KR20090010686A - 기준 전압 생성회로 및 이를 이용한 오프셋이 보상된전류-전압 변환 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 입력 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 전류-전압 변환 회로의 오프셋 전압을 보상하기 위해 상기 전류-전압 변환 회로에 인가되는 기준 전압을 생성하는 회로에 있어서, 상기 전류-전압 변환 회로와 회로특성이 동일하며, 상기 기준 전압에 소정의 오프셋을 더하여 출력하는 샘플링용 변환 회로, 및상기 샘플링용 변환 회로의 출력 전압과 기설정된 설정전압이 동일하게 되도록 상기 기준전압을 조절하는 비교기를 포함하며, 상기 기준전압은 상기 전류-전압 변환 회로 및 상기 샘플링용 변환 회로의 입력으로 제공되는 것을 특징으로 하는 기준 전압 생성회로 및 이를 이용한 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로를 제공할 수 있다.
전류-전압 변환(current-voltage converting), 오프셋(offset)

Description

기준 전압 생성회로 및 이를 이용한 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로{REFERENCE VOLTAGE GENERATING CIRCUIT AND OFFSET-COMPENSATED CURRENT-VOLTAGE CONVERTING CIRCUIT USING THE SAME}
본 발명은, 오프셋 보상 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전류-전압 변환 회로에서 발생될 수 있는 오프셋 값이 반영된 수정된 기준전압을 상기 전류-전압 변환 회로에 입력함으로써 오프셋값을 보상할 수 있는 회로에 관한 것이다.
포토 다이오드 집적회로(PDIC : Photo Diode Integrated Circuit)에 있어서 오프셋 전압의 발생원인은 물리적인 소자 크기의 부정합과 전류-전압 변환 증폭기(Current-to-voltage converter) 두 입력단으로 흐르는 전류와 피드백 저항에서 발생되는 누설 전류에 의해서 발생된다.
종래에는 이러한 오프셋 전압을 보상해 주기 위해서 보상 저항을 사용하여 전류-전압 변환 증폭기의 입력단에서 흘러나오는 오프셋 전류의 양을 줄여줌으로써 오프셋 전압을 보상해주는 방법이 사용되어 왔다.
도 1은, 종래 기술에 따른 전류-전압 증폭회로의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 전류-전압 변환회로(100)는, 포토 다이오드 집적회로(140), 증폭기(130), 및 보상저항(110)을 포함할 수 있다.
상기 회로에서 출력 전압(V0)을 구하면,
Figure 112007053622964-PAT00001
와 같다.
상기 출력 전압(V0)은, 외부 광원에 의해 발생되는 광전류(ip)와 피드백 저항(Rf)에 의한 전압(ipRf), 기준전압(VREF), 및 피드백 저항(Rf)에서 발생되는 누설전류에 의해서 발생되는 오프셋 전압(IB-Rf)로 계산될 수 있다.
종래에는 이러한 오프셋 전압을 보상해주기 위해서 보상 저항(Rc)를 사용하여 전류-전압 변환 증폭기의 입력단에서 흘러나오는 오프셋 전류의 양을 줄여줌으로써 오프셋 전압을 보상해주는 방법이 사용되었다.
그러나, 종래기술에 따른 오프셋 보상 방법의 가장 큰 문제점은 보상 저항(Rc)의 크기가 반도체 공정에 대해 변동될 수 있으며, 또한 포토 다이오드 양단의 전압이 변동되어 새로운 오프셋 에러를 발생시키는 원인이 될수도 있다는 것이다.
본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위해서 기준전압을 제어하여 물리적인 디바이스 사이즈의 변동 및 주변 환경의 변화에 대해서도 오프셋의 보상이 가능한 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면은, 입력 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 전류-전압 변환 회로의 오프셋 전압을 보상하기 위해 상기 전류-전압 변환 회로에 인가되는 기준 전압을 생성하는 회로에 있어서, 상기 전류-전압 변환 회로와 회로특성이 동일하며, 상기 기준 전압에 소정의 오프셋을 더하여 출력하는 샘플링용 변환 회로, 및상기 샘플링용 변환 회로의 출력 전압과 기설정된 설정전압이 동일하게 되도록 상기 기준전압을 조절하는 비교기를 포함하며, 상기 기준전압은 상기 전류-전압 변환 회로 및 상기 샘플링용 변환 회로의 입력으로 제공되는 것을 특징으로 하는 기준 전압 생성회로를 제공할 수 있다.
상기 샘플링용 변환회로는, 상기 전류-전압 변환회로와 동일한 오프셋을 갖는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 샘플링용 변환 회로는, 상기 기준전압이 비반전 입력단자에 입력되고,
상기 샘플링용 변환 회로의 출력이 반전 입력단자로 피드백되는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 비교기는, 상기 샘플링용 변환 회로의 출력이 반전 입력 단자로 입력되고, 기설정된 설정전압이 비반전 입력단자로 입력되는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 비교기는, 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면은, 입력 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 전류-전압 변환 회로와, 상기 전류-전압 변환 회로와 회로특성이 동일하며, 기준 전압에 소정의 오프셋을 더하여 출력하는 샘플링용 변환 회로, 및 상기 샘플링용 변환 회로의 출력 전압과 기설정된 설정전압이 동일하게 되도록 상기 기준전압을 조절하는 비교기를 포함하며, 상기 기준전압은 상기 전류-전압 변환 회로 및 상기 샘플링용 변환 회로의 입력으로 제공되어 상기 전류-전압 변환 회로의 오프셋을 제거하는 것을 특징으로 하는 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로를 제공할 수 있다.
상기 전류-전압 변환회로에 입력되는 전류는, 포토 다이오드 소자에 의해 발생되는 전류일 수 있다.
상기 전류-전압 변환회로는, 상기 기준전압이 비반전 입력단자에 입력되고, 상기 입력 전류 및 피드백된 상기 전류-전압 변환회로의 출력이 각각 반전 입력단자에 입력되는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 샘플링용 변환회로는, 상기 전류-전압 변환회로와 동일한 오프셋을 갖는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 샘플링용 변환 회로는, 상기 기준 전압이 비반전 입력단자에 입력되고, 상기 샘플링용 변환 회로의 출력이 반전 입력단자로 피드백되는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 비교기는, 상기 샘플링용 변환 회로의 출력이 반전 입력 단자로 입력되고, 기설정된 설정전압이 비반전 입력단자로 입력되는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 비교기는, 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전류-전압 변환 회로에서 온도의 변화 및 제조 공정상 발생될 수 있는 오프셋을 줄일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기준 전압 생성회로의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 기준 전압 생성회로(200)는, 샘플링용 변환 회로(210) 및 비교기(220)를 포함할 수 있다.
샘플링용 변환 회로(210)는, 연산 증폭기(211) 및 피드백 저항(212)을 포함할 수 있다. 상기 샘플링용 변환 회로(210)는 본 실시형태의 기준 전압 생성회로가 연결되는 임의의 전류-전압 변환 회로와 동일한 회로 특성을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 비교기(220)는, 연산 증폭기(221) 및 필터(222, 223)를 포함할 수 있다.
상기 샘플링용 변환 회로의 연산 증폭기(211)는 수정된 기준전압(VREF1)을 비반전 입력단자에서 입력받고, 상기 연산 증폭기의 출력 전압(V01)을 상기 비교기의 연산 증폭기(221)의 반전 입력으로 제공할 수 있다. 상기 샘플링용 변환 회로의 연산 증폭기(211)의 출력 전압(V01)은 피드백 저항(212)을 통해 상기 연산 증폭기(211)의 반전 입력단으로 피드백될 수 있다.
상기 비교기의 연산 증폭기(221)에서는, 기설정된 설정 전압(VREF)이 비반전 입력단자를 통해 입력되고, 상기 샘플링용 변환 회로의 출력 전압(V01)이 반전 입력단자를 통해 입력될 수 있다.
상기 비교기의 연산 증폭기(221)의 출력단에는 저항(222) 및 캐패시터(223)로 이루어진 필터가 연결될 수 있다. 상기 필터는 상기 비교기의 연산 증폭기(221)에서 출력되는 신호에 대해 필터링을 할 수 있다.
상기 비교기(220)의 출력신호는 수정된 기준 전압(VREF1)이 되며, 상기 수정된 기준 전압(VREF1)을 전류-전압 변환 회로에 제공될 수 있다.
이 때, 상기 샘플링용 변환 회로의 연산 증폭기(211) 내에서 발생되는 오프셋 전압을 Vos라고 한다면, 상기 샘플링용 변환 회로(210)의 출력 전압(V01)은,
Figure 112007053622964-PAT00002
으로 나타낼 수 있다.
상기 샘플링용 변환 회로(210)의 출력 전압(V01)은, 상기 비교기의 연산 증폭기(221)의 반전 입력단으로 피드백될 수 있다. 상기 비교기(220)는 입력되는 상 기 샘플링용 변환 회로(210)의 출력전압(Vo1)과 기설정된 설정전압(Vref)을 동일하게 하여 기준전압(Vref1)을 출력하므로, 상기 비교기에서 연산 증폭기(221)의 성질을 이용하면, 피드백된 상기 샘플링용 변환 회로의 출력전압(V01)을 아래의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007053622964-PAT00003
상기 수학식 1 및 2를 이용하면,
Figure 112007053622964-PAT00004
을 얻을 수 있다.
즉, 상기 전류-전압 변환 회로에 입력되는 기준전압(VREF1)은, 기설정된 설정전압(VREF)에서 상기 샘플링용 변환 회로(210)에서의 오프셋 전압(Vos)을 뺀 값이 된다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 오프셋이 보상된 전류-전압 변환회로의 개략도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로(300)는, 전류-전압 변환 회로(330), 샘플링용 변환 회로(310) 및 비교기(320)를 포함할 수 있다.
상기 전류-전압 변환 회로(330)는, 기준 전압(VREF1)을 비반전 입력단자로 입력받고, 입력전류 및 출력전압(Vo)을 반전 단자로 입력받는 연산 증폭기(331)를 포함할 수 있다.
상기 전류-전압 변환 회로(330)에 입력되는 입력전류는 포토 다이오드(341)에 의해 발생되는 전류일 수 있다. 상기 포토 다이오드(341)는, p-n 접합 또는 정류성을 나타내는 금속과 반도체를 이용하여 빛의 조사에 의해 전류가 발생될 수 있는 광전변환장치의 일종이다.
샘플링용 변환 회로(310)는, 연산 증폭기(311) 및 피드백 저항(Rf)을 포함할 수 있다. 상기 샘플링용 변환 회로(310)는 상기 전류-전압 변환 회로(330)와 동일한 회로 특성을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 비교기(320)는, 연산 증폭기(321) 및 필터(322, 323)를 포함할 수 있다.
상기 샘플링용 변환 회로의 연산 증폭기(311)는 기준전압(VREF1)을 비반전 입 력단자에서 입력받고, 출력 전압(Vo1)을 상기 비교기의 연산 증폭기(321)의 반전 단자에 입력으로 제공할 수 있다. 상기 샘플링용 변환 회로의 연산 증폭기(311)의 출력 전압은 피드백 저항(312)을 통해 상기 연산 증폭기(311)의 반전 입력단으로 피드백될 수 있다.
상기 비교기의 연산 증폭기(321)에서는, 기설정된 설정 전압(VREF)이 비반전 입력단자를 통해 입력되고, 상기 샘플링용 변환 회로의 출력 전압(Vo1)이 반전 입력단자를 통해 입력될 수 있다.
상기 비교기의 연산 증폭기(321)의 출력단에는 저항(322) 및 캐패시터(323)로 이루어진 필터가 연결될 수 있다. 상기 필터는 상기 비교기의 연산 증폭기(321)에서 출력되는 신호에 대해 필터링을 할 수 있다.
상기 비교기(320)의 출력신호는 기준 전압(VREF1)이 되며, 상기 기준 전압(VREF1)이 상기 전류-전압 변환 회로(330)에 제공될 수 있다.
이 때, 상기 샘플링용 변환 회로의 연산 증폭기(311) 내에서 발생되는 오프셋 전압을 Vos라고 한다면, 상기 샘플링용 변환 회로(310)의 출력 전압(Vo1)은,
Figure 112007053622964-PAT00005
으로 나타낼 수 있다.
상기 샘플링용 변환 회로(310)의 출력 전압(Vo1)은, 상기 비교기의 연산 증폭기(321)의 반전 입력단으로 피드백되므로, 상기 비교기의 연산 증폭기(321)의 성질을 이용하면, 피드백된 상기 샘플링용 변환 회로의 출력전압(Vo1)는 아래 수학식 4로 표현할 수 있다.
Figure 112007053622964-PAT00006
상기 수학식 3 및 4를 이용하면,
Figure 112007053622964-PAT00007
을 얻을 수 있다.
즉, 상기 전류-전압 변환 회로(330) 및 샘플링용 변환 회로(310)에 입력되는 기준전압(VREF1)은, 기설정된 설정전압(VREF)에서 상기 샘플링용 변환 회로(310)에서의 오프셋 전압(Vos)을 뺀 값이 된다.
본 실시형태에서는, 전류-전압 변환회로(330)에서 발생될 수 있는 오프셋값과 동일한 크기의 오프셋값을 미리 상기 샘플링용 변환회로(310)를 통해 얻고, 상기 샘플링용 변환회로(310)를 통해 얻어진 오프셋값을 뺀 기준 전압(VREF1)을 상기 전류-전압 변환회로(330)에 제공함으로써 상기 전류-전압 변환회로(330)에서의 오프셋을 보상할 수 있다.
도 4의 (a) 내지 (d)는, 종래기술에 따른 전류-전압 변환 회로와 본 발명의 일실시 형태에 따른 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로의 오프셋값을 비교하는 그래프이다.
도 4의 (a) 및 (b)는, 온도의 변화에 따른 오프셋값의 변화를 나타내고, 도 4의 (c) 및 (d)는, 제조 공정에 따른 오프셋값을 나타낸다.
도 4의 (a)와 (b)를 참조하면, 온도가 -30도에서 120도 까지 변하는 동안, 종래기술에 따른 전류-전압 변환 회로에서는 오프셋값이 약 181mV에서 약 94.4mV로 변하여 그 오프셋값의 변화값이 약 86mV인 반면, 본 발명의 일실시 형태에 따른 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로의 경우 오프셋값이 약 -167㎶ 에서 약 -133㎶로 변하여 그 오프셋값의 변화값이 약 34㎶로 나타남을 볼 수 있다.
도 4의 (c) 및 (d)를 참조하면, 상기 전류-전압 변환 회로를 구성하는 트랜지스터를 제조하는 공정을 인덱스(index) 1 내지 3으로 표시하였고, 이 때 오프셋값의 변화는 종래기술의 경우 약 58.4 mV 에서 약 265mV 까지로 그 변화값이 약 206mV인 반면, 본 발명의 일실시 형태의 경우 약 -179㎶ 에서 약 -119㎶ 까지로 그 변화값이 약 60㎶가 됨을 볼수 있다.
이와 같이 종래기술에 따른 전류-전압 변환회로에서 저항을 이용하여 오프셋을 제어하는 경우보다, 본 발명의 실시형태에 따른 기준 전압 생성회로를 사용한 경우에 오프셋값이 현저히 보상됨을 볼 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은, 종래 기술에 따른 전류-전압 변환 회로의 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 일실시 형태에 따른 기준 전압 생성 회로의 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로의 구성도이다.
도 4의 (a) 내지 (d)는, 종래기술과 본 발명의 일실시 형태에 따른 전류-전압 변환회로에서 온도변화 및 공정에 따른 오프셋값의 변화를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
210 : 샘플링용 전류-전압 변환 회로 220 : 비교기

Claims (12)

  1. 입력 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 전류-전압 변환 회로의 오프셋 전압을 보상하기 위해 상기 전류-전압 변환 회로에 인가되는 기준 전압을 생성하는 회로에 있어서,
    상기 전류-전압 변환 회로와 회로특성이 동일하며, 상기 기준 전압에 소정의 오프셋을 더하여 출력하는 샘플링용 변환 회로; 및
    상기 샘플링용 변환 회로의 출력 전압과 기설정된 설정전압이 동일하게 되도록 상기 기준전압을 조절하는 비교기
    를 포함하며,
    상기 기준전압은 상기 전류-전압 변환 회로 및 상기 샘플링용 변환 회로의 입력으로 제공되는 것을 특징으로 하는 기준 전압 생성회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샘플링용 변환회로는,
    상기 전류-전압 변환회로와 동일한 오프셋을 갖는 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 생성회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 샘플링용 변환 회로는,
    상기 기준전압이 비반전 입력단자에 입력되고,
    상기 샘플링용 변환 회로의 출력이 반전 입력단자로 피드백되는 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 생성회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비교기는,
    상기 샘플링용 변환 회로의 출력이 반전 입력 단자로 입력되고,
    기설정된 설정전압이 비반전 입력단자로 입력되는 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 생성회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비교기는,
    필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기준 전압 생성회로.
  6. 입력 전류를 전압으로 변환하여 출력하는 전류-전압 변환 회로;
    상기 전류-전압 변환 회로와 회로특성이 동일하며, 기준 전압에 소정의 오프셋을 더하여 출력하는 샘플링용 변환 회로; 및
    상기 샘플링용 변환 회로의 출력 전압과 기설정된 설정전압이 동일하게 되도록 상기 기준전압을 조절하는 비교기
    를 포함하며,
    상기 기준전압은 상기 전류-전압 변환 회로 및 상기 샘플링용 변환 회로의 입력으로 제공되어 상기 전류-전압 변환 회로의 오프셋을 제거하는 것을 특징으로 하는 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전류-전압 변환회로에 입력되는 전류는,
    포토 다이오드 소자에 의해 발생되는 전류인 것을 특징으로 하는 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전류-전압 변환회로는,
    상기 기준전압이 비반전 입력단자에 입력되고,
    상기 입력 전류 및 피드백된 상기 전류-전압 변환회로의 출력이 각각 반전 입력단자에 입력되는 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 샘플링용 변환회로는,
    상기 전류-전압 변환회로와 동일한 오프셋을 갖는 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 샘플링용 변환 회로는,
    상기 기준 전압이 비반전 입력단자에 입력되고,
    상기 샘플링용 변환 회로의 출력이 반전 입력단자로 피드백되는 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 비교기는,
    상기 샘플링용 변환 회로의 출력이 반전 입력 단자로 입력되고,
    기설정된 설정전압이 비반전 입력단자로 입력되는 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 비교기는,
    필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오프셋이 보상된 전류-전압 변환 회로.
KR1020070073997A 2007-07-24 2007-07-24 기준 전압 생성회로 및 이를 이용한 오프셋이 보상된전류-전압 변환 회로 KR20090010686A (ko)

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