JP2009005360A - 周波数シンセサイザ - Google Patents
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Abstract
【課題】 低いジッター成分を持つ周波数シンセサイザと電力消耗が最小化された周波数シンセサイザを提供することを課題とする。
【解決手段】基準信号と比較信号が入力されて周波数と位相の差を検出し、これによって、アップ信号、又はダウン信号を発生させる位相比較器と、前記アップ信号又はダウン信号によって、電圧を充電又は放電して制御信号を出力する電荷ポンピング回路と、前記ポンピング回路より出力される制御信号によって、周波数を持つ信号を発振出力信号と出力する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器と連結されて、デューティサイクルを補正するデューティサイクル補正回路と、及び前記発振出力信号の周波数を分割して、前記位相比較器に前記比較信号を提供するフィードバッグディバイダーが含まれる。
【選択図】図1
【解決手段】基準信号と比較信号が入力されて周波数と位相の差を検出し、これによって、アップ信号、又はダウン信号を発生させる位相比較器と、前記アップ信号又はダウン信号によって、電圧を充電又は放電して制御信号を出力する電荷ポンピング回路と、前記ポンピング回路より出力される制御信号によって、周波数を持つ信号を発振出力信号と出力する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器と連結されて、デューティサイクルを補正するデューティサイクル補正回路と、及び前記発振出力信号の周波数を分割して、前記位相比較器に前記比較信号を提供するフィードバッグディバイダーが含まれる。
【選択図】図1
Description
本発明では、周波数シンセサイザについて開示される。
マイクロプロセッサを装着した大規模半導体集積回路装置の開発が行われている。前記マイクロプロセッサは、プログラムなどによって指示された演算を実行する演算装置であって全体がクロックによって同期して動作される。
前記クロックを発生させる回路で、位相同期回路(PLL: Phase Locked Loop)を利用した周波数シンセサイザ(Frequency Synthesizer)が広く知られている。
一方、前記位相同期回路の位相ノイズは直接システムに影響を及ぼすようになるので、低いジッター(Jitter)を持つ周波数シンセサイザの設計は、非常に重要な問題として台頭し始めている。
本発明は、周波数シンセサイザを提供することを課題とする。
また、本発明は、低いジッター成分を持つ周波数シンセサイザを提供することを課題とする。
また、本発明は、電力消耗が最小化された周波数シンセサイザを提供することを課題とする。
本発明による周波数シンセサイザは、基準信号と比較信号が入力されて周波数と位相の差を検出し、これによって、アップ信号、又はダウン信号を発生させる位相比較器と、前記アップ信号又はダウン信号によって、電圧を充電又は放電して制御信号を出力する電荷ポンピング回路と、前記ポンピング回路より出力される制御信号によって、周波数を持つ信号を発振出力信号と出力する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器と連結されて、デューティサイクルを補正するデューティサイクル補正回路と、及び前記発振出力信号の周波数を分割して、前記位相比較器に前記比較信号を提供するフィードバッグディバイダーが含まれる。
本発明によれば、低いジッター成分を持つ周波数シンセサイザを提供することができる。
また、本発明によれば、電力消耗が最小化された周波数シンセサイザを提供することができる。
以下、添付された図面を参照して、実施例による周波数シンセサイザについて詳しく説明することにする。
図1は、実施例による周波数シンセサイザを説明する図面である。
実施例では、650MHz出力周波数特性に適合な周波数シンセサイザ100が例示されている。
実施例による周波数シンセサイザ100は、位相比較器(PFD:Phase Frequency Detector)10と、電荷ポンピング回路(CP:Charge Pump)20と、電圧制御発振器(VCO: Voltage Controlled Oscillator)30と、デューティサイクル補正回路(DDC:Duty Cycle Correction Circuit)40と、フィードバッグディバイダー(Feedback Divider)50が含まれる。
また、前記周波数シンセサイザ100は、リファレンス.ディバイダー(Reference Divider)70と、ポストディバイダー(Post Divider)60を更に含むことができる。実施例では、前記リファレンスディバイダー70は4bitのプログラム可能なディバイダーに、前記フィードバッグディバイダー50は8bitのプログラム可能なディバイダーに、前記ポストディバイダー60は3bitのプログラム可能なディバイダーに設計される。
図2には、実施例による周波数シンセサイザの位相比較器が例示されている。
前記位相比較器10は、基準信号 fR と比較信号 fS の間の位相差及び周波数差を検出する。前記比較信号 fS の位相が基準信号 fR の位相より遅延される場合、前記位相比較器10は位相誤差アップ信号を出力し、前記比較信号の位相が基準信号の位相より先に進む場合、前記位相比較器10は位相誤差ダウン信号を出力する。
前記位相比較器10は、位相だけではなく周波数を検出できるように構成される。
前記位相比較器10は、前記リファレンスディバイダー70の出力である基準信号 fR と、前記フィードバッグディバイダー50の出力である比較信号 fS を比較して、両信号の周波数及び位相差に該当する位相誤差アップ/ダウン信号を出力する。
前記位相比較器10はディレイセル11が内部に挿入されて、位相誤差アップ信号と位相誤差ダウン信号が同時にハイ(High)になる場合に発生されるデッドゾーン(Dead Zone) 現象を最小化する。
前記位相比較器10の出力信号は、前記電荷ポンピング回路20を制御して、前記電荷ポンピング回路20含まれたループフィルター23の値を可変させる。
図3には、実施例による周波数シンセサイザの電荷ポンピング回路が例示されている。
前記電荷ポンピング回路20は、電流源及びスイッチング回路21と、バッファー回路22と、ループフィルター23が含まれる。
前記電荷ポンピング回路20は、位相誤差アップ信号の受信によってループフィルター23を充電させ、位相誤差ダウン信号の受信によってループフィルター23を放電させる。実施例では、前記ループフィルター23は前記周波数シンセサイザ100に内蔵された形態で提供される。
前記ループフィルター23は、低域通過フィルターの特性を持っているので、出力を低域通過させて前記電圧制御発振器30に提供する。
前記ループフィルター23は、一つの抵抗と二つのキャパシタが含まれて、オープンループバンド幅(Open Loop Band Width)と位相マージン(Phase Margin)を考慮してフィルターのパラメーターを決める。実施例では、位相マージン(Phase Margin)を56゜、ループバンド幅(Loop Band Width)を1MHzに選択して最適のループフィルターのパラメーターC1、 C2、 R1を決めた。
前記電流源及びスイッチング回路21は、前記位相比較器10より出力された位相誤差アップ信号又は位相誤差ダウン信号によって動作されて、位相誤差アップ信号が入力されると、スイッチS1及びスイッチS4がオン状態に動作され、スイッチS2及びスイッチS3がオフ状態に動作されて、前記ループフィルター23に充電電流を供給する。
また、前記電流源及びスイッチング回路21は、前記位相比較器10より出力された位相誤差ダウン信号が入力されると、スイッチS1及びスイッチS4がオフ状態に動作され、スイッチS2及びスイッチS3がオン状態に動作されて、前記ループフィルター23より放電電流が放電されるようにする。
前記ループフィルター23は、充電電流及び放電電流によって充電及び放電されて制御電圧を発生させ、この電圧を前記電圧制御発振器30に提供する。
前記バッファー回路22は、前記PMOSトランジスター及びNMOSトランジスターが、前記位相誤差アップ/ダウン信号によってオン/オフ動作される度に電荷共有(チャージシェアリング:Charge sharing)が発生するようになり、前記電圧制御発振器30に到達する電圧時間の差(Switch Time Mismatch)と電流値の差(Current Mismatch)の発生を補完する。
前記電流値の差(Current Mismatch)は、周波数シンセサイザのジッターを発生させる原因となる。
図3では、前記バッファー回路22はオペアンプ(OP-AMP)が具備されて、スイッチS1、S4がオフ状態に動作され、スイッチS2、S3がオン状態に動作される場合、キャパシターCuに負電荷(negative charge)を充電する。また、スイッチS1及びスイッチS4がオン状態に動作され、スイッチS2及びスイッチS3がオフ状態に動作される場合、キャパシターCdに正電荷(positive charge)を充電する。よって、電圧時間の差(Switch Time Mismatch)と電流値の差(Current Mismatch)を最小化することができる。
前記電荷ポンピング回路20の動作によって、ループフィルター23は、前記電圧制御発振器30を目標周波数で発振させる制御電圧を発生させて出力する。
図4には、実施例による周波数シンセサイザの電圧制御発振器が例示されている。
前記電圧制御発振器30は、インバータディレイチェーンタイプ(Inverter Delay Chain Type)と差動ディレイチェーンタイプ(Differential Delay Chain Type)のオシレーターに分けることができるが、図4に図示されているように、電源、電圧のノイズを抑えるために、差動ディレイチェーンタイプのリングオシレータの構造を使用する。
前記リングオシレータは、電流制御信号によってオシレーションを行い、四つの差動ディレイセル31の構造になっており、全体位相遅延(Total Phase Delay)が360°になる。
前記電圧制御発振器30は、周波数発生範囲が500MHz〜1000MHzであり、10〜100MHzの入力信号処理が可能である。
前記電圧制御発振器30は、制御電圧によって制御される周波数を持つ信号を発振出力信号として出力する。
図5には、実施例による周波数シンセサイザのデューティサイクル補正回路が例示されている。
前記デューティサイクル補正回路40は、前記周波数シンセサイザ100の出力端デューティ比(Output Duty Cycle Ratio)を、50±5%のデューティ比に維持するために、前記電圧制御発振器30の出力端に追加される。
前記デューティサイクル補正回路40は、差動構造を有し、前記周波数シンセサイザ100が50%のデューティ比を維持するように、トランジスター41と42の幅と長さを調節して、デューティ比を補正するように設計される。
前記フィードバッグディバイダー50は、発振出力信号の周波数を分割して前記位相比較器10に比較信号 fS を出力する。
前記周波数シンセサイザ100は、電力制御器(Power Down)90を更に含めることができる。前記電力制御器90は動作モードではない待機モードにて、スイッチング動作によって、電力消耗を抑えるための電源節約モードを提供する。
また、前記周波数シンセサイザ100は、ロック検出器(Lock Detector)80を更に含めることができる。前記ロック検出器80は、ロッキング状態を判別するための10bitのロック検出器が使用されることができる。
前記ロック検出器80は、前記リファレンスディバイダー70の出力である基準信号 fRと、前記フィードバッグディバイダー50の出力である比較信号 fS がロックされているかどうかを判別する。
実施例では、周波数シンセサイザ100の内部にロック検出器80を具備して、10個の連続される比較サイクルの間、位相差が2ns以下であれば、ロッキング状態と認識してハイ信号を出力し、2ns以上であれば、解除された状態と認識してロー信号を出力する。
前記のような周波数シンセサイザは、比較信号を基準信号と同相になるように動作することで、前記電圧制御発振器30が目標周波数で発振するように制御する。
10 位相比較器
11 ディレイセル
20 電荷ポンピング回路
21 スイッチング回路
22 バッファー回路
23 ループフィルター
30 電圧制御発振器
31 差動ディレイセル
40 デューティサイクル補正回路
41 トランジスター
42 トランジスター
50 フィードバッグディバイダー
60 ポストディバイダー
70 リファレンスディバイダー
80 ロック検出器
90 電力制御器
100 周波数シンセサイザ
11 ディレイセル
20 電荷ポンピング回路
21 スイッチング回路
22 バッファー回路
23 ループフィルター
30 電圧制御発振器
31 差動ディレイセル
40 デューティサイクル補正回路
41 トランジスター
42 トランジスター
50 フィードバッグディバイダー
60 ポストディバイダー
70 リファレンスディバイダー
80 ロック検出器
90 電力制御器
100 周波数シンセサイザ
Claims (8)
- 基準信号と比較信号が入力されて周波数と位相差を検出し、これによって、アップ信号、又はダウン信号を発生させる位相比較器と、
前記アップ信号又はダウン信号によって、電圧を充電又は放電して制御信号を出力する電荷ポンピング回路と、
前記ポンピング回路より出力される制御信号によって、所定の周波数を持つ信号を発振出力信号で出力する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器と連結されて、デューティサイクルを補正するデューティサイクル補正回路と、
前記発振出力信号の周波数を分割して、前記位相比較器に前記比較信号を提供するフィードバッグディバイダーとが含まれる周波数シンセサイザ。 - 入力された周波数を分割して前記基準信号を提供するリファレンスディバイダーと、前記発振出力信号の周波数を分割して出力するポストディバイダーがさらに含まれる請求項1に記載の周波数シンセサイザ。
- 前記位相比較器にはディレイセルが内部に挿入される請求項1に記載の周波数シンセサイザ。
- 前記電荷ポンピング回路は、前記位相比較器のアップ信号又はダウン信号によってスイッチング動作されて充電及び放電を制御する電流源及びスイッチング回路と、電荷が充電されるループフィルターと、前記基準信号と比較信号の周波数と位相の差がない場合前記電流源及びスイッチング回路に電流を提供するバッファー回路が含まれることを特徴にする請求項1に記載の周波数シンセサイザ。
- 前記電圧制御発振器は、差動ディレイチェーンタイプのリングオシレータであることを特徴とする請求項1に記載の周波数シンセサイザ。
- 前記電圧制御発振器は、四つの差動ディレイセルの構造で形成されたことを特徴とする請求項5に記載の周波数シンセサイザ。
- 待機モードで、スイッチング動作によって電源を遮断する制御器が含まれる請求項1に記載の周波数シンセサイザ。
- 前記位相比較器と連結されて、前記基準信号と比較信号のロッキングした状態を判別するロック検出器が含まれる請求項1に記載の周波数シンセサイザ。
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