반도체 장치의 오프셋 보정 회로

반도체 장치의 오프셋 보정 회로{OFFSET COMPENSATION CIRCUIT OF SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 장치(semiconductor device)에 관한 것으로서, 구체적으로는 지엠-씨 필터의 오프셋을 보상하는 오프셋 보정 회로(offset compensation circuit)에 관한 것이다.

차동(differential) 출력을 가지는 지엠-씨 필터(gm-c filter)는 주로 반도체 장치(IC)내에서 필요한 신호를 필터링하는데 사용되고 그리고, 필터를 구성하는 각 소자들의 미스 매치(miss match)에 의해 양의 출력과 음의 출력 사이에 DC 오프셋이 발생되며, 그 양은 수 mV(milli voltage)에서 수십 mV에 이른다. 이는 곧 회로의 특성을 악화시키는 요인이 되기 때문에, DC 오프셋을 보상해야만 한다.

DC 오프셋을 보상하기 위한 방법 중 가장 확실한 방법은 필터의 출력을 다음 단의 회로에서 커패시터를 이용하여 커플링하면 DC 오프셋을 보상할 수 있다. 그러나, 입력되는 신호의 주파수 대역이 수 KHz(kilo herze)의 저주파 대역일 경우에는 커플링 커패시터를 칩 내부에 장착하기에는 커패시터의 용량이 너무 크기 때문에, 커패시터를 외부에 연결해야 하는 단점이 있다.

다른 하나의 DC 오프셋 보정 방법은 비교기를 사용하여 필터 출력 신호의 레벨을 공통 레벨(common level)과 비교하여 디지털 신호(digital signal)로 만든다. 그 후에 디지털 신호의 로직 하이(logic high) 및 로직 로우(logic low)를 평균하여 필터의 출력 값을 산출한 다음, 이를 기준으로 오프셋을 보상하는 방법이 있다. 이 방법은 필터의 정상 동작 중에도 필터의 DC 오프셋을 보상할 수 있고, 다른 제한 조건 없이 칩(chip) 내에 구현이 가능하고 그리고 온도나 습도 등의 외부 조건에 의해 필터의 DC 특성이 변화되어도 DC 오프셋을 보상해 줄 수 있다. 그러나, 이 방법을 구현하기 위해서는 시스템이 복잡해지고, 필터의 동작 중에도 항상 DC 오프셋을 보상하기 때문에, 오프셋 보정 회로에 의해 노이즈(noise) 특성의 악화와 전류 소모가 증가되는 문제점이 발생된다.

따라서 본 발명의 목적은 전류 소모의 증가 및 노이즈 특성의 악화없이 필터의 DC 오프셋을 보상할 수 있는 오프셋 보정 회로를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 오프셋 보정 회로의 블록도 및;

도 2a 내지 도 2b는 도 1의 오프셋 보정 회로의 동작을 보여주는 동작 파형도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

100 : GM-C 필터200 : 프로그램어블 앰프

310 : 스위치 회로320 : 비교기

330 : 카운터340 : 클럭 발생기

350 : 조합 회로360 : 디지털-아날로그 변환기

370 : GM 셀

(구성)

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일특징에 의하면, 반도체 장치는 제 1 입력 신호와 상기 제 1 입력 신호와 상보적인 제 2 입력 신호를 받아들여서 상기 제 1 및 제 2 입력 신호들을 필터링한 제 1 및 제 2 출력 신호들을 출력하는 필터와; 전원이 인가된 후의 오프셋 보정 동작 동안에, 비교 신호에 응답해서 상기 필터로부터의 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들을 정상 동작시보다 높은 소정의 증폭율로 증폭한 제 1 및 제 2 증폭 신호들을 츨력하는 프로그램어블 앰프 및; 상기 오프셋 보정 동작 동안에, 상기 비교 신호를 상기 프로그램어블 앰프로 공급하고, 외부로부터의 기준 클럭 및 파워 온 리셋 신호에 응답해서 상기 프로그램어블 앰프로부터의 상기 제 1 및 제 2 증폭 신호들에 포함된 DC 오프셋 전압들을 보상하기 위한 제 1 및 제 2 오프셋 보정 전류들을 상기 필터로 출력하고 그리고 오프셋 보정 동작이 종료된 후, 상기 필터 및 상기 프로그램 앰프가 정상 동작될 때, 디스에이블되는 오프셋 보정 회로를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 오프셋 보정 회로는 상기 오프셋 보정 동작 동안에, 상기 비교 신호에 응답해서 상기 필터의 두 입력 단자들로 전원 전압을 전달하고 그리고 상기 오프셋 보정 동작이 종료되면, 상기 제 1 및 제 2 입력 신호들을 상기 필터의 입력 단자들로 전달하는 스위치 회로와, 상기 기준 클럭 및 상기 파워 온 리셋 신호에 응답해서 상기 파워 온 리셋 신호가 활성화될 때, 소정의 주기를 가지는 클럭 신호 및 리셋 신호를 출력하는 클럭 발생기와, 상기 클럭 발생기로부터의 상기 리셋 신호에 응답해서 상기 프로그램어블 앰프로부터의 상기 제 1 및 제 2 증폭 신호들을 비교하여 비교 결과로서 비교 신호를 출력하는 비교기와, 상기 클럭 신호 및 상기 비교 신호를 조합한 조합 신호를 출력하는 조합 회로와, 상기 비교 신호 및 상기 리셋 신호� �� 응답해서 상기 조합 신호를 카운팅한 복수 비트의 카운트 신호들을 출력하는 카운터와, 상기 카운터로부터의 상기 카운트 신호들을 제 1 및 제 2 아날로그 전압들로 변환하여 출력하는 디지털-아날로그 변환기 및, 상기 디지털-아날로그 변환기로부터의 상기 제 1 및 제 2 아날로그 전압들을 상기 제 1 및 제 2 오프셋 전류들로 변환하는 전압-전류 변환 수단을 포함한다.

(작용)

이와 같은 장치에 의해서, 전원이 인가된 후의 오프셋 보정 동작 동안에, 필터에서 발생되는 DC 오프셋을 보정하고 그리고 필터의 DC 오프셋이 보정된 후, 자동적으로 디스에이블됨으로써, 필터의 오프셋 보정 동작 동안에 발생되는 노이즈 및 전류 소모의 증가 없이 필터의 DC 오프셋을 정밀하게 보상할 수 있다.

(실시예)

이하 본 발명의 실시예에 따른 참조도면 도 1 내지 도 2c에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 신규한 반도체 장치는 필터(100), 프로그램어블 앰프(200) 및 오프셋 보정 회로(300)를 포함한다. 상기 필터(100)는 외부로부터 입력되는 제 1 및 제 2 입력 신호들(VINP, VINN)을 필터링한 제 1 및 제 2 출력 신호들을 출력 단자들(IOUTP, IOUTN)을 통해 출력한다. 상기 프로그램어블 앰프(200)는 전원이 인가된 후 오프셋 보정 동작 동안에, 상기 오프셋 보정 회로(300)로부터의 비교 신호(COMP)에 응답해서 상기 필터(100)로부터의 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들을 정상 동작시의 증폭율보다 높은 소정의 증폭율로 증폭한 제 1 및 제 2 증폭 신호들(VOUTP, VOUTN)을 출력한다.

상기 오프셋 보정 회로(300)는 스위치 회로(310), 비교기(320), 카운터(330), 클럭 발생기(340), 조합 회로(350), 디지털-아날로그 변환기(360) 및 지엠-셀(370)을 포함하며, 전원(POWER)이 인가된 후, 상기 프로그램어블 앰프(200)의 증폭율을 높이기 위한 비교 신호(COMP)를 출력하고, 오프셋 보정 동작 동안에, 상기 필터(100)에서 발생된 DC 오프셋 전압들을 보상하는 제 1 및 제 2 오프셋 보정 전류들을 상기 필터(100)의 출력 단자들(IOUTP, IOUTN)로 공급하고 그리고 상기 오프셋 보정 동작이 종료된 후, 디스에이블된다. 이로써, 전원이 인가된 후, 오프셋 보정 동작 동안에, 상기 오프셋 보정 회로(300)에서 상기 필터(100)의 출력 단자들에 발생되는 DC 오프셋 전압을 오프셋 허용 범위 내로 줄인다. 그리고, DC 오프셋 전압이 허용 범위 내로 줄어든 다음, 상기 오프셋 보정 회로(300)의 상기 비교기(320), 상기 카운터(330), 상기 클럭 발생기(340) 및 상기 조합 회로(350)가 디스에이블됨으로써, 오프셋 보정 동작에 의해 발생되는 노이즈 및 전류 소모를 방지할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 장치는 지엠-씨 필터(100), 프로그램어블 앰프(200) 및 오프셋 보정 회로(300)를 포함한다. 상기 지엠-씨 필터(100)는 외부로부터 입력되는 제 1 및 제 2 입력 신호들(VINP, VINN)을 필터링한 제 1 및 제 2 출력 신호들을 출력 단자들(IOUTP, IOUTN)을 통해 출력한다. 상기 프로그램어블 앰프(200)는 전원(POWER)이 인가된 후 오프셋 보정 동작 동안에, 상기 오프셋 보정 회로(300)로부터의 비교 신호(COMP)에 응답해서 상기 지엠-씨 필터(100)로부터의 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들을 정상 동작시의 증폭율보다 높은 소정의 증폭율로 증폭한 제 1 및 제 2 증폭 신호들(VOUTP, VOUTN)을 출력한다. 상기 오프셋 보정 회로(300)는 스위치 회로(310), 비교기(320), 카운터(330), 클럭 발생기(340), 조합 회로(350), 디지털-아날로그 변환기(360) 및 지엠-셀(370)을 포함한다.

상기 스위치 회로(310)는 전원(POWER)이 인가된 후, 오프셋 보정 동작 동안에, 상기 비교기(320)로부터의 비교 신호의 제어에 의해 상기 지엠-씨 필터(100)의 두 입력 단자들을 쇼트(short)시켜서 전원 전압(VCM)을 전달하고 그리고 오프셋 보정 동작이 종료되면, 외부로부터의 제 1 및 제 2 입력 신호들(VINP, VINN)을 상기 지엠-씨 필터(100)로 전달한다. 상기 비교기(320)는 전원(POWER)이 인가되면, 논리 하이 레벨의 비교 신호(COMP)를 출력하고 그리고 상기 오프셋 보정 동작 동안에, 상기 클럭 발생기(340)로부터의 리셋 신호(RST)에 응답해서 상기 프로그램어블 앰프(200)로부터의 상기 제 1 및 제 2 증폭 신호들(VOUTP, VOUTN)을 비교한 논리 로우 레벨의 비교 신호(COMP)를 출력한다.

상기 카운터(330)는 전원이 인가된 후, 상기 비교기(320)로부터의 논리 하이 레벨의 상기 비교 신호(COMP)에 응답해서 초기 카운트 값을 가지는 복수 비트의 카운트 신호들(COUNT0, COUNT1, ..., COUNTn)을 출력하고 그리고 상기 오프셋 보정 동작 동안에, 상기 리셋 신호(RST) 및 상기 비교 신호(COMP)에 응답해서 상기 조합 회로(350)로부터의 조합 신호(COMB)를 카운트한 상기 카운트 신호들(COUNT0, COUNT1, ..., COUNTn)을 출력한다.

상기 클럭 발생기(340)는 외부로부터의 기준 클럭(RCLK) 및 파워 온 리셋 신호(PORST)에 응답해서 소정의 주기를 가지는 클럭 신호(CLK) 및 상기 리셋 신호(RST)를 발생한다. 상기 조합 회로(350)는 상기 클럭 발생기(340)로부터의 상기 클럭 신호(CLK)와 상기 비교기(320)로부터의 상기 비교 신호(COMP)를 조합한 상기 조합 신호(COMB)를 출력한다. 상기 디지털-아날로그 변환기(360)는 상기 카운터(330)로부터의 상기 카운트 신호들(COUNT0, COUNT1, ..., COUNTn)을 제 1 및 제 2 아날로그 전압들(OCV1, OCV2)로 변환하여 출력한다. 상기 지엠-셀(370)은 상기 디지털-아날로그 변환기(360)로부터의 상기 제 1 및 제 2 아날로그 전압들(OCV1, OCV2)을 제 1 및 제 2 오프셋 보정 전류들(OCI1, OCI2)로 변환하여 상기 지엠-씨 필터(100)의 출력 단자들로 공급한다.

이하 도 1 내지 도 2c를 참조하여, 본 발명에 따른 오프셋 보정 회로의 동작이 설명된다.

도 1 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명에 따른 오프셋 보정 회로에서 주목할만한 것은 오프셋 보정 회로(300)가 전원(POWER)이 인가된 후의 오프셋 보정 동작 동안에, 상기 지엠-씨 필터(100)의 출력 단자들로 제 1 및 제 2 오프셋 보정 전류들(OCI1, OCI2)을 공급하여 지엠-씨 필터(100)의 출력 단자들(IOUTP, IOUTN)에 발생된 DC 오프셋 전압들을 보상하고 그리고 오프셋 보정 동작이 종료된 후, 디스에이블됨으로써, 오프셋 보정 동작에 의해 발생되는 노이즈 및 전류 소모를 방지한다는 점이다.

도 1의 지엠-씨 필터(100)는 상기한 바와 같이, 큰 DC 오프셋 전압을 가지는 제 1 및 제 2 출력 신호들을 출력 단자들(IOUTP, IOUTN)을 통해 출력한다. 이를 보상하기 위한 오프셋 보정 동작은 전원(POWER)이 인가된 후, 상기 지엠-씨 필터(100) 및 상기 프로그램어블 앰프(200)가 정상 동작되기 이전에 수행된다. 전원(POWER)이 인가된 후, 전원(POWER)이 정상 전압(VCM)에 이르기 전에, 상기 오프셋 보정 회로(300)의 상기 스위치 회로(310)는 상기 지엠-씨 필터(100)의 입력 단자들을 쇼트시켜서 전원 전압(VCM)을 상기 지엠-씨 필터(100)로 공급하고 그리고 상기 비교기(320)는 논리 로우 레벨의 상기 리셋 신호(RST)의 제어에 의해 논리 하이 레벨의 상기 비교 신호(COMP)를 출력한다. 상기 비교 신호(COMP)는 상기 비교기(320) 및 상기 카운터(330)의 인에이블 신호(enable signal)로서 사용되고 그리고 상기 프로그램어블 앰프(200)의 증폭율을 높이는 역할을 한다.

이때, 상기 카운터(330)는 상기 비교 신호(COMP) 및 상기 리셋 신호(RST)의 제어에 의해 초기값(예를 들어, 00 ... 00)을 가지는 복수 비트의 상기 카운트 신호들(COUNT0, COUNT1, ..., COUNTn)을 상기 디지털-아날로그 변환기(360)로 출력한다. 그리고 상기 디지털-아날로그 변환기(360)는 상기 카운터(330)로부터의 상기 카운트 신호들(COUNT0, COUNT1, ..., COUNTn)을 제 1 및 제 2 아날로그 전압들(OCV1, OCV2)로 변환하여 상기 지엠-셀(370)로 공급한다. 이때, 상기 제 1 아날로그 전압(OCV1)은 도 2b와 같이 'VCM+Vmax'(여기서, VCM은 상기 지엠-씨 필터(100)의 동작 전압을 의미하고 그리고 Vmax는 오프셋 보정 회로가 보상할 수 있는 오프셋 최대 전압 값을 나타냄)의 전압 레벨을 가지고 그리고 상기 제 2 아날로그 전압(OCV2)은 'VCM-Vmax'의 전압 레벨을 가진다. 상기 지엠-셀(370)은 상기 제 1 및 제 2 아날로그 전압들(OCV1, OCV2)을 제 1 및 제 2 오프셋 보정 전류들(OCI1, OCI2)로 변환하여 상기 지엠-씨 필터(100)의 대응되는 출력 단자들(IOUTP, IOUTN)로 공급한다.

전원(POWER)이 전원 전압(VCM)에 이르면, 상기 스위치 회로(310)로부터 상기 전원 전압(VCM)이 상기 지엠-씨 필터(100)로 공급되어 상기 지엠-씨 필터(100)는 상기 DC 오프셋 전압을 포함하는 제 1 및 제 2 출력 신호들을 상기 출력 단자들(IOUTP, IOUTN)을 통해 출력한다. 상기 프로그램어블 앰프(200)는 상기 지엠-씨 필터(100)로부터의 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들을 받아들이고, 상기 오프셋 보정 회로(300)의 상기 비교기(320)로부터의 상기 비교 신호(COMP)에 응답해서 정상 동작시의 증폭율보다 높은 소정의 증폭율로 상기 제 1 및 제 2 출력 신호들을 증폭한 제 1 및 제 2 증폭 신호들(VOUTP, VOUTN)을 출력한다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 오프셋 보정 전류들(OCI1, OCI2)에 의해 상기 제 1 증폭 신호(VOUTP)의 전압 레벨은 상기 제 2 증폭 신호(VOUTN)의 전압 레벨보다 상기 오프셋 보정 회로(300)에서 보상할 수 있는 범위 내에서 최대로 높게 설정된다.

이때, 전원(POWER)이 전원 전압(VCM)에 이르면, 상기 오프셋 보정 회로(300)의 상기 클럭 신호 발생기(340)는 외부로부터의 상기 기준 클럭(RCLK) 및 논리 하이 레벨의 상기 파워 온 리셋 신호(PORST)에 응답해서 도 2a와 같이 논리 하이 레벨의 상기 리셋 신호(RST) 및 상기 클럭 신호(CLK)를 출력한다. 상기 비교기(320)는 논리 하이 레벨의 상기 비교 신호(COMP) 및 상기 클럭 발생기(340)로부터의 논리 하이 레벨의 상기 리셋 신호(RST)에 응답해서 상기 프로그램어블 앰프(200)로부터의 상기 제 1 및 제 2 증폭 신호들(VOUTP, VOUTN)을 비교하여 비교 결과로서, 논리 하이 레벨의 상기 비교 신호(COMP)를 출력한다.

상기 조합 회로(350)는 상기 비교기(320)로부터의 상기 비교 신호(COMP) 및 상기 클럭 발생기(340)로부터의 상기 클럭 신호(CLK)를 조합한 상기 조합 신호(COMB)를 출력한다. 이때, 상기 카운터(330)는 논리 하이 레벨의 상기 비교 신호(COMP) 및 상기 리셋 신호(RST)에 응답해서 상기 조합 신호(COMB)를 카운팅한 상기 카운트 신호들(COUNT0, COUNT1, ..., COUNTn)을 도 2a와 같이 순차적으로 출력한다. 상기 디지털-아날로그 변환기(360)는 상기 카운터(330)로부터의 상기 카운트 신호들(COUNT0, COUNT1, ..., COUNTn)을 상기 제 1 및 제 2 아날로그 전압들(OCV1, OCV2)로 변환하여 출력한다. 상기 제 1 및 제 2 아날로그 전압들(OCV1, OCV2)은 도 2b와 같이, 상기 카운터(330)가 카운트 동작을 수행할 때마다 전원 전압(VCM) 레벨에 근접한다. 상기 지엠-셀(370)은 상기 제 1 및 제 2 아날로그 전압들(OCV1, OCV2)을 상기 제 1 및 제 2 오프셋 보정 전류들(OCI1, OCI2)로 변환하여 출력한다.

만약, 상기 제 1 및 제 2 아날로그 전압들(OCV1, OCV2)이 전원 전압(VCM)에 일치될 때까지 상기 지엠-씨 필터(100)의 DC 오프셋 전압이 보상되지 않으면, 상기 제 2 아날로그 전압(OCV2) 레벨이 상기 제 1 아날로그 전압(OCV1) 레벨보다 높아진다. 이러한 오프셋 보정 동작이 상기한 바와 같이 계속 진행되어 상기 지엠-씨 필터(100)로부터의 상기 제 2 출력 단자(IOUTN)의 전압 레벨이 상기 제 1 출력 단자(IOUTP)의 전압 레벨보다 높아지면, 상기 프로그램어블 앰프(200)로부터의 상기 제 2 증폭 신호(VOUTN) 레벨이 상기 제 1 증폭 신호(VOUTN) 레벨보다 높아진다. 상기 비교기(320)는 상기 프로그램어블 앰프(200)로부터의 상기 제 2 증폭 신호(VOUTN)와 상기 제 2 증폭 신호(VOUTN)보다 낮은 전압 레벨을 가지는 상기 제 1 증폭 신호(VOUTN)를 비교하여 논리 로우 레벨의 상기 비교 신호(COMP)를 출력한다.

상기 비교 신호(COMP)가 논리 하이 레벨에서 논리 로우 레벨로 천이되면, 상기 비교기(320), 상기 카운터(330), 상기 클럭 발생기(340) 및 상기 조합 회로(350)가 상기 비교 신호(COMP)의 제어에 의해 디스에이블된다. 그리고 상기 스위치 회로(310)는 외부로부터의 상기 제 1 및 제 2 입력 신호들(VINP, VINN)을 상기 지엠-씨 필터(100)로 전달한다. 이때 상기 카운터(330)는 상기 비교 신호(COMP)가 논리 로우 레벨로 천이되기 이전의 카운트 값을 유지한다. 그리고, 상기 프로그램어블 앰프(200)의 증폭율은 상기 비교 신호(COMP)가 로우 레벨로 천이됨에 따라 정상 동작 동안의 증폭율로 조절된다. 이로써, 도 2c와 같이, 상기 지엠-씨 필터(100)의 출력 단자들에 발생된 DC 오프셋 전압은 상기 프로그램어블 앰프(200)의 증폭율이 작아짐으로 인해서 도 2c와 같이 더욱 작아진다.

이로써, 전원이 인가된 후의 오프셋 보정 동작 동안에, 지엠-씨 필터에서 발생되는 DC 오프셋을 보정하고 그리고 지엠-씨 필터의 DC 오프셋이 보정된 후, 자동적으로 디스에이블됨으로써, 지엠-씨 필터의 오프셋 보정 동작 동안에 발생되는 노이즈 및 전류 소모의 증가 없이 필터의 DC 오프셋을 정밀하게 보상할 수 있다.

이상에서, 본 발명에 따른 회로의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

상기한 바와 같이, 전원이 인가된 후의 오프셋 보정 동작 동안에, 지엠-씨 필터에서 발생되는 DC 오프셋을 보정하고 그리고 지엠-씨 필터의 DC 오프셋이 보정된 후, 자동적으로 디스에이블됨으로써, 지엠-씨 필터의 오프셋 보정 동작 동안에 발생되는 노이즈 및 전류 소모의 증가 없이 필터의 DC 오프셋을 정밀하게 보상할 수 있다.