KR20180071989A - Fully balanced differential rail-to-rail second generation current conveyor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전류 컨베이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어에 관한 것이다. The present invention relates to current conveyors, and more particularly to a fully balanced differential rail-to-rail second generation current conveyor.
일반적으로, 2세대 전류 컨베이어(CCⅡ)는 전류-모드 신호 처리의 기본 구성 소자로서 알려져 있다. 2세대 전류 컨베이어는 Y-포트의 전압을 팔로워(follower)하는 X-포트가 전압 팔로워의 기능을 하고, X단자로 유입 및 유출되는 전류를 컨베이어(conveyor)하는 Z단자가 전류 팔로워의 기능을 하고 있다. Generally, a second generation current conveyor (CCII) is known as a basic component of current-mode signal processing. The second-generation current conveyor is configured such that the X-port that follows the Y-port voltage functions as a voltage follower and the Z terminal that conducts the current that flows into and out of the X terminal functions as a current follower have.
따라서 전류-모드 신호 처리의 기본 구성 회로로서 2세대 전류 컨베이어 자체 및 그것의 응용회로의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이상적인 2세대 전류 컨베이어의 전압이 입력되는 Y-포트(또는 전압입력단자)는 무한대의 입력 임피던스, 전류가 입력되는 X-포트(또는 전류입력단자)는 영(zero)의 입력 임피던스, 그리고 전류가 출력되는 Z단자(또는 전류출력단자)는 무한대의 출력 임피던스를 갖는다. Therefore, as a basic constituent circuit of the current-mode signal processing, researches on the second-generation current conveyor itself and its application circuit have been actively conducted. The Y-port (or voltage input terminal) to which the voltage of the ideal second-generation current conveyor is input has infinite input impedance, the X-port (or current input terminal) to which the current is input has a zero input impedance, The output Z terminal (or current output terminal) has an infinite output impedance.
한편, 클래스 AB 드라이버는 오디오 증폭기와 같은 소형 저항 및/또는 전력 증폭기와 같은 대형 커패시터에 전력을 공급하는데 사용된다. 이러한 클래스 AB 드라이버는 레일-투-레일 출력 스윙, 낮은 무부하 전력, 대형 드라이버 기능, 고속 동작 및 낮은 왜곡 등이 요구된다. On the other hand, the class AB driver is used to power large capacitors such as small resistors and / or power amplifiers such as audio amplifiers. These class AB drivers require rail-to-rail output swing, low no-load power, large driver capability, high-speed operation and low distortion.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 레일-투-레일 입출력 기능, 클래스 AB 증폭 기능 및 서로 역상인 2개의 전류 출력 기능을 갖는 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a fully balanced differential rail-to-rail having a rail-to-rail input / Generation current conveyor.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어는 제1 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(이하, 제1 BORRCCⅡ), 및 제2 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(이하, 제2 BORRCCⅡ)를 포함한다. 상기 제1 BORRCCⅡ 및 상기 제2 BORRCCⅡ 각각은 코어 블록 및 드라이빙 블록을 포함한다. 상기 코어 블록은 Y-포트 및 X-포트에 공통 연결된 상측 차동 입력단 및 하측 차동 입력단을 통해 레일-투-레일 입출력을 구현하고, 바이어스 전압에 의해 인가되는 전류를 상기 Y-포트의 전압과 상기 X-포트의 전압을 근거로 미러링하여 제1 구동전압(P_DRV) 및 제2 구동전압(N_DRV)을 출력한다. 상기 드라이빙 블록은 상기 제1 구동전압(P_DRV) 및 상기 제2 구동전압(N_DRV)에 응답하여 정상출력전류를 ZP-포트를 통해 출력하고, 상기 정상출력전류에 대해 역상의 위상을 갖는 반전출력전류를 ZN-포트를 통해 출력한다. 상기 제1 BORRCCⅡ의 상기 Y-포트 및 X-포트는 각각 YP-포트 및 XP-포트를 정의하고, 상기 제2 BORRCCⅡ의 상기 Y-포트 및 X-포트는 각각 YN-포트 및 XN-포트를 정의하고, 상기 제1 BORRCCⅡ의 상기 ZP-포트와 상기 제2 BORRCCⅡ의 상기 ZN-포트는 서로 연결되어 ZPF-포트를 정의하고, 상기 제1 BORRCCⅡ의 상기 ZN-포트와 상기 제2 BORRCCⅡ의 상기 ZP-포트는 서로 연결되어 ZNF-포트를 정의한다. In order to realize the object of the present invention, a full-balanced differential rail-to-rail second generation current conveyor according to an embodiment includes a first balanced output rail-to-rail second generation current conveyor (hereinafter referred to as a first BORRCC II) And a second balanced output rail-to-rail second generation current conveyor (hereinafter referred to as a second BORRCC II). Each of the first BORRCC II and the second BORRCC II includes a core block and a driving block. The core block implements a rail-to-rail input / output through an upper differential input stage and a lower differential input stage commonly connected to the Y-port and the X-port, and controls the current applied by the bias voltage to the voltage of the Y- - port and outputs the first driving voltage P_DRV and the second driving voltage N_DRV. The driving block outputs a normal output current through the ZP-port in response to the first driving voltage (P_DRV) and the second driving voltage (N_DRV), and outputs an inverted output current having a phase opposite to the normal output current Through the ZN-port. The Y-port and the X-port of the first BORRCC II define a YP-port and the XP-port, respectively, and the Y-port and the X-port of the second BORRCC II define a YN-port and an XN- Port of the first BORRCC II and the ZN-port of the second BORRCC II are connected to define a ZPF-port, and the ZP-port of the first BORRCC II and the ZP- The ports are connected to each other to define the ZNF-port.
일실시예에서, 완전 차동 전압-전류 변환기를 구현하기 위해, 상기 XP-포트와 상기 XN-포트 사이에 X-저항(RX)이 배치되고, 상기 YP-포트에는 정상입력전압(VINP)이 인가되고, 상기 YN-포트에는 반전입력전압(VINN)이 인가되고, 상기 정상입력전압(VINP) 및 상기 X-저항(RX)간의 관계식에 의해 정의되는 정상출력전류는 상기 ZPF-포트를 통해 출력되고, 상기 반전입력전압(VINN) 및 상기 X-저항(RX)간의 관계식에 의해 정의되는 반전출력전류는 상기 ZNF-포트를 통해 출력될 수 있다.In one embodiment, to implement a fully differential voltage-to-current converter, an X-resistor RX is placed between the XP-port and the XN-port and a normal input voltage VINP is applied to the YP- Port, an inverted input voltage VINN is applied to the YN-port, and a normal output current defined by a relationship between the normal input voltage VINP and the X-resistor RX is output through the ZPF-port , The inverted input voltage (VINN) and the X-resistor (RX) can be output through the ZNF-port.
일실시예에서, 완전 차동 전압 증폭기를 구현하기 위해, 상기 XP-포트와 상기 XN-포트 사이에 X-저항(RX)이 배치되고, 공통모드전압이 인가되는 공통모드단자와 상기 ZPF-포트 사이에 ZP-저항(RZP)이 배치되고, 상기 공통모드단자와 상기 ZNF-포트 사이에 ZN-저항(RZN)이 배치되고, 상기 정상입력전압, 상기 X-저항(RX) 및 상기 ZP-저항(RZP)간의 관계식에 의해 정의되는 정극성전압이 상기 ZPF-포트를 통해 출력되고, 상기 반전입력전압, 상기 X-저항(RX) 및 상기 ZN-저항(RZN)간의 관계식에 의해 정의되는 부극성전압이 상기 ZNF-포트를 통해 출력될 수 있다. In one embodiment, to implement a fully differential voltage amplifier, an X-resistor (RX) is disposed between the XP-port and the XN-port, and a common mode terminal to which a common mode voltage is applied is connected to the ZPF- (RZP) is arranged between the common mode terminal and the ZNF-port, and the ZN-resistor (RZN) is disposed between the common mode terminal and the ZNF- RZP) is output through the ZPF-port, and a positive voltage defined by a relational expression between the inverting input voltage, the X-resistor (RX) and the ZN-resistor (RZN) Can be output through the ZNF-port.
일실시예에서, 완전 차동 전류-전압 변환기를 구현하기 위해, 공통모드전압이 인가되는 공통모드단자와 상기 ZPF-포트 사이에 ZP-저항(RZP)이 배치되고, 상기 공통모드단자와 상기 ZNF-포트 사이에 ZN-저항(RZN)이 배치되고, 상기 YP-포트와 상기 YN-포트에 공통모드전압이 인가되고, 상기 XP-포트에 정상입력전류(IINP)가 인가되고, 상기 XN-포트에 반전입력전류(IINN)가 인가되고, 상기 정상입력전류 및 상기 ZP-저항(RZP)간의 관계식에 의해 정의되는 정극성전압이 상기 ZPF-포트를 통해 출력되고, 상기 반전입력전류 및 상기 ZN-저항(RZN)간의 관계식에 의해 정의되는 부극성전압이 상기 ZNF-포트를 통해 출력될 수 있다. In one embodiment, to implement a fully differential current-voltage converter, a ZP-resistor (RZP) is disposed between the common mode terminal to which the common mode voltage is applied and the ZPF-port, and the common mode terminal and the ZNF- Port is provided with a ZN-resistor RZN, a common mode voltage is applied to the YP-port and the YN-port, a normal input current IINP is applied to the XP-port, A positive voltage defined by a relationship between the normal input current and the ZP-resistor (RZP) is output through the ZPF-port, and the inverted input current and the ZN-resistor (RZN) can be output through the ZNF-port.
일실시예에서, 완전 차동 전류 증폭기를 구현하기 위해, 정상입력전류가 인가되는 단자와 공통모드전압이 인가되는 공통모드단자 사이에 YP-저항(RYP)이 배치되고, 상기 XP-포트와 상기 공통모드단자 사이에 XP-저항(RXP)이 배치되고, 반전입력전류가 인가되는 단자와 상기 공통모드단자 사이에 YN-저항(RYN)이 배치되고, 상기 XN-포트와 상기 공통모드단자 사이에 XN-저항(RXN)이 배치되고, 상기 YP-포트에는 정상입력전류가 인가되고, 상기 YN-포트에는 반전입력전류가 인가되고, 상기 정상입력전류, 상기 X-저항(RX) 및 상기 Y-저항(RY)간의 관계식에 의해 정의되는 정상출력전류가 상기 ZPF-포트를 통해 출력되고, 상기 반전입력전류, 상기 X-저항(RX) 및 상기 Y-저항(RY)간의 관계식에 의해 정의되는 반전출력전류가 상기 ZNF-포트를 통해 출력될 수 있다. In one embodiment, to implement a fully differential current amplifier, a YP-resistor RYP is disposed between a terminal to which a normal input current is applied and a common mode terminal to which a common mode voltage is applied, And a YN-resistor RYN is disposed between the common-mode terminal and a terminal to which an inverted input current is applied, and an XN-resistor RXP is provided between the XN-port and the common- Port is provided with a normal input current, an inverting input current is applied to the YN-port, and the normal input current, the X-resistor (RX) and the Y-resistor (RXN) (RY) is output through the ZPF-port, and the inverse output current defined by the relational expression between the inverting input current, the X-resistor (RX) and the Y-resistor (RY) A current can be output through the ZNF-port.
이러한 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어에 의하면, 레일-투-레일 입출력 기능, 클래스 AB 증폭 기능 및 서로 역상인 2개의 전류 출력 기능을 구현할 수 있다. This fully balanced differential rail-to-rail second-generation current conveyor allows rail-to-rail input and output capability, class AB amplification, and two contra-phase current output functions.
도 1은 바이어스 회로 블록을 나타내는 심볼이다.
도 2는 바이어스 회로 블록의 회로도이다.
도 3은 바이어스 회로 블록에서 생성된 정상바이어스전압들을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 바이어스 회로 블록에서 생성된 반전바이어스전압들을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 코어 블록을 나타내는 심볼이다.
도 6은 2세대 전류 컨베이어의 드라이버들 중 제1 출력 드라이버를 나타내는 심볼이다.
도 7은 제1 출력 드라이버의 회로도이다.
도 8은 전류 컨베이어의 드라이버들 중 제2 출력 드라이버를 나타내는 심볼이다.
도 9는 전류 컨베이어의 드라이버들 중 제2 출력 드라이버의 회로도이다.
도 10은 전류 컨베이어의 드라이버들 중 드라이빙 블록을 나타내는 심볼이다.
도 11은 드라이빙 블록의 회로도이다.
도 12는 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(이하, BORRCCⅡ)를 나타내는 심볼이다.
도 13은 공통모드전압 공급기를 설명하기 위한 구성도이다.
도 14는 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(이하, FBDRRCCⅡ)의 구현을 설명하기 위한 심볼이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어를 설명하기 위한 회로도이다.
도 16은 레일-투-레일 입력을 설명하기 위한 그래프이다.
도 17은 전류 미러들에 대응하는 드레인-소스간 전압 대비 드레인 전류 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 18은 도 15에 도시된 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어의 입출력 파형을 설명하기 위한 그래프이다.
도 19는 제1 드라이버에 구비되는 MP10 및 MN10의 전류 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 20은 2세대 전류 컨베이어의 특징을 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 21은 본 발명에 따른 BORRCCⅡ를 이용하여 전압-전류 변환기를 구성한 구성도이다.
도 22는 도 21에 도시된 전압-전류 변환기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 23은 본 발명에 따른 BORRCCⅡ를 이용하여 전압 증폭기를 구성한 구성도이다.
도 24는 도 23에 도시된 전압 증폭기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 25는 본 발명에 따른 BORRCCⅡ를 이용하여 전류-전압 변환기를 구성한 구성도이다.
도 26은 도 25에 도시된 전류-전압 변환기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 27은 본 발명에 따른 BORRCCⅡ를 이용하여 전류 증폭기를 구성한 구성도이다.
도 28은 도 27에 도시된 전류 증폭기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 29는 2개의 본 발명에 따른 BORRCCⅡ를 이용하여 FBDRRCCⅡ를 구성한 구성도이다.
도 30은 FBDRRCCⅡ의 심볼을 나타낸다.
도 31은 본 발명에 따른 FBDRRCCⅡ를 이용하여 완전 차동 전압-전류 변환기를 구성한 구성도이다.
도 32는 도 31에 도시된 완전 차동 전압-전류 변환기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 33은 본 발명에 따른 FBDRRCCⅡ를 이용하여 완전 차동 전압 증폭기를 구성한 구성도이다.
도 34는 도 33에 도시된 완전 차동 전압 증폭기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 35는 본 발명에 따른 FBDRRCCⅡ를 이용하여 완전 차동 전류-전압 변환기를 구성한 구성도이다.
도 36은 도 35에 도시된 완전 차동 전류-전압 변환기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 37은 본 발명에 따른 FBDRRCCⅡ를 이용하여 완전 차동 전류 증폭기를 구성한 구성도이다.
도 38은 도 37에 도시된 완전 차동 전류 증폭기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 1 is a diagram showing a bias circuit block.
2 is a circuit diagram of a bias circuit block.
3 is a graph for explaining normal bias voltages generated in the bias circuit block.
4 is a graph for explaining the reverse bias voltages generated in the bias circuit block.
5 is a symbol representing a core block.
6 is a symbol representing the first output driver among the drivers of the second generation current conveyor.
7 is a circuit diagram of the first output driver.
8 is a symbol representing the second output driver among the drivers of the current conveyor.
9 is a circuit diagram of the second output driver among the drivers of the current conveyor.
10 is a symbol representing a driving block among the drivers of the current conveyor.
11 is a circuit diagram of the driving block.
12 is a symbol representing a balanced output rail-to-rail second generation current conveyor (hereinafter referred to as BORRCC II).
13 is a configuration diagram for explaining a common mode voltage supply.
14 is a diagram for explaining an implementation of a fully balanced differential rail-to-rail second generation current conveyor (hereinafter referred to as FBDRRCC II).
15 is a circuit diagram for explaining a balanced output rail-to-rail second generation current conveyor according to an embodiment of the present invention.
16 is a graph for explaining the rail-to-rail input.
17 is a graph for explaining drain-current versus drain-to-source voltage characteristics corresponding to current mirrors.
18 is a graph for explaining the input / output waveform of the second output current-to-rail current conveyor of FIG. 15;
19 is a graph for explaining current characteristics of the MP10 and MN10 provided in the first driver.
20 is an equivalent circuit diagram for explaining features of the second generation current conveyor.
21 is a configuration diagram of a voltage-current converter using BORRCCII according to the present invention.
22 is a graph for explaining the operation of the voltage-current converter shown in Fig.
23 is a configuration diagram of a voltage amplifier using BORRCC II according to the present invention.
24 is a graph for explaining the operation of the voltage amplifier shown in FIG.
25 is a configuration diagram of a current-voltage converter using BORRCCII according to the present invention.
26 is a graph for explaining the operation of the current-voltage converter shown in Fig.
27 is a configuration diagram of a current amplifier using BORRCC II according to the present invention.
FIG. 28 is a graph for explaining the operation of the current amplifier shown in FIG. 27; FIG.
FIG. 29 is a configuration diagram of FBDRRCC II using BORRCC II according to two inventions. FIG.
30 shows the symbols of FBDRRCCII.
31 is a configuration diagram of a fully differential voltage-current converter using FBDRRCC II according to the present invention.
FIG. 32 is a graph for explaining the operation of the fully differential voltage-current converter shown in FIG. 31; FIG.
33 is a configuration diagram of a fully differential voltage amplifier using FBDRRCC II according to the present invention.
34 is a graph for explaining the operation of the fully differential voltage amplifier shown in Fig.
FIG. 35 is a configuration diagram of a fully differential current-voltage converter using FBDRRCC II according to the present invention.
FIG. 36 is a graph for explaining the operation of the fully differential current-voltage converter shown in FIG.
37 is a configuration diagram of a fully differential current amplifier using FBDRRCC II according to the present invention.
FIG. 38 is a graph for explaining the operation of the fully differential current amplifier shown in FIG. 37; FIG.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Also, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
먼저, 본 명세서에서 언급되는 회로들의 명칭이나 심볼에 대해서 설명한다. First, the names and symbols of the circuits mentioned in this specification will be described.
도 1은 바이어스 회로 블록을 나타내는 심볼이다. 도 2은 바이어스 회로 블록의 회로도이다. 도 3은 바이어스 회로 블록에서 생성된 정상바이어스전압들을 설명하기 위한 그래프이다. 도 4는 바이어스 회로 블록에서 생성된 반전바이어스전압들을 설명하기 위한 그래프이다. 1 is a diagram showing a bias circuit block. 2 is a circuit diagram of a bias circuit block. 3 is a graph for explaining normal bias voltages generated in the bias circuit block. 4 is a graph for explaining the reverse bias voltages generated in the bias circuit block.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 바이어스 회로 블록(BIAS)은 복수의 PMOS들과 복수의 NMOS들로 구성되고, 외부로부터 기준 전류(IREF)를 공급받아 PMOS에 바이어스 전압으로 공급되는 제1 정상바이어스전압(VBP0), 제2 정상바이어스전압(VBP1) 및 제3 정상바이어스전압(VBP2)를 생성하고, NMOS에 바이어스 전압으로 공급되는 제1 반전바이어스전압(VBN0), 제2 반전바이어스전압(VBN1) 및 제3 반전바이어스전압(VBN2)를 생성한다. 1 to 4, the bias circuit block BIAS includes a plurality of PMOSs and a plurality of NMOSs. The bias circuit block BIAS receives a reference current IREF from the outside, A first normal bias voltage VBP0, a second normal bias voltage VBP1 and a third normal bias voltage VBP2 and supplies a first inverted bias voltage VBN0 and a second inverted bias voltage VBN2 supplied as a bias voltage to the NMOS, VBN1 and the third reverse bias voltage VBN2.
본 실시예에서, 상대적으로 높은 전원전압인 VDD는 PMOS들에 인가되고, 상대적으로 낮은 전원전압인 VSS는 NMOS들에 인가된다. PMOS에서, 상대적으로 높은 전압에 연결된 단자를 소스, 제어전압이 인가되는 단자를 게이트, 나머지 단자를 드레인으로 칭한다. 또한, NMOS에서 상대적으로 낮은 전압에 연결된 단자를 소스, 제어전압이 인가되는 단자를 게이트, 나머지 단자를 드레인으로 칭한다. In this embodiment, VDD, which is a relatively high power supply voltage, is applied to the PMOSs, and VSS, which is a relatively low power supply voltage, is applied to the NMOSs. In the PMOS, a terminal connected to a relatively high voltage is referred to as a source, a terminal to which a control voltage is applied is referred to as a gate, and the remaining terminal is referred to as a drain. Also, a terminal connected to a relatively low voltage in the NMOS is referred to as a source, a terminal to which a control voltage is applied is referred to as a gate, and the remaining terminal is referred to as a drain.
MN0의 소스는 VSS에 연결되고, 게이트 및 드레인은 공통 연결되어 MN1의 소스에 연결된다. MN1의 소스는 MN0의 드레인에 연결되고, 게이트 및 드레인은 공통 연결되어 기준전류(IREF)가 인가되는 단자에 연결된다. MN2의 소스는 VSS에 연결되고, 게이트는 MN0의 게이트에 연결되고, 드레인은 MN3의 소스에 연결된다. MN3의 소스는 MN2의 드레인에 연결되고, 게이트는 MN1의 게이트에 연결되고, 드레인은 MP2의 드레인에 연결된다. MN4의 소스는 VSS에 연결되고, 게이트는 MN0 및 MN2 각각의 게이트에 연결되고, 드레인은 MN5의 소스에 연결된다. MN5의 소스는 MN4의 드레인에 연결되고, 게이트는 MN1 및 MN3 각각의 게이트에 연결되고, 드레인은 MP3의 드레인에 연결된다. The source of MN0 is connected to VSS, the gate and drain are connected in common and connected to the source of MN1. The source of MN1 is connected to the drain of MN0, and the gate and the drain are connected in common to a terminal to which reference current IREF is applied. The source of MN2 is connected to VSS, the gate is connected to the gate of MN0, and the drain is connected to the source of MN3. The source of MN3 is connected to the drain of MN2, the gate is connected to the gate of MN1, and the drain is connected to the drain of MP2. The source of MN4 is connected to VSS, the gate is connected to the gate of each of MN0 and MN2, and the drain is connected to the source of MN5. The source of MN5 is connected to the drain of MN4, the gate is connected to the gate of each of MN1 and MN3, and the drain is connected to the drain of MP3.
MP0의 소스는 VDD에 연결되고, 게이트는 MP1의 드레인에 연결되고, 드레인은 MP1의 소스에 연결된다. MP1의 소스는 MP0의 드레인에 연결되고, 게이트는 MP3의 게이트에 연결되고, 드레인은 MP2의 소스에 연결된다. MP2의 소스는 MP1의 드레인 및 MP0의 게이트에 연결되고, 게이트 및 드레인은 공통 연결되어 MN3의 드레인에 연결된다. MP3의 소스는 VDD에 연결되고, 게이트는 MP1의 게이트에 연결되고, 드레인은 MN5의 드레인에 연결된다. MP4의 소스는 VDD에 연결되고, 게이트는 MP0의 게이트에 연결되고, 드레인은 MP5의 소스에 연결된다. MP5의 소스는 MP4의 드레인에 연결되고, 게이트는 MP3의 게이트에 연결되고, 드레인은 MN8의 드레인에 연결된다. MP6의 소스는 VDD에 연결되고, 게이트는 MP0 및 MP4 각각의 게이트에 연결되고, 드레인은 MP7의 소스에 연결된다. MP7의 소스는 MP6의 드레인에 연결되고, 게이트는 MP3 및 MP5 각각의 게이트에 연결되고, 드레인은 MN9의 드레인에 연결된다. The source of MP0 is connected to VDD, the gate is connected to the drain of MP1, and the drain is connected to the source of MP1. The source of MP1 is connected to the drain of MP0, the gate is connected to the gate of MP3, and the drain is connected to the source of MP2. The source of MP2 is connected to the drain of MP1 and the gate of MP0, and the gate and the drain are commonly connected to the drain of MN3. The source of MP3 is connected to VDD, the gate is connected to the gate of MP1, and the drain is connected to the drain of MN5. The source of MP4 is connected to VDD, the gate is connected to the gate of MP0, and the drain is connected to the source of MP5. The source of MP5 is connected to the drain of MP4, the gate is connected to the gate of MP3, and the drain is connected to the drain of MN8. The source of MP6 is connected to VDD, the gate is connected to the gate of each of MP0 and MP4, and the drain is connected to the source of MP7. The source of MP7 is connected to the drain of MP6, the gate is connected to the gate of each of MP3 and MP5, and the drain is connected to the drain of MN9.
여기서, MP0, MP4, MP6 각각의 게이트를 통해 제1 정상바이어스전압(VBP0)이 생성되고, MP1, MP3, MP5 및 MP7 각각의 게이트를 통해 제2 정상바이어스전압(VBP1)이 생성되고, MP2의 게이트를 통해 제3 정상바이어스전압(VBP2)이 생성된다. Here, a first normal bias voltage VBP0 is generated through the gates of MP0, MP4 and MP6, a second normal bias voltage VBP1 is generated through the gates of MP1, MP3, MP5 and MP7, A third normal bias voltage VBP2 is generated through the gate.
MN6의 소스는 VSS에 연결되고, 게이트는 MN7의 드레인에 연결되고, 드레인은 MN7의 소스에 연결된다. MN7의 소스는 MN6의 드레인에 연결되고, 게이트는 MN9의 게이트에 연결되고, 드레인은 MN8의 소스 및 MN6의 게이트에 연결된다. MN8의 드레인 및 게이트는 공통 연결되어 MP5의 드레인에 연결되고, 소스는 MN7의 드레인에 연결된다. MN9의 소스는 VSS에 연결되고, 게이트는 MN7의 게이트에 연결되고, 드레인은 MP7의 드레인에 연결된다. The source of MN6 is connected to VSS, the gate is connected to the drain of MN7, and the drain is connected to the source of MN7. The source of MN7 is connected to the drain of MN6, the gate is connected to the gate of MN9, and the drain is connected to the source of MN8 and the gate of MN6. The drain and gate of MN8 are connected in common to the drain of MP5, and the source is connected to the drain of MN7. The source of MN9 is connected to VSS, the gate is connected to the gate of MN7, and the drain is connected to the drain of MP7.
여기서, MN6의 게이트를 통해 제1 반전바이어스전압(VBN0)이 생성되고, MN7 및 MN9의 게이트를 통해 제2 반전바이어스전압(VBN1)이 생성되고, MN8의 게이트를 통해 제3 반전바이어스전압(VBN2)이 생성된다. Here, a first reverse bias voltage VBN0 is generated through the gate of MN6, a second reverse bias voltage VBN1 is generated through the gates of MN7 and MN9, and a third reverse bias voltage VBN2 ) Is generated.
PMOS의 바이어스 전압으로 인가되는 정상바이어스전압(VBP), 즉 제1 정상바이어스전압(VBP0), 제2 정상바이어스전압(VBP1) 및 제3 정상바이어스전압(VBP2)은 실제 회로 설계에서는 정밀하게 설정되지만, 아래와 같은 수식 1에 의해 개략적으로 생성될 수 있다. The normal bias voltage VBP applied to the bias voltage of the PMOS, that is, the first normal bias voltage VBP0, the second normal bias voltage VBP1, and the third normal bias voltage VBP2 are precisely set in the actual circuit design , And can be roughly generated by
[수식 1][Equation 1]
VBP0 = VDD - (Vthp * 1)VBP0 = VDD - (Vthp * 1)
VBP1 = VDD - (Vthp * 2)VBP1 = VDD - (Vthp * 2)
VBP2 = VDD - (Vthp * 3)VBP2 = VDD - (Vthp * 3)
여기서, Vthp는 PMOS의 문턱전압(threshold voltage)으로 0.5V ~ 0.8V정도로 가정한다. Here, it is assumed that Vthp is about 0.5V to 0.8V as a threshold voltage of the PMOS.
여기서, Vthp는 PMOS의 문턱전압(threshold voltage)으로 0.5V ~ 0.8V정도로 가정한다. Here, it is assumed that Vthp is about 0.5V to 0.8V as a threshold voltage of the PMOS.
바이어스 회로 블록(BIAS)에서 생성된 제1 정상바이어스전압(VBP0), 제2 정상바이어스전압(VBP1) 및 제3 정상바이어스전압(VBP2)은 도 3에 도시된 바와 같다. The first normal bias voltage VBP0, the second normal bias voltage VBP1 and the third normal bias voltage VBP2 generated in the bias circuit block BIAS are as shown in FIG.
한편, NMOS의 바이어스 전압으로 인가되는 반전바이어스전압(VBN), 즉 제1 반전바이어스전압(VBN0), 제2 반전바이어스전압(VBN1) 및 제3 반전바이어스전압(VBN2)은 실제 회로 설계에서는 정밀하게 설정되지만, 아래와 같은 수식 2에 의해 개략적으로 생성될 수 있다. On the other hand, the reverse bias voltage VBN applied to the bias voltage of the NMOS, that is, the first reverse bias voltage VBN0, the second reverse bias voltage VBN1, and the third reverse bias voltage VBN2, But it can be roughly generated by the following Equation (2).
[수식 2][Equation 2]
VBN0 = VSS(0V) + (Vthn * 1)VBN0 = VSS (0V) + (Vthn * 1)
VBN1 = VSS(0V) + (Vthn * 2)VBN1 = VSS (0V) + (Vthn * 2)
VBN2 = VSS(0V) + (Vthn * 3)VBN2 = VSS (0V) + (Vthn * 3)
여기서, Vthn은 NMOS의 문턱전압(threshold voltage)으로 0.4V ~ 0.7V정도로 가정한다.Here, it is assumed that Vthn is about 0.4V to 0.7V as a threshold voltage of the NMOS.
바이어스 회로 블록(BIAS)에서 생성된 제1 반전바이어스전압(VBN0), 제2 반전바이어스전압(VBN1) 및 제3 반전바이어스전압(VBN2)은 도 4에 도시된 바와 같다. The first inverted bias voltage VBN0, the second inverted bias voltage VBN1 and the third inverted bias voltage VBN2 generated in the bias circuit block BIAS are as shown in FIG.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 정상바이어스전압(VBP0), 제2 정상바이어스전압(VBP1) 및 제3 정상바이어스전압(VBP2)의 순으로 전압의 크기는 작아지고, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 반전바이어스전압(VBN0), 제2 반전바이어스전압(VBN1) 및 제3 반전바이어스전압(VBN2)의 순으로 전압의 크기는 커진다. As shown in Fig. 3, the magnitude of the voltage in the order of the first normal bias voltage VBP0, the second normal bias voltage VBP1, and the third normal bias voltage VBP2 becomes smaller, Likewise, the magnitude of the voltage increases in the order of the first reverse bias voltage VBN0, the second reverse bias voltage VBN1, and the third reverse bias voltage VBN2.
본 실시예에서, 기준전류(IREF)의 크기는 수 uA ~ 수십 uA정도를 사용하고, 모든 PMOS의 게이트 면적을 생성하는 채널 폭 및 채널 길이는 동일하고, 모든 NMOS의 게이트 면적을 생성하는 채널 폭 및 채널 길이는 동일하다. 통상적으로 PMOS와 NMOS의 채널 길이를 동일하게 할 경우, PMOS의 채널 폭은 NMOS의 채널 폭보다 약 3배 이상을 선정한다. 나머지 PMOS 게이트 면적에 비해서 MP3의 채널 길이가 약 4배 내지 6배 정도 길다. 나머지 NMOS 게이트 면적에 비해서 MN9의 채널 길이가 약 4배 내지 6배 정도 길다. In this embodiment, the reference current IREF is about several uA to several tens uA, and the channel width and the channel length for generating the gate area of all the PMOSs are the same, and the channel width And the channel length are the same. Generally, when the channel lengths of the PMOS and the NMOS are made the same, the channel width of the PMOS is selected to be about three times or more than the channel width of the NMOS. The channel length of MP3 is about 4 to 6 times longer than the remaining PMOS gate area. The channel length of MN9 is about 4 to 6 times longer than the remaining NMOS gate area.
도 5는 코어 블록을 나타내는 심볼이다. 5 is a symbol representing a core block.
도 5에 도시된 바와 같이, 코어 블록(CORE)은 레일-투-레일(Rail-to-rail) 입력 스테이지와 AB급 드라이버(AB class driver)의 게이트 전압을 출력하는 기능을 갖는다. As shown in FIG. 5, the core block CORE has a function of outputting a gate voltage of a rail-to-rail input stage and an AB class driver.
코어 블록(CORE)은 OTA(operational transconductance amplifier) 또는 연산 증폭기(Op-Amp)로 설계될 수도 있다. 두 증폭 회로 모두 입력의 차이를 증폭하여 출력하는 회로로서, 큰 전압 이득(예를 들어, 수천 내지 수만)과 높은 입력 저항값(resistance)을 갖는다. The core block (CORE) may be designed as an operational transconductance amplifier (OTA) or an operational amplifier (Op-Amp). Both amplification circuits are circuits that amplify and output the difference of the input, and have a large voltage gain (for example, several thousands to tens of thousands) and a high input resistance.
OTA의 경우, 용량성 부하(capacitive load)를 구동할 때 이상적인 전압 제어된 전류원(ideal voltage controlled current source)에 가까운 형태가 되므로 높은 출력저항이 바람직한 특성이 된다. In the case of OTA, when the capacitive load is driven, the output voltage becomes close to an ideal voltage controlled current source, so a high output resistance is a desirable characteristic.
한편, Op-Amp는 저항성 부하(resistive load)를 구동하기 위해서는 출력 저항값이 낮아야만 부하 효과(loading effect)를 피할 수 있다. 이러한 출력 저항값을 매우 낮게 설계하여 전압 제어된 전압원(voltage controlled voltage source)와 같이 동작하도록 한 회로이다. On the other hand, in order to drive a resistive load, the output resistance of the Op-Amp must be low to avoid a loading effect. This output resistance is designed to be very low and operate as a voltage controlled voltage source.
도 6는 2세대 전류 컨베이어의 드라이버들 중 제1 출력 드라이버(D0)를 나타내는 심볼이다. 도 7은 제1 출력 드라이버(D0)의 회로도이다. 6 is a symbol representing the first output driver D0 among the drivers of the second generation current conveyor. 7 is a circuit diagram of the first output driver D0.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 출력 드라이버(D0)는 전압 피드백용 정상출력 전압 버퍼를 갖는다. Referring to Figs. 6 and 7, the first output driver D0 has a normal output voltage buffer for voltage feedback.
제1 출력 드라이버(D0)는 직렬 연결된 MP10 및 MN10으로 구성된다. MP10는 VDD가 인가되는 소스, 제1 구동전압(P_DRV)이 인가되는 게이트, MN10의 드레인 및 X-포트에 연결된 드레인을 갖는다. MN10는 VSS가 인가되는 소스, 제2 구동전압(N_DRV)이 인가되는 게이트, 및 MP10의 드레인 및 X-포트에 연결된 드레인을 갖는다. The first output driver D0 is composed of a series-connected MP10 and MN10. MP10 has a source to which VDD is applied, a gate to which the first driving voltage (P_DRV) is applied, a drain of MN10, and a drain connected to the X-port. MN10 has a source to which VSS is applied, a gate to which the second driving voltage N_DRV is applied, and a drain connected to the drain of MP10 and a X-port.
도 8는 전류 컨베이어의 드라이버들 중 제2 출력 드라이버(D1)를 나타내는 심볼이다. 도 9은 제2 출력 드라이버(D1)의 회로도이다. 8 is a symbol representing the second output driver D1 among the drivers of the current conveyor. 9 is a circuit diagram of the second output driver D1.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제2 출력 드라이버(D1)는 전압 피드백용 정상출력 전압 버퍼 및 ZP-포트를 갖는다. Referring to Figs. 8 and 9, the second output driver D1 has a normal output voltage buffer for voltage feedback and a ZP-port.
제2 출력 드라이버(D1)는 직렬 연결된 MP10 및 MN10 및 직렬 연결된 MP11 및 MN11를 구성된다. The second output driver D1 constitutes the MP10 and MN10 connected in series and the MP11 and MN11 connected in series.
MP10는 VDD가 인가되는 소스, 제1 구동전압(P_DRV)이 인가되는 게이트, MN10의 소스 및 X-포트에 연결된 드레인을 갖는다. MN10는 VSS가 인가되는 소스, 제2 구동전압(N_DRV)이 인가되는 게이트, 및 MP10의 드레인 및 X-포트에 연결된 드레인을 갖는다.MP10 has a source to which VDD is applied, a gate to which the first driving voltage P_DRV is applied, a source of MN10, and a drain connected to the X-port. MN10 has a source to which VSS is applied, a gate to which the second driving voltage N_DRV is applied, and a drain connected to the drain of MP10 and a X-port.
MP11는 VDD가 인가되는 소스, MP10의 게이트에 공통 연결되어 제1 구동전압(P_DRV)이 인가되는 게이트, MN11의 소스 및 ZP-포트에 연결된 드레인을 갖는다. MN11는 VSS가 인가되는 소스, MN10의 게이트에 공통 연결되어 제2 구동전압(N_DRV)이 인가되는 게이트, 및 MP11의 드레인 및 ZP-포트에 연결된 드레인을 갖는다.MP11 has a source to which VDD is applied, a gate commonly connected to the gate of MP10 to which a first driving voltage P_DRV is applied, a source of MN11, and a drain connected to the ZP-port. MN11 has a source to which VSS is applied, a gate commonly connected to the gate of MN10 and to which the second driving voltage N_DRV is applied, and a drain connected to the drain and ZP-port of MP11.
도 10는 전류 컨베이어의 드라이버들 중 드라이빙 블록(D2)를 나타내는 심볼이다. 도 11은 드라이빙 블록(D2)의 회로도이다.10 is a symbol representing the driving block D2 among the drivers of the current conveyor. 11 is a circuit diagram of the driving block D2.
도 10 및 도 11을 참조하면, 드라이빙 블록(D2)는 전압 피드백용 정상출력 전압 버퍼, ZP-포트 및 ZN-포트를 갖는다. Referring to Figs. 10 and 11, the driving block D2 has a normal output voltage buffer for voltage feedback, a ZP-port, and a ZN-port.
드라이빙 블록(D2)은 MP10, MN10, MP11, MN11, MP12, MN12, MP13, MN13, MP14 및 MN14로 구성된다. The driving block D2 is composed of MP10, MN10, MP11, MN11, MP12, MN12, MP13, MN13, MP14 and MN14.
MP10는 VDD가 인가되는 소스, 제1 구동전압(P_DRV)이 인가되는 게이트, MN10의 소스 및 X-포트에 연결된 드레인을 갖는다. MN10는 VSS가 인가되는 소스, 제2 구동전압(N_DRV)이 인가되는 게이트, 및 MP10의 드레인 및 X-포트에 연결된 드레인을 갖는다.MP10 has a source to which VDD is applied, a gate to which the first driving voltage P_DRV is applied, a source of MN10, and a drain connected to the X-port. MN10 has a source to which VSS is applied, a gate to which the second driving voltage N_DRV is applied, and a drain connected to the drain of MP10 and a X-port.
MP11는 VDD가 인가되는 소스, MP10의 게이트에 공통 연결되어 제1 구동전압(P_DRV)이 인가되는 게이트, MN11의 소스 및 ZP-포트에 연결된 드레인을 갖는다. MN11는 VSS가 인가되는 소스, MN10의 게이트에 공통 연결되어 제2 구동전압(N_DRV)이 인가되는 게이트, 및 MP11의 드레인 및 ZP-포트에 연결된 드레인을 갖는다.MP11 has a source to which VDD is applied, a gate commonly connected to the gate of MP10 to which a first driving voltage P_DRV is applied, a source of MN11, and a drain connected to the ZP-port. MN11 has a source to which VSS is applied, a gate commonly connected to the gate of MN10 and to which the second driving voltage N_DRV is applied, and a drain connected to the drain and ZP-port of MP11.
MP12는 VDD가 인가되는 소스, MP10의 게이트에 공통 연결되어 제1 구동전압(P_DRV)이 인가되는 게이트, MN13의 소스에 연결된 드레인을 갖는다. MN12는 VSS가 인가되는 소스, MN10의 게이트에 공통 연결되어 제2 구동전압(N_DRV)이 인가되는 게이트, 및 MP13의 드레인에 연결된 소스를 갖는다. MP12 has a source to which VDD is applied, a gate commonly connected to the gate of MP10 to which a first driving voltage P_DRV is applied, and a drain connected to the source of MN13. MN12 has a source to which VSS is applied, a gate commonly connected to the gate of MN10 to which a second driving voltage N_DRV is applied, and a source connected to the drain of MP13.
MP13은 VDD가 인가되는 소스, 공통 연결되어 MN12의 소스에 연결된 게이트 및 드레인을 갖는다. MN13은 VSS가 인가되는 소스, 공통 연결되어 MP12의 드레인에 연결된 소스 및 게이트를 갖는다. MP13 has a source to which VDD is applied, a gate connected to a source of MN12 in common and a drain. MN13 has a source to which VSS is applied, a source connected in common to the drain of MP12, and a gate.
MP14는 VDD가 인가되는 소스, MP13의 게이트에 연결된 게이트 및 ZN-포트에 연결된 드레인을 갖는다. MN14는 VSS가 인가되는 소스, MN13의 게이트에 연결된 게이트, ZN-포트에 연결된 드레인을 갖는다. MP14 has a source to which VDD is applied, a gate connected to the gate of MP13, and a drain connected to the ZN-port. MN14 has a source to which VSS is applied, a gate connected to the gate of MN13, and a drain connected to the ZN-port.
도 12는 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(Balanced Output Rail-to-rail Current Conveyor )(이하, BORRCCⅡ)를 나타내는 심볼이다. 12 is a symbol representing a balanced output rail-to-rail current conveyor (hereinafter referred to as BORRCC II).
도 12에 도시된 바와 같이, 코어 블록(CORE)과 드라이빙 블록(D2)을 직렬 연결하는 방식으로 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(BORRCCⅡ)를 구현한다. As shown in FIG. 12, a balanced output rail-to-rail second generation current conveyor (BORRCCII) is implemented by connecting the core block CORE and the driving block D2 in series.
도 13는 공통모드전압 공급기를 설명하기 위한 구성도이다. 13 is a configuration diagram for explaining a common mode voltage supply.
도 13에 도시된 바와 같이, 공통모드전압 공급기(Common Mode Voltage Generator, VCM Generator)는 코어 블록(CORE)과 제1 출력 드라이버(D0)가 조합된 형태의 기능 블록을 포함한다. As shown in FIG. 13, the common mode voltage generator (VCM Generator) includes a functional block of a combination of a core block (CORE) and a first output driver (D0).
VDD와 GND 사이에 직렬로 연결된 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 비율로 기준전압(Vref)이 생성되어 코어 블록(CORE)의 Y-포트에 인가된다. 코어 블록(CORE)의 Y-포트에 기준전압(Vref)이 인가되면, 해당 전압과 동일한 전압을 출력하는 X-포트를 통해 출력 임피던스가 매우 낮은 이상적인 공통모드전압(common mode voltage, VCM)이 생성된다. The reference voltage Vref is generated at a ratio of the first resistor R1 and the second resistor R2 connected in series between VDD and GND and applied to the Y-port of the core block CORE. When the reference voltage Vref is applied to the Y-port of the core block CORE, an ideal common mode voltage (VCM) having a very low output impedance is generated through the X-port outputting the same voltage do.
도 14는 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(Fully Balanced Differential Rail-to-rail Current conveyor )(이하, FBDRRCCⅡ)의 구현을 설명하기 위한 심볼이다. FIG. 14 is a diagram for explaining an implementation of a fully balanced differential rail-to-rail current conveyor (hereinafter referred to as FBDRRCC II).
도 14를 참조하면, 두 개의 BORRCCⅡ가 상측 및 하측에 배치되어 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(이하, FBDRRCCⅡ)를 정의한다. Referring to FIG. 14, two BORRCC IIs are arranged on the upper and lower sides to define a fully balanced differential rail-to-rail second generation current conveyor (hereinafter referred to as FBDRRCC II).
상측에 배치된 BORRCCⅡ의 Y-포트는 FBDRRCCⅡ의 YP-포트를 정의하고, 상측에 배치된 BORRCCⅡ의 X-포트는 FBDRRCCⅡ의 XP-포트를 정의하고, 하측에 배치된 BORRCCⅡ의 Y-포트는 FBDRRCCⅡ의 YN-포트를 정의하고, 하측에 배치된 BORRCCⅡ의 X-포트는 FBDRRCCⅡ의 XN-포트를 정의한다. The Y-port of BORRCC II arranged on the upper side defines the YP port of FBDRRCC II, the X-port of BORRCC II arranged on the upper side defines the XP-port of FBDRRCC II, and the Y port of BORRCC II arranged on the lower side defines FBDRRCC II Port, and the X-port of BORRCC II located on the lower side defines the XN-port of FBDRRCC II.
상측에 배치된 BORRCCⅡ의 ZP-포트과 하측에 배치된 BORRCCⅡ의 ZN-포트는 서로 연결되어 FBDRRCCⅡ의 ZP-포트를 정의한다. 상측에 배치된 BORRCCⅡ의 ZN-포트와 하측에 배치된 BORRCCⅡ의 ZP-포트는 서로 연결되어 FBDRRCCⅡ의 ZN-포트를 정의한다. The ZP-port of BORRCC II located on the upper side and the ZN-port of BORRCC II disposed on the lower side are connected to each other to define the ZP-port of FBDRRCC II. The ZN-port of BORRCC II located on the upper side and the ZP-port of BORRCC II disposed on the lower side are connected to each other to define the ZN-port of FBDRRCC II.
FBDRRCCⅡ의 ZP-포트와 ZN-포트는 상측 BORRCCⅡ와 하측 BORRCCⅡ 각각의 입력 포트의 전압 또는 전류에 대한 차동 성분만을 출력한다. The ZP-port and ZN-port of the FBDRRCC II output only the differential components of the voltage or current of the input ports of the upper BORRCC II and the lower BORRCC II, respectively.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어를 설명하기 위한 회로도이다. 15 is a circuit diagram for explaining a balanced output rail-to-rail second generation current conveyor according to an embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(Balanced Output Rail-to-rail Current Conveyor )는 코어 블록(CORE) 및 드라이빙 블록(D2)를 포함한다. Referring to FIG. 15, a balanced output rail-to-rail current conveyor according to an embodiment of the present invention includes a core block and a driving block D2 do.
코어 블록(CORE)은 상측 차동 입력단(110), 하측 차동 입력단(120), 상측 전류 미러단(130), 하측 전류 미러단(140), 스위칭단(150), 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)를 포함하고, 바이어스 회로 블록(도 1 및 도 2에 도시됨)으로부터 PMOS 소자들의 바이어스 전압으로서 VBP0, VBP1 및 VBP2를 인가받고, NMOS 소자들의 바이어스 전압으로서 VBN0, VBN1 및 VBN2를 인가받는다. 도 15에 도시된 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어에서 바이어스 회로 블록에 대한 도시는 생략되었다. The core block CORE includes an upper
코어 블록(CORE)은 Y-포트 및 X-포트에 공통 연결된 상측 차동 입력단(110) 및 하측 차동 입력단(120)을 통해 레일-투-레일 입출력을 구현하고, Y-포트의 전압과 X-포트의 전압을 근거로 바이어스 전압에 의해 인가되는 전류를 미러링하여 제1 구동전압(P_DRV) 및 제2 구동전압(N_DRV)을 드라이빙 블록(D2)에 출력한다. The core block CORE implements a rail-to-rail input / output through an upper
상측 차동 입력단(110)은 직렬 연결된 MP0 및 MP1와 병렬 연결된 MP2 및 MP3로 구성된다. MP0은 VDD가 인가되는 소스, VBP0가 인가되는 게이트, MP1의 소스에 연결된 드레인을 갖는다. MP1은 MP0의 드레인에 연결된 소스, VBP1가 인가되는 게이트, MP2의 소스 및 MP3의 소스에 연결된 드레인을 갖는다. MP2은 MP1의 드레인에 연결된 소스, Y-포트에 연결된 게이트, 하측 전류 미러단(140)에 연결된 드레인을 갖는다. MP3은 MP1의 드레인에 연결된 소스, X-포트에 연결된 게이트, 하측 전류 미러단(140)에 연결된 드레인을 갖는다. MP2 및 MP3가 입력을 담당하며 Y-포트의 전압과 X-포트의 전압을 비교하여 보다 낮은 전압이 입력된 게이트쪽으로 바이어스 전압에 의해 인가되는 전류(tail current)(Ip)를 흘려 주는 역할을 수행한다. 여기서, 동작 가능한 입력 신호 전압(Common mode voltage)의 범위는, VDD를 약 3.3V로 가정할 경우, 2.5V 내지 0V 정도이다. The upper
하측 차동 입력단(120)은 직렬 연결된 MN0 및 MN1와 병렬 연결된 MN2 및 MN3로 구성된다. MN0은 MN1의 소스에 연결된 드레인, VBN0가 인가되는 게이트, VSS가 인가되는 소스를 갖는다. MN1은 MN2의 소스 및 MN3의 소스에 연결된 드레인, VBN1가 인가되는 게이트, MN0의 드레인에 연결된 소스를 갖는다. MN2은 상측 전류 미러단(130)에 연결된 드레인, Y-포트에 연결된 게이트, MN1의 드레인에 연결된 소스를 갖는다. MN3은 상측 전류 미러단(130)에 연결된 드레인, X-포트에 연결된 게이트, MN1의 드레인에 연결된 소스를 갖는다. MN2 및 MN3가 입력을 담당하며 Y-포트의 전압과 X-포트의 전압을 비교하여 보다 높은 전압이 입력된 게이트쪽으로 바이어스 전압에 의해 인가되는 전류(In)를 흘려 주는 역할을 수행한다. 여기서, 동작 가능한 입력 신호 전압(Common mode voltage)의 범위는, VDD를 약 3.3V로 가정할 경우, 0.7V 내지 3.3V 정도가 된다.The lower
전류 컨베이어의 입력 스테이지로서 상측 차동 입력단(110) 및 하측 차동 입력단(120)이 배치되므로 레일-투-레일 입력(rail-to-rail input)을 구현할 수 있다. 즉, 전원이 3.3V일 때 입력 전압(Common Mode Voltage)의 범위가 전원 전압(VDD)의 범위 모두를 커버하도록 전류(tail current)(Ip, In)을 흘려 줄 수 있다. 이러한 입력 전압의 범위를 표현하면 도 16과 같다. Since the upper
도 16은 레일-투-레일 입력을 설명하기 위한 그래프이다. 16 is a graph for explaining the rail-to-rail input.
도 16에 도시된 바와 같이, 레일-투-레일 입력은 입력되는 신호의 범위를 0V~VDD를 모두 커버하게 됨으로 기존의 회로가 상측의 입력 또는 하측의 입력을 받는 경우에 비해서 보다 넓은 범위의 입력 전압에 대해서 동작하는 장점을 갖는다. As shown in FIG. 16, the rail-to-rail input covers a range of the input signal from 0 V to VDD, so that a wider range of inputs is obtained when the conventional circuit receives the upper input or the lower input It has the advantage of operating on voltage.
도 15를 다시 참조하면, 상측 전류 미러단(130)는 MP4, MP5, MP6 및 MP7로 구성되어 전류 미러를 정의한다. MP4는 VDD가 인가되는 소스, MP5의 드레인 및 MP6의 게이트에 연결된 게이트, MP5의 소스에 연결된 드레인을 갖는다. 또한, MP4의 드레인은 하측 차동 입력단(120)의 MN3의 소스에 연결된다. MP5는 MP4의 드레인에 연결된 소스, MP7의 게이트에 연결된 게이트, MP4의 게이트에 연결된 드레인을 갖는다. 또한, MP5의 소스는 하측 차동 입력단(120)의 MN3의 소스에 연결된다. MP6은 VDD가 인가되는 소스, MP5의 드레인 및 MP4의 게이트에 연결된 게이트, MP7의 소스에 연결된 드레인을 갖는다. 또한, MP6의 드레인은 하측 차동 입력단(120)의 MN2의 소스에 연결된다. MP7은 MP6의 드레인에 연결된 소스, MP5의 게이트에 연결된 게이트, 드라이빙 블록(D2) 및 스위칭단(150)에 연결된 드레인을 갖는다. 여기서, VBP1 전압으로 MP5 및 MP7이 바이어싱되며, MP4와 MP6의 바이어스 전압은 MP5의 드레인 전압이 인가되는 회로적 특징을 갖는다. Referring back to FIG. 15, the upper
MP4의 게이트 면적과 MP6의 게이트 면적이 같고, MP5의 게이트 면적과 MP7의 게이트 면적이 같다면, MP6 및 MP7을 통해 흐르는 전류는 MP4 및 MP5을 통해 흐르는 전류와 같다. 이때, MP5의 포화전압(saturation voltage)은 MP4의 문턱전압(Threshold voltage, Vth)보다 높아지고, 이로 인하여 MP7의 드레인에 전류가 공급된다. 따라서, 동작 가능한 전압의 범위가 일반적인 구조의 전류 미러 보다 넓어지는 특징을 갖는다. If the gate area of MP4 is equal to the gate area of MP6, and the gate area of MP5 is equal to the gate area of MP7, the current flowing through MP6 and MP7 is the same as the current flowing through MP4 and MP5. At this time, the saturation voltage of MP5 is higher than the threshold voltage (Vth) of MP4, thereby supplying current to the drain of MP7. Therefore, the range of the operable voltage is wider than the current mirror of the general structure.
이때, 하측 차동 입력단(120)의 입력 전압의 차이에 의해 전류가 각각 MP4 및 MP6의 드레인에 서로 다른 값으로 인가되면, MP7를 통해 흐르는 최종 출력전류(I(MP7))는 VBP1에 의한 바이어스 전류±@IN의 전류로 결정된다. 여기서, @는 전류 컨베이어의 입력 스테이지인 상측 차동 입력단(110) 및 하측 차동 입력단(120)으로부터 구해지는 입력 전압의 차이값에 대한 전류(In)의 비율이다. At this time, if the current is applied to the drains of MP4 and MP6 at different values due to the difference of the input voltages of the lower
하측 전류 미러단(140)는 MN4, MN5, MN6 및 MN7로 구성되어 전류 미러를 정의한다. MN4는 MN5의 소스에 연결된 드레인, MN6의 게이트에 연결된 게이트, VSS가 인가되는 소스를 갖는다. 또한, MN4의 드레인은 상측 차동 입력단(110)의 MP3의 소스에 연결된다. MN5는 스위칭단(150)에 연결된 드레인, MN7의 게이트에 연결된 게이트, MN4의 드레인에 연결된 소스를 갖는다. 또한, MN5의 소스는 상측 차동 입력단(110)의 MP2의 소스에 연결된다. MN6은 MN7의 소스에 연결된 드레인, MN4의 게이트에 연결된 게이트, VSS가 인가되는 소스를 갖는다. MN7은 스위칭단(150)에 연결된 드레인, MN5의 게이트에 연결된 게이트, MN6의 드레인에 연결된 소스를 갖는다. 또한, MN7의 드레인은 상측 차동 입력단(110)의 MP2의 소스에 연결된다. 여기서, VBN1 전압으로 MN5 및 MN7이 바이어싱되며, MN4와 MN6의 바이어스 전압은 MN5의 소스 전압이 인가되는 회로적 특징을 갖는다. The lower
MN4의 게이트 면적과 MN6의 게이트 면적이 같고, MN5의 게이트 면적과 MN7의 게이트 면적이 같다면, MN6 및 MN7을 통해 흐르는 전류는 MN4 및 MN5을 통해 흐르는 전류와 같다. 이때, MN5의 포화전압은 MN4의 문턱전압(Vth)보다 높아지고, 이로 인하여 MN7의 소스에 전류가 공급된다. 따라서, 동작 가능한 전압의 범위가 일반적인 구조의 전류 미러 보다 넓어지는 특징을 갖는다. If the gate area of MN4 is equal to the gate area of MN6 and the gate area of MN5 is equal to the gate area of MN7, the current flowing through MN6 and MN7 is the same as the current flowing through MN4 and MN5. At this time, the saturation voltage of MN5 becomes higher than the threshold voltage (Vth) of MN4, thereby supplying current to the source of MN7. Therefore, the range of the operable voltage is wider than the current mirror of the general structure.
이때, 상측 차동 입력단(110)의 입력 전압의 차이에 의해 전류가 각각 MN4 및 MN6의 소스에 서로 다른 값으로 인가되면, MN7을 통해 흐르는 최종 출력전류(I(MN7))는 VBN1에 의한 바이어스 전류±@IP의 전류로 결정된다. 여기서, @는 전류 컨베이어의 입력 스테이지인 상측 차동 입력단(110) 및 하측 차동 입력단(120)으로부터 구해지는 입력 전압의 차이값에 대한 전류(Ip)의 비율이다. At this time, if the current is applied to the sources of MN4 and MN6 at different values due to the difference of the input voltages of the upper
본 실시예에서, 상측 전류 미러단(130) 및 하측 전류 미러단(140)은 하이-컴플리언스(High-compliance) 전류 미러를 채용한다. In this embodiment, the upper
도 17은 전류 미러들에 대응하는 드레인-소스간 전압 대비 드레인 전류 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 17 is a graph for explaining drain-current versus drain-to-source voltage characteristics corresponding to current mirrors.
도 17을 참조하면, 하이-컴플라이언스 전류 미러는 기존의 트리플 캐소드(Triple Cascode), 레귤레이티드 캐소드(Regulated Cascode), 윌슨 캐소드(Willson) 방식 등에 비해서 Vds(드레인-소스간 전압)의 폭이 넓다. 따라서, 커런트 소스로 폭넓은 전압 스윙(wide voltage swing)이 가능하다. Referring to FIG. 17, the high-compliance current mirror has a wide Vds (drain-source voltage) in comparison with conventional triple cascode, regulated cathode, Wilson cathode method, . Thus, a wide voltage swing with a current source is possible.
또한, 하이-컴플라이언스 전류 미러는 종래의 구조인 단순한 방식에 비해 Vds에 대한 Id(드레인 전류)의 변화량이 작다.In addition, the variation of Id (drain current) with respect to Vds is smaller than that of a simple scheme which is a conventional structure of the high-compliance current mirror.
도 15를 다시 참조하면, 제1 캐패시터(C1)의 일단은 상측 전류 미러단(130)의 MP6과 MP7간의 노드에 연결되고, 제2 캐패시터(C2)의 일단은 하측 전류 미러단(140)의 MN6과 MN7간의 노드에 연결된다. 제1 캐패시터(C1)의 타단과 제2 캐패시터(C2)의 타단은 공통 연결되어 X-포트에 연결된다. 15, one end of the first capacitor C1 is connected to a node between MP6 and MP7 of the upper
제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)는, 코어 블록(CORE)이 OTA AMP로 동작되는 경우에 대비하여, 위상(Phase) 마진을 제공하기 위해 삽입된 주파수 안정화 캐패시터이다. The first capacitor C1 and the second capacitor C2 are frequency stabilized capacitors inserted to provide a phase margin in case the core block CORE is operated with OTA AMP.
스위칭단(150)은 MP8 및 MN8로 구성된 CMOS 트랜스미션 게이트(transmission gate)와 MP9 및 MN9로 구성된 CMOS 트랜스미션 게이트를 포함하고, 상측 전류 미러단(130) 및 하측 전류 미러단(140) 사이에 배치된다. VBN2, VBP2로 바이어싱된 MP8, MN8, MP9 및 MN9의 소스와 드레인간의 전압차로 인하여, 스위칭단(150)은 Class- AB 증폭 구조를 갖는 드라이버 형태를 갖는다. The switching
상측 전류 미러단(130)과 하측 전류 미러단(140)의 전류 미러 구조로 인하여, 스위칭단(150)은 출력 전압의 폭이 공급 전압 모두를 커버할 수 있게 되는 레일-투-레일 출력(rail-to-rail output) 구조를 갖는다. Due to the current mirror structure of the upper
도 18은 도 15에 도시된 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어의 입출력 파형을 설명하기 위한 그래프이다. 특히, Y-포트에 인가되는 전압 입력 신호 또는 ZP-포트를 통해 출력되는 전압 출력 신호, 제1 구동전압(P_DRV) 및 제2 구동전압(N_DRV)에 대한 개략적인 파형이 도시된다. 18 is a graph for explaining the input / output waveform of the second output current-to-rail current conveyor of FIG. 15; In particular, a schematic waveform for the voltage input signal applied to the Y-port or the voltage output signal outputted through the ZP-port, the first driving voltage P_DRV and the second driving voltage N_DRV is shown.
도 18에 도시된 바와 같이, A구간에서, 제2 구동전압(N_DRV)에 의해 도 15에 도시된 NMOS인 MN10, MN11 및 MN12는 약하게 구동되지만 거의 차단(cut-off) 상태로 유지된다. 하지만, 제1 구동전압(P_DRV)은 도 15에 도시된 PMOS인 MP10, MP11 및 MP12를 구동하여 ZP-포트의 전압을 제어한다. As shown in FIG. 18, in the section A, the NMOSs MN10, MN11 and MN12 shown in FIG. 15 are driven weakly but kept in a cut-off state by the second driving voltage N_DRV. However, the first driving voltage P_DRV controls the voltage of the ZP-port by driving the PMOSs MP10, MP11 and MP12 shown in FIG.
B구간에서, 제1 구동전압(P_DRV)에 의해 도 15에 도시된 PMOS인 MP10, MP11 및 MP12는 약하게 구동되지만 거의 차단(cut-off) 상태로 유지된다. 하지만, 제2 구동전압(N_DRV)은 도 15에 도시된 NMOS인 MN10, MN11 및 MN12를 구동하여 ZP-포트의 전압을 제어한다. In the section B, the PMOSs MP10, MP11 and MP12 shown in FIG. 15 are driven weakly but kept in a cut-off state by the first driving voltage P_DRV. However, the second driving voltage N_DRV controls the voltage of the ZP-port by driving the NMOSs MN10, MN11 and MN12 shown in FIG.
상기한 A구간의 신호 구동이나 B구간의 신호 구동은 Class-AB 드라이버의 전형적인 구동 전압 파형이다. The signal driving of the section A or the signal driving of the section B is a typical driving voltage waveform of the class AB driver.
도 15를 다시 참조하면, 드라이빙 블록(D2)는 제1 드라이버(210), 제2 드라이버(220), 제3 드라이버(230), 제4 드라이버(240) 및 제5 드라이버(250)를 포함하고, 상기 제1 구동전압(P_DRV) 및 상기 제2 구동전압(N_DRV)에 응답하여 정상출력전류를 ZP-포트를 통해 출력하고, 반전출력전류를 ZN-포트를 통해 출력한다. Referring again to FIG. 15, the driving block D2 includes a
제1 드라이버(210)는 직렬 연결된 MP10 및 MN10으로 구성된다. MP10는 VDD가 인가되는 소스, 상측 전류 미러단(130)에 연결된 게이트, 및 MN10의 드레인 및 X-포트에 연결된 드레인을 갖는다. MN10는 VSS가 인가되는 소스, 하측 전류 미러단(140)에 연결된 게이트, 및 MP10의 드레인 및 X-포트에 연결된 드레인을 갖는다. 제1 드라이버(210)는 2세대 전류 컨베이어의 구조에 맞도록 입력 스테이지의 X-포트에 출력을 연결해 주는 역할을 수행한다. The
도 19는 제1 드라이버에 구비되는 MP10 및 MN10의 전류 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 19 is a graph for explaining current characteristics of the MP10 and MN10 provided in the first driver.
도 19에 도시된 바와 같이, MP10의 출력전류(IMP)는 상측 전류 미러단(130)의 출력인 제1 구동전압(P_DRV)에 의해서 제어된다. 출력전류(IMP)가 +4J보다 큰 구간에서 MP10는 선형 모드(linear mode)로 동작하고, +4J보다 작은 구간에서 MP10는 비선형적 특징을 가지며, -4J 이하의 구간에서 MP10는 컷-오프(cut-off)되어 더 이상 전류 구동을 하지 못하는 특성을 갖는다. 여기서, J는 구동하는 MOSFET의 영입력전류(Quiescent Current)로서 대기 모드 전류(즉, 대기 상태에서 동작 전에 흐르는 전류의 값)을 의미한다. 각각 드라이버 MOS의 게이트 전압이 문턱 전압을 지나 선형 동작 모드에 도달하기 전까지의 바이어스 전압에 대한 구간을 ±4J 정도의 구간으로 정의하여 AB급 드라이버(Class AB driver)를 설계한다. As shown in FIG. 19, the output current I MP of the MP 10 is controlled by the first driving voltage P_DRV, which is the output of the upper
한편, MN10의 출력전류(IMN)는 하측 전류 미러단(140)의 출력인 제2 구동전압(N_DRV)에 의해서 제어된다. 출력전류(IMN)가 -4J보다 작은 구간에서 MN10는 선형 모드(linear mode)로 동작하고, -4J보다 큰 구간에서 MN10는 비선형적 특징을 가지며, +4J 이상의 구간에서 MN10는 컷-오프(cut-off)되어 더 이상 전류 구동을 하지 못하는 특성을 갖는다. On the other hand, the output current I MN of the MN 10 is controlled by the second driving voltage N_DRV, which is the output of the lower
따라서, 신호가 없는 0전류 구간(즉, 무신호 구간)에서 MP10과 MN10의 전류값은 존재하지만 동작 모드에서 가장 작은 전류값을 갖게 되므로 이러한 출력 버퍼 스테이지(output buffer stage)를 AB급 스테이지(class AB stage)라고 한다. 이러한 기능을 갖는 드라이버를 AB급 드라이버(Class AB driver)라 한다. 또한 이러한 AB급 드라이버를 갖는 전류 컨베이어를 사용하여 무신호시의 소비 전류를 낮추고, 출력 드라이버의 크기를 응용에 맞도록 적절하게 조정하여 사용하며, 저전력 동작 특성 및 큰 전류의 구동을 가능하게 하는 장점을 갖게 된다. Therefore, since the current values of MP10 and MN10 are present in the zero current period (ie, the non-signal interval) in which there is no signal, they have the smallest current value in the operating mode. Therefore, this output buffer stage is referred to as AB class AB stage). A driver having such a function is referred to as an AB class driver. In addition, by using the current conveyor with AB class driver, it is possible to reduce the consumption current of the silent screen, adjust the size of the output driver appropriately to suit the application, and realize the low power operation characteristic and drive the large current .
도 15를 다시 참조하면, 제2 드라이버(220)는 제1 드라이버(210)의 구조와 동일하게 직렬 연결된 MP11 및 MN11으로 구성된다. MP11은 VDD가 인가되는 소스, 제1 드라이버(210)의 MP10의 게이트에 연결된 게이트, MN11의 드레인 및 ZP-포트에 연결된 드레인을 갖는다. MN11은 VSS가 인가되는 소스, 하측 전류 미러단(140) 및 MN10의 게이트에 연결된 게이트, 및 MP11의 드레인 및 ZP-포트에 연결된 드레인을 갖는다. 제1 드라이버(210)가 상측 차동 입력단(110) 및 하측 차동 입력단(120)의 차동 입력 스테이지의 X-포트에 연결되는 것과 달리, 제2 드라이버(220)는 출력 구동을 위한 ZP-포트에 연결된다. Referring again to FIG. 15, the
제3 드라이버(230)는 MP12 및 MN12로 구성된다. MP12의 게이트는 MP11의 게이트에 연결되고, MN12의 게이트는 MN11의 게이트에 연결된다. MP12의 소스에는 VDD가 인가되고, MN12의 소스에는 VSS가 인가된다. The
제4 드라이버(240)는 MP13 및 MN13으로 구성된다. MP13의 드레인은 제3 드라이버(230)의 MN12의 드레인에 연결되고, MN13의 드레인은 제3 드라이버(203)의 MP12의 드레인에 연결된다. MP13의 소스에는 VDD가 인가되고, MN13의 소스에는 VSS가 인가된다. The
제5 드라이버(250)는 MP14 및 MN14로 구성된다. MP14의 게이트는 MP13의 게이트, MP13의 드레인, 제3 드라이버(230)의 MN12의 드레인에 연결되고, MN14의 게이트는 MN13의 게이트, MN13의 드레인, 제3 드라이버(230)의 MP12의 드레인에 연결된다. MP14 소스에는 VDD가 인가되고, MN14 소스에는 VSS가 인가된다. MP14의 드레인 및 MN14의 드레인은 ZN-포트에 공통적으로 연결된다. The
제3 드라이버(230) 및 제4 드라이버(240)은 제5 드라이버(250)의 ZN-포트를 구동하기 위한 반전 전류 미러(reverse current mirror) 구조를 갖는다. The
ZP-포트를 구동하는데 동작했던 PMOS와 동일한 전류를 MP12에 흐르게 하며, 이러한 전류가 MN13에 미러링되어 MN14를 구동한다. The same current as the PMOS that was used to drive the ZP-port flows in MP12, and this current is mirrored to MN13 to drive MN14.
또한, ZP-포트를 구동하는데 동작했던 NMOS와 동일한 전류를 MN12에 흐르게 하며, 이러한 전류가 MP13에 미러링되어 MP14를 구동한다. In addition, the same current as the NMOS that was used to drive the ZP-port flows in the MN 12, and this current is mirrored in the MP 13 to drive the MP 14.
이러한 반전 전류 미러를 통해 제5 드라이버(250)의 ZN-포트는 ZP-포트와 완전히 역상관계를 갖는 출력전류 또는 출력전압을 갖는다. Through this inversion current mirror, the ZN-port of the
상기한 동작을 위해, 제1 드라이버(210)), 제2 드라이버(220), 제3 드라이버(230), 제4 드라이버(240) 및 제5 드라이버(250)의 모든 PMOS는 동일한 게이트 면적을 갖도록 설계되고, NMOS 또한 동일한 게이트 면적을 갖도록 설계된다. 특히, 전류 미러의 정확한 동작을 위해서 PMOS들과 NMOS들 각각은 게이트 면적을 생성하는 채널의 폭과 길이를 모두 동일한 값을 사용하도록 설정될 수 있다. All the PMOSs of the
상기 상측 차동 입력단(110) 내지 제5 드라이버(250)까지의 구성으로 완성된 블록은 'Balanced Output Rail-to-rail Current Conveyor '(BORRCCⅡ) 라고 정의한다. A block completed with the configuration from the upper
상기한 BORRCCⅡ는 2세대 전류 컨베이어(CC)의 특징을 만족한다. The above BORRCC II satisfies the features of the second generation current conveyor (CC).
도 20은 2세대 전류 컨베이어의 특징을 설명하기 위한 등가 회로도이다. 20 is an equivalent circuit diagram for explaining features of the second generation current conveyor.
도 20을 참조하면, 2세대 전류 컨베이어(CC)는 X-포트의 로우 임피던스 입력과 Y-포트의 하이 임피던스 입력, 그리고 X-포트로 흐르는 전류(i0)가 100% 미러링되어, ZP-포트(또는 Z+ 포트))를 통한 정상전류출력과 ZN-포트(또는 Z- 포트)를 통한 반전전류출력을 모두 갖는다. 20, a second-generation current conveyor CC has a 100% mirrored current (i0) flowing to the X-port low impedance input, the Y-port high impedance input, and the X- Or Z + port) and an inverting current output through the ZN-port (or Z-port).
즉, 2세대 전류 컨베이어는 임피던스 특성에 따라 Y-포트로부터 X-포트로 전압을 팔로워하고, 정극성인 경우 Z-포트는 X-포트의 전류 흐름 방향과 같은 방향으로 전류를 팔로워한다. 한편, 부극성인 경우 Z-포트는 X-포트의 전류 흐름 방향과 반대 방향으로 전류를 팔로워한다. That is, the second-generation current conveyor follows the voltage from the Y-port to the X-port according to the impedance characteristic, and if positive, the Z-port follows the current in the same direction as the current flow in the X-port. On the other hand, in the case of a negative electrode, the Z-port follows the current in the direction opposite to the current flow direction of the X-port.
또한, 2세대 전류 컨베이어는 아래의 표 1에서와 같이 임피던스 특성에 따라 Y-포트로부터 X―포트로 전압을 팔로워한다. In addition, the second-generation current conveyor follows the voltage from the Y-port to the X-port according to the impedance characteristics as shown in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
따라서, Y-포트의 전류(IY), X-포트의 전압(VX), Z-포트의 전류(IZ)는 다음의 수식 3과 같이 나타낼 수 있다. Therefore, the current I Y of the Y -port, the voltage V X of the X -port, and the current I Z of the Z-port can be expressed by the following
[수식 3][Equation 3]
이하에서, 본 발명의 일실시예에 따른 BORRCCⅡ를 이용한 다양한 응용 회로들에 대해서 설명한다. Hereinafter, various application circuits using BORRCC II according to an embodiment of the present invention will be described.
도 21는 본 발명에 따른 BORRCCⅡ를 이용하여 전압-전류 변환기를 구성한 구성도이고, 도 22는 도 21에 도시된 전압-전류 변환기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 21 is a configuration diagram of a voltage-current converter using BORRCC II according to the present invention, and FIG. 22 is a graph for explaining the operation of the voltage-current converter shown in FIG.
도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, 전압을 전류로 변환하는 전압-전류 변환기를 구현하기 위해, BORRCCⅡ의 X-포트에 공통모드전압(VCM)과 직렬로 X-저항(RX)을 연결한다. As shown in FIGS. 21 and 22, in order to implement a voltage-to-current converter for converting a voltage into a current, a common mode voltage (VCM) and an X-resistor (RX) are connected in series to the X-port of BORRCC II .
Y-포트로 입력전압(VIN)이 공급되면, 공급되는 입력전압(VIN)과 동일한 전압이 2세대 전류 커런트(CC) 공식에 의해서 X-포트로 출력된다. 즉, V(VIN)=V(X)과 같은 관계식으로 정의될 수 있다. When the input voltage (VIN) is supplied to the Y-port, the same voltage as the supplied input voltage (VIN) is output to the X-port by the second-generation current-current (CC) formula. That is, V (VIN) = V (X).
공통모드전압(VCM)과 X-포트의 전압 차이가 X-저항(RX)에 의해 전류(ix)가 생성된다. 이러한 전류(ix)는 ZP-포트로는 iZPO의 전류가 미러링되며, ZN-포트로는 iZNO의 전류가 미러링된다. 따라서 입력전압(VIN)이 ZPO 및 ZNO와 같은 전류 출력으로 변환이 되는 회로가 된다. The voltage difference between the common mode voltage (VCM) and the X-port causes the current (ix) to be generated by the X-resistor (RX). This current (ix) is mirrored by the current of iZPO in the ZP-port and the current of iZNO is mirrored in the ZN-port. Therefore, the input voltage VIN is converted into a current output such as ZPO and ZNO.
즉, 아래 수식 4와 같은 관계식으로 전압이 전류로 전환된다. That is, the voltage is converted into the current in accordance with the following expression (4).
[수식 4][Equation 4]
I(ZPO) = VIN * (1/RX)I (ZPO) = VIN * (1 / RX)
I(ZNO) = -VIN * (1/RX)I (ZNO) = -VIN * (1 / RX)
입력전압(VIN)이 전류로 변환이 되는 값은 X-저항(RX)의 역수(1/RX)에 비례하는 관계식을 갖는다. 이러한 전압 입력과 전류 출력의 관계를 도시화하면 도 22와 같다. The value at which the input voltage VIN is converted into the current has a relation proportional to the reciprocal (1 / RX) of the X-resistor RX. The relationship between the voltage input and the current output is shown in FIG.
도 23는 본 발명에 따른 BORRCCⅡ를 이용하여 전압 증폭기를 구성한 구성도이고, 도 24는 도 23에 도시된 전압 증폭기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 23 is a configuration diagram of a voltage amplifier using BORRCC II according to the present invention, and FIG. 24 is a graph for explaining the operation of the voltage amplifier shown in FIG.
도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 전압을 증폭하는 전압 증폭기를 구현하기 위해, BORRCCⅡ의 Y-포트는 입력전압(VIN)이 인가되는 단자와 연결되고, BORRCCⅡ의 X-포트와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 X-저항(RX)이 배치되고, BORRCCⅡ의 ZP-포트와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 ZP-저항(RZP)이 배치되고 BORRCCⅡ의 ZN-포트와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 ZN-저항(RZN)이 배치된다. 23 and 24, in order to implement a voltage amplifier for amplifying the voltage, the Y-port of BORRCC II is connected to the terminal to which the input voltage VIN is applied, and the X-port of BORRCC II and the common mode voltage (RX) is arranged between the terminals to which the common mode voltage (VCM) is applied and the ZP-resistor (RZP) is arranged between the terminals to which the common mode voltage (VCM) is applied and the ZP port of the BORRCCII, The ZN-resistor RZN is disposed between the port and the terminal to which the common mode voltage VCM is applied.
전압입력포트인 Y-포트로 입력전압(VIN)이 공급되고, 공급되는 입력전압(VIN)과 동일한 전압이 전류로 전환되는 상기 전압-전류 변환기(Voltage to Current converter)의 특성을 이용하여 BORRCCⅡ의 ZP-포트 및 ZN-포트에 전압 이득(Voltage Gain)을 설정할 수 있는 ZP-저항(RZP) 및 ZN-저항(RZN)을 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 연결하면 전압 증폭기의 특성을 갖게 된다. The input voltage VIN is supplied to the Y-port which is a voltage input port and the voltage of the voltage-current converter to which the same voltage as the input voltage VIN is supplied is converted into a current, When the ZP-resistor (RZP) and ZN-resistor (RZN), which can set the voltage gain to the ZP-port and ZN- port, are connected between the terminals to which the common mode voltage (VCM) is applied, .
ZPO 단자와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자간에 ZP-저항(RZP)를 연결하고, ZNO 단자와 공통모드전압(VCM)간에 ZN-저항(RZN)을 연결하면 ZPO 단자와 ZNO 단자의 출력 전압은 아래의 수식 5와 같은 관계식을 갖는다. When the ZP-resistor (RZP) is connected between the ZPO terminal and the terminal to which the common mode voltage (VCM) is applied and the ZN-resistor (RZN) is connected between the ZNO terminal and the common mode voltage (VCM) The voltage has a relationship expressed by the following equation (5).
[수식 5][Equation 5]
V(ZPO) = VIN * (RZP/RX)V (ZPO) = VIN * (RZP / RX)
V(ZNO) = -VIN * (RZN/RX)V (ZNO) = -VIN * (RZN / RX)
따라서 ZPO 단자를 통한 출력 전압(V(ZPO))과 ZNO 단자를 통한 출력 전압(V(ZNO))는 입력전압(VIN)에 대해서 X-저항(RX)과 ZP-저항(RZP), X-저항(RX)과 ZN-저항(RZN)의 각각의 비율에 따라 전압 이득(또는 증폭율)이 설정됨을 알 수 있다. 이러한 특징을 도식화하면 도 24와 같다. Therefore, the output voltage V (ZPO) through the ZPO terminal and the output voltage V (ZNO) through the ZNO terminal are the X-resistor RX and the ZP-resistor RZP for the input voltage VIN, It can be seen that the voltage gain (or the amplification factor) is set according to the ratio of each of the resistance RX and the resistance ZN-resistor RZN. This feature is illustrated in FIG.
도 25는 본 발명에 따른 BORRCCⅡ를 이용하여 전류-전압 변환기를 구성한 구성도이고, 도 26는 도 25에 도시된 전류-전압 변환기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 25 is a configuration diagram of a current-voltage converter using BORRCC II according to the present invention, and FIG. 26 is a graph for explaining the operation of the current-voltage converter shown in FIG.
도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환기를 구현하기 위해, BORRCCⅡ의 Y-포트는 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자와 연결되고, BORRCCⅡ의 X-포트는 입력전류(IIN)가 인가되는 단자와 연결되고, BORRCCⅡ의 ZP-포트와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 ZP-저항(RZP)이 배치되고 BORRCCⅡ의 ZN-포트와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 ZN-저항(RZN)이 배치된다. 25 and 26, the Y-port of BORRCC II is connected to the terminal to which the common mode voltage (VCM) is applied, and the BORRCC II X- Port is connected to the terminal to which the input current IIN is applied and the ZP-resistor RZP is arranged between the ZP port of the BORRCC II and the terminal to which the common mode voltage VCM is applied and the ZN- The ZN-resistor RZN is disposed between the terminals to which the voltage VCM is applied.
BORRCCⅡ의 Y-포트에 공통모드전압(VCM)이 연결된 상태에서 BORRCCⅡ의 X-포트로 입력전류(IIN)가 공급되면, 공급되는 입력전류(IIN)와 동일한 전류가 2세대 전류 컨베이어(CC) 공식에 의해서 ZP-포트 및 ZN-포트로 출력된다. 즉, I(ZPO) = I(X), I(ZNO) = -I(X)와 같은 관계식으로 정의될 수 있다. When the input current (IIN) is supplied to the X-port of the BORRCC II with the common mode voltage (VCM) connected to the Y-port of BORRCC II, the same current as the input current (I IN) To the ZP-port and the ZN-port. That is, I (ZPO) = I (X) and I (ZNO) = -I (X).
이때, ZPO 단자와 공통모드전압(VCM)가 인가되는 단자 사이에 ZP-저항(RZP)를 연결하면, V(ZPO)는 I(ZPO)와 RZP의 곱의 값을 갖는다. 반대로 ZNO 단자와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 ZN-저항(RZN)을 연결하면, V(ZNO)는 I(ZNO)와 RZN의 곱의 값을 갖는다. 이때, I(ZNO)와 I(ZPO)는 값은 갖지만 부호가 다른 역상의 전류값을 갖는다. At this time, when the ZP-resistor RZP is connected between the ZPO terminal and the terminal to which the common mode voltage VCM is applied, V (ZPO) has a product of I (ZPO) and RZP. Conversely, when the ZN-resistor RZN is connected between the ZNO terminal and the terminal to which the common mode voltage VCM is applied, V (ZNO) has a product of I (ZNO) and RZN. At this time, I (ZNO) and I (ZPO) have current values of opposite phases having different values but different signs.
따라서 입력전류(IIN)가 ZPO 단자를 통한 출력 전압(V(ZPO)) 및 ZNO 단자를 통한 출력 전압(V(ZNO))와 같은 전압의 출력으로 변환되는 회로가 된다. 즉, 아래 수식 6과 같은 관계식으로 전압이 전류로 전환된다. Therefore, the input current IIN is converted into an output of a voltage such as an output voltage V (ZPO) through the ZPO terminal and an output voltage V (ZNO) through the ZNO terminal. That is, the voltage is converted into the current in accordance with the following equation (6).
[수식 6][Equation 6]
V(ZPO) = IIN * RZPV (ZPO) = IIN * RZP
V(ZNO) = -IIN * RZNV (ZNO) = - IIN * RZN
이러한 특징을 도식화하면 도 26과 같다. Such a characteristic is illustrated in FIG. 26.
도 27는 본 발명에 따른 BORRCCⅡ를 이용하여 전류 증폭기(Current Amplifier)를 구성한 구성도이고, 도 28는 도 27에 도시된 전류 증폭기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 27 is a configuration diagram of a current amplifier using BORRCC II according to the present invention, and FIG. 28 is a graph for explaining the operation of the current amplifier shown in FIG.
도 27 및 도 28에 도시된 바와 같이, 전류를 증폭하는 전류 증폭기를 구현하기 위해, BORRCCⅡ의 Y-포트에 입력전류(IIN)가 인가되는 단자를 연결하고, Y-포트와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 Y-저항(RY)을 연결하고, BORRCCⅡ의 X-포트와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 직렬로 X-저항(RX)를 연결하게 되면 Y-포트의 전압(V(Y))는 IIN*RY와 같은 관계식의 전압이 생성된다. 27 and 28, in order to implement a current amplifier for amplifying current, a terminal to which an input current IIN is applied is connected to a Y-port of BORRCC II, and a Y-port and a common mode voltage VCM When the Y-resistor RY is connected between the terminals to which the common mode voltage VCM is applied and the X-resistor RX is connected in series between the X-port of BORRCC II and the common mode voltage VCM, The voltage (V (Y)) of the transistor Q1 is expressed by the following equation: IIN * RY.
이러한 정도의 전압이 X-포트에 발생되고, 이러한 전압(V(X))은 X-저항(RX)에 의해 iX = V(X)/RX와 같은 전류 관계식이 형성된다. 이러한 전류(iX)는 iZPO와 iZNO로 각각 정상과 역상의 값으로 출력이 된다. This degree of voltage is generated in the X-port, and this voltage V (X) is formed by the X-resistor RX such that a current relationship such as iX = V (X) / RX is formed. This current (iX) is output as iZPO and iZNO with normal and reverse phase, respectively.
이때, X-포트의 전류(i(X))는 IIN * RY / RX와 같은 관계식으로 정의된다. At this time, the current (i (X)) of the X-port is defined by a relational expression such as IIN * RY / RX.
따라서, 전류 출력 I(ZPO)와 I(ZNO)는 수식 7과 같은 관계식으로 정의된다. Therefore, the current outputs I (ZPO) and I (ZNO) are defined by the following relational expressions.
[수식 7][Equation 7]
I(ZPO) = IIN * (RY/RX)I (ZPO) = IIN * (RY / RX)
I(ZNO) = -IIN * (RY/RX)I (ZNO) = - IIN * (RY / RX)
이러한 특징을 도식화하면 도 28와 같다.This characteristic is illustrated in FIG. 28.
도 29는 2개의 본 발명에 따른 BORRCCⅡ를 이용하여 FBDRRCCⅡ를 구성한 구성도이고, 도 30는 FBDRRCCⅡ의 심볼을 나타낸다. FIG. 29 is a configuration diagram of FBDRRCC II using BORRCC II according to two inventions, and FIG. 30 is a symbol of FBDRRCC II. FIG.
도 29 및 도 30를 참조하면, 두 개의 BORRCCⅡ가 배치되어 FBDRRCCⅡ를 정의한다. 즉, 상측 BORRCCⅡ의 ZP-포트와 하측 BORRCCⅡ의 ZN-포트가 서로 연결되어 FBDRRCCⅡ의 ZPF-포트를 정의한다. 또한, 상측 BORRCCⅡ의 ZN-포트와 하측 BORRCCⅡ의 ZP-포트가 서로 연결되어 FBDRRCCⅡ의 ZNF-포트를 정의한다. Referring to FIGS. 29 and 30, two BORRCC IIs are arranged to define FBDRRCC II. That is, the ZP-port of the upper BORRCC II and the ZN-port of the lower BORRCC II are connected to each other to define the ZPF-port of the FBDRRCC II. In addition, the ZN-port of the upper BORRCC II and the ZP-port of the lower BORRCC II are interconnected to define the ZNF-port of the FBDRRCC II.
FBDRRCCⅡ의 ZPF-포트와 ZNF-포트는 상측 BORRCCⅡ와 하측 BORRCCⅡ의 입력 포트의 전압 또는 전류에 대한 차동 성분만을 출력하는 기능을 갖는다. The ZPF-port and ZNF-port of the FBDRRCC II have a function of outputting only the differential component of the voltage or current of the input port of the upper BORRCC II and the lower BORRCC II.
YP-포트 및 YN-포트에 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자를 연결하고 XP-포트 및 XN-포트에 전류 입력을 연결하였을 경우, 다음과 같은 수식 8로 정리된다. When the terminal to which the common mode voltage (VCM) is applied is connected to the YP-port and the YN- port, and the current input is connected to the XP-port and the XN-port,
[수식 8][Equation 8]
Izppo = IxpIzppo = Ixp
Izpno = -IxpIzpno = -Ixp
Iznpo = IxnIznpo = Ixn
Iznno = -IxnIznno = -Ixn
Izpo = Izppo + IznnoIzpo = Izppo + Iznno
Izno = Izpno + IznpoIzno = Izpno + Iznpo
Izpo = Ixp - IznIzpo = Ixp - Izn
Izno = -(Izp - Izn)Izno = - (Izp - Izn)
ZPF-포트를 통해 출력되는 최종 출력전류는 XP-XN이고, ZNF-포트를 통해 출력되는 최종 출력전류는 -(XP-XN)이 된다. The final output current through the ZPF-port is XP-XN and the final output current through the ZNF-port is - (XP-XN).
따라서 입력전류의 차이 성분만을 출력하는 전류 컨베이어(current conveyor) 구조가 된다. Therefore, it becomes a current conveyor structure that outputs only the difference component of the input current.
도 31는 본 발명에 따른 FBDRRCCⅡ를 이용하여 완전 차동 전압-전류 변환기(Fully Differential voltage to current converter)를 구성한 구성도이고, 도 32는 도 31에 도시된 완전 차동 전압-전류 변환기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 31 is a block diagram of a fully differential voltage-to-current converter using FBDRRCC II according to the present invention, and FIG. 32 is a diagram illustrating the operation of the fully differential voltage-current converter shown in FIG. .
도 31 및 도 32에 도시된 바와 같이, FBDRRCCⅡ의 XP-포트와 XN-포트 사이에 X-저항(RX)을 연결하여 완전 차동 전압-전류 변환기를 구현한다. As shown in FIGS. 31 and 32, a fully differential voltage-current converter is implemented by connecting an X-resistor (RX) between the XP-port and the XN-port of FBDRRCC II.
YP-포트로 입력전압(VINP)이 공급되고 YN-포트로 입력전압(VINN)이 공급되면, 입력전압(VINP)과 입력전압(VINN)의 차전압이 2세대 전류 커런트(CC) 공식에 의해서 XP-포트로 출력되고, 입력전압(VINN)과 입력전압(VINP)의 차전압이 2세대 전류 커런트(CC) 공식에 의해서 XN-포트로 출력된다. 즉, V(VINP-VINN)=V(XP)과 같은 관계식 및 V(VINN-VINP)=V(XN)과 같은 관계식으로 정의될 수 있다. When the input voltage VINP is supplied to the YP-port and the input voltage VINN is supplied to the YN- port, the difference voltage between the input voltage VINP and the input voltage VINN is calculated by the second generation current CC Port, and the difference voltage between the input voltage (VINN) and the input voltage (VINP) is output to the XN-port by the second-generation current-current (CC) formula. That is, a relation such as V (VINP-VINN) = V (XP) and V (VINN-VINP) = V (XN) can be defined.
XP-포트의 전압과 XN-포트의 전압 차이가 X-저항(RX)에 의해 전류(XP) 또는 전류(XN)가 생성된다. 이러한 전류(XP)는 ZPF-포트로 iZPO 만큼의 전류가 미러딩되며, ZNF-포트로 iZNO 만큼의 전류가 미러링된다. 따라서 입력전압(VINP) 및 입력전압(VINN)의 차전압이 ZPO 및 ZNO와 같은 전류 출력으로 변환이 되는 회로가 된다.The difference between the voltage of the XP-port and the voltage of the XN-port generates the current (XP) or the current (XN) by the X-resistor (RX). This current (XP) mirrors the current as much as iZPO to the ZPF-port, and the current as much as iZNO to the ZNF-port. Therefore, the difference voltage between the input voltage VINP and the input voltage VINN is converted into a current output such as ZPO and ZNO.
도 33는 본 발명에 따른 FBDRRCCⅡ를 이용하여 완전 차동 전압 증폭기(Fully Differential Voltage Amplifier)를 구성한 구성도이고, 도 34는 도 33에 도시된 완전 차동 전압 증폭기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 33 is a block diagram of a fully differential voltage amplifier using FBDRRCC II according to the present invention, and FIG. 34 is a graph for explaining the operation of the fully differential voltage amplifier shown in FIG.
도 33 및 도 34에 도시된 바와 같이, FBDRRCCⅡ의 XP-포트와 XN-포트 사이에 X-저항(RX)을 연결하고, ZPF-포트와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 ZP-저항(RZP)를 연결하고, ZNF-포트와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 ZN-저항(RZN)을 연결하여 완전 차동 전압 증폭기를 구현한다. As shown in FIGS. 33 and 34, an X-resistor RX is connected between the XP-port and the XN-port of the FBDRRCC II, and a ZP-port is connected between the ZPF-port and the terminal to which the common mode voltage VCM is applied. Connect the resistor (RZP) and connect the ZN-resistor (RZN) between the ZNF-port and the terminal to which the common mode voltage (VCM) is applied to implement a fully differential voltage amplifier.
도 35는 본 발명에 따른 FBDRRCCⅡ를 이용하여 완전 차동 전류-전압 변환기(Fully Differential Current to voltage converter)를 구성한 구성도이고, 도 36는 도 35에 도시된 완전 차동 전류-전압 변환기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 35 is a configuration diagram of a fully differential current-to-voltage converter using FBDRRCC II according to the present invention, and FIG. 36 is a diagram illustrating the operation of the fully differential current-voltage converter shown in FIG. .
도 35 및 도 36에 도시된 바와 같이, FBDRRCCⅡ의 YP-포트 및 YN-포트 각각에 공통모드전압(VCM)을 인가하고, 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자와 ZPF-포트 사이에 ZP-저항(RZP)를 연결하고, 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자와 ZNF-포트 사이에 ZN-저항(RZN)을 연결하여 완전 차동 전류-전압 변환기를 구현한다. 35 and 36, the common mode voltage VCM is applied to each of the YP-port and the YN-port of the FBDRRCC II, and the ZP-port is connected between the terminal to which the common mode voltage VCM is applied and the ZPF- A fully differential current-to-voltage converter is implemented by connecting the resistor RZP and connecting the ZN-resistor RZN between the terminal to which the common mode voltage VCM is applied and the ZNF-port.
도 37는 본 발명에 따른 FBDRRCCⅡ를 이용하여 완전 차동 전류 증폭기(Fully Differential Current Amplifier)를 구성한 구성도이고, 도 38은 도 37에 도시된 완전 차동 전류 증폭기의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 37 is a configuration diagram of a fully differential current amplifier using FBDRRCC II according to the present invention, and FIG. 38 is a graph for explaining the operation of the fully differential current amplifier shown in FIG.
도 37 및 도 38에 도시된 바와 같이, FBDRRCCⅡ의 YP-포트에 입력전류(IINP)를 인가하는 단자와 XN-포트에 공통모드전압(VCM)을 인가하는 단자 사이에 YP-저항(RYP)을 연결하고, FBDRRCCⅡ의 YN-포트에 입력전류(IINN)를 인가하는 단자와 XN-포트에 공통모드전압(VCM)을 인가하는 단자 사이에 YN-저항(RYN)을 연결하고, FBDRRCCⅡ의 XP-포트와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 XP-저항(RXP)을 연결하고, FBDRRCCⅡ의 XN-포트와 공통모드전압(VCM)이 인가되는 단자 사이에 XN-저항(RXN)을 연결하여 완전 차동 전류 증폭기를 구현한다.As shown in FIGS. 37 and 38, a YP-resistor RYP is provided between the terminal for applying the input current IINP to the YP- port of the FBDRRCC II and the terminal for applying the common mode voltage VCM to the XN- Connect the YN-resistor (RYN) between the terminal for applying the input current (IINN) to the YN- port of FBDRRCC II and the terminal for applying the common mode voltage (VCM) to the XN- port, Resistor RXP is connected between the terminal to which the common mode voltage VCM is applied and the terminal to which the common mode voltage VCM is applied to the XN-port of the FBDRRCC II, Implement a fully differential current amplifier.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(BORRCCⅡ)의 블록을 구성하고, 두 개의 BORRCCⅡ를 이용하여 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(FBDRRCCⅡ)를 구성한다. As described above, according to the present invention, a block of a balanced output rail-to-rail second generation current conveyor (BORRCCII) is constructed, and a full balanced differential rail-to- (FBDRRCCII).
상기한 FBDRRCCⅡ 회로는 다음과 같은 특징을 갖는다. The above-mentioned FBDRRCCII circuit has the following characteristics.
본 실시예에 따른 FBDRRCCⅡ 회로는 단일 전원(single supply)으로 동작된다. The FBDR RCC II circuit according to this embodiment operates in a single supply.
또한, 본 실시예에 따른 FBDRRCCⅡ 회로는 전압 입력 또는 전류 입력을 갖는다. In addition, the FBDR RCC II circuit according to the present embodiment has a voltage input or a current input.
또한, 본 실시예에 따른 FBDRRCCⅡ 회로는 전압 출력 또는 전류 출력을 갖는다. In addition, the FBDR RCC II circuit according to the present embodiment has a voltage output or a current output.
또한, 본 실시예에 따른 FBDRRCCⅡ 회로는 전압 또는 전류에 대하여 완전 차동(Fully differential) 입력과 출력을 갖는다. In addition, the FBDR RCC II circuit according to the present embodiment has a fully differential input and output with respect to voltage or current.
또한, 본 실시예에 따른 FBDRRCCⅡ 회로에서, 차동 전압 또는 차동 전류의 입력에 대한 공통모드전압(VCM)의 범위를 일반적으로 1/2VDD(여기서, VDD는 공급 전압(supply voltage))를 사용할 수 있으며, 응용에 따라 0V~VDD까지 다양하게 설정할 수 있다. In the FBDR RCC II circuit according to the present embodiment, the common mode voltage (VCM) for the input of differential voltage or differential current is generally 1 / 2VDD (where VDD is the supply voltage) , And can be variously set from 0V to VDD depending on the application.
또한, 본 실시예에 따른 FBDRRCCⅡ 회로는 전압 입력, 전압 출력에 대하여 레일-투-레일(rail-to-rail) 입출력(input/output) 기능을 갖는다. In addition, the FBDR RCC II circuit according to the present embodiment has a rail-to-rail input / output function for a voltage input and a voltage output.
또한, 본 실시예에 따른 FBDRRCCⅡ 회로는 차동 전압을 증폭하거나 차동 전류를 증폭하는 기능을 갖는다. In addition, the FBDR RCC II circuit according to the present embodiment has a function of amplifying a differential voltage or amplifying a differential current.
또한, 본 실시예에 따른 FBDRRCCⅡ 회로는 차동 전압을 전류로 변환하거나 차동 전류를 전압으로 변환하는 기능을 갖는다. In addition, the FBDR RCC II circuit according to this embodiment has a function of converting a differential voltage into a current or a differential current into a voltage.
또한, 본 실시예에 따른 FBDRRCCⅡ 회로는, 전압 또는 전류의 출력의 경우, 1/2VDD를 기준으로 ZP-포트와 ZP-포트가 서로 대칭적인 구조로 역상(reverse phase)의 출력을 갖는 균형된 출력(balanced output) 기능을 갖는다. In the case of outputting a voltage or a current, the FBDR RCC II circuit according to this embodiment has a balanced output having a reverse phase output with a structure in which ZP-port and ZP-port are symmetrical with respect to 1/2 VDD, (balanced output) function.
또한, 본 실시예에 따른 FBDRRCCⅡ 회로는 공통모드 피드백(Common Mode Feed Back, CMFB) 회로를 별도로 사용하지 않고도 공통모드전압(VCM)을 기준으로 정확하게 역상 관계의 차동 전압과 전류 출력을 얻을 수 있는 장점이 있다. In addition, the FBDR RCC II circuit according to the present embodiment has an advantage of obtaining a differential voltage and a current output of a phase-reversed phase exactly on the basis of the common mode voltage (VCM) without using a common mode feed back (CMFB) .
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. You will understand.
CORE : 코어 블록
110 : 상측 차동 입력단
120 : 하측 차동 입력단
130 : 상측 전류 미러단
140 : 하측 전류 미러단
150 : 스위칭단
D2 : 드라이빙 블록
210 : 제1 드라이버
220 : 제2 드라이버
230 : 제3 드라이버
240 : 제4 드라이버
250 : 제5 드라이버
C1 : 제1 캐패시터
C2 : 제2 캐패시터
RX : X-저항
RY : Y-저항
RZP : ZP-저항
RZN : ZN-저항
RXP : XP-저항
RXN : XN-저항
RZP : ZP-저항
RZN : ZN-저항CORE: Core block 110: Upper differential input stage
120: lower differential input stage 130: upper current mirror stage
140: lower current mirror stage 150: switching stage
D2: Driving block 210: First driver
220: second driver 230: third driver
240: fourth driver 250: fifth driver
C1: first capacitor C2: second capacitor
RX: X-resistor RY: Y-resistor
RZP: ZP-resistor RZN: ZN-resistor
RXP: XP-resistor RXN: XN-resistor
RZP: ZP-resistor RZN: ZN-resistor
Claims (5)
제2 평형 출력 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어(이하, 제2 BORRCCⅡ)를 포함하되, 상기 제1 BORRCCⅡ 및 상기 제2 BORRCCⅡ 각각은,
Y-포트 및 X-포트에 공통 연결된 상측 차동 입력단 및 하측 차동 입력단을 통해 레일-투-레일 입출력을 구현하고, 바이어스 전압에 의해 인가되는 전류를 상기 Y-포트의 전압과 상기 X-포트의 전압을 근거로 미러링하여 제1 구동전압(P_DRV) 및 제2 구동전압(N_DRV)을 출력하는 코어 블록; 및
상기 제1 구동전압(P_DRV) 및 상기 제2 구동전압(N_DRV)에 응답하여 정상출력전류를 ZP-포트를 통해 출력하고, 상기 정상출력전류에 대해 역상의 위상을 갖는 반전출력전류를 ZN-포트를 통해 출력하는 드라이빙 블록을 포함하고,
상기 제1 BORRCCⅡ의 상기 Y-포트 및 X-포트는 각각 YP-포트 및 XP-포트를 정의하고, 상기 제2 BORRCCⅡ의 상기 Y-포트 및 X-포트는 각각 YN-포트 및 XN-포트를 정의하고, 상기 제1 BORRCCⅡ의 상기 ZP-포트와 상기 제2 BORRCCⅡ의 상기 ZN-포트는 서로 연결되어 ZPF-포트를 정의하고, 상기 제1 BORRCCⅡ의 상기 ZN-포트와 상기 제2 BORRCCⅡ의 상기 ZP-포트는 서로 연결되어 ZNF-포트를 정의하는 것을 특징으로 하는 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어. A first balanced output rail-to-rail second generation current conveyor (hereinafter referred to as a first BORRCC II); And
And a second balanced output rail-to-rail second generation current conveyor (hereinafter referred to as a second BORRCC II), wherein each of the first BORRCC II and the second BORRCC II includes:
To-rail input / output through an upper differential input stage and a lower differential input stage commonly connected to the Y-port and the X-port, and the current applied by the bias voltage is controlled by the voltage of the Y- And outputs a first driving voltage (P_DRV) and a second driving voltage (N_DRV); And
Port in response to the first driving voltage (P_DRV) and the second driving voltage (N_DRV), and outputs an inverted output current having a phase opposite to the normal output current to the ZN-port And a driving block which outputs the driving block through the driving block,
The Y-port and the X-port of the first BORRCC II define a YP-port and the XP-port, respectively, and the Y-port and the X-port of the second BORRCC II define a YN-port and an XN- Port of the first BORRCC II and the ZN-port of the second BORRCC II are connected to define a ZPF-port, and the ZP-port of the first BORRCC II and the ZP- Ports are interconnected to define a ZNF-port. A fully balanced differential rail-to-rail second generation current conveyor.
상기 XP-포트와 상기 XN-포트 사이에 X-저항(RX)이 배치되고,
상기 YP-포트에는 정상입력전압(VINP)이 인가되고,
상기 YN-포트에는 반전입력전압(VINN)이 인가되고,
상기 정상입력전압(VINP) 및 상기 X-저항(RX)간의 관계식에 의해 정의되는 정상출력전류는 상기 ZPF-포트를 통해 출력되고,
상기 반전입력전압(VINN) 및 상기 X-저항(RX)간의 관계식에 의해 정의되는 반전출력전류는 상기 ZNF-포트를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어.2. The method of claim 1, wherein to implement a fully differential voltage-to-current converter,
An X-resistor (RX) is disposed between the XP-port and the XN-port,
The normal input voltage VINP is applied to the YP-port,
The inverted input voltage VINN is applied to the YN-port,
A normal output current defined by a relationship between the normal input voltage (VINP) and the X-resistor (RX) is output through the ZPF-port,
Wherein an inverted output current defined by a relationship between the inverting input voltage (VINN) and the X-resistor (RX) is output through the ZNF-port.
상기 XP-포트와 상기 XN-포트 사이에 X-저항(RX)이 배치되고,
공통모드전압이 인가되는 공통모드단자와 상기 ZPF-포트 사이에 ZP-저항(RZP)이 배치되고,
상기 공통모드단자와 상기 ZNF-포트 사이에 ZN-저항(RZN)이 배치되고,
상기 정상입력전압, 상기 X-저항(RX) 및 상기 ZP-저항(RZP)간의 관계식에 의해 정의되는 정극성전압이 상기 ZPF-포트를 통해 출력되고,
상기 반전입력전압, 상기 X-저항(RX) 및 상기 ZN-저항(RZN)간의 관계식에 의해 정의되는 부극성전압이 상기 ZNF-포트를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어.2. The method of claim 1, wherein to implement a fully differential voltage amplifier,
An X-resistor (RX) is disposed between the XP-port and the XN-port,
A ZP-resistor (RZP) is disposed between the common mode terminal to which the common mode voltage is applied and the ZPF-port,
A ZN-resistor (RZN) is disposed between the common mode terminal and the ZNF-port,
The positive voltage defined by the relationship between the normal input voltage, the X-resistor (RX) and the ZP-resistor (RZP) is output through the ZPF-port,
Wherein a negative voltage defined by a relationship between the inverting input voltage, the X-resistor (RX) and the ZN-resistor (RZN) is output through the ZNF-port. 2nd generation current conveyor.
공통모드전압이 인가되는 공통모드단자와 상기 ZPF-포트 사이에 ZP-저항(RZP)이 배치되고,
상기 공통모드단자와 상기 ZNF-포트 사이에 ZN-저항(RZN)이 배치되고,
상기 YP-포트와 상기 YN-포트에 공통모드전압이 인가되고,
상기 XP-포트에 정상입력전류(IINP)가 인가되고,
상기 XN-포트에 반전입력전류(IINN)가 인가되고,
상기 정상입력전류 및 상기 ZP-저항(RZP)간의 관계식에 의해 정의되는 정극성전압이 상기 ZPF-포트를 통해 출력되고,
상기 반전입력전류 및 상기 ZN-저항(RZN)간의 관계식에 의해 정의되는 부극성전압이 상기 ZNF-포트를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어.2. The method of claim 1, wherein to implement a fully differential current-to-voltage converter,
A ZP-resistor (RZP) is disposed between the common mode terminal to which the common mode voltage is applied and the ZPF-port,
A ZN-resistor (RZN) is disposed between the common mode terminal and the ZNF-port,
A common mode voltage is applied to the YP-port and the YN-port,
The normal input current IINP is applied to the XP-port,
The inverted input current IINN is applied to the XN-port,
A positive voltage defined by a relationship between the normal input current and the ZP-resistor (RZP) is output through the ZPF-port,
And a negative voltage defined by a relationship between the inverting input current and the ZN-resistor (RZN) is output through the ZNF-port.
정상입력전류가 인가되는 단자와 공통모드전압이 인가되는 공통모드단자 사이에 YP-저항(RYP)이 배치되고,
상기 XP-포트와 상기 공통모드단자 사이에 XP-저항(RXP)이 배치되고,
반전입력전류가 인가되는 단자와 상기 공통모드단자 사이에 YN-저항(RYN)이 배치되고,
상기 XN-포트와 상기 공통모드단자 사이에 XN-저항(RXN)이 배치되고,
상기 YP-포트에는 정상입력전류가 인가되고,
상기 YN-포트에는 반전입력전류가 인가되고,
상기 정상입력전류, 상기 X-저항(RX) 및 상기 Y-저항(RY)간의 관계식에 의해 정의되는 정상출력전류가 상기 ZPF-포트를 통해 출력되고,
상기 반전입력전류, 상기 X-저항(RX) 및 상기 Y-저항(RY)간의 관계식에 의해 정의되는 반전출력전류가 상기 ZNF-포트를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 완전 평형 차동 레일-투-레일 2세대 전류 컨베이어.2. The method of claim 1, wherein to implement a fully differential current amplifier,
The YP-resistor RYP is arranged between the terminal to which the normal input current is applied and the common mode terminal to which the common mode voltage is applied,
An XP-resistor (RXP) is disposed between the XP-port and the common mode terminal,
A YN-resistor (RYN) is disposed between a terminal to which an inverting input current is applied and the common mode terminal,
An XN-resistor (RXN) is disposed between the XN-port and the common mode terminal,
The normal input current is applied to the YP-port,
The inverting input current is applied to the YN-port,
A normal output current defined by a relationship between the normal input current, the X-resistor (RX) and the Y-resistor (RY) is outputted through the ZPF-port,
Wherein an inverted output current defined by a relationship between the inverting input current, the X-resistor (RX) and the Y-resistor (RY) is output through the ZNF-port. 2nd generation current conveyor.
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KR101053254B1 (en) | 2009-03-13 | 2011-08-01 | 중앙대학교 산학협력단 | Current conveyor circuit |
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