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KR20100003065A - 아날로그-디지털 변환기 및 이를 포함하는 온도정보출력장치 - Google Patents

아날로그-디지털 변환기 및 이를 포함하는 온도정보출력장치 Download PDF

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KR20100003065A
KR20100003065A KR1020080063165A KR20080063165A KR20100003065A KR 20100003065 A KR20100003065 A KR 20100003065A KR 1020080063165 A KR1020080063165 A KR 1020080063165A KR 20080063165 A KR20080063165 A KR 20080063165A KR 20100003065 A KR20100003065 A KR 20100003065A
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Abstract

본 발명은 아날로그-디지털 변환기 및 이를 포함하는 온도정보 출력장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 아날로그-디지털 변환기는, 변환대상 전압이 미리 설정된 전압의 레벨로 방전되는데 걸리는 시간 동안 활성화되는 카운팅 제어신호를 출력하는 카운팅 제어부; 및 상기 카운팅 제어신호의 활성화 구간 동안 입력되는 클럭을 카운팅해 디지털 코드를 출력하는 카운팅부를 포함한다.
Figure P1020080063165
아날로그-디지털 변환기, 온도정보 출력장치, 카운터

Description

아날로그-디지털 변환기 및 이를 포함하는 온도정보 출력장치{Analog-digital converter and On die thermal sensor including the same}
본 발명은 아날로그-디지털 변환기 및 이를 포함하는 온도정보 출력장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적은 면적과 높은 정확도를 가지는 아날로그-디지털 변환기를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
아날로그-디지털 변환기란 아날로그(analog) 형태를 가지고 있는 신호를 디지털(digital) 형태의 신호로 바꾸어 주는 장치를 말하는데, 예를 들면 아날로그 형태의 전압을 그 전압에 대응하는 디지털 코드로 바꾸어주는 장치를 말한다.
아날로그-디지털 변환기에 대해 설명하기 위하여 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 온도정보 출력장치에 대해 알아본다. 참고로, 온도정보 출력장치는 반도체 메모리장치(DRAM) 등에서 온도에 따라 리프레쉬(refresh) 주기를 조절하기 위하여 사용된다.
도 1은 종래의 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 온도정보 출력장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 온도정보 출력장치는 온도감지부(100)와 아날로그-디지털 변환기(110)를 포함하여 구성된다.
구체적으로 온도감지부(100)는 소자의 온도나 전원전압의 변화에 영향을 받지 않는 밴드갭(bandgap)회로 중에서 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT - Bipolar Junction Transistor)의 베이스-이미터 전압(Vbe)의 변화가 약 -1.8mV/℃인 것을 이용함으로써 온도를 감지한다. 그리고 미세하게 변동되는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)의 베이스-이미터 전압(Vbe)을 증폭함으로써 온도에 1:1로 대응하는 제1전압(Vtemp)을 출력한다. 즉, 온도가 높을수록 낮은 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)의 베이스-이미터 전압(Vbe)을 출력한다.
아날로그-디지털 변환기(110)는 전압비교수단(120), 카운터수단(130), 컨버팅수단(140)을 포함하여 구성되며, 밴드갭부(100)에서 출력된 제1전압(VTEMP)을 디지털코드(Digital code)인 온도정보코드(THERMAL CODE))로 변환하여 출력한다.
아날로그-디지털 변환기(110)의 동작을 보면, 컨버팅수단(120)은 디지털-아날로그 변환기(DAC : Digital Analog Converter)로서 카운터수단(130)으로부터 출력되는 디지털 값인 온도정보코드(THERMAL CODE))에 응답하여 아날로그 전압값인 제2전압(DACOUT)을 출력한다. 참고로 컨버팅수단(140)으로 입력되는 VULIMIT, VLLIMIT 전압은 제2전압(DACOUT)이 변동할 수 있는 최대값과 최소값을 설정하기 위한 전압이다.
그리고, 전압비교수단(120)은 제1전압(VTEMP)과 제2전압(DACOUT)을 비교하여 제1전압(VTEMP)의 전위레벨이 제2전압(DACOUT)의 전위레벨보다 작은 전위레벨일 경우 카운터수단(130)에서 미리 설정된 온도정보코드(THERMAL CODE)를 감소시키도록 하는 감소신호(DEC)를 출력하고, 제1전압(Vtemp)의 전위레벨이 제2전압(DACOUT)의 전위레벨보다 큰 전위레벨일 경우 카운터수단(130)의 미리 설정된 온도정보코드(THERMAL CODE)를 증가시키도록 하는 증가신호(INC)를 출력한다.
또한, 카운터수단(130)은 전압비교수단(120)으로부터 제어신호인 증가신호(INC) 혹은 감소신호(DEC)를 입력받아서 내부에 미리 설정된 디지털코드를 증가시키거나 감소시켜서 온도정보를 가지고 있는 온도정보코드(THERMAL CODE)를 출력한다.
전체적인 동작을 정리하면, 아날로그-디지털 변환기(110)에서는 제1전압(VTEMP)과 제2전압(DACOUT)을 비교하여 온도정보코드(THERMAL CODE)를 증가시키거나 감소시키는 일을 반복하여, 제2전압(DACOUT)이 제1전압(VTEMP)을 추적하게 되고, 추적이 완료되었을 때의 온도정보코드(THERMAL CODE)는 제1전압(VTEMP)을 디지털 변환한 값이 된다.
상술한 바와 같은 아날로그-디지털 변환기(110)는 제1전압(VTEMP)을 디지털 변환함에 있어서, 제2전압(DACOUT)으로 제1전압(VTEMP)을 추적(tracking)하는 방법을 사용한다. 따라서 이러한 아날로그-디지털 변환기를 추적형 아날로그-디지털 변환기(Tracking Analog-Digital Converter)라고 한다.
추적형 아날로그-디지털 변환기는 디지털-아날로그 변환기(120)의 추가 등에 따른 구조상의 이유로 넓은 면적을 차지하게 되며, 정확도를 높이려고 할수록 더욱 넓은 면적의 회로를 사용해야 한다는 문제점이 있다.
또한, 디지털 적으로 변하는 제2전압(DACOUT)을 가지고 제1전압(VTEMP)을 추적하는 방식으로 동작하기 때문에, 그 정확도에 있어서 한계가 있다는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 작은 면적과 높은 정확도를 갖는 아날로그-디지털 변환기 및 이를 포함하는 온도정보 출력장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 아날로그-디지털 변환기는, 변환대상 전압이 미리 설정된 전압의 레벨로 방전되는데 걸리는 시간 동안 활성화되는 카운팅 제어신호를 출력하는 카운팅 제어부; 및 상기 카운팅 제어신호의 활성화 구간 동안 입력되는 클럭을 카운팅해 디지털 코드를 출력하는 카운팅부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 아날로그-디지털 변환기는, 온도를 감지해 온도에 따라 변하는 온도전압을 출력하는 온도감지부; 상기 온도전압이 미리 설정된 전압의 레벨로 방전되는데 걸리는 시간 동안 활성화되는 카운팅 제어신호를 출력하는 카운팅 제어부; 및 상기 카운팅 제어신호의 활성화 구간 동안 입력되는 클럭을 카운팅해 온도정보 코드를 출력하는 카운팅부를 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 온도정보 출력장치는, 온도를 감지해 온도에 따라 변하는 온도전압을 출력하는 온도감지부; 상기 온도전압이 미리 설정된 전압의 레벨로 방전되는데 걸리는 시간 동안 활성화되는 카운팅 제어신 호를 출력하는 카운팅 제어부; 및 상기 카운팅 제어신호의 활성화 구간 동안 입력되는 클럭을 카운팅해 온도정보 코드를 출력하는 카운팅부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 아날로그-디지털 변환기는, 그 구조가 간단하여 작은 면적의 회로로 구현하는 것이 가능하며, 높은 정확도를 가지고 아날로그-디지털 변환을 할 수 있다는 장점이 있다.
따라서 본 발명의 아날로그-디지털 변환기를 온도정보 출력장치에 적용할 경우, 제조비용을 크게 줄일 수 있으며 정확한 온도정보 또한 얻을 수 있다는 장점이 있다.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 아날로그-디지털 변환기의 일실시예 구성도이다.
본 발명에 따른 아날로그-디지털 변환기(ADC: Analog-Digital Converter)는, 변환대상 전압(V1)이 미리 설정된 전압(VSS)의 레벨로 방전되는데 걸리는 시간 동안 인에이블되는 카운팅 제어신호(COUNT_CONT)를 출력하는 카운팅 제어부(210); 및 카운팅 제어신호(COUNT_CONT)의 활성화 구간 동안 입력되는 클럭(CLK)을 카운팅(counting)해 디지털 코드(DIGITAL CODE)를 출력하는 카운팅부(220)를 포함하여 구성된다.
카운팅 제어부(210)는 변환대상 전압(V1)이 방전되며 미리 설정된 전압(VSS)의 레벨에 도달할 때까지 카운팅부(220)가 디지털-코드(DIGITAL CODE)를 카운팅하도록 제어하는 역할을 한다.
이러한 카운팅 제어부(210)는, 변환대상 전압(V1)으로 충전되어 있다가 인에이블 신호(EN)의 활성화시 방전되는 충전부(211); 인에이블 신호(EN)의 활성화시 충전부(211)를 방전시키는 방전부(212); 충전부(211)의 전압 레벨과 미리 설정된 전압(VSS)의 레벨을 비교해 카운팅 제어신호(COUNT_CONT)를 출력하는 비교부(213)를 포함하여 구성될 수 있다.
충전부(211)는 전하를 충전하는 기능을 갖는 소자로 구성될 수 있는데, 그예로 도면과 같은 캐패시터(211)가 사용될 수 있다. 캐패시터(211)의 용량(C: Capacitance)이 커지면 변환대상 전압(V1)이 미리 설정된 전압(VSS)의 레벨까지 방전되는데 걸리는 시간은 늘어나지만, 정확한 디지털 코드(DIGITAL CODE)를 생성할 수 있게 해준다. 반면에 캐패시터의 용량(C)이 작아지면 변환대상 전압(V1)이 미리 설정된 전압(VSS)의 레벨까지 방전되는데 걸리는 시간이 줄어든다. 그러나 이 경우에는 디지털 코드(DIGITAL CODE)의 정확성은 비교적 떨어지게 된다. 따라서 캐패시터(211)의 용량(C)은 적절히 조절될 필요가 있다.
방전부(212)는 충전부(211)의 전하를 방전시키는 역할을 한다. 항상 방전되 는 전하의 양을 일정하게 유지시켜주기 위해 방전부(212)는 도면과 같이 전류원으로 구성되는 것이 바람직하다. 방전부(212)가 전류원으로만 구성이 가능한 것은 아니며 충전부(211)의 전류를 방전시키는 것이 가능한 소자라면 어떠한 소자로도 구성될 수 있다. 예를 들어, 방전부(212)는 저항으로 간단히 구성될 수도 있다.
비교부(213)는 충전부(211)의 전압 레벨이 미리 설정된 전압(VSS)보다 높은 경우에는 카운팅 제어신호(COUNT_CONT)를 '하이'로 활성화시키며, 충전부(211)가 방전되며 미리 설정된 전압(VSS) 레벨에 도달하면 카운팅 제어신호(COUNT_CONT)를 '로우'로 비활성화시킨다. 도면에는 미리 설정된 전압으로 접지전압(VSS)이 예시되어 있지만, 미리 설정된 전압은 변환대상 전압(V1)의 레벨보다 낮기만 하면 되므로, 접지전압(VSS) 이외에 다른 레벨의 전압을 사용해도 된다. 미리 설정된 전압이 접지전압(VSS)인 경우 비교부(213)는 충전부(211)의 전압 레벨이 접지전압(VSS)에 도달하면 자신의 출력신호(COUNT_CONT)를 '로우'로 비활성화시켜야 하는데, 이는 비교부(213)가 약간의 오프셋(offset)을 갖도록 설계하면 된다.
카운팅부(220)는 인에이블 신호(EN)의 활성화시점부터 인에이블되며, 카운팅 제어신호(COUNT_CONT)가 '하이'로 활성화되어 있는 동안 입력되는 클럭(CLK)을 카운팅해 디지털 코드(DIGITAL CODE)를 생성한다. 즉, 카운팅부(220)는 인에이블 신호와 카운팅 제어신호(COUNT_CONT)가 '하이'로 활성화되면 입력되는 클럭(CLK)을 카운팅한다. 카운팅부(220)에서 출력되는 디지털 코드(DIGITAL CODE)는 아날로그인 변환대상 전압(V1)을 디지털로 변환한 값이 된다.
이제, 아날로그-디지털 변환기의 전체적인 동작에 대해 살펴본다.
인에이블 신호(EN)가 비활성화되어 있는 동안 스위치 S1은 온 되어 있는다. 따라서 충전부(211)는 변환대상 전압(V1)의 레벨로 충전되어 있는다. 이 상태에서 인에이블 신호(EN)가 활성화되면 스위치 S1은 오프되고, 스위치 S2이 온 된다. 따라서 방전부(212)에 의해 충전부(211)는 방전되기 시작한다. 충전부(211)의 전압 레벨이 미리 설정된 전압(VSS)보다 높을 때 카운팅 제어신호(COUNT_CONT)는 '하이'로 활성화되어 출력된다. 따라서 카운팅부(220)는 입력되는 클럭(CLK)을 카운팅해 디지털 코드(DIGITAL CODE)를 생성한다. 충전부(211)의 방전이 계속되어 충전부(211)의 전압 레벨이 미리 설정된 전압(VSS)의 레벨에 도달하면 카운팅 제어신호(COUNT_CONT)가 '로우'로 비활성화 된다. 따라서 카운팅부(220)는 클럭(CLK)의 카운팅을 멈추게되며, 이때의 디지털 코드(DIGITAL CODE))가 바로 변환대상 전압(V1)을 디지털로 변환한 값이 된다.
캐패시터(211), 전류원(212), 비교부(213), 카운팅부(220)를 이용하여 간단히 구성된 본 발명의 아날로그-디지털 변환기는 기존의 아날로그-디지털 변환기와 비교하여 훨씬 적은 면적을 차지하게 된다. 또한, 단지 클럭(CLK)의 주파수를 높임으로서 높은 정확도를 가지고 변환대상 전압(V1)을 디지털 코드(DIGITAL CODE)로 변환하게 해준다는 장점이 있다.
도 3에는 시간(t)에 따른 충전부의 전압 레벨의 변화와 카운팅부(220)가 클럭(CLK)을 카운팅하는 구간을 도시하였으므로, 이를 참조하면 본 발명에 따른 아날로그-디지털 변환기의 동작이 더욱 명확히 이해될 수 있다.
도 4은 본 발명에 따른 온도정보 출력장치의 일실시예 구성도이다.
본 발명에 따른 온도정보 출력장치는, 온도를 감지해 온도에 따라 변하는 온도전압(VTEMP)을 출력하는 온도감지부(430); 온도전압(VTEMP)이 미리 설정된 전압(VSS)의 레벨로 방전되는데 걸리는 시간 동안 활성화되는 카운팅 제어신호(COUNT_CONT)를 출력하는 카운팅 제어부(410); 및 카운팅 제어신호(COUNT_CONT)의 활성화 구간 동안 입력되는 클럭(CLK)을 카운팅해 온도정보 코드(THERMAL CODE)를 출력하는 카운팅부(420)를 포함한다.
온도감지부(430)에 대해서는 배경기술 부분에서 설명하였으며, 이러한 온도감지부(430)를 설계하는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 할 수 있으므로, 여기서는 더 이상의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
카운팅 제어부(410)와 카운팅부(420)는 변환대상 전압(V1)이 온도전압(VTEMP)으로 변경되었다는 것을 제외하면, 도 2에서 설명한 카운팅 제어부(210), 카운팅부(420)와 동일하게 구성 및 동작하므로, 이에 대한 더 이상의 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범 위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 온도정보 출력장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 아날로그-디지털 변환기의 일실시예 구성도.
도 3은 카운팅부(220)가 클럭(CLK)을 카운팅하는 구간을 도시한 도면.
도 4은 본 발명에 따른 온도정보 출력장치의 일실시예 구성도.

Claims (8)

  1. 변환대상 전압이 미리 설정된 전압의 레벨로 방전되는데 걸리는 시간 동안 활성화되는 카운팅 제어신호를 출력하는 카운팅 제어부; 및
    상기 카운팅 제어신호의 활성화 구간 동안 입력되는 클럭을 카운팅해 디지털 코드를 출력하는 카운팅부
    를 포함하는 아날로그-디지털 변환기.
  2. 변환대상 전압으로 충전되어 있다가, 인에이블 신호의 활성화시 방전되는 충전부;
    상기 인에이블 신호의 활성화시 상기 충전부를 방전시키는 방전부;
    상기 충전부의 전압 레벨과 미리 설정된 전압 레벨을 비교해 카운팅 제어신호를 출력하는 비교부; 및
    상기 인에이블 신호와 상기 카운팅 제어신호에 응답해 클럭을 카운팅해 디지털 코드를 출력하는 카운팅부
    를 포함하는 아날로그-디지털 변환기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 충전부는,
    캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그-디지털 변환기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 방전부는,
    전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그-디지털 변환기.
  5. 온도를 감지해 온도에 따라 변하는 온도전압을 출력하는 온도감지부;
    상기 온도전압이 미리 설정된 전압의 레벨로 방전되는데 걸리는 시간 동안 활성화되는 카운팅 제어신호를 출력하는 카운팅 제어부; 및
    상기 카운팅 제어신호의 활성화 구간 동안 입력되는 클럭을 카운팅해 온도정보 코드를 출력하는 카운팅부
    를 포함하는 온도정보 출력장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 카운팅 제어부는,
    상기 온도전압으로 충전되어 있다가, 인에이블 신호의 활성화시 방전되는 충 전부;
    상기 인에이블 신호의 활성화시 상기 충전부를 방전시키는 방전부; 및
    상기 충전부의 전압 레벨과 상기 미리 설정된 전압 레벨을 비교해 상기 카운팅 제어신호를 출력하는 비교부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도정보 출력장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 충전부는,
    캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도정보 출력장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 방전부는,
    전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도정보 출력장치.
KR1020080063165A 2008-06-30 2008-06-30 아날로그-디지털 변환기 및 이를 포함하는 온도정보출력장치 KR20100003065A (ko)

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