디지털 ＤＣ 옵셋 보정 방법 및 장치{Method and Device for Digitally Correcting DC Offset}
본 발명은 이산-시간 증폭기 및 필터에서 원하는 출력 DC 옵셋 값을 얻기 위한 디지털 DC 옵셋 보정 회로에 관한 것으로, 공정의 PVT 변화에도 불구하고 일정한 출력 DC 옵셋 값을 갖게 함으로써 안정적인 회로의 동작을 가능하게 하는 디지털 DC 옵셋 보정 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2008-F-008-01, 과제명:차세대 무선 융합 단말용 Advanced Digital RF 기술 개발]
최근에 RF 신호를 전통적인 아날로그 신호 처리 방식이 아닌 이산 시간 영역에서 처리하는 아날로그 이산-시간 신호 처리 기술이 주목을 받고 있다. 이러한 방식에서는 고속의 클록을 이용하여 샘플링된 신호를 스위치 및 커패시터의 조합을 이용하여 처리한다. 아날로그 이산-시간 신호 처리 기술의 장점은 클록 신호 및 커패시터의 조합을 재구성하여 신호의 입출력 응답 특성을 쉽게 조정할 수 있고 현대의 발달된 딥 서브 미크론(Deep-Submicron) 공정에 적합하다는 것이다. 반면에 수 동 소자를 주로 사용하기 때문에 신호의 감소가 일어나는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 미국공개특허 제2005-0275026호에서는 도 1에서와 같이, MOSFET이 반전되었을 때(a)와 그렇지 않을 때(b)의 정전 용량(Capacitance)의 차이를 이용하여 신호를 증폭시키는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 이러한 방식은 원하는 소신호뿐만 아니라 DC 옵셋까지도 같이 증폭시킴으로써 사용할 수 있는 출력 신호의 범위를 제한하는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일본공개특허 제2008-099225호는 도 2에 도시된 바와 같이, 두 종류의 커패시터를 사용함으로써 소신호만 증폭시키고 입력 DC 옵셋은 제거하는 기술을 제시하고 있다. 그러나 이러한 기술 또한, 종래의 기술보다는 DC 옵셋을 현저하게 줄여 주지만, 두 종류의 커패시터의 특성이 일치하지 않으면 출력 DC 옵셋이 변하는 단점을 갖고 있고, 다음 단의 부하 커패시터의 크기에 따라서도 출력 DC 옵셋이 변하는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이산-시간 증폭기 및 필터에서 출력 DC 옵셋을 공정의 PVT 변화에 관계없이 원하는 값으로 설정할 수 있게 하는 디지털 DC 옵셋 보정 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력 코드 값에 따라 부하 커패시터를 충전하여 상기 부하 커패시터의 초기 전압 값을 생성하는 디지털-아날로그 변환기; 이산-시간 증폭기 및 필터와 상기 부하 커패시터를 연결하여 상기 초기 전압 값에 따른 상기 이산-시간 증폭기 및 필터의 출력 DC 옵셋 값과 기설정된 출력 DC 옵셋 값을 비교하는 비교기; 및 상기 비교기의 결과에 따라 상기 디지털-아날로그 변환기의 입력 코드 값을 변경하는 제어기를 포함하는 디지털 DC 옵셋 보정 장치를 제공한다. 본 발명은, 디지털-아날로그 변환기의 입력 코드 값에 따라 부하 커패시터를 충전하고, 상기 부하 커패시터의 초기 전압 값을 생성하는 단계; 및 이산-시간 증폭기 및 필터와 상기 부하 커패시터를 연결하여 상기 초기 전압 값에 따른 상기 이산-시간 증폭기 및 필터의 출력 DC 옵셋 값과 기설정된 출력 DC 옵셋 값을 비교하여 상기 디지털-아날로그 변환기의 입력 코드 값을 변경하는 단계를 포함하는 디지털 DC 옵셋 보정 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 디지털-아날로그 변환기의 입력 코드 값을 변경하여 이산-시간 증폭기 및 필터의 출력 DC 옵셋 값을 일정하게 유지하는 디지털 DC 옵셋 보정 방법 및 장치를 제공함으로써, 이산-시간 증폭기 및 필터를 여러 단 연결하여 구성할 수 있고, 이로 인해 회로의 선형성을 향상시킬 수 있으며, 안정적인 동작을 가능하게 하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명에 따른 이산 시간 증폭기 및 필터의 출력 DC 옵셋 값은 부하 커패시터의 초기 전하량에 의해서 조정이 가능하고, 부하 커패시터(CB)의 초기 전압 값을 바꿔가며 원하는 출력 DC 옵셋 값을 얻을 수 있다. 부하 커패시터(CB)의 초기 전압 값은 디지털-아날로그 변환기(Digital-Analog Converter: 이하, 'DAC'라 칭함)를 이용하여 생성하며 출력 DC 옵셋 값의 정확도에 따라 DAC의 비트 수를 결정할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 DC 옵셋 보정 장치를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 디지털 DC 옵셋 보정 장치(300)는 DAC(310), 비교기(320) 및 제어기(330) 등을 포함한다. DAC(310)와 부하 커패시터(CB)를 연결하여(제1 스위치(Φ1) 오프, 제2 스위치(Φ2) 온), DAC(310)는 입력 코드 값(W)에 따라 부하 커패시터(CB)를 충전하고 부하 커패시터(CB)의 초기 전압 값을 생성한다. 이와 동시에 이산-시간 증폭기 및 필터(340)에 원하는 입력 DC 옵셋 값(Vic)을 인가한다. 부하 커패시터(CB)의 초기 전압 값을 생성한 후, DAC(310)와 부하 커패시터(CB)를 분리하고(제2 스위치(Φ2) 오프), 이산-시간 증폭기 및 필터(340)에 부하 커패시터(CB)를 연결하여(제1 스위치(Φ1) 온), 비교기(320)는 초기 전압 값에 따른 이산-시간 증폭기 및 필터(340)의 출력 DC 옵셋 값과 기설정된 출력 DC 옵셋 값(Voc)을 비교한다. 제어기(330)는 DAC(310)의 입력 코드 값을 설정하고(즉, 입력 코드 값의 최상위 비트 값을 "1"로 설정, 최상위 비트를 제외한 나머지 비트 값을 "0"으로 설정), 비교기(320)의 결과에 따라 설정된 입력 코드 값을 변경한다. 자세하게는, 제어기(330)는 출력 DC 옵셋 값이 기설정된 출력 DC 옵셋 값보다 작은 경우 최상위 비트 값인 "1"을 유지하고, 출력 DC 옵셋 값이 기설정된 출력 DC 옵셋 값보다 큰 경우 최상위 비트 값을 "0"으로 변경함으로써, 출력 DC 옵셋 값이 기설정된 출력 DC 옵셋 값에 가까워지도록 한다. 이와 같은 방식으로 제어기(330)는 입력 코드의 최상위 비트부터 최하위 비트까지 각 비트 값을 순차적으로 변경한다. 이에 대한 설명은 도 4에서 후술하기로 한다. 제어기(330)는 이산-시간 증폭기 및 필터(340)의 전원이 들어왔을 때 출력 DC 옵셋 값을 보정할 수도 있고, 정해진 시간마다 주기적으로 출력 DC 옵셋 값을 보정할 수도 있다. 또한, 제어기(330)는 이산-시간 증폭기 및 필터의 구성이 변경되거나 전압, 온도 등의 동작 환경에 변화가 있을 때 출력 DC 옵셋 값을 보정할 수도 있다. 또한, 디지털 DC 옵셋 보정 장치(300)는 미리 계산된 DAC(310)의 입력 코드 값을 저장하는 레지스터(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 한편, 보다 정확한 DC 옵셋 보정이 필요할 경우 DAC(310)의 비트 수가 늘어나야 하는데, 이럴 경우 보정 작업에 오랜 시간이 걸릴 수 있으므로 시간 단축을 위해, 디지털 DC 옵셋 보정 장치(300)는 이산-시간 증폭기 및 필터(340)의 상이한 구성에 따라 DAC(310)의 입력 코드 값들을 미리 계산하여 별도의 레지스터(미도시)에 저장할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디지털 DC 옵셋 보정 장치(300)는 이산-시간 증폭기 및 필터(340)의 구성이 바뀌었을 때 별도의 보정 과정 없이 바로 원하는 출력 DC 옵셋 값을 얻을 수 있다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 DC 옵셋 보정 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 4를 참조하며, 제어기(330)는 N-비트 DAC(310)의 입력 코드 값(W)을 설정한다(S410, S420). 자세하게는, 제어기(330)는 입력 코드의 전체 비트 값(W[i], i=0, 1, 2, ..., N-1)을 "0"으로 설정한 후(S410), 입력 코드의 최상위 비트 값(W[N-1])을 "1"로 설정한다(S420), 여기서, N은 입력 코드의 총 비트 수를 나타 낸다. 즉, 제어기(330)는 입력 코드의 최상위 비트 값을 "1"로 설정하고, 최상위 비트를 제외한 나머지 비트 값을 "0"으로 설정한다. DAC(310)와 부하 커패시터(CB)를 연결하여(제1 스위치(Φ1) 오프, 제2 스위치(Φ2) 온), DAC(310)는 입력 코드 값에 따라 부하 커패시터(CB)를 충전하여 부하 커패시터(CB)의 초기 전압 값을 생성한다(S430). 이와 동시에 이산-시간 증폭기 및 필터(340)에 원하는 입력 DC 옵셋 값(Vic)을 인가한다. 부하 커패시터(CB)의 초기 전압 값을 생성한 후, DAC(310)와 부하 커패시터(CB)를 분리하고(제2 스위치(Φ2) 오프), 이산-시간 증폭기 및 필터(340)에 부하 커패시터(CB)를 연결하여(제1 스위치(Φ1) 온), 비교기(320)는 초기 전압 값에 따른 이산-시간 증폭기 및 필터(340)의 출력 DC 옵셋 값과 원하는 출력 DC 옵셋 값 즉, 기설정된 출력 DC 옵셋 값(Voc)을 비교한다. 자세하게는, 비교기(320)는 출력 DC 옵셋 값이 기설정된 출력 DC 옵셋 값보다 큰지 여부를 판단한다(S440). 본 발명에서 이산-시간 증폭기 및 필터(340)의 출력 DC 옵셋 값은 부하 커패시터(CB)의 초기 전하량에 의해 조정 가능하기 때문에 부하 커패시터(CB)의 초기 전압을 바꿔서 원하는 출력 DC 옵셋 값을 얻을 수 있다. 이어서, 제어기(330)는 출력 DC 옵셋 값이 기설정된 출력 DC 옵셋 값보다 큰 경우, 입력 코드의 최상위 비트 값(W[k]) "1"을 "0"으로 바꾸고(S450), 출력 DC 옵셋 값이 기설정된 출력 DC 옵셋 값보다 작은 경우, 입력 코드의 최상위 비트 값(W[k]) "1"을 그대로 유지한다. 한편, 단계 S420에서 입력 코드의 최상위 비트 값(W[k])이 이미 "1"로 설정 되어 있고, 비교 결과가 "예"이면 입력 코드의 최상위 비트 값(W[k])을 "0"으로 바꾸지만, 비교 결과가 "아니오"이면 단계 S450을 수행할 필요가 없으므로 단계 S460으로 진행하게 된다. 이어서, 제어기(330)는 최상위 비트의 다음 비트 값을 결정하기 위해 인덱스 값(k)에서 1을 빼고(S460), 인덱스 값(k)이 음수인지 여부를 판단한다(S470). 단계 S470에서 인덱스 값(k)이 음수가 아닌 경우, 출력 DC 옵셋 값이 상기 기설정된 출력 DC 옵셋 값에 가까워질 때까지 입력 코드의 최상위 비트부터 최하위 비트까지 각 비트 값을 순차적으로 바꿔가며 단계 S420에서 단계 S470을 반복 수행하게 된다. 예를 들면, 입력 코드 값이 "abcde"인 경우, 출력 DC 옵셋 값과 기설정된 출력 DC 옵셋 값을 비교하여 최상위 비트인 a의 비트 값을 결정하고, 단계 S420 내지 단계 S470 절차를 반복 수행하여 b, c, d, e의 비트 값을 순차적으로 결정하게 된다. 즉, 출력 DC 옵셋 값이 기설정된 출력 DC 옵셋 값보다 큰 경우 입력 코드 값은 "0bcde"가 되고, a의 다음 비트인 b에 대하여 출력 DC 옵셋 값이 기설정된 출력 DC 옵셋 값보다 큰 경우 입력 코드 값은 "00cde"가 되며, b의 다음 비트인 c에 대하여 출력 DC 옵셋 값이 기설정된 출력 DC 옵셋 값보다 작은 경우 입력 코드 값은 "001de"가 된다. 이러한 과정을 통해, 이산-시간 증폭기 및 필터(340)의 출력 DC 옵셋 값이 우리가 원하는 값(VoC)이 되도록 하는 DAC(310)의 입력 코드의 각 비트 값을 이진 검색(Binary Search) 방식으로 최상위 비트부터 최하위 비트까지 순차적으로 결정하게 된다. 단계 S470에서 인덱스 값(k)이 음수가 되면, DAC(310)의 입력 코드의 모든 비트 값이 결정되었으므로, 제어기(330)는 최종적으로 결정된 입력 코드 값을 별도의 레지스터에 저장한다(S480). 따라서, 본 발명에 따른 디지털 DC 옵셋 보정 장치(300)는 이산-시간 증폭기 및 필터(340)의 구성이 바뀌었을 때 별도의 레지스터에 저장된 입력 코드 값을 사용하여 보정 과정 없이 바로 원하는 출력 DC 옵셋 값을 얻을 수 있다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전 용량의 차이를 이용한 신호 증폭 방법을 보여주기 위한 도면, 도 2는 종래 기술에 따른 두 개의 커패시터를 이용한 DC 옵셋 제거 방법을 보여주기 위한 도면, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 DC 옵셋 보정 장치를 나타낸 도면, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 DC 옵셋 보정 방법을 나타낸 흐름도이다. < 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 > 310: 디지털-아날로그 변환기 320: 비교기 330: 제어기 340: 이산-시간 증폭기 및 필터 |
