KR102279315B1 - A PLL with an Unipolar Charge Pump and a Loop Filter consisting of Sample-Hold Capacitor and FVCO-sampled Feedforward Filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2차 RC루프필터에 저항을 제거하고, 스위치와 커패시터를 추가한 단방향 전하펌프를 가진 위상고정루프에 있어서, 출력신호의 주파수를 일정 비율로 분할하여 낮추는 분주기(100); 상기 분주기(100)와 연결된 위상주파수검출기(200); 상기 분주기(100)와 연결되어 입력되는 입력제어전압의 변화에 따라 출력 발진 주파수를 생성하는 전압 제어 발진기(300); 고주파 성분을 제거하는 루프필터(400); 상기 루프필터(400)와 연결되어 UP/DN 신호에 의한 전하를 전달하도록 회로를 열고 닫는 스위치1a(500) 및 상기 위상주파수검출기(200)의 출력과 연결되어 상기 위상주파수검출기(200)의 신호에 따라 전류를 흘려주는 전하펌프(600)를 포함하고, 상기 루프필터(400)는 상기 스위치1a(500)를 통해서 상기 전하펌프(600)와 연결되어 상기 전하펌프(600)의 출력을 입력으로 받아 고주파 성분을 제거하고, 상기 전하펌프(600)와 상기 스위치1a(500)의 사이에 노드를 형성하며 연결되어 말단은 접지되는 커패시터2(700); 상기 위상주파수검출기(200)와 연결된 OR게이트(800); 상기 위상주파수검출기(200)와 연결된 NOR게이트(900); 상기 NOR게이트(900)의 출력에 연결되어 On Off 동작하며, 상기 전압 제어 발진기(300)와 병렬로 상기 분주기(100)에 연결되는 스위치2(1000); 상기 OR게이트(800)의 출력에 연결되어 On Off 동작하며, 상기 전하펌프(600)와 상기 스위치1a(500)의 사이에 노드를 형성하며 연결되어 말단은 접지되는 리셋스위치(1100); 상기 OR게이트(800)의 출력에 연결되어 출력단은 상기 스위치2(1000), 상기 루프필터(400)와 노드를 형성하며 상기 스위치1a(500)를 On Off제어하는 NMOS(1200)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a phase-locked loop having a unidirectional charge pump in which the resistance is removed from the secondary RC loop filter and a switch and a capacitor are added, the frequency divider 100 dividing and lowering the frequency of the output signal at a certain ratio; a phase frequency detector 200 connected to the divider 100; a voltage-controlled oscillator (300) connected to the divider (100) and generating an output oscillation frequency according to a change in an input control voltage; a loop filter 400 for removing high-frequency components; The signal of the phase frequency detector 200 is connected to the output of the switch 1a 500 and the phase frequency detector 200 connected to the loop filter 400 to open and close the circuit to transfer the charge by the UP / DN signal. and a charge pump 600 for flowing a current according to the , and the loop filter 400 is connected to the charge pump 600 through the switch 1a 500 to receive the output of the charge pump 600 as an input. a capacitor 2 (700) that receives and removes a high-frequency component, forms a node between the charge pump (600) and the switch 1a (500), and is connected to a ground terminal; an OR gate 800 connected to the phase frequency detector 200; a NOR gate 900 connected to the phase frequency detector 200; a switch 2 (1000) connected to the output of the NOR gate (900), operating on and off, and connected to the divider (100) in parallel with the voltage-controlled oscillator (300); a reset switch 1100 that is connected to the output of the OR gate 800 and operates on and off, forms a node between the charge pump 600 and the switch 1a (500) and is connected to a ground terminal; It is connected to the output of the OR gate 800 and the output terminal further includes an NMOS 1200 that forms a node with the switch 2 1000 and the loop filter 400 and controls the switch 1a (500) on and off. characterized in that
Description
본 발명은 샘플-홀드 커패시터와 전압제어발진기 신호에 동작하는 피드포워드 루프필터를 가진 단방향 전하펌프를 가진 위상고정루프에 관한 것이다.The present invention relates to a phase locked loop having a unidirectional charge pump having a sample-and-hold capacitor and a feedforward loop filter operating on a voltage controlled oscillator signal.
최근 발전하고 있는 무선통신 분야에서 위상고정루프는 주파수 합성기로써 널리 사용되고 있다. 통신시스템의 가용주파수 대역이 높아짐에 따라 원하는 주파수대역에서 빠른 위상고정 시간과 낮은 위상잡음 특성 그리고 낮은 기준 신호 의사잡음(reference spurs)을 가진 위상고정루프를 필요로 한다. 그리고 신호원의 잡음 특성이 회로의 성능에 직접적인 영향을 미치므로 좋은 잡음 특성을 갖는 신호원을 설계하는 것이 중요하다.In the recently developed wireless communication field, the phase-locked loop is widely used as a frequency synthesizer. As the available frequency band of a communication system increases, a phase-locked loop having a fast phase lock time, low phase noise characteristics, and low reference spurs is required in a desired frequency band. And since the noise characteristics of the signal source directly affect the circuit performance, it is important to design a signal source with good noise characteristics.
이런 특성에 대한 해결책으로써 적응형 구조를 많이 사용하고 있다. 이 구조는 Out-of-lock 상태에서는 광대역을 사용하고 루프가 고정되어 가면서 협대역으로 전환되는 방식으로 전하펌프 전류비를 증가시키거나 루프필터의 시정수를 감소시킴으로써 대역폭 문제를 개선하고 있다.As a solution to these characteristics, an adaptive structure is widely used. This structure improves the bandwidth problem by increasing the charge pump current ratio or reducing the time constant of the loop filter by using a wide band in the out-of-lock state and switching to a narrow band while the loop is fixed.
하지만 종래 기술의 루프대역폭은 여전히 안정성을 위해 기준주파수에 의해 제한 받는다. 또한 기준신호 의사잡음에 영향을 미치는 전하펌프의 전류 부정합을 해결하기 위한 연구도 발표되었다.However, the loop bandwidth of the prior art is still limited by the reference frequency for stability. Also, a study to solve the current mismatch of the charge pump affecting the reference signal pseudo noise was published.
종래 연구의 경우 채널 길이 변조 상수의 차이에 의해 루프필터 전압에 따른 전하펌프 전류의 변화와 MOS 개수가 늘어나면서 소자간 부정합 문제가 야기될 수 있다.In the case of conventional research, a change in charge pump current according to the loop filter voltage and an increase in the number of MOSs may cause mismatch problems between devices due to a difference in channel length modulation constant.
그리고 낮은 이득의 전압제어 발진기, 듀얼 슬로프 위상고정루프를 사용해 위상잡음 특성을 향상하는 방법도 사용되고 있다.In addition, a method of improving the phase noise characteristics by using a low-gain voltage-controlled oscillator and a dual-slope phase-locked loop is also being used.
하지만 상기 듀얼 슬로프 위상고정루프는 두 개의 루프를 사용하였고, 때문에 회로의 복잡성이 증가하고 위상고정 시간이 느려지는 문제점이 있다.However, since the dual slope phase locked loop uses two loops, the complexity of the circuit increases and the phase lock time becomes slow.
상기 듀얼 슬로프 위상고정루프의 회로들은 1개 혹은 2개의 위상 주파수 검출기와 전하펌프를 추가적으로 필요하기 때문에 회로의 면적과 소모되는 전력이 커진다는 단점이 있다.The circuits of the dual slope phase locked loop have disadvantages in that the circuit area and power consumption increase because one or two phase frequency detectors and a charge pump are additionally required.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기준신호 의사잡음을 줄이기 위해 샘플-홀드 커패시터와 전압제어 발진기 출력 신호에 제어되는 피드포워드 루프필터를 가진 단방향 전하펌프 위상고정루프를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, and to provide a unidirectional charge pump phase locked loop having a sample-and-hold capacitor and a feed-forward loop filter controlled to an output signal of a voltage-controlled oscillator in order to reduce the reference signal pseudo-noise. .
상기의 목적을 이루기 위한 본 발명은 2차 RC루프필터에 저항을 제거하고, 스위치와 커패시터를 추가한 단방향 전하펌프를 가진 위상고정루프에 있어서, 출력신호의 주파수를 일정 비율로 분할하여 낮추는 분주기(100); 상기 분주기(100)와 연결된 위상주파수검출기(200); 상기 분주기(100)와 연결되어 입력되는 입력제어전압의 변화에 따라 출력 발진 주파수를 생성하는 전압 제어 발진기(300); 고주파 성분을 제거하는 루프필터(400); 상기 루프필터(400)와 연결되어 UP/DN 신호에 의한 전하를 전달하도록 회로를 열고 닫는 스위치1a(500) 및 상기 위상주파수검출기(200)의 출력과 연결되어 상기 위상주파수검출기(200)의 신호에 따라 전류를 흘려주는 전하펌프(600)를 포함하고, 상기 루프필터(400)는 상기 스위치1a(500)를 통해서 상기 전하펌프(600)와 연결되어 상기 전하펌프(600)의 출력을 입력으로 받아 고주파 성분을 제거하고, 상기 전하펌프(600)와 상기 스위치1a(500)의 사이에 노드를 형성하며 연결되어 말단은 접지되는 커패시터2(700); 상기 위상주파수검출기(200)와 연결된 OR게이트(800); 상기 위상주파수검출기(200)와 연결된 NOR게이트(900); 상기 NOR게이트(900)의 출력에 연결되어 On Off 동작하며, 상기 전압 제어 발진기(300)와 병렬로 상기 분주기(100)에 연결되는 스위치2(1000); 상기 OR게이트(800)의 출력에 연결되어 On Off 동작하며, 상기 전하펌프(600)와 상기 스위치1a(500)의 사이에 노드를 형성하며 연결되어 말단은 접지되는 리셋스위치(1100); 입력단은 상기 OR게이트(800)의 출력에 연결되고 출력단은 상기 스위치2(1000), 상기 루프필터(400)와 노드를 형성하며 상기 스위치1a(500)를 On Off제어하는 NMOS(1200)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention for achieving the above object, in a phase-locked loop having a unidirectional charge pump in which a resistor is removed from a secondary RC loop filter and a switch and a capacitor are added, a divider for dividing and lowering the frequency of an output signal at a certain ratio (100); a
본 발명에서 제안하는 위상고정루프의 구조는 종래의 RC 2차 루프필터구조에 비해 칩의 면적을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 전압제어발진기의 위상잡음에 영향을 미치는 △VLPF의 변화량과, 기준신호 의사잡음에 영향을 미치는 △△VLPF의 변화량을 줄여 위상잡음을 특성과 기준신호 의사잡음 특성을 개선한다는 효과를 갖는다.The structure of the phase-locked loop proposed in the present invention can reduce the chip area compared to the conventional RC secondary loop filter structure, as well as the amount of change in ΔVLPF that affects the phase noise of the voltage-controlled oscillator, and the reference signal pseudo-noise. It has the effect of improving the phase noise characteristic and the reference signal pseudo-noise characteristic by reducing the amount of change of ΔΔ VLPF that affects .
도 1은 위상고정회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 위상고정루프의 회로도이다.
도 3는 본 발명에 따른 위상고정루프의 구성도이다.
도 4는 종래의 루프필터 회로도와 그에 따른 출력파형이다.
도 5는 종래의 Half-duty 샘플된 피드포워드 루프필터 회로도와 그에 따른 출력파형이다.
도 6은 본 발명에서 제안하는 커패시터와 스위치가 포함된 루프필터의 회로도와 그에 따른 출력파형이다.
도 7은 본 발명에 따른 위상고정루프의 PFD의 UP/DN 신호에 의한 스위치들을 제어하는 신호의 타이밍을 보여주는 출력파형이다.
도 8은 본 발명에 따른 위상고정루프의 스위치 동작에 따른 전압변화 출력파형이다.
도 9는 본 발명에 따른 전하펌프의 구조를 나타내는 회로도이다.
도 10은 종래의 2차 루프필터를 가진 위상고정루프의 시뮬레이션 결과이다.
도 11은 본 발명에 따른 위상고정루프의 실시 예로 Icp/Ireset의 값이 5일 때의 출력파형이다.
도 12는 본 발명에 따른 위상고정루프의 실시 예로 Icp/Ireset의 값이 50일 때의 출력파형이다.1 is a diagram for explaining a phase lock circuit.
2 is a circuit diagram of a phase locked loop according to the present invention.
3 is a block diagram of a phase locked loop according to the present invention.
4 is a circuit diagram of a conventional loop filter and an output waveform thereof.
5 is a circuit diagram of a conventional half-duty sampled feedforward loop filter and an output waveform thereof.
6 is a circuit diagram of a loop filter including a capacitor and a switch proposed in the present invention and an output waveform thereof.
7 is an output waveform showing the timing of a signal for controlling switches by the UP/DN signal of the PFD of the phase locked loop according to the present invention.
8 is a voltage change output waveform according to the switch operation of the phase locked loop according to the present invention.
9 is a circuit diagram showing the structure of the charge pump according to the present invention.
10 is a simulation result of a phase locked loop having a conventional secondary loop filter.
11 is an output waveform when the value of Icp/Ireset is 5 as an embodiment of the phase locked loop according to the present invention.
12 is an output waveform when the value of Icp/Ireset is 50 as an embodiment of the phase locked loop according to the present invention.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "... 부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When a part "includes" a certain element throughout the specification, this means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. .
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween. .
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.In the present specification, when one component 'transmits' data or signal to another component, the component may directly transmit the data or signal to another component, and through at least one other component This means that data or signals can be transmitted to other components.
그리고 본 명세서에서 모듈이라 함은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 모듈은 소정의 코드와 상기 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것은 아님은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다.And, in this specification, a module may mean a functional and structural combination of hardware for carrying out the technical idea of the present invention and software for driving the hardware. For example, the module may mean a logical unit of a predetermined code and a hardware resource for executing the predetermined code, and does not necessarily mean physically connected code or a single type of hardware. It can be easily inferred to an average expert in the technical field of
설명에 앞서 본 명세서에는 다수의 양태 및 실시양태가 기술되며, 이들은 단순히 예시적인 것으로서 한정하는 것이 아니다.Prior to the description, a number of aspects and embodiments are described herein, which are merely illustrative and not limiting.
본 명세서를 읽은 후에, 숙련자는 다른 양태 및 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 가능함을 이해할 것이다.After reading this specification, those skilled in the art will understand that other aspects and embodiments are possible without departing from the scope of the invention.
이하에서 설명되는 실시양태의 상세 사항을 다루기 전에, 몇몇 용어를 정의하거나 또는 명확히 하기로 한다.Before proceeding with the details of the embodiments described below, some terms are defined or clarified.
PLL이란 Phase Locked Loop의 약자로 위상고정회로를 의미한다. 진폭이 아닌 위상 변동을 줄여가며, 입력 주파수 및 위상에 동기화시키는 회로이다. 도 1과 같은 구성을 가지며, 위상비교기(PD, Phase Detector), 루프필터(LF, Loop filter) 및 전압제어발진기(VCO)와 분주기(Divider)로 이루어진다.PLL is an abbreviation of Phase Locked Loop and means a phase locked circuit. It is a circuit that synchronizes to the input frequency and phase while reducing phase fluctuations rather than amplitude. It has the same configuration as FIG. 1, and consists of a phase comparator (PD), a loop filter (LF), a voltage controlled oscillator (VCO), and a divider.
DIV란 divider의 약자로 분주기, 즉 주파수를 사용자 임의의 비율로 낮추는 분기 장치를 이른다.DIV is an abbreviation of divider and refers to a divider, that is, a dividing device that lowers the frequency at a user's arbitrary ratio.
TCXO란 Temperature Compensated X-tal Oscillator의 약자로, 온도변화에 대해 흔들림없이 매우 안정적인 주파수를 뽑아낼 수 있는 크리스탈 오실레이터를 의미하여, 이 변하지 않는 주파수를 기준주파수로 삼아서 출력주파수가 맞는지 틀린지 비교한다.TCXO is an abbreviation of Temperature Compensated X-tal Oscillator. It means a crystal oscillator that can extract a very stable frequency without fluctuations in response to temperature changes. Using this unchanging frequency as a reference frequency, compare whether the output frequency is correct or not.
PFD란 Phase Frequency Detector의 약자로 위상주파수검출기를 의미한다. TCXO의 기준주파수와 divider를 통해 나뉘어져 들어온 출력주파수를 비교하여 그 차이에 해당하는 펄스열을 내보낸다.PFD is an abbreviation of Phase Frequency Detector and means a phase frequency detector. It compares the reference frequency of TCXO with the output frequency divided through the divider and sends out the pulse train corresponding to the difference.
VCO란 Voltage Controlled Oscillator의 약자로 전압 제어 발진기를 의미한다. 주파수제어 입력 전압에 따라 변하는 주파수의 정현파 또는 구형파 신호를 발생 시키는 회로이며, 주파수 합성 또는 클록 복원에 일반적으로 사용되는 위상잠금루프(PLL, Phase Locked Loop)의 핵심 블록 중 하나이다.VCO is an abbreviation of Voltage Controlled Oscillator and means a voltage controlled oscillator. It is a circuit that generates a sine wave or square wave signal of a frequency that varies according to the frequency control input voltage, and is one of the core blocks of a phase locked loop (PLL) that is generally used for frequency synthesis or clock restoration.
전하펌프(CP, Charge Pump)는 위상주파수검출기의 출력에 따라서 전류를 공급하는 장치로 양방향 전하펌프는 양의 전류펄스와 음의 전류펄스를 출력하고 단방향 전하펌프는 단일 방향의 전류펄스를 출력하는 회로이다.,A charge pump (CP) is a device that supplies a current according to the output of a phase frequency detector. A bidirectional charge pump outputs a positive current pulse and a negative current pulse, and a unidirectional charge pump outputs a unidirectional current pulse. circuit,
PLL의 동작원리에 대해 상세히 설명하자면, 위상비교기에서 검출된 위상차는 저역통과필터(LPF)를 거쳐 저주파 제어 전압으로 변환되어 VCO에 입력되며 이때 입력 지터(위상 흔들림)의 높은 주파수 성분을 억제하고 낮은 주파수 성분만 통과되게된다. 제어 전압은 VCO 주파수를 입력 및 VCO 간의 위상차를 줄이려는 방향으로 변화된다. VCO에서는 바렉터(Varator)를 포함한 발진회로가 있어서, 그 위상차를 줄이려는 저주파 제어 전압이 입력되면서, 바렉터의 커패시터 용량이 변하여, LC 공진회로에 의한 발진주파수 변화를 일으키게된다. 즉, 위상 고정(Phase Locked)은 제어 전압이 VCO 평균 주파수를 입력 평균 주파수에 정확히 일치시켜 고정시킨다는 의미이다.To explain the operation principle of the PLL in detail, the phase difference detected by the phase comparator is converted into a low-frequency control voltage through a low-pass filter (LPF) and input to the VCO. At this time, the high frequency component of the input jitter (phase shake) is suppressed and low Only the frequency component is passed through. The control voltage is changed in a direction to reduce the phase difference between the input and the VCO at the VCO frequency. In the VCO, there is an oscillation circuit including a varator, and as a low-frequency control voltage to reduce the phase difference is input, the capacitor capacitance of the varactor changes, causing a change in the oscillation frequency by the LC resonance circuit. In other words, phase locked means that the control voltage locks the VCO average frequency to exactly match the input average frequency.
다음은 도 2 내지 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 샘플-홀드 커패시터와 전압제어발진기 신호에 동작하는 피드포워드 루프필터를 가진 단방향 전하펌프를 가진 위상고정루프에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Next, a phase locked loop having a sample-and-hold capacitor and a unidirectional charge pump having a feedforward loop filter operating on a voltage controlled oscillator signal according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 12 .
본 발명은 2차 RC루프필터에 저항을 제거하고, 스위치와 커패시터를 추가한 단방향 전하펌프를 가진 위상고정루프에 있어서, 출력신호의 주파수를 일정 비율로 분할하여 낮추는 분주기(100); 상기 분주기(100)와 연결된 위상주파수검출기(200); 상기 분주기(100)와 연결되어 입력되는 입력제어전압의 변화에 따라 출력 발진 주파수를 생성하는 전압 제어 발진기(300); 고주파 성분을 제거하는 루프필터(400); 상기 루프필터(400)와 연결되어 UP/DN 신호에 의한 전하를 전달하도록 회로를 열고 닫는 스위치1a(500) 및 상기 위상주파수검출기(200)의 출력과 연결되어 상기 위상주파수검출기(200)의 신호에 따라 전류를 흘려주는 전하펌프(600)를 포함하고, 상기 루프필터(400)는 상기 스위치1a(500)를 통해서 상기 전하펌프(600)와 연결되어 상기 전하펌프(600)의 출력을 입력으로 받아 고주파 성분을 제거하고, 상기 전하펌프(600)와 상기 스위치1a(500)의 사이에 노드를 형성하며 연결되어 말단은 접지되는 커패시터2(700); 상기 위상주파수검출기(200)와 연결된 OR게이트(800); 상기 위상주파수검출기(200)와 연결된 NOR게이트(900); 상기 NOR게이트(900)의 출력에 연결되어 On Off 동작하며, 상기 전압 제어 발진기(300)와 병렬로 상기 분주기(100)에 연결되는 스위치2(1000); 상기 OR게이트(800)의 출력에 연결되어 On Off 동작하며, 상기 전하펌프(600)와 상기 스위치1a(500)의 사이에 노드를 형성하며 연결되어 말단은 접지되는 리셋스위치(1100); 입력단은 상기 OR게이트(800)의 출력에 연결되고 출력단은 상기 스위치2(1000), 상기 루프필터(400)와 노드를 형성하며 상기 스위치1a(500)를 On Off제어하는 NMOS(1200)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a phase-locked loop having a unidirectional charge pump in which the resistance is removed from the secondary RC loop filter and a switch and a capacitor are added, the
이때 "출력신호의 주파수를 일정 비율로 분할하여 낮추는 분주기(100)"에서 일정 비율이란 사용자가 사용자의 용도에 맞게 미리 지정한 임의의 비율이 될 수 있다.In this case, in "the
그리고 "입력단은 상기 OR게이트(800)의 출력에 연결되고 출력단은 상기 스위치2(1000), 상기 루프필터(400)와 노드를 형성하며 상기 스위치1a(500)를 On Off제어하는 NMOS(1200)"의 NMOS에서 출력단은 일반적인 N형 MOSFET에서의 Source, Gate, Drain 중 Drain을 의미하고, 출력에 연결되는 부분인 입력단은 Gate가 될 것이다.And "the input terminal is connected to the output of the
또한, 상기 루프필터(400)는, 커패시터1(410); 커패시터z(420); 상기 스위치1a(400)가 열리고 닫힐 때, 닫히고 열리는 반대의 동작을 하며 저항역할을 하도록 하는 스위치1b(430)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 전하펌프(600)는 단방향 전하펌프인 것을 특징으로 한다.In addition, the
다음은 도 4 내지 도 6을 참조하여, 종래의 루프필터와 비교하고, 실시 예를 통해 본 발명에 따른 위상고정루프에 대해 상세히 설명하도록 한다.Next, with reference to FIGS. 4 to 6 , a phase locked loop according to the present invention will be described in detail by comparing it with a conventional loop filter and by way of an embodiment.
위상고정루프에서 루프필터 전압은 현재의 위상/주파수오차에 따라 전압제어발진기의 출력 주파수를 제어하는 역할을 한다. 따라서 루프필터 전압 변화를 관찰함으로써 위상고정루프의 특성을 알 수 있다. 위상고정루프의 특성을 보여주는 루프필터 전압의 변화는 △VLPF, △△VLPF, △△△VLPF로 세 가지로 구분할 수 있다. △VLPF는 위상고정루프의 위상이 고정된 이후에 발생하는 루프필터 전압의 크기 변화량이며 △VLPF의 크기는 위상고정루프의 안정성과 위상잡음의 특성과 직접적인 관련이 있다. △△VLPF는 기준신호와 전압제어발진기 출력의 위상차에 해당하는 UP 또는 DN(DOWN) 신호에 의한 기준신호 한주기 동안 발생하는 루프필터 전압의 변화량이며, 현재 발생한 위상오차의 크기를 나타낸다. △△VLPF는 기준신호 주기마다 발생하며 결과적으로 기준신호 의사잡음의 크기를 결정한다. △△△VLPF는 UP 또는 DN 신호에 의해 루프필터로 유입된 전류로 인한 루프필터 커패시터의 최종 전압을 의미한다.In the phase-locked loop, the loop filter voltage controls the output frequency of the voltage-controlled oscillator according to the current phase/frequency error. Therefore, it is possible to know the characteristics of the phase-locked loop by observing the change in the loop filter voltage. The change in the loop filter voltage showing the characteristics of the phase-locked loop can be divided into three types: ΔVLPF, ΔΔVLPF, and ΔΔΔVLPF. ΔVLPF is the amount of change in the loop filter voltage that occurs after the phase of the phase-locked loop is fixed, and the magnitude of ΔVLPF is directly related to the stability of the phase-locked loop and the characteristics of phase noise. ΔΔVLPF is the amount of change in the loop filter voltage that occurs during one period of the reference signal by the UP or DN (DOWN) signal corresponding to the phase difference between the reference signal and the output of the voltage control oscillator, and represents the magnitude of the phase error currently occurring. ΔΔVLPF occurs every reference signal period, and as a result, determines the magnitude of the reference signal pseudo-noise. ΔΔΔVLPF means the final voltage of the loop filter capacitor due to the current flowing into the loop filter by the UP or DN signal.
다음의 식들은 △VLPF와 △△VLPF와 위상잡음 특성과 기준신호 의사잡음 특성을 보여준다.The following equations show ΔVLPF and ΔΔVLPF, phase noise characteristics, and reference signal pseudo-noise characteristics.
<수학식 1. 의사잡음에 관한 식><
<수학식2. VCO의 출력 주파수에 관한 식><
의사잡음(Pspur)에 대한 식 (1)에 나타난 바와 같이 의사잡음의 크기는 △△VLPF의 크기에 비례한다. 따라서 기준신호 의사잡음 크기를 줄이기 위해서는 △△VLPF 크기를 줄여야 한다. 또한 식 (2)에서 보듯이 피적분함수에 포함된 루프필터 전압(VLPF)의 변화량변화량(△VLPF)이 작으면 VCO 출력주파수 FVCO의 변화량이 작아진다. VCO 출력주파수 FVCO의 변화량이 작으면 위상잡음 줄어들기 때문에 좋은 위상잡음 특성을 얻기 위해서는 △VLPF의 크기도 줄여야 한다.As shown in Equation (1) for the pseudo noise (P spur ), the magnitude of the pseudo noise is proportional to the magnitude of ΔΔVLPF. Therefore, in order to reduce the size of the reference signal pseudo-noise, the size of ΔΔVLPF should be reduced. Also, as shown in Equation (2), if the amount of change (ΔVLPF) of the loop filter voltage (VLPF) included in the integrand is small, the amount of change of the VCO output frequency FVCO becomes smaller. Since the phase noise is reduced when the amount of change of the VCO output frequency FVCO is small, the size of ΔVLPF must also be reduced to obtain good phase noise characteristics.
여기서 A는 진폭, ω는 각주파수 [rad/s] ω=2πf, f는 주파수 [Hz] = [1/s], ωFR은 입력전압이 0(zero) 일 때 VCO의 출력 각주파수, KVCO는 VCO의 이득이며 입력전압의 변화에 따른 VCO의 출력 주파수의 비를 의미한다.where A is amplitude, ω is angular frequency [rad/s] ω=2πf, f is frequency [Hz] = [1/s], ωFR is output angular frequency of VCO when input voltage is 0 (zero), KVCO is It is the gain of the VCO and means the ratio of the output frequency of the VCO according to the change of the input voltage.
기준신호의 주기마다 발생하는 전압변화는 루프가 고정된 이후에도 전하펌프의 전류 미스매치와 UP, DN 신호의 타이밍 에러 등에 의해서 발생하게 된다. 종래에는 루프필터의 전압 변화를 최대한 줄여 전압제어발진기 출력의 불필요한 주파수 성분을 억제하기 위한 여러 가지 루프필터 구조들이 연구되어 왔다.The voltage change occurring in each period of the reference signal is caused by mismatch of the current of the charge pump and timing errors of the UP and DN signals, even after the loop is fixed. In the related art, various loop filter structures have been studied for suppressing unnecessary frequency components of the output of the voltage controlled oscillator by reducing the voltage change of the loop filter as much as possible.
일반적으로 위상고정루프에서 사용하는 도 4의 2차 RC 루프필터는 위상주파수검출기(PFD)에서 UP/DN 신호가 발생하면 전하펌프(CP)에서 전류가 루프필터로 흘러간다. 이 전류가 Cp를 먼저 충전 시켜 루프필터 전압VLPF을 상승(하강)시킨다. UP/DN 신호가 종료되면 Cp에 충전되어 있던 전하가 Rz, Cz 쪽으로 흘러가면서 다시 VLPF가 하강(상승) 하는 동작을 하게 된다. 이 2차 RC 루프필터의 동작은 위상고정루프 기준신호 주기에 따라 동작을 반복하게 되어 기준신호 의사잡음이 발생하게 된다.In general, in the secondary RC loop filter of FIG. 4 used in a phase-locked loop, when an UP/DN signal is generated from the phase frequency detector (PFD), a current flows from the charge pump (CP) to the loop filter. This current charges Cp first and raises (falls) the loop filter voltage VLPF. When the UP/DN signal is terminated, the charge in Cp flows to Rz and Cz, and the VLPF falls (rising) again. The operation of the secondary RC loop filter is repeated according to the phase-locked loop reference signal period, so that the reference signal pseudo noise is generated.
다른 형태의 루프필터 구조가 도 5에 나타나 있다. 2차 RC루프필터의 저항을 스위치로 대체하여 칩의 면적을 줄였지만, 루프필터 전압이 반주기동안 유지됨으로 많은 위상변화를 일으켜 의사잡음의 크기를 줄일 수는 없었다. 따라서 위상고정루프의 성능향상은 기대할 수 없다.Another type of loop filter structure is shown in FIG. 5 . Although the area of the chip was reduced by replacing the resistance of the secondary RC loop filter with a switch, it was not possible to reduce the magnitude of the pseudo noise by causing a large phase change as the loop filter voltage was maintained for half a cycle. Therefore, performance improvement of the phase-locked loop cannot be expected.
본 발명에서 기준신호 의사잡음에 영향을 미치는 △VLPF, △△VLPF를 줄이기 위해서 루프필터 전압 VLPF가 기준신호의 반주기 보다 훨씬 짧은 VCO 출력신호의 반주기 동안만 유지되도록 하여 훨씬 짧은 시간동안 만 유지되는 회로를 도 6과 같이 제안하였다.In the present invention, in order to reduce ΔVLPF and ΔΔVLPF affecting the reference signal pseudo-noise, the loop filter voltage VLPF is maintained only during the half cycle of the VCO output signal, which is much shorter than the half cycle of the reference signal, so that it is maintained only for a much shorter time. was proposed as shown in FIG. 6 .
종래의 위상검출기-전하펌프의 비선형성에 대해 좀 더 상세히 설명하자면, 기존 PFD와 2차 RC 루프를 이용한 위상고정루프는 위상고정 이후 정상상태일 때 PFD-CP의 비이상적인 특성(데드존, 기울기 불일치)로 인하여 비선형 영점 교차 영역에서 동작한다. 게다가 데드존을 해결한 PFD와 개선된 분주기를 사용할 지라도 증폭 값 불일치 문제는 다양한 보정기술을 필요로 한다. 또한 전하펌프 전류 소스의 한정되고 불균일한 출력 임피던스와 2차 위상고정 루프를 기반으로 하는 PFD-CP가 가지는 전하 전송 대비 위상 오류 특성의 고유 비대칭성이 비선형성을 만들어낸다. 비선형성은 대역 내 잡음 의 크기가 증가하여 고주파 잡음의 상호변조 및 에일리어싱을 야기한다. 전하펌프의 UP(DN) 경로만을 단독으로 동작하게 하고, 비선형 영역에서 떨어져있는 수정된 위상 오프셋에서 루프를 고정함으로써 기존 PFD-CP 의 비선형성을 개선할 수 있다.To explain the nonlinearity of the conventional phase detector-charge pump in more detail, the phase-locked loop using the conventional PFD and the secondary RC loop has the non-ideal characteristics of the PFD-CP (dead zone, slope mismatch) when it is in a steady state after phase locking. ), so it operates in the non-linear zero-crossing region. In addition, the problem of amplification value mismatch requires various correction techniques even when using the PFD that has solved the dead zone and the improved divider. In addition, the limited and non-uniform output impedance of the charge pump current source and the intrinsic asymmetry of the charge transfer versus phase error characteristics of the PFD-CP based on the second-order phase-locked loop create non-linearities. Nonlinearity increases the magnitude of in-band noise, causing intermodulation and aliasing of high-frequency noise. The nonlinearity of the existing PFD-CP can be improved by allowing only the UP(DN) path of the charge pump to operate alone and fixing the loop at the corrected phase offset away from the nonlinear region.
위상고정루프에서 루프필터 전압은 현재의 위상/주파수 오차에 따라 전압제어발진기의 출력 주파수를 제어하는 역할을 한다. 따라서 루프필터 전압 변화를 관찰함으로써 위상고정루프의 특성을 알 수 있다.In the phase-locked loop, the loop filter voltage controls the output frequency of the voltage-controlled oscillator according to the current phase/frequency error. Therefore, it is possible to know the characteristics of the phase-locked loop by observing the change in the loop filter voltage.
본 발명에서 제안하는 제안한 PLL 회로는 도 2와 같이 기존 2차 RC루프필터에 저항을 제거하고, 스위치와 커패시터를 추가하였으며 루프필터와 커패시터 사이에 스위치 SW1a를 두어 UP/DN신호에 의한 전하를 전달하도록 하였으며 전하펌프(CP)의 하단을 스위치로 사용한 구조이다. 스위치 SW1b는 스위치SW1a와 반대로 동작하며 저항 역할을 한다.The proposed PLL circuit proposed in the present invention removes the resistance to the existing secondary RC loop filter as shown in FIG. 2, adds a switch and a capacitor, and places a switch SW1a between the loop filter and the capacitor to transfer the charge by the UP/DN signal. It has a structure in which the lower end of the charge pump (CP) is used as a switch. Switch SW1b operates in the opposite way to switch SW1a and acts as a resistor.
도 7은 PFD의 UP/DN 신호에 의한 스위치들을 제어하는 신호의 타이밍을 보여주고 있다. UP/DN 신호가 발생하게 되면 OR 게이트(800)의 출력이 “High”가 되어 NMOS가 “On”이 되므로 “노드 A”가 접지되어 스위치 SW1a이 “Off 되며, NOR게이트(900)는 “Low”가 되어 스위치 SW2(1000)가 “Off” 된다. 즉 UP/DN 신호가 발생되는 순간 스위치 SW1a(500), 스위치 SW2(1000)가 “Off”되어 전하펌프에서 나오는 전류는 Cp2(700)을 충전 시키게 된다. UP/DN 신호가 꺼진 후에는 스위치 SW2(1000)가“On” 되어 스위치 SW1a(500)과 스위치 SWb(430)은 전압 제어 발진기(300)의 신호에 따라서 “On” 과 “Off”가 반복된다.7 shows the timing of a signal controlling the switches by the UP/DN signal of the PFD. When the UP/DN signal is generated, the output of the
도 8은 전압제어발진기(300) 신호에 의한 스위치 동작을 고려하여 UP/DN 신호에 의한 스위치들 을 제어하는 신호의 타이밍과 루프필터 전압 VLPF 를 보여준다. SWreset 신호는 UP 신호가 발생한 후 아주 짧은 시간동안만 “On”되며 Cp2(700)가 초기화된다. UP/DN 신호가 발생하게 되면 스위치SW1a(500)과 SW2(1000)가 “Off” 되어 VCO 출력이 UP/DN 신호가 발생하는 시점에는 루프필터(400)로 인가되지 못하게 되며 전하펌프로부터 루프필터(400)에 전하가 공급되지 않으므로 루프필터 전압 VLPF은 변화 없이 일정하게 된다. UP/DN 신호가 꺼진 후에는 스위치 SW2 가 “On” 되어 스위치 SW1a(500)과 스위치 SW1b(430)은 전압제어발진기의 신호에 따라서 “On”과“Off”가 반복되면서 루프필터의 전압이 천천히 변한다.8 shows the timing of the signals controlling the switches by the UP/DN signal and the loop filter voltage VLPF in consideration of the switch operation by the voltage controlled
다음은 본 발명에 따른 위상고정루프의 전하펌프(600)에 대해 상세히 설명하도록 한다.Next, the
도 9의 단방향 전하펌프는 주파수검출기에서 나온 UP/DN 신호에 따라 전류의 흐름을 제어하는 역할을 한다.The unidirectional charge pump of FIG. 9 serves to control the flow of current according to the UP/DN signal from the frequency detector.
본 발명에서 사용된 전하펌프는 도 9에 나타난 바와 같이, 캐스코드(cascode) 구조를 사용하는 것을 권장한다. 전하펌프의 MN2 트랜지스터를 SWreset(1100) 신호로 제어하며 동작하도록하여, MP2와 MN2의 크기에 따라 단방향 전하펌프의 충,방전 전류비를 제어한다. 이러한 구조는 UP 신호의 발생시간을 조절하게 된다.As shown in FIG. 9, the charge pump used in the present invention recommends using a cascode structure. By controlling the MN2 transistor of the charge pump to operate with the SWreset (1100) signal, the charge/discharge current ratio of the unidirectional charge pump is controlled according to the size of MP2 and MN2. This structure controls the generation time of the UP signal.
다음은 종래의 기술과 비교하여 실시 예를 통해 본 발명에 따른 샘플-홀드 커패시터와 전압제어발진기 신호에 동작하는 피드포워드 루프필터를 가진 단방향 전하펌프를 가진 위상고정루프의 효과에 대해 상세히 설명하도록 한다.Next, the effect of a phase locked loop having a sample-and-hold capacitor and a unidirectional charge pump having a feedforward loop filter operating on a voltage-controlled oscillator signal according to the present invention will be described in detail by way of example compared to the prior art. .
제안된 구조와의 비교를 위해 양방향 전하펌프와 2차루프필터를 가진 기존 구조의 위상고정루프를 시뮬레이션하였다. 15.625MHz의 기준주파수를 가지고 출력 주파수는 1GHz이며, 분주비는 64이다. 이 회로의 변수 값은 Icp=200μA, Cp=100pF, Rz=1.5KΩ, Cz=1nF, KVCO=330MHz/V이며, 0.18μm CMOS 공정으로 HSPICE로 시뮬레이션 하였다. 도 10에서 종래 2차 루프필터를 가진 위상고정루프의 시뮬레이션 결과를 볼 수 있다. 도 10 (a)는 18 μs에서 위상이 고정되는 것을 보여주고 있으며, 도 10 (b)는 위상고정 이후 발생하는 루프 필터 전압 크기 변화량 △VLPF는 1.2mV의 값을 가지며, 도 10(c)는 기준신호 주기마다 발생하는 △△VLPF의 크기가 190μV 임을 인 것을 보여주고 있다.For comparison with the proposed structure, a phase-locked loop of the existing structure with a bidirectional charge pump and a secondary loop filter was simulated. It has a reference frequency of 15.625 MHz, an output frequency of 1 GHz, and a division ratio of 64. The variable values of this circuit are Icp=200μA, Cp=100pF, Rz=1.5KΩ, Cz=1nF, KVCO=330MHz/V, and it was simulated by HSPICE with 0.18μm CMOS process. 10 shows a simulation result of a phase-locked loop having a conventional secondary loop filter. Fig. 10 (a) shows that the phase is fixed at 18 μs, Fig. 10 (b) shows that the amount of change in the loop filter voltage ΔVLPF that occurs after the phase is fixed has a value of 1.2 mV, and Fig. 10 (c) shows It shows that the magnitude of ΔΔVLPF that occurs every reference signal period is 190 μV.
제안한 위상고정루프도 기존 구조와 같은 15.625MHz의 기준주파수, 1GHz의 출력 주파수, 330MHz/V의 KVCO, 64의 분주비 값을 가지고 있다. 제안한 구조는 전하펌프와 루프 필터 구조가 달라 Icp=200μA, Ireset=1mA의 전하펌프 전류 값을 가지며 루프필터는 Cp1=400pF, Cp2=50pF, Cz=50pF, 값을 가지고 있다.The proposed phase-locked loop also has the same reference frequency of 15.625 MHz, output frequency of 1 GHz, KVCO of 330 MHz/V, and division ratio of 64 as in the existing structure. The proposed structure has a different charge pump and loop filter structure, so the charge pump current values are Icp=200μA, Ireset=1mA, and the loop filter has Cp1=400pF, Cp2=50pF, Cz=50pF, values.
거의 유사한 값을 가지는 제안된 구조를 앞의 경우와 같이 0.18μm CMOS 공정으로 HSPICE로 시뮬레이션 하였다.The proposed structure with almost similar values was simulated with HSPICE in 0.18 μm CMOS process as in the previous case.
도 11과 도 12는 제안한 위상고정루프를 Icp/Ireset의 값이 5과 50일 때의 시뮬레이션 결과이다. (a),(b),(c)는 각각 (a) 위상고정 후 VLPF파형 (b) 위상고정 후 확대된 루프필터 전압변화(△VLPF) (c) 위상고정 후 확대된 루프필터 전압변화(△△VLPF)를 의미한다.11 and 12 are simulation results of the proposed phase locked loop when the values of Icp/Ireset are 5 and 50. (a), (b), and (c) are respectively (a) VLPF waveform after phase lock (b) Expanded loop filter voltage change after phase lock (ΔVLPF) (c) Expanded loop filter voltage change after phase lock ( ΔΔVLPF).
도 11(c)와 도 12(c)에서 UP 신호가 발생하는 구간 동안은 전하펌프(600)에서 루프필터(400)로 전하가 공급되지 않고, Cp1(410)에서 스위치 SW1b(430)를 통하여 Cz(420)로 전류가 흘러 루프 출력 전압은 감소한다. 루프필터에 사용한 스위치 SW1b(430)는 전압 제어 발진기(300)의 출력 신호에 의해 동작하는 것을 확인할 수 있다.11 (c) and 12 (c), during the period in which the UP signal is generated, no charge is supplied from the
도 11은 Icp/Ireset의 값이 5일 때의 시뮬레이션 결과이다. 도 11(a)가 보여주듯이 기존 위상고정루프와 비슷한 27μs에서 위상이 고정된다. 도 11(b)와 (c)는 △VLPF와 △△VLPF 는 각각 223μV, 29μV로 기존 구조보다 크기가 많이 감소 한 것을 보여준다.11 is a simulation result when the value of Icp/Ireset is 5; As shown in Fig. 11(a), the phase is fixed at 27 μs, similar to the existing phase-locked loop. 11(b) and (c) show that ΔVLPF and ΔΔVLPF are 223 μV and 29 μV, respectively, which are significantly reduced in size compared to the existing structure.
도 12는 Icp/Ireset의 값이 50일 때의 시뮬레이션 결과이다. 도 12(a)가 보여주듯이 25μs에서 위상이 고정된다. 도 12(b)와 (c)에서 나타난 바와 같이 △VLPF와 △△VLPF는 각각 402μV, 55.3μV이다.12 is a simulation result when the value of Icp/Ireset is 50; As Fig. 12(a) shows, the phase is fixed at 25 μs. As shown in FIGS. 12(b) and 12(c), ΔVLPF and ΔΔVLPF are 402 μV and 55.3 μV, respectively.
Icp/Ireset 의 값이 5일 때, 시뮬레이션 결과는 본 발명에서 제안한 구조의 △△VLPF와 △VLPF 크기가 기존 구조에 비해서각 각 1/5과 1/6의 크기로 감소하였으며, Icp/Ireset 의값이 50일 때는 VLPF와 △VLPF 크기는 둘 다 종래 구조의 1/3의 크기로 감소하였다.When the value of Icp/Ireset is 5, the simulation results show that the ΔΔVLPF and ΔVLPF sizes of the structure proposed in the present invention were reduced to 1/5 and 1/6, respectively, compared to the existing structure, and the values of Icp/Ireset At 50, both the VLPF and ΔVLPF sizes were reduced to 1/3 of the size of the conventional structure.
Icp/Ireset의 값이 5일 때와 50일 때 기준신호 의사잡음과 위상잡음의 특성이 많이 좋아 졌다는 것을 알 수 있으며 위상고정 시간은 약 50% 정도 증가 하였다.When the values of Icp/Ireset are 5 and 50, it can be seen that the characteristics of the reference signal pseudo noise and phase noise are greatly improved, and the phase fixing time is increased by about 50%.
샘플-홀드 커패시터와 VCO 신호에 동작하는 피드포워드 루프필터를 가진 단방향 전하펌프 위상고정루프는 Icp/Ireset의 값이 작을 때는 기존구조에 비해 잡음 특성을 크게 향상 시킬 수 있다. 그리고 기존 구조에 간단한 스위치 제어 회로가 추가되므로 칩의 크기와 전력 소모의 거의 증가 하지 않는다. 전압제어발진기 출력 신호로 제어되는 스위칭에 의해 반송파 주파수에서 전압제어발진기 출력신호 주파수만큼 떨어진 주파수에서 의사 잡음이 발생한다.A unidirectional charge pump phase-locked loop with a sample-and-hold capacitor and a feed-forward loop filter that operates on VCO signals can significantly improve noise characteristics compared to conventional structures when Icp/Ireset is small. And since a simple switch control circuit is added to the existing structure, the chip size and power consumption hardly increase. By switching controlled by the voltage-controlled oscillator output signal, pseudo noise is generated at a frequency that is as far away from the carrier frequency as the voltage-controlled oscillator output signal frequency.
이 의사잡음은 시스템이 사용하는 반송파에서 멀리 떨어져있기 때문에 필터에 의해서 쉽게 제거가 되기 때문에 사용자가 원하는 대역폭에 안에 있는 다른 채널 신호에는 영향을 미치지 않는다.Because this pseudo noise is far from the carrier used by the system, it is easily removed by the filter, so it does not affect other channel signals within the bandwidth desired by the user.
본 발명에서는 샘플-홀드 커패시터와 전압제어발진기 신호에 동작하는 피드포워드 루프필터를 가진 단방향 전하펌프를 가진 위상고정루프를 제안하였다. 제안된 구조는 종래의 RC 2차 루프필터구조에 비해서 칩의 면적을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 전압제어발진기의 위상잡음에 영향을 미치는 △VLPF의 변화량과, 기준신호 의사잡음에 영향을 미치는 △△VLPF의 변화량을 각각 1/5과 1/6로 줄여 위상잡음을 특성과 기준신호 의사잡음 특성을 개선할 수 있다.In the present invention, a phase-locked loop having a unidirectional charge pump with a sample-and-hold capacitor and a feed-forward loop filter operating on a voltage controlled oscillator signal is proposed. Compared to the conventional RC secondary loop filter structure, the proposed structure can reduce the chip area, as well as the amount of change in ΔVLPF that affects the phase noise of the voltage-controlled oscillator, and the ΔΔVLPF that affects the pseudo-noise of the reference signal. It is possible to improve the phase noise characteristic and the reference signal pseudo-noise characteristic by reducing the amount of change of , to 1/5 and 1/6, respectively.
여기에서 전술되어 있는 기설정된 소정의 수치는, 본 발명의 이해를 돕기 위해 기재한 것이며, 이는 운용자의 설정에 따라 달라질 수 있고, 전술된 수치가 본 발명에 한정되지 않는 것은 당연하다.The predetermined numerical values described above are described to help the understanding of the present invention, which may vary according to an operator's setting, and it is natural that the above-described numerical values are not limited to the present invention.
이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.As described above with reference to the drawings according to the embodiment of the present invention, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above content.
100 : 분주기(DIV)
200 : 위상주파수검출기(PFD)
300 : 전압 제어 발진기(VCO)
400 : 루프필터
410 : 커패시터1
420 : 커패시터z
430 : 스위치1b
500 : 스위치1a
600 : 전하펌프
700 : 커패시터2
800 : OR게이트
900 : NOR게이트
1000 : 스위치2
1100 : 리셋스위치
1200 : NMOS100: divider (DIV)
200: phase frequency detector (PFD)
300: voltage controlled oscillator (VCO)
400: loop filter
410:
420: capacitor z
430: switch 1b
500: switch 1a
600: charge pump
700:
800: OR gate
900: NOR gate
1000:
1100: reset switch
1200: NMOS
Claims (3)
출력신호의 주파수를 일정 비율로 분할하여 낮추는 분주기(100);
상기 분주기(100)와 연결된 위상주파수검출기(200);
상기 분주기(100)와 연결되어 입력되는 입력제어전압의 변화에 따라 출력 발진 주파수를 생성하는 전압 제어 발진기(300);
고주파 성분을 제거하는 루프필터(400);
상기 루프필터(400)와 연결되어 UP/DN 신호에 의한 전하를 전달하도록 회로를 열고 닫는 스위치1a(500) 및
상기 위상주파수검출기(200)의 출력과 연결되어 상기 위상주파수검출기(200)의 신호에 따라 전류를 흘려주는 전하펌프(600)를 포함하고,
상기 루프필터(400)는 상기 스위치1a(500)를 통해서 상기 전하펌프(600)와 연결되어 상기 전하펌프(600)의 출력을 입력으로 받아 고주파 성분을 제거하고,
상기 전하펌프(600)와 상기 스위치1a(500)의 사이에 노드를 형성하며 연결되어 말단은 접지되는 커패시터2(700);
상기 위상주파수검출기(200)와 연결된 OR게이트(800);
상기 위상주파수검출기(200)와 연결된 NOR게이트(900);
상기 NOR게이트(900)의 출력에 연결되어 On Off 동작하며, 상기 전압 제어 발진기(300)와 병렬로 상기 분주기(100)에 연결되는 스위치2(1000);
상기 OR게이트(800)의 출력에 연결되어 On Off 동작하며, 상기 전하펌프(600)와 상기 스위치1a(500)의 사이에 노드를 형성하며 연결되어 말단은 접지되는 리셋스위치(1100);
NMOS(1200) 트랜지스터는 상기 OR게이트(800)의 출력에 의하여 제어되며,상기 스위치1a(500) 및 상기 루프필터(400)내의 스위치 1b(430)를 On/Off하는 것을 포함하는 위상고정루프.
In a phase locked loop having a unidirectional charge pump in which a resistor is removed from the secondary RC loop filter and a switch and a capacitor are added,
a divider 100 for dividing and lowering the frequency of the output signal by a predetermined ratio;
a phase frequency detector 200 connected to the divider 100;
a voltage-controlled oscillator (300) connected to the divider (100) and generating an output oscillation frequency according to a change in an input control voltage;
a loop filter 400 for removing high-frequency components;
A switch 1a (500) connected to the loop filter 400 to open and close the circuit to transfer the charge by the UP/DN signal, and
and a charge pump 600 connected to the output of the phase frequency detector 200 and flowing a current according to the signal of the phase frequency detector 200,
The loop filter 400 is connected to the charge pump 600 through the switch 1a 500 and receives the output of the charge pump 600 as an input to remove high-frequency components,
a capacitor 2 (700) which forms a node between the charge pump (600) and the switch 1a (500) and is connected to a ground terminal;
an OR gate 800 connected to the phase frequency detector 200;
a NOR gate 900 connected to the phase frequency detector 200;
a switch 2 (1000) connected to the output of the NOR gate (900) to operate on-off, and connected to the divider (100) in parallel with the voltage-controlled oscillator (300);
a reset switch 1100 that is connected to the output of the OR gate 800 and operates on and off, forms a node between the charge pump 600 and the switch 1a (500) and is connected to a ground terminal;
The NMOS (1200) transistor is controlled by the output of the OR gate (800), and the switch 1a (500) and the switch 1b (430) in the loop filter 400 are turned on/off.
상기 루프필터(400)는,
커패시터1(410);
커패시터z(420);
상기 스위치1a(500)가 열리고 닫힐 때, 닫히고 열리는 반대의 동작을 하며 저항역할을 하도록 하는 스위치1b(430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상고정루프.
The method according to claim 1,
The loop filter 400,
capacitor 1 (410);
capacitor z (420);
and a switch 1b (430) configured to act as a resistor by performing the reverse operation of closing and opening when the switch 1a (500) is opened and closed.
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