KR0141689B1 - 고속 pll 주파수 합성회로 - Google Patents

Abstract

PLL회로를 통신시스템에 사용하기 위해 응용한 고속 PLL 주파수 합성회로에 관한 기술로서, 주파수를 바꿀때 발생하는 과도현상시간 동안 변화가 두절되는 결점을 보완하기 위한 기술이다.

이를 위해 주파수 천이시 제1분주기(2-1) 및 제2분주기(6)의 분주값을 절반으로 줄여주고 정상적으로 안정될때 다시 환원시킴으로서 주파수 천이시간을 짧게 하는 기술이다. 즉, 제1,2쉬프트수단(M1,M2)을 통해 분주데이타를 1비트씩 쉬프트함으로써 상기 제1,2분주기(2-1,6)의 분주비를 변환시켜 주며 그에 동기하여 스위칭수단(AS)을 이용 제1,2보조저역 여파기(4-1,4-2)를 절환함으로써 동기 주파수의 천이시간을 짧게 한다.

Description

고속 PLL 주파수 합성회로

제1도는 종래의 회로도.

제2도는 본 발명에 따른 회도로.

제3도는 제2도의 동작 타이밍도.

제4도는 본 발명의 개선 효과 표시도

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:Fr발진기 2-1:제1분주기

3:위상비교기 4:저역 여파기

5:전압 제어 발진기 6:제2분주기

M1,M2:제1,2쉬프트수단 SD:동기검출기

AS:스위칭수단 4-1:제1보조 저역 여파기

4-2:제2보조 저역 여파기 G1,G2,G3:제1,2,3인버터

MSM:단안정 MV G4:게이트수단

본 발명은 PLL(Phase Locked Loop) 회로에 관한 것으로, 특히 통신 시스템에 사용하는 PLL의 과도 응답을 최소화 하는 고속 PLL 주파수 합성 회로에 관한 것이다.

일반적으로 PLL회로는 제1도와 같은 기본 블럭을 가진다. 상기 제1도에서 최종 출력 주파수 Fo는 제2분주기(6)에 의해 N분주되어 Fo/N이 되고, 이것은 제1분주기(2)에서 Fr발진기(1)의 출력을 R분주한 Fr/R의 기준 주파수 신호와 위상비교기(3)에서 비교되어 두 주파수차이 만큼에 해당되는 오차 전압을 발생하게 된다.

즉 Fo/N가 Fr/R보다 클 경우에는 0V를 발생하고 그 반대의 경우에는 +5V를 발생하며 이 발생되는 전압은 저역여파기(4)에 충전과 방전의 전기적인 현상을 일으켜, 상기 저역여파기(4)에서 Fo/NFr/R 경우에는 좀더 낮은 전압을 그 반대의 경우에는 좀더 높은 전압을 발생하게 하여 이 전압에 의해 전압 제어 발진기(5)의 발전 주파수를 결정 짓는다.

Fo/N=Fr/R의 경우에는 상기 저역여파기(4)에서 안정된 일정한 전압을 유지하여 전압 제어 발진기(5)가 안정된 일정한 주파수신호(Fo=(Fr/R)×N)를 발생하게 된다.

상기한 PLL회로는 주파수 천이시간이 Fr/R, Wn(PLL의 주파수 대역폭)에 반비례 하고, 최종 출력 주파수 신호 Fo의 각종 노이즈는(스퓨리어스, 위상노이즈 …) 그에 비례하게 된다. 따라서 바쁜 주파수 천이 시간을 얻기 이하여 상기 저역여파기(4)의 대역폭을 크게할 경우, 출력 주파수 신호의 각종 노이즈는 그에 비례하여 증가하게 된다. 그러므로 일정 기준 이하의 출력 노이즈가 요구되는 무선통신기기에 있어서 이 방식은 적절치 않게 된다.

또한 상기 Fr/R을 증가시키는 경우 최종 출력Fo=(Fr/R)×N에서 주파수 채널 간격(N값이 1씩 증가할때 Fo주파수 변화 크기)의 증가를 가져오게 되어 원하는 주파수 채널 간격을 얻을 수 없게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 주파수 천이시간을 빠르게 하므로서 보다 빠르고 안정되게 채널을 변환시켜 통신 장비에 이용할시 데이타의 송.수신을 보다 안정하게 할 수 있는 고속 PLL주파수 합성회로를 제공함에 있다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 회로도로서,

기준 주파수를 생성하는 Fr발진기(1)와,

상기 기준주파수를 받아 분주하되 천이하는 소정 제1준부데이타를 받아 천이하며 분주하여 제1분주값(A)을 출력하는 제1분주기(2-1)와,

상기 제1분주기(2-1)가 분주한 제1분주값(A)과 소정 제2분주값(B)을 받아 위상을 비교하여 그 비교 상태에 대응한 비교신호를 출력하는 위상비교기(3)와,

상기 위상비교기(3)의 출력을 받아 저역 여파한뒤 출력하는 저역여파기(4)와,

상기 저역여파기(4)의 출력 평균 전압을 받아 그에 대응한 주파수를 갖도록 발진하는 전압제어발진기(5)와,

상기 전압 제어 발진기(5)의 출력을 받아 천이되는 소정 제2분주데이타로 분주하여 상기 위상비교기(3)에 제2분주값(B)으로 공급하는 제2분주기(6)와,

상기 위상비교기(3)가 위상을 비교할 시 두 위상의 같고 다름을 검출하여 그에 대응한 제1,2논리 신호를 출력하는 동기검출기(SD)와,

동기검출기(SD)로 부터 제1,2,논리신호를 받아 인버팅하여 출력하는 제1인버터(G1)와,

상기 동기검출기(SD)로 부터 상기 제1,2논리 신호를 받아 상기 제1,2논리 신호가 제1논리신호에서 제2논리신호로 천이하는 시점에서 트리거하여 소정 펄스를 출력하는 단안정 MV(Multivibrator)(MVM)와,

상기 제1인버터(G1)의 출력과 상기 단안정 MV(MVM)의 출력과 소정 반전 LSB 신호를 받아 노아링하여 절환 신호를 생성 출력하는 게이트수단(G4)과,

외부로 부터 다수의 비트로된 2진수인 제2분주데이타를 받아 상기 절환신호에 의해 병렬로 데이타 비트들을 쉬프트시키거나 또는 정상적으로 하여 상기 제2분주기(6)에 공급하는 제1쉬프트수단(M1)과,

상기 외부로 부터 공급되는 제2분주 데이타의 최소 유효 비트값을 인버팅하여 상기 제3인버터(G3)에 반전 LSB 신호로서 공급하는 제2인버터(G2)와,

다수의 비트로된 2진수인 제1분주데이타를 발생시켜 추력하는 제1분주 데이타 발생기(RD)와,

상기 제1분주 데이타 발생기(RD)로부터 제1분주데이타를 받아 상기 절환신호에 의해 병렬로 소정 비트 쉬프트하거나 또는 정상적으로 출력하는 제2쉬프트수단(M2)과,

상기 저역여파기(4)의 출력을 받아 제1값(25KHz) 이상을 여파하여 상기 전압제어발진기(5)에 공급하는 제1보조 저역여파기(4-1)와,

상기 제3인버터(G3)의 절환신호를 받아 인버팅하여 출력하는 제3인버터(G3)와,

상기 저역여파기(4)의 출력을 상기 제3인버터(G3)의 출력상태에 따라 스위칭하여 출력하는 스위칭수단(AS)과,

상기 스위칭수단(AS)의 출력을 받아 제2값(50KHz) 이상을 여파하여 상기 전압제어발진기(5)에 공급하는 제2보조저역여파기(4-2)로 구성한다.

제3도는 상기 제2도의 동작 타이밍도로서,

S1은 동기검출기(SD)의 반전 출력이고, S2는 단안정 MV(MVM)의 출력이며, S3은 게이트수단(G4)의 출력이다. 그리고 Fo는 본 발명의 출력이다. A는 제1분주기(2-1)의 M2출력으로 제1분주값이고 B는 제2분주기(6)의 M1출력으로서 제2분주값이며, D0는 외부로부터 입력된 제2분주데이타 값이다.

또한 Wn은 PLL의 특성값으로 PLL의 주파수 대역폭과 관계된다.

제4도는 본 발명의 개선 효과 표시도로서,

상기 제2도와 제3도중 전압 제어 발진기(5)의 입력 전압 상태를 나타낸 도면이다.

도면중 a)는 종래 회로인 제1도의 제어전압 변화도이고, b)는 본 발명의 회로인 제2도의 전압 제어 변화도이다. 그리고 c)는 상기 제2도중 S3가 반전된 상태로서 상승 엣지에서 제2분주기(6)의 변화가 일어나지 않음을 나타낸다.

따라서 상기한 도면을 참조로 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

먼저 편의상 제1분주기(2-1)의 분주비를 R이라 하고 제2분주기(6)의 분주비를 N이라 한다.

일반적으로 PLL주파수 합성기의 주파수 천이시간은 PLL의 특성인 Wn에 반비례하고 노이즈는 Wn에 비례한다.

따라서 주파수 천이 시간의 개선을 위하여 Wn을 크게 하면 노이즈가 증가하므로 이에 대한 상호 관계를 설정하여야 한다.

여기서,

단 Ko: 전압 제어 발진기(5)의 주파수 이득이고,

Kd: 위상비교기(3)의 이득이며,

N: 제2분주기(6)의 분주값이며,

T1: 저역여파기(4)의 시상수이다.

즉 주파수 천이시간은 1/Wn에 비례하며 노이즈는 Wn에 비례한다.

위의 수식에서 노이즈의 증가없이 주파수 천이 시간을 개선하려면 주파수 천이가 시작되는 시점에서 일정시간 동안 상기 Wn을 크게 하여 주고 PLL의 안정이 이루어지면 다시 상기 Wn을 작은 방향으로 변화시켜 주면 빠른 주파수 천이 시간과 적은 노이즈를 얻을 수 있다.

본 발명은 바로 이를 이용한다. 즉, 위의 Wn에 관한 수식에서 제2분주기(6)의 분주값(N)을 주파수 천이시 일시적으로 작게 하여 상기 Wn을 증가시키고 그에 따라 주파수 천이 시간의 개선을 얻는다.

그리고 상기 PLL이 안정된후 다시 상기 분주비를 원위치하므로서 완전한 주파수 천이를 얻으면서 노이즈 증가를 방지한다. 또한 Fo=Fr÷R×N에서 상기 분주값(N)의 변화와 동시에 제1분주기(2-1)의 분주비(R)도 변하도록 하여 상기 분주비 N의 변화에 대해서도 Fo를 일정하게 유지시킨다.

제3도는 제2도에 대한 출력주파수, 분주기 데이타의 변화, Wn의 변화 그리고 그에 대한 타이밍 다이어그램을 실제 주파수 천이의 예를(120.025MHz → 128.025MHz → 123.5MHz → 129.725MHz …)들어 나타내었다.

먼저 S1의 하강 엣지는 외부 제1분주데이타에 의해 주파수 천이가 발생되면서 발생하는 PLL의 불안정 상태 시작 시점을 나타내며, 상승 엣지는 주파수 천이에 의하여 발생된 상기 PLL의 불안정 상태가 안정된 상태로 되돌아감을 나타내고 있다. S1에 의해 상기 PLL 안정되었음을 검출한 시점에서 외부에서 공급되는 분주비 N인 제2분주데이타에 변화를 주면, 다시 PLL의 불안정 상태를 초래할 수 있으므로 S1의 상승 엣지에서 일정시간 지난후 분주기값의 변화를 주어야 한다. 이 일정한 시간을 얻기 위하여 제2도에서 S1의 상승 엣지에 트리거되는 단안정 MV(MVM)를 사용하였다.

S3는 S1과 S2의 출력을 게이트수단(G4)에 의해 노아링시켜 상기 제1,2분주데이타를 반으로 줄여주는 타이밍을 나타내고 있다.

상기 제1,2분주 데이타를 반으로 줄여주는 전기적 회로로는 분주기 데이타를 한 비트씩 쉬프트시킬 수 있는 제1,2쉬프트수단(M1,M2)을 사용하였으며 일종의 멀티플렉서이다.

제3도에서 120.025MHz에서 128.025MHz 주파수 천이시 먼저 외부로부터 공급되는 제2분주 데이타 5121을 제1쉬프트수단(M1)에 의해 반(2560)으로 줄여 늘어난 Wn에 의해 128.00MHz 주파수 신호를 빠르게 얻어내고 S3의 하강엣지에서 다시 분주기값을 원래의 값(5121)으로 하여 128.025MHz신호를 다시 얻어내게 된다.

123.5MH주파수 천이시에는 먼저 상기 제2분주 데이타 4940을 반(2470)으로 줄여 최종 출력 주파수가 123.5MHz=3.2M/64×2470FH 늘어난 상기 Wn에 의해 바로 얻을 수 있으므로 다음 주파수 천이시까지 Wn을 줄여줄 필요가 없게 된다.

123.5MHz와 같이 50KMz배수의 주파수는 25KHz주파수 채널 간격 PLL주파수 합성기의 제2분주기 데이타 값의 LSB(Least Significant Bit)가 0이므로 이 LSB를감지하여 제3도의 S3와 같은 타이밍을 얻을 수 있도록 하였다.

제2도의 제1보조 여파기(4-1)는 Fo의 노이즈(Spurions)를 제거하기 위한 보조 여파기로서 전체 PLL주파수 합성기의 주파수 천이시간에 영향을 미치지 않는 범위내에서 설계되었으며, 제1,2분주데이타값의 변화에 따른 Wn의 증가에 대하여 제1보조여파기(4-1)가 영향을 미치지 않도록 하기 위해 제3도 S3타이밍 동안 상기 제1보조 여파기(4-1)를 제2보조 여파기(4-2)로 연결이 되도록 하였다.

상기한 바와 같이 동작하므로 인해 본 발명은 제4도에 도시된 바와 같이 주파수 천이 시간이 과도 응답을 해소하므로서 종래에 비해 약 40%정도 단축되는 이점이 있다. 또한 상기와 같은 이유로 본 발명을 통신장비에 채용할 경우 불안정한 상태가 발생되지 않는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 기준 주파수를 생성하는 Fr발진기(1)와, 상기 기준주파수를 받아 분주하되 천이하는 소정 제1준부데이타를 받아 천이하며 분주하여 제1분주값(A)을 출력하는 제1분주기(2-1)와, 상기 제1분주기(2-1)가 분주한 제1분주값(A)과 소정 제2분주값(B)을 받아 위상을 비교하여 그 비교 상태에 대응한 비교신호를 출력하는 위상비교기(3)와, 상기 위상비교기(3)의 출력을 받아 저역 여파한뒤 출력하는 저역여파기(4)와, 상기 저역여파기(4)의 출력 평균 전압을 받아 그에 대응한 주파수를 갖도록 발진하는 전압제어발진기(5)와, 상기 전압 제어 발진기(5)의 출력을 받아 천이되는 소정 제2분주데이타로 분주하여 상기 위상비교기(3)에 제2분주값(B)으로 공급하는 제2분주기(6)와를 구비한 위상 동기 루프를 이용한 주파수 합성 회로에 있어서, 상기 위상비교기(3)가 위상을 비교할 시 두 위상의 같고 다름을 검출하여 그에 대응한 제1,2논리 신호를 출력하는 동기검출기(SD)와, 동기검출기(SD)로 부터 제1,2,논리신호를 받아 인버팅하여 출력하는 제1인버터(G1)와, 상기 동기검출기(SD)로 부터 상기 제1,2논리 신호를 받아 상기 제1,2논리 신호가 제1논리신호에서 제2논리신호로 천이하는 시점에서 트리거하여 소정 펄스를 출력하는 단안정 MV(MVM)와, 상기 제1인버터(G1)의 출력과 상기 단안정 MV(MVM)의 출력과 소정 반전 LSB 신호를 받아 노아링하여 절환 신호를 생성 출력하는 게이트수단(G4)과, 외부로 부터 다수의 비트로된 2진수인 제2분주데이타를 받아 상기 절환신호에 의해 병렬로 데이타 비트들을 쉬프트시키거나 또는 정상적으로 하여 상기 제2분주기(6)에 공급하는 제1쉬프트수단(M1)과, 상기 외부로 부터 공급되는 제2분주 데이타의 최소 유효 비트값을 인버팅하여 상기 게이트수단(G4)에 반전 LSB 신호로서 공급하는 제2인버터(G2)와, 다수의 비트로된 2진수인 제1분주데이타를 발생시켜 출력하는 제1분주 데이타 발생기(RD)와, 상기 제1분주 데이타 발생기(RD)로부터 제1분주데이타를 받아 상기 절환신호에 의해 병렬로 소정 비트 쉬프트하거나 또는 정상적으로 출력하는 제2쉬프트수단(M2)과, 상기 저역여파기(4)의 출력을 받아 제1값 이상을 여파하여 상기 전압제어발진기(5)에 공급하는 제1보조 저역여파기(4-1)와, 상기 게이트수단(G4)의 절환신호를 받아 인버팅하여 출력하는 제3인버터(G3)와, 상기 저역여파기(4)의 출력을 상기 제3인버터(G3)의 출력상태에 따라 스위칭하여 출력하는 스위칭수단(AS)과, 상기 스위칭수단(AS)의 출력을 받아 제2값 이상을 여파하여 상기 전압제어 발진기에 공급하는 제2보조 저역 여파기(4-2)로 구성함을 특징으로 하는 고속 PLL 주파수 합성회로.
2. 제1항에 있어서, 제1보조 저역 여파기(4-1) 25KMz이상을 여파함을 특징으로 하는 고속 PLL 주파수 합성회로.
3. 제1항에 있어서, 제2보조 저역 여파기(4-2) 50KMz이상을 여파함을 특징으로 하는 고속 PLL 주파수 합성회로.
4. 제1항에 있어서, 동기검출기(SD)의 출력인 제1,2논리신호가 로우, 하이임을 특징으로 하는 고속 PLL 주파수 합성회로.
5. 제1항에 있어서, 제1,2쉬프트수단(M1,M2)이 스위칭할때 제1,2분주 데이타의 값이 반으로 줄어들 수 있음을 특징으로 하는 고속 PLL 주파수 합성회로.