KR20090030534A - 디지털-아날로그 컨버터 - Google Patents

디지털-아날로그 컨버터 Download PDF

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Abstract

디지털-아날로그 컨버터가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털-아날로그 컨버터는, 복수의 소스를 입력받으며, 복수의 지점에서 트랜지스터의 1차측 권선을 형성하는 제1 루프부, 및 1차측 권선에 대응되는 2차측 권선을 구비하여 제1 루프부를 통해 복수의 소스를 전달받으며 복수의 소스를 결합하여 출력하는 제2 루프부를 포함한다. 이에 의해, RF 대역의 아날로그 신호로의 직접 변환이 가능한 디지털-아날로그 컨버터를 제공할 수 있다.
DAC, 마그네틱 커플링, 트랜스포머, 트랜지스터, RF 대역

Description

디지털-아날로그 컨버터{Digital to analog converter}
본 발명은 디지털-아날로그 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디지털 신호를 RF 대역의 아날로그 신호로 직접 변환할 수 있는 디지털-아날로그 컨버터에 관한 것이다.
디지털-아날로그 컨버터(Digital to analog converter : 이하, "DAC"라 한다)는 아날로그-디지털 컨버터(Analog to digital converter)의 반대 개념으로, 대개 2개 정도의 적은 가짓수로 정의된 수준이나 상태를 가지는 신호, 즉 디지털 신호를 이론적으로는 무한한 가짓수의 상태를 가지는 아날로그 신호로 변경해주는 과정이나 장치를 말한다.
일 예를 들면, 모뎀에 의해 이루어지는 처리를 들 수 있다. 모뎀은 컴퓨터 데이터가 전화회선을 통해 전송될 수 있도록 오디오 주파수 톤으로 바꾸는 기능을 수행하여야 하는데, 이러한 기능을 수행하는 회로가 DAC이다.
도 1은 종래의 DAC 구조의 일부를 예시한 회로도이다.
도 1은 미국특허공보 제2005/6927714호에 개시된 향상된 다이나믹 성능을 갖 는 전류 조정 DAC의 일부를 도시한 것이다. 복수의 스위치(bN -1, bN -2, … b0)의 동작에 의해 전류가 합산되어 출력됨으로써, 디지털 신호가 아날로그 신호로 변환될 수 있다.
도 1에 도시한 향상된 다이나믹 성능을 갖는 전류 조정 DAC는 수학식 1을 사용한다.
Figure 112007068345434-PAT00001
상기 수학식 1에 언급된 바와 같이, 종래의 DAC에서는 트랜지스터의 폭(W)과 길이(L), gm, VTH, Cox, Rs와 같은 여러 파라미터에 대해 전류 미스매치가 발생한다.
이러한 이유로, 종래의 DAC에서는 근본적인 선형성(linearity)의 한계 및 속도 제한이 발생하는 한계가 있으며, 통상 낮은 주파수 대역의 아날로그 신호로의 변환만이 가능한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 마그네틱 커플링을 통해 입력신호를 결합함으로써, 디지털 신호를 RF 대역의 아날로그 신호로 변환함은 물론 파워 증폭기(Power Amplifier)의 기능을 포함하는 디지털-아날로그 컨버터를 제공하고자 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털-아날로그 컨버터는, 복수의 소스를 입력받으며, 복수의 지점에서 트랜지스터의 1차측 권선을 형성하는 제1 루프부, 및 1차측 권선에 대응되는 2차측 권선을 구비하여 제1 루프부를 통해 복수의 소스를 전달받으며 복수의 소스를 결합하여 출력하는 제2 루프부를 포함한다.
바람직하게, 복수의 소스는 전류, 전압, 및 파워 중 어느 하나일 수 있다.
또한 바람직하게, 제1 루프부는 복수의 소스를 입력받는 복수의 트랜지스터를 구비할 수 있다.
또한 바람직하게, 복수의 트랜지스터의 동작을 제어하는 제어신호를 인가하는 제어신호 인가부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 제어신호가 써마미터 코드(Thermometer Code) 방식으로 인가될 경우 복수의 소스는 복수의 트랜지스터별로 동일한 형태로 입력받으며, 제어신호가 멀티-비트 코드(Multi-bits code) 방식으로 인가될 경우 복수의 소스는 복수의 트랜지스터별로 서로 상이한 형태로 입력받을 수 있다.
또한 바람직하게, 제1 루프부는 일측에 1차측 권선이 형성되고, 타측에 한 쌍의 트랜지스터가 구비되어 서로 연결되는 복수의 서브 루프부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 디지털-아날로그 컨버터는 마그네틱 커플링을 통해 입력신호를 결합하여 출력함으로써, 입력되는 소스가 전류, 전압, 파워와 같이 다양하게 입력될 수 있으므로, 입력 소스에 제한을 받지 않는 효과가 있다.
또한, 동작 범위가 수 MHz 내지 수십 GHz까지 다양한 주파수 특성을 갖는 트랜스포머를 구성함으로써, 기존 디지털-아날로그 컨버터가 갖는 속도 제한에 구애받지 않으며, 디지털 신호를 RF 대역의 아날로그 신호로 직접 변환이 가능한 효과가 있다.
더욱이, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털-아날로그 컨버터의 고유 기능 이외에도 파워 증폭기의 기능을 함께 구비할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털-아날로그 컨버터의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 디지털-아날로그 컨버터는 제1 루프부(100), 제2 루프부(200), 및 제어신호 인가부(300)를 포함한다.
제1 루프부(100)는 복수의 트랜지스터(Q1 내지 QN)를 통해 복수의 소스를 입력받는다. 여기서, 복수의 소스는 전류(Current), 전압(Voltage), 및 파워(Power) 중 어느 하나일 수 있다. 즉, 본 디지털-아날로그 컨버터는 소스의 종류에 구애받 지 않고, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환할 수 있다.
제1 루프부(100)는 일측에 트랜스포머의 1차측 권선(120a, 120b, 120c, 120d)이 형성되고, 타측에 한 쌍의 트랜지스터(Q1과 Q2, Q3와 Q4, Q5와 Q6, 및 QN-1과 QN)가 구비되어 서로 연결되는 복수의 서브 루프부(110a, 110b, 110c, 110d)를 포함한다.
서브 루프부(110a, 110b, 110c, 110d)의 개수는 본 디지털-아날로그 컨버터에 구비되는 트랜스포머의 개수에 대응한다. 서브 루프부(110a, 110b, 110c, 110d) 각각에서는 전류 Id가 도 2에 도시한 곡선 형태의 화살표 방향으로 흐른다.
서브 루프부(110a, 110b, 110c, 110d)의 타측에 구비되는 한 쌍의 트랜지스터(Q1과 Q2, Q3와 Q4, Q5와 Q6, 및 QN-1과 QN)는 푸쉬-풀 페어(Push-pull pair)를 형성한다.
서브 루프부(110a, 110b, 110c, 110d)가 한 쌍의 트랜지스터(Q1과 Q2, Q3와 Q4, Q5와 Q6, 및 QN-1과 QN)에 의해 푸쉬-풀 페어를 형성함으로써, 트랜스포머의 1차측 권선(120a, 120b, 120c, 120d)에 한 쌍의 트랜지스터(Q1과 Q2, Q3와 Q4, Q5와 Q6, 및 QN-1과 QN)가 교대로 소스를 공급할 수 있다.
제2 루프부(200)는 제1 루프부(100)를 통해 입력된 복수의 소스를 결합하여 출력한다. 즉, 소스는 제1 루프부(100)를 통해 본 디지털-아날로그 컨버터에 인가되고, 제1 루프부(100)는 인가된 소스를 제2 루프부(200)로 전달한다. 이후, 제2 루프부(200)는 제1 루프부(100)로부터 전달받은 소스를 결합하여 출력한다. 이에 의해, 디지털 신호가 아날로그 신호로 변환된다.
제2 루프부(200)에서는 전류 Io가 도 2에 도시한 직선 형태의 화살표 방향을 따라 출력단측으로 흐른다. 여기서, 출력 전압을 Vo, 출력 임피던스를 Zo로 표시하였다. 제2 루프부(200)의 출력단에서의 출력신호는 계단형으로 나타난다.
제2 루프부(200)에는 복수의 트랜스포머의 2차측 권선(210a, 210b, 210c, 210d)이 형성된다. 복수의 트랜스포머의 2차측 권선(210a, 210b, 210c, 210d)은 제1 루프부(100)에 형성된 트랜스포머의 1차측 권선(120a, 120b, 120c, 120d)과 대응하는 지점에 형성된다.
이와 같이, 복수의 트랜스포머는 제1 루프부(100) 및 제2 루프부(200)에 걸쳐 형성된다. 이에 의해, 제1 루프부(100)와 제2 루프부(200)간의 마그네틱 커플링(Magnetic coupling)이 형성된다. 즉, 본 디지털-아날로그 컨버터는 제1 루프부(100)와 제2 루프부(200)간의 마그네틱 커플링이 형성되는 복수의 지점에 각각의 트랜스포머를 형성한다.
트랜스포머는 동작범위가 수 MHz 내지 수십 GHz에 이르는 주파수 특성을 갖는다. 본 디지털-아날로그 컨버터에서 마그네틱 커플링을 통해 복수의 트랜스포머를 형성함으로써, 디지털-아날로그 컨버터가 트랜스포머의 주파수 특성에 따라 동작하게 되므로, 속도 제한이 발생하지 않는 디지털-아날로그 컨버터를 구현할 수 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 디지털-아날로그 컨버터는 제1 루프 부(100)와 제2 루프부(200)에 걸쳐 복수의 트랜스포머를 형성하고, 복수의 트랜지스터(Q1 내지 QN)를 통해 소스를 입력받는 구조를 갖는다. 이에 의해, 분산형 액티브 트랜스포머(Distributed Active Transformer : DAT) 구조를 구현할 수 있으며, 분산형 액티브 트랜스포머 구조를 구현함으로 인하여 파워 증폭기(Power Amplifier : PA)의 기능도 구현할 수 있다. 즉, 본 디지털-아날로그 컨버터는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 기능을 수행함은 물론, 파워 증폭기의 기능도 수행할 수 있다.
제어신호 인가부(300)는 제1 루프부(100)에 형성된 복수의 트랜지스터(Q1 내지 QN)의 동작을 제어하는 제어신호를 인가한다. 제어신호 인가부(300)에 의해 복수의 트랜지스터(Q1 내지 QN)의 동작을 제어함으로써, 출력단에서는 계단형의 출력신호가 출력된다.
제어신호 인가부(300)에 인가되는 제어신호는 써마미터 코드(Thermometer Code) 방식과 멀티-비트 코드(Multi-bits code) 방식 중 하나를 이용할 수 있다.
제어신호 인가부(300)에서 써마미터 코드 방식을 사용할 경우, 복수의 트랜지스터(Q1 내지 QN)를 통해 입력되는 복수의 소스는 모두 동일한 형태로 입력된다. 예를 들면, 복수의 트랜지스터(Q1 내지 QN)를 통해 I의 전류 소스가 공급될 수 있다.
또한, 제어신호 인가부(300)에서 멀티-비트 코드 방식을 사용할 경우, 복수의 트랜지스터(Q1 내지 QN)를 통해 입력되는 복수의 소스는 상이한 형태로 입력한다. 이때, 한 쌍의 트랜지스터(Q1과 Q2, Q3와 Q4, Q5와 Q6, 및 QN-1과 QN)별로 서 로 상이한 형태의 소스가 입력된다. 예를 들면, Q1과 Q2에는 I의 전류 소스가 공급되고, Q3와 Q4에는 2I의 전류 소스가 공급되며, Q5와 Q6에는 4I의 전류 소스가 공급될 수 있다.
이와 같이, 제어신호 인가부(300)에서 사용하는 코드 방식에 따라, 소스의 형태가 달라진다. 그러나, 소스의 형태는 전류, 전압, 및 파워에 구애받지 않고 적용할 수 있다.
제어신호 인가부(300)에서 멀티-비트 코드 방식의 제어신호가 인가된다고 한다면, N개의 소스를 사용하여 N-비트를 구현할 수 있다. 또한, 제어신호 인가부(300)에서 써마미터 코드 방식의 제어신호가 인가된다고 한다면, N개의 소스를 사용하여 logN/log2-비트를 구현할 수 있다.
소스의 입력 형태에 따라 구현 가능한 비트가 달라지며, N개의 소스에 따라 구현 가능한 비트는 전류, 전압, 및 파워 소스에 모두 동일하게 적용된다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
도 1은 종래의 DAC 구조의 일부를 예시한 회로도, 그리고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털-아날로그 컨버터의 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 제1 루프부 110a 내지 110d : 서브 루프부
120a 내지 120d : 트랜스포머의 1차측 권선 200 : 제2 루프부
210a 내지 210d : 트랜스포머의 2차측 권선 300 : 제어신호 인가부

Claims (6)

  1. 복수의 소스를 입력받으며, 복수의 지점에서 트랜지스터의 1차측 권선을 형성하는 제1 루프부; 및
    상기 1차측 권선에 대응되는 2차측 권선을 구비하여 상기 제1 루프부를 통해 상기 복수의 소스를 전달받으며, 상기 복수의 소스를 결합하여 출력하는 제2 루프부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털-아날로그 컨버터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 소스는 전류, 전압, 및 파워 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디지털-아날로그 컨버터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 루프부는 상기 복수의 소스를 입력받는 복수의 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털-아날로그 컨버터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터의 동작을 제어하는 제어신호를 인가하는 제어신호 인가부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털-아날로그 컨버터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어신호가 써마미터 코드(Thermometer Code) 방식으로 인가될 경우 상기 복수의 소스는 상기 복수의 트랜지스터별로 동일한 형태로 입력받고, 상기 제어신호가 멀티-비트 코드(Multi-bits code) 방식으로 인가될 경우 상기 복수의 소스는 상기 복수의 트랜지스터별로 서로 상이한 형태로 입력받는 것을 특징으로 하는 디지털-아날로그 컨버터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 루프부는, 일측에 상기 1차측 권선이 형성되고, 타측에 한 쌍의 트랜지스터가 구비되어 서로 연결되는 복수의 서브 루프부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털-아날로그 컨버터.
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