KR20180082707A - 온도 보상 발진 제어기 및 그것을 포함하는 온도 보상 수정 발진기 - Google Patents

온도 보상 발진 제어기 및 그것을 포함하는 온도 보상 수정 발진기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 온도 보상 발진 제어기는 기준 전압을 제1 단자를 통해 제공하고, 온도 정보를 포함하는 입력 전압을 제2 단자를 통해 수신하도록 구성되는 온도 보상 회로, 및 제3 및 제4 단자들을 통해 외부 수정 진동자와 연결되도록 구성되고, 외부 수정 진동자의 진동을 기반으로 클럭 신호를 출력하도록 구성되는 발진기를 포함하되, 온도 보상 회로는 전압 제어 발진기 기반의 감지 동작을 수행하여 입력 전압을 온도 코드로 변환하고, 온도 코드를 기반으로 클럭 신호의 주파수를 조절하도록 구성된다.

Description

온도 보상 발진 제어기 및 그것을 포함하는 온도 보상 수정 발진기{TEMPERATURE COMPENSATED OSCILLATION CONTROLLER AND TEMPERATURE COMPENSATED CRYSTAL OSCILLATOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전자 회로에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 온도 보상 발진 제어기 및 그것을 포함하는 온도 보상 수정 발진기에 관한 것이다.
컴퓨터, 스마트폰, 태블릿, 서버, 워크 스테이션 등과 같은 전자 장치들에 포함된 전자 회로들은 특정 크기의 주파수를 갖는 기준 클럭을 요구한다. 이러한 기준 클럭을 생성하기 위하여, 다양한 발진 회로들이 사용된다.
수정 발진기는 전자 회로들로 제공되는 기준 클럭을 생성하는 대표적인 발진기의 한 종류이다. 수정 발진기는 수정 진동자를 발진주파수의 제어 소자로 사용함으로써, 안정도가 높은 발진 주파수 또는 클럭을 생성할 수 있다. 그러나, 수정 발진기는 온도에 따라 출력 클럭의 주파수가 변하는 특성을 갖는다. 온도에 따른 주파수 변화는 전자 회로의 신뢰성을 저하시킬 수 있다. 온도에 따른 주파수 변화를 보정 또는 보상하기 위하여, 온도 센서를 이용한 온도 보상 수정 발진기(TCXO; temperature compensated crystal oscillator), 전압 제어-온도 보상 수정 발진기(VC-TCXO; voltage controlled TCXO) 등이 사용되고 있다. 그러나, 온도 보상을 위한 회로들이 차지하는 면적이 증가하고, 회로들에서 사용되는 소자들이 증가함에 따라 장치의 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술된 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 감소된 비용을 갖는 온도 보상 발진 제어기 및 그것을 포함하는 온도 보상 수정 발진기를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 온도 보상 발진 제어기는 기준 전압을 제1 단자를 통해 제공하고, 온도 정보를 포함하는 입력 전압을 제2 단자를 통해 수신하도록 구성되는 온도 보상 회로, 및 제3 및 제4 단자들을 통해 외부 수정 진동자와 연결되도록 구성되고, 상기 외부 수정 진동자로부터의 발진 신호를 기반으로 클럭 신호를 출력하도록 구성되는 발진 회로를 포함하되, 상기 온도 보상 회로는 전압 제어 발진기 기반의 감지 동작을 수행하여 상기 입력 전압을 온도 코드로 변환하고, 상기 온도 코드를 기반으로 상기 클럭 신호의 주파수를 조절하도록 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 온도 보상 수정 발진기는 제1 내지 제4 단자들을 포함하는 온도 보상 발진 제어기, 상기 제1 및 제2 단자들과 연결된 서미스터, 및 상기 제3 및 제4 단자들과 연결된 수정 진동자를 포함한다. 상기 온도 보상 발진 제어기는 기준 전압을 상기 제1 단자를 통해 제공하고, 입력 전압을 제2 단자를 통해 수신하도록 구성되는 온도 보상 회로, 및 상기 제3 및 제4 단자들과 연결되고, 상기 수정 진동자의 발진 신호를 기반으로 클럭 신호를 출력하도록 구성되는 발진 회로를 포함한다. 상기 온도 보상 회로는 전압 제어 발진기-기반의 감지 동작을 수행하여 상기 입력 전압을 온도 코드로 변환하고, 상기 온도 코드를 기반으로 상기 제3 및 제4 단자들 각각의 정전 용량을 조절하도록 구성된다.
본 발명에 따른 온도 보상 수정 발진기는 별도의 온도 센서 또는 다이오드와 비교하여 상대적으로 가격이 저렴한 서미스터를 사용하므로, 온도 보상 수정 발진기의 비용이 감소된다.
또한, 본 발명에 따른 온도 보상 수정 발진기는 온도 검출시, 전압 제어 발진기 기반의 감지 동작을 수행한다. 즉, 종래의 ADC와 비교하여 적은 면적 및 감소된 소비 전력을 갖는 온도 보상 수정 발진기가 제공된다.
또한, 본 발명에 따른 온도 보상 수정 발진기는 스위치드 캐패시터를 제공할 수 있다. 동작 모드에 따라 스위치드 캐패시터를 사용함으로써, 외부 저항 추가에 따른 비용이 감소될 수 있다.
따라서, 본 발명은 감소된 비용 및 향상된 신뢰성을 갖는 온도 보상 발진 제어기 및 그것을 포함하는 온도 보상 수정 발진기를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 수정 발진기를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 온도 보상 회로를 상세하게 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 온도 감지 회로를 상세하게 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 3의 전압 제어 발진기의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 5는 도 3의 자동 보정기의 보정 동작의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2의 제어 로직 회로의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 도 2의 캐패시터 뱅크를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 보상 수정 발진기를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 8의 스위치드 캐패시터를 상세하게 보여주는 도면이다.
도 10은 도 8 및 도 9의 스위치드 캐패시터에 대한 적용 예를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 온도 보상 수정 발진기의 적용 예를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 보상 수정 발진기가 적용된 전자 시스템을 보여주는 블록도이다.
이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다. 또한, 본 발명의 실시 예들의 모호함을 피하기 위하여, 잘 알려진 회로들, 시스템 구성들은 상세하게 설명되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 제어 수정 발진기를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 온도 보상 수정 발진기(100)는 발진 제어기(101), 수정 진동자(XT), 서미스터(THM), 및 저항(R)을 포함할 수 있다. 발진 제어기(101)는 온도 보상 회로(110) 및 발진 회로(120)를 포함한다. 예시적으로, 발진 제어기(101)는 온도에 따른 클럭 신호(CLK)의 주파수 변화를 보상할 수 있는 온도 보상 기능을 구비한 온도 보상 발진 제어기(101)(temperature compensated oscillation controller)일 수 있다.
수정 진동자(XT)는 제3 및 제4 단자들(T3, T4)을 통해 발진 회로(120)와 연결될 수 있다. 수정 진동자(XT)는 고유 주파수로 진동하는 발진 신호를 출력할 수 있다. 예시적으로, 수정 진동자(XT)의 고유 주파수는 수정 진동자(XT)의 소자 특성에 따라 결정될 수 있다. 발진 회로(120)는 수정 진동자(XT)로부터의 발진 신호를 기반으로 클럭 신호(CLK)를 출력할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 수정 진동자(XT)의 예가 설명되었으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 수정 진동자(XT)는 압전 현상을 발생시키는 수정, 로셀염, 티탄산 바륨, 세라믹 등을 포함할 수 있다.
온도 보상 회로(110)는 제1 및 제2 단자들(T1, T2)들과 연결되고, 제3 및 제4 단자들과 연결된다. 온도 보상 회로(110)는 온도 변화에 따른 클럭 신호(CLK)의 변화(예를 들어, 주파수 변화)를 보상할 수 있다. 예를 들어, 서미스터(THM)는 제1 및 제2 단자들(T1, T2)과 연결될 수 있다. 서미스터(THM)는 온도에 따라 저항 값이 변하는 가변 저항 소자이다. 온도 보상 회로(110)는 제1 단자(T1)를 통해 기준 전압을 인가하고, 제2 단자(T2)를 통해 입력 전압을 수신할 수 있다. 이 때, 입력 전압은 서미스터(THM)의 저항 값에 따라 달라질 수 있다. 즉, 서미스터(THM)가 온도에 따라 저항 값이 변하므로, 제2 단자(T2)를 통해 제공되는 입력 전압은 온도에 따라 가변하는 값을 가질 수 있다. 다시 말해서, 서미스터(THM)로부터 제2 단자(T2)를 통해 입력되는 입력 전압은 온도에 대한 정보를 포함할 수 있다.
예시적으로, 본 발명의 특정 실시 예를 설명하기 위하여, 서미스터(THM)가 설명되었으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 서미스터(THM)는 온도를 감지하는 별도의 온도 센서 또는 온도 변화에 따라 출력 파라미터(예를 들어, 저항, 캐패시터, 인덕터, 전류, 전압 등)가 가변하는 다른 수동 소자 또는 능동 소자로 대체될 수 있다.
온도 보상 회로(110)는 수신된 입력 전압을 기반으로 온도 보상 수정 발진기(100)의 온도를 검출하고, 검출된 온도를 기반으로 클럭 신호(CLK)의 주파수를 보정할 수 있다. 예시적으로, 온도 검출 동작은 전압-제어 발진기 기반의 디지털 감지 방식으로 수행될 수 있다. 전압-제어 발진기 기반의 디지털 감지 방식의 예는 이하의 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
예시적으로, 제2 단자(T2) 및 접지단 사이에 저항(R)이 연결될 수 있다. 예를 들어, 서미스터(THM)는 온도에 따라 저항 값이 지수함수적으로 변화한다. 즉, 고온에서 서미스터(THM)의 저항 값이 급격하게 변화하기 때문에, 고온에서 입력 전압이 급격하게 변화하게 되고, 이로 인하여 정확한 온도 검출이 어려울 수 있다. 이 경우, 제2 단자(T2) 및 접지 단 사이에 저항(R)을 연결함으로써, 입력 전압을 온도에 따라 선형화시킬 수 있다. 즉, 제2 단자(T2) 및 접지 단 사이에 저항(R)을 연결함으로써, 정확한 온도 검출이 달성될 수 있다. 예시적으로, 서미스터(THM) 및 저항(R)이 직렬 연결됨에 따라, 온도 변화 뿐만 아니라, 공정, 전압, 온도(PVT; process, voltage, and temperature) 변화에 따른 입력 전압의 선형성 및 일정성(또는 일관성)이 달성될 수 있다.
예시적으로, 발진 제어기(101)의 온도 보상 회로(110) 및 발진 회로(120)는 하나의 반도체 칩, 다이, 패키지, 또는 모듈로 구현될 수 있다. 수정 진동자(XT), 서미스터(THM), 및 저항(R)은 발진 제어기(101)와 구분되는 별도의 소자, 패키지, 또는 모듈로 구현될 수 있다.
도 2는 도 1의 온도 보상 회로를 상세하게 보여주는 블록도이다. 도면의 간결성을 위하여, 온도 보상 회로의 동작을 설명하는데 불필요한 구성 요소들은 생략된다. 예시적으로, 이하에서 설명되거나 또는 도면에 도시된 "블록(block)", "부(unit)", "모듈(module)", 또는 "회로(circuit)" 등과 같이 특정 기능을 수행하거나 또는 특정 기능을 포함하는 용어들은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 그것들의 조합의 형태로 구현될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발진 제어기(101)는 온도 보상 회로(110) 및 발진 회로(120)를 포함할 수 있다. 발진 회로(120)는 제3 및 제4 단자들(T3, T4)과 연결되고, 클럭 신호(CLK)를 출력할 수 있다. 온도 보상 회로(110)는 밴드 갭 레퍼런스(111), 온도 감지 회로(112), 제어 로직 회로(113), 및 캐패시터 뱅크(114)를 포함할 수 있다.
밴드 갭 레퍼런스(111)는 기준 전압(VREF)을 생성할 수 있다. 기준 전압(VREF)은 제1 단자(T1) 및 온도 감지 회로(112)로 제공될 수 있다. 예시적으로, 기준 전압(VREF)은 제1 단자(T1)를 통해 서미스터(THM)로 제공될 수 있다. 서미스터(THM)는 기준 전압(VREF)을 입력 전압(VIN)으로 출력할 수 있다.
온도 감지 회로(112)는 제2 단자(T2)를 통해 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있다. 예시적으로, 입력 전압(VIN)은 온도 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이, 서미스터(THM)로 기준 전압(VREF)이 인가되고, 서미스터(THM)는 기준 전압(VREF)에 응답하여 입력 전압(VIN)을 출력할 수 있다. 즉, 입력 전압(VIN)은 온도에 따라 변화한 서미스터(THM)의 저항 값에 의한 전압 강하가 반영된 값이므로, 입력 전압(VIN)을 감지함으로써, 온도 보상 수정 발진기(100)의 온도를 검출할 수 있다.
온도 감지 회로(112)는 수신된 입력 전압(VIN)을 디지털 코드(CODE)(이하에서, 온도 코드라 칭함)로 변환하여 출력할 수 있다. 예시적으로, 온도 감지 회로(112)는 종래의 아날로그-디지털 변환기(ADC; analog to digital converter)와 달리 전압 제어 발진기-기반의 감지 동작을 수행할 수 있다. 종래의 ADC는 넓은 면적 및 큰 전력 소모를 요구한다. 그러나, 본 발명에 따른 온도 감지 회로(112)는 전압 제어 발진기를 기반으로 감지 동작을 수행하므로, 종래의 ADC와 비교하여 면적 및 전력 소모가 감소되는 장점을 갖는다.
예시적으로, 온도 감지 회로(112)는 밴드 갭 레퍼런스(111)로부터의 기준 전압(VREF)을 사용하여 온도 감지 회로(112)에 포함된 전압 제어 발진기(도 3 참조)의 보정 동작을 수행할 수 있다. 온도 감지 회로(112)의 구성 및 동작은 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
제어 로직 회로(113)는 온도 감지 회로(112)로부터 온도 코드(CODE)를 수신하고, 수신된 온도 코드(CODE)를 기반으로 제어 신호(CTRL)를 출력할 수 있다. 예시적으로, 제어 신호(CTRL)는 감지된 온도 코드(CODE)에 대응하는 제어 신호일 수 있다. 제어 로직 회로(113)의 구성 및 동작은 도 6을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
캐패시터 뱅크(114)는 제3 및 제4 단자들(T3, T4)과 연결될 수 있다. 캐패시터 뱅크(114)는 제어 로직 회로(113)로부터의 제어 신호(CTRL)에 응답하여, 제3 및 제4 단자들(T3, T4)의 정전 용량(capacitance)을 조절할 수 있다. 예시적으로, 제3 및 제4 단자들(T3, T4)의 정전 용량을 조절함으로써, 발진 회로(120)로부터 출력되는 클럭 신호(CLK)의 주파수가 조절될 수 있다. 즉, 제3 및 제4 단자들(T3, T4)의 정전 용량을 조절함으로써, 온도 변화에 따른 클럭 신호(CLK)의 주파수 변화를 보상할 수 있다. 캐패시터 뱅크(114)의 동작은 도 7을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 3은 도 2의 온도 감지 회로를 상세하게 보여주는 블록도이다. 도 4는 도 3의 전압 제어 발진기의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다. 간결한 설명을 위하여, 온도 감지 회로(112)를 설명하는데 불필요한 구성은 생략된다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 온도 감지 회로(112)는 전압 제어 발진기(112a), 카운터(112b), 자동 보정기(112c), 및 제1 및 제2 스위치들(SW1, SW2)을 포함할 수 있다.
제1 스위치(SW1)는 제1 단자(T1) 및 제1 노드(n1) 사이에 연결된다. 즉, 제1 스위치(SW1)는 제1 노드(n1)로 기준 전압(VREF)을 제공하도록 구성될 수 있다. 제2 스위치(SW2)는 제2 단자(T2) 및 제1 노드(n1) 사이에 연결될 수 있다. 즉, 제2 스위치(SW2)는 입력 전압(VIN)을 제1 노드(n1)로 제공하도록 구성될 수 있다.
전압 제어 발진기(112a)는 제1 노드(n1)의 전압을 입력 받고, 입력된 전압에 응답하여 출력 신호(F)를 출력할 수 있다. 예시적으로, 출력 신호(F)의 주파수는 제1 노드(n1)의 전압에 비례할 수 있다.
카운터(112b)는 출력 신호(F)를 카운팅하여, 온도 코드(CODE)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 카운터(112b)는 일정 시간 동안 출력 신호(F)를 카운팅하여, 디지털 값인 온도 코드(CODE)를 출력할 수 있다. 다시 말해서, 온도 코드(CODE)는 출력 신호(F)의 주파수에 대한 정보를 포함할 수 있다.
예시적으로, 온도 코드(CODE)는 온도 보상 수정 발진기(100)의 온도에 대한 정보를 포함할 것이다. 예를 들어, 제2 스위치(SW2)가 턴-온된 경우, 제1 노드(n1)의 전압은 입력 전압(VIN)일 것이다. 앞서 설명된 바와 같이, 입력 전압(VIN)은 온도 보상 수정 발진기(100)의 온도 정보를 포함한다. 제1 노드(n1)의 입력 전압(VIN)은 전압 제어 발진기(112a)로 제공되고, 전압 제어 발진기(112a)는 입력 전압(VIN)에 비례하는 주파수를 갖는 출력 신호(F)를 출력할 것이다. 카운터(112b)는 출력 신호(F)를 카운팅하여, 출력 신호(F)의 주파수에 대한 정보를 포함하는 온도 코드(CODE)를 출력할 수 있다. 결론적으로, 온도 감지 회로(112)는 입력 전압(VIN)을 기반으로 온도 정보를 포함하는 온도 코드(CODE)(예를 들어, 디지털 코드)를 출력할 수 있다.
예시적으로, 전압 제어 발진기(112a)는 공정, 전압, 또는 온도(PVT; process, voltage, temperature) 특성에 따라 출력 주파수가 불안정할 수 있다. 도 4의 제1 그래프에 도시된 바와 같이, 전압 제어 발진기(112a)로 동일한 전압(예를 들어, 기준 전압(VREF))이 인가되더라도, 전압 제어 발진기(112a)의 출력 신호(F)의 주파수는 PVT 변이에 따라 다양하게 변화할 수 있다. 이 경우, 카운터(112b)로부터 출력된 온도 코드(CODE)에 포함된 온도 정보는 정확하지 않을 것이다.
전압 제어 발진기(112a)의 PVT 변이에 따른 주파수 변화를 보정하기 위하여, 자동 보정기(112c)는 보정 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 자동 보정기(112c)는 발진 회로(110)로부터 클럭 신호(CLK)를 수신하고, 전압 제어 발진기(112a)로부터의 출력 신호(F)를 수신할 수 있다. 자동 보정기(112c)는 출력 신호(F)의 주파수 및 클럭 신호(CLK)의 주파수를 비교하여, 보정 신호(CAL)를 출력할 수 있다. 전압 제어 발진기(112a)는 보정 신호(CAL)에 응답하여 내부 파라미터들(예를 들어, 내부 저항, 내부 캐패시터 등)을 조절할 수 있다. 보정된 전압 제어 발진기(112a)는 의도된 주파수를 갖는 출력 신호(F)를 출력하도록 구성될 수 있다.
좀 더 상세한 예로써, 자동 보정기(112c)의 보정 동작 동안, 제1 스위치(SW1)가 턴-온될 수 있다. 이 경우, 제1 노드(n1)의 전압은 기준 전압(VREF)이다. 전압 제어 발진기(112a)는 제1 노드(n1)의 기준 전압(VREF)에 응답하여, 출력 신호(F)를 출력할 수 있다. 이 때, 출력 신호(F)는 도 4의 제1 그래프에 도시된 바와 같이, 기준 주파수(FREF)(즉, 의도된 주파수)를 갖지 않을 수 있다. 이 경우, 자동 보정기(112c)는 출력 신호(F) 및 클럭 신호(CLK)를 비교하고, 비교 결과를 기반으로 보정 신호(CAL)를 출력할 수 있다. 전압 제어 발진기(112a)는 보정 신호(CAL)에 따라 내부 파라미터들을 보정 또는 조절할 수 있다. 보정된 전압 제어 발진기(112a)는 도 4의 제2 그래프에 도시된 바와 같이, 기준 전압(VREF)에 응답하여, 기준 주파수(FREF)를 갖는 출력 신호(F)를 출력할 수 있다. 상술된 보정 동작을 통해 전압 제어 발진기(112a)의 PVT 변이에 따른 주파수 변화가 보정될 수 있다.
예시적으로, 온도 감지 회로(112)는 상술된 보정 동작 및 온도 감지 동작(즉, 온도 코드(CODE)를 출력하는 동작)을 주기적 또는 비주기적으로 반복할 수 있다. 예를 들어, 온도 감지 회로(112)는 제1 스위치(SW1)가 턴-온 되고, 제2 스위치(SW2)가 턴-오프 된 상태에서, 자동 보정기(112c)에 의한 보정 동작을 수행할 수 있다. 보정 동작이 완료된 이후에, 온도 감지 회로(112)는 제1 스위치(SW1)가 턴-오프 되고, 제2 스위치(SW2)가 턴-온 된 상태에서, 상술된 온도 코드(CODE)를 생성하는 감지 동작을 수행할 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 온도 감지 회로(112)는 전압 제어 발진기를 기반으로 온도 감지 또는 온도 코드(CODE) 생성 동작을 수행할 수 있다. 본 발명에 따른 온도 감지 회로(112)는 종래의 ADC와 비교하여 적은 면적을 차지하고, 소모 전력을 절감할 수 있다.
예시적으로, 온도 감지 회로(112)는 로직 회로(112d)를 더 포함할 수 있다. 로직 회로(112d)는 상술된 온도 코드 생성(CODE)를 생성하기 위한 동작 및 자동 보정 동작이 수행되도록 전압 제어 발진기(112a), 카운터(112b), 자동 보정기(112c), 및 제1 및 제2 스위치들(SW1, SW2)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 보정 동작 동안, 로직 회로(112d)는 제1 스위치(SW1)가 턴-온되도록 제1 스위치(SW1)를 제어하고, 전압 제어 발진기(112a) 및 자동 보정기(112c)가 동작하도록 제어할 수 있다. 또는 온도 코드(CODE)를 생성하는 동작 동안, 로직 회로(112d)는 제2 스위치(SW2)가 턴-온되도록 제2 스위치(SW2)를 제어하고, 전압 제어 발진기(112a) 및 카운터(112b)를 제어할 수 있다. 이 때, 로직 회로(112d)는 미리 정해진 시간 동안 카운터(112b)가 출력 신호(F)를 카운팅하도록 제어할 수 있다.
도 5는 도 3의 자동 보정기의 보정 동작의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면이다. 예시적으로, 도 5를 참조하여 자동 보정기(112c)의 보정 동작의 실시 예가 설명되나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 도 5에 도시된 실시 예는 단순히 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 하나의 예일 뿐이며, 본 발명에 따른 보정 동작을 위하여 다양한 회로 구성 또는 방법들이 적용될 수 있다. 도면의 간결성을 위하여, 자동 보정기(112c)의 보정 동작을 설명하는데 불필요한 구성 요소들은 생략된다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 온도 감지 회로(112)는 전압 제어 발진기(112a) 및 자동 보정기(112c)를 포함할 수 있다. 도 5에 명확하게 도시되지는 않았으나, 전압 제어 발진기(112a)는 입력 회로(112a_1) 및 공진 회로(112a_2)를 포함할 수 있다. 예시적으로, 공진 회로(112a_2)는 LC 소자, 또는 RC 소자, 또는 능동 소자(예를 들어, MOSFET, BJT 등)를 기반으로 구성될 수 있다. 예시적으로, 공진 회로(112a_2)는 다양한 반도체 소자를 기반으로 형성된 링-타입 공진 회로를 포함할 수 있다. 그러나, 도 5에 도시된 구성 또는 앞서 설명된 공진 회로의 구성은 예시적인 것이며, 전압 제어 발진기(112a) 또는 공진 회로(112a_2)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
입력 회로(122a_1)는 비교기(COMP), 전류 소스(IS), 및 복수의 트랜지스터들(M01~M2n)을 포함할 수 있다. 비교기(COMP)의 제1 입력단은 제1 노드(n1)의 전압을 수신하고, 제2 입력단은 제2 노드(n2)를 수신하도록 구성할 수 있다. 도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 자동 보정기(112c)에 의한 보정 동작시, 제1 스위치(SW1)가 턴-온 되므로, 제1 노드(n1)의 전압은 기준 전압(VREF)일 수 있다. 즉, 보정 동작시, 제2 노드(n2)의 전압은 기준 전압(VREF)으로 유지될 수 있다.
트랜지스터(M01)의 일단은 전원 전압(VDD)과 연결되고, 타단은 제2 노드(n2)와 연결되고, 게이트는 비교기(COMP)의 출력과 연결된다. 전류 소스(IS)는 제2 노드(n2) 및 접지단 사이에 연결된다. 즉, 비교기(COMP), 트랜지스터(M01) 및 전류 소스(IS)에 의해 특정 크기의 단위 전류가 생성될 수 있다.
복수의 트랜지스터들(M11~M2n)은 각각 직병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터들(M11, M12)은 직렬 연결되고, 트랜지스터들(M21, M22)은 직렬 연결되고, 트랜지스터들(M1n, M2n)은 직렬 연결될 수 있다. 직렬 연결된 트랜지스터들의 일단은 전원 전압(VDD)과 연결되고, 타단은 제3 노드(n3)와 연결될 수 있다. 직렬 연결된 트랜지스터들 중 일부(M11, M21, ... , M1n)의 게이트들은 비교 회로(COMP)의 출력과 연결될 수 있다. 즉, 직렬 연결된 트랜지스터들 각각은 전류 미러를 구성하며, 직렬 연결된 트랜지스터들을 통해 단위 전류가 제3 노드(n3)로 제공될 수 있다. 공진 회로(112a)는 제3 노드(n3)를 통해 흐르는 전류량에 따라 출력 신호(F)를 출력할 수 있다.
도 3 및 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 자동 보정기(112c)는 클럭 신호(CLK) 및 출력 신호(F)의 주파수를 비교하여 보정 신호(CAL)를 출력할 수 있다. 입력 회로(112a_1)는 보정 신호(CAL)에 응답하여, 직렬 연결된 트랜지스터들 중 일부(M12, M22, ... , M2n) 각각을 턴-온 또는 턴-오프 시킴으로써, 제3 노드(n3)를 통해 흐르는 전류량을 조절할 수 있다. 공진 회로(112a_2)는 제3 노드(n3)의 조절된 전류량에 따라, 출력 신호(F)를 출력할 수 있다. 자동 보정기(112c)는 상술된 동작을 반복 수행함으로써, 입력 회로(112a_1)에서의 단위 전류량(다시 말해서, 제3 노드(n3)의 전류량)을 조절할 수 있고, 이에 따라 공진 회로(112a_2)는 기준 주파수(VREF)를 갖는 출력 신호(F)를 출력할 수 있다.
상술된 보정 방법은 예시적인 것이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전압 제어 발진기(112a)는 자동 보정기(112c)로부터의 보정 신호(CAL)에 응답하여, 기준 주파수(VREF)를 갖는 출력 신호(F)가 출력되로록, 내부 캐패시터의 값, 내부 저항 값 등을 조절할 수 있다. 또는, 전압 제어 발진기(112a) 및 자동 보정기(112c)는 위상 고정 루프(PLL)와 유사한 구성을 통해 구현될 수 있다.
도 6은 도 2의 제어 로직 회로의 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 도면의 간결성 및 설명의 편의를 위하여, 제어 로직 회로(113)의 구성 및 동작을 설명하는데 불필요한 구성 요소들은 생략된다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 제어 로직 회로(113)는 룩-업 테이블(113a) 또는 추정기(113b)를 포함할 수 있다. 비록 룩-업 테이블(113a) 및 추정기(113b)가 도 6에 모두 도시되어 있으나, 제어 로직 회로(113)는 룩-업 테이블(113a) 또는 추정기(113b) 중 어느 하나 또는 모두를 포함할 수 있다.
룩-업 테이블(113a)은 온도 코드(CODE)에 대응하는 제어 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 정보는 온도에 따라 캐패시터 뱅크(114)의 정전 용량을 제어하기 위한 정보일 수 있다. 예를 들어, 온도 코드(CODE)가 제1 온도를 가리키는 경우, 온도에 따른 클럭 신호(CLK)의 주파수 변화를 보상하기 위하여, 캐패시터 뱅크(114)에 의해 제3 단자(T3)가 제1 정전 용량을 갖도록 설정되고, 제4 단자(T4)가 제2 정전 용량을 갖도록 설정되어야 할 수 있다. 제어 정보는 제3 및 제4 단자들(T3, T4)이 온도 코드(CODE)에 대응하는 정전 용량을 갖도록 캐패시터 뱅크(114)를 제어하기 위한 정보일 수 있다. 예시적으로, 제어 정보는 디지털 코드 형태 또는 아날로그 신호 형태인 제어 신호(CTRL)로써 출력될 수 있다.
추정기(113b)는 온도 코드(CODE)에 대하여 수정 진동자(XT)의 수학적 모델에 기반된 연산을 수행하여 제어 신호(CTRL)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 수정 진동자(XT)의 주파수는 온도에 따른 수학적 모델로 모델링될 수 있다. 추정기(113b)는 수정 진동자(XT)의 수학적 모델에 기반된 연산 동작을 수행하여, 제어 신호(CTRL)를 출력하도록 구성될 수 있다.
도 7은 도 2의 캐패시터 뱅크를 설명하기 위한 도면이다. 간결한 설명을 위하여, 캐패시터 뱅크(114) 및 캐패시터 뱅크(114)의 동작을 설명하는데 불필요한 구성 요소들은 생략된다. 또한, 도 7에 도시된 캐패시터 뱅크(114)의 구성은 예시적인 것이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 캐패시터 뱅크(114)는 복수의 스위치들(114a) 및 복수의 캐패시터들(114b)을 포함할 수 있다. 복수의 스위치들(114a) 각각은 복수의 캐패시터들(114b) 각각과 연결될 수 있다.
캐패시터 뱅크(114)는 제어 로직 회로(113)로부터 제어 신호(CTRL)를 수신하고, 수신된 제어 신호(CTRL)에 응답하여, 제3 및 제4 단자들(T3, T4)의 정전 용량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 캐패시터 뱅크(114)는 제어 신호(CTRL)에 응답하여, 복수의 스위치들(114a) 각각을 제어하여, 제3 및 제4 단자들(T3, T4)의 정전 용량을 조절할 수 있다.
예시적으로, 수정 진동자(XT)는 도 7에 도시된 바와 같이, RLC의 등가 회로로써 표현될 수 있다. 예를 들어, 수정 진동자(XT)는 도 7에 도시된 바와 같이, 저항(R), 인덕터(L), 및 제1 캐패시터(C1)가 직렬 연결된 구조, 및 직렬 연결된 구조와 병렬 연결된 제2 캐패시터(C2)의 등가 회로로써 표현될 수 있다. 도 7에 도시된 수정 진동자(XT)의 등가 회로의 리액턴스 성분에 의해 수정 진동자(XT)의 고유 진동 주파수가 결정될 수 있다. 즉, 온도 변화에 따라 클럭 신호(CLK)의 주파수가 변하는 경우, 수정 진동자(XT)의 등가 회로 상에 도시된 리액턴스 성분을 조절함으로써, 주파수 제어가 가능할 것이다.
이 때, 제3 및 제4 단자들(T3, T4)은 제2 캐패시터(C2)의 양단에 접속된 단자들이므로, 제3 및 제4 단자들(T3, T4) 각각의 정전 용량을 조절함으로써, 수정 진동자(XT)의 등가 회로 상의 리액턴스 성분을 조절하는 것과 동일한 효과가 나타난다. 다시 말해서, 캐패시터 뱅크(114)는 제어 신호(CTRL)에 응답하여, 제3 및 제4 단자들(T3, T4) 각각의 정전 용량을 조절할 수 있고, 이로 인하여, 클럭 신호(CLK)의 온도에 따른 주파수 변화가 보상될 수 있다.
예시적으로, 상술된 캐패시터 뱅크(114)는 예시적인 것이며, 다른 구성 요소들로 대체될 수 있다. 예를 들어, 캐패시터 뱅크(114)는 가변 캐패시터를 포함할 수 있고, 제어 신호(CTRL)에 응답하여, 가변 캐패시터의 정전 용량들을 제어할 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예에 따르면, 발진 제어기(101)는 서미스터(THM)로부터 온도 정보를 포함하는 입력 전압(VIN)을 수신하고, 수신된 입력 전압(VIN)을 기반으로, 온도 코드(CODE)를 생성할 수 있다. 이 때, 온도 코드(CODE)는 전압 발진기 기반의 감지 동작에 의해 수행될 수 있다. 발진 제어기(101)는 온도 코드(CODE)를 기반으로 수정 진동자(XT) 양단의 정전 용량을 조절하여 클럭 신호(CLK)의 온도에 따른 주파수 변화를 보상할 수 있다.
종래의 온도 보상 수정 발진기는 온도 감지를 위하여, 온도 센서 또는 다이오드 등을 사용하기 때문에, 전체적인 비용이 증가하는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명에 따른 온도 보상 수정 발진기(100)는 다른 온도 감지 소자들과 비교하여 상대적으로 저렴한 서미스터(THM)를 사용함으로써, 전체적인 비용을 감소할 수 있다. 또한, 전압 제어 발진기 기반의 감지 동작을 통해 정확한 온도 검출 및 온도 변화에 따른 주파수 보상 동작이 수행될 수 있다. 또한, 전압 제어 발진기 기반의 감지 동작은 종래의 ADC와 비교하여, 적은 면적 및 적은 소모 전력을 갖는다. 따라서, 감소된 비용 및 향상된 성능을 갖는 온도 보상 수정 발진기가 제공된다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 보상 수정 발진기를 보여주는 도면이다. 간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 생략된다.
도 8을 참조하면, 온도 보상 수정 발진기(200)는 수정 진동자(XT), 서미스터(THM), 및 발진 제어기(201)를 포함할 수 있다. 발진 제어기(201)는 온도 보상 회로(210), 발진 회로(220), 및 스위치드 캐패시터(230)를 포함할 수 있다. 수정 진동자(XT), 서미스터(THM), 발진 제어기(201), 온도 보상 회로(210), 발진 회로(220)는 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.
도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 온도 보상 수정 발진기(100)와 달리, 도 8의 온도 보상 수정 발진기(200)의 발진 제어기(201)는 스위치드 캐패시터(230)를 더 포함할 수 있다.
스위치드 캐패시터(230)는 클럭 신호(CLK)를 수신하고, 수신된 클럭 신호(CLK)를 기반으로 캐패시터 양단의 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 예시적으로, 스위치드 캐패시터(230)는 제2 단자(T2)에 연결되어, 도 1의 저항(R)과 같은 역할을 수행할 수 있다. 즉, 외부 저항(R)을 제거하더라도, 스위치드 캐패시터(230)의 동작을 통해 서미스터(THM)로부터 입력 전압(VIN)의 온도(또는 PVT)에 대한 선형성이 유지될 수 있다.
예시적으로, 발진 제어기(201)의 구성 요소들은 하나의 반도체 칩으로 구현될 수 있다. 즉, 발진 제어기(201)에서, 스위치드 캐패시터(230)의 추가에 대한 비용은 외부 저항(R)의 추가에 대한 비용보다 낮을 것이다. 즉, 발진 제어기(201)에 포함된 스위치드 캐패시터(230)를 사용함으로써, 도 1에 도시된 외부 저항(R)을 제거할 수 있고, 이로 인하여, 저항(R) 추가에 대한 비용이 감소될 수 있다.
도 9는 도 8의 스위치드 캐패시터를 상세하게 보여주는 도면이다. 도 9에 도시된 스위치드 캐패시터(230)는 예시적인 것이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 스위치드 캐패시터(230)는 비-중첩 클럭 발생기(231), 제3 및 제4 스위치들(SW3, SW4), 및 제3 캐패시터(C3)를 포함할 수 있다. 비-중첩 클럭 발생기(231)는 클럭 신호(CLK)를 수신하고, 수신된 클럭 신호(CLK)를 기반으로 클럭 신호(CLK) 및 상보 클럭 신호(CLK/)를 출력할 수 있다. 상보 클럭 신호(CLK/)는 클럭 신호(CLK)와 위상이 반대인 신호를 가리킬 수 있다.
제3 스위치(SW3)는 제2 단자(T2) 및 제3 캐패시터(C3)의 일단 사이에 연결되고, 비 중첩 클럭 발생기(231)로부터의 클럭 신호(CLK)에 응답하여 동작한다. 제4 스위치(SW4)는 제3 캐패시터(C3)의 타단 및 접지단 사이에 연결되고, 비-중첩 클럭 발생기(231)로부터의 상보 클럭 신호(CLK)에 응답하여 동작한다. 클럭 신호(CLK) 및 상보 클럭 신호(CLK/)에 의해 제3 및 제4 스위치들(SW3, SW4)은 교번하여 턴-온 또는 턴-오프된다. 예시적으로, 제3 및 제4 스위치들(SW3, SW4)은 서로 동시에 턴-온되지 않는다.
상술된 제3 및 제4 스위치들(SW3, SW4)의 스위칭 동작에 의해 제2 단자(T2) 및 접지단 사이의 구성 요소들은 외부 저항(R)과 유사한 역할을 수행할 수 있다. 즉, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 스위치드 캐패시터(230)는 서미스터(THM)로부터의 입력 전압이 선형성을 유지하도록 할 수 있다.
도 10은 도 8 및 도 9의 스위치드 캐패시터에 대한 적용 예를 보여주는 도면이다. 간결한 설명을 위하여, 스위치드 캐패시터(230)에 대한 적용 예를 설명하는데 불필요한 구성 요소들(예를 들어, 온도 보상 회로, 발진 회로 등)은 생략된다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 온도 보상 수정 발진기(200)는 고성능 모드 및 저성능 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다. 예를 들어, 고성능 모드는 클럭 신호(CLK)의 주파수 변화가 제1 범위 이내인 동작 모드를 가리키고, 저성능 모드는 클럭 신호(CLK)의 주파수 변화가 제2 범위 이내인 동작 모드를 가리킨다. 이 때, 제1 범위는 제2 범위보다 좁다. 즉, 고성능 모드는 특정 범위 이내의 주파수 오차를 허용하는 동작 모드를 가리킬 수 있고, 저성능 모드는 고성능 모드보다 큰 범위의 주파수 오차를 허용하는 동작모드를 가리킬 수 있다. 다시 말해서, 고성능 모드는 클럭 신호(CLK)의 높은 정밀도를 요구하는 동작 모드를 가리키고, 저성능 모드는 클럭 신호(CLK)의 높은 정밀도를 요구하지 않는 동작 모드(또는 비교적 낮은 정밀도가 허용되는 동작 모드)를 가리킬 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여 설명된 바와 같이, 스위치드 캐패시터(230)는 외부 저항(R)과 유사한 기능을 수행할 수 있다. 그러나 스위치드 캐패시터(230)를 사용하는 경우, 클럭 신호(CLK)의 변화, 내부 소자들의 PVT 변이 등으로 인하여, 일정한 저항 성분을 포함하지 못할 수 있다. 이 경우, 고정된 저항 값을 갖는 외부 저항(R)과 비교하여, 신뢰성이 저하될 수 있다.
예를 들어, 저항(R)을 사용하는 경우와 비교하여, 스위치드 캐패시터(230)를 사용하는 경우, 입력 전압(VIN)의 산포도에 대한 정밀도가 감소될 수 있다. 이는 저항(R)을 사용하는 경우와 비교하여, 스위치드 캐패시터(230)를 사용하는 경우에서 클럭 신호(CLK)의 주파수 오차(또는 주파수 변화)가 더 커짐을 의미한다.
따라서, 고성능 모드가 요구되는 경우, (즉, 보다 정확한 클럭 신호(CLK)가 요구되는 경우) 스위치드 캐패시터(230)를 비활성화하고, 제2 단자(T2)에 외부 저항(R)을 연결함으로써, 온도 보상 수정 발진기(200)의 고성능 모드가 구현될 수 있다.
고성능 모드가 요구되지 않는 경우,(즉, 저성능 모드가 요구되는 경우 또는 특정 범위 내의 클럭 신호(CLK)의 주파수 오차가 허용되는 경우), 외부 저항(R)을 제거하고, 스위치드 캐패시터(230)를 활성화함으로써, 온도 보상 수정 발진기(200)의 저성능 모드가 구현될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 고성능 모드가 필요하지 않은 경우, 외부 저항(R)을 제거함으로써, 외부 저항(R)으로 인한 비용을 감소할 수 있다. 즉, 전자 회로 또는 전자 장치의 동작 환경에 따라 동작 모드를 가변함으로써, 온도 보상 수정 발진기(200)를 구성하는 비용을 감소시킬 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 온도 보상 수정 발진기의 적용 예를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 11을 참조하면, 사용자 시스템(1000)은 제1 및 제2 온도 보상 수정 발진기들(1100, 1200) 및 복수의 구성 요소들(1110~1150, 1210~1220)을 포함한다. 제1 및 제2 온도 보상 수정 발진기들(1100, 1200)은 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 온도 보상 수정 발진기일 수 있다. 예시적으로, 제1 온도 보상 수정 발진기(1100)는 저성능 모드로 구현된 온도 보상 수정 발진기(예를 들어, 도 10의 저성능 모드)일 수 있다. 제2 온도 보상 수정 발진기(1200)는 고성능 모드로 구현된 온도 보상 수정 발진기(예를 들어, 도 10의 고성능 모드)일 수 있다.
복수의 구성 요소들(1110~1150, 1210~1220)은 각각 시스템-온-칩, 메모리 모듈, 스토리지 모듈, 디스플레이 장치, 전력 관리 회로, 모뎀, GPS 등과 같은 구성 요소들을 포함할 수 있다. 도 11에 도시된 복수의 구성 요소들은 예시적인 것이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 온도 보상 수정 발진기(1100)는 복수의 구성 요소들 중 일부 구성 요소들(예를 들어, 시스템-온-칩, 메모리 모듈, 스토리지 모듈, 디스플레이 장치, 전력 관리 회로 등)로 클럭 신호(CLK)를 제공하도록 구성될 수 있다. 이 때, 일부 구성 요소들은 클럭 신호(CLK)의 상대적으로 낮은 신뢰성을 요구하는 구성 요소들일 수 있다.
제2 온도 보상 수정 발진기(1200)는 복수의 구성 요소들 중 일부 구성 요소들(예를 들어, 모뎀, GPS 등)으로 클럭 신호(CLK)를 제공하도록 구성될 수 있다. 이 때, 일부 구성 요소들은 클럭 신호(CLK)의 상대적으로 높은 신뢰성을 요구하는 구성 요소들일 수 있다.
예시적으로, 클럭 신호(CLK)에 대한 신뢰성은 구성 요소들 각각에 의해 미리 정해질 수 있으며, 이에 따라, 제1 또는 제2 온도 보상 수정 발진기(1100 또는 1200)로부터 클럭 신호(CLK)를 제공받을 수 있다.
예시적으로, 도 11에 도시된 사용자 시스템(1000)은 본 발명의 적용 예를 설명하기 위한 예시적인 것이며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 온도 보상 수정 발진기는 복수의 구성 요소들 각각에 포함될 수 있거나 또는 별도의 모듈로 제공될 수 있다. 또는, 사용자 시스템(1000)의 동작 환경에 따라, 사용자 시스템(1000)은 제1 또는 제2 온도 보상 수정 발진기(1100 또는 1200) 중 어느 하나만 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 보상 수정 발진기가 적용된 전자 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 12를 참조하면, 예시적으로, 전자 시스템(2000)은 휴대용 통신 단말기, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Media Player), 스마트폰, 또는 웨어러블(Wearable) 장치 형태로 구현될 수 있다. 또는 전자 시스템(2000)은 개인용 컴퓨터, 서버, 워크스테이션, 노트북 등과 같은 컴퓨팅 시스템의 형태로 구현될 수 있다.
전자 시스템(2000)은 애플리케이션 프로세서(2100)(또는 중앙 처리 장치), 디스플레이(2220), 및 이미지 센서(2230)를 포함할 수 있다. 애플리케이션 프로세서(2100)는 DigRF 마스터(2110), DSI(Display Serial Interface) 호스트(2120), CSI(Camera Serial Interface) 호스트(2130), 및 물리 계층(2140)을 포함할 수 있다.
DSI 호스트(2120)는 DSI를 통해 디스플레이(2220)의 DSI 장치(2225)와 통신할 수 있다. 예시적으로, DSI 호스트(2120)에는 광 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있다. 예로서, DSI 장치(2225)에는 광 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있다.
CSI 호스트(2130)는 CSI를 통해 이미지 센서(2230)의 CSI 장치(2235)와 통신할 수 있다. 예시적으로, CSI 호스트(2130)에는 광 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있다. 예로서, CSI 장치(2235)에는 광 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있다.
전자 시스템(2000)은 애플리케이션 프로세서(2100)와 통신하는 RF(Radio Frequency) 칩(2240)을 더 포함할 수 있다. RF 칩(2240)은 물리 계층(2242), DigRF 슬레이브(2244), 및 안테나(2246)를 포함할 수 있다. 예시적으로, RF 칩(2240)의 물리 계층(2242)과 애플리케이션 프로세서(2100)의 물리 계층(2140)은 MIPI DigRF 인터페이스에 의해 서로 데이터를 교환할 수 있다.
전자 시스템(2000)은 워킹 메모리(Working Memory; 2250) 및 임베디드/카드 스토리지(2255)를 더 포함할 수 있다. 워킹 메모리(2250) 및 임베디드/카드 스토리지(2255)는 애플리케이션 프로세서(2100)로부터 제공받은 데이터를 저장할 수 있다. 워킹 메모리(2250) 및 임베디드/카드 스토리지(2255)는 저장된 데이터를 어플리케이션 프로세서(2100)로 제공할 수 있다.
워킹 메모리(2250)는 애플리케이션 프로세서(2100)에 의해 처리된 또는 처리될 데이터를 일시적으로 저장할 수 있다. 워킹 메모리(2250)는 SRAM, DRAM, SDRAM 등과 같은 휘발성 메모리, 또는 플래시 메모리, PRAM, MRAM, ReRAM, FRAM 등과 같은 불휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
임베디드/카드 스토리지(2255)는 전원 공급 여부와 관계없이 데이터를 저장할 수 있다.
전자 시스템(2000)은 Wimax(World Interoperability for Microwave Access; 2260), WLAN(Wireless Local Area Network; 2262), UWB(Ultra Wideband; 2264) 등을 통해 외부 시스템과 통신할 수 있다.
전자 시스템(2000)은 음성 정보를 처리하기 위한 스피커(2270) 및 마이크(2275)를 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 전자 시스템(2000)은 위치 정보를 처리하기 위한 GPS(Global Positioning System) 장치(2280)를 더 포함할 수 있다. 전자 시스템(2000)은 주변 장치들과의 연결을 관리하기 위한 브릿지(Bridge) 칩(2290)을 더 포함할 수 있다.
예시적으로, 전자 시스템(2000)에 포함된 구성 요소들 각각은 애플리케이션 프로세서(3100)에 포함되거나 또는 별도의 기능 블록으로 구현된 수정 발진기로부터 기준 클럭을 수신하고, 수신된 기준 클럭을 기반으로 동작하도록 구성될 수 있다. 이 때, 수정 발진기는 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명된 온도 보상 수정 발진기일 수 있다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따른 온도 보상 수정 발진기는 서미스터로부터 입력 전압을 수신하고, 수신된 입력 전압을 기반으로 온도 보상 수정 발진기의 온도를 검출할 수 있다. 온도 보상 수정 발진기는 검출된 온도를 기반으로 클럭 신호의 주파수 변화를 보상할 수 있다. 따라서, 온도 보상 수정 발진기는 별도의 온도 센서 또는 다이오드와 비교하여 상대적으로 가격이 저렴한 서미스터를 사용하므로, 온도 보상 수정 발진기의 비용이 감소된다.
또한, 본 발명에 따른 온도 보상 수정 발진기는 온도 검출시, 전압 제어 발진기 기반의 감지 동작을 수행한다. 즉, 종래의 ADC와 비교하여 적은 면적 및 감소된 소비 전력을 갖는 온도 보상 수정 발진기가 제공된다.
또한, 본 발명에 따른 온도 보상 수정 발진기는 스위치드 캐패시터를 제공할 수 있다. 동작 모드에 따라 스위치드 캐패시터를 사용함으로써, 외부 저항 추가에 따른 비용이 감소될 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 감소된 비용 및 향상된 신뢰성을 갖는 발진 제어기 및 그것을 포함하는 온도 보상 수정 발진기가 제공된다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 온도 보상 수정 발진기
101: 발진 제어기
110: 온도 보상 회로
120: 발진 회로
XT: 수정 진동자
THM: 서미스터
R: 외부 저항

Claims (10)

  1. 기준 전압을 제1 단자를 통해 제공하고, 온도 정보를 포함하는 입력 전압을 제2 단자를 통해 수신하도록 구성되는 온도 보상 회로; 및
    제3 및 제4 단자들을 통해 외부 수정 진동자와 연결되도록 구성되고, 상기 외부 수정 진동자로부터의 발진 신호를 기반으로 클럭 신호를 출력하도록 구성되는 발진 회로를 포함하되,
    상기 온도 보상 회로는 전압 제어 발진기 기반의 감지 동작을 수행하여 상기 입력 전압을 온도 코드로 변환하고, 상기 온도 코드를 기반으로 상기 클럭 신호의 주파수를 조절하도록 구성되는 온도 보상 발진 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 보상 회로는
    상기 기준 전압을 생성하도록 구성되는 밴드 갭 레퍼런스;
    상기 입력 전압을 수신하고, 상기 수신된 입력 전압을 기반으로 상기 온도 코드를 생성하도록 구성되는 온도 감지 회로;
    상기 온도 코드를 기반으로 제어 신호를 출력하도록 구성되는 제어 로직 회로; 및
    상기 제어 신호를 기반으로 상기 제3 및 제4 단자들 각각의 정전 용량을 조절하도록 구성되는 캐패시터 뱅크를 포함하는 온도 보상 발진 제어기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 감지 회로는
    상기 제2 단자 및 제1 노드 사이에 연결된 제1 스위치;
    상기 제1 노드의 전압에 응답하여 출력 신호를 출력하도록 구성되는 전압 제어 발진기; 및
    상기 출력 신호를 소정의 시간 동안 카운팅하여 상기 온도 코드를 출력하도록 구성되는 카운터를 포함하는 온도 보상 발진 제어기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 온도 감지 회로는
    상기 제1 단자 및 제1 노드 사이에 연결된 제2 스위치; 및
    상기 출력 신호 및 상기 클럭 신호를 수신하도록 구성되는 자동 보정기를 더 포함하고,
    상기 제2 스위치가 턴-온 되어 상기 제1 노드의 전압이 상기 기준 전압인 경우, 상기 자동 보정기는 상기 출력 신호 및 상기 클럭 신호를 비교하여 보정 신호를 출력하도록 구성되고,
    상기 전압 제어 발진기는 상기 보정 신호에 응답하여, 상기 출력 신호가 상기 클럭 신호와 대응되는 기준 주파수를 갖도록 내부 파라미터를 조절하는 온도 보상 발진 제어기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 로직은 상기 온도 코드 및 상기 제어 신호의 대응 관계에 대한 정보를 포함하는 룩-업 테이블을 포함하고, 상기 제어 로직은 상기 룩-업 테이블을 기반으로 상기 온도 코드에 대응되는 상기 제어 신호를 출력하도록 구성되는 온도 보상 발진 제어기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 로직은 추정기를 포함하고,
    상기 추정기는 상기 온도 코드에 대하여 상기 외부 수정 진동자의 수학적 모델에 기반된 연산 동작을 수행하여, 상기 제어 신호를 출력하도록 구성되는 온도 보상 발진 제어기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 캐패시터 뱅크는
    상기 제3 단자와 연결된 적어도 하나의 제1 캐패시터; 및
    상기 제4 단자와 연결된 적어도 하나의 제2 캐패시터를 포함하고,
    상기 캐패시터 뱅크는 상기 제어 신호에 응답하여, 상기 제1 및 제2 캐패시터들의 정전 용량을 조절하도록 구성되는 온도 보상 발진 제어기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 단자와 연결되고, 상기 클럭 신호를 기반으로 동작하는 스위치드 캐패시터를 더 포함하는 온도 보상 발진 제어기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스위치드 캐패시터는
    상기 클럭 신호를 기반으로 제1 스위칭 신호 및 상기 제1 스위칭 신호와 중첩되지 않는 제2 스위칭 신호를 출력하는 비-중첩 클럭 발생기;
    캐패시터;
    상기 제2 단자 및 상기 캐패시터의 일단 사이에 연결되고, 상기 제1 스위칭 신호에 응답하여 동작하도록 구성되는 제1 스위치; 및
    상기 캐패시터의 타단과 접지단 사이에 연결되고, 상기 제2 스위칭 신호에 응답하여 동작하도록 구성되는 제2 스위치를 포함하는 온도 보상 발진 제어기.
  10. 제1 내지 제4 단자들을 포함하는 온도 보상 발진 제어기;
    상기 제1 및 제2 단자들과 연결된 서미스터; 및
    상기 제3 및 제4 단자들과 연결된 수정 진동자를 포함하고,
    상기 온도 보상 발진 제어기는
    기준 전압을 상기 제1 단자를 통해 제공하고, 입력 전압을 제2 단자를 통해 수신하도록 구성되는 온도 보상 회로; 및
    상기 제3 및 제4 단자들과 연결되고, 상기 수정 진동자의 발진 신호를 기반으로 클럭 신호를 출력하도록 구성되는 발진 회로를 포함하고,
    상기 온도 보상 회로는 전압 제어 발진기-기반의 감지 동작을 수행하여 상기 입력 전압을 온도 코드로 변환하고, 상기 온도 코드를 기반으로 상기 제3 및 제4 단자들 각각의 정전 용량을 조절하도록 구성되는 온도 보상 수정 발진기.

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