 피크(Peak) 전류가 분산되기 때문에, 정전류원(14)을 공유하는 것이 인버터(11)에 큰 영향을 주지는 않는다.
시간을 카운트하는 내부 회로(13)는, 그 전원이 발진 회로(1)의 전원 라인(10)에 접속되고, 발진 회로(1)의 슈밋 트리거 회로(12)로부터 발진 출력 신호(CLK)가 입력된다. 이 발진 출력 신호(CLK)는 슈밋 트리거 회로(12)에 의하여 파형 정형이 되어 있기 때문에, 내부 회로(13)는 정현파를 직접 받는 경우보다 전류를 적게 소모한다.
이와 같이, 이 발진 회로(1)는 인버터(11), 슈밋 트리거 회로(12) 및 내부회로(13)에서의 전력 소비를 줄여, 배터리(3)가 쉽게 닳지 않도록 한다.
다음으로, 도 2 에 기초하여 발진 회로(1)를 상세히 설명한다. 인버터(11)는 CM0S 형이고, 전원측과 접지측에 각각 저항을 갖고 있다. 이 저항은 관통 전류를 감소시키기 위한 것이다. 슈밋 트리거 회로(12)는 그 출력 레벨에 따라 온/오프하는 MOS 트랜지스터(21, 22)를 가지고 있으며, 이것에 의하여 입력 임계 전압, 즉 상하 임계치 전압이 변한다. 예를 들면, 출력이 로우 레벨이면 M0S 트랜지스터(21)는 온으로 되고 MOS 트랜지스터(22)는 오프로 되기 때문에, 1 개의 PMOS 트랜지스터와 2 개의 직렬 NMOS 트랜지스터로 정해지는 입력 임계 전압은 고전압으로 된다. 이것이 상측 임계치 전압이다. 정전류원(14)은 밴드갭형 정전류원이다. NMOS 트랜지스터(23, 24)의 사이즈 비율 및 저항(25)의 저항치에 의하여 정전류원(14)이 흐르게 하는 전류가 결정된다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시형태인 발진 회로가 도 3 에 도시되어 있다. 이 발진 회로(2)는 인버터(11)에 전류를 공급하는 것과 슈밋 트리거 회로(12)에 전류를 공급하는 것의 2 개의 정전류원을 따로 가지고 있다. 즉, 제 1 정전류원(14)은 인버터(11)에 전류를 공급하고, 제 2 정전류원(17)은 슈밋 트리거 회로(12)에 전류를 공급한다. 그 밖의 구성은 상술한 실시형태인 발진 회로(1)와 실질적으로 동일하다.
이 발진 회로(2)는 별개의 정전류원(14, 17)을 가지기 때문에, 인버터(11)는 슈밋 트리거 회로(12)에 흐르는 전류의 영향을 받기 어렵게 되어 있다.
또한, 상기 발진 회로(1, 2)에 있어 콘덴서(16)는, 인버터(11)의 전원 안정화를 위해 유효하지만, 기생 용량으로 보충할 수 있는 경우에는 생략할 수 있다.
또, 상기 발진회로(1, 2)는 도 6 에 나타낸 시계 기능을 가진 반도체 집적 장치(LSI)에 탑재되어 전자 기기를 구성한다. 이 전자 기기에서, 충전식 백업배터리(82)가 발진 회로(1, 2)의 배터리(3)로서 사용된다. 따라서, 전자 기기(80)에서, 주배터리(81)에는 아날로그 신호처리 LSI(85), 디지털 신호처리 LSI(86) 및 액정 표시 장치(87) 등이 접속되어 있으며, 정류 소자(83)를 경유하여 주배터리(81)에 접속된 충전식 백업배터리(82)(발진 회로(1, 2)의 배터리(3))에는 발진 회로(1 또는 2)를 탑재한 시계 기능이 있는 반도체 집적 장치(84)가 접속되어 있다.
이 전자 기기(80)의 경우, 그 불사용 시에는, 주배터리(81)가 다 닳거나 제거된 상태에서도 정류 소자(83)에 의하여 역류가 방지되며, 시계 기능이 있는 반도체 집적 장치(LSI)(84)는 백업배터리(82)로부터 전력을 공급받아 시간을 카운트하는 동작을 수행한다. 시계 기능이 있는 반도체 집적 장치(LSI)(84)는, 발진 회로(1, 2)를 탑재하고 있기 때문에, 이 전자 기기를 사용하지 않을 때 시간 카운트가 가능한 기간을 개선할 수 있다.
또한, 본원 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재된 사항의 범위 내에서 다양한 설계 변경이 가능하다. 예를 들면, 발진 진폭을 조정하기 위해, 인버터(11)으로부터 압전 진동자(4)까지의 경로에 저항을 개장할 수 있다.
본 발명에 따르면 소비 전력의 새로운 저감화를 도모할 수 있는 발진 회로를구현할 수 있다.
Claims (3)
- 고유 주파수로 진동하는 전압을 생성하는 압전 진동자;상기 진동 전압을 증폭하는 인버터;상기 인버터의 출력을 파형 정형하여 발진 출력 신호를 출력하는 슈밋 트리거 회로; 및배터리로부터의 전원 라인에 접속되고, 상기 인버터와 상기 슈밋 트리거 회로의 전원에 전류를 공급하는 정전류원을 구비하는 것을 특징으로 하는 발진 회로.
- 고유 주파수로 진동하는 전압을 생성하는 압전 진동자;상기 진동 전압을 증폭하는 인버터;상기 인버터의 출력을 파형 정형하여 발진 출력 신호를 출력하는 슈밋 트리거 회로;배터리로부터의 전원 라인에 접속되고, 상기 인버터의 전원에 전류를 공급하는 제 1 정전류원; 및상기 배터리로부터의 전원 라인에 접속되고, 상기 슈밋 트리거 회로의 전원에 전류를 공급하는 제 2 정전류원을 구비하는 것을 특징으로 하는 발진 회로.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 발진 회로를 포함하는 시계 기능을 가진 반도체 집적 장치;주배터리; 및정류 소자를 통해 상기 주배터리와 접속되어 있는 충전식 백업배터리를 구비하며,상기 충전식 백업배터리는 상기 발진 회로의 상기 배터리인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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