KR20080102812A - 신호 변환 장치 및 신호 변환 방법 - Google Patents

신호 변환 장치 및 신호 변환 방법 Download PDF

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Abstract

신호 변환 장치가 개시된다. 상기 신호 변환 장치는 제1스윙 범위 내에서 스윙하는 제1신호를 제2스윙 범위 내에서 스윙하는 제2신호로 변환하기 위한 스윙 범위 변환 유닛, 상기 제2스윙 범위 내에서 주기적으로 스윙하는 오실레이션 신호를 발생하는 오실레이터, 및 상기 제2신호와 상기 오실레이션 신호를 수신하여 비교하고, 비교결과로서 펄스 폭 변조 신호를 발생하기 위한 비교기를 포함한다. 상기 신호 변환 장치는 출력전압의 오버슈트 및 언더슈트를 감소시켜 세틀링 시간(settling time)을 빠르게 하는 효과가 있다.

Description

신호 변환 장치 및 신호 변환 방법{Signal converting apparatus and signal converting method}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래 기술에 따른 신호 변환 장치의 블락도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 변환 장치의 블락도를 나타낸다.
도 3은 오차 증폭기의 출력신호가 기준 신호보다 큰 경우 스윙 범위 변환 유닛의 동작을 설명하기 위한 블락도이다.
도 4는 오차 증폭기의 출력신호가 기준 신호보다 작은 경우 스윙 범위 변환 유닛의 동작을 설명하기 위한 블락도이다.
도 5는 스윙 범위 변환 유닛의 입출력 신호들의 파형도이다.
본 발명은 신호 변환 장치에 관한 것으로서, 특히 세틀링 시간(settling time)을 빠르게 할 수 있는 신호 변환 장치와 방법에 관한 것이다.
시스템에 입력이 가해질 때, 상기 시스템의 출력은 변할 것이다. 어떤 특정 의 범위 내에서 상기 시스템이 안정화될 때까지의 시간은 세틀링 시간이라 불린다.
도 1은 종래 기술에 따른 신호 변환 장치의 블락도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 상기 신호 변환 장치(100)는 구동 유닛(110), 주기적으로 스윙하는 톱니파를 출력를 출력하는 오실레이터(130), 스위칭 트랜지스터(131), 및 출력 유닛(133)을 포함한다.
상기 구동 유닛(110)은 오차 증폭기(미도시)로부터 소정의 스윙 범위 내에서 스윙하는 오차 신호(Verr)를 수신하고, 수신된 오차 신호(Verr)가 상기 오실레이터(130)로부터 출력된 톱니파의 스윙 범위(예컨대, 상기 톱니파의 최대값과 최소값 사이) 내에 있으면 상기 에러 신호(Verr)를 펄스 폭 변조한(pulse width modulated) 신호를 스위칭 트랜지스터(131)로 출력하고, 상기 에러 신호(Verr)가 상기 톱니파의 스윙 범위를 초과하는 경우 상기 에러 신호(Verr) 대신에 미리 설정된 신호를 상기 스위칭 트랜지스터(131)로 출력한다.
따라서, 상기 스위칭 트랜지스터(131)는 상기 구동 유닛(110)으로부터 출력된 신호에 응답하여 온/오프되어 소정의 전압(Va)을 출력 유닛(133)의 인덕터(L)로 공급하는 것을 제어한다. 이 경우, 상기 구동유닛(110)은 상기 스위칭 트랜지스터(131)와 상기 인덕터(L)에 과전류가 흐르는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 그러나, 상기 구동유닛(110)은 상기 출력유닛(133)의 출력전압(Vo)의 세틀링 시간 (settling time)을 빠르게 하는데 큰 도움이 되지 못한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 신호 변환 장치의 출력전 압의 오버슈트 및 언더슈트를 빠르게 감소시켜 세틀링 시간(settling time)을 빠르게 할 수 있는 장치와 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 신호 변환 장치는 제1스윙 범위 내에서 스윙하는 제1신호를 제2스윙 범위 내에서 스윙하는 제2신호로 변환하기 위한 스윙 범위 변환 유닛과, 상기 제2스윙 범위 내에서 주기적으로 스윙하는 오실레이션 신호를 발생하는 오실레이터, 및 상기 제2신호와 상기 오실레이션 신호를 수신하여 비교하고, 비교결과로서 펄스 폭 변조 신호를 발생하기 위한 비교기를 포함한다.
상기 제1스윙 범위는 상기 제2스윙 범위보다 크고, 상기 제2스윙 범위는 제1전압과 제2전압 사이이다.
상기 스윙 범위 변환 유닛은 제1저항을 통하여 입력되는 상기 제1신호를 수신하는 제1입력단자, 기준 신호를 수신하는 제2입력단자, 및 상기 제2신호를 출력하기 위한 출력단자를 포함하는 연산 증폭기; 및 상기 제1입력단자와 상기 출력단자 사이에 접속된 제2저항을 포함한다.
상기 신호 변환 장치는 저역 통과 필터; 상기 펄스 폭 변조 신호에 응답하여, 공급전압을 상기 저역 통과 필터의 입력단자로 전송하는 것을 제어하는 스위치 유닛; 상기 저역 통과 필터의 출력단자와 접지 노드 사이에 접속되어, 분배된 전압을 출력하기 위한 전압 분배기; 및 상기 분배된 전압과 기준 전압을 수신하고, 이들의 전압 차이를 증폭하여 상기 제1신호를 발생하기 위한 오차 증폭기를 더 포함한다. 상기 신호 변환 장치는 DC-DC 변환기이다. 상기 오실레이션 신호는 톱니파이 다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 신호 변환 방법은 제1스윙 범위 내에서 스윙하는 제1신호를 제2스윙 범위 내에서 스윙하는 제2신호로 변환하는 단계, 상기 제2스윙 범위 내에서 주기적으로 스윙하는 오실레이션 신호를 발생하는 단계, 및 상기 제2신호와 상기 오실레이션 신호를 수신하여 비교하고 비교결과로서 펄스 폭 변조 신호를 발생하는 단계를 포함한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 변환 장치의 블락도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 상기 신호 변환 장치(200)는 DC전압(Vi)을 발생하는 전원, 스위치 유닛(210), 저역 통과 필터(230), 전압 분배기(260), 오차 증폭기(250), 기준전압 발생부(270), 및 신호 변환기(290)를 포함한다.
상기 스위치 유닛(210)은 구동부(211)로부터 출력되는 다수의 제어신호들에 응답하여 상기 DC전압(Vi)을 저역 통과 필터(230)의 입력단자로 출력한다. 상기 스위치 유닛(210)은 상기 전원의 제1단자(예컨대, (+)단자)와 상기 저역 통과 필터 (230)의 입력단자 사이에 접속된 PMOS 트랜지스터(213), 및 상기 저역 통과 필터(230)의 입력단자와 상기 전원의 제2단자(예컨대, (-)단자)사이에 접속된 NMOS 트랜지스터(215)를 포함한다.
상기 PMOS 트랜지스터(213)와 상기 NMOS 트랜지스터(215) 각각이 번갈아 턴-온/턴-오프되게 구현되는 경우, 상기 구동부(211)는 비교기(50)로부터 출력된 펄스 폭 변조 신호를 상기 PMOS 트랜지스터(213)의 게이트와 상기 NMOS 트랜지스터(215)의 게이트 각각을 구동하기 위하여 두개의 제어신호들로 분리하여 출력할수 있다.
또한, 실시예에 따라 비교기(50)의 출력신호가 상기 PMOS 트랜지스터(213)의 게이트와 상기 NMOS 트랜지스터(215)의 게이트로 직접 입력될 수도 있다.
상기 저역 통과 필터(230)는 상기 스위치 유닛(210)으로부터 출력된 전압을 저역 통과 필터링하고, 저역 통과 필터된 전압(Vo)을 출력한다. 상기 저역 통과 필터(230)는 인덕터(231)와 커패시터(233)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 저역 통과 필터(230)는 상기 스위치 유닛(210)의 스위칭에 의하여 발생한 전압, 예컨대 구형파의 전압을 상기 인덕터(231)와 상기 커패시터(233)를 적절히 이용하여 직류 전압(Vo)을 발생한다.
상기 전압 분배기(260)는 상기 저역 통과 필터(230)의 출력 전압(VO)을 분배하고, 분배된 전압(VFB)을 출력한다. 예컨대, 상기 전압 분배기(260)는 상기 저역 통과 필터(230)의 출력단자와 접지 노드 사이에 직렬로 접속된 복수의 저항들(Rup 및 Rdown)을 포함할 수 있다.
상기 기준전압 발생부(270)는 각각이 서로 다른 레벨을 갖는 복수의 기준 전압들(Vrefa과 Vref)을 발생한다. 예컨대, 제1기준 전압(Vrefa)은 0.6V이고, 제2기준 전압(Vref)은 1.5V일 수 있다.
상기 오차 증폭기(250)는 (-)입력단자로 입력되는 상기 전압 분배기(260)의 출력 전압(VFB)과 (+)입력단자로 입력되는 제1기준전압(Vrefa, 예컨대 0.6V)을 수신하고, 이들(VFB와 Vrefa)의 전압 차이를 증폭하여 제1전압(Verr)을 발생한다.
상기 신호 변환기(290)는 스윙 범위 변환 유닛(30), 오실레이터(40), 및 비교기(50)를 포함한다.
연산 증폭기로 구현될 수 있고 포스트 스케일러(post scaler)라고도 불릴 수 있는 상기 스윙 범위 변환 유닛(30)은 제1스윙 범위(예컨대, 0.0V~2.8V) 내에서 스윙(swing)하는 상기 제1전압(Verr)을 제2스윙 범위(예컨대, 1.0V~2.0V) 내에서 스윙하는 제2전압(Vout)으로 변환한다.
상기 스윙 범위 변환 유닛(30)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1저항(r1), 제2저항(r2), 및 연산증폭기(31)를 포함한다. 상기 연산증폭기(31)는 상기 제1저항 (r1)을 통하여 (-)입력단자로 입력되는 상기 제1전압(Verr)를 수신하고, (+)입력단자로 입력되는 제2기준 전압(Vref, 예컨대, 1.5V)을 수신한다. 상기 제2저항(r2)은 상기(-)입력단자와 출력단자 사이에 접속된다.
상기 오실레이터(40)는 오실레이션 신호, 예컨대 주기적으로 스윙하는 톱니파 신호를 발생할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 상기 오실레이터(40)는 1.0V~2.0V 사이에서 주기적으로 스윙하는 톱니파를 발생한다고 가정한다. 즉, 상기 오실레이터(40)는 상기 제2스윙 범위(예컨대, 1.0V~2.0V) 내에서 스윙하는 톱니파를 발생한다.
상기 비교기(50)는 상기 제2스윙 범위(예컨대, 1.0V~2.0V) 내에서 스윙하는 제2전압(Vout)과 상기 오실레이터(40)로부터 출력된 톱니파를 수신하고, 이들을 비교하고, 비교결과로서 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호를 발생한다. 상기 신호 변환 장치(200)는 DC-DC 변환기로 구현될 수 있다.
도 3은 오차 증폭기(250)의 출력신호(Verr)가 제2기준 전압(Vref, 예컨대, 1.5V)보다 큰 경우, 스윙 범위 변환 유닛(30)의 동작을 설명하기 위한 블락도이다.
도 2, 도 3, 및 수학식 1을 참조하면, 상기 스윙 범위 변환 유닛(30)은 2.8V의 제1신호(Vout)를 1.0125V의 제2신호(Vout)로 변환함을 알 수 있다.
[수학식1]
Figure 112007037538973-PAT00001
도 4는 오차 증폭기(250)의 출력신호(Verr)가 제2기준전압(Vref, 예컨대, 1.5V)보다 작은 경우, 스윙 범위 변환 유닛(30)의 동작을 설명하기 위한 블락도이 다.
도 2, 도 4, 및 수학식 2를 참조하면, 상기 스윙 범위 변환 유닛(30)은 0V의 제1신호(Verr)를 2.0625V의 제2신호(Vout)로 변환함을 알 수 있다.
Figure 112007037538973-PAT00002
도 5는 스윙 범위 변환 유닛(30)의 입출력 신호의 파형도이다. 도 2 내지 도 도 5를 참조하면, 상기 스윙 범위 변환 유닛(30)은 0V로부터 2.8V사이에서 스윙하는 제1신호(Verr)을 1.0V와 2.0V사이에서 스윙하는 제2전압(Vout)으로 변환한다.
따라서, 상기 스윙 범위 변환 유닛(30)은 상기 오차 증폭기(250)로부터 출력되는 제1신호(Verr)에 포함된 리플 또는 노이즈를 감소시킬 수 있으므로 상기 비교기(50)의 오동작 확률은 감소한다.
그리고, 상기 스윙 범위 변환 유닛(30)으로부터 출력된 제2신호(Vout)의 스윙 범위는 상기 오실레이터(40)로부터 출력된 오실레이션 신호의 스윙 범위와 거의 일치한다. 따라서, 상기 PMOS트랜지스터(213)와 인덕터(231)를 통하여 과도한 전류 가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 신호 변환 장치(200)의 저역 통과 필터(230)의 출력전압(Vo)의 오버슈트(overshoot) 및/또는 언더슈트(undershoot)는 감소되므로 상기 출력전압의 세틀링 시간(settling time)을 빠르게 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 신호 변환 장치는 스윙 범위 변환 유닛을 통하여 오차 증폭기의 출력신호의 스윙 범위를 오실레이션 신호의 스윙범위에 일치시킬 수 있다. 따라서, 상기 신호 변환 장치에 포함된 PMOS트랜지스터와 인덕터에 과도한 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있으므로, 출력전압의 오버슈트 및 언더슈트를 감소시켜 세틀링 시간(settling time)을 빠르게 하는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 제1스윙 범위내에서 스윙하는 제1신호를 제2스윙 범위내에서 스윙하는 제2신호로 변환하기 위한 스윙 범위 변환 유닛;
    상기 제2스윙 범위 내에서 주기적으로 스윙하는 오실레이션 신호를 발생하는 오실레이터; 및
    상기 제2신호와 상기 오실레이션 신호를 수신하여 비교하고, 비교결과로서 펄스 폭 변조 신호를 발생하기 위한 비교기를 포함하는 신호 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1스윙 범위는 상기 제2스윙 범위보다 크고, 상기 제2스윙 범위는 제1전압과 제2전압 사이인 신호변환 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스윙 범위 변환 유닛은,
    제1저항을 통하여 입력되는 상기 제1신호를 수신하는 제1입력단자, 기준 신호를 수신하는 제2입력단자, 및 상기 제2신호를 출력하기 위한 출력단자를 포함하는 연산 증폭기; 및
    상기 제1입력단자와 상기 출력단자 사이에 접속된 제2저항을 포함하는 신호 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 신호 변환 장치는,
    저역 통과 필터;
    상기 펄스 폭 변조 신호에 응답하여, 공급전압을 상기 저역 통과 필터의 입력단자로 전송하는 것을 제어하는 스위치 유닛;
    상기 저역 통과 필터의 출력단자와 접지 노드 사이에 접속되어, 분배된 전압을 출력하기 위한 전압 분배기; 및
    상기 분배된 전압과 기준 전압을 수신하고, 이들의 전압 차이를 증폭하여 상기 제1신호를 발생하기 위한 오차 증폭기를 더 포함하는 신호변환 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 신호 변환 장치는 DC-DC 변환기인 신호 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 오실레이션 신호는 톱니파인 신호 변환 장치.
  7. 제1스윙 범위 내에서 스윙하는 제1신호를 제2스윙 범위 내에서 스윙하는 제2신호로 변환하는 단계;
    상기 제2스윙 범위 내에서 주기적으로 스윙하는 오실레이션 신호를 발생하는 단계; 및
    상기 제2신호와 상기 오실레이션 신호를 수신하여 비교하고, 비교결과로서 펄스 폭 변조 신호를 발생하는 단계를 포함하는 신호 변환 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1스윙 범위는,
    상기 제2스윙 범위보다 크고, 상기 제2스윙 범위는 제1전압과 제2전압 사이의 차이인 신호 변환 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 신호 변환 방법은,
    상기 펄스 폭 변조 신호에 응답하여, 공급전압을 저역 통과 필터의 입력단자로 전송하는 것을 제어하는 단계;
    상기 저역 통과 필터를 이용하여 수신된 공급전압을 저역통과 필터링하는 단계;
    저역 통과 필터링된 전압을 전압 분배기를 이용하여 분배하는 단계; 및
    분배된 전압과 기준 전압을 수신하고, 이들의 전압 차이를 증폭하여 상기 제1신호를 발생하는 단계를 더 포함하는 신호 변환 방법.
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