전원 독립형 바이어스 회로, 라디오 장치, 및 전원 독립형 고정 바이어스 전류 회로에 대한 시동을 제공하는 방법{START-UP CIRCUIT FOR SUPPLY INDEPENDENT BIASING}

기술적 발전은 대량의 음성, 비디오 이미징 및 데이터 정보의 디지털화 및 압축을 가능케 하였다. 점점 개선되는 어플리케이션들은 하나의 장치로부터 다른 장치로 또는 네트워크를 통하여 다른 시스템으로의 대량의 데이터의 전송을 크게 증가시키고 있다. 컴퓨터는 이러한 데이터 전송을 처리하기 위해 보다 고속의 중앙 처리 유닛 및 상당히 증가된 메모리 성능을 갖는다. 중앙 처리 유닛용의 공급 전압, 네트워크를 통하여 데이터를 전송하는데 사용되는 라디오 주파수(Radio Frequency, RF) 플랫폼 및 이러한 장치들 내에 삽입되는 회로는 계속 작아지고 있다. 이것은 적절한 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistors)와 같은 트랜지스터를 동작 영역 내에 유지하는데 어려움이 증가됨에 따라 전통적인 전압 기준과 같이 일반적으로 사용되는 회로 상에 제한을 부여한다. 보다 낮은 공급 전압 및 보다 낮은 전력이 공급되는 저전력 회로(powered circuits)의 필요성이 증대됨에 따라, 이러한 보다 낮은 공급 전압 제한은 보다 심각한 어려움이 된다. 따라서, 기준 바이어스를 위한 전원(supplies)을 생성하는 개선된 회로 및 방법이 필요 하다.

본 발명으로 간주되는 요지는 본 명세서의 결론 부분 내에서 각별히 지적되며, 명백하게 청구된다. 그러나 본 발명의 목적, 특징 및 효과와 함께 본 발명은 구성(organization) 및 동작 방법에 관한 두 가지 모두에 관하여 첨부된 도면과 더불어 읽는 경우에 다음의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 것이며, 첨부된 도면에서,

도 1은 본 발명에 따라 전원 독립형 바이어싱(independent biasing)을 위한 시동(start-up) 회로를 실행하는 무선 장치를 도시하는 도면,

도 2는 견실한(robust) 시동을 갖는 공급-독립 바이어스 회로에 대한 일 실시예를 도시한 회로 개략도,

도 3은 견실한 시동을 갖는 공급-독립 바이어스 회로에 대한 다른 실시예를 도시한 회로 개략도이다.

도시의 간단성 및 명료성을 위하여 도면에 도시된 구성 요소들은 반드시 축적대로 도시되지 않았음을 알 것이다. 예컨대, 구성 요소들 중 몇몇의 길이는 명료성을 위하여 다른 구성 요소에 관련하여 확대되었다. 또한 적절하다고 생각된 경우에는, 대응 또는 유사한 구성 요소를 가리키기 위하여 참조 번호가 도면들 중에 반복되었다.

다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 완벽한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정한 상세 설명이 개시된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정한 상세 설명이 없이도 실행됨을 당업자는 이해될 것이다. 다른 측면에서, 본 발명을 불명확하게 하지 않게 하기 위하여, 공지의 방법, 절차, 구성 요소 및 회로는 상세한 설명에서 기술되지 않았다.

도 1에 도시된 실시예는, 다른 방송 통신 장치(over-the-air communication devices)와 통신하도록 하는 하나 이상의 라디오(radio)를 포함하는 무선 통신 장치(10)를 도시한다. 통신 장치(10)는, 예컨대 IEEE802.11 규격에 근거한 WLAN(Wireless Local Area Network)의 기저 기술(underlying technology)을 제공하는 Wi-Fi(Wireless Fidelity), IEEE802.16-2005에 근거한 WiMax 및 휴대용(Mobile) WiMax, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 및 GSM(Global System for Mibile Communications) 네트워크와 같은 무선 네트워크에서 동작하나, 본 발명은 전술한 네트워크에서만 동작하는 것으로 한정되지는 않는다. 통신 시스템(10)의 동일 플랫폼에 같이 배치된 라디오 서브시스템은 네트워크 내 다른 장치들과 RF/위치 스페이스(RF/location space) 내에서 통신할 수 있는 능력을 제공한다.

본 발명은 무선 어플리케이션에 한정되지 않으며 다양한 제품에 사용될 수 있음을 알아야 한다. 예컨대, 본 발명의 청구된 요지는 데스크 탑 컴퓨터, 랩탑, 스마트 폰, MP3 플레이어, 카메라, 통신기(communicators) 및 PDA(Personal Digital Assistants)들, 의료 및 생명 과학 장비, 자동차 안전 및 보호 장비, 자동차 인포테인먼트(infotainment) 제조물 등 내에 구현된다. 그러나, 본 발명의 범위는 이들 예에 한정되지 않음이 이해될 것이다.

상기 단순화한 실시예가 변조/복조를 수용하기 위한 안테나(들)과 트랜시버(12)의 연결을 도시한다. 일반적으로, 아날로그 프론트 엔드 트랜시버(12)는 독립형(stand-alone) 라디오 주파수(RF) 이산 또는 집적 아날로그 회로이거나, 또는 상기 트랜시버(12)는 혼합 모드 집적 회로로서 프로세서와 함계 임베드될 수도 있으며 상기 프로세서는 명령을 페치(fetch)하고, 디코드를 생성하며, 오퍼랜드를 발견하고, 적절한 동작을 수행하는 기능을 처리하고, 그 후 결과를 저장한다. 기능적 시동 블럭(functional start-up)(14)을 갖는 전원 독립형 바이어스 회로는 온도에 거의 관계가 없는 기준 전압 및/또는 전류를 생성한다. 프로세서는 베이스밴드 및 어플리케이션 프로세싱 기능을 포함하며, 하나 이상의 프로세서 코어(20, 22)를 이용하여 어플리케이션 기능을 처리하고, 프로세싱 부하가 코어들 간에 공유되도록 한다. 프로세서는 인터페이스(26)를 통하여 시스템 메모리(28) 내의 메모리 저장 장치에 데이터를 전송한다.

정밀(precision) 전압 기준 회로는, 예컨대 오실레이터, PLL(Phase Lock Loops) 및 데이터 변환기(data converters)와 같은 혼합 신호 및 아날로그 집적 회로의 설계에서 중요하다. 연속적인 근사(successive approximation) 아날로그 디지털 변환기(ADC)와 같은 어플리케이션은 높은 정밀도의 기준을 제공하기 위하여 기 준 전압 생성기를 필요로 한다. 따라서, 아날로그, RF/무선, 디지털 및 혼합 신호 설계 영역은 프로세스, 전력 공급 전압(power supply voltage) 및 온도 변화에 대하여 안정적인 전압 기준을 필요로 한다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기능적 시동 블록을 갖는 간략화된 전원 독립형 바이어스 회로(200)를 도시한다. 도시된 실시예는, 전원 독립형 고정(constant) 바이어스 전류 회로, 예컨대 밴드갭 전류 생성기를 포함하나 본 발명은밴드갭 생성기에 한정되지 않으며, 다른 바이어스 회로가 사용될 수 있음을 알아야 한다. 예로서, 다른 실시예는 전원 독립형 바이어스 회로(200)내에 PTAT(Proportional-To-Absolute-Temperature) 전류 생성기를 포함한다.

도면 내의 저전압 전원 독립형 바이어스 회로는 P 채널 트랜지스터(202, 204), 저항(206, 208, 210), 다이오드(212, 214) 및 연산 증폭기(AMP)(216)를 포함한다. AMP(216)은 공통으로 접속된 트랜지스터(202, 204)의 게이트에 구동 전압 (V _CTL )을 생성한다. AMP(216)의 일 입력에 제공되는 전압(V1)은, 다이오드(212)와 직렬로 접속된 저항(206)과 저항(208)의 병렬 조합을 갖는 트랜지스터(202)의 드레인 단자와 접속하는 노드에서 생성된다. AMP(216)의 다른 입력에 제공되는 전압(V2)은 병렬 접속된 다이오드(214) 및 저항(210)을 갖는 트랜지스터(204)의 드레인 터미널을 접속하는 노드로부터 제공된다. 따라서, 트랜지스터(202, 204), 저항(206, 208, 210) 및 다이오드(212, 214)의 적절한 사이즈 조절(sizing)은 전원 독립형 전압(V1, V2)을 생성한다. 전원 독립형 고정 전류는 트랜지스터(202, 204) 에 의해 흐르는 전류를 미러링(또는 카피)함으로써 얻어진다.

본 발명에 따르면, 시동 회로(218)는 전원 독립형 바이어스 회로(200)에 포함된다. 도면은 증폭기(AMP)(220), 슈미트 트리거(222) 및 N 채널 트랜지스터(224)를 포함하여 간단히 구현된 시동 회로(218)를 도시한다. AMP(220)는 필요한 시동을 제공하기 위하여 슈미트 트리거(222)와 함께 동작한다. 예컨대, V2가 AMP(220)의 일입력에 제공되는 사전 설정(preset) 전압(V _START )보다 낮은 경우, 슈미트 트리거(222)는 스위치되어 트랜지스터(224)의 게이트 전압을 고전압 값으로 설정(set)한다. 높은 게이트 전압은 트랜지스터(224)를 통하여 전류가 흐르게 하여 트랜지스터(202, 204)의 게이트 전압을 낮춘다. 트랜지스터(204)에 의해 흐르는 전류는 노드 전압(V2)을 증가시키고, 전압(V2)이 전압(V _START )보다 크면, 슈미트 트리거(222)는 트랜지스터(224)에 게이트 전압을 제공하여 이 장치를 오프시킨다. 트랜지스터(224)가 비도전 상태이므로 시동 회로(218)는 저전압 전원 독립형 바이어스 회로의 정상 동작을 방해하지 않는다.

AMP(216)은 동작중에 전압(V1)이 전압(V2)과 동일하게 되는 가상 입력 단락(virtual input short)을 생성할 수도 있다. 또한, 시동 회로(218)가 없으면, 바이어스 전류는 안정된 그러나 바람직하지 않은 제 2 동작 포인트인 0로 되며, 전압(V1, V2)은 0 전위를 갖는다. 전원 독립형 바이어스 회로(200)내에 슈미트 트리거(222)를 포함하지 않으면, AMP(216) 및 AMP(220) 모두는 전압(V _CTL )을 제어하도록 동작한다. 이것은 AMP(220)로부터의 루프 게인(loop gain)이 AMP(216)로부터의 루 프 게인보다 큰 경우, 즉 AMP(216) 내의 하나 이상의 트랜지스터가 시동시(power-up)에 트라이오드 영역(triode region)으로 진입하면 발생할 수 있는 상태(condition)이며 역시 바람직하지 않은 제 3 안정 상태를 생성한다. 따라서 본 발명에서는 AMP(220)의 제어를 방지하도록 슈미트 트리거(22)가 포함된다.

도 3은 시동 회로(320)를 포함하는 전원 독립형 바이어스 회로(300)의 제 2의 간략화한 실시예를 도시한다. 도시된 저전압 전원 독립형 바이어스 회로는 P 채널 트랜지스터(202, 204), 저항(206, 208, 210), 다이오드(212, 214), 연산 증폭기(AMP)(216)로 다시 설명된다. 이 실시예에서, 전압(V _START) )은 저항(302, 304)로 되는 간단한 전압 분배기에 의해 설정(set)될 수 있다. 도면에 도시된 구성에서, V _CC 동작 전압 전위의 변화량(variation)에 따른 V _START 전압값의 범위가 허용된다. 이 실시예에서, 슈미트 트리거 기능은 P 채널 트랜지스터(306, 308, 314) 및 N 채널 트랜지스터(310, 312, 316)에 의해 달성된다. 고 상태 및 저 상태를 트리거하는 전압은 트랜지스터(306)-(316)의 적절한 사이즈에 의해 설계된다.

본 발명은 그 동작시에 예컨대 밴드갭 기준 회로(bandgap reference circuit)와 같은 전원 독립형 바이어스 회로를 위한 견실한 시동 회로를 구현한다. 시동 회로(320)는 단일의, 1볼트(V)에 근접한 저 전압 공급으로 동작시에 잘 수행한다. 종래 기술에 따른 구현에서 사용되는 인버터 또는 증폭기는 하나 이상의 트랜지스터가 트라이오드 영역에 진입할 때와 같이 주 피드백 경로(op 앰프를 제어하는)가 저 게인 모드로 진입하면, 원하는 동작 포인트가 아닌 제 2의 안정적이나 불 필요한 동작 포인트로 조정(regulated)된다. 시동 경로(start-up path) 내 트랜지스터(306-316)에 의해 형성되는 슈미트 트리거는 원하지 않는 제 2 상태로의 조정을 확실히 피할 수 있도록 한다. 따라서, 슈미트 트리거 내의 히스테리시스는, 원하지 않는 상태로 상기 시동이 조정되는 것을 방지하며, 0 전류 바이어스 상태를 소거한다.

상술한 바와 같이, 전압(V2)이 AMP(220)의 일 입력에 제공되는 전압(V _START )보다 낮으면, 슈미트 트리거는 스위치되어 트랜지스터(318)의 게이트 전압을 고 전압 값으로 설정한다. 고 게이트 전압은 전류가 트랜지스터(318)을 통하여 흐르도록 하여, 트랜지스터(202, 204)의 게이트 전압을 낮춘다. 트랜지스터(204)에 의해 흐르는 전류는 노드 전압(V2)을 증가시키고, 전압(V2)이 전압(V _START )보다 크면, 슈미트 트리거는 게이트 전압을 트랜지스터(318)에 제공하여 이 장치를 오프한다. 트랜지스터(318)가 비도전 상태이므로 시동 회로(320)는 저 전압 전원 독립형 바이어스 회로의 정상 동작을 방해하지 않는다. 따라서, 슈미트 트리거는 필요한 경우에 시동 회로(320)를 시동하도록 스위칭하고 그 후 회로가 원하는 동작 상태에 있을 때 단절(disconnect)하도록 스위칭한다.

이제, 본 발명의 실시예는 저 전력 공급 전압(예컨대, 대략 1볼트)으로 구동하면서도 고 성능(high-performance), 전원 독립형 바이어스 회로가 시동하여 동작 하게 함이 분명할 것이다. 종래 기술의 시동 회로는 저 전력 공급 전압 또는 제어 증폭기(전형적으로 op 앰프)가 트라이오드 영역으로 진입하면 작동하지 않으나, 본 발명은 프로세스 변화, 온도 범위 및 공급 전압 래핑(ramping), 오버슈트 및 언더 슈트에 대하여 적절한 시동을 제공한다.

본 발명의 소정 특징이 본 명세서에 설명되고 기술되었으나, 많은 변형(modification), 대치(substitution), 변경 및 균등물이 당업자에게 생각될 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 모든 이러한 변형, 변경이 본 발명의 진정한 범위 내에 들어가도록 의도되었음이 이해될 것이다.