KR960007850B1 - 저전력 수정발진기 시스템 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

저전력 수정발진기 시스템
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예의 개략 회로도.
제2도는 제1도에 나타낸 실시예를 집적회로상에 구현하기 위한 상세회로도.
본 발명은 일반적으로 수정발진기 시스템에 관한 것으로, 특히 전력을 절약하는 슬립(sleep)모드를 채용하는 수정발진기 시스템에 관한 것이다.
수정발진기회로는 많은 응용분야를 가지며 가장 일반적인 것의 하나는 디지탈 시스템에 의해서 요구되는 클럭신호를 제공하는 것이다. 대부분의 시스템은 전압스윙이 전형적으로 0에서 5V, 출력전류 구동과 같은 클럭신호를 위한 전기적인 특성이 요구된다.
수정발진기회로는 요구되는 특성을 달성하기 위하여 전형적으로 밀리 암페어(miliamps)의 차수로 실질적으로 많은 전류를 소비한다.
전력공급원으로서 바테리를 이용하는 시스템에 있어서, 수정발진기회로에 의해서 소비되는 전류는 바테리에서 주된 부하이고 바테리 수명을 단축한다.
따라서, 랩 탑 컴퓨터(laptop computer)와 같은 많은 바테리에 의해서 동작되는 포터블 시스템(batterypowered portable systems)에 있어서는 클럭신호가 요구되지 않을때는 수정발진기회로가 동작하지 않는다. 그러나, 수정발진기가 다시 켜지게 되면, 출력신호가 안정화되고 요구되는 전기적 특성을 나타내기 전에 전형적으로 밀리 세컨드의 단위로 지연이 된다. 어떤 응용에 있어서, 이 지연은 바람직하지 않고 시스템의 동작에 악영향을 미치게 된다.
본 발명의 목적은 전력소모를 감소시키기 위하여 슬립모드에서의 동작이 가능하고, 정상동작모드로 되돌아 왔을때에는 요구되는 전기적 특성을 가진 발진 출력신호를 거의 순간적으로 발생하는 수정발진기 시스템을 제공하는데 있다.
슬립모드에서 증폭기에 공급되는 전류의 양은 수정의 발진을 유지하는데는 충분하지만, 요구되는 전기적 특성을 가지는 발진기 출력신호를 발생시킬 정도로 크지는 않다. 그러나, 이 유지된 진동은 증폭기에 공급되는 전류의 양이 요구되는 전기적 특성을 가지는 발진기 출력신호를 발생할 만큼 충분한 레벨로 증가될 때 정상모드로 매우 빠른 천이를 용이하게 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수정발진기 시스템은 수정을 구동하고 발진기 출력신호를 제고하는 제1증폭기와 ; 상기 제1증폭기에 전류를 공급하는 가변전류원과; 정상모드와 슬립모드중 하나를 선택하기 위한 선택부와 ; 상기 가변전류원에 결합되어 있으며, 상기 정상모드 동작시에, 상기 가변전류원이 상기 제1증폭기에 수정을 구동하여 발진 출력신호를 제공할 만큼 많은 양의 전류를 공급하도록 상기 가변전류원을 바이어스하는 제1바이어스회로 ; 및 상기 가변전류원에 결합되어 있으며, 상기 슬립모드 동작시에, 상기 가변전류원이 상기 제1증폭기에 수정이 발진을 유지할 수 있을 정도의 적은 양의 전류를 공급하도록 상기 가변전류원을 바이어스하는 제2바이어스회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도는 바람직한 실시예의 개략 회로도로서, 본 발명에 따른 수정발진기 시스템은 수정발진기회로부(10)와, 상기 수정발진기회로부(10)의 출력을 증폭하는 제2증폭기(22)와, 상기 제2증폭기(22) 후단의 구동회로(26)와, 상기 수정발진기회로부(10)와 제2증폭기(22)에 전류를 공급하기 위한 전류원(29)과, 상기 전류원(29)을 바이어스하기 위한 제1바이어스회로부(35) 및 제2바이어스회로부(39)와, 정상모드 또는 슬립모드중 하나를 선택하기 위한 선택부(50)와, 슬립모드시에 외부 시스템에 공급되는 전력을 완전히 차단히기 위한 차단부(27)로 구성된다.
상기 수정발진기회로부(10)는 수정(11)과, 용량성 수정입력판들(12,14)과, 입력이 상기 제1수정입력판(12)에 연결되고 출력이 제2수정입력판(14)에 연결된 제1증폭기(16)와, 궤환저항(18)과 캐패시터(20)로 구성되며 상기 제1증폭기(16)의 출력을 그의 입력에 결합시키는 RC 궤환망으로 구성된다.
상기 전류원(29)은 제1전류원(30), 제2전류원(32) 및 제3전류원(34)으로 구성된다. 상기 제1 내지 제3전류원(30,32,34)은, 제2도에 도시된 바와 같이 CMOS 집적회로에 구현되는 경우, 전류미러(Current Mirror)형태로 결합되어 서로 동일한 크기의 전류를 공급하게 되며, 특히 상기 제1바이어스회로부(35)와 제2바이어스회로부(39)의 온/오프에 따라 전류의 크기가 가변되는 가변전류원이다.
상기 제1바이어스회로부(35)는 상기 제1증폭기(16)를 정상모드에 있도록 바이어스하기 위한 것으로서, 정상모드 바이어스전류원(36)으로 되어 있다.
상기 제2바이어스회로부(39)는 상기 제1증폭기(16)를 슬립모드에 있도록 바이어스하기 위한 것으로서, 슬립모드 블리더 저항(40)으로 되어 있다.
상기 선택부(50)는 선택신호에 따라 정상모드 또는 슬립모드 각각에 대하여 바이어스회로를 선택하기 위한 제2스위칭 트랜지스터(38) 및 제3스위칭 트랜지스터(42)와, 제2도에 도시된 인버터를 포함한다.
상기 차단부(27)는 제1스위칭 트랜지스터(28)로 구성된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 수정발진기에 있어서, 각 구성요소는 다음과 같이 결합된다.
상기 제2증폭기(22)는 입력단이 상기 제1증폭기(16)의 출력에 연결되어 있으며, 출력단은 상기 구동회로(26)에 의해서 발진기 출력단자(24)에 연결되어 있고 제1스위칭 트랜지스터(28)을 통하여 접지전압에 연결되어 있다.
상기 제1전류원(30) 및 제2전류원(32)은 각각 상기 제1증폭기(16) 및 제2증폭기(22)에 결합되어, 상기 증폭기들을 구동하기 위한 전류를 공급한다. 상기 제3전류원(34)은 제2스위칭 트랜지스터(38)을 통하여 정상모드 바이어스전류원(36)에 결합되고 제3스위칭 트랜지스터(42)을 통하여 슬립모드 블리더 저항(40)에 결합된다.
제1스위칭 트랜지스터(28) 및 제3스위칭 트랜지스터(42)의 제어입력들은 슬립모드신호(SL)를 받기 위하여 연결되고 제2스위칭 트랜지스터의 제어입력(38)은 반전된 슬립모드신호(SL*)를 받기 위하여 연결된다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 수정발진기 시스템은 다음과 같이 동작한다.
정상 동작시에, 슬립모드신호(SL)는 로우레벨이고 반전된 슬립모드 제어신호(SL*)는 하이레벨에 있게 되어, 제2증폭기의 출력은 접지전압으로부터 분리되고, 제3전류원(34)은 정상모드 바이어스전류원(36)에 결합되어 큰 정상모드 전류를 유도하도록 바이어스된다.
이때 상기 제3전류원(34)은 상기 제1전류원(30) 및 제2전류원(32)이 많은 양의 전류를 각각 제1증폭기(16) 및 제2증폭기(22)에 공급하도록 바이어스한다. 이러한 큰 전류는 상기 제1증폭기(16) 및 제2증폭기(22)에 의해서 발생된 출력전압들이 충분하게 하이레벨에 있도록 하여, 출력단자(24)에서 발진기 출력신호의 전압스윙이 전형적으로 0에서 5V가 되도록 하게 된다.
슬립모드에서는, 슬립모드신호(SL)은 하이레렐이고 반전된 슬립모드신호(SL*)는 로우레벨에 있게되어, 제2증폭기(22)의 출력은 접지전압에 연결되고 제3전류원(34)은 블리더 저항(40)에 결합되어 있게된다. 이때 매우 작은 양의 전류가 저항(40)을 통하여 흐르게 되고, 전류미러 결합된 전류원(30,32,34)을 통하여 흐르는 전류가 실질적으로 정상모드 레벨 이하로 감소된다. 이 감소된 전류는 수정발진기의 진동을 유지하기에는 충분하지만 제1증폭기(16)의 출력전압 레벨을 낮게 하여, 출력신호의 동작전압 스윙을 유지하기 위하여 요구되는 레벨에는 이르지 못하게 하게 된다. 더우기, 제2증폭기는 그 출력이 접지전압에 결합되기 때문에 동작하지 않게 된다.
슬립모드 동안 전류원(30,32,34)에 의해서 공급된 낮은 레벨의 전류는 수정발진기(10)에 의해서 소모되는 전력을 실질적으로 감소시킨다. 그러나, 수정의 진동이 유지되기 때문에 출력전압은 수 밀리 세컨드내에서 충분히 동작레벨로 되돌아올 수 있다. 그래서 본 발명에 따른 수정발진기 시스템은 슬립모드에서 정상모드로의 스위칭에 의해서 유발되는 지연을 10의 수제곱만큼 감소시킨다.
전형적으로, 디지탈회로는 발진기 출력에 결합되고 출력신호에 의해서 토글된다. 결합된 디지탈회로가 토글될 때마다 전력은 소모된다. 슬립모드 동안 공급된 저전압 출력신호가 이 결합된 회로가 토글되도록 하고 전력을 소모하게 할 수도 있다. 슬립모드 동안 제2증폭기(22)의 출력은 접지전압에 결합되어 있기 때문에 여하한 발진하는 출력신호도 출력단자(24)에 나타나지 않게 되어, 결합된 디지탈회로의 토글링을 막게 된다.
제2도는 제1도에 나타낸 시스템을 CMOS 집적회로상에 구현하기 위한 상세 회로도이다. 동일하거나 대응되는 부분에 대해서는 동일한 부호 또는 번호가 사용되었다. 제1도에 있어서, 궤환 트랜지스터(18), 캐패시터(20), 블리더 저항(40)은 각각 NMOS 트랜지스터들(119,116,131)로써 구현된다. 정상모드 바이어스전류원은 두개의 트랜지스터(36a,36b)로 구성되며, 바이어스전류는 회로의 입력(pb)에 공급된다. 나머지 요소는 일반적인 방법으로 구현된다.
제2도에 나타낸 회로에서, 만약 완전히 발진기를 오프한 후애 안정한 출력신호를 발생하고자 하는 경우에는 몇 밀리 세컨드의 시간이 걸린다. 그러나, 여기에서 사용된 슬립모드를 사용할 경우에는, 회복시간이 수 마이크로 세컨드에 불과하게 된다. 더군다나, 정상동작 동안 전력소모는 약 3밀리 암페어이고 슬립모드에서는 약 50마이크로 암페어이다.
본 발명은 이제까지 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 왔다.
대체와 대안은 통상의 기술을 가진 사람에 의해서 자명하게 될 것이다.
예를들면, 제1도에 나타낸 다양한 기능적인 요소들은 여러가지의 일상적인 구조로 실현될지도 모른다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에 의해서 부여되는 것 의에는 발명을 제한하지 않을 것이다.

Claims (3)

  1. 발진 출력신호를 공급하기 위해 수정을 포함하는 수정발진기 시스템에 있어서, 상기 수정을 구동하고 발진기 출력신호를 제공하는 제1증폭기, 상기 제1증폭기에 전류를 공급하는 가변전류원 ; 정상모드와 슬립모드중 하나를 선택하기 위한 선택부 ; 상기 가변전류원에 결합되어 있으며, 상기 정상모드 동작시에, 상기 가변전류원이 상기 제1증폭기에 수정을 구동하여 발진 출력신호를 제공할 만큼 많은 양의 전튜를 공급하도록 상기 가변전류원을 바이어스하는 제1바이어스회로 ; 및 상기 가변전류원에 결합되어 있으며, 상기 슬립모드 동작시에, 상기 가변전류원이 상기 제1증폭기에 수정이 발진을 유지할 수 있을 정도의 적은 양의 전류를 공급하도록 상기 가변전류원을 바이어스하는 제2바이어스회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 수정발진기 시스템.
  2. 수정과, 입력단과 출력단이 상기 수정에 결합되어 출력전압이 상기 수정을 구동하는 증폭기를 포함하는 발진기회로를 구비하여, 외부 시스템에 의해 요구되는 발진 출력신호를 발생하는 수정발진기 시스템에 있어서, 상기 증폭기에 결합되어 있으며, 요구되는 발진신호를 발생하도록 증폭기를 바이어스하기 위하여 증폭기에 정상모드 전류레벨을 공급하기 위찬 정상모드 전류공급수단 ; 상기 증폭기에 결합되어 있으며, 수정에서 발진을 유지하기에 충분한 레벨로 증폭기를 바이어스하기 위하여 실질적으로 상기 정상모드 레벨보다 적은 슬립모드 전류레벨을 공급하기 위한 슬립모드 전류공급수단 ; 및 외부 제어신호에 응답하여 발진 출력신호가 요구될 때에는 정상모드 전류공급수단을 선택하고, 발진신호가 요구되지 않을 때에는 슬립모드 전류공급수단을 선택하기 위한 선택수단을 구비하여, 발진 출력신호가 요구되지 않을 때에는 전력을 보존하기 위한 슬립모드를 실현하고, 발진 출력신호가 다시 요구될 때에는 슬립모드로부터 재빨리 회복하는 것을 특징으로 하는 수정발진기 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 슬립모드 동안 외부 시스템에 발진 출력신호가 공급되는 것을 차단하기 위한 차단수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수정발진기 시스템.
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