KR20230133904A - 전류 감지 회로 - Google Patents

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KR20230133904A
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라비 쿰마라군틀라
폴 윌슨
무조 코작
크리스챤 라센
존 엘. 멜란슨
용지에 청
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Abstract

시스템은 2개의 입력 단자들을 갖는 프론트 엔드 차동 증폭기, 2개의 입력 저항기들로서, 각각이 2개의 입력 단자들 중 각자의 하나에 결합되는, 상기 2개의 입력 저항기들, 및 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 위한 입력 공통 모드 바이어싱 회로로서, 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하기 위한 전류를 생성하도록 구성된 2개의 전류 소스들을 포함하는, 상기 입력 공통 모드 바이어싱 회로를 포함한다.

Description

전류 감지 회로
본 개시는 전류 감지 증폭기들에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 개시의 일부는 공통 모드 제거(common-mode rejection)를 갖는 전류 감지 증폭기의 교정에 관한 것이다.
전류 감지 증폭기 시스템은 저항이 작은 감지 저항기를 사용하여 전류를 감지하여 감지된 전류에 비례하는 감지 저항기의 단자들에 걸쳐 작은 감지 전압을 생성할 수 있다. 전류 감지 증폭기 시스템의 증폭기는 작은 감지 전압을 증폭하기 위해 사용될 수 있고, ADC(analog-to-digital converter)는 아날로그 감지 전압 신호를 디지털 후처리에 적합한 디지털 감지 전압 신호로 변환할 수 있다.
전류 센서 시스템의 정확도에 영향을 미칠 수 있는 세 가지 주요 요소들은 오프셋, 노이즈, 및 공통 모드 제거이다. 전류 센서 시스템의 오프셋 성능(offset performance)은 종종 쵸핑(chopping), 교정(calibration), 및/또는 센서 시스템 내에서 대형 디바이스들의 사용과 같은 기술들에 의해 다루어진다. 마찬가지로, 노이즈 성능(noise performance)은 대형 디바이스들을 사용하거나 기본 회로의 전력 소비를 증가시킴으로써 개선될 수 있다. 한편, 공통 모드 제거는 거부는 특히 성능이 넓은 공통 모드 범위에서 유지되어야 하는 경우 달성하기가 더 어려울 수 있다. 전력 변환기 애플리케이션(예를 들어, 전력 변환기에 의해 변환되는 배터리 또는 다른 전원의 출력 전류를 측정하기 위해 전류 센서 시스템이 사용되는 경우)에서, 공통 모드 구성요소들은 쉽게 오프셋과 노이즈를 압도할 수 있으며 가장 우세한 노이즈 기여 요인이 될 수 있다.
도 1 및 2는 당기술 분야에서 전통적으로 사용되는 2개의 공통 전류 센서 토폴로지들을 도시한다. 두 토폴로지들 모두에서, 감지 증폭기(2), 안티-앨리어싱 필터(4), 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)(6)를 포함하는 전류 감지 증폭기 시스템은 감지 저항기(8)를 가로지르는 전압(예를 들어, VBAT - VSS_SENSE)을 감지하는 데 사용될 수 있으며, 이러한 전압은 감지 저항기(8)를 통해 흐르는 전류 ISENSE에 대략 비례할 수 있다. 도 1에 도시된 토폴로지에서의 공통 모드 제거는 입력 저항기들(10A 및 10B)의 저항들(예를 들어, 저항 RP 및 RN)의 매칭(matching)에 의해 제한될 수 있다. 도 2에 도시된 토폴로지는 감지 증폭기(2)의 입력 단자들과 출력 단자들 사이에 피드백(예를 들어, 트랜지스터들(12A, 12B) 포함)을 사용함으로써 이러한 저항기 미스매칭 문제(resistor mismatch)를 해결할 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 토폴로지의 공통 모드 제거는 감지 증폭기(2)의 대역폭에 의해 제한될 수 있다. 또한, 도 2의 토폴로지에서의 피드백이 입력 저항기들(10A 및 10B)의 부정합으로 인한 공통 모드 제거에 대한 제한을 감소시킬 수 있지만 이러한 토폴로지는 미스매칭 문제를 완전히 제거하지 못할 수 있다. 더욱이, 도 1 및 2에 도시된 두 토폴로지들의 공통 모드 제거는 감지 저항기(8)의 입력 공통 모드 전압이 감소함에 따라 상당히 저하될 수 있다.
본 개시의 교시들에 따라, 전류 감지 증폭기를 사용하여 전류를 측정하는 기존 접근 방식들과 연관된 하나 이상의 단점들 및 문제점들이 감소되거나 제거될 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따라, 시스템은 2개의 입력 단자들을 갖는 프론트 엔드 차동 증폭기, 2개의 입력 저항기들로서, 각각이 2개의 입력 단자들 중 각자의 하나에 결합되는, 상기 2개의 입력 저항기들, 및 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 위한 입력 공통 모드 바이어싱 회로로서, 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하기 위한 전류를 생성하도록 구성된 2개의 전류 소스들을 포함하는, 상기 입력 공통 모드 바이어싱 회로를 포함할 수 있다.
본 개시의 이러한 실시예 및 다른 실시예들에 따라, 2개의 입력 단자들을 갖는 프론트 엔드 차동 증폭기, 및 2개의 입력 저항기들로서, 각각이 상기 2개의 입력 단자들 중 각자의 하나에 결합되는, 상기 2개의 입력 저항기들을 포함하는 시스템에 대한 방법이 제공될 수 있다. 방법은 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 위한 입력 공통 모드 바이어싱 회로의 2개의 전류 소스들로, 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하기 위한 전류를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 이점들은 여기에 포함된 도면들, 설명 및 청구항들로서 이 기술분야의 숙련자에게는 손쉽게 이해될 수 있을 것이다. 상기 실시예들의 목적들 및 이점들은 적어도 청구 범위에서 특별 지시된 요소들, 특징들, 및 조합들에 의해 실현되고 달성될 것이다.
앞서 말한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 양쪽 모두는 예들이고 설명적인 것이며 본 개시에서 제시되는 청구범위를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 실시예들과 그 이점들에 대한 더욱 완전한 이해는 수반된 도면들과 관련하여 취해진 다음의 설명을 참조함으로써 얻어 질 수 있으며, 여기에서 유사한 참조 번호들은 유사한 특징들을 나타낸다.
도 1은 당 기술 분야에 알려진 예시적인 전류 센서 토폴로지를 도시한다.
도 2는 당 기술 분야에 알려진 또 다른 예시적인 전류 센서 토폴로지를 도시한다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 개선된 예시적인 전류 센서 토폴로지를 도시한다.
본 개시는 상기한 배경 섹션에서 설명된 바와 같이 전류 감지를 위한 전통적인 토폴로지들의 공통 모드 제거에 대한 문제를 다룬다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 전류 감지 시스템의 센서 프론트 엔드를 위한 플로팅 공급 도메인을 이용할 수 있다. 또한, 본 개시는 디바이스 미스매치들이 존재하는 센서의 전통적인 접근 방식들과 비교하여 오프셋 성능을 개선하기 위한 몇 가지 개선 사항들을 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 개선된 전류 센서 시스템(20)을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전류 센서 시스템(20)은 감지 저항기(28)를 가로지르는 전압(예를 들어, VBAT - VDD_SENSE)에 비례하는 차동 전류(예를 들어, IOUTP - IOUTN)를 생성하도록 구성된 전압 대 전류(V2I) 감지 증폭기(22)를 포함하는 프론트 엔드(21)를 포함할 수 있고, 여기서 그러한 전압은 감지 저항기(28)를 통해 흐르는 전류(ISENSE)에 대략 비례할 수 있다. 전류 센서 시스템(20)은 또한 감지 증폭기(22)에 의해 생성된 차동 전류를 등가 차동 전압으로 변환하도록 구성된 전류 대 전압(I2V) 증폭기(23)를 포함할 수 있으며, 이는 안티-앨리어싱 필터(24)에 의해 필터링되어 아날로그 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있다. 전류 센서 시스템(20)은 또한 아날로그 출력 전압(VOUT)을 전류(ISENSE)를 나타내는 등가 디지털 출력 신호(DOUT)로 변환하는 ADC(26)를 포함할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 전류 센서 시스템(20)은 감지 증폭기(22)에 전력 공급 레일들(VDD_V2I 및 VSS_V2I)를 제공하기 위한 플로팅 공급 도메인(32)을 포함할 수 있다. 플로팅 공급 도메인(32)은 감지 저항기(28)의 공통 모드 전압(VCM_V2I)으로부터 유도될 수 있으며, 결과적으로, 감지 증폭기(22)의 공급 레일들(VDD_V2I 및 VSS_V2I)은 감지 저항기(28)를 통해 감지된 전압 신호(예를 들어, VBAT - VSS_SENSE)의 공통 모드 전압(VCM_V2I)에 부트스트랩(boot-strap)될 수 있다. 따라서, 공통 모드 전압(VCM_V2I)이 변화함에 따라, 감지 증폭기(22)의 공급 레일들(VDD_V2I 및 VSS_V2I)도 그에 따라 변화할 수 있으며, (기존 전통적인 접근 방식들과 비교하여) 공통 모드 변화들에 대한 감지 증폭기(22)의 내성(immunity)을 증가시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 공통 모드 전압(VCM_V2I)은 감지 저항기(28)와 병렬로 배열된 2개의 직렬 저항기들(34)을 사용하여 검출될 수 있다. 플로팅 공급 도메인(32)은 감지 증폭기(22)의 포지티브 공급 레일(VDD_V2I)을 생성하기 위해 기준 전압으로서 공통 모드 전압(VCM_V2I)을 사용할 수 있는 제1 LDO(low-dropout regulator)(36A)를 포함할 수 있다. 플로팅 공급 도메인(32)은 감지 증폭기(22)의 네거티브 공급 레일(VSS_V2I)을 생성하기 위해 기준 전압으로서 공통 모드 전압(VCM_V2I)을 사용할 수 있는 제2 LDO(36B)를 포함할 수 있다. LDO들(36A 및 36B)은 에러 증폭기들(도 3에 도시되지 않음)을 사용하여 공통 모드 전압(VCM_V2I)을 감지 증폭기(22)의 공급 전압(예를 들어, VDD_V2I - VSS_V2I)과 비교할 수 있고 공통 모드 전압(VCM_V2I)의 모든 저주파 변화들이 감지 증폭기(22)의 공급 레일들(VDD_V2I 및 VSS_V2I)에 정확하게 반영되도록 할 수 있다. 넓은 대역폭에 걸쳐 공통 모드 제거를 제공하기 위해, 플로팅 공급 도메인(32)은 제1 LDO(36A)의 출력과 공통 모드 전압(VCM_V2I) 사이에 결합된 디커플링 커패시터(38A) 및 제2 LDO(36B)의 출력과 공통 모드 전압(VCM_V2I) 사이에 결합된 디커플링 커패시터(38B)를 포함할 수 있다. 이러한 디커플링 커패시터들(38A 및 38B)은 공통 모드 전압(VCM_V2I)으로부터 감지 증폭기(22)까지의 교류 전류(AC) 부트스트래핑 경로(bootstrapping path)를 생성하여 공통 모드 전압(VCM_V2I)에 대한 고주파 변동들이 감지 증폭기(22)의 공급 레일들(VDD_V2I 및 VSS_V2I)로 전파되게 할 수 있다.
전술한 바와 같이 플로팅 공급 도메인(32)을 사용하여 광대역 공통 모드 제거를 제공하는 것 외에도, 전류 센서 시스템(20)은 또한 (기존 전통적인 접근 방식과 비교하여) 디바이스 매칭(예를 들어, 입력 저항기들(30A 및 30B)의 각자의 매칭된 저항들(RP 및 RN))에 대한 오프셋 의존성을 감소시킬 수 있다. 전류 센서 시스템(20)의 이러한 향상은 도 2에 도시된 토폴로지의 단점을 조사함으로써 이해될 수 있다. 도 2의 토폴로지에서, 감지 저항기(8)를 가로지르는 차동 전압이 0일 때(예를 들어, VBAT - VSS_SENSE = 0), 감지 증폭기(2)의 공통 모드 피드백은 가상 접지 노드들(INP 및 INN)이 동일한 전압 전위에 있게 할 수 있다. 그러나, 피드백 트랜지스터들(12A, 12B)을 활성 동작 영역에 유지하기 위해, 피드백 트랜지스터들(12A, 12B)을 통해 흐르는 바이어스 전류를 항상 유지하는 것이 필요할 수 있다. 도 2의 토폴로지에서, 그러한 바이어스 전류는 센서 시스템의 입력들로부터 인출될 수 있고, 따라서 입력 저항기들(10A 및 10B)을 통해 흐르는 일정한 바이어스 전류를 생성한다. 차동 오프셋 생성을 피하기 위해 입력 저항기들(10A 및 10B)을 통해 흐르는 바이어스 전류는 정확히 동일해야 한다. 그러나, 이러한 바이어스 전류는 감지 저항기(8)의 단자들과 가상 접지 노드들(INP 및 INN), 저항들(RP 및 RN) 사이의 전압 차이에 의존하므로, 디바이스 미스매치는 감지된 전류에서 차동 오프셋을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, VBAT = VSS_SENSE 및 INP = INN인 경우, 저항들(RP와 RN) 사이의 미스매치는 도 2의 회로에서 차동 전류를 발생시킬 수 있으며, 따라서 바람직하지 않은 측정 오프셋을 생성할 수 있다.
그러한 오프셋의 문제는 도 3에 도시된 전류 소스들(40A 및 40B)의 존재에 의해 적어도 부분적으로 극복될 수 있다. 전류 소스들(40A 및 40B)은 피드백 트랜지스터들(42A 및 42B)을 그들의 활성 동작 영역에서 유지하기에 충분한 전류를 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전류 센서 시스템(20)에서, VBAT = VSS_SENSE 및 INP = INN일 때, 바이어스 전류는 입력 저항기들(30A 및 30B)을 통해 흐르지 않을 수 있고, 따라서 전류 센서 시스템(20) 내의 차동 오프셋은 감소되거나(기존 전통적인 접근 방식과 비교하여) 제거될 수 있다.
전류 센서 시스템(20)의 또 다른 이점은 감지된 전류(ISENSE)의 극성에 둔감할 수 있으며, 따라서 측정 동작에서 제로 크로싱 데드 존(zero-crossing dead zone)을 최소화할 수 있다는 것이다. 전류 센서 시스템(20)의 이러한 향상은 또한, 도 2에 도시된 토폴로지의 또 다른 단점을 조사함으로써 이해될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 토폴로지에서 감지 저항기(8)를 가로지르는 차동 전압이 가상 접지 노드들(INP 및 INN)의 공통 모드 전압에 의존하여 입력 저항기들(30A 및 30B) 중 하나를 통해 전류를 생성하는 것을 고려한다. 이러한 시나리오는 본질적으로 감지된 전류(ISENSE)의 단일 극성으로 검출을 제한할 수 있으며, 반대 극성에 대해 설계된 다른 센서와 함께 사용될 경우 전류 측정에서 0에 가까운 데드 존을 생성한다.
제로 크로싱 데드 존의 이러한 문제는 전류 센서 시스템(20)의 적어도 두 가지 특징들에 의해 전류 센서 시스템(20)에서 감소되거나 제거될 수 있다. 먼저, 전류 센서 시스템(20)의 가상 접지 노드들(INP 및 INN)은 감지 저항기(28)의 공통 모드 전압(VCM_V2I)과 동일하도록 제어될 수 있다. 따라서, 센서 저항기(28)를 가로지르는 차동 전압은 입력 저항기들(30A, 30B) 사이에 반대 극성으로 동일하게 분배될 수 있다. 둘째, 전류 소스들(40A 및 40B)에 의한 바이어싱은 피드백 트랜지스터들(42A 및 42B)이 그들의 활성 동작 영역에서 유지되게 할 수 있으며, 추가로 감지된 전류(ISENSE)의 제로 크로싱에서 데드 존이 발생하지 않게 할 수 있다. 이들 2개의 특징들은 전류 센서 시스템(20)에 대해 차동 신호 극성에 대한 내성을 높게 할 수 있고 교차 왜곡을 최소화하면서 한 극성으로부터 다른 극성으로의 감지 전이를 가능하게 할 수 있다.
전류 센서 시스템(20)은 또한 도 3에 도시된 바와 같이 I2V 증폭기(23)의 입력들에서 공통 모드 피드백(CMFB) 회로(44)를 포함할 수 있다. CMFB(44)의 이점은 도 2에 도시된 토폴로지의 또 다른 단점을 조사함으로써 이해될 수 있다. 도 2의 토폴로지에서, 감지 저항기(8)를 가로지르는 차동 전압 신호는 입력 저항기들(10A 및 10B)을 통해 흐르는 차동 전류로 변환될 수 있다. 그러한 차동 전류는 피드백 트랜지스터들(12A 및 12B)을 통해 흐를 수 있고, I2V 증폭기(3) 및 그의 피드백 저항기들(13A 및 13B)에 의해 다시 전압 도메인으로 변환될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 입력 저항기들(10A 및 10B) 간의 미스매치는 감지된 전류 신호에서 차동 오프셋을 초래할 수 있다. 유사하게, 피드백 저항기들(13A 및 13B)에서의 모든 미스매치는 감지된 전류 신호에서 차동 오프셋을 생성할 수 있다.
트랜스임피던스(예를 들어, I2V) 스테이지에서 발생하는 차동 오프셋의 문제를 줄이거나 제거하기 위해, 전류 센서 시스템(20)은 I2V 증폭기(23)의 가상 접지들에서 CMFB 회로(44)를 포함할 수 있다. I2V 증폭기(23)의 출력에서의 공통 모드 전압 피드백과 조합하여 I2V 증폭기(23)의 가상 접지들에서의 CMFB 회로(44)는 공통 모드 전류가 I2V 증폭기(23)의 피드백 저항기들(43A 및 43B)을 통해 흐르지 않게 할 수 있다. 따라서, 기존 전통적인 접근 방식과 비교하여, CMFB 회로(44)의 존재는 저항기 미스매치들의 존재 시 I2V 증폭기(23)의 오프셋 성능을 개선할 수 있고 감지된 전류의 전체 오프셋을 추가로 감소시킬 수 있다.
또한, 별개의 전류 소스들(40A 및 40B)을 사용하여 피드백 저항기들(30A 및 30B)을 바이어스함으로써 전류 센서 시스템(20)은 전류 감지 경로의 자동 테스트 및/또는 자동 교정을 가능하게 할 수 있다. 이러한 교정의 필요성은 배터리를 에너지원으로 사용하는 대부분의 애플리케이션들에서 전류 센서가 매우 넓은 동적 범위(예를 들어, 100데시벨만큼 높음)를 지원해야 할 필요가 있을 수 있음을 주목함으로써 인식될 수 있다. 예를 들어, 일반적인 배터리 전류 센서는 1mA만큼 낮고 40A만큼 높은 전류를 검출해야 할 필요가 있을 수 있다. 이 요구 사항은 전류 센서를 설계하고 테스트하는 데 문제가 될 수 있다. 전류 범위의 하한에서, 전류 센서 시스템(20)의 정확도는 아날로그 회로 및 테스트 장비의 오프셋 및 노이즈 성능에 의해 제한될 수 있다. 전류 범위의 상한에서, 정확도는 아날로그 회로 및 테스트 장비의 비선형 성능에 의해 제한될 수 있다.
전술한 바와 같이, 여기에 개시된 시스템들 및 방법들은 기존 전통적인 접근 방식과 비교하여 상이한 회로 기술들을 통해 전류 감지 시스템(20)의 오프셋 성능을 개선할 수 있다. 그러한 개선에 더하여, 여기에 설명된 방법들 및 시스템들은 어떤한 외부 신호들도 전류 감지 시스템(20)에 주입할 필요 없이 잔류 오프셋을 디지털 방식으로 교정하는 방안을 제공할 수 있다. 설명을 위해, 전류 소스들(40A 및 40B)에 의해 생성된 전류들이 전류 감지 시스템(20)의 프론트 엔드(21)에 신호를 주입하기 위해 병렬 경로를 제공할 수 있음을 도 3으로부터 알 수 있다. 따라서, 감지 저항기(28)를 통해 흐르는 전류가 0이더라도 알려진 차동 또는 공통 모드 전류가 프론트 엔드(21)에 주입될 수 있다. 이러한 특징은 전류 감지 시스템(20)의 성능을 개선하거나 측정하는 데 필요한 다양한 교정 및 테스트 절차들을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 아날로그 오프셋 교정을 수행하기 위해, 교정 서브시스템(명시적으로 도시되지 않음)은 전압들(VBAT 및 VDD_SENSE)에 대한 노드들을 함께 단락시킬 수 있고, 전류 소스들(40A 및 40B)에 의해 생성된 전류들은 전류 감지 시스템(20)의 출력에서 잔류 오프셋이 측정될 때까지 차등적으로 변화될 수 있다. 유사하게, 전류 감지 시스템(20)의 선형성은 전류 소스들(40A 및 40B)에 의해 생성되는 전류들을 생성하기 위해 디지털-아날로그 변환기(미도시)를 사용함으로써 개선될 수 있다. 전류 소스들(40A 및 40B)에 의해 생성된 전류들은 감지 저항기(28)를 통해 흐르는 전류보다 훨씬 낮을 수 있기 때문에, 이러한 접근 방식은 생산 테스트 설정을 크게 단순화할 수 있고 본질적으로 고전류 테스트의 필요성을 제거할 수 있다. 더욱이, 전류 소스들(40A 및 40B)에 의해 생성되는 전류들을 생성하기 위해 정확한 온-칩 디지털-아날로그 변환기를 사용함으로써 선형성 성능이 어떠한 외부 테스트 장비 없이도 측정되고 교정될 수 있다. 이 특징은 전류 감지 시스템(20)의 아날로그 회로의 백그라운드 교정 또는 현장 교정을 수행할 수 있는 능력을 가능하게 한다.
본원에 사용된 바와 같이, 둘 이상의 요소들이 서로 "결합된” 것으로 언급될 때, 그러한 용어는 그러한 둘 이상의 요소들이 간접적으로 또는 직접적으로 또는 개재 요소들의 여부와 상관없이 적용 가능한 것으로서 전자 통신 또는 기계적 통신 상태에 있음을 나타낸다.
본 개시는 당업자가 이해할 수 있는 본 명세서의 예시적인 실시예에 대한 모든 변화, 대체, 변형, 변경, 및 수정을 망라한다. 유사하게, 바람직한 것으로서, 첨부된 청구범위는 당업자가 이해할 수 있는 본 명세서의 예시적인 실시예에 대한 모든 변화, 대체, 변형, 변경, 및 수정을 망라한다. 또한, 특정 기능을 수행하도록 적응되거나, 배열되거나, 할 수 있거나, 구성되거나, 할 수 있게 되거나, 동작 가능하거나, 또는 동작하는 장치 또는 시스템, 또는 장치 또는 시스템의 구성요소에 대한 첨부된 청구범위에서의 참조는, 그 장치, 시스템, 또는 구성성분이 적응되고, 배열되고, 할 수 있고, 구성되고, 할 수 있게 되고, 동작 가능하고, 동작하는 한, 그 장치, 시스템, 또는 구성성분, 또는 그 특정 기능이 활성화되거나, 턴 온되거나, 또는 잠금해제되는 것과는 무관하게 그 장치, 시스템, 또는 구성요소를 망라한다. 따라서, 수정들, 부가들, 또는 생략들이 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 여기에서 설명된 시스템들, 장치들, 및 방법들에 대해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 시스템들 및 장치들의 구성요소들은 통합되거나 또는 분리될 수 있다. 게다가, 여기에서 개시된 시스템들 및 장치들의 동작들은 더 많은, 더 적은, 또는 다른 구성요소들에 의해 수행될 수 있으며 설명된 방법들은 더 많은, 더 적은, 또는 다른 단계들을 포함할 수 있다. 부가적으로, 단계들은 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 본 문서에서 사용된 바와 같이, "각각"은 세트의 각각의 멤버 또는 세트의 서브세트의 각각의 멤버를 지칭한다.
대표적인 실시예들이 도면들에서 예시되고 아래에 설명되었지만, 본 개시의 원리들은 현재 알려져 있는지에 관계없이, 임의의 기술들을 사용하여 구현될 수 있다. 본 개시는 결코 도면들에 예시되고 상기 설명된 대표적인 구현예들 및 기술들에 제한되지 않아야 한다.
달리 구체적으로 주지되지 않는다면, 도면들에서 묘사된 부품들은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니다.
본 명세서에 나열된 모든 예들 및 조건부 표현은 독자가 본 개시 내용과 기술을 발전시키기 위해 발명자에 의해 기여된 개념을 이해하는 데 도움이 되도록 교수적인 목적으로 의도된 것이며, 그와 같이 특정하게 인용된 예들 및 조건들에 대한 제한은 없는 것으로 해석된다. 본 개시의 실시예들이 상세히 설명되었지만, 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변화, 대체 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
특정 이점들이 위에서 열거되었지만, 다양한 실시예들은 열거된 이점들 중 일부, 또는 모두를 포함하거나, 또는 포함하지 않을 수 있다. 부가적으로, 다른 기술적 이점들은 앞서 말한 도면들 및 설명의 검토 후 이 기술분야의 통상의 기술자에게 쉽게 명백해질 것이다.
여기에 첨부된 청구항들을 해석하는 데 있어 본 출원에 대해 발행된 임의의 특허의 임의의 독자들 및 특허청을 돕기 위해, 출원인들은 단어들("~하기 위한 수단" 또는 "~하기 위한 단계")이 특정한 청구항에서 명시적으로 사용되지 않는다면 첨부된 청구항들 또는 청구항 요소들 중 어떠한 것도 35 U.S.C §112(f)를 적용하도록 의도하지 않는다는 것을 주목하길 원한다.

Claims (30)

  1. 시스템에 있어서:
    2개의 입력 단자들을 갖는 프론트 엔드 차동 증폭기;
    2개의 입력 저항기들로서, 각각이 상기 2개의 입력 단자들 중 각자의 하나에 결합되는, 상기 2개의 입력 저항기들; 및
    프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 위한 입력 공통 모드 바이어싱 회로로서, 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하기 위한 전류를 생성하도록 구성된 2개의 전류 소스들을 포함하는, 상기 입력 공통 모드 바이어싱 회로를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    프론트 엔드 차동 증폭기의 출력에 결합된 백 엔드 차동 증폭기; 및
    백 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 위한 출력 공통 모드 바이어싱 회로를 더 포함하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 백 엔드 차동 증폭기의 피드백 저항기들을 통해 흐르는 공통 모드 전류를 최소화하기 위해 백 엔드 차동 증폭기의 가상 접지들(virtual grounds)에 결합된 공통 모드 피드백 회로를 더 포함하는, 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 입력 공통 모드 바이어싱 회로에 의해 생성된 입력 전기 바이어스는 출력 공통 모드 바이어싱 회로에 의해 생성된 출력 전기 바이어스와 거의 동일한, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 프론트 엔드 차동 증폭기의 2개의 입력 단자들은 2개의 입력 저항기들을 통해 입력 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 입력 신호는 감지 저항기에 의해 생성되는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 감지 저항기의 공통 모드 전압을 검출하기 위한 회로를 더 포함하는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프론트 엔드 차동 증폭기를 위한 공급 레일들(supply rails)은 공통 모드 전압에 기초하여 생성되는, 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 프론트 엔드 차동 증폭기를 위한 공급 레일들을 생성하도록 구성된 공급 레귤레이터들을 더 포함하고, 상기 공급 레귤레이터들에 대한 기준 전압은 공통 모드 전압에 기초하여 설정되는, 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 공급 레일들은 공통 모드 전압에 결합된 교류 전류인, 시스템.
  10. 제6항에 있어서, 프론트 엔드 차동 증폭기의 가상 접지들에 대한 기준 전압은 공통 모드 전압에 기초하여 설정되는, 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지는 2개의 입력 저항기들을 통해 흐르는 전류에 대해 둔감성(insensitivity)을 유지하도록 독립적으로 바이어스되는, 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지는 상기 프론트 엔드 차동 증폭기에 의해 수신되는 입력 신호의 극성을 변경함으로써 야기되는 왜곡을 최소화하도록 독립적으로 바이어스되는, 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하기 위한 전류를 생성하는 디지털-아날로그 변환기를 더 포함하는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하기 위한 전류는 상기 시스템의 오프셋 교정을 가능하게 하는, 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하기 위한 전류는 상기 시스템의 비선형성 교정을 가능하게 하는, 시스템.
  16. 2개의 입력 단자들을 갖는 프론트 엔드 차동 증폭기, 및 2개의 입력 저항기들로서, 각각이 상기 2개의 입력 단자들 중 각자의 하나에 결합되는, 상기 2개의 입력 저항기들을 포함하는 시스템에서의 방법에 있어서:
    프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 위한 입력 공통 모드 바이어싱 회로의 2개의 전류 소스들로, 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하기 위한 전류를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 시스템은 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력에 결합된 백 엔드 차동 증폭기를 더 포함하고,
    상기 방법은 출력 공통 모드 바이어싱 회로로 백 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 백 엔드 차동 증폭기의 가상 접지들에 결합된 공통 모드 피드백 회로로 백 엔드 차동 증폭기의 피드백 저항기들을 통해 흐르는 공통 모드 전류를 최소화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 입력 공통 모드 바이어싱 회로에 의해 생성된 입력 전기 바이어스는 출력 공통 모드 바이어싱 회로에 의해 생성된 출력 전기 바이어스와 거의 동일한, 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 프론트 엔드 차동 증폭기의 2개의 입력 단자들은 2개의 입력 저항기들을 통해 입력 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 입력 신호는 감지 저항기에 의해 생성되는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 감지 저항기의 공통 모드 전압을 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 공통 모드 전압에 기초하여 프론트 엔드 차동 증폭기를 위한 공급 레일들을 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 공급 레귤레이터들로 프론트 엔드 차동 증폭기를 위한 공급 레일들을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 공급 레귤레이터들에 대한 기준 전압은 공통 모드 전압에 기초하여 설정되는, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 공급 레일들은 공통 모드 전압에 결합된 교류 전류인, 방법.
  25. 제21항에 있어서, 공통 모드 전압에 기초하여 프론트 엔드 차동 증폭기의 가상 접지들에 대한 기준 전압은 설정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  26. 제16항에 있어서, 2개의 입력 저항기들을 통해 흐르는 전류에 대해 둔감성을 독립적으로 유지하도록 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 독립적으로 바이어스하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  27. 제16항에 있어서, 프론트 엔드 차동 증폭기에 의해 수신되는 입력 신호의 극성을 변경함으로써 야기되는 왜곡을 최소화하도록 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 독립적으로 바이어스하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  28. 제16항에 있어서, 디지털-아날로그 변환기로 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하기 위한 전류를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하기 위한 전류는 상기 시스템의 오프셋 교정을 가능하게 하는, 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 프론트 엔드 차동 증폭기의 출력 스테이지를 바이어스하기 위한 전류는 상기 시스템의 비선형성 교정을 가능하게 하는, 방법.
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