KR20070005814A - 발진기 및 그 보상 방법 - Google Patents

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Abstract

발진기 및 그 보상 방법이 개시되어 있다. 발진기는, 데이터 저장부와; 외부로부터 입력되는 제어 코드에 따라 변화되는 발진 신호를 출력하는 발진부와; 소정의 환경 조건 하에서 다수의 제어 코드를 상기 발진부로 입력하여 목표하는 발진 신호가 출력되는 제어 코드를 찾아, 상기 환경 조건을 나타내는 조건 코드에 대응시켜 상기 데이터 저장부에 복수 개를 저장하고, 상기 저장된 복수 개의 조건 코드 및 대응된 제어 코드를 이용하여 현재의 조건에 대응되는 제어 코드를 산출하여 상기 발진부로 입력하는 제어부로 구성된다. 따라서, 일반적인 저가의 발진기 구조를 그대로 이용하면서도, 전원 전압이나 온도와 같은 교정 환경의 부정확성을 개선할 수 있는 상대적인 교정 개념을 도입함과 동시에 그 과정을 단순화시켜 비용을 감소시킬 수 있다.

Description

발진기 및 그 보상 방법 {OSCILLATOR AND METHOD FOR COMPENSATION IT}
도 1은 종래의 통상적인 발진기의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 발진기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 기준 전압 발생부의 출력 특성을 도시하는 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시된 기준 전류 발생부의 출력 특성을 도시하는 그래프이다.
도 5는 도 2에 도시된 발진부의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 6은 도 5에 도시된 커패시터부의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 발진기의 보상 방법의 흐름을 도시하는 순서도이다.
도 8은 온도 변화와 제어 코드와의 상관관계를 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 발진기의 보상 방법의 흐름을 도시하는 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 발진기
110 : 기준 전압 발생부
120 : 발진부
130 : 기준 전류 발생부
140 : 아날로그 디지털 변환부
150 : 데이터 저장부
160 : 제어부
본 발명은 발진기 및 그 보상 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 온도 또는 전원 전압 등의 변화에 따른 이상적인 커패시터부의 용량을 데이터화하여 저장하고, 그 저장된 데이터에 근거하여 현재의 상태에 따른 커패시터부의 용량을 설정하여 발진을 수행하는 발진기 및 그 보상 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발진기(Oscillator)는 일정한 주파수를 갖는 주기 신호를 지속적으로 발생시키는 장치로서, 수정 발진기(Crystal Oscillator)로 대표되는 외장형 발진기와 반도체 칩에 주로 내장되는 내장형 발진기로 구분된다.
이러한 발진기는 컴퓨터 시스템, 반도체 장치 및 통신 기기 등과 같은 다양 한 전자 장치들에서 폭넓게 사용된다. 특히, 최근 들어서는 이동 통신의 대중화에 따라 휴대폰, 피디에이(PDA : Personal Digital Assistance) 등의 이동 통신 단말기에 그 활용도가 높아지고 있다. 예를 들면, 휴대폰에 사용되는 스마트 배터리(Smart Battery) 등에 사용된다.
따라서, 발진기는 출력의 고 정밀성 및 안정성과 더불어, 상기 이동 통신 단말기 등에 설치가 용이하도록 배터리 소모가 적은 저 전력 구성 및 저가의 구조가 요구되는 추세이다.
도 1은 이러한 종래의 통상적인 발진기의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 발진기(10)는 기준 전압(Vr)을 발생시키는 기준 전압 발생기(1), 기준 전류(Ir)를 발생시키는 기준 전류 발생기(2) 및 기준 전압 발생기(1)로부터 생성된 기준 전압(Vr)과 기준 전류 발생기(2)로부터 생성된 기준 전류(Ir)를 이용하여 발진 신호(Osc)를 출력하는 발진부(4)로 구성된다.
이때, 발진부(4)는 기준 전압 발생기(1)의 출력단에 기준 입력단이 연결되고 기준 전류 발생기(2)의 출력단에 비교 입력단이 각각 연결된 비교기(4)와, 비교기(4)의 비교 입력단에 병렬로 각각 연결된 커패시터(5) 및 스위치(6)로 구성된다. 이때, 스위치(6)는 비교기(4)의 출력인 발진 신호(Osc)에 의하여 턴온(Turn On)된다.
동작을 살펴보면, 먼저 기준 전류(Ir)에 의하여 커패시터(5)에 전하가 충전되면 비교기(4)의 비교 전압(Vc)이 상승한다. 이때, 비교기(4)의 비교 전압(Vc)이 기준 전압(Vr)보다 상승하면 비교기(4)의 출력이 스위치(6)를 턴온시켜 순간적으로 비교 전압(Vc)이 접지 전압과 같은 준위로 방전된다.
또한, 방전 시에 감소된 비교 전압(Vc)과 기준 전압(Vr)의 비교 결과가 다시 스위치를 턴오프(Turn Off)시키도록 하여, 비교 전압(Vc)에 대한 충전이 다시 이루어지도록 한다. 이러한 과정을 반복함으로써 비교기(4)로부터 발진 신호(Osc)가 출력된다.
한편, 이러한 발진기는 시스템 내부에서 클록 신호와 같은 타이밍 신호를 제공하는 기능을 수행하기 때문에, 발진기의 출력 신호가 목표하는 주파수를 가지지 않을 경우 시스템 자체의 오동작으로 직결될 확률이 높다. 따라서, 발진기의 특성은 시스템의 성능을 좌우하는 매우 중요한 요소 중의 하나라고 할 수 있다.
그런데, 상기 발진기는 그 사용 공정이나 환경적 요인, 특히 전원 전압 또는 온도 등에 의하여 그 출력 주파수가 변화될 수 있다. 예를 들어, -30℃ 내지 140℃ 정도의 광범위한 온도 범위에 대해서는 발진기에 의하여 출력되는 발진 신호가 안정적이지 못하고 주파수 특성이 변동된다.
따라서, 종래에는 이러한 외부 환경의 변화에 따른 발진 신호의 변화를 보상하기 위해서 다양한 형태의 보상 회로를 구비한다. 그 예로, 전원 전압과 온도에 민감한 기준 전압 발생기를 온도의 차이에 둔감한 고가의 제품으로 구성하거나, 기준 전류 발생기에 온도의 변화에 반비례하는 전류를 생성시키도록 함으로써 온도의 차이를 보상하는 등으로 보상 회로를 구현하는 것이다.
그런데, 이러한 보상 회로들은 복잡한 회로 구성을 갖는 경우가 대부분이기 때문에 전력 소모가 많고, 테스트 시간의 증가 및 고가의 제품 사용으로 인한 비용 의 상승 등의 문제를 유발할 소지가 높다.
특히, 발진기를 정확히 보상하기 위해서는 보상하고자 하는 특정 전압이나 온도에 대한 정확한 교정 환경의 구현이 필수적이나 이는 비용의 증가를 수반할 뿐만 아니라 그 구현이 쉽지 않은 문제점이 있다.
또한, 발진기의 동작 특성은 전원 전압, 동작 전류 또는 온도 등의 외부 환경뿐만 아니라 제작 공정의 변동에 따라 그 특성이 변화될 수 있으므로, 제작된 발진기의 칩(Chip)마다 미세하게 그 특성이 다르다고 할 수 있다. 따라서, 다수의 칩에 대하여 전압이나 온도에 대하여 절대적인 기준을 적용하는 것은 정밀도를 저하시키는 한 요인이 될 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 종래의 발진기의 보상 회로들은 상술한 문제점들로 인하여 발진기 구성의 용이성, 저 전력, 고 정밀성 등에 대한 요구를 충분히 충족시키지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제작 공정 또는 환경 요인 등으로 인하여 발생되는 발진 신호의 변화를 정확히 반영할 수 있는 발진기를 제공하는데 본 발명의 제 1 목적이 있다.
또한, 이러한 발진기를 효율적으로 보상할 수 있는 발진기의 보상 방법을 제공하는데 본 발명의 제 2 목적이 있다.
이러한 본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발진기는, 데이터 저장부와; 외부로부터 입력되는 제어 코드에 따라 변화되는 발진 신호를 출력하는 발진부와; 소정의 환경 조건 하에서 다수의 제어 코드를 상기 발진부로 입력하여 목표하는 발진 신호가 출력되는 제어 코드를 찾아, 상기 환경 조건을 나타내는 조건 코드에 대응시켜 상기 데이터 저장부에 복수 개를 저장하고, 상기 저장된 복수 개의 조건 코드 및 대응된 제어 코드를 이용하여 현재의 조건에 대응되는 제어 코드를 산출하여 상기 발진부로 입력하는 제어부로 구성된다.
또한, 상기 발진기는 온도에 따라 연속적으로 변화되는 기준 전압 신호를 발생시켜 상기 발진부로 제공하는 기준 전압 발생부와; 상기 기준 전압 발생부에 의하여 출력되는 기준 전압 신호를 디지털 데이터로 변환시켜 상기 조건 코드를 출력하는 아날로그 디지털 컨버터; 및 기준 전류를 생성하여 상기 발진부로 제공하는 기준 전류 발생부를 더 포함할 수 있다.
상기 발진부는, 상기 기준 전압 발생부의 출력 단에 기준 입력 단이 연결되고, 상기 기준 전류 발생기의 출력 단에 비교 입력단이 각각 연결되며, 상기 기준 입력단과 상기 비교 입력단의 전압 차이에 의하여 발진 신호를 출력하는 비교기와; 상기 비교기의 비교 입력단에 병렬로 연결되어 상기 기준 전류 발생기로부터 제공되는 기준 전류를 충전시키며, 상기 제어 코드에 의하여 충전 용량이 조정되는 커패시터부; 및 상기 비교기의 비교 입력단에 병렬로 연결되며, 상기 비교기에 의하여 출력되는 상기 발진 전압으로 제어되는 방전 스위치로 이루어진다.
상기 커패시터부는, 상호 병렬로 연결되는 다수의 커패시터들; 및 상기 각 커패시터에 직렬로 연결되며, 상기 제어 코드의 각 비트의 신호에 의하여 제어되는 다수의 스위치들로 구성된다. 이때, 커패시터들의 용량은 상기 제어 코드의 비트 레벨에 비례하는 것이 바람직하다.
상기 발진부는 상기 비교 입력단으로부터 입력되는 비교 전압이 상기 기준 전압 보다 높아지면 상기 방전 스위치를 턴온시켜 상기 비교 전압이 접지 전압과 같은 준위로 방전되도록 하고, 이에 따라 상기 기준 전압이 상기 비교 전압에 비하여 높아지면 상기 방전 스위치를 턴오프시킨다.
상기 기준 전압 발생부에 의하여 출력되는 기준 전압 신호는 온도의 상승에 따라 낮아진다. 반면, 상기 기준 전류 발생부는 온도 및 전원 전압에 영향을 받지 않고 일정한 레벨의 상기 기준 전류를 제공한다.
상기 발진기의 구성에 있어서, 상기 기준 전압 발생부, 상기 아날로그 디지털 변환부, 상기 기준 전류 발생부 및 상기 발진부는 하나의 칩으로 구성하고, 상기 데이터 저장부 및 제어부는 외부 시스템에 구비되는 저장 소자 및 프로세서를 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 데이터 저장부는 데이터 레지스터 또는 롬(ROM) 등을 사용한다.
상기 발진 신호의 주파수는 제어 코드에 따라 조정될 수 있다. 이때 상기 제어 코드가 증가하면 상기 발진 신호의 주파수가 높게 조정되며, 상기 제어 코드가 감소되면 상기 발진 신호의 주파수가 낮게 조정된다.
한편, 본 발명의 제 2 목적에 따른 발진기의 보상 방법은, 주어진 조건에서 발진 신호를 조정할 수 있는 다수의 제어 코드를 발진기로 입력하여, 목표하는 발진 신호를 출력하는 제어 코드 검출하는 단계와; 상기 검출된 제어 코드를 상기 조건의 정보를 가지는 조건 코드에 대응시켜 저장하는 단계와; 주어진 N 개의 조건에서 상기 제어 코드 검출 단계 및 저장 단계를 반복하여, N 개의 조건 코드 및 상기 N 개의 조건 코드에 각각 대응된 N 개의 제어 코드를 각각 저장하는 단계; 및 상기 저장된 N 개의 조건 코드 및 N 개의 제어 코드에 근거하여, 현재의 조건에서 목표하는 발진 신호를 출력할 수 있는 제어 코드를 산출하여 상기 발진기로 입력하는 단계로 구성된다.
상기 제어 코드 검출 단계는, 상기 주어진 조건에서, 어느 하나의 상기 제어 코드를 상기 발진기로 입력하는 단계와; 상기 제어 코드에 따라 상기 발진기로부터 출력되는 발진 신호가 상기 목표하는 발진 신호와 동일한지를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과 상기 출력되는 발진 신호가 상기 목표하는 발진 신호와 동일하면 상기 저장 단계로 천이하고, 상기 출력되는 발진 신호가 상기 목표하는 발진 신호와 동일하지 않으면 다른 제어 코드를 통하여 상기 입력 단계 및 판단 단계를 반복하는 단계로 이루어진다.
이때, 상기 판단 결과 상기 출력되는 발진 신호가 상기 목표하는 발진 신호보다 클 경우, 상기 제어 코드를 감소시켜 상기 입력 단계로 천이하고, 상기 출력되는 발진 신호가 상기 목표하는 발진 신호보다 작을 경우, 상기 제어 코드를 증가시켜 상기 입력 단계로 천이한다.
상기 제어 코드는 상기 발진기의 출력 주파수를 조정할 수 있는 코드이다. 즉, 상기 제어 코드는 상기 발진기의 기준 전류를 충전하기 위한 커패시터의 충전 용량을 조정한다. 이때, 상기 제어 코드가 증가하면 상기 출력 주파수가 높아지고, 상기 제어 코드가 감소하면 상기 출력 주파수가 낮아진다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
<실시예 1>
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 발진기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 발진기(100)는 기준 전압 발생부(110), 아날로그 디지털 변환부(140), 기준 전류 발생부(130), 발진부(120), 데이터 저장부(150) 및 제어부(160)로 구성된다.
기준 전압 발생부(110)는 온도에 따라 연속적으로 변화되는 전압 신호를 발생시켜 발진부(120) 및 아날로그 디지털 변환부(140)로 제공하는 기능을 수행한다.
도 3은 도 2에 도시된 기준 전압 발생부(110)의 출력 특성을 도시하는 그래프로서, 온도의 증가에 따라 기준 전압 발생부(110)의 출력이 연속적으로 감소하는 하는 것을 알 수 있다. 이렇게 온도에 따라 출력이 연속적으로 변하는 특성을 갖는 기준 전압 발생부(110)는 통상적으로 사용되는 간단한 구성의 저가 제품으로 구성할 수 있다.
본 실시예에서는 이러한 기준 전압 발생부(110)를 발진 신호를 발생시킬 수 있도록 하는 기준 전압을 제공하는 기능을 수행하도록 하는 동시에, 온도에 따라 유니크한 전압을 출력하는 특성을 이용하여 온도를 감지하는 온도 센서로도 활용한다.
아날로그 디지털 변환부(140)는 상기 기준 전압 발생부(110)에 의하여 출력된 출력 신호를 디지털 데이터로 변환시켜 디지털 코드를 출력하는 기능을 수행한다. 이때, 변환된 디지털 코드는 온도의 변화 등과 같이 환경의 변화에 대응되는 전압 정보를 가지므로 온도, 전원 전압과 같은 환경 조건을 식별할 수 있는 조건 코드라 할 수 있다.
기준 전류 발생부(130)는 발진부(120)에 발진 신호를 발생시킬 수 있도록 하는 전류를 발생시켜 발진부(120)로 제공하는 기능을 수행한다. 이때, 기준 전류 발생부(130)에 의하여 발생되는 전류는 전원 전압 및 온도에 영향을 받지 않고 일정한 레벨을 갖는 제품을 사용한다.
도 4는 도 2에 도시된 기준 전류 발생부(130)의 출력 특성을 도시하는 그래프로서, 전원 전압 및 온도에 영향을 받지 않고 비교적 일정한 레벨의 전류를 출력하는 것을 알 수 있다.
발진부(120)는 제어부(160)로부터 입력되는 제어 코드에 따라 기준 전압 발생부(110) 및 기준 전류 발생부(130)로부터 인가되는 기준 전압 및 기준 전류에 응답하여 발진 신호를 출력하는 기능을 수행한다.
도 5는 도 2에 도시된 발진부(120)의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 발진부(120)는 기준 전압 발생기(110)의 출력단에 기준 입 력단이 연결되고 기준 전류 발생기(130)의 출력단에 비교 입력단이 각각 연결된 비교기(121)와, 비교기(121)의 비교 입력단에 병렬로 각각 연결된 커패시터부(124) 및 방전 스위치(122)로 구성된다. 이때, 방전 스위치(122)는 비교기(FOSC)의 출력에 의하여 턴온(Turn On)된다.
상기 비교기(121)는 기준 전압(Vr)과 비교 전압(Vc)의 전압 차에 따라 발진 신호(FOSC)를 출력한다. 이때, 비교 입력단으로부터 입력되는 비교 전압(Vc)이 기준 전압(Vr) 보다 높아지면 방전 스위치(122)를 턴온시켜 비교 전압(Vc)이 접지 전압과 같은 준위로 방전되도록 하고, 다시 기준 전압(Vr)이 비교 전압(Vc)에 비하여 높아지면 방전 스위치(122)를 턴오프시킨다.
이때, 발진 주파수(FOSC)는 온도가 상승되면, 기준 전압(Vr)이 도 3에서와 같이 낮아지므로 비교 전압(Vc)이 기준 전압(Vr)보다 높아지는 속도가 빨라져서 발진 주파수(FOSC)가 높아지고, 같은 개념으로 온도가 하락하면 발진 주파수(FOSC)는 낮아진다.
상기 커패시터부(124)는 기준 전류 발생부(130)로부터 제공되는 기준 전류(Ir)를 충전하는 기능을 수행한다. 이때, 커패시터부(130)는 제어부(160)로부터 인가되는 제어 코드에 응답하여 충전 용량이 가변된다.
도 6은 도 5에 도시된 커패시터부(124)의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 6을 참조하면, 커패시터부(124)는 상호 병렬로 연결되는 다수 즉, 6개의 커패시터(C1 ~ C6) 및 제어부(160)로부터 인가되는 제어 코드에 응답하여 각 커패시터(C1 ~ C6)를 차단시키는 6개의 스위치(S1 ~ S6)로 구성된다.
즉, 상기 커패시터부(124)는 제 1 커패시터(C1), 제 2 커패시터(C2), 제 3 커패시터(C3), 제 4 커패시터(C4), 제 5 커패시터(C5) 및 제 6 커패시터(C6)를 구비한다. 이때, 상기 제 1 내지 제 6 커패시터(C1 ~ C6)들의 용량은 제 6 커패시터(C6)가 가장 큰 용량을 갖도록 하며, 순차적으로 적어져 제 1 커패시터(C1)가 가장 작은 용량을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 각 커패시터(C1 ~ C6)에는 각각 제 1 스위치(S1), 제 2 스위치(S2), 제 3 스위치(S3), 제 4 스위치(S4), 제 5 스위치(S5) 및 제 6 스위치(S6)가 각각 직렬로 연결된다. 이때, 제 1 스위치(S1), 제 2 스위치(S2), 제 3 스위치(S3), 제 4 스위치(S4), 제 5 스위치(S5) 및 제 6 스위치(S6)는 제어 코드의 대응된 비트의 반전값 의하여 턴온된다. 즉, 제 1 스위치(S1)는 제어 코드의 최하위 비트의 반전값(CTRL1')에 의하여 턴온되며, 제 6 스위치(S6)는 제어 코드의 최상위 비트의 반전값(CTRL6')에 의하여 턴온된다.
따라서, 상기 커패시터부(124)는 제어부(160)에 의하여 인가되는 제어 코드에 의하여 그 충전 용량이 가변될 수 있다. 이때, 상기 제어 코드는, 앞서 언급했듯이, 온도가 상승하면 발진 주파수가 높아지고 온도가 하락하면 발진 신호(FOSC)의 주파수가 낮아지므로, 온도가 상승하면 높아진 발진 신호(FOSC)의 주파수를 낮게 조정하기 위해서 커패시터부(124)의 충전 용량이 커지도록 제어 코드가 작아져야하며, 반대로 온도가 하락하면 제어 코드가 커져야할 것이다. 왜냐하면, 커패시터부(124)의 각 스위치(S1 ~ S6)에 제어 코드의 각 비트의 반전값(CTRL1' ~ CTRL6')이 입력되기 때문이다. 그러나, 실시환경에 제어 코드의 각 비트값을 그대 로 입력할 수 있음은 자명한 일이다. 이 경우 상술한 설명과는 상반된 상관관계를 가질 것이다. 따라서, 제어 코드를 이용하여 커패시터부(124)의 충전 용량을 조정하면 발진 신호(FOSC)의 주파수를 조정할 수 있다.
한편, 데이터 저장부(150)는 제어부(160)의 제어에 의하여 각종 데이터를 저장하는 기능을 수행한다. 예를 들면, 아날로그 디지털 변환부(140)로부터 출력되는 조건 코드와, 커패시터부(124)에 인가되는 제어 코드 등이 저장된다. 상기 데이터 저장부(150)는 데이터 레지스터, 롬(ROM : Read Only Memory) 등으로 구현할 수 있다.
제어부(160)는 소정의 온도 또는 전원 전압 조건 하에서 다수의 제어 코드를 발진부(120)로 입력하여, 목표하는 발진 신호가 출력되는 제어 코드를 조건 코드와 함께 데이터 저장부(150)로 다수 개 저장하고, 데이터 저장부(150)에 저장된 다수 개의 제어 코드 및 조건 코드에 근거하여 현재의 조건 코드에 대응되는 제어 코드를 찾아 발진부(120)로 입력하는 기능을 수행한다. 이러한 제어부(160)의 동작은 이후에 설명될 발진기(100)의 보상 방법에서 더욱 명확해질 것이다.
한편, 상기 기준 전압 발생부(110), 아날로그 디지털 변환부(140), 기준 전류 발생부(130) 및 발진부(120)는 하나의 칩으로 구성하고, 상기 데이터 저장부(150)와 제어부(160)는 외부의 시스템에 구비되어 있는 저장 소자 및 프로세서 상에 소프트웨어적으로 구현할 수 있다. 이 경우 저 전력의 측면에서 매우 효과적이라 할 수 있다. 또한, 실시 환경에 따라서는 상기 구성 요소(110 ~ 160)들을 원칩(One-Chip) 형태로 구성할 수도 있음은 물론이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 발진기(100)의 보상 방법의 흐름을 도시하는 순서도로서, 온도의 변화에 따른 발진 신호(FOSC)의 보상 동작을 설명하고 있다. 도 7의 과정은 도 2에 도시된 발진기(100)의 제어부(160)에 의하여 제어될 수 있다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 먼저 제어부(160)는 주어진 제 1 온도에서 발진부의 커패시터부(124)로 제어 코드를 입력한다(단계:S1). 이때, 주어진 제 1 온도는 발진부(120)가 동작할 수 있는 온도 범위 중 최저 온도에 근접한 온도를 의미한다.
상기 제어 코드에 응답하여 발진부(120)로부터 발진 신호(FOSC)가 출력되면 제어부(160)는 그 출력된 발진 신호(FOSC)가 목표하는 발진 신호(Ftarget)가 동일한지를 판단한다(단계:S2).
이때, 만약 동일하지 않을 경우에는 출력된 발진 신호(FOSC)의 주파수를 목표하는 발진 신호(Ftarget)의 주파수와 비교하여(단계:S3), 발진 신호(FOSC)의 주파수가 더 높을 경우, 제어 코드를 소정의 비트, 예를 들면 1비트 감소시켜 발진부(120)로 입력하고(단계:S4), 출력된 발진 신호(FOSC)의 주파수가 목표하는 발진 신호(Ftarget)의 주파수보다 낮을 경우에는 제어 코드를 1비트 증가시켜 발진부(120)로 입력한다(단계:S5).
한편, 만약 임의의 제어 코드의 입력에 의하여 상기 출력된 발진 신호(FOSC)가 목표하는 발진 신호(Ftarget)와 동일해졌다면, 제어부(160)는 해당 제 1 제어 코드와, 상기 제 1 온도에 대응하여 아날로그 디지털 변환부(140)로부터 출력되는 제 1 온도 코드를 데이터 저장부(150)에 저장한다(단계:S6). 이때, 상기 온도 코드는 조건 코드를 의미하는 것이다. 도 7에서는 온도 변화에 따른 보상을 설명하고 있으므로 조건 코드를 온도 코드로 명명하였다.
이어서, 제어부(160)는 주어진 제 2 온도에서 발진부(120)의 커패시터부(124)로 제어 코드를 입력한다(단계:S11). 이때, 주어진 제 2 온도는 발진부(120)가 동작할 수 있는 온도 범위 중 최고 온도에 근접한 온도를 의미한다.
상기 제어 코드에 응답하여 발진부(120)로부터 발진 신호가 출력되면 제어부(120)는 그 출력된 발진 신호(FOSC)가 목표하는 발진 신호(Ftarget)가 동일한지를 판단한다(단계:S12).
이때 만약 동일하지 않을 경우, 출력된 발진 신호(FOSC)의 주파수와 목표하는 발진 신호(Ftarget)을 비교하여(단계:S13), 출력된 발진 신호(FOSC)의 주파수가 목표하는 발진 신호(Ftarget)의 주파수보다 높을 경우 제어 코드를 1비트 감소시켜 발진부(120)로 입력하고(단계:S14), 출력된 발진 신호(FOSC)의 주파수가 목표하는 발진 신호(Ftarget)의 주파수보다 낮을 경우 제어 코드를 1비트 증가시켜 발진부(120)로 입력한다(단계:S15).
만약, 임의의 제어 코드의 입력에 의하여 상기 출력된 발진 신호(FOSC)가 목표하는 발진 신호(Ftarget)와 동일해졌다면, 제어부(160)는 해당 제 2 제어 코드와, 상기 제 2 온도에 대응하여 아날로그 디지털 변환부(140)로부터 출력되는 제 2 온도 코드를 데이터 저장부(150)에 저장한다(단계:S16).
따라서, 이상의 과정들을 통하여 데이터 저장부(150)에는 제 1 온도를 나타 내는 제 1 온도 코드와, 그 제 1 온도에서 목표하는 발진 신호(Ftarget)를 출력할 수 있도록 하는 제 1 제어 코드가 저장된다. 또한, 제 2 온도를 나타내는 제 2 온도 코드와, 그 제 2 온도에서 목표하는 발진 신호(Ftarget)를 출력할 수 있도록 하는 제 2 제어 코드가 저장된다.
이러한 두 가지 조건의 온도에서 이상적으로 동작할 수 있는 제 1 제어 코드와 제 2 제어 코드들을 이용하면, 임의의 다른 온도에서도 목표하는 발진 신호(Ftarget)를 출력하도록 하는 해당 제어 코드를 찾을 수 있다.
도 8은 온도 코드와 제어 코드와의 상관 관계를 도시하는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 온도 코드의 증가에 따라 제어 코드가 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 임의의 온도에서 목표하는 발진 신호(Ftarget)의 주파수를 출력할 수 있도록 하는 제어 코드는 다음의 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112005036622851-PAT00001
Ftarget Code : 목표하는 발진 신호(Ftarget)를 출력할 수 있는 제어 코드
Code1 : 제 1 제어 코드
Code2 : 제 2 제어 코드
Var : 현재의 온도 코드
Var1 : 제 1 온도 코드
Var2 : 제 2 온도 코드
따라서, 현재의 온도에서 온도 코드가 아날로그 디지털 변환부(140)로부터 출력되면(단계:S20), 제어부(160)는 상기 데이터 저장부(150)에 저장된 제 1 온도 코드, 제 2 온도 코드, 제 1 제어 코드 및 제 2 제어 코드를 이용하여 상기 수학식 1의 계산에 따라 제어 코드를 산출하여 발진부(120)로 입력한다. 발진부(120)에서는 이에 대응하여 보상된 발진 신호를 출력한다(단계:S21).
이상 설명한 제 1 실시예를 통하여, 온도 변화에 대응하여 보상된 발진 신호를 출력할 수 있도록 하는 발진기 및 방법을 설명하였다. 그런데, 발진 신호가 변하는 요인에는 온도뿐만 아니라 전원 전압의 변화도 상당한 영향을 미친다.
앞서 설명한 기준 전압 발생부(110)의 출력 전압(Vr)은 온도에 따라 변화되는 정보를 가지지만 절대적인 온도 정보만을 가지는 것이 아니고, 온도나 전원 전압 등의 환경 변화에 따른 기준 전압 발생부(110)의 출력 정보를 가지는 것이므로 아날로그 디지털 변환부(140)의 출력 코드 즉, 조건 코드는 환경 요인에 대한 종합적인 정보가 포함된 조건 코드라 할 수 있다.
따라서, 상술한 도 7에서 설명되었던 과정을 이용하여, 전원 전압의 변화에 따른 보상도 수행할 수 있다. 이는 앞으로 설명할 제 2 실시예를 통하여 설명한다.
<실시예 2>
도 9는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 발진기의 보상 방법의 흐름을 도시하는 순서도이다. 이때, 하드웨어적인 구조는 앞서 설명한 도 2의 발진기(100) 구조를 사용한다.
도 9를 참조하면, 먼저 제어부(160)는 주어진 제 1 전원 전압에서 발진부(120)의 커패시터부(124)로 제어 코드를 입력한다(단계:S31). 이때, 주어진 제 1 전원 전압은 발진부(120)가 동작할 수 있는 전원 전압의 범위 중 최저 전압에 근접한 전압를 의미한다.
상기 제어 코드에 응답하여 발진부(120)로부터 발진 신호(FOSC)가 출력되면 제어부(160)는 그 출력된 발진 신호(FOSC)가 목표하는 발진 신호(Ftarget)가 동일한지를 판단한다(단계:S32).
이때, 만약 동일하지 않다면, 출력된 발진 신호(FOSC)의 주파수와 목표하는 발진 신호(Ftarget)의 주파수를 비교하여(단계:S33), 출력된 발진 신호(FOSC)의 주파수가 목표하는 발진 신호(Ftarget)의 주파수보다 높을 경우 제어 코드를 1비트 감소시켜 발진부(120)로 입력하고(단계:S34), 출력된 발진 신호(FOSC)의 주파수가 목표하는 발진 신호(Ftarget)의 주파수보다 낮을 경우 제어 코드를 1비트 증가시켜 발진부(120)로 입력한다(단계:S35).
이러한 과정을 거쳐, 만약 임의의 제어 코드의 입력에 의하여 상기 출력된 발진 신호(FOSC)가 목표하는 발진 신호(Ftarget)와 동일해졌다면, 제어부(160)는 해당 제 1 제어 코드와, 상기 제 1 전원 전압에 대응하여 아날로그 디지털 변환부(140)로부터 출력되는 제 1 전원 전압 코드를 데이터 저장부(150)에 저장한다(단계:S36). 이때, 상기 전원 전압 코드는 조건 코드를 의미하는 것으로, 도 9에서는 전원 전압의 변화에 따른 보상을 설명하고 있으므로 전원 전압 코드로 명명하였다.
이어서, 제어부(160)는 주어진 제 2 전원 전압에서 발진부(120)의 커패시터 부(124)로 제어 코드를 입력한다(단계:41). 이때, 주어진 제 2 전원 전압은 발진부(120)가 동작할 수 있는 전원 전압의 범위 중 최고 전압에 근접한 전압을 의미한다.
상기 제어 코드에 응답하여 발진부(120)로부터 발진 신호가 출력되면 제어부(160)는 그 출력된 발진 신호(FOSC)가 목표하는 발진 신호(Ftarget)가 동일한지를 판단한다(단계:S42).
이때 만약 동일하지 않다면, 두 신호의 주파수를 비교하여(단계:S43), 출력된 발진 신호(FOSC)의 주파수가 목표하는 발진 신호(Ftarget)의 주파수보다 높을 경우 제어 코드를 1비트 감소시켜 발진부(120)로 입력하고(단계:S44), 출력된 발진 신호의 주파수가 목표하는 발진 신호의 주파수보다 낮을 경우 제어 코드를 1비트 증가시켜 발진부(120)로 입력한다(단계:S45).
만약 임의의 제어 코드의 입력에 의하여 상기 출력된 발진 신호(FOSC)가 목표하는 발진 신호(Ftarget)와 동일해졌다면, 제어부(160)는 해당 제 2 제어 코드와, 상기 제 2 전원 전압에 대응하여 아날로그 디지털 변환부(140)로부터 출력되는 제 2 전원 전압 코드를 데이터 저장부(150)에 저장한다(단계:S46).
따라서, 이상의 과정들을 통하여 데이터 저장부(150)에는 제 1 전원 전압을 나타내는 제 1 전원 전압 코드와, 그 제 1 전원 전압에서 목표하는 발진 신호(Ftarget)를 출력할 수 있도록 하는 제 1 제어 코드가 저장된다. 또한, 제 2 전원 전압을 나타내는 제 2 전원 전압 코드와, 그 제 2 전원 전압에서 목표하는 발진 신호(Ftarget)를 출력할 수 있도록 하는 제 2 제어 코드가 저장된다.
이러한 두 가지 조건의 온도에서 이상적으로 동작할 수 있는 제 1 제어 코드와 제 2 제어 코드들을 이용하면, 임의의 다른 전원 전압에서도 목표하는 제어 코드를 찾을 수 있다.
이때, 앞서 설명한 수학식 1을 사용하되, 변수는 다음과 같이 정의된다.
Ftarget Code : 목표하는 발진 신호를 출력할 수 있는 제어 코드
Code1 : 제 1 제어 코드
Code2 : 제 2 제어 코드
Var : 현재의 전원 전압 코드
Var1 : 제 1 전원 전압 코드
Var2 : 제 2 전원 전압 코드
따라서, 현재의 전원 전압에서 전원 전압 코드가 아날로그 디지털 변환부(140)로부터 출력되면(단계:S50), 제어부(160)는 상기 데이터 저장부(150)에 저장된 제 1 전원 전압 코드, 제 2 전원 전압 코드, 제 1 제어 코드 및 제 2 제어 코드를 이용하여 상기 수학식 1의 계산에 따라 제어 코드를 산출하여 발진부(120)로 입력한다. 발진부(120)에서는 이에 대응하여 보상된 발진 신호를 출력한다(단계:S51).
이상 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실 시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 발진기 및 그 보상 방법에 따르면 온도 또는 전원 전압의 변화에 따라 이상적인 커패시터부의 용량을 데이터화하여 저장하고, 그 저장된 데이터에 근거하여 현재의 상태에 따른 커패시터부의 용량을 설정하여 발진을 수행한다.
따라서, 일반적인 저가의 발진기 구조를 그대로 이용하면서도, 전원 전압이나 온도와 같은 교정 환경의 부정확성을 개선할 수 있는 상대적인 보상 개념을 도입함과 동시에 그 과정을 단순화시켜 비용을 감소시킬 수 있는 장점을 가진다.

Claims (23)

  1. 데이터 저장부;
    외부로부터 입력되는 제어 코드에 따라 변화되는 발진 신호를 출력하는 발진부;
    소정의 환경 조건 하에서 다수의 제어 코드를 상기 발진부로 입력하여 목표하는 발진 신호가 출력되는 제어 코드를 찾아, 상기 환경 조건을 나타내는 조건 코드에 대응시켜 상기 데이터 저장부에 복수 개를 저장하고, 상기 저장된 복수 개의 조건 코드 및 대응된 제어 코드를 이용하여 현재의 조건에 대응되는 제어 코드를 산출하여 상기 발진부로 입력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  2. 제 1 항에 있어서, 온도에 따라 연속적으로 변화되는 기준 전압 신호를 발생시켜 상기 발진부로 제공하는 기준 전압 발생부;
    상기 기준 전압 발생부에 의하여 출력되는 기준 전압 신호를 디지털 데이터로 변환시켜 상기 조건 코드를 출력하는 아날로그 디지털 컨버터; 및
    기준 전류를 생성하여 상기 발진부로 제공하는 기준 전류 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 발진부는,
    상기 기준 전압 발생부의 출력 단에 기준 입력 단이 연결되고, 상기 기준 전류 발생기의 출력 단에 비교 입력단이 각각 연결되며, 상기 기준 입력단과 상기 비교 입력단의 전압 차이에 의하여 발진 신호를 출력하는 비교기;
    상기 비교기의 비교 입력단에 병렬로 연결되어 상기 기준 전류 발생기로부터 제공되는 기준 전류를 충전시키며, 상기 제어 코드에 의하여 충전 용량이 조정되는 커패시터부; 및
    상기 비교기의 비교 입력단에 병렬로 연결되며, 상기 비교기에 의하여 출력되는 상기 발진 전압으로 제어되는 방전 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 커패시터부는,
    상호 병렬로 연결되는 다수의 커패시터들; 및
    상기 각 커패시터에 직렬로 연결되며, 상기 제어 코드의 각 비트의 신호에 의하여 제어되는 다수의 스위치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 커패시터들의 용량은 상기 제어 코드의 비트 레벨에 비례하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 발진부는 상기 비교 입력단으로부터 입력되는 비교 전압이 상기 기준 전압 보다 높아지면 상기 방전 스위치를 턴온시켜 상기 비교 전압이 접지 전압과 같은 준위로 방전되도록 하고, 이에 따라 상기 기준 전압이 상기 비교 전압에 비하여 높아지면 상기 방전 스위치를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 발진기.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 기준 전압 발생부에 의하여 출력되는 기준 전압 신호는 온도의 상승에 따라 낮아지는 것을 특징으로 하는 발진기.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 기준 전류 발생부는 온도 및 전원 전압에 영향을 받지 않고 일정한 레벨의 상기 기준 전류를 제공하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 기준 전압 발생부, 상기 아날로그 디지털 변환부, 상기 기준 전류 발생부 및 상기 발진부는 하나의 칩으로 구성하고, 상기 데이터 저장부 및 제어부는 외부 시스템에 구비되는 저장 소자 및 프로세서를 이용하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 저장부는 데이터 레지스터 및 롬(ROM) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발진기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 환경 조건은 온도 및 전원 전압 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발진기.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 코드에 따라 상기 발진 신호의 주파수가 조정되는 것을 특징으로 하는 발진기.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제어 코드가 증가하면 상기 발진 신호의 주파수가 높게 조정되며, 상기 제어 코드가 감소되면 상기 발진 신호의 주파수가 낮게 조정되는 것을 특징으로 하는 발진기.
  14. 주어진 조건에서, 발진 신호를 조정할 수 있는 다수의 제어 코드를 발진기로 입력하여, 목표하는 발진 신호를 출력하는 제어 코드 검출하는 단계;
    상기 검출된 제어 코드를 상기 조건의 정보를 가지는 조건 코드에 대응시켜 저장하는 단계;
    주어진 N 개의 조건에서 상기 제어 코드 검출 단계 및 저장 단계를 반복하여, N 개의 조건 코드 및 상기 N 개의 조건 코드에 각각 대응된 N 개의 제어 코드를 각각 저장하는 단계; 및
    상기 저장된 N 개의 조건 코드 및 N 개의 제어 코드에 근거하여, 현재의 조건에서 목표하는 발진 신호를 출력할 수 있는 제어 코드를 산출하여 상기 발진기로 입력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기의 보상 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제어 코드 검출 단계는,
    상기 주어진 조건에서, 어느 하나의 상기 제어 코드를 상기 발진기로 입력하는 단계;
    상기 제어 코드에 따라 상기 발진기로부터 출력되는 발진 신호가 상기 목표하는 발진 신호와 동일한지를 판단하는 단계;
    상기 판단 결과 상기 출력되는 발진 신호가 상기 목표하는 발진 신호와 동일하면 상기 저장 단계로 천이하고, 상기 출력되는 발진 신호가 상기 목표하는 발진 신호와 동일하지 않으면 다른 제어 코드를 통하여 상기 입력 단계 및 판단 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기의 보상 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 판단 결과 상기 출력되는 발진 신호가 상기 목표하는 발진 신호보다 클 경우, 상기 제어 코드를 감소시켜 상기 입력 단계로 천이하고, 상기 출력되는 발진 신호가 상기 목표하는 발진 신호보다 작을 경우, 상기 제어 코드를 증가시켜 상기 입력 단계로 천이하는 것을 특징으로 하는 발진기의 보상 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 조건은 온도 및 전원 전압 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발진기의 보상 방법.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 N은 2인 것을 특징으로 하는 발진기의 보상 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 현재 조건의 제어 코드 산출 단계에서, 제어 코드는 아래의 수학식,
    Figure 112005036622851-PAT00002
    Ftarget Code : 목표하는 발진 신호를 출력할 수 있는 제어 코드
    Code1 : 제 1 제어 코드
    Code2 : 제 2 제어 코드
    Var : 현재의 조건 코드
    Var1 : 제 1 조건 코드
    Var2 : 제 2 조건 코드
    에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 발진기의 보상 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 2개의 조건은 상기 발진기가 동작 가능한 최저 온도 및 최고 온도인 것을 특징으로 하는 발진기의 보상 방법.
  21. 제 14 항에 있어서, 상기 제어 코드는 상기 발진기의 출력 주파수를 조정할 수 있는 코드인 것을 특징으로 하는 발진기의 보상 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제어 코드는 상기 발진기의 기준 전류를 충전하기 위한 커패시터의 충전 용량을 조정하는 것을 특징으로 하는 발진기의 보상 방법.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 제어 코드가 증가하면 상기 출력 주파수가 높아지 고, 상기 제어 코드가 감소하면 상기 출력 주파수가 낮아지는 것을 특징으로 하는 발진기의 보상 방법.
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