KR20140047770A - 수정 발진기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발진 신호를 출력하는 발진부, 상기 발진부를 구동시키는 구동부, 상기 발진 신호의 파형을 정형하는 파형 변환부, 상기 구동부 및 상기 파형 변환부에 동작 신호를 인가하는 전류 공급부, 상기 파형 변환부의 출력에 근거하여 상기 발진부 및 상기 전류 공급부 중 적어도 하나에 제어 신호를 인가하는 제어부를 포함하는 수정 발진기에 관한 것이다.

Description

수정 발진기 {CRYSTAL OSCILLATOR}
본 발명은 수정 발진기에 관한 것이다.
일반적으로 수정발진기는 수정 결정의 압전 현상(壓電現象)을 이용한 수정 진동자를 발진 주파수의 제어 소자로 사용하여 안정도가 높은 발진 주파수를 발생시키는 장치이다.
이러한 수정발진기는 안정된 주파수를 얻을 수 있어 컴퓨터, 통신기기의 발진회로에 사용된다.
한편, 한단계 더 응용된 전압조정형 수정발진기(VCXO), 온도보상형 수정발진기(TCXO), 항온조정형 수정발진기(OCXO)등의 제품은 보다 세밀하게 주파수 조정을 가능하게 하며, 이와 같은 이유로 모든 신호의 기준이 되는 핵심부품으로서 사용되기도 한다.
최근에는 기술의 발전에 따라 휴대용 전자기기의 사용이 급속하게 확대되고 있다. 이러한 휴대용 전자기기의 경우에는 전력을 공급하는 배터리가 쉽게 닳지 않도록 하기 위하여 저소비 전력화가 강조되고 있다.
이러한 요구에 맞추어 저소비 전력의 발진 회로에 대한 요구가 늘어나고 있다.
하기 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1은 저전력 수정 발진기에 대한 발명이나, 발진 출력 결과에 근거하여 수정 발진기를 구동하는 구성을 개시하고 있지 않다.
한국공개특허 제1992-0022680호
본 명세서는 배터리의 수명 시간을 극대화할 수 있는 수정 발진기를 제공하고자 한다.
또, 본 명세서는 발진 안정성을 확보할 수 있는 수정 발진기를 제공하고자 한다.
또, 본 명세서는 주파수 정밀도를 보장할 수 있는 수정 발진기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수정 발진기는 발진 신호를 출력하는 발진부, 상기 발진부를 구동시키는 구동부, 상기 발진 신호의 파형을 정형하는 파형 변환부, 상기 구동부 및 상기 파형 변환부에 동작 신호를 인가하는 전류 공급부, 상기 파형 변환부의 출력에 근거하여, 상기 발진부 및 상기 전류 공급부 중 적어도 하나에 제어 신호를 인가하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 발진부는 수정 진동자, 로드 컨덴서 및 피드백 저항을 포함할 수 있다.
상기 발진부는 상기 제어 신호에 근거하여 발진 주파수를 조절하는 가변 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 파형 변환부는 복수의 인버터를 포함할 수 있다.
상기 전류 공급부는 기준 전류 생성부 및 전류 미러부를 포함할 수 있다.
상기 전류 공급부는 상기 제어 신호에 근거하여 기준 전류를 조절하는 가변 저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 수정 발진기는 발진 신호를 정형하여 출력하는 파형 변환부, 상기 파형 변환부의 출력에 근거하여 제어 신호를 생성하는 제어부, 상기 제어부의 제어 신호에 근거하여 동작 신호를 출력하는 전류 공급부를 포함할 수 있다.
상기 수정 발진기는 상기 제어부의 제어 신호에 근거하여 소정의 발진 신호를 출력하는 발진부를 포함할 수 있다.
본 명세서의 개시에 의해, 배터리의 수명 시간을 극대화할 수 있는 수정 발진기를 제공할 수 있다.
또, 본 명세서의 개시에 의해, 발진 안정성을 확보할 수 있는 수정 발진기를 제공할 수 있다.
또, 본 명세서의 개시에 의해, 주파수 정밀도를 보장할 수 있는 수정 발진기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 수정 발진기를 나타낸 블록도이다.
도 2는 가변 커패시터의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 가변 저항의 일 예를 나타낸 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 수정 발진기를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면 상기 수정 발진기는 발진부(100), 구동부(200), 파형 변환부(300), 전류 공급부(400), 제어부(500)를 포함할 수 있다.
상기 발진부(100)는 발진 신호를 출력할 수 있다. 예컨대, 상기 발진부(100)는 압전 진동자(10)를 포함하고, 상기 압전 진동자(10)는 고유 주파수(예컨대, 32.768KHz)로 진동하는 발진 신호를 출력할 수 있다. 여기에서, 압전 진동자(10)는 정확한 주파수가 요구되기 때문에 일반적으로 수정 진동자(Quartz Oscillator)가 사용된다.
또, 상기 발진부(100)는 피드백 저항(20), 로드 커패시터(30, 40), 가변 커패시터(50, 60)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 압전 진동자(10)의 양단과 상기 피드백 저항(20)의 양단이 접속될 수 있다.
상기 피드백 저항(20)은 상기 구동부(200)로 신호를 피드백 시킬 수 있으며, 압전 진동자(10)로 과대한 전류가 인가되는 것을 방지할 수 있다. 또, 상기 피드백 저항(20)은 압전 진동자(10)에서 기본 주파수 이외의 주파수가 발생하는 것을 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 압전 진동자(10)의 일단과 그라운드 접지 사이에 하나의 가변 커패시터(50) 및 하나의 로드 커패시터(30)가 배치될 수 있다.
또, 상기 압전 진동자(10)의 다른 일단과 그라운드 접지 사이에 하나의 가변 커패시터(60) 및 하나의 로드 커패시터(20)가 배치될 수 있다.
상기 가변 커패시터(50, 60)는 수정 발진기의 주파수 정밀도를 향상시키기 위한 구성이다. 그 구체적인 구성은 추후에 살펴보기로 한다.
상기 구동부(200)는 상기 발진부(100)를 구동시킬 수 있다. 상기 구동부(200)는 상기 발진부(100)에서 생성되는 발진 신호를 소정 레벨로 증폭시킬 수 있다.
한편, 상기 구동부(200)는 상기 전류 공급부(400)로부터 인가되는 동작 신호에 근거하여 동작할 수 있다. 예컨대, 상기 구동부(200)는 상기 전류 공급부로부터 인가되는 전류값에 근거하여 부성 저항이 조절될 수 있다.
상기 구동부(200)에 인가되는 전류는 발진 동작이 안정적으로 수행되기 위한 값을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 상기 전류는 상기 조건 내에서 최소 값을 갖는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 상기 전류가 상기 조건 내에서 더 적은 값을 가질수록, 수정 발진기의 소모 전력을 줄일 수 있기 때문이다.
상기 파형 변환부(300)는 상기 구동부(200)에서 증폭된 발진 신호를 파형 정형하여 발진 출력 신호(CLK_OUT)를 출력할 수 있다. 예컨대, 상기 발진 출력 신호(CLK_OUT)는 구형파일 수 있다.
상기 파형 변환부(300)는 복수의 인버터를 포함할 수 있다.
한편, 상기 파형 변환부(300)는 상기 전류 공급부(400)로부터 인가되는 동작 신호에 근거하여 동작할 수 있다. 예컨대, 상기 동작 신호는 전류 공급부(400)에서 출력되는 전류값일 수 있다.
상기 파형 변환부(300)에 인가되는 전류는 파형 정형이 안정적으로 수행되기 위한 값을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 상기 전류는 상기 조건 내에서 최소 값을 갖는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 상기 전류가 상기 조건 내에서 더 적은 값을 가질수록, 수정 발진기의 소모 전력을 줄일 수 있기 때문이다.
상기 전류 공급부(400)는 상기 구동부(200), 상기 파형 변환부(300)를 구동하기 위한 동작 신호를 생성할 수 있다.
상기 전류 공급부(400)는 기준 전류 생성부(410), 전류 미러부(420)를 포함할 수 있다.
상기 기준 전류 생성부(410)는 소정의 전류를 생성할 수 있다.
한편, 상기 기준 전류 생성부(410)는 기준 전류를 조절하기 위한 가변 저항(412)을 포함할 수 있다.
상기 가변 저항의 구체적인 구성은 추후에 자세히 살펴보기로 한다.
바람직하게는, 상기 기준 전류 생성부(410)는 100nA 이하의 기준 전류를 생성할 수 있다.
상기 전류 미러부(420)는 상기 기준 전류 생성부(410)에서 생성된 전류에 근거하여 복수의 전류를 출력할 수 있다. 예컨대, 상기 전류 미러부(420)는 상기 기준 전류 생성부(410)에서 생성된 전류 값을 증폭하거나 축소한 전류를 출력할 수 있다.
상기 전류 미러부(420)에서 출력된 전류는 상기 구동부(200), 상기 파형 변화부(300)를 동작시킬 수 있다.
따라서 상기 전류 미러부에서 출력된 전류를 동작 신호라고 통칭할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전류 미러부(420)는 500nA 이하의 동작 신호를 생성할 수 있다.
상기 제어부(500)는 상기 파형 변환부의 출력(CLK_OUT)에 근거하여 상기 발진부(100), 상기 전류 공급부(400)에 제어 신호를 인가할 수 있다.
여기서 상기 제어부(500)가 상기 발진부(100)에 인가하는 제어 신호를 제1 제어 신호라고 정의하기로 한다.
또, 상기 제어부(500)가 상기 전류 공급부(400)에 인가하는 제어 신호를 제2 제어 신호라고 정의하기로 한다.
상기 제1 제어 신호는 상기 가변 커패시터(50, 60)의 커패시턴스 값을 조절할 수 있다.
도 2는 가변 커패시터(50)의 일 예를 나타낸 도면이다. 예컨대, 상기 가변 커패시터(50)는 병렬로 연결된 복수의 커패시터(Cv1, Cv2, Cv3, Cv4, Cv5, Cv6, Cv7, Cv8, Cv9, Cv10)를 포함할 수 있다.
상기 가변 커패시터(50, 60)는 발진 주파수의 정밀도를 높이기 위한 구성이다.
따라서 상기 제어부(500)는 상기 발진 출력 신호(CLK_OUT)에 근거하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다.
예컨대, 상기 발진 출력 신호(CLK_OUT)의 주파수가 예상 출력 값과 상이한 주파수를 갖는 경우, 상기 제어부(500)는 상기 복수의 커패시터 중 일부의 커패시터를 온/오프시키기 위한 제1 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의할 때, 하나의 커패시터(예컨대, 100fF)가 온/오프됨에 따라 0.1Hz의 주파수 조절이 가능할 수 있다. 이 경우, 배열된 스위치부 하나를 온/오프함에 따라 주파수를 100fF 단위로 조절할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 주파수 정밀도를 보장할 수 있는 수정 발진기를 제공할 수 있다.
상기 제2 제어 신호는 상기 가변 저항(412)의 저항값을 조절하기 위한 신호이다.
도 3은 가변 저항(412)의 일 예를 나타낸 도면이다. 예컨대, 상기 가변 저항(412)은 병렬로 연결된 복수의 저항(Rdefault, Rv1, Rv1ⅹ2, Rv1ⅹ3, Rv1ⅹ4, Rv1ⅹ5)를 포함할 수 있다.
상기 가변 저항(412)은 구동부(200)의 부성 저항을 조절할 수 있도록 기준 전류 생성부(410)의 기준 전류를 조절하기 위한 구성이다. 상기 기준 전류 생성부(410)의 기준 전류가 조절됨에 따라 발진 조건이 안정적으로 조절될 수 있다.
상기 제어부(500)는 상기 발진 출력 신호(CLK_OUT)에 근거하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
예컨대, 상기 발진 출력 신호(CLK_OUT)가 안정적이지 않은 경우, 상기 제어부(500)는 상기 복수의 저항 중 일부의 저항을 오프시킬 수 있다. 이 때, 상기 기준 전류 생성부(410)에서 출력되는 전류가 증가하며, 상기 전류 미러부에서 출력되는 전류도 증가할 수 있다. 즉, 상기 발진부에 인가되는 전류가 증가됨에 따라 발진 출력 신호(CLK_OUT)가 안정화될 수 있다.
또는 상기 발진 출력 신호(CLK_OUT)가 안정적이라고 하더라도 상기 제어부(500)는 상기 복수의 저항 중 일부의 저항을 온시킬 수 있다. 이 때, 상기 기준 전류 생성부(410)에서 출력되는 전류가 감소하며, 상기 전류 미러부에서 출력되는 전류도 감소할 수 있다. 즉, 상기 발진부에 인가되는 전류가 감소됨에 따라 수정 발진기의 소모 전력이 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의할 때, 하나의 저항(Rdefault)을 기본 저항으로 설정할 수 있다. 또, 상기 기본 저항 이외의 일 저항이 온/오프됨에 따라 기준 전류 생성부에서 출력되는 전류를 조절할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 발진 안정성을 확보할 수 있는 수정 발진기를 제공할 수 있다. 또, 배터리의 수명 시간을 극대화할 수 있는 수정 발진기를 제공할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 부하 단락 검출 방법은, 서로 개별적으로 또는 조합되어 이용할 수 있다. 또, 각 실시예를 구성하는 단계들은 다른 실시예를 구성하는 단계들과 개별적으로 또는 조합되어 이용될 수 있다.
또, 이상에서 설명한 방법은 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 지금까지 설명한 방법들은 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 코드로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 저장부에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
또한, 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
10 : 압전 진동자 20 : 피드백 저항
30, 40 : 로드 커패시터 50, 60 : 가변 커패시터
100 : 발진부
200 : 구동부
300 : 파형 변환부
400 : 전류 공급부 412 : 가변 저항
500 : 제어부

Claims (8)

  1. 발진 신호를 출력하는 발진부;
    상기 발진부를 구동시키는 구동부;
    상기 발진 신호의 파형을 정형하는 파형 변환부;
    상기 구동부 및 상기 파형 변환부에 동작 신호를 인가하는 전류 공급부; 및
    상기 파형 변환부의 출력에 근거하여, 상기 발진부 및 상기 전류 공급부 중 적어도 하나에 제어 신호를 인가하는 제어부를 포함하는 수정 발진기.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 발진부는,
    수정 진동자, 로드 컨덴서 및 피드백 저항을 포함하는 수정 발진기.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 발진부는,
    상기 제어 신호에 근거하여 발진 주파수를 조절하는 가변 커패시터를 포함하는 수정 발진기.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 파형 변환부는,
    복수의 인버터를 포함하는 수정 발진기.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 전류 공급부는,
    기준 전류 생성부 및 전류 미러부를 포함하는 수정 발진기.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 전류 공급부는,
    상기 제어 신호에 근거하여 기준 전류를 조절하는 가변 저항을 포함하는 수정 발진기.
  7. 발진 신호를 정형하여 출력하는 파형 변환부;
    상기 파형 변환부의 출력에 근거하여 제어 신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어 신호에 근거하여 동작 신호를 출력하는 전류 공급부를 포함하는 수정 발진기.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부의 제어 신호에 근거하여 소정의 발진 신호를 출력하는 발진부를 포함하는 수정 발진기.
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