차동 비선형 오류 보정용 아날로그 디지털 컨버터{Analog to digital converter for differential non-linearity error correction}
도 1은 종래의 아날로그 디지털 컨버터의 구성도. 도 2는 도 1의 기준전압 발생부의 내부 구성도. 도 3은 도 1의 아날로그 디지털 컨버터의 DNL 오류를 설명하기 위한 도면. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차동 비선형 오류 보정용 아날로그 디지털 컨버터의 구성도. 도 5는 도 4의 기준전압 발생부의 구성도. 도 6a 내지 도 6c는 도 5의 아날로그 디지털 컨버터의 오류 보정방법을 나타내는 순서도.
본 발명은 차동 비선형 오류 보정용 아날로그 디지털 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기준전압 발생부에 저항보정회로를 구비하여 저항 미스매치에 의한 차동 비선형(differential non-linearity; DNL) 오류를 보정하여 아날로그 디지털 컨버터의 오류를 방지하는 기술이다. 일반적으로, 아날로그 디지털 컨버터(analog to digital converter: 이하, ADC)는 아날로그 입력신호를 디지털신호로 변환하는 장치이다. 도 1은 종래의 아날로그 디지털 컨버터의 구성도이다. 종래의 아날로그 디지털 컨버터는 아날로그 입력신호와 비교하기 위한 기준전압신호 VREF를 발생하는 기준전압 발생부(10)와 아날로그 입력신호 AVIN와 기준전압신호 VREF를 비교하는 비교부(20)와 비교부의 출력을 순차적으로 저장하는 레지스터(30)를 구비한다. 특히, 기준전압 발생부(10)는 도 2와 같이, 전원전압단 AVDD과 접지전압단 AVSS 사이에 복수개의 저항을 직렬연결하여 전원전압을 분배하여 복수개의 기준전압신호 VREF를 발생한다. 도 2에 도시된 4개의 저항 R이 모두 동일한 값을 갖는 경우 Vcm은 AVDD/2가 되고, 3Vcm/2 은 3AVDD/4가 되며 Vcm/2은 AVDD/4가 된다. 예를 들어, 2비트 ADC인 경우, 비교부(20)는 입력전압신호 AVIN의 레벨이 기준전압 Vcm, 3Vcm/2, 및 Vcm/2를 각각 비교한다. 즉, 비교부(20)는 입력전압신호 AVIN의 레벨이 Vcm/2보다 낮을 경우에는 "00", 입력전압신호 AVIN의 레벨이 Vcm/2과 Vcm의 사이인 경우에는 "01", 입력전압신호 AVIN의 레벨이 Vcm과 3Vcm/2의 사이인 경우에는 "10", 입력전압신호 AVIN의 레벨이 3Vcm/2의 이상인 경우에는 "11"의 값을 출력하여 레지스터(30)에 각각 저장한다. 그런데, 복수개의 저항 R들간의 미스매칭(mismatching)에 의한 기준전압신호 의 레벨이 비교부(20)의 오프셋전압으로 작용하게 되어, 차동 비선형(differential Non-linearity; DNL) 오류를 유발한다. 도 3과 같이, 입력전압신호 AVIN의 레벨을 Vcm/2과 비교하는 구간에서, 정상적인 기준전압레벨은 B와 같으나, DNL 오류로 인해 기준전압레벨이 A로 되어 입력전압신호 AVIN의 레벨을 A 레벨과 비교하게 된다. 그에 따라, 입력전압신호 AVIN의 레벨이 오류에 의한 A 레벨과 정상의 B 레벨 사이인 경우, 정상적으로는 입력전압신호 AVIN의 레벨을 B 레벨과 비교하여 디지털 코드값이 "01"이 되어야 하나, DNL 오류에 의하여 입력전압신호 AVIN의 레벨을 A 레벨과 비교하여 입력전압신호 AVIN의 레벨이 A 레벨보다 낮으므로 디지털 코드값이 "00"으로 변환되는 오류가 발생한다. 이와같이, 종래의 ADC는 DNL 오류 발생시 오동작을 하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명 목적은, 기준전압 발생부에 저항 보정 회로를 구비하여 DNL 오류 발생시 이를 보정함으로써 아날로그 디지털 컨버터의 오류를 방지하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차동 비선형 오류 보정용 아날로그 디지털 컨버터는, 아날로그 입력신호와 기준전압신호를 비교하는 비교부와, 상기 비교부의 출력을 순차적으로 저장하는 레지스터와, 상기 레지스터에 저장된 디지털 코드값이 정상인지 여부를 판단하고 그 결과에 따라 저항값을 보정하여 상기 기준 전압신호를 출력하는 기준전압 발생부를 포함하여 구성함을 특징으로 한다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차동 비선형 오류 보정용 아날로그 디지털 컨버터의 구성도이다. 차동 비선형 오류 보정용 아날로그 디지털 컨버터는 기준전압신호 VREF를 발생하는 기준전압 발생부(100)와 아날로그 입력신호 AVIN와 기준전압신호 VREF를 비교하는 비교부(200)와 비교부의 출력을 순차적으로 저장하는 레지스터(300)를 구비한다. 기준전압 발생부(100)는 전원전압단 AVDD과 접지전압단 AVSS 사이에 복수개의 저항을 직렬연결하여 전원전압을 분배하여 복수개의 기준전압신호 VREF를 발생한다. 비교부(200)는 아날로그 입력신호 AVIN와 기준전압신호 VREF를 순차적으로 비교하여 레지스터(300)에 순차적으로 저장한다. 도 5를 참조하여, 기준전압 발생부(100)의 구성과 동작을 구체적으로 설명하기로 한다. 기준전압 발생부(100)는 복수개의 저항 R, 복수개의 저항 보정부(101, 102, 103), 및 스위치 제어부(104)를 구비한다. 복수개의 저항보정부(101 ~ 103)의 각각은 직렬연결되는 복수개의 저항 R과 저항들 R간에 각각 병렬연결되는 복수개의 스위치 SW를 구비한다. 그에 따라, 저항보정부(101 ~ 103)는 각각 기준전압 Vcm, Vcm/2, 및 2Vcm/2를 각각 출력하고, 복수개의 저항 R이 모두 동일한 값을 갖는 경우 Vcm은 AVDD/2가 되고, 3Vcm/2 은 3AVDD/4가 되며 Vcm/2은 AVDD/4가 된다. 이때, 기준전압 발생부(100)는 복수개의 저항 R에 병렬연결된 스위치 SW를 제어하여 각각의 기준전압 Vcm, Vcm/2, 및 2Vcm/2의 레벨을 제어한다. 스위치 제어부(104)는 레지스터(300)에 저장되어 있는 디지털 코드값 CODE를 이용하여 복수개의 저항보정부(101 ~ 103)의 복수개의 스위치 SW를 제어하기 위한 제어신호를 출력한다. 이하, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여, 본 발명의 아날로그 디지털 컨버터의 오류 보정방법을 설명한다. 먼저, 비교부(200)가 입력전압신호 AVIN과 기준전압 VREF을 비교하여 그 결과인 디지털 코드값 CODE을 레지스터(300)에 저장하면, 기준전압 발생부(100)가 그 디지털 코드값 CODE를 읽어와 디지털 코드값 CODE를 판단한다. 기준전압 발생부(100)는 디지털 코드값 CODE에 오류가 있는 경우 스위치 SW를 제어하는 제어신호를 출력하고, 그 제어신호들을 이용하여 저항값을 조절함으로써 기준전압 Vcm, Vcm/2, 및 2Vcm/2의 레벨을 제어한다. 이러한 저항값을 보정하는 방법을 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 설명하기로 한다. 도 6a는 디지털 코드값이 "01" 인 경우의 스위치 제어를 통한 기준전압 레벨 보정방법을 도시한다. 먼저, 모든 스위치 SW가 오프(OFF)상태로 초기화하고(S400), 이상적인 기준전압 Vcm_idal 레벨과 동일한 입력전압신호 AVIN를 비교부(200)에 인가한다(S401). 비교부(200)는 이상적인 기준전압 Vcm_idal 레벨과 동일한 입력전압신호 AVIN와 실제의 기준전압 Vcm을 비교하여 그 비교결과를 레지스터(300)에 저장한다. 그 후, 기준전압 발생부(100)는 레지스터(300)로부터 디지털 코드값을 읽어온다(S402). 이때, 실제의 기준전압 Vcm이 이상적인 기준전압 Vcm_idal 레벨과 동일한 경우 기준전압 발생부(100)는 저항을 10R(10개의 저항) : 10R(10개의 저항)의 비율로 분배한다. 상기 단계(S402)의 결과, 디지털 코드값 CODE이 "10"이 아니라 "01"인 경우, 실제의 기준전압 Vcm 레벨이 이상적인 Vcm 보다 높다는 것을 의미한다. 그에 따라, 기준전압 발생부(100)는 스위치 SW34를 온 상태로 선택하여(S403), 저항을 10R : 9R+2R/3의 비율로 분배함으로써 10R:10R의 비율로 분배되던 이상적인 기준전압 Vcm_idal에 비하여 실제의 기준전압 Vcm의 레벨을 하강시킬 수 있다. 그 후, 디지털 코드값을 다시 읽어와(S404), 디지털 코드값 CODE가 여전히 "01"인 경우는 실제의 기준전압 Vcm 레벨이 이상적인 Vcm 보다 여전히 높은 것을 의미하므로 다른 스위치를 제어하여 실제의 기준전압 Vcm 레벨을 하강시켜야 한다. 따라서, 기준전압 발생부(100)는 스위치 SW34를 오프시키고 스위치 SW33를 온 상태로 전환하여(S405), 저항을 10R : 9R+R/2의 비율로 분배함으로써 10R : 9R+2R/3의 비율로 분배된 경우의 실제의 기준전압 Vcm보다 높아지게 된다(S405). 한편, 상기 단계(S404)의 결과, 디지털 코드값 CODE이 "01"이 아니라 "10"인 경우, 스위치 SW33= ON, SW31, SW32, SW34= OFF 상태로 선택한다(S413). 그 후, 디지털 코드값 CODE을 다시 읽어와(S406), 디지털 코드값 CODE이 여전히 "01"인 경우는 실제의 기준전압 Vcm 레벨이 이상적인 Vcm 보다 여전히 높은 것을 의미하므로 다른 스위치를 제어하여 실제의 기준전압 Vcm 레벨을 하강시켜야 한다. 그에 따라, 기준전압 발생부(100)는 스위치 SW33, SW34를 모두 온시켜 저항을 10R : 8R+R/2의 비율로 분배함으로써 10R : 9R+R/2의 비율로 분배된 경우의 실제 기준전압 Vcm 레벨보다 하강하게 된다(S417). 한편, 상기 단계(S406)의 결과, 디지털 코드값 CODE이 "01"이 아니라 "10"인 경우, 스위치 SW33=SW34= ON, SW31=SW32= OFF 상태로 선택한다(S413). 한편, 상기 단계(S402)의 결과, 디지털 코드값 CODE이 "10"인 경우는 실제의 기준전압 Vcm 레벨이 이상적인 Vcm 보다 낮다는 것을 의미한다. 그에 따라, 기준전압 발생부(100)는 스위치 SW31를 온(ON) 상태로 전환하여(S408), 저항을 9R+2R/3 : 10R의 비율로 분배함으로써 10R:10R의 비율로 분배되던 초기에 비하여 실제의 기준전압 Vcm의 레벨을 높일 수 있다. 그 후, 디지털 코드값을 다시 읽어와(S409), 디지털 코드값 CODE가 여전히 "10"인 경우는 실제의 기준전압 Vcm 레벨이 이상적인 Vcm 보다 여전히 낮은 것을 의미하므로 다른 스위치를 온시켜 기준전압 레벨을 상승시켜야 한다. 따라서, 기준전압 발생부(100)는 스위치 SW31를 오프시키고 스위치 SW32를 온 상태로 전환하여(S410), 저항을 9R+R/2 : 10R의 비율로 분배함으로써 9R+2R/3 : 10R의 비율로 분배된 경우의 기준전압 Vcm보다 높아지게 된다. 한편, 상기 단계(S409)의 결과, 디지털 코드값 CODE이 "10"이 아니라 "01"인 경우, 스위치 SW31= ON, SW32~ SW34= OFF 상태로 선택한다(S413). 그 후, 디지털 코드값 CODE을 다시 읽어와(S411), 디지털 코드값 CODE이 여전히 "10"인 경우는 실제의 기준전압 Vcm 레벨이 이상적인 Vcm 보다 여전히 낮은 것을 의미하므로 다른 스위치를 온시켜 기준전압 레벨을 상승시켜야 한다. 그에 따라, 기준전압 발생부(100)는 스위치 SW31, SW3를 모두 온시켜 저항을 8R+R/2 : 10R의 비율로 분배함으로써 9R+R/2 : 10R의 비율로 분배된 경우 기준전압Vcm 보다 높아지게 된다(S412). 한편, 상기 단계(S411)의 결과, 디지털 코드값 CODE이 "10"이 아니라 "01"인 경우, 스위치 SW32= ON, SW31, SW33, SW34= OFF 상태로 선택한다(S413). 이와같이, 상기 과정(S401 ~ S413)을 반복하여 기준전압 Vcm의 레벨을 조절할 수 있다. 이하, 도 6b는 입력전압신호 AVIN가 이상적인 기준전압을 이등분한 전압 Vcm-idal/2의 레벨과 동일한 경우의 스위치 제어방법을 도시하고, 도 6c는 입력전압신호 AVIN가 이상적인 기준전압을 3/2등분한 전압 3Vcm-idal/2의 레벨과 동일한 경우의 스위치 제어방법을 도시하고 있다. 도 6b와 도 6c의 제어방법은 입력되는 입력전압신호 AVIN의 레벨만 다를 뿐 도 6a의 제어방법과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 이와같이, 본 발명은 DNL 오류에 의해 기준전압 레벨이 변하는 경우, 기준전압 발생부(100)의 저항값을 보정하여 기준전압 레벨을 보정한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 기준전압 발생부에 저항 보정 회로를 구비하여 DNL 오류 발생시 이를 보정함으로써 아날로그 디지털 컨버터의 오류를 방지하여 아날로그 디지털 컨버터의 성능을 향상시키는 효과가 있다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. |
