KR950002086B1 - 클럭신호 완충장치 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

클럭신호 완충장치

제1도 및 제2도는 종래의 클럭신호 완충장치의 블럭도.

제3a~d도는 종래의 클럭신호 완충장치의 입력 및 클럭신호의 파형도.

제4도는 본 발명에 따른 클럭신호 완충장치의 실시예를 도시한 블럭도.

제5a~d도는 본 발명에 따른 클럭신호 완충장치의 입력 및 출력신호의 파형도.

제6도는 본 발명에 따른 클럭신호 완충장치의 실시예의 상세회로도.

제7도는 본 발명에 사용된 직류레벨 쉬프트의 제2실시예의 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

24, 32 : 비교기 34 : 저역통과필터

36 : 직류레벨쉬프터 14, 26, 38 : 버퍼회로

12 : 문턱전압레벨비교기

본 발명은 컴퓨터(Computer) 및 디지탈 통신장치 등과 같은 디지탈시스템에 있어서 왜곡된 클럭신호를 완충하는 장치에 관한 것으로, 특히 클럭신호가 충격계수(Duty Ratio)를 일정하게 유지할 수 있도록 클럭 신호를 완충하는 클럭신호 완충장치에 관한 것이다.

일반적으로 디지탈시스템에 내부에서 전송되는 클럭신호와 클럭발생기에서 발생되는 클럭신호는 에지(Edge)부가 경사지게 증가 또는 감소되거나 에지부의 일부가 소실되는 등의 왜곡된 신호성분을 포함한다. 이로 인하여, 디지탈시스템은 완충장치를 이용하여 클럭신호에 포함된 왜곡된 신호성분을 제거하도록 클럭신호를 완충하지만 클럭신호의 로직레벨의 차이 및 완충장치의 고정된 기준전압으로 인하여 클럭신호의 층격 계수가 불안하게 되는 문제점이 있었다.

이하, 제1도를 참조하여 종래의 클럭신호 완충장치를 설명하기로 한다.

제1도는 게이트소자를 이용한 종래의 클럭신호 완충장치의 블럭도로서, 게이트소자들로 이루어져 입력단자(10)를 통하여 유입되는 왜곡된 클럭신호를 문턱 전압(Threshold Voltage)과 비교하여 그 결과에 따라 하이(High) 또는 로우(Low) 논리를 발생하는 문턱 전압레벨 비교기(12)와 상기 문턱 전압레벨 비교기(12)의 출력신호를 버퍼링하여 버퍼링된 클럭신호를 출력단자(16)를 통해 출력하는 버퍼회로(14)로 형성된 완충 장치이다. 그러나, 상기 문턱 전압레벨 비교기(12)는 트랜지스터로 이루어진 게이트나 또는 CMOS소자들로 이루어진 게이트들로 구성되어 있으며, 이로 인하여 문턱전압은 하나의 고정된 전압을 갖고 있다. 따라서 상기 문턱 전압레벨 비교기(12)는 트랜지스터 로직레벨(TTL레벨) 및 CMOS 로직레벨의 클럭신호들에 대하여 일정한 충격계수를 유지할 수 없다. 다시 상세히 설명하면, 상기 문턱 전압레벨 비교기(12)가 트랜지스터로 이루어진 게이트소자로 된 경우, 상기 문턱 전압레벨 비교기(12)는 제3a도에 도시된 TTL 레벨의 50%의 충격계수를 갖는 왜곡된 클럭신호에 대하여는 제3c도에 도시된 바와 같은 일정한 충격계수(50%)를 갖는 완충된 클럭신호를 발생할 수 있으나, 제3b도에 도시된 바와같이 50%의 충격계수를 갖는 CMOS 로직레벨의 출력신호에 대해서는 제3d도에 도시된 바와 같은 50%보다 큰 충격계수를 갖는 완충된 클럭신호를 발생하는 문제점을 안고 있다.

제2도는 종래의 또다른 클럭신호 완충장치의 회로도로서, 제1입력단자(20)를 통해 유입되는 왜곡된 클럭신호를 제2입력단자(22)를 통해 공급되는 기준전압과 비교하여, 그 결과에 따라 하이 또는 로우논리를 발생하는 비교기(24)와 상기 비교기(24)의 출력신호를 버퍼링하여 버퍼링된 클럭신호를 출력단자(28)를 통해 출력하는 버퍼회로(26)를 구비하고 있다. 상기 완충장치도 상기 비교기(24)에 인가되는 기준전압이 일정하게 고정되어 있기 때문에 TTL레벨의 클럭신호 및 CMOS 로직레벨의 클럭신호에 대하여 입력신호가 갖는 충격계수를 유지하는 출력신호를 발생할 수 없다. 일예로, 상기 기준전압이 TTL레벨의 중간값으로 설정되어 있는 경우, 상기 비교기(24)는 제3a도와 같이 50%의 충격계수를 갖는 TTL레벨의 왜곡된 출력신호를 제3c도에 도시된 바와 같이 50% 충격계수를 갖는 클럭신호가 되도록 완충할 수 있으나 제3b도에 도시한 바와 같은 50%의 충격계수를 갖는 CMOS 로직레벨의 출력신호에 대해서는 제3d도와 같이 50%보다 큰 충격계수를 갖는 클럭신호가 되도록 완충할 수 밖에 없는 문제점을 갖고 있었다.

따라서, 본 발명에서는 로직레벨이 다르고 충격계수가 일정범위내에서 변동하는 클럭신호들을 일정한 충격계수를 갖는 클럭신호가 되도록 완충할 수 있는 클럭신호 완충장치를 제공하는데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 클럭신호 완충장치는 왜곡된 클럭신호를 유입하기 위한 입력라인과, 상기 입력라인을 통해 유입된 클러신호를 기준전압과 비교하여 그 결과에 따라 논리상태를 변화시켜 완충된 펄스신호를 발생하는 비교수단과, 상기 비교수단으로부터의 완충된 펄스신호의 충격계수에 따라 변화하는 기준전압을 발생하여 상기 비교수단에 공급하기 위한 궤환루프수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

제4도는 본 발명에 따른 클럭신호 완충장치의 실시예를 도시한 블럭도로서, 입력단자(30)을 통해 유입되는 완충할 클럭신호를 직류레벨쉬프터(Direct Current Level Shifter)(36)으로부터 전압과 비교하여 그 결과에 따라 하이에서 로우 또는 로우에서 하이논리로 변화하는 완충된 클럭신호를 발생하고, 상기 완충된 클럭신호를 저역통과필터(34) 및 버퍼회로(38)에 공급하는 비교기(32)를 구비하고 있다.

상기 저역통과필터(34)는 상기 비교기(32)로부터의 완충된 클럭신호를 적분하여 상기 완충된 클럭신호의 평균값을 직류레벨쉬프터(36)에 공급한다. 상기의 작동으로 볼 경우, 상기 저역통과필터(34)는 상기 비교기(32)로부터 완충된 클럭신호의 적분하여 평균전압값을 발생하는 적분기의 기능을 한다.

상기 직류레벨쉬프터(36)는 상기 저역통과필터(34)로부터의 평균 직류전압의 레벨을 일정한 비율로 이동시켜 레벨이동된 직류전압을 기준전압으로하여 상기 비교기(32)에 공급한다.

상기 비교기(32)는 완충된 클럭신호를 입력위상의 반전된 상태로 출력한다.

따라서 상기 레벨 이동된 직류전압이 높아지면 상기 비교기(32) 출력의 충격계수는 커지고, 상기 레벨 이동된 직류전압이 낮아지면 상기 비교기(32) 출력의 충격계수는 작아진다. 또한 상기 직류레벨쉬프터(36)에 의하여 상기 평균 직류전압이 높아지면 상기 레벨 이동된 직류전압은 낮아지고, 상기 평균 직류전압이 낮아지면 상기 레벨 이동된 직류전압은 낮아진다.

상기 평균 직류전압은 R·C시정수를 가지므로 이 시정수에 의하여 충격계수의 보상시간이 결정된다. 즉 시정수가 작으면 빨리 보상되고, 반대로 시정수가 크면 보상시간이 길어진다. 그러나 상기 평균 직류전압에 R·C시정수에 의한 잡음(전압변동)이 생기므로 적절한 설계가 필요하게 된다.

상기 저역통과필터(34) 및 상기 직류레벨쉬프터(36)으로 이루어진 궤환루프에 의해 상기 비교기(32)는 상기 입력단자(30)을 통해 입력되는 완충할 클럭신호의 로직레벨에 상응하는 적절한 비율의 기준전압과 상기 완충할 클럭신호를 비교하여 완충할 클럭신호의 충격계수와 동일한 충격계수를 갖는 완충된 클럭신호를 발생한다.

이를 상세히 설명하면, 상기 비교기(32)는 제5a도와 같이 50%의 충격계수를 갖는 비교적 낮은 TTL레벨의 완충할 클럭신호가 입력될 경우, 상기 완충할 클럭신호를 상기 궤환루프에 의해 낮게 설정된 제1기준전압과 비교하여 50%의 충격게수를 갖는 제5b도와 같은 완충된 클럭신호를 발생한다.

반대로, 상기 입력단자(30)에 제5c도와 같이 50%의 충격계수를 갖는 비교적 높은 CMOS 로직레벨의 완충할 클럭신호가 입력될 경우, 상기 비교기(32)는 상기 궤환루프에 의해 높게 설정된 제2기준전압과 비교하여 제5d도와 같이 입력된 클럭신호의 충격계수와 동일한 50%의 충격계수를 갖는 완충된 클럭신호를 발생한다.

또한, 버퍼회로(38)은 상기 비교기(32)로부터의 상기 완충된 클럭신호를 버퍼링하여 상기 완충된 클럭신호의 에지부에 존재할 임펄스성 잡음을 제거한 버퍼링된 클럭신호를 출력단자(40)을 통하여 출력된다.

제6도는 본 발명의 클럭신호 완충장치의 실시예를 도시한 상세회로도로서, 제도에 도시된 클럭신호 완충장치의 상세한 회로가 설명되어 있다.

제6도에 있어서, 상기 비교기(32)는 네개의 트랜지스터(M1 내지 M4)로 구성되고, 상기 저역통과필터(34)는 저항(R1) 및 콘덴서(C1)으로 구성되며, 상기 직류레벨쉬프터(36)은 두개의 트랜지스터(M5, M6), 두개의 저항(R2, R3) 및 콘덴서(C2)로 형성되고, 상기 버퍼회로(38)는 세개의 인버터(IN1 내지 IN3)로 형성되어 있다.

상기 네개의 트랜지스터(M1 내지 M4)는 두개의 입력을 비교하는 비교기이며, 입력단자(30)을 거쳐 상기 트랜지스터(M4)의 게이트에 공급되는 완충할 클럭신호는 위상이 반전되어 온드(N4)에 나타난다. 상기 노드(N4)에 발생된 완충된 클럭신호는 제1인버터(IN1)에 의해 위상이 반전되고 버퍼링되어 노드(N5)를 거쳐 제2인버터(IN2)에 공급된다. 상기 제2인버터(IN2)는 상기 제1인버터(IN1)로부터의 상기 완충될 클럭신호를 다시 위상반전시키고 버퍼링하여 노드(N3)를 거쳐 제3인버터(IN3) 및 상기 저역통과필터(34)에 공급한다.

상기 저역통과필터(34)는 상기 저항(R1) 및 콘덴서(C1)에 의해 상기 제2인버터(IN2)로부터의 클럭신호의 하이논리의 펄스(즉 입력단자(30)에 공급되는 완충할 클럭펄스의 로우논리구간)을 평균한 평균전압을 노드(N2)을 거쳐 두개의 트랜지스터(M5, M6)의 게이트에 공급한다.

상기 저역통과필터(32)에서 발생되는 상기 평균 직류전압의 레벨은 상기 제2인버터(IN2)로부터의 상기 클럭신호의 하이논리구간이 길면 높고, 반대로 상기 제2인버터(IN2)로부터의 상기 출력신호의 하이논리구간이 짧으면 낮다. 그리고 인버터 구조를 형성하는 두개의 트랜지스터(M5, M6)는 상기 저역통과필터(34)로 부터의 상기 평균직류진압이 레벨에 반비례하여 소정비율로 레벨이동된 직류 레벨을 갖는 기준전압을 발생하고, 발생된 기준전압을 노드(N1)을 거쳐 트랜지스터(M3)의 게이트에 공급한다.

상기 기준전압은 상기 평균 직류전압이 큰값일 경우에는 낮은 레벨을 유지하고, 반대로 상기 평균직류전압이 작은 값일 경우에는 높은 레벨을 유지한다.

상기 트랜지스터(M5)의 드레인 및 상기 트랜지스터(M6)의 드레인 사이에 접속된 두개의 저항(R2, R3)는 상기 두개의 트랜지스터(M1, M2)에 의해 형성되는 인버터의 직류전달함수의 특성곡선을 조절한다. 그리고 상기 양 저항(R2, R3)간의 접속점(즉, 노드(N1))과 제1전원(-Vcc)사이에 접속된 콘덴서(C2)는 상기의 회로에서 의해 발생되는 잡음을 제거하는 기능을 한다.

상기 비교기(32)는 상기 노드(N1)상의 기준전압이 큰 경우에는 노드(N3)에 나타나는 상기 완충된 클럭신호의 하이논리구간(즉, 입력단자(30)에 공급된 상기 완충할 클럭신호의 로우논리구간)을 길게하고, 반대로 상기 논드(N1)상의 기준전압이 작은 경우에는 노드(N3)에 나타나는 상기 완충된 클럭신호의 하이논리 구간을 짧게 한다.

한편, 상기 제3인버터(IN3)는 노드(N3)를 통해 제2인버터(IN2)로부터의 상기 완충된 클럭신호를 반전시키고 버퍼링하여 상기 입력단자(30)에 입력된 상기 완충할 클럭신호와 동일 위상 및 동일한 충격계수를 갖는 완충된 클럭신호를 출력단자(40)을 통해 출력한다.

제7도를 참조하여 제6도에 도시된 직류레벨쉬프터(36)의 제2실시예를 설명하면, 세개의 트랜지스터(M7 내지 M9)는 제1전원(Vcc) 및 제2전원(-Vcc)사이에 직렬접속되어 있고, 이 중에서 게이트가 드레인에 접속된 두개의 트랜지스터(M7, M8)은 저항체로서 작용한다. 그리고 나머지 트랜지스터(M9)는 노드(N2)를 통해 입력되는 상기 저역통과필터(34)로부터의 상기 평균직류전압에 의해 동작하여 상기 평균직류 전압의 변화에 반대의 소정비율로 레벨이동된 기준전압을 발생하고, 발생된 기준전압을 노드(N1)을 통해 상기 비교기(32)의 트랜지스터(M3)의 게이트에 공급한다.

상기 제7도에 도시한 직류레벨쉬프터는 입력노드(N₂)의 전압 변화폭이 크더라도 출력노드(N₁)의 전압변화 폭을 작게하여 충격계수 보상폭을 줄였다.

상기 제6도와 같이 직류레벨쉬프터의 레벨 보상구간의 입력 및 출력을 넓게 설계할 경우 입력 버퍼에서와 같이 TTL입력과 CMOS입력이 공존하여 기준전압이 너무 높게된 경우 충격계수의 보상을 하지 못하여 오동작을 일으킬수 있다.

따라서, 상기 제5도에 도시된 직류레벨쉬프터처럼 출력전압의 변화폭을 좁은 범위로 한정시키면 TTL입력과 CMOS입력에 대하여 좁은 범위 내에서 충격계수를 보상할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 완충할 클럭신호와 비교될 기준전압을 완충할 클럭신호의 충격계수의 변화 및 로직레벨전압에 따라 가변시키므로써, 완출할 클럭신호의 충격계수가 변동하거나 로직레벨이 변동되더라도 일정한 충격계수를 갖는 출력펄스가 되도록 완충할 수 있는 이점이 있다.

이러한 이점으로 인하여, 본 발명은 디지탈시스템에 있어서, 클럭으로 인한 오동작에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 충격계수가 일정범위에서 변동하고 로직레벨전압이 다른 클럭신호들을 일정한 충격계수를 유지하는 클럭신호가 되도록 완충하는 클럭신호 완충장치에 있어서, 완충할 클럭신호를 입력하기 위한 입력라인(30)과, 상기 입력라인(30)을 통해 유입된 클럭신호를 기준전압과 비교하여 그 결과에 따라 논리상태가 변화된 완충된 클럭신호를 발생하는 비교수단(30)과, 상기 비교수단(30)으로부터의 상기 완충된 클럭신호의 충격계수에 따라 전압레벨이 가변된 상기 기준전압을 발생하여 상기 비교수단(30)에 공급하는 궤환루프수단(34, 36)을 구비한 것을 특징으로 하는 클럭신호 완충장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 궤환루프수단(34, 36)이 상기 비교수단(32)으로부터의 상기 완충된 클럭신호를 적분하기 위한 적분수단(34)과, 상기 적분수단(34)으로부터의 적분된 전압레벨을 소정비율로 레벨이동시켜 레벨이동된 전압을 상기 비교수단(32)에 공급하는 직류레벨쉬프터(36)을 구비한 것을 특징으로 하는 클럭신호 완충장치.