KR100272170B1

KR100272170B1 - 동작영역이 넓은 전압제어발진기 및 이를 사용하는 위상고정루프

Info

Publication number: KR100272170B1
Application number: KR1019980033285A
Authority: KR
Inventors: 현윤종
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2000-11-15
Also published as: US6188289B1; KR20000014076A

Abstract

동작영역이 넓으며, 이득이 작아서 안정된 지터 특성을 가지는 전압제어발진기 및 이를 사용하는 위상고정루프를 제공한다.

본 발명의 전압제어발진기에 있어서, 전압-전류 변환부는 제어전압을 전류로 변환하여 제어전류를 출력한다. 옵셋전류 발생부는 옵셋 전류를 발생하는데, 상기 옵셋 전류는 상기 제어전압에 따라 그 크기가 변화하며 소정의 스텝들 중 하나의 값을 가진다. 가산부는 제1 입력단자로 상기 제어전류를 받아들이고 제2 입력단자로 상기 옵셋전류를 받아들이며, 상기 제어전류 및 상기 옵셋전류를 가산하여 발진제어전류를 발생한다. 발진부는 상기 발진제어전류에 따라 주파수가 가변하는 발진신호를 발생한다.

Description

동작영역이 넓은 전압제어발진기 및 이를 사용하는 위상고정루프

본 발명은 위상고정루프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동작영역이 넓은 위상고정루프(Wide Range Phase Locked Loop)에 관한 것이다.

일반적으로, 위상고정루프는 주파수 선택성을 가지는 피드백 회로로서, 입력신호에 동기되어 상기 입력 신호의 주파수 변화를 트랙킹할 수 있는 능력을 가지고 있다. 도 1은 일반적인 위상고정루프를 보여준다. 도 1의 위상고정루프에 있어서, 위상검출기(2)는 입력되는 기준신호와 전압제어발진기(6)에서 출력되는 발진신호간의 위상차(PD)를 검출한다. 루프 필터(4)는 상기 위상차 신호(PD)를 저역통과필터링하여 발진제어신호(VC)를 출력한다. 전압제어발진기(6)는 발진제어신호(VC)에 따라 주파수가 가변하는 발진신호를 발생하여 출력한다.

이러한 위상고정루프는 FM 복조기, 주파수 합성기, 디지털 데이터 기록 재생 장치 등과 같은 수많은 분야에 응용되어 사용되고 있다. 그런데, 응용분야에 따라 위상검출기에 입력되는 기준 신호는 좁은 주파수 범위내에서 주파수가 가변되기도 하지만, 상당히 넓은 주파수 범위에서 그 주파수가 변화할 수도 있다. 이와 같이 넓은 주파수 범위의 기준 신호를 받아들이는 위상고정루프(이하, 광역 위상고정루프라 칭한다)에 있어서는, 전압제어발진기의 민감도 즉 이득이 매우 높은 것이 바람직하다.

그런데, 전압제어발진기의 이득이 이처럼 높아지는 경우, 전압제어발진기 및 위상고정루프가 잡음에 민감해지고 지터 특성이 나빠진다는 단점이 있다. 예컨대, 1∼300 MHz의 포착 영역(C아파트ure Range)을 가지고 있고, 3V의 범위에서 스윙하는 입력 기준 신호를 받아들이는 전압제어발진기의 경우, 이득은 무려 100 MHz/V(또는, 100 KHz/mV)에 이르게 된다. 이처럼 큰 이득을 가지는 전압제어발진기는 잡음에도 민감하게 되어 지터 특성이 매우 나빠질 수 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이득이 작아서 안정된 지터 특성을 가지는 전압제어발진기를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 전압제어발진기를 사용하는 위상고정루프를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 위상동기루프의 블록도이다.

도 2는 본 발명에 의한 전압제어발진기의 블록도이다.

도 3은 본 발명에 의한 전압제어발진기의 바람직한 실시예의 상세 블록도이다.

도 4는 도 3에 표시된 각 신호들의 파형을 보여주는 파형도이다.

도 5는 발진제어전류에 따른 도 2 및 도 3의 발진부의 동작영역을 보여주는 그래프이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전압제어발진기에 있어서, 전압-전류 변환부는 제어전압을 전류로 변환하여 제어전류를 출력한다. 옵셋전류 발생부는 옵셋 전류를 발생하는데, 상기 옵셋 전류는 상기 제어전압에 따라 그 크기가 변화하며 소정의 스텝들 중 하나의 값을 가진다. 가산부는 제1 입력단자로 상기 제어전류를 받아들이고 제2 입력단자로 상기 옵셋전류를 받아들이며, 상기 제어전류 및 상기 옵셋전류를 가산하여 발진제어전류를 발생한다. 발진부는 상기 발진제어전류에 따라 주파수가 가변하는 발진신호를 발생한다.

한편, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 위상고정루프는 입력되는 기준신호와 발진신호간의 위상차를 검출하여 위상차 신호를 출력하는 위상검출기; 상기 위상차 신호를 저역통과필터링하여 제어전압을 출력하는 루프 필터; 및 상기 제어전압에 따라 주파수가 가변하는 상기 발진신호를 발생하여 출력하는 전압제어발진기를 포함한다. 상기 전압제어발진기는 상술한 바와 같은 구조를 가지도록 구성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 전압제어발진기의 블록도이다.

전압제어발진기는 전압-전류 변환부(10), 옵셋전류 발생부(12), 가산부(14) 및 발진부(16)를 포함한다. 전압-전류 변환부(10)는 위상고정루프의 저역통과필터(도시되지 않음)에 의해 출력되는 제어전압(VC)을 받아들이고, 제어전압(VC)을 전류로 변환하여 제어전류(IV)를 출력한다. 옵셋전류 발생부(12)는 옵셋 전류(Ioffset)을 발생하여 출력하는데, 상기 옵셋 전류(Ioffset)는 제어전압(VC)에 따라 그 크기가 변화하며 일정한 스텝들 중 하나의 값을 가진다. 가산부(14)는 제어전류(IV) 및 옵셋전류(Ioffset)를 받아들이고, 제어전류(IV) 및 옵셋전류(Ioffset)를 가산하여 가산된 신호를 발진제어전류(IC)로써 출력한다. 발진부(16)는 상기 발진제어전류(IC)에 따라 주파수가 가변하는 발진신호를 발생한다.

도 3은 본 발명에 의한 전압제어발진기의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 보여준다.

옵셋전류 발생부(12)에 있어서, 스위치(SW1)는 일 단자가 입력 노드(A)에 연결되어 있고, 타 단자에는 제1 기준전압(VM)을 받아들인다. 스위치(SW1)는 제1 스위칭 제어신호(P7) 및 제2 스위칭 제어신호(P8)에 응답하여 상기 제1 기준전압(VM)이 입력 노드(A)에 인가되도록 한다. 제1 스위칭 신호(P7) 및 제2 스위칭 신호(P8)가 모두 비활성화되어 있을 때에는, 스위치(SW1)가 개방되어 제어전압(VC)이 버퍼(20)에 공급된다. 그렇지만, 제1 스위칭 신호(P7) 또는 제2 스위칭 신호(P8)가 활성화되어 있을 때에는, 스위치(SW1)가 단락되어 제1 기준전압(VM)이 버퍼(20)에 공급된다. 버퍼(20)는 노드(A)의 전압(P1)을 받아들이고, 전압(P1)을 버퍼링하여 전압(P1)에 비례하는 전류를 출력하여 캐패시터(C)가 충전 또는 방전되게 한다.

제1 비교기(22)는 양의 입력단자를 통해 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)을 받아들이고, 음의 입력단자를 통해 제2 기준전압(VH)을 받아들인다. 제1 비교기(22)는 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)과 제2 기준전압(VH)을 비교하고, 제1 비교신호(P3)를 출력한다. 만약 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)이 제2 기준전압(VH)보다 크다면, 제1 비교신호(P3)는 '하이' 레벨을 가진다. 한편, 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)이 제2 기준전압(VH)보다 작은 경우에는, 제1 비교신호(P3)는 '로우' 레벨을 가진다. 상기 제2 기준전압(VH)은 전압제어발진기에 입력되는 제어전압(VC)의 다이나믹 레인지의 최대값에 가까운 값으로 설정된다.

제2 비교기(26)는 양의 입력단자를 통해 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)을 받아들이고, 음의 입력단자를 통해 제3 기준전압(VL)을 받아들인다. 제2 비교기(26)는 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)과 제3 기준전압(VL)을 비교하고 제2 비교신호(P4)를 출력한다. 만약 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)이 제3 기준전압(VL)보다 크다면, 제2 비교신호(P4)는 '하이' 레벨을 가진다. 한편, 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)이 제3 기준전압(VL)보다 작은 경우에는, 제2 비교신호(P4)는 '로우' 레벨을 가진다. 상기 제3 기준전압(VL)은 전압제어발진기에 입력되는 제어전압(VC)의 다이나믹 레인지의 최소값에 가까운 값으로 설정된다.

제1 지연기(24)는 제1 비교신호(P3)을 받아들이고 일정시간 지연시켜, 지연된 신호를 제1 스위칭 제어신호(P7)로써 스위치(SW1)에 출력한다. 제2 지연기(28)는 제1 비교신호(P3)을 받아들이고 일정시간 지연시켜, 지연된 신호를 출력한다. 본 실시예에서, 제1 지연기(24)의 지연시간은 제2 지연기(28)의 지연시간과 같다. 그렇지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서는, 이들 지연시간들이 서로 다른 값을 가질 수도 있다. 반전기(30)는 제2 지연기(28)의 출력신호를 받아들이고 반전시켜서, 반전된 신호를 제2 스위칭 제어신호(P8)로써 스위치(SW1)에 출력한다.

업/다운 카운터(32)는 제1 및 제2 비교신호들(P3, P4)을 받아들인다. 제1 비교신호(P3)가 '로우'에서 '하이'로 천이할 때마다, 업/다운 카운터(32)는 1씩 업카운트한다. 또한, 제2 비교신호(P4)가 '하이'에서 '로우'로 천이할 때마다, 업/다운 카운터(32)는 1씩 다운카운트한다. 본 실시예에서, 업/다운 카운터(32)는 2비트 카운터로 구성되며, 카운트된 값을 병렬로 출력한다. 그렇지만, 본 실시예의 다른 대체 실시예에 있어서는, 업/다운 카운터(32)가 다른 크기를 가질 수도 있다.

옵셋 전류원(34)은 상기 카운터의 출력값에 따라 크기가 변화하는 전류를 발생하여, 옵셋 전류(Ioffset)로써 출력한다. 본 실시예에 있어서, 옵셋 전류원(34)은 제1 단위 전류원(36), 제2 단위 전류원(38), 두 개의 스위치들(SW2, SW3) 및 가산기(40)를 포함한다.

제1 단위 전류원(36)은 제1 기준전류(IS1)를 발생하고, 제2 단위 전류원(38)은 제2 기준전류(IS2)를 발생한다. 본 실시예에 있어서, 제2 기준전류(IS2)는 제1 기준전류(IS1)의 두 배의 크기를 가진다. 그렇지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제1 기준전류(IS1) 및 제2 기준전류(IS2)는 다른 비율을 가질 수도 있고, 또는 동일한 크기를 가질 수도 있다. 이와 같은 제1 단위 전류원(36) 및 제2 단위 전류원(38)은 당업자가 전류 미러를 사용하여 용이하게 구현할 수 있는 것으로서, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

스위치(SW2)는 일 단자가 상기 제1 단위 전류원(36)의 출력단자에 연결되어 있고 다른 단자가 가산기(40)의 한 입력단자에 연결되어 있다. 스위치(SW2)는 업/다운 카운터(32)의 두 출력 비트들 중 하위 비트에 응답해서 온/오프된다. 따라서, 업/다운 카운터(32)의 하위 비트가 '0'일 때에는, 스위치(SW2)를 통해 영전류가 가산기(40)의 한 입력단자에 공급된다. 한편, 업/다운 카운터(32)의 하위 비트가 '1'일 때에는, 스위치(SW2)를 통해 제1 기준전류(IS1)가 가산기(40)의 한 입력단자에 공급된다.

스위치(SW3)는 일 단자가 상기 제2 단위 전류원(38)의 출력단자에 연결되어 있고 다른 단자가 가산기(40)의 제2 입력단자에 연결되어 있다. 스위치(SW3)는 업/다운 카운터(32)의 두 출력 비트들 중 상위 비트에 응답해서 온/오프된다. 따라서, 업/다운 카운터(32)의 상위 비트가 '0'일 때에는, 스위치(SW3)를 통해 영전류가 가산기(40)의 제2 입력단자에 공급된다. 한편, 업/다운 카운터(32)의 상위 비트가 '1'일 때에는, 스위치(SW3)를 통해 제2 기준전류(IS2)가 가산기(40)의 제2 입력단자에 공급된다.

가산기(40)는 스위치들(SW2, SW3)을 통해서 출력되는 전류들을 가산하고, 가산된 전류를 옵셋 전류(Ioffset)로써 출력한다.

도 4는 도 3에 표시된 각 신호들의 파형을 보여주는 파형도이고, 도 5는 발진제어전류에 따른 발진부(16)의 동작영역을 보여주는 그래프이다. 도 4 및 도 5를 참조하여, 도 3의 전압제어발진기의 동작을 보다 상세하게 설명한다.

위상고정루프가 동작을 시작할 때, 버퍼(20)의 입출력 전압들(P1, P2)은 0 볼트라고 가정한다. 이때 비교기들(22, 26)은 양의 입력단자의 전압이 음의 입력단자 전압보다 작기 때문에 모두 '로우' 레벨의 비교신호들(P3, P4)을 출력한다. 이에 따라 제1 스위칭 제어신호(P7)는 '로우' 레벨을 가지며, 제2 스위칭 제어신호(P8)는 '하이' 레벨을 가진다. 스위치(SW1)는 '하이' 레벨의 제2 스위칭 제어신호(P8)에 응답하여 턴온되고, 버퍼에 입력되는 전압(P1)은 제1 기준전압(VM)이 되는데, 상기 제1 기준전압(VM)은 대략 제2 및 제3 기준전압들(VH, VL)의 중간 정도의 레벨을 가진다.

버퍼에 제1 기준전압(VM)이 인가됨에 따라, 캐패시터(C)는 충전되기 시작하며, 그 양단의 전압(P2)은 0으로부터 증가하기 시작한다. 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)이 제3 기준전압(VL)과 같아질 때, 제2 비교기(26)에 의해 출력되는 제2 비교신호(P4)는 '하이' 레벨로 천이된다(타이밍 t1). 제2 비교신호(P4)가 '하이' 레벨로 스위칭된 후 지연기(28)의 지연시간(dT) 경과 후에, 제2 스위칭 제어신호(P8)는 '로우' 레벨로 스위칭된다(타이밍 t2). 이때, 제1 및 제2 스위칭 제어신호들(P7, P8)이 모두 '로우' 레벨에 있게 되기 때문에, 스위치(SW1)는 턴오프된다.

한편, 업/다운 카운터(32)는 '00'의 값을 유지하게 되며, 따라서 옵셋 전류(Ioffset)를 공급하지 않게 된다. 이와 같이 스위치(SW1)가 턴오프되고 옵셋 전류(Ioffset)가 0이기 때문에, 전압제어발진기는 옵셋전류 발생부(12)가 없는 것과 같이 동작하게 된다. 즉, 저역통과필터로부터 입력된 제어전압(VC)은 전압-전류 변환부(12)에 의해 제어전류(IV)로 변환되고, 발진부(16)는 제어전류(IV)와 같은 크기를 가지는 발진제어전류(IC)에 따라 발진을 하게 된다. 따라서, 발진부(16)는 도 5의 영역 1에서 동작하게 된다.

제어전압(VC)이 계속 상승하여 제2 기준전압(VH)보다 크게 되면, 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)은 제2 기준전압(VH)보다 커지게 된다. 이때, 제1 비교신호(P3)는 '하이'로 천이된다(타이밍 t3). 제1 비교신호(P3)가 '하이' 레벨로 스위칭된 후 지연기(24)의 지연시간(dT) 경과 후에, 제1 스위칭 제어신호(P7)는 '하이' 레벨로 스위칭된다(타이밍 t4). 스위치(SW1)는 '하이' 레벨의 제1 스위칭 제어신호(P7)에 응답하여 턴온되고, 버퍼(20)에는 제1 기준전압(VM)이 입력된다.

제1 비교신호(P3)가 '하이'로 천이될 때, 즉 타이밍 t3에서, 업/다운 카운터(32)는 '1'만큼 업카운트하게 된다. 이에 따라 카운터(32)의 출력 중 하위비트(BIT0)는 '1'의 값을 가지고 상위비트(BIT1)는 '0'의 값을 가지게 된다. 카운터(32)의 하위비트(BIT0)가 '1'의 값으로 변화되면, 스위치(SW2)가 턴온되며 제1 단위 전류원(36)으로부터의 제1 기준전류(IS1)가 스위치(SW2) 및 가산기(40)를 통해 옵셋 전류(Ioffset)로써 가산부(14)에 공급된다.

스위치(SW1)가 턴온되어 버퍼(20)에 제1 기준전압(VM)이 입력된 후에, 캐패시터(C)는 방전하기 시작한다. 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)이 제2 기준전압(VH)보다 작아지면 제1 비교신호(P3)는 다시 '로우'로 스위칭된다(타이밍 t5). 그리고, 제1 비교신호(P3)가 '로우' 레벨로 스위칭된 후 지연기(24)의 지연시간(dT) 경과 후에, 제1 스위칭 제어신호(P7)는 '로우' 레벨로 스위칭된다(타이밍 t6). 제1 및 제2 스위칭 제어신호들(P7, P8)이 모두 다시 '로우' 레벨에 있게 되기 때문에, 스위치(SW1)는 턴오프된다.

이때, 저역통과필터로부터 입력된 제어전압(VC)은 전압-전류 변환부(12)에 의해 제어전류(IV)로 변환된다. 가산부(14)는 제1 기준전류(IS1)와 같은 크기를 가지는 옵셋 전류(Ioffset)를 제어전류(IV)에 가산하여, 발진제어전류(IC)를 출력한다. 발진부(16)는 발진제어전류(IC)에 따라 발진을 하게 된다. 따라서, 발진부(16)는 도 5의 영역 2에서 동작하게 된다.

다시, 제어전압(VC)이 계속 상승하여 제2 기준전압(VH)보다 크게 되면, 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)은 제2 기준전압(VH)보다 커지게 된다. 이때, 제1 비교신호(P3)는 '하이'로 천이된다(타이밍 t7). 제1 비교신호(P3)가 '하이' 레벨로 스위칭된 후 지연기(24)의 지연시간(dT) 경과 후에, 제1 스위칭 제어신호(P7)는 '하이' 레벨로 스위칭된다(타이밍 t8). 스위치(SW1)는 '하이' 레벨의 제1 스위칭 제어신호(P7)에 응답하여 턴온되고, 버퍼(20)에는 제1 기준전압(VM)이 입력된다.

제1 비교신호(P3)가 '하이'로 천이될 때, 즉 타이밍 t3에서, 업/다운 카운터(32)는 '1'만큼 업카운트하게 된다. 따라서, 카운터(32)의 출력 중 하위비트(BIT0)는 '0'의 값을 가지고 상위비트(BIT1)는 '1'의 값을 가지게 된다. 스위치(SW2)는 턴오프되고 스위치(SW3)는 턴온된다. 이에 따라, 제2 단위 전류원(38)으로부터의 제2 기준전류(IS2)가 스위치(SW3) 및 가산기(40)를 통해 옵셋 전류(Ioffset)로써 가산부(14)에 공급된다.

스위치(SW1)가 턴온되어 버퍼(20)에 제1 기준전압(VM)이 입력된 후에, 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)이 제2 기준전압(VH)보다 작아지면 제1 비교신호(P3)는 다시 '로우'로 스위칭된다(타이밍 t9). 그리고, 제1 비교신호(P3)가 '로우' 레벨로 스위칭된 후 지연기(24)의 지연시간(dT) 경과 후에, 제1 스위칭 제어신호(P7)는 '로우' 레벨로 스위칭된다(타이밍 t10). 제1 및 제2 스위칭 제어신호들(P7, P8)이 모두 다시 '로우' 레벨에 있게 되기 때문에, 스위치(SW1)는 턴오프된다.

이때, 저역통과필터로부터 입력된 제어전압(VC)은 전압-전류 변환부(12)에 의해 제어전류(IV)로 변환된다. 가산부(14)는 제2 기준전류(IS2)와 같은 크기를 가지는 옵셋 전류(Ioffset)를 제어전류(IV)에 가산하여, 발진제어전류(IC)를 출력한다. 발진부(16)는 발진제어전류(IC)에 따라 발진을 하게 된다. 따라서, 발진부(16)는 도 5의 영역 3에서 동작하게 된다.

또 다시, 제어전압(VC)이 계속 상승하여 제2 기준전압(VH)보다 크게 되면, 위에서 설명한 것과 같은 방식으로 업/다운 카운터(32)는 '1'만큼 업카운트하게 된다. 따라서, 카운터(32)의 출력 중 하위비트(BIT0)와 상위비트(BIT1)가 모두 '1'의 값을 가지게 된다. 이에 따라 스위치들(SW2, SW3)이 모두 턴온되고, 제1 기준전류(IS1) 및 제2 기준전류(IS2)가 가산기(40)에 의해 합해져서 옵셋 전류(Ioffset)로써 가산부(14)에 공급된다. 이때 발진부(16)는 도 5의 영역 4에서 동작하게 된다.

다음에는 주파수가 낮은 영역 쪽으로 트랙킹을 행하는 경우를 설명한다. 만약 타이밍 t10 이후에 제어전압(VC)이 감소한다고 가정해보자. 이때 캐패시터(C)는 방전하기 시작하고, 이에 따라 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)은 감소하게 된다. 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)이 제3 기준전압(VL)보다 작게 되면, 제2 비교신호(P4)는 '로우'로 천이된다(타이밍 t11). 제2 비교신호(P4)가 '로우' 레벨로 스위칭된 후 대략 지연기(28)의 지연시간(dT) 경과 후에, 제2 스위칭 제어신호(P8)는 '하이' 레벨로 스위칭된다(타이밍 t12). 스위치(SW1)는 '하이' 레벨의 제2 스위칭 제어신호(P8)에 응답하여 턴온되고, 버퍼(20)에는 제1 기준전압(VM)이 입력된다.

제2 비교신호(P4)가 '로우'로 천이될 때, 즉 타이밍 t11에서, 업/다운 카운터(32)는 '1'만큼 다운카운트하게 된다. 이에 따라 카운터(32)의 출력 중 하위비트(BIT0)는 '1'의 값을 가지고 상위비트(BIT1)는 '0'의 값을 가지게 된다. 스위치(SW2)는 턴온되고 스위치(SW3)는 턴오프되어 제1 기준전류(IS1)가 스위치(SW2) 및 가산기(40)를 통해 옵셋 전류(Ioffset)로써 가산부(14)에 공급된다.

스위치(SW1)가 턴온되어 버퍼(20)에 제1 기준전압(VM)이 입력된 후에, 캐패시터(C)는 충전하기 시작한다. 캐패시터(C) 양단의 전압(P2)이 제3 기준전압(VL)보다 커지면 제2 비교신호(P3)는 다시 '하이'로 스위칭된다(타이밍 t13). 그리고, 제2 비교신호(P4)가 '하이' 레벨로 스위칭된 후 지연기(28)의 지연시간(dT) 경과 후에, 제2 스위칭 제어신호(P8)는 '로우' 레벨로 스위칭된다(타이밍 t14). 제1 및 제2 스위칭 제어신호들(P7, P8)이 모두 다시 '로우' 레벨에 있게 되기 때문에, 스위치(SW1)는 턴오프된다.

이때, 가산부(14)는 제1 기준전류(IS1)와 같은 크기를 가지는 옵셋 전류(Ioffset)를 제어전류(IV)에 가산하여, 발진제어전류(IC)를 출력한다. 발진부(16)는 발진제어전류(IC)에 따라 발진을 하게 된다. 따라서, 발진부(16)는 다시 도 5의 영역 1에서 동작하게 된다.

위에서 설명한 본 발명의 전압제어발진기에 있어서, 전압제어발진기의 이득은 전압-전류 변환부(12)의 이득과 발진부(16)의 이득을 곱한 것이 된다. 즉, 전압제어발진기의 이득은 다음 수학식 1에 의해 표현된다.

상기 수학식에서, Gain_(I/V)및 Gain_(osc)는 각각 전압-전류 변환부(12)의 이득과 발진부(16)의 이득을 나타내며, FMAX는 전압제어발진기가 발진할 수 있는 최대 주파수를 나타낸다. 동일한 발진주파수 레인지를 가지는 종래의 발진기의 이득이 FMAX/(VH-VL)인 것을 고려할 때, 본 발명에 의한 전압제어발진기는 종래의 발진기에 비해 이득이 1/4에 불과함을 알 수 있다.

상기 실시예에 있어서는 2비트 카운터를 사용하여 발진부(16)의 동작영역이 4개로 구분될 수 있도록 하였지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서는 보다 많은 비트수의 카운터를 사용함으로써 발진부(16)의 동작영역이 더 세분되게 할 수도 있다. 이때 유효비트 수에 비례하여 단위 전류원의 수도 증가될 수 있다. 이러한 경우, 전압제어발진기의 이득은 더욱 감소될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 위상고정루프는, 전압제어발진기의 차이를 제외하고는, 일반적인 위상고정루프와 비슷한 구조를 가지며 유사하게 동작한다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이상의 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시하는 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 루프 필터와 전압제어발진기 사이에 전하펌프를 구비하는 위상고정루프에 있어서는, 전압제어발진기에 입력되는 신호는 전압이 아닌 펌핑전류가 된다. 이러한 경우, 도 3의 전압제어발진기에서는 전압-전류 변환부(12)가 삭제되어야 하며, 버퍼(20)는 전달컨덕턴스 증폭기나 전류-전압 변환부로 대체될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 전압제어발진기는 동일한 발진주파수 레인지를 가지는 종래의 발진기에 비해 이득이 크게 감소한다. 이에 따라 잠음에 대한 민감도가 감소되어 지터 특성이 좋아진다는 효과가 있다.

Claims

제어전압에 응답하여 발진신호를 출력하는 전압제어발진기에 있어서,

상기 제어전압을 전류로 변환하여 제어전류를 출력하는 전압-전류 변환부;

상기 제어전압에 따라 그 크기가 변화하며 소정의 스텝들 중 하나의 값을 가지는 옵셋 전류를 발생하는 옵셋전류 발생부;

제1 입력단자로 상기 제어전류를 받아들이고 제2 입력단자로 상기 옵셋전류를 받아들이며, 상기 제어전류 및 상기 옵셋전류를 가산하여 발진제어전류를 발생하는 가산부; 및

상기 발진제어전류에 따라 주파수가 가변하는 상기 발진신호를 발생하는 발진부를 포함하는 전압제어발진기.
제1항에 있어서, 상기 옵셋전류 발생부는

입력노드;

제1 비교신호 및 제2 비교신호에 응답하여 상기 제어전압 또는 제1 기준전압 중 어느 하나를 선택하여 선택된 전압을 상기 입력 노드에 공급하는 스위칭 수단;

상기 입력노드의 전압 레벨을 받아들이고 버퍼링하여, 버퍼핑된 신호를 출력하는 버퍼;

일 단자가 상기 버퍼의 출력단자에 연결되어 있고 타 단자가 접지되어 있으며, 상기 버퍼링된 신호에 따라 충전 또는 방전하는 캐패시터;

상기 캐패시터 양단의 전압과 제2 기준전압을 받아들이고, 상기 캐패시터 양단의 전압과 상기 제2 기준전압을 비교하여 상기 제1 비교신호를 출력하는 제1 비교기;

상기 캐패시터 양단의 전압과 제3 기준전압을 받아들이고, 상기 캐패시터 양단의 전압과 상기 제3 기준전압을 비교하여 상기 제2 비교신호를 출력하는 제2 비교기;

상기 제1 및 제2 비교신호들을 받아들이고, 상기 제1 비교신호에 응답하여 업카운팅하고 상기 제2 비교신호에 응답하여 다운카운팅하는 카운터;

상기 카운터의 출력값에 따라 크기가 변화하는 전류를 발생하여 상기 옵셋 전류로써 출력하는 옵셋 전류원을 포함하는 전압제어발진기.
제2항에 있어서, 상기 스위칭 수단은

제1 스위칭 신호 및 제2 스위칭 신호가 모두 비활성화되어 있을 때에는 상기 제어전압이 상기 입력노드에 공급되게 하고, 상기 제1 스위칭 신호 또는 상기 제2 스위칭 신호가 활성화되어 있을 때에는 상기 제1 기준전압이 상기 입력노드에 공급되도록 스위칭하는 제1 스위치;

상기 제1 비교신호를 제1 소정시간만큼 지연시켜, 제1 소정시간만큼 지연된 신호를 상기 제1 스위칭 제어신호로써 출력하는 제1 지연기;

상기 제2 비교신호를 제2 소정시간만큼 지연시켜, 제2 소정시간만큼 지연된 신호를 출력하는 제2 지연기; 및

제2 소정시간만큼 지연된 신호를 반전시켜, 반전된 신호를 상기 제2 스위칭 제어신호로써 출력하는 반전기;를 포함하는 전압제어발진기.
제2항에 있어서, 상기 옵셋 전류원은

기준전류를 발생하는 단위 전류원; 및

일 단자가 상기 단위 전류원의 출력단자에 연결되어 있고 타 단자가 상기 가산부의 제2 입력단자에 연결되어 있으며, 상기 카운터의 최하위 비트에 응답하여 온/오프되는 제2 스위치;를 포함하는 전압제어발진기.
제2항에 있어서, 상기 옵셋 전류원은

제1 기준전류를 발생하는 제1 단위 전류원;

제2 기준전류를 발생하는 제2 단위 전류원;

일 단자가 상기 제1 단위 전류원의 출력단자에 연결되어 있고, 상기 카운터의 최하위 1번째 비트에 응답해서 온/오프되어 상기 제1 기준전류를 선택적으로 출력하는 제2 스위치;

일 단자가 상기 제2 단위 전류원의 출력단자에 연결되어 있고, 상기 카운터의 최하위 2번째 비트에 응답해서 온/오프되어 상기 제2 기준전류를 선택적으로 출력하는 제3 스위치; 및

상기 제2 및 제3 스위치들의 출력신호들을 가산하여, 가산된 결과를 상기 옵셋전류로써 출력하는 가산기;를 포함하는 전압제어발진기.
제어전류에 응답하여 발진신호를 출력하는 전압제어발진기에 있어서,

상기 제어전류에 따라 그 크기가 변화하며 소정의 스텝들 중 하나의 값을 가지는 옵셋 전류를 발생하는 옵셋전류 발생부;

제1 입력단자로 상기 제어전류를 받아들이고 제2 입력단자로 상기 옵셋전류를 받아들이며, 상기 제어전류 및 상기 옵셋전류를 가산하여 발진제어전류를 발생하는 가산부; 및

상기 발진제어전류에 따라 주파수가 가변하는 상기 발진신호를 발생하는 발진부를 포함하는 전압제어발진기.
입력되는 기준신호와 발진신호간의 위상차를 검출하여 위상차 신호를 출력하는 위상검출기;

상기 위상차 신호를 저역통과필터링하여 제어전압을 출력하는 루프 필터; 및

상기 제어전압에 따라 주파수가 가변하는 상기 발진신호를 발생하여 출력하는 전압제어발진기를 포함하는 위상고정루프에 있어서,

상기 전압제어발진기는

상기 제어전압을 전류로 변환하여 제어전류를 출력하는 전압-전류 변환부;

상기 제어전압에 따라 그 크기가 변화하며 소정의 스텝들 중 하나의 값을 가지는 옵셋 전류를 발생하는 옵셋전류 발생부;

제1 입력단자로 상기 제어전류를 받아들이고 제2 입력단자로 상기 옵셋전류를 받아들이며, 상기 제어전류 및 상기 옵셋전류를 가산하여 발진제어전류를 발생하는 가산부; 및

상기 발진제어전류에 따라 주파수가 가변하는 상기 발진신호를 발생하는 발진부를 포함하는 위상고정루프.
제7항에 있어서, 상기 옵셋전류 발생부는

입력노드;

제1 비교신호 및 제2 비교신호에 응답하여 상기 제어전압 또는 제1 기준전압 중 어느 하나를 선택하여 선택된 전압을 상기 입력 노드에 공급하는 스위칭 수단;

상기 입력노드의 전압 레벨을 받아들이고 버퍼링하여, 버퍼핑된 신호를 출력하는 버퍼;

일 단자가 상기 버퍼의 출력단자에 연결되어 있고 타 단자가 접지되어 있으며, 상기 버퍼링된 신호에 따라 충전 또는 방전하는 캐패시터;

상기 캐패시터 양단의 전압과 제2 기준전압을 받아들이고, 상기 캐패시터 양단의 전압과 상기 제2 기준전압을 비교하여 상기 제1 비교신호를 출력하는 제1 비교기;

상기 캐패시터 양단의 전압과 제3 기준전압을 받아들이고, 상기 캐패시터 양단의 전압과 상기 제3 기준전압을 비교하여 상기 제2 비교신호를 출력하는 제2 비교기;

상기 제1 및 제2 비교신호들을 받아들이고, 상기 제1 비교신호에 응답하여 업카운팅하고 상기 제2 비교신호에 응답하여 다운카운팅하는 카운터;

상기 카운터의 출력값에 따라 크기가 변화하는 전류를 발생하여 상기 옵셋 전류로써 출력하는 옵셋 전류원을 포함하는 위상고정루프.
제8항에 있어서, 상기 스위칭 수단은

제1 스위칭 신호 및 제2 스위칭 신호가 모두 비활성화되어 있을 때에는 상기 제어전압이 상기 입력노드에 공급되게 하고, 상기 제1 스위칭 신호 또는 상기 제2 스위칭 신호가 활성화되어 있을 때에는 상기 제1 기준전압이 상기 입력노드에 공급되도록 스위칭하는 제1 스위치;

상기 제1 비교신호를 제1 소정시간만큼 지연시켜, 제1 소정시간만큼 지연된 신호를 상기 제1 스위칭 제어신호로써 출력하는 제1 지연기;

상기 제2 비교신호를 제2 소정시간만큼 지연시켜, 제2 소정시간만큼 지연된 신호를 출력하는 제2 지연기; 및

제2 소정시간만큼 지연된 신호를 반전시켜, 반전된 신호를 상기 제2 스위칭 제어신호로써 출력하는 반전기;를 포함하는 위상고정루프.
제8항에 있어서, 상기 옵셋 전류원은

기준전류를 발생하는 단위 전류원; 및

일 단자가 상기 단위 전류원의 출력단자에 연결되어 있고 타 단자가 상기 가산부의 제2 입력단자에 연결되어 있으며, 상기 카운터의 최하위 비트에 응답하여 온/오프되는 제2 스위치;를 포함하는 위상고정루프.
제8항에 있어서, 상기 옵셋 전류원은

제1 기준전류를 발생하는 제1 단위 전류원;

제2 기준전류를 발생하는 제2 단위 전류원;

일 단자가 상기 제1 단위 전류원의 출력단자에 연결되어 있고, 상기 카운터의 최하위 1번째 비트에 응답해서 온/오프되어 상기 제1 기준전류를 선택적으로 출력하는 제2 스위치;

일 단자가 상기 제2 단위 전류원의 출력단자에 연결되어 있고, 상기 카운터의 최하위 2번째 비트에 응답해서 온/오프되어 상기 제2 기준전류를 선택적으로 출력하는 제3 스위치; 및

상기 제2 및 제3 스위치들의 출력신호들을 가산하여, 가산된 결과를 상기 옵셋전류로써 출력하는 가산기;를 포함하는 위상고정루프.
입력되는 기준신호와 발진신호간의 위상차를 검출하여 위상차 신호를 출력하는 위상검출기;

상기 위상차 신호를 저역통과필터링하여 제어전압을 출력하는 루프 필터;

상기 제어전압에 따라 펌핑을 위한 제어전류를 공급하는 전하 펌프; 및

상기 제어전류에 따라 주파수가 가변하는 상기 발진신호를 발생하여 출력하는 전압제어발진기를 포함하는 위상고정루프에 있어서,

상기 전압제어발진기는

상기 제어전류에 따라 그 크기가 변화하며 소정의 스텝들 중 하나의 값을 가지는 옵셋 전류를 발생하는 옵셋전류 발생부;

제1 입력단자로 상기 제어전류를 받아들이고 제2 입력단자로 상기 옵셋전류를 받아들이며, 상기 제어전류 및 상기 옵셋전류를 가산하여 발진제어전류를 발생하는 가산부; 및

상기 발진제어전류에 따라 주파수가 가변하는 상기 발진신호를 발생하는 발진부를 포함하는 위상고정루프.