KR20220098201A - 구동기 회로의 제어 방법, 구동기 회로, 구동기 회로를 포함하는 시스템, 및 집적 회로의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구동기 회로를 제어하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 제어 신호에 기초하여 출력 신호를 제공하기 위해 증폭기를 동작시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 입력 신호를 피드백 신호와 비교함으로써 상기 제어 신호를 제공하기 위해 비교기를 동작시키는 단계를 포함하고, 이 때 상기 피드백 신호는 상기 출력 신호에 기초한다. 상기 방법은 상기 비교기에 제 1 공급 전압을 제공하는 단계; 및 상기 증폭기에 제 2 공급 전압을 제공하는 단계을 포함하고, 이 때 상기 제 2 공급 전압은 상기 제 1 공급 전압보다 높다.
Description
본 발명의 실시 예는 용량성 부하를 구동하기 위한, 특히 고전압으로 부하를 구동하기 위한 전자 신호를 증폭하는 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 실시 예는 구동기 회로를 제어하는 방법에 관한 것이다. 추가 실시 예는 구동기 회로에 관한 것이다. 추가 실시 예는 구동기 회로를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 추가 실시 예는 구동기 회로를 포함하는 집적 회로를 제조하는 방법에 관한 것이다. 추가 실시 예는 용량성 부하를 위한 에너지 효율적인 고전압 구동기 회로에 관한 것이다. 추가 실시 예는 정전용량 구성요소의 시간 연속적 또는 시간 불연속적 고전압 제어를 위한 전자 회로에 관한 것으로, 전자 회로는 집적 전압 처리를 포함한다.
용량성 부하, 예를 들어 압전 액츄에이터, 열기계 액츄에이터, 정전기 활성화 액츄에이터 또는 마이크로 전자기계 시스템 기반 액츄에이터 또는 에너지 저장 장치와 같은 액츄에이터를 구동하려면 고전압이 필요할 수 있다. 이러한 고전압은 일반적으로 증폭기 회로와 같은 구동기 회로에 의해 제공 및 제어된다.
또한 높은 출력 전류가 필요한 HiFi 애플리케이션을 위한 소위 전력 증폭기가 존재한다. 이러한 오디오 증폭기는 수십 와트 영역에서 출력 전력을 제공할 수 있으므로 매우 작은 저항(인덕턴스)을 특징으로 하는 확성기에 공급할 수 있다.
용량성 부품을 구동하기 위한, 예를 들어 용량성 부품을 시간 연속적으로 구동하기 위한, 일부 전자 회로는 일반적으로 오디오 증폭기의 원리를 기반으로 한다. 특히 AB, D, H 클래스의 증폭기 회로가 널리 사용된다. 일반적으로 AB 증폭기는 연속적으로 제어되는 연산 증폭기의 푸시-풀 스테이지로 구성된다. 전체 회로는 일반적으로 피드백 루프에 저항 분할기가 있는 비반전 증폭기로 구축된다. 시간 연속 입력 신호가 각각의 증폭 인자와 함께 출력에서 제공되기 때문에 추가 필터 스테이지가 필요하지 않다. 그러나 연산 증폭기의 출력단은 변조된 신호와 무관한 전류를 영구적으로 전도하므로, 이 증폭기 클래스의 전력 소비는 특히 높은 출력 전압에서 문제가 된다.
클래스 H 증폭기는 일반적으로 크기로 인해 회로에 통합되지 않을 수 있는 적절한 코일이 필요한 상향 및 하향 변환기가 있는 외부 전원을 사용하여, 출력단의 공급 전압을 가변적으로 조정하여 클래스 AB 증폭기의 높은 전력 손실을 최소화하려는 접근 방식이다. 외부 요소에 필요한 공간 외에도, 이 설정의 복잡성이 높다는 단점이 있다.
클래스 D 증폭기의 출력단은 일반적으로 PWM(펄스 폭 변조)에 의해 제어된다. 따라서 클래스 D 증폭기의 전력 손실은 스위칭 순간의 전류로 감소한다. PWM 신호를 생성하기 위해 증폭할 입력 신호는 비교기에서 톱니 전압으로 샘플링된다. 따라서 고주파 디지털 신호에서 입력단의 기본 발진을 필터링하기 위해 출력단 이후에 충분히 높은 차단 주파수를 갖는 에너지 소비 저역 통과 필터가 필요한다. 출력 스테이지 이후의 이러한 필터는 이전에 증폭된 출력 신호 스펙트럼의 상당 부분을 필터링하고, 이에 의해 원하는 출력 신호 생성의 효율성을 감소할 수 있다. 대안적으로, 낮은 총 고조파 왜곡을 제공하는 증폭기가 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은 낮은 전력 손실, 적은 공간 소비, 높은 전압 출력 신호, 및 회로의 낮은 복잡성 사이의 개선된 절충안을 달성하는 구동기 회로에 대한 개념을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 문제는 구동기 회로의 증폭기에 제어 신호를 제공하도록 구성된 구동기 회로의 일부에 제 1 공급 전압을 제공하고 증폭기에 제 2 공급 전압을 제공함으로써 해결되며, 이 때 제 2 공급 전압은 제 1 공급 전압보다 더 높다. 제 1 공급 전압 및 제 2 공급 전압을 갖게 되면 구동기 회로의 상이한 부분에 상이한 공급 전압을 제공하는 것이 가능하게 된다. 특히, 증폭기 스테이지에 제공되는 공급 전압보다 낮은 공급 전압으로 제어 신호를 제공하도록 구성된 구동기 회로의 일부를 동작시키게 되면, 낮은 전력 소비, 높은 출력 전압 및 출력 신호의 최소 전체 고조파 왜곡을 동시에 달성할 수 있다. 저전력 소모로 인해, 구동기 회로 설정에 공간 절약형 부품을 선택할 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예는 구동기 회로를 제어하기 위한 방법을 제공한다. 방법은 제어 신호에 기초하여 예를 들어 전압 또는 전류와 같은 부하를 구동하거나 제어하기 위한 전자 신호와 같은 출력 신호를 제공하기 위한 증폭기를 동작시키는 단계를 포함한다. 방법은 입력 신호, 예를 들어 출력 신호보다 더 낮은 레벨 또는 더 낮은 진폭을 갖는 전자 신호를 피드백 신호와 비교함으로써 제어 신호를 제공하기 위한 비교기를 동작시키는 단계를 더 포함하고, 이 때 피드백 신호는 출력 신호에 기초한다. 방법은 비교기에 제 1 공급 전압을 제공하는 단계, 및 증폭기에 제 2 공급 전압을 제공하는 단계를 더 포함하고, 이 때 제 2 공급 전압은 제 1 공급 전압보다 더 높다.
본 발명은 구동기 회로, 즉 증폭기의 출력단에 높은 공급 전압을 제공함으로써 고전압 출력 신호를 허용하면서, 구동기 회로의 제어 신호 또는 내부 신호를 제공하도록 구성된 구성요소 또는 논리 구성요소에서 낮은 신호 레벨 및 낮은 전력 소비를 허용하도록 상이한 전압 레벨로 구동기 회로의 상이한 구성요소를 구동하는 원리에 기반하는 것이다. 예를 들어, 제어 신호는 출력 신호에 비해 작으므로, 비교기에 낮은 공급 전압을 공급하면 충분할 수 있다. 낮은 공급 전압(제 2 공급 전압보다 낮음)으로 비교기를 작동하면 예를 들어 스위칭 전류를 줄임으로써 비교기의 전력 소비를 줄일 수 있다. 매우 높은 주파수에서, 예를 들어, 입력 신호 또는 출력 신호의 주파수보다 높은 주파수에서, 예를 들어, 입력 신호의 주파수보다 적어도 100배 높은 주파수에서, 비교기의 스위칭이 발생할 수 있으므로, 비교기의 스위칭 전류를 줄이는 것이 구동기 회로의 전력 소비를 줄이는 매우 효율적인 방법이 된다.
비교기에 제 1 공급 전압을 제공하고 증폭기에 제 2 전압 제공하게 되면 고전압 출력 신호를 제공하기 위해 구동기 회로의 출력단, 즉 증폭기에서 고전압을 갖고, 동시에 구동기 회로의 전력 소모를 줄이기 위해 구동기 회로의 제어단, 즉 비교기에서 낮은 전압 레벨을 갖는 것이 가능하게 된다.
구동기 회로의 소비 전력을 최소화하는 것이 구동기 회로의 방열을 줄이게 되므로, 구동기 회로는 더 작은 형상으로 통합될 수 있다. 구동기 회로를 더 작은 기하학적 구조로 통합하는 가능성과 구동기 회로의 에너지 소비의 감소는 모바일 및/또는 배터리 구동 애플리케이션에서 구동기 회로의 애플리케이션에 유리하다. 예를 들어, 구동기 회로는 예를 들어 확성기 또는 초음파 애플리케이션을 위해, 용량성 구성요소를 제어하기 위해 적용될 수 있다.
실시 예들에 따르면, 제 1 공급 전압을 제공하는 단계는 제 1 전압원에 의해 실행되고 제 2 공급 전압을 제공하는 단계는 제 2 전압원에 의해 실행된다. 따라서, 제 1 공급 전압 및 제 2 공급 전압은 서로 독립적으로 선택될 수 있다. 2개의 다른 전압원에 의해 제 1 공급 전압 및 제 2 공급 전압 제공은 구동기 회로 설계의 유연성을 향상시키고 두 가지 다른 유형의 전압원을 선택할 수 있는 가능성을 열어준다.
실시 예에 따르면, 제 1 공급 전압을 제공하는 것은 제 1 전하 펌프 스테이지에 의해 실행되고/되거나 제 2 공급 전압을 제공하는 것은 제 2 전하 펌프 스테이지에 의해 실행된다. 전하 펌프는 공간 절약형 부품이므로, 제 1 공급 전압 및 제 2 공급 전압을 제공하기 위한 전하 펌프 스테이지를 사용하는 것은 예를 들어, 코일 또는 제 1 공급 전압 및/또는 제 2 공급 전압을 제공하기 위한 다른 유도성 요소 없이, 구동기 회로의 통합 설계를 용이하게 한다. 예를 들어, 전하 펌프는 높은 제 2 공급 전압을 제공할 수 있으므로 높은 출력 전압을 제공하는 것은 전압 처리를 위한 외부 부품 없이 달성될 수 있다. 따라서 제 1 공급 전압 및/또는 제 2 공급 전압을 제공하기 위해 전하 펌프를 사용하는 것은 비교기 및/또는 증폭기 각각에 공급 전압을 제공하기 위한 공간 절약 및 전력 절약 방식이 된다. 또한 전하 펌프를 사용하면 구동기 회로의 완전 통합 설계가 용이하다.
실시 예에 따르면, 제어 신호의 진폭은 출력 신호의 진폭보다 낮다. 제어 신호의 낮은 진폭은 제어 신호가 고주파 신호일지라도, 구동기 회로의 높은 전자기 호환성(EMC)을 가능하게 한다. 출력 신호는 일반적으로 더 낮은 주파수를 가질 수 있고/있거나 연속적일 수 있으므로, 출력 신호의 고전압은 여전히 높은 EMC를 준수할 수 있다.
실시 예에 따르면, 비교기는 지속 시간 신호를 제공하도록 동작된다. 지속 시간 신호를 제공하도록 비교기를 작동하여, 비교기는 입력 신호의 변화에 특히 빠르게 반응할 수 있으므로, 제어 신호는 매우 정확할 수 있고 입력 신호를 매우 빠르게 따를 수 있다. 따라서, 지속 시간 제어 신호를 제공하는 것은 출력 신호에 의한 부하의 빠른 제어를 허용할 수 있다. 증폭기에 지속 시간 신호를 제공하면 추가 외부 필터 요소 또는 구성 요소 없이 고품질 출력 신호를 제공할 수 있다. 지속 시간 동작은 출력 신호의 낮은 고조파 왜곡을 제공할 수 있으며, 즉, 예를 들어 출력 신호는 입력 신호를 직접 따르게 된다.
실시 예에 따르면, 비교기는 이산 시간 신호를 제공하도록 동작된다. 이산 시간 신호를 제공하도록 비교기를 동작시킨다는 것은 비교기의 낮은 전력 소모와 제어 신호의 높은 정확도를 의미할 수 있다. 제어 신호의 주파수를 조정함으로써, 이산 시간 동작은 출력 신호의 낮은 총 고조파 왜곡을 제공할 수 있으며, 이 때 제어 신호의 주파수를 조정하는 단계는 단일하거나 적응적일 수 있다.
실시 예들에 따르면, 비교기는 비교기의 자가 클러킹을 포함한다. 비교기의 자가 클러킹은 제어 신호를 위한 별도의 클록이 필요하지 않다. 또한, 비교기의 자가 클럭킹은 예를 들어 제어 신호의 주파수를 조정함으로써 최적화 회로를 통해 출력 신호의 낮은 총 고조파 왜곡을 제공할 수 있다.
실시 예들에 따르면, 입력 신호 및/또는 출력 신호는 시간적으로 연속적이다. 따라서, 지속 시간 신호를 기반으로 부하를 제어하고 지속 시간 신호로 부하를 제어하는 방법이 적용될 수 있다.
실시 예들에 따르면, 입력 신호 및/또는 출력 신호는 시간적으로 불연속적이다. 따라서, 이 방법은 이산 시간 신호에 기초하여 부하를 제어하고 이산 시간 신호로 부하를 제어하는 데 적용될 수 있다.
실시 예에 따르면, 증폭기를 동작시키는 단계는 예를 들어 클래스 AB 증폭기 스테이지와 유사한 푸시-풀 스테이지를 동작시키는 단계를 포함한다. 푸시-풀 스테이지는 증폭기의 높은 대기 전류를 방지하므로, 증폭기의 효율 또는 전력 효율은 푸시-풀 스테이지를 사용하여 향상될 수 있다.
실시 예들에 따르면, 증폭기를 동작시키는 단계는 제 1 유형의 적어도 하나의 트랜지스터 및 제 2 유형의 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하는 단계를 포함하고, 이 때 제 1 유형의 트랜지스터 및 제 2 유형의 트랜지스터는 상보적 유형의 트랜지스터이고, 상기 제 1 유형의 트랜지스터 및 상기 제 2 유형의 트랜지스터는 FET, 전력 FET, 및 바이폴라 접합 트랜지스터 중 하나이다. 예를 들어, 상보형 트랜지스터는 p형 및 n형 FET 또는 p형 FET와 PNP 바이폴라 접합 트랜지스터 또는 n형 FET 및 NPN 바이폴라 접합 트랜지스터일 수 있다. 예를 들어, 상보적 유형의 트랜지스터는 상보적 유형의 다수 전하 캐리어를 갖는 트랜지스터일 수 있다. 제 1 유형의 적어도 하나의 트랜지스터 및 제 1 유형에 상보적인 제 2 유형의 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하는 단계는 푸시-풀 스테이지를 동작시키는 데 특히 유리하다. 이러한 증폭기의 동작은 증폭기의 대기 전류를 감소시키거나 제거하여 증폭기의 전력 소모를 특히 작게 할 수 있다. 동시에 증폭기의 이러한 작동은 높은 범위의 출력 신호, 예를 들어, 고 전압 범위를 허용할 수 있다. 제 1 유형의 트랜지스터 및/또는 제 2 유형의 트랜지스터로서 FET를 동작시키는 단계는 구동기 회로의 출력 신호가 저전류 또는 저전력을 포함하는 경우에 유리할 수 있다. 적어도 하나의 FET를 제어하는 단계는 제어 신호를 전압으로 제공하는 것을 의미할 수 있으므로, 제어 신호를 제공하기 위한 전력 소모가 특히 작을 수 있다. 제 1 유형의 트랜지스터 및/또는 제 2 유형의 트랜지스터로서 바이폴라 접합 트랜지스터를 동작시키는 단계는 출력 신호가 고전력 또는 고전류를 포함하는 경우 유리할 수 있다.
실시 예들에 따르면, 증폭기를 동작시키는 단계는 제 1 동작 조건의 각각의 시간 인스턴스 동안, 예를 들어, 제어 신호, 제어 신호의 전압 또는 전류에 기반하여, 제 1 유형의 적어도 하나의 트랜지스터를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어하고 제 2 유형의 적어도 하나의 트랜지스터를 다른 상태로 제어하는 단계를 포함한다. 제 1 유형의 적어도 하나의 트랜지스터와 제 2 유형의 적어도 하나의 트랜지스터를 상보적 상태로 제어한다는 것은 증폭기의 낮은 전력 소모를 의미할 수 있다.
실시 예들에 따르면, 방법은 피드백 신호의 진폭과 출력 신호의 진폭의 비율이 구동기 회로의 증폭 인자에 해당하도록 출력 신호로부터 피드백 신호를 획득하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 출력 신호로부터 피드백 신호를 획득하는 단계는 출력 신호의 전압을 증폭 인자로 나누는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 입력 신호와 출력 신호 사이의 증폭 인자는 예를 들어 출력 신호를 그에 따라 분할함으로써 출력 신호로부터 피드백 신호를 획득함으로써 선택될 수 있다. 즉, 구동기 회로를 제어하는 단계는 구동기 회로의 증폭 인자를 조정하는 단계를 포함할 수 있고, 구동기 회로를 제어하는데 높은 유연성을 제공한다. 대안적으로, 구동기 회로의 증폭 인자는 구동기 회로의 복잡성을 줄이기 위해 고정될 수 있다.
실시 예들에 따르면, 제 1 공급 전압은 제 2 공급 전압보다 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 5배, 더 바람직하게는 적어도 10배만큼 더 작다. 예를 들어, 제 2 공급 전압의 레벨은 출력 전압의 레벨에 대한 상한을 설정할 수 있다. 즉, 제 2 공급 전압은 구동 회로의 응용 요구 사항에 따라 설정될 수 있다. 제 1 공급 전압에 대한 제 2 공급 전압의 높은 비율은 제 2 공급 전압이 애플리케이션의 요구사항을 충족하더라도 낮은 공급 전압에서 비교기의 동작을 용이하게 한다. 따라서, 제 1 공급 전압에 대한 제 2 공급 전압의 높은 비율은 비교기의 특히 낮은 전력 소모를 의미할 수 있으므로, 구동기 회로를 제어하는 것은 높은 전력 효율과 높은 출력 전압을 결합할 수 있도록 한다.
실시 예들에 따르면, 제 1 공급 전압 및/또는 제 2 공급 전압은 일정하다. 제 1 공급 전압 및/또는 제 2 공급 전압이 일정한 경우, 전하 펌프에 의해 제 1 공급 전압 및/또는 제 2 공급 전압을 각각 제공하는 것은 특히 효율적일 수 있다.
실시 예들에 따르면, 제 1 공급 전압을 제공하는 단계는 제 1 공급 전압을 변조하는 단계를 포함하고/하거나 제 2 공급 전압을 제공하는 단계는 제 2 공급 전압을 변조하는 단계를 포함한다. 제 1 공급 전압 및/또는 제 2 공급 전압을 변조함으로써 변조된 공급 전압은 변조의 각 시간 인스턴스의 작동 조건, 예를 들어 출력 신호에 의해 제공되는 전력에 적응될 수 있다. 제 1 공급 전압 및/또는 제 2 공급 전압을 변조함으로써, 구동기 회로의 전력 소비는 특히 낮을 수 있다. 제 2 공급 전압을 변조하는 것은 푸시-풀 스테이지의 고효율을 제공할 수 있다. 비제한적인 예로서, 제 2 공급 전압의 변조는 전류 또는 전압을 사용하여 2개의 저항 또는 MOSFET을 적절하게 제어함으로써 실현될 수 있으며, 이 때, 저항기 또는 MOSFET은 비제한적인 예에 의해 증폭기에 제 2 전압 공급 스테이지를 연결할 수 있는 포지티브 및 네거티브 공급 레일 경로에 위치할 수 있다. 비제한적인 예로서, 제 2 공급 전압은 증폭기, 예를 들어, 푸시-풀 스테이지에 대한 제어 신호에 따라 제어될 수 있다.
실시 예들에 따르면, 증폭기를 작동하는 것은 푸시-풀 스테이지를 통해 전도되거나 이를 통과하는 최대 전류의 자가 조정을 포함하고, 이 때 최대 전류의 자체 조정은 부하를 기반으로 한다. 비제한적인 예로서, 예를 들어 푸시-풀 스테이지를 통해 증폭기를 통해 가능한 최대(구동) 전류의 자가 조정은 변조의 각 시간 인스턴스에서 부하에 따라 최대 전류를 자가 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 최대 전류의 자체 조정은 제어 신호를 기반으로 할 수 있다. 제어 신호는 출력 신호를 기반으로 하는 피드백 신호를 기반으로 하므로, 최대 전류는 출력 신호에 필요한 전력에 따라 조정될 수 있다. 즉, 최대 전류는 구동기 회로의 동작 중에 자가 조정될 수 있다. 따라서, 구동기 회로는 부하의 크기와 무관하게 동시에 높은 전력 효율과 낮거나 최적의 THD를 제공할 수 있다. 예를 들어, 작은 부하의 경우, 구동기 회로를 작동하는 단계는 증폭기를 통해 낮은 최대 전류를 전도하는 단계를 포함하여 낮은 전력 소비를 가능하게 하는 반면, 큰 부하의 경우 구동기 회로를 작동하는 단계는 증폭기를 통해 높은 최대 전류를 전도하는 단계를 포함하여 낮은 THD를 제공할 수 있게 한다. 비제한적인 예로서, 최대 전류 자가 조정은 전류 또는 전압을 사용하여 복수의 저항 또는 복수의 MOSFET을 제어함으로써 실현될 수 있다. 비제한적인 예로서, 최대 전류를 자가 조정하는 단계는 제어 신호에 기초할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시 예는 구동기 회로, 예를 들어 부하를 구동하거나 제어하기 위한 구동기 회로를 제공한다. 구동기 회로는 제어 신호, 예를 들어 증폭기를 제어하도록 구성된 제어 전압 또는 제어 전류, 예를 들어 출력 신호의 크기 또는 진폭에 기반하여, 출력 신호, 예를 들어 전압과 같은 전자 출력 신호를 제공하도록 구성된 증폭기를 포함한다. 구동기 회로는 입력 신호를 피드백 신호와 비교함으로써 제어 신호를 제공하도록 구성된 비교기를 더 포함하고, 이 때 피드백 신호는 증폭기의 출력 신호에 기초한다. 예를 들어, 비교기는 피드백 루프의 일부일 수 있다. 비교기는 비교기에 제 1 공급 전압을 제공하도록 구성된 제 1 전압 공급 스테이지에 연결된다. 증폭기는 증폭기에 제 2 공급 전압을 제공하도록 구성된 제 2 전압 공급 스테이지에 연결된다. 제 2 공급 전압은 제 1 공급 전압보다 높다.
구동기 회로는 위에서 설명한 방법과 동일한 아이디어에 의존하여 동일하거나 동등한 기능과 이점을 제공한다. 구동기 회로는 구동기 회로를 제어하기 위한 대응하는 방법과 관련하여 본 명세서에 설명된 특징, 기능 및 세부 사항 중 임의의 것과 선택적으로 결합되거나 이에 의해 보완될 수 있다. 구동기 회로는 개별적으로 또는 이들의 조합으로 언급된 특징, 기능 및 세부사항과 선택적으로 결합될 수 있다.
실시 예들에 따르면, 구동기 회로는 집적 회로의 적어도 일부를 형성한다. 구동기 회로는 집적 회로의 일부이므로 특히 공간 절약형으로 구현될 수 있다.
집적 회로에서 구동기 회로를 구현하게 되면 제 1 전압 공급 스테이지가 제 1 전하 펌프 스테이지를 포함하고 제 2 전압 공급 스테이지가 제 2 전하 펌프 스테이지를 포함한다는 특징과 조합할 때 특히 유리하다. 전하 펌프 스테이지는 집적 회로에 통합될 수 있지만 그럼에도 불구하고 고전압을 제공할 수 있다. 따라서, 구동기 회로가 비교기에 제 1 공급 전압을 제공하도록 구성된 제 1 전하 펌프 스테이지를 포함하고 제 2 공급 전압을 증폭기에 제공하도록 구성된 제 2 전하 펌프 스테이지를 더 포함하는 경우, 구동 회로는 제 1 전압 공급 스테이지 및 제 2 전압 공급 스테이지를 포함하는 집적 회로에서 구현될 수 있다. 그러한 배열에 의하면 컨덕턴스 또는 저항 또는 커패시턴스와 같은 외부, 예를 들어 이산 구성요소가 필요하지 않다.
집적 회로에서 구동기 회로를 구현하게 되면 증폭기는 n형의 하나 이상의 FET 및 p형의 하나 이상의 FET, 예를 들어 하나 이상의 n형 MOSFET 및 하나 이상의 p형 MOSFET을 포함하는 특징과 더욱 바람직하게 결합될 수 있다. 이러한 구동 회로의 구조는 CMOS 공정에 의한 구동 회로의 제조를 가능하게 한다. 제 1 전압 공급 스테이지가 제 1 전하 펌프를 포함하고 제 2 전압 공급 스테이지가 제 2 전하 펌프를 포함하는 특징과 이 두 가지 특징을 더욱 결합하게 되면 CMOS 공정에서 제 1 전압 공급 스테이지 및 제 2 전압 공급 스테이지를 포함하는 구동기 회로의 제조가 가능하게 된다.
CMOS 공정으로 구동기 회로를 제조하는 것은 구동기 회로를 생성하는 매우 비용 효율적이고 유연한 방법일 수 있으며 구동기 회로를 추가 구성요소를 포함하는 집적 회로에 통합할 수 있다.
본 발명에 따른 추가 실시 예는 부하 및 구동기 회로를 포함하는 시스템을 제공한다. 시스템은 구동기 회로의 출력 신호를 기반으로 부하를 제어하도록 구성된다. 부하를 제어하는 구동기 회로를 사용하여, 부하는 예를 들어 출력 신호보다 작을 수 있는 입력 신호에 의해 제어될 수 있으므로 작은 신호를 사용하여 부하를 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동기 회로는 부하에 적응될 수 있고, 즉, 예를 들어 출력 신호의 레벨은 부하에 적응될 수 있고/있거나 구동기 회로에 의해 제공되는 전력은 부하의 요구 사항에 적응될 수 있다.
실시 예들에 따르면, 시스템은 집적 회로를 포함하고 집적 회로는 구동기 회로를 포함한다. 집적 회로가 구동기 회로를 포함할 때, 시스템은 특히 공간 절약형 및/또는 에너지 효율적일 수 있고 집적 회로용 제조 공정을 사용함으로써 매우 비용 효율적으로 제조될 수 있다.
실시 예에 따르면, 부하는 용량 및/또는 인덕턴스를 포함하고, 부하의 저항은 10kΩ 또는 100kΩ 또는 1MΩ보다 높다. 부하의 저항이 그만큼 높기 때문에, 부하를 구동하는 데 사용되는 구동기 회로의 출력 신호의 전압이 높은 경우에도 부하를 구동하기 위해 구동기 회로에 의해 제공되어야 하는 전류가 낮을 수 있다. 따라서, 구동기 회로의 설계를 부하의 전력 소비에 적용함으로써 구동기 회로는 부하를 구동하기 위한 전력을 거의 소비하지 않을 수 있다. 구동기 회로는 제 1 및 제 2 전압 공급 스테이지를 포함하기 때문에, 전압 공급 스테이지를 개별적으로 적응시킴으로써 부하에 매우 효율적으로 적응될 수 있다.
예를 들어, 구동기 회로의 최대 출력 전력, 예를 들어 출력 신호에 의해 제공되는 구동기 회로의 출력 전력은 예를 들어, mW 체계에서, 낮게 설계될 수 있다. 따라서, 제 2 전압 공급 스테이지는 제 2 공급 전압을 제공하기 위한 전하 펌프 스테이지를 포함할 수 있고, 그럼에도 불구하고 증폭기에 충분히 높은 전력을 제공할 수 있다. 낮은 출력 전력에 대한 구동기 회로의 추가 적응으로서, 출력 신호는 낮은 레벨 또는 낮은 진폭을 갖도록 구성될 수 있다. 제어 신호의 낮은 레벨로 인해 비교기의 소비 전력이 낮아서 전하 펌프 스테이지에서 비교기가 충분히 공급될 수 있다. 따라서 구동기 회로와 고저항 부하의 조합으로 시스템의 통합 설계가 가능하고, 이 때 제 1 전압 공급 스테이지 및 제 2 전압 공급 스테이지를 포함하는 구동기 회로는 집적 회로, 예를 들어 CMOS 공정에 의해 제조된 집적 회로의 일부일 수 있다. 따라서, 시스템의 배열은 특히 공간 절약형일 수 있고/있거나 시스템은 특히 전력 효율적으로 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 부하는 MEMS 액추에이터를 포함한다. MEMS 액추에이터는 집적 회로에 통합되어, MEMS 액츄에이터 및 구동기 회로를 포함하는 시스템이 공통 집적 회로에 통합될 수 있도록 한다. 따라서, 시스템은 특히 공간 효율적일 수 있고 집적 회로를 위한 공동 제조 공정에서 제조될 수 있다.
실시 예에 따르면, 부하는 압전 액츄에이터 또는 열역학 액츄에이터 또는 에너지 저장 장치를 포함한다. 이러한 구성 요소는 고용량 부하를 포함하거나 용량 및/또는 인덕턴스를 포함할 수 있고/있거나 고저항을 포함하므로, 이들은 구동기 회로에 의해 유리하게 구동될 수 있으며, 이 때 구동기 회로는 예를 들어 구동기 회로의 제 2 공급 전압을 제공하기 위한 전하 펌프 스테이지를 포함할 수 있다.
실시 예들에 따르면, 부하는 확성기, 마이크로폰, 펌프, 밸브, 건강 보조 시스템, 위치 결정 시스템 및 플레이트를 이동하기 위한 기계적 조절부 중 적어도 하나를 포함한다. 이들 구성 요소는 고용량 부하를 포함하므로, 즉, 고용량 및/또는 고저항을 포함하므로, 이들은 구동기 회로가 제 2 공급 전압을 제공하기 위한 전하 펌프 스테이지를 포함하더라도, 드구동기 회로에 의해 유리하게 구동될 수 있다.
본 발명에 따른 추가 실시 예는 집적 회로를 제조하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 증폭기를 배열하여 증폭기가 제어 신호에 기초하여 출력 신호를 제공하도록 구성되는 단계를 포함한다. 방법은 입력 신호를 피드백 신호와 비교함으로써 비교기가 제어 신호를 제공하게 구성되도록 비교기를 배열하는 단계를 더 포함하고, 이 때 피드백 신호는 증폭기의 출력 신호에 기초한다. 추가적으로, 방법은 제 1 전압 공급 스테이지 및 제 2 전압 공급 스테이지를 배열하는 단계를 포함하므로, 제 1 전압 공급 스테이지는 비교기에 제 1 공급 전압을 제공하도록 구성되고, 제 2 전압 공급 스테이지는 증폭기에 제 2 공급 전압을 제공하도록 구성되고, 제 2 공급 전압이 제 1 공급 전압보다 더 높다.
본 발명에 따른 추가 실시 예는 컴퓨터 프로그램을 제공하며, 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 또는 신호 프로세서 상에서 실행될 때 구동기 회로를 제어하기 위한 전술한 방법을 구현하도록 구성되므로, 전술한 방법이 컴퓨터 프로그램 중 하나에 의해 구현되도록 구성된다.
이하, 본 개시의 실시 예가 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다:
도 1은 실시 예에 따른 구동기 회로의 개략도를 도시하고,
도 2는 추가 실시 예에 따른 구동기 회로의 개략도를 도시하고,
도 3은 실시 예에 따른 구동기 회로를 포함하는 시스템의 개략도를 도시하고,
도 4a 및 도 4b는 일 실시 예에 따른 입력 신호, 출력 신호, 피드백 신호 및 제어 신호의 시간에 따른 변화를 도시하고,
도 5는 일 실시 예에 따른 구동기 회로를 제어하기 위한 방법의 블록도를 도시하고,
도 6은 일 실시 예에 따른 집적 회로를 제조하는 방법의 블록도를 도시한다.
도 1은 실시 예에 따른 구동기 회로의 개략도를 도시하고,
도 2는 추가 실시 예에 따른 구동기 회로의 개략도를 도시하고,
도 3은 실시 예에 따른 구동기 회로를 포함하는 시스템의 개략도를 도시하고,
도 4a 및 도 4b는 일 실시 예에 따른 입력 신호, 출력 신호, 피드백 신호 및 제어 신호의 시간에 따른 변화를 도시하고,
도 5는 일 실시 예에 따른 구동기 회로를 제어하기 위한 방법의 블록도를 도시하고,
도 6은 일 실시 예에 따른 집적 회로를 제조하는 방법의 블록도를 도시한다.
동일하거나 동등한 요소 또는 동일하거나 동등한 기능을 갖는 요소는 상이한 도면에서 발생하더라도 동일하거나 동등한 참조 번호로 이하 설명에서 표시된다.
블록도에 의해 도시되고 상기 블록도를 참조하여 설명되는 방법 단계는 또한 도시 및/또는 설명된 순서와 다른 순서로 실행될 수 있다. 또한, 장치의 특정 특징에 관한 방법 단계는 상기 장치의 특징으로 대체 가능하거나, 그 반대일 수 있다.
이하 설명에서, 본 발명의 실시 예에 대한 보다 철저한 설명을 제공하기 위해 복수의 세부사항이 제시된다. 그러나, 본 발명의 실시 예가 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예에서, 잘 알려진 구조 및 장치는 본 발명의 실시 예를 모호하게 하는 것을 피하기 위해 상세하게 보다는 블록도 형태로 도시된다. 또한, 이하에서 설명하는 상이한 실시 예의 특징은 특별히 달리 언급하지 않는 한 서로 결합될 수 있다.
설명 전반에 걸쳐, 예로서 기술된 모든 특징, 기능 및 세부사항은 선택적이고 비제한적인 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시 예에 따른 구동기 회로(100)의 개략도를 도시한다. 구동기 회로(100)는 제어 신호(122)에 기초하여 출력 신호(182)를 제공하도록 구성된 증폭기(180)를 포함한다. 구동기 회로(100)는 입력 신호(110)를 피드백 신호(162)와 비교함으로써 제어 신호(122)를 제공하는 비교기(120)를 더 포함하고, 피드백 신호(162)는 증폭기(180)의 출력 신호(182)에 기초한다. 비교기(120)는 비교기(120)에 제 1 공급 전압(142)을 제공하도록 구성된 제 1 전압 공급 스테이지(140)에 연결된다. 증폭기(180)는 증폭기(180)에 제 2 공급 전압(152)을 제공하도록 구성된 제 2 전압 공급 스테이지(150)에 연결되고, 제 2 공급 전압(152)은 제 1 공급 전압(142)보다 더 높다.
구동 회로(100)의 작동 원리에 따르면, 출력 신호(182)에 기초한 피드백 신호(162)를 수신함으로써, 비교기는 증폭기(180)가 입력 신호(110)에 따라 출력 신호(182)를 제어할 수 있도록 증폭기(180)에 제어 신호(122)를 제공할 수 있다.
제어 신호(122)의 전압 영역은 출력 신호(182)의 전압 영역과 독립적일 수 있으므로, 제어 신호(122)를 제공하도록 구성된 비교기(120)는 출력 전압(182)을 제공하도록 구성된 증폭기(180)에 제공되는 제 2 공급 전압(152)과 독립적일 수 있는 제 1 공급 전압(142)이 제공될 수 있다.
도 1에 따른 구동기 회로(100)는 다른 구동기 회로와 관련하여 본 명세서에서 설명되는 모든 특징, 기능 및 세부사항에 의해 선택적으로 보완될 수 있다. 각각의 특징, 기능 및 세부사항은 개별적으로 또는 이들의 임의의 조합으로 구동기 회로(100)에 선택적으로 추가될 수 있다.
도 2는 실시 예에 따른 구동기 회로(200)의 개략도를 도시한다. 구동기 회로(200)는, 예를 들어, 구동기 회로(100)에 기초할 수 있다.
구동기 회로(200)는 입력 신호(110)에 기초하여 출력 신호(182)를 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 구동기 회로(200)는 출력 신호(182)로 부하(290)를 구동함으로써 입력 신호(110)에 기초하여 선택적 부하(290)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구동기 회로(200)는 출력 신호(182)를 부하(290)에 제공하도록 구성되며, 여기서 출력 신호(182)의 진폭은 부하(290)를 구동하도록 적응된다.
예를 들어, 출력 신호(182)는 가변 전압으로 표현될 수 있다. 출력 신호(182)의 전압은 전류를 발생시킬 수 있으며, 여기서 전류는 부하(290), 예를 들어 부하(290)의 임피던스 또는 전기 저항에 기초할 수 있다. 다시 말해서, 구동기 회로는 출력 신호(182)를 부하에 제공함으로써 부하(290)에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 출력 신호의 전압은 ±24V 범위에 있을 수 있다. 대안적으로, 출력 신호(182)의 전압은 ±24V보다 작거나 클 수 있으며, 예를 들어 구동기 회로는 ±400V 범위의 출력 전압을 제공할 수 있다. 출력 신호(182)에 의해 제공되는 전력은 예를 들어 mW 영역일 수 있다. 대안적으로, 출력 신호(182)에 의해 제공되는 전력은 mW 영역의 전력보다 더 작거나 클 수 있다.
구동기 회로(200)는 입력 신호(110)를 수신하도록 구성된다. 예를 들어, 입력 신호(110)는 가변 전압 및 전압과 관련된 전류로 표현될 수 있다.
예를 들어, 입력 신호(110)의 전압은 저전압 신호 또는 저레벨 신호의 범위, 예를 들어, ±1V의 범위에 있을 수 있다. 또는, 입력 신호(110)의 전압은 ±1V보다 작거나 클 수 있다.
예를 들어, 출력 신호(182)의 진폭은 입력 신호(110)의 진폭과 같거나 더 클 수 있다. 다시 말해, 구동기 회로는 출력 신호(182)를 제공하기 위해 입력 신호(110)를 증폭하도록 구성될 수 있고, 여기서 구동기 회로(200)의 증폭 인자는 출력 전압(182)의 진폭과 입력 전압(110)의 진폭의 비에 대응한다.
예를 들어, 입력 신호(110) 및/또는 출력 신호(182)는 시간적으로 연속적이다. 예를 들어, 입력 신호(110) 및 출력 신호(182)는 아날로그 신호일 수 있다. 대안적으로, 입력 신호(110) 및/또는 출력 신호(182)는 시간적으로 불연속적이다.
입력 신호(110)를 증폭하여 출력 신호(182)를 제공하기 위해, 구동기 회로(200)는 비교기(120), 증폭기(180) 및 전압 분할기(261)를 포함하는 피드백 루프(260)를 포함하고, 여기서 비교기(120)는 증폭기에 의해 제공되는 출력 신호(182)에 기초하여 전압 분할기(261)에 의해 제공되는 피드백 신호(162)에 기초하여 증폭기(180)를 제어하도록 구성된다.
전압 분할기(261)는 출력 신호(182)에 기초하여 피드백 신호(162)를 제공하도록 구성되므로, 출력 신호(182)와 피드백 신호(162) 사이의 비율은 구동기 회로의 구성요소의 제한된 정확도 및 제한된 속도로 발생할 수 있는 오류 범위 내에서 구동기 회로(200)의 증폭 인자에 대응하도록 한다. 예를 들어, 출력 신호(182)와 피드백 신호(162) 사이의 비율은 증폭 인자의 ±1%, ±0.1%, 또는 ±0.01%의 범위 내에 있을 수 있다.
예를 들어, 전압 분할기(261)는 하나 이상의 저항기, 하나 이상의 트랜지스터 및/또는 하나 이상의 커패시터를 포함할 수 있다. 전압 분할기(261)는 피드백 신호(162)를 획득하기 위해 출력 신호(182)를 증폭 인자로 분할하도록 구성될 수 있다. 구동기 회로의 증폭 계수는 고정될 수 있다. 대안적으로, 전압 분할기(261)는 예를 들어 비트를 튜닝함으로써 조정 가능하므로, 출력 신호(182)와 피드백 신호(162) 사이의 인자가 예를 들어 구동기 회로(200)의 애플리케이션에 따라, 예를 들어 부하(290)에 따라 및/또는 입력 신호(110)의 진폭에 따라 조정될 수 있다.
즉, 구동기 회로(200)는 출력 신호(182)로부터 피드백 신호(162)를 획득하도록 구성된 피드백 루프(260)를 포함하고, 피드백 신호(162)의 진폭과 출력 신호(182)의 진폭의 비는 구동 회로(200)의 증폭 인자에 대응한다.
비교기(120)는 제어 신호(122)를 획득하기 위해 입력 신호(110)를 피드백 신호(162)와 비교하도록 구성된다. 예를 들어, 비교기(120)는 하이 레벨 및 로우 레벨을 포함하는 디지털 신호로서 제어 신호(122)를 제공할 수 있고, 여기서 비교기는 피드백 신호(162)가 입력 신호(110)보다 큰 타임 인스턴스에 하이 레벨 또는 로우 레벨로, 및 피드백 신호(162)가 입력 신호(110) 보다 작은 타임 인스턴스에서는 다른 레벨로 제어 신호(122)를 제공하도록 구성된다.
예를 들어, 비교기는 지속 시간 비교기이다. 예를 들어, 비교기(120)는 제어 신호(122)를 지속 시간 신호로서 제공하도록 구성될 수 있다.
또는, 비교기는 이산 시간 비교기이다. 예를 들어, 비교기는 제어 신호(122)를 이산 시간 신호로서 제공하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 비교기는 이산 시간 비교기이고 비교기는 자체 클럭이다. 예를 들어, 비교기(120)는 제어 신호(122)를 이산 시간 신호로서 제공하도록 구성될 수 있고, 제어 신호(122)는 제어 신호(122)의 클록에 대한 동기화 정보를 포함한다.
증폭기(180)는 제어 신호(122)를 수신하고 제어 신호(122)에 기초하여 출력 신호(182)를 제어하도록 구성된다. 증폭기(180)는 푸시-풀(push-pull) 스테이지를 포함할 수 있다. 푸시-풀 스테이지는 적어도 2개의 상보적 스테이지를 포함할 수 있다.
적어도 2개의 상보적 스테이지중 하나의 스테이지는 트랜지스터, 예를 들어 MOSFET 또는 전력 FET와 같은 전계 효과 트랜지스터(FET), 또는 바이폴라 접합 트랜지스터를 포함할 수 있다. 푸시-풀 스테이지의 적어도 2개의 상보적 스테이지는 제 1 유형의 트랜지스터 및 제 1 유형의 트랜지스터에 상보적인 제 2 유형의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상보적 유형의 트랜지스터는 반대 유형의 다수 전하 캐리어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상보형 트랜지스터는 p형 FET와 n형 FET, 또는 npn 바이폴라 접합 트랜지스터와 pnp 바이폴라 접합 트랜지스터, 또는 p형 FET와 pnp 바이폴라 접합 트랜지스터, n형 FET 및 npn 바이폴라 접합 트랜지스터로 나타낼 수 있다.
즉, 증폭기(182)는 제 1 유형의 적어도 하나의 트랜지스터 및 제 2 유형의 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하고, 여기서 제 1 유형의 트랜지스터 및 제 2 유형의 트랜지스터는 상보적 유형의 트랜지스터이고, 제 1 유형의 트랜지스터 및 제 2 유형의 트랜지스터는 FET, 전력 FET, 또는 바이폴라 접합 트랜지스터 중 하나이다.
적어도 2개의 상보적 스테이지 중 하나의 스테이지는 스테이지의 컨덕턴스에 따라 출력 신호(182)에 대한 기여를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 두 개의 상보적 스테이지의 중 하나의 스테이지는 도통 상태에 있거나, 도통 상태의 컨덕턴스에 비해 컨덕턴스가 낮거나 소실되는 상태인 차단 상태에 있을 수 있다. 증폭기(180)는 제어 신호(122)에 기초한 신호를 적어도 2개의 상보적 스테이지에 제공하도록 구성될 수 있고, 신호는 도통 상태 또는 차단 상태에 있도록 적어도 2개의 상보적 스테이지의 컨덕턴스를 제어한다. 예를 들어, 증폭기(180)는 제어 신호(122)의 레벨이 제 1 범위 내에 있을 때 적어도 2개의 상보적 스테이지 중 제 1 스테이지가 도통 상태에 있도록 제어하고, 제어 신호(122)의 레벨이 제 2 범위 내에 있을 때 적어도 2개의 상보적 스테이지 중 제 2 스테이지가 도통 상태가 되도록 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 범위와 제 2 범위가 반대이어서, 제어 신호(122)의 순간 레벨, 예를 들어 하이 레벨 또는 로우 레벨에 대해, 제 1 스테이지 또는 제 2 스테이지는 도통 상태에 있고, 다른 스테이지는 차단 상태에 있을 수 있다. 예를 들어, 제 1 범위와 제 2 범위는 중첩되어 동작 순간에 하이 레벨과 로우 레벨 사이에 있는 제어 신호(122)의 값에 대해서는, 두 스테이지 모두 도통 상태일 수 있다. 이러한 중첩은 출력 신호의 아티팩트를 피하는 데 유리할 수 있다.
예를 들어, 비교기(120)는 제어 신호(122)를 제공하도록 구성되고, 여기서 제어 신호(122)는 고속 슬루레이트, 예를 들어 50MV/s 초과 또는 100MV/s 초과 또는 400MV/s 초과의 슬루 레이트를 포함한다. 추가적으로, 제어 신호 레벨의 제 1 범위와 제 2 범위의 중첩은 작을 수 있으며, 예를 들어 제어 신호(122)의 진폭의 10%보다 작거나 5%보다 작거나 1%보다 작을 수 있다. 이 조합은 특히 낮은 전력 손실로 증폭기의 매우 효율적인 작동을 가능하게 한다.
즉, 제 1 유형의 트랜지스터 및 제 2 유형의 트랜지스터는 도통 상태 또는 차단 상태에 있거나 도통 상태와 차단 상태 사이에서 변경되거나, 제어 신호(122)에 기초하여 그들의 전도성을 변경하도록 구성된다.
즉, 제 1 작동 조건의 각 시간 인스턴스 동안, 구동기 회로(200)는 제 1 유형의 적어도 하나의 트랜지스터를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어하고 제 2 유형의 적어도 하나의 트랜지스터를 다른 상태로 제어하도록 구성된다. 구동기 회로(200)는 비교기(120)에 제 1 공급 전압(142)을 제공하도록 구성된 제 1 전압 공급 스테이지를 포함한다. 제 1 공급 전압(142)의 레벨 또는 진폭은, 예를 들어, 제어 신호(122)의 최대 레벨 또는 최대 진폭에 대응할 수 있다. 제 1 전압 공급 스테이지는 제 1 공급 전압(142)을 제공하기 위해 제 1 전압 슬루를 포함할 수 있다.
즉, 제어 신호의 진폭은 출력 신호의 진폭보다 작을 수 있다.
예를 들어, 푸시-풀 스테이지는 AB 증폭기로 구현될 수 있다. 예를 들어, 푸시-풀 스테이지는 예를 들어 p형 FET 및 n형 FET를 포함하는 표준 인버터를 포함할 수 있다. 대안적으로, 푸시-풀 스테이지는 스위칭 순간에 단락 전류를 방지하기 위한 지연 또는 비중첩 제어되는 캐스케이드 인버터를 포함할 수 있다. 캐스케이드형 인버터는 예를 들어 하나 이상의 p형 FET와 하나 이상의 n형 FET를 직렬로 포함할 수 있다. 대안적으로, 푸시-풀 스테이지는 하나 이상의 MOSFET 및/또는 하나 이상의 바이폴라 접합 트랜지스터를 포함할 수 있다.
실시 예들에 따르면, 증폭기(180)는 푸시-풀 스테이지를 통해 전도되거나 통과하는 최대 전류를 자가 조정하도록 구성되며, 여기서 최대 전류의 자가 조정은 부하(290)에 기초한다.
예를 들어, 최대 전류는 최대 가능한 전류 또는 전류에 대한 상한, 예를 들어 출력 전압(182)을 제공하기 위해 사용되거나 소비되는 전류일 수 있다. 예를 들어, 증폭기(180)는 제어 신호(122)에 따라 최대 전류를 자가 조정하도록 구성될 수 있으며, 따라서 예를 들어 외부 영향 없이 구성될 수 있다. 예를 들어, 출력 신호를 제공하는 데 필요한 전력은 부하(290)에 따라 달라질 수 있으며 증폭기(180)는 제어 신호(122)를 사용하여 출력 신호(182)를 제공하는 데 필요한 전력에 대한 정보를 획득하도록 구성될 수 있다. 따라서, 증폭기(180)는 부하(290)의 요구 전력 또는 소비 전력에 따라 최대 전류를 자가 조절하도록 구성될 수 있다.
구동기 회로(200)는 전하 펌프(145)를 포함한다. 전하 펌프(145)는 제 1 전압 공급 스테이지(140) 및 제 2 전압 공급 스테이지(150)를 포함한다. 실시 예에 따르면, 제 1 전압 공급 스테이지(140)는 제 1 공급 전압(142)을 비교기(120)에 제공하도록 구성된 제 1 전하 펌프 스테이지를 포함하고, 제 2 전압 공급 스테이지(150)는 증폭기(180)에 제 2 공급 전압(152)을 제공하도록 구성된 제 2 전하 펌프 스테이지를 포함한다. 예를 들어, 전하 펌프(145), 제 1 전하 펌프 스테이지 및/또는 제 2 전하 펌프 스테이지는 딕슨(Dickson) 전하 펌프를 포함할 수 있다.
즉, 제 1 전압 공급 스테이지(140)은 제 1 전하 펌프 스테이지를 포함하고/하거나 제 2 전압 공급 스테이지(150)은 제 2 전하 펌프 스테이지를 포함한다.
대안적인 실시 예에 따르면, 제 1 전하 펌프 스테이지는 제 1 전하 펌프의 일부일 수 있고 제 2 전하 펌프 스테이지는 제 2 전하 펌프의 일부일 수 있다.
다른 대안적인 실시 예에 따르면, 구동기 회로(200)는 반드시 전하 펌프(145)를 포함할 필요는 없다. 이 대안적인 실시 예에 따르면, 제 1 전압 공급 스테이지(140)는 제 1 전압원를 포함할 수 있고/있거나 제 2 전압 공급 스테이지(150)는 제 2 전압원를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전압원 및/또는 제 2 전압원은 부스트 컨버터, 벅 컨버터, 벅 부스트 컨버터, 전하 펌프, 전하 펌프 스테이지 또는 저드롭아웃 레귤레이터(LDO)를 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 제 1 전압 공급 스테이지(140) 및/또는 제 2 전압 공급 스테이지(150)은 별도의 소스 및 후속 컨트롤러에 의해 구현될 수 있다.
따라서, 제 1 전압 공급 스테이지(140)는 제 1 전압원를 포함할 수 있고, 제 2 전압 공급 스테이지(150)는 제 2 전압원를 포함할 수 있다.
제 1 공급 전압(142)은 증폭기(180)에 적응 및/또는 출력 신호(182)의 진폭에 적응될 수 있는, 제어 신호(122)의 진폭에 적응될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전압 공급 스테이지(140)는 제 1 공급 전압(142)을 일정 또는 고정된 전압으로 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 제 1 공급 전압(142)은 일정할 수 있다.
대안적으로, 제 1 전압 공급 스테이지는 제 1 공급 전압을 변조하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제 1 공급 전압(142)은 예를 들어, 비교기(120)의 소비 전력 또는 각 동작 시간 인스턴스동안 제어 신호의 전류 진폭에 따라 변조될 수 있다.
제 2 공급 전압(152)은 출력 신호(182)의 최대 레벨 또는 최대 진폭에 적응될 수 있다. 예를 들어, 제 2 공급 전압(152)은 출력 신호(182)의 진폭과 같거나 더 클 수 있다.
실시 예들에 따르면, 제 2 공급 전압(152)은 일정할 수 있다.
예를 들어, 제 2 전압 공급 스테이지(150)는 제 2 공급 전압(152)을 일정하거나 고정된 전압으로 제공하도록 구성될 수 있고, 여기서 제 2 공급 전압(152)은 예를 들어 부하(290)에 의해 요구되는, 출력 신호의 최대 요구 진폭에 대응할 수 있다.
대안적으로, 제 2 전압 공급 스테이지(150)는 제 2 공급 전압(152)을 변조하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제 2 공급 전압(152)은 예를 들어, 증폭기(180)의 전력 소모, 예를 들어 푸시-풀 스테이지에 따라, 또는 각 동작 시간 인스턴스 동안의 출력 신호(182)의 현재 요구 레벨에 따라, 변조된다. 예를 들어, 제 2 전압 공급 스테이지(150)는 저전압 레일 및 고전압 레일을 포함할 수 있고, 제 2 공급 전압(152)을 변조하는 단계는 제어 신호(122)에 기초하여 저전압 레일의 전압 및 고전압 레일의 전압의 각각의 기여를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 제어 신호(122)가 피드백 신호(162)에 기초하기 때문에, 제어 신호는 증폭기(180) 및/또는 출력 신호(182)의 요구 전력에 대한 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 제 2 공급 전압(152)을 변조하기 위한 제어 신호(122)를 사용하는 것은 푸시-풀 스테이지(280)의 전력 소비에 따라 제 2 공급 전압(152)의 조정을 제공할 수 있다. 즉, 구동기 회로(200)는 제 2 공급 전압(152)을 자가 조정하도록 구성될 수 있다. 비제한적인 예로서, 제어 신호(122)에 기초하여 제 2 공급 전압(152)을 제어하는 것은 2개의 저항기 또는 MOSFET에 의해 실현될 수 있다.
제 2 공급 전압(152)이 출력 신호(182)에 적응될 수 있고 제 1 공급 전압(142)이 제어 신호(122)에 적응될 수 있기 때문에, 제 1 공급 전압(142)은 제 2 공급 전압(152)과 상이할 수 있다. 특히, 제 1 공급 전압(142)은 제 2 공급 전압(152)보다 작을 수 있다.
예를 들어, 제 1 공급 전압(142)은 제 2 공급 전압(152)보다 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 5배, 보다 바람직하게는 적어도 10배만큼 더 작다.
예를 들어, 출력 신호의 진폭은 구동기 회로(200)의 적용, 예를 들어 부하(290)에 의해 결정될 수 있다. 여전히, 제어 신호(122)의 진폭은 출력 신호(182)의 진폭보다 작을 수 있다. 제어 신호(122)의 진폭이 작을수록 구동기 회로(200)의 동작 동안 더 많은 전력이 절약될 수 있다.
실시 예들에 따르면, 구동기 회로(200)는 집적 회로의 적어도 일부를 형성한다.
예를 들어, 구동기 회로(200)는 선택적으로, 예를 들어 부하(290)와 함께 및/또는 추가 구성요소와 함께 집적 회로에 집적될 수 있다. 특히, 구동기 회로(200)는 제 1 전하 펌프 스테이지 및 제 2 전하 펌프 스테이지를 포함하는 집적 회로에 집적될 수 있다.
다시 말해서, 구동기 회로(200)는 가변적이고 작은 진폭을 갖는 지속 시간 입력 신호(110)를 수신하도록 구성될 수 있다. 구동기 회로는 입력 신호(110)의 작은 진폭과 비교하여 가변적이고 동일하거나 더 높은 진폭을 갖는 지속 시간 출력 신호(182)를 획득하기 위해 조정 가능한 저항 분할기(261)에 의존하는 인자에 의해 입력 신호(110)를 증폭하도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 구동기 회로의 주 부하(290)를 형성하는 MEMS 구성요소의 일반적인 부하는 커패시터로 표현될 수 있다. 지속 시간 출력 신호(182)는 푸시-풀 인버터 스테이지, 예를 들어, 고전압 영역, 예를 들어 제 2 공급 전압(152)에 연결된 증폭기(180)에 의해 생성될 수 있다. 또한, 푸시-풀 인버터 스테이지는 예를 들어, 저전압 영역, 예를 들어 제 1 공급 전압(142)에 연결될 수 있는 비교기(120)에 의해 제어되도록 구성될 수 있다. 저전압 영역 및 고전압 영역은 집적 전하 펌프(145)에 의해 생성될 수 있고 일정한 레벨로 고정될 수 있다. 전하 펌프(145)를 위한 선택적인 초기 전압원은 임의의 유형일 수 있다.
예를 들어, 구동기 회로(200)의 작동 원리는 피드백 루프의 원리에 해당한다. 구동기 회로(200)는 조정 가능한 전압 분할기(261)를 통해 지속 시간 출력 신호(182)를 비교기(120)의 입력으로 반환하도록 구성될 수 있다. 비교기(120)는 제 2 입력에서 입력 신호(110)를 수신하도록 구성될 수 있고 입력 신호(110)를 반환된 피드백 신호(162)와 비교하도록 구성될 수 있다. 비교기(120)는 입력 신호, 즉 입력 신호(110) 및 피드백 신호(162)에 따라 하이 레벨 또는 로우 레벨 신호를 생성하도록 구성될 수 있으며, 여기서 비교기(120)는 저전압 영역에 따라 고레벨 또는 저레벨 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 비교기(120)는 제어 신호(122)로서 발생기(120)의 출력에서 하이 또는 로우 레벨 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 구동기 회로(200)는 피드백 루프를 완료하는 것과 같이 결과적인 제어 신호(122)에 기초하여, 증폭기(180), 예를 들어, 푸시-풀 인버터 스테이지를 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 구동기 회로(200)는 출력 신호(182)를 평활화 또는 필터링하기 위한, MEMS 구성요소, 예를 들어, 부하(290)의 커패시턴스에 의존하도록 구성되므로, 구동기 회로(200)는 추가적인 외부 컴포넌트 또는 필터 스테이지를 덜 필요로 하거나 전혀 필요로 하지 않을 수 있다.
저항성 부하에 최적화될 수 있는 기존의 클래스 AB 증폭기와 달리, 구동기 회로(200)는 제 2 공급 전압(152), 즉 출력 신호(182)의 전압 영역을 제공하도록 구성된 제 2 전압 공급 스테이지(150)를 포함하고, 여기서 구동기 회로(200)의 내부 일부인, 제 2 전압 공급 스테이지가 통합된다. 추가적인 기존 솔루션은 출력 스테이지를 제어하기 위한 부스트 컨버터, 외부 부품, 추가 펄스 발생기, 아날로그-디지털 컨버터 및 추가 신호 처리 장치에 의존하는 반면, 구동기 회로(200)는 전하 펌프(145), 비교기(120), 예를 들어 아날로그 또는 디지털 비교기를 포함하고 완전히 통합되어 구현될 수 있다. 추가의 기존 솔루션은 RC 저역 통과 출력 필터를 필요로 하는 반면, 구동기 회로(200)는 출력 신호를 부하(290)에 직접 제공할 수 있다. 바이폴라 고전압 전력 증폭기 대신에, 구동기 회로(200)는 MOSFET을 포함할 수 있고 여전히 높은 출력 전압을 제공할 수 있다. 또한, 구동기 회로(200)는 전압 및 전력 증폭을 위해 단일 스테이지로 동작될 수 있다. 구동기 회로(200)는 2개의 전압 영역, 예를 들어 제 1 공급 전압(142)에 의해 제공되는 저전압 영역 및 제 2 공급 전압(152)에 의해 제공되는 고전압 영역을 포함한다. 추가적으로, 구동기 회로(200)는 가변 부하, 예를 들어 가변 커패시턴스를 구동하도록 구성될 수 있다. 클래스 A, B, C, D, AB, G 또는 H의 기존 증폭기 이외에, 구동기 회로(200)는 저전압 입력 신호를 효율적으로 증폭할 수 있고 높은 지속 시간 전압을 갖는 용량성 부하를 효율적으로 제어할 수 있다. 일부 기존 솔루션과 달리, 구동기 회로(200)는 예를 들어, H 브리지, 디지털 아날로그 변환기, 별도의 보정기 유닛 및 별도의 펄스 폭 모듈 없이 실현될 수 있다.
요약하면, 구동기 회로(200)는 높은 출력 전압과 낮은 전력 소비를 결합할 수 있는 낮은 복잡도의 회로 설계를 제공할 수 있다. 추가적으로, 구동기 회로(200)는 선택적으로 집적 회로에 완전히 통합될 수 있고 CMOS 프로세스를 사용하여 제조될 수 있는 구성요소를 활용할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 시스템(301)의 개략도를 도시한다. 시스템(301)은 구동기 회로(300)를 포함한다. 구동기 회로(300)는 구동기 회로(100, 200)에 대응할 수 있다. 시스템(301)은 부하(290)에 대응할 수 있는 부하(390)를 더 포함한다. 시스템(301)은 구동기 회로(300)의 출력 신호(182)에 기초하여 부하(390)를 제어하도록 구성된다.
실시 예에 따르면, 부하(390)는 용량 및/또는 인덕턴스를 포함하고, 부하의 저항은 10kOhm 또는 100kOhm 또는 1MOhm보다 높다.
부하(390)는 예를 들어 커패시턴스를 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 부하(390)는 순수하게 또는 주로 용량성일 수 있다. 또는, 부하(390)는 주로 용량성일 수 있고 저항 및/또는 인덕턴스를 더욱 포함하거나 이에 의해 특징될 수 있으므로, 부하(390)의 최종 저항은 MOhm 영역에 있을 수 있거나 10kOhm 또는 100kOhm 또는 1MOhm보다 클 수 있다. 부하(390)의 저항이 클수록, 구동 회로(300)의 증폭기의 전력 소비는 출력 신호(182)의 주어진 진폭에 대해 더 낮아질 수 있으므로, 구동기 회로(300)의 제 2 공급 전압은 전하 펌프에 의해 제공될 수 있다.
실시 예에 따르면, 시스템(301)은 집적 회로를 포함하고, 집적 회로는 구동기 회로(300)를 포함한다.
예를 들어, 구동기 회로(300)는 집적 회로의 일부이다. 예를 들어, 구동기 회로(300) 및 부하는 공동 집적 회로의 일부일 수 있다.
실시 예에 따르면, 부하(390)는 MEMS 액츄에이터 또는 압전 액츄에이터 또는 열기계 액츄에이터를 포함한다.
부하(390)는 예를 들어 MEMS 구성요소 및/또는 압전 액추에이터, 예를 들어 벤딩 액추에이터, 예를 들어 정전 벤딩 액추에이터(NED-액츄에이터), 압전 액추에이터 또는 열기계적 액추에이터를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 부하(390)는 확성기, 마이크로폰, 펌프, 밸브, 건강 보조 시스템, 위치 결정 시스템 및 플레이트를 이동시키기 위한 기계적 조절부 중 적어도 하나를 포함한다.
추가 실시 예에 따르면, 부하(390)는 에너지 저장 장치를 포함한다.
구동기 회로(300)의 출력 신호(182)는 부하(390)의 특성에 적응될 수 있다. 예를 들어, 부하(390)는 주로 용량성이므로, 구동기 회로(300)는 출력 신호(182)를 통해 부하(390)에 저전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 구동기 회로(300)는 증폭기에 제 2 공급 전압을 제공하도록 구성된 제 2 전하 펌프 스테이지를 포함할 수 있다. 증폭기는 제 1 유형 및 제 2 유형의 FET 또는 MOSFET을 포함할 수 있으며, 증폭기는 저전력 제어 신호에 기초하여 출력 신호(182)를 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어 신호의 전류 및/또는 전압이 작을 수 있다. 따라서, 구동기 회로(300)는 제어 신호를 제공하도록 구성된 비교기에 제 1 공급 전압을 제공하도록 구성된 제 1 전하 펌프 스테이지를 포함할 수 있다. 제 1 전하 펌프 스테이지, 제 2 전하 펌프 스테이지, 비교기 및 증폭기는 집적 회로에 집적되므로, 구동기 회로(300)가 완전히 집적될 수 있다. 따라서, 구동기 회로(300) 및 선택적으로 또한 부하(390)는 CMOS 프로세스를 사용하여 제조될 수 있다.
대조적으로, 클래식 클래스 AB 증폭기와 같은 기존 구동기 회로는 원하는 출력 전압 레벨에 해당하는 하나의 공급 전압 영역을 포함한다. 예를 들어, 전력 증폭기는 AB 증폭기의 주요 응용 프로그램이다. 전력 증폭기의 지배적인 전력 소비는 출력 스테이지에서 발생하므로, 전력 증폭기의 전원 공급 장치는 큰 전력을 제공하도록 구성된다. 따라서 전력 증폭기는 외부 인덕터 또는 커패시터와 같은 외부 부품에 의존할 수 있다.
도 4a는 실시 예에 따른, 입력 신호(110), 출력 신호(182), 피드백 신호(162), 및 제어 신호(122)의 시간에 따른 변화의 다이어그램을 도시한다. 도면은 100μs의 예시적인 시간 범위를 보여준다.
도 4b는 도 4a에 도시된 다이어그램의 시간 범위(402)의 확대도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4b에 도시된 실시 예에 따르면, 피드백 신호는 출력 신호를 10의 인자로 나눔으로써 출력 신호로부터 도출되며, 이는 전압 분할기(261)에 의해 수행될 수 있다. 제어 신호는 입력 신호와 피드백 신호를 비교하여 생성되므로, 제어 신호의 레벨이 피드백 신호가 입력 신호보다 큰 시간(예: 도 4b의 시간(403))에서 낮은 레벨에 대응하고, 제어 신호의 레벨은 피드백 신호가 입력 신호보다 큰 시간(예를 들어, 도 4b의 시간(404))에서 하이 레벨에 대응하도록 한다.
예를 들어, 증폭기(180)는 제어 신호에 기초하여 출력 신호를 적응시키도록 구성될 수 있고, 여기서, 증폭기(180)는 증폭기에 제공되는 제어 신호의 레벨이 하이 레벨에 해당하는 경우 출력 전압을 증가시키고, 증폭기(180)는 증폭기에 제공되는 제어 신호의 레벨이 로우 레벨에 해당하는 경우 출력 전압을 감소시킨다. 예를 들어, 증폭기는 증폭기의 푸시-풀 스테이지의 두 보완 스테이지 사이를 전환하거나 증폭기의 푸시-풀 스테이지의 두 보완 스테이지의 기여도 간에 가중치를 변경함으로써 출력 신호를 증가하거나 감소하도록 구성될 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른, 구동기 회로, 예를 들어 구동기 회로(100;200;300)를 제어하기 위한 방법(5000)의 블록도를 도시한다. 방법(5000)은 제어 신호(122)에 기초하여 출력 신호(182)를 제공하기 위해 증폭기(180)를 동작시키는 단계(5100)를 포함한다. 방법(5000)은 입력 신호(110)를 피드백 신호(162)와 비교함으로써 제어 신호(122)를 제공하기 위해 비교기(120)를 동작시키는 단계(5200)를 더 포함하고, 이 때 피드백 신호(162)는 출력 신호(182)에 기초한다. 추가적으로, 방법(5000)은 제 1 공급 전압(142)을 비교기(120)에 제공하는 단계(5400) 및 제 2 공급 전압(152)을 증폭기(180)에 제공하는 단계(5500)를 포함하며, 여기서 제 2 공급 전압(152)은 제 1 공급 전압(142)보다 높다.
도 5에 도시된 바와 같은 방법(5000)의 단계들의 순서는 예시적으로 선택되며, 즉 단계들은 임의의 순서로 또는 병렬로 실행될 수 있다. 구동기 회로를 제어하는 것은 방법(5000)의 단계들이 병렬로 실행된다면 특히 효율적이거나 빠르게 수행될 수 있다.
도 6은 실시 예에 따른 집적 회로를 제조하기 위한 방법(6000)의 블록도를 도시한다. 방법(6000)은 증폭기(180)가 제어 신호(122)에 기초하여 출력 신호(182)를 제공하게 구성되도록 증폭기(180)를 배열하는 단계(6800)를 포함한다. 방법(6000)은 비교기(120)가 입력 신호(110)를 피드백 신호(162)와 비교함으로써 제어 신호(120)를 제공하게 구성되도록 비교기(120)를 배열하는 단계(6200)를 더 포함하고, 여기서 피드백 신호(162)는 증폭기(180)의 출력 신호(182)에 기초한다. 추가적으로, 방법(6000)은 제 1 전압 공급 스테이지(140)가 비교기(120)에 제 1 공급 전압(142)을 제공하도록 구성되고, 제 2 전압 공급 스테이지(150)는 증폭기(180)에 제 2 공급 전압(152)을 제공하게 구성되도록, 제 1 전압 공급 스테이지(140) 및 제 2 전압 공급 스테이지(150)를 배열하는 단계(6450)를 포함하고, 여기서 제 2 공급 전압(152)은 제 1 공급 전압(142)보다 더 높다.
도 6에 도시된 바와 같은 방법(6000)의 단계들의 순서는 예시적으로 선택되며, 즉 단계들은 임의의 순서로 또는 병렬로 실행될 수 있다.
일부 측면은 장치의 맥락에서 설명되었지만, 이러한 측면은 또한 해당 방법에 대한 설명을 나타내고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 기능에 해당하는 것이 확실하다. 유사하게, 방법 단계의 맥락에서 설명된 측면은 또한 대응하는 블록의 설명 또는 대응하는 장치의 항목 또는 특징을 나타낸다.
상술한 실시 예는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것일 뿐이다. 본 명세서에 설명된 배열 및 세부 사항의 수정 및 변형이 당업자에게 명백하다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서의 실시 예의 기술 및 설명을 통해 제공된 특정 세부사항에 의해서가 아니라 계류중인 특허 청구범위의 범위에 의해서만 제한된다.
방법 단계의 일부 또는 전부는 예를 들어 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해 (또는 이를 사용하여) 실행될 수 있다. 일부 실시 예에서, 가장 중요한 방법 단계 중 하나 이상이 이러한 장치에 의해 실행될 수 있다.
특정 구현 요구 사항에 따라, 본 발명의 실시 예들은 하드웨어 또는 소프트웨어로 또는 적어도 부분적으로 하드웨어로 또는 적어도 부분적으로 소프트웨어로 구현될 수 있다. 구현은 각각의 방법이 수행되도록 프로그램 가능한 컴퓨터 시스템과 협력하는 (또는 협력할 수 있는) 전자적으로 판독 가능한 제어 신호가 저장되어 있는, 플로피 디스크, DVD, Blu-Ray, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM 또는 FLASH 메모리와 같은 디지털 저장 매체를 사용하여 수행할 수 있다. 따라서, 디지털 저장 매체는 컴퓨터 판독 가능하다.
본 발명에 따른 일부 실시 예는 본 명세서에서 설명된 방법 중 하나가 수행되도록 프로그램 가능한 컴퓨터 시스템과 협력할 수 있는 전자적으로 판독 가능한 제어 신호를 갖는 데이터 캐리어를 포함한다.
일반적으로, 본 발명의 실시 예는 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있으며, 컴퓨터 코드는 컴퓨터 프로그램 제품이 컴퓨터에서 실행될 때 방법 중 하나를 수행하기 위해 작동한다. 프로그램 코드는 예를 들어 기계 판독 가능한 캐리어에 저장될 수 있다.
다른 실시 예는 기계 판독 가능한 캐리어에 저장된, 본 명세서에 설명된 방법 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 포함한다.
다시 말해, 본 발명의 방법의 실시 예는 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 본 발명에 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램이다.
따라서, 본 발명의 방법의 추가 실시 예는 본 명세서에서 설명된 방법 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있는 데이터 캐리어(또는 디지털 저장 매체, 또는 컴퓨터 판독 가능 매체)이다. 데이터 캐리어, 디지털 저장 매체 또는 기록 매체는 일반적으로 유형 및/또는 비일시적이다.
따라서, 본 발명의 방법의 다른 실시 예는 본 명세서에서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 나타내는 데이터 스트림 또는 신호들의 시퀀스이다. 데이터 스트림 또는 신호의 시퀀스는 예를 들어 인터넷을 통해 데이터 통신 연결을 통해 전송되도록 구성될 수 있다.
추가 실시 예는 본 명세서에서 설명된 방법들 중 하나를 수행하도록 구성되거나 적응된, 처리 수단, 예를 들어 컴퓨터, 또는 프로그램 가능 논리 장치를 포함한다.
추가 실시 예는 본 명세서에서 설명된 방법 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 설치된 컴퓨터를 포함한다.
본 발명에 따른 추가 실시 예는 본 명세서에 기술된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 수신기에 (예를 들어, 전자적으로 또는 광학적으로) 전송하도록 구성된 장치 또는 시스템을 포함한다. 수신기는 예를 들어 컴퓨터, 모바일 장치, 메모리 장치 등일 수 있다. 장치 또는 시스템은 예를 들어 컴퓨터 프로그램을 수신기에 전송하기 위한 파일 서버를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 프로그래머블 로직 디바이스(예를 들어, 전계 프로그래머블 게이트 어레이)는 본 명세서에서 설명하는 방법의 기능 중 일부 또는 전부를 수행하는 데 사용할 수 있다. 일부 실시 예에서, 전계 프로그래머블 게이트 어레이는 본 명세서에서 설명된 방법 중 하나를 수행하기 위해 마이크로프로세서와 협력할 수 있다. 일반적으로, 방법은 바람직하게 임의의 하드웨어 장치에 의해 수행된다.
본 명세서에 기술된 장치는 하드웨어 장치를 사용하여, 또는 컴퓨터를 사용하여, 또는 하드웨어 장치와 컴퓨터의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 방법은 하드웨어 장치를 사용하거나 컴퓨터를 사용하거나 하드웨어 장치와 컴퓨터의 조합을 사용하여 수행될 수 있다.
Claims (44)
- 구동기 회로(100;200;300)를 제어하는 방법(5000)에 있어서,
제어 신호(122)에 기초하여 출력 신호(182)를 제공하기 위해 증폭기(180)를 동작시키는 단계(5100);
입력 신호(110)를 피드백 신호(162)와 비교함으로써 상기 제어 신호(122)를 제공하기 위해 비교기(120)를 동작시키는 단계(5200) - 상기 피드백 신호(162)는 상기 출력 신호(182)에 기초함 -;
상기 비교기(120)에 제 1 공급 전압(142)을 제공하는 단계(5400); 및
상기 증폭기(180)에 제 2 공급 전압(152)을 제공하는 단계(5500)을 포함하고,
상기 제 2 공급 전압(152)은 상기 제 1 공급 전압(142)보다 높은, 방법(5000). - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 공급 전압(142)을 제공하는 단계는 제 1 전압원에 의해 실행되고, 상기 제 2 공급 전압(152)을 제공하는 단계는 제 2 전압원에 의해 실행되는, 방법(5000). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 공급 전압(142)을 제공하는 단계는 제 1 전하 펌프 스테이지에 의해 실행되고, 상기 제 2 공급 전압(152)을 제공하는 단계는 제 2 전하 펌프 스테이지에 의해 실행되는, 방법(5000). - 선행 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 신호(122)의 진폭은 상기 출력 신호(182)의 진폭보다 낮은, 방법(5000). - 선행 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비교기(120)는 지속 시간 신호를 제공하도록 동작되는, 방법(5000). - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비교기(120)는 이산 시간 신호를 제공하도록 동작되는, 방법(5000). - 제 6 항에 있어서,
상기 비교기(120)를 동작시키는 단계는 상기 비교기(120)의 자가 클로킹을 포함하는, 방법(5000). - 선행 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입력 신호(110) 및/또는 상기 출력 신호(182)는 시간적으로 연속적인, 방법(5000). - 선행 항들 중 어느 한 항에 있어서,
입력 신호(110) 및/또는 출력 신호(182)는 시간적으로 불연속적인, 방법(5000). - 선행 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증폭기(180)를 동작시키는 단계는 푸시-풀 스테이지를 동작시키는 단계를 포함하는, 방법(5000). - 선행 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증폭기(180)를 동작시키는 단계는 제 1 유형의 적어도 하나의 트랜지스터 및 제 2 유형의 적어도 하나의 트랜지스터를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 유형의 트랜지스터 및 상기 제 2 유형의 트랜지스터는 상보적 유형의 트랜지스터이고,
상기 제 1 유형의 트랜지스터 및 상기 제 2 유형의 트랜지스터는 FET, 전력 FET 또는 바이폴라 접합 트랜지스터 중 하나인, 방법(5000). - 제 11 항에 있어서,
상기 증폭기(180)를 동작시키는 단계는, 제 1 동작 조건의 각 시간 인스턴스 동안, 상기 제 1 유형의 상기 적어도 하나의 트랜지스터를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어하고 상기 제 2 유형의 상기 적어도 하나의 트랜지스터를 다른 상태로 제어하는 단계를 포함하는, 방법(5000). - 선행 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피드백 신호(162)의 진폭과 상기 출력 신호(182)의 진폭의 비율이 상기 구동기 회로(100;200;300)의 증폭 인자에 대응하도록, 상기 출력 신호(182)로부터 상기 피드백 신호(162)를 획득하는 단계
를 더 포함하는, 방법(5000). - 선행 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 공급 전압(142)은 상기 제 2 공급 전압(152)보다 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 5배, 더 바람직하게는 적어도 10배만큼 더 작은, 방법(5000). - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 공급 전압(142) 및/또는 상기 제 2 공급 전압(152)은 일정한, 방법(5000). - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 공급 전압(142)을 제공하는 단계는 상기 제 1 공급 전압(142)을 변조하는 단계를 포함하고; 및/또는
상기 제 2 공급 전압(152)을 제공하는 단계는 상기 제 2 공급 전압(152)을 변조하는 단계를 포함하는, 방법(5000). - 선행 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증폭기(180)를 동작시키는 단계는 푸시-풀 스테이지를 통해 도통된 최대 전류의 자가 조정 단계를 포함하고, 상기 최대 전류의 상기 자가 조정은 부하에 기반하는, 방법(5000). - 구동기 회로(100; 200; 300)로서,
제어 신호(122)에 기초하여 출력 신호(182)를 제공하도록 구성된 증폭기(180); 및
입력 신호(110)를 피드백 신호(162)와 비교함으로써 상기 제어 신호(122)를 제공하도록 구성된 비교기(120) - 상기 피드백 신호(162)는 상기 증폭기(180)의 상기 출력 신호(182)에 기초함 -
를 포함하고,
상기 비교기(120)는 상기 비교기(120)에 제 1 공급 전압(142)을 제공하도록 구성된 제 1 전압 공급 스테이지(140)에 연결되고;
상기 증폭기(180)는 상기 증폭기(180)에 제 2 공급 전압(152)을 제공하도록 구성된 제 2 전압 공급 스테이지(150)에 연결되고;
상기 제 2 공급 전압(152)은 상기 제 1 공급 전압(142)보다 높은, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 전압 공급 스테이지(140)은 제 1 전압원을 포함하고 상기 제 2 전압 공급 스테이지(150)은 제 2 전압원을 포함하는, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
상기 제 1 전압 공급 스테이지(140)은 제 1 전하 펌프 스테이지를 포함하고/하거나 상기 제 2 전압 공급 스테이지(150)은 제 2 전하 펌프 스테이지를 포함하는, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 신호(122)의 진폭은 상기 출력 신호(182)의 진폭보다 낮은, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비교기(120)는 이산 시간 비교기 또는 지속 시간 비교기인, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비교기(120)는 이산 시간 비교기이고, 상기 비교기(120)는 자가 클러킹되는, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입력 신호(110) 및/또는 상기 출력 신호(182)는 시간적으로 연속적인, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입력 신호(110) 및/또는 상기 출력 신호(182)는 시간적으로 불연속적인, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증폭기(180)는 푸시-풀 스테이지를 포함하는, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증폭기(180)는 제 1 유형의 적어도 하나의 트랜지스터 및 제 2 유형의 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하고,
상기 제 1 유형의 트랜지스터 및 상기 제 2 유형의 트랜지스터는 상보적 유형의 트랜지스터이고,
상기 제 1 유형의 트랜지스터 및 상기 제 2 유형의 트랜지스터는 FET, 전력 FET 또는 바이폴라 접합 트랜지스터 중 하나인, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 27 항에 있어서,
상기 구동기 회로(100;200;300)는 제 1 작동 조건의 각 시간 인스턴스 동안, 상기 제 1 유형의 상기 적어도 하나의 트랜지스터를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어하고 상기 제 2 유형의 상기 적어도 하나의 트랜지스터를 다른 상태로 제어하도록 구성되는, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출력 신호(182)로부터 상기 피드백 신호(162)를 획득하도록 구성된 피드백 루프
를 더 포함하고,
상기 피드백 신호(162)의 진폭과 상기 출력 신호(182)의 진폭의 비율은 상기 구동기 회로(100;200;300)의 증폭 인자에 해당하는, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 공급 전압(142)은 상기 제 2 공급 전압(152)보다 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 5배, 더 바람직하게는 적어도 10배만큼 더 작은, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 공급 전압(142) 및/또는 상기 제 2 공급 전압(152)은 일정한, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 전압 공급 스테이지(140)는 상기 제 1 공급 전압(142)을 변조하도록 구성되고; 및/또는
상기 제 2 전압 공급 스테이지(150)는 상기 제 2 공급 전압(152)을 변조하도록 구성되는, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증폭기(180)는 푸시 스테이지를 통해 전도된 최대 전류를 자가 조정하도록 구성되며, 상기 최대 전류의 상기 자가 조정은 부하를 기반으로 하는, 구동기 회로(100; 200; 300). - 제 18 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동기 회로(100; 200; 300)는 집적 회로의 적어도 일부를 형성하는, 구동기 회로(100; 200; 300). - 시스템(301)으로서,
부하(290;390); 및
제 18 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 따른 구동기 회로(100;200;300)
를 포함하고,
상기 시스템은 상기 구동기 회로(100;200;300)의 상기 출력 신호(182)에 기초하여 상기 부하(290;390)를 제어하도록 구성되는, 시스템(301). - 제 35 항에 있어서,
상기 시스템은 집적 회로를 포함하고,
상기 집적 회로는 상기 구동기 회로(100;200;300)를 포함하는, 시스템(301). - 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서,
상기 부하(290;390)는 용량 및/또는 인덕턴스를 포함하고;
상기 부하(290;390)의 저항은 10kOhm 또는 100kOhm 또는 1MOhm보다 높은, 시스템(301). - 제 35 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부하(290,390)는 MEMS 액추에이터를 포함하는, 시스템(301). - 제 35 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부하(290, 390)는 압전 액추에이터를 포함하는, 시스템(301).
- 제 35 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부하(290;390)는 열기계식 액추에이터를 포함하는, 시스템(301) - 제 35 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부하(290, 390)는 에너지 저장 장치를 포함하는, 시스템(301). - 제 35 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부하(290, 390)는 확성기, 마이크로폰, 펌프, 밸브, 건강 보조 시스템, 위치 결정 시스템 및 플레이트를 이동하기 위한 기계적 조절부 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템(301). - 집적 회로를 제조하는 방법(6000)에 있어서,
상기 방법(5000)은:
증폭기(180)가 제어 신호(122)에 기초하여 출력 신호(182)를 제공하게 구성되도록 상기 증폭기(180)를 배열하는 단계(6800);
입력 신호(110)를 피드백 신호(162)와 비교함으로써 비교기(120)가 상기 제어 신호(122)를 제공하게 구성되도록 상기 비교기(120)를 배열하는 단계(6200) - 상기 피드백 신호(162)는 상기 증폭기(180)의 상기 출력 신호(182)에 기초함 - ; 및
제 1 전압 공급 스테이지(140) 및 제 2 전압 공급 스테이지(150)를 배열하는 단계(6450) - 이에 의해 상기 제 1 전압 공급 스테이지(140)는 제 1 공급 전압(142)을 상기 비교기(120)에 제공하도록 구성되고,
상기 제 2 전압 공급 스테이지(150)는 상기 증폭기(180)에 제 2 공급 전압(152)을 제공하도록 구성되고,
상기 제 2 공급 전압(152)은 상기 제 1 공급 전압(142)보다 높아짐 -
를 포함하는, 방법. - 컴퓨터 또는 신호 프로세서에서 실행될 때 제 1 항 내지 제 17 항의 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 프로그램.
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