KR100456285B1 - 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기에 관한 것으로서, 회로의 복잡성과 전자파 감쇄 정도를 절충하여 변조 프로파일이 톱니 파형이 되도록 하기 위한 변조 회로와 복조 회로를 포함하는 것을 특징으로 하며,

본 발명에 따르면 간단한 회로구성을 가지며 효과적으로 전자파를 감쇄시킬 수 있는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기를 제공할 수 있고, 특히 본 발명에서 제공하는 복조 회로는 복조 과정에서 변조 신호를 별도로 필요로 하지 않는다는 장점이 있다.

Description

위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기 {SPREAD SPECTRUM CLOCK GENERATOR BASED ON PHASE INVERSION}

본 발명은 스프레드 스펙트럼 클럭(SSC : Spread Spectrum Clock) 발생기에관한 것으로서, 보다 상세하게는 톱니 파형의 변조 프로파일과 위상 반전(Phase Inversion)을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기에 관한 것이다.

컴퓨터 시스템의 효율을 향상시키기 위해서는, 클럭 주파수를 증가시킴으로써 중앙처리장치(CPU)를 고주파에서 동작시켜서 처리 속도를 높이는 것이 바람직하다. 클럭 주파수를 증가시키려면 컴퓨터 시스템의 주파수가 증가되고, 또한 주변 장치(예를 들면, 메모리, 그래픽 카드)도 고주파에서 동작 가능하게 된다.

그러나, 클럭 주파수가 증가함에 따라, 피크 진폭의 증가로 인해 전자파 장해(EMI : Electromagnetic Interference)가 증가하게 된다. 그러나, 종래의 차폐(Shielding)와 필터링(Filtering) 등을 이용한 EMI 축소 기술은 많은 비용을 필요로 한다. 그 결과 근래에는 원천적으로 EMI 발생을 억제하는 기술이 요구되고 있다.

스프레드 스펙트럼 기술은 정주기 클럭(Regular Clock)의 주기 또는 주파수를 변조(Modulation)하여 특정 주파수에 몰려 있는 에너지를 보다 넓은 대역에 걸쳐 골고루 분포하도록 하는 것이다.

종래의 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기는 대부분 PLL(Phase Locked Loop) 또는 DLL(Delay Locked Loop)을 이용하여 정주기 클럭에 의도적인 지터(Jitter)를 인가하여 스프레드 스펙트럼 클럭을 구현하였다. 그러나, 이러한 지터는 마이크로 프로세서(Microprocessor)의 아날로그(Analog) 프론트 엔드(Front End)의 성능을저하시키며, 이를 정주기 클럭으로 복조(Demodulation)하는 데에는 상대적으로 복잡한 회로가 필요하다.

이에 따라, 정주기 클럭의 위상을 일정한 변조 프로파일(Profile)에 따라 반전시킴으로써 스프레드 스펙트럼 클럭을 구현하는 방식이 개발되었다.

종래의 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 멀티플렉서(Multiplexer)(106), 인버터(Inverter)(108), 패턴 제너레이터(Pattern Generator)(114)와 디바이더(Divider)(126)를 구비하고 있다.

정주기 클럭(102)이 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기(100)의 입력 단자(104)를 통해 입력되면, 이것이 둘로 나뉘어 멀티플렉서(106)와 인버터(108)에 똑같이 인가된다. 인버터(108)는 정주기 클럭(102)에 대해 위상이 반전된 클럭(110)을 멀티플렉서(106)의 나머지 한 쪽 입력 단자(112)에 인가한다. 패턴 제너레이터(114) 역시 정주기 클럭(102)을 입력 받아서 변조 신호(116)를 출력하며, 패턴 제너레이터의 구성에 따라 변조 프로파일이 결정된다. 멀티플렉서(106)에서는 이 변조 신호(116)에 따라 원래의 정주기 클럭(102)과 위상이 반전된 클럭(110) 중 어느 한 쪽을 선택함으로써 결과적으로 위상이 변조된 스프레드 스펙트럼 클럭(124)을 출력한다.

또한, 필요한 경우 이러한 위상 변조 스프레드 스펙트럼 클럭(124)은 디바이더(126)을 통해서 정주기 클럭(128)으로 복조되어 마이크로 프로세서의 아날로그프론트 엔드에 사용될 수 있다.

도 2는 종래의 PLL 또는 DLL을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭과 위상 변조 스프레드 스펙트럼 클럭을 비교한 것이다. 종래의 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기에서 클럭이 로우(Low)에서 하이(High) 또는 하이에서 로우로 전이(Transition)하는 순간을 정주기 클럭(102)의 그것에 비해 조금 앞으로 당기거나 뒤로 밀어서 스프레드 스펙트럼 클럭을 구현한 반면, 위상 변조 스프레드 스펙트럼 클럭(124)에서는 이러한 전이를 때때로 생략하는 것으로 스프레드 스펙트럼 클럭을 구현한다. 이 때, 인접한 위상 반전 사이에 클럭이 로우에서 하이로, 또는 하이에서 로우로 전이한 회수를 변조 프로파일(201)의 숫자로 표시한다. 단, 본 발명에 의한 복조 회로는 이러한 변조 프로파일(201)에 0이 포함되지 않는 것을 전제로 한다.

위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기에서, EMI 감쇄 정도는 어떠한 변조 프로파일을 선택하느냐에 따라 좌우되며, 이 과정에서는 회로 구현의 용이성과 EMI 감쇄 정도를 동시에 감안해야 한다.

본 발명은 회로 구현의 용이성과 EMI 감쇄 정도를 절충하여 변조 프로파일이 톱니(Saw-tooth) 파형이 되도록 하기 위한 변조 회로와 복조 회로를 구비하는, 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 변조 신호를 모를 때에도 정주기 클럭 신호를 완전하게 복원할 수 있는 복조 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기의 구성도,

도 2는 도 1의 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기 각 부분의 시간 영역 파형도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 변조 회로의 구성도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 변조 회로의 구성도,

도 5는 본 발명에 의한 스프레드 스펙트럼 클럭 복조 회로의 구성도,

도 6은 본 발명에 의한 주파수 스펙트럼 표시도.

상기 목적의 달성을 위해 본 발명은, 변조 프로파일을 결정하는 변조 프로파일 컨트롤러; 상기 결정된 변조 프로파일의 수를 초기값으로 하여, 정주기 클럭이 입력될 때마다 클럭이 전이하도록 횟수를 세는 다운 카운터; 및 상기 정주기 클럭과 위상이 반전된 클럭을 입력 받아 이 중 한쪽을 출력하되, 상기 다운 카운터의 출력값이 0이 될 때마다 그 경로를 바꾸는 제 1 멀티플렉서;를 포함하고, 상기 다운 카운터는 출력값이 0이 될 때 상기 변조 프로파일 컨트롤러로부터 새로운 값을 로드하는 변조 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기를 제공한다.

또한, 상기 변조 프로파일 컨트롤러는, 순차적으로 증가하거나 감소하는 수열로 이루어진 톱니 파형의 변조 프로파일을 출력하는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기를 제공한다.

또한, 상기 변조 프로파일 컨트롤러는, 덧셈기, 제 2 멀티플렉서 및 비교기를 구비하여 기설정된 범위 내에서 기설정된 증분 만큼 순차적으로 증가하는 수열을 반복적으로 생성하거나, 카운터 및 비교기를 구비하여 기설정된 범위 내에서 1씩 증가 또는 감소하는 수열을 반복적으로 생성하는 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기를 제공한다.

또한, 상기 다운 카운터와 상기 변조 프로파일 컨트롤러의 상기 카운터는 캐스케이드로 접속되고, 캐스케이드 접속을 위해 D 플립플롭을 사용하는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기를 제공한다.

또한, 본 발명은 위상 변조 스프레드 스펙트럼을 입력으로 하는 1 클럭 지연기; 상기 위상 변조 스프레드 스팩트럼을 입력으로 하는 제 1 1/4 클럭 지연기와, 상기 위상 변조 스프레드 스팩트럼과 상기 제 1 1/4 클럭 지연기의 출력을 입력으로 하는 제 1 XOR 게이트로 구성되는 제 1 엣지 검출기; 상기 1 클럭 지연기의 출력을 입력으로하는 제 2 1/4 클럭 지연기와, 상기 1 클럭 지연기의 출력과 상기 제 2 1/4 클럭 지연기의 출력을 입력으로 하는 제 2 XOR 게이트로 구성되는 제 2 엣지 검출기; 상기 제 1 엣지 검출기 및 상기 제 2 엣지 검출기의 XOR 게이트로부터 출력되는 신호를 입력으로 하는 OR 게이트; 및 상기 OR 게이트의 출력을 입력으로 하여 정주기 클럭을 출력하는 디바이더;를 포함하는 복조 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기를 제공한다.

상기와 같이 본 발명은 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기에 있어서, 변조 프로파일의 숫자, 즉 인접한 위상 반전 사이에 클럭이 로우에서 하이로, 또는 하이에서 로우로 전이한 횟수를 결정하는 변조 프로파일 컨트롤러(Controller)와, 결정된 변조 프로파일에 따라 클럭이 로우에서 하이로, 또는 하이에서 로우로 전이하도록 그 횟수를 세기 위한 다운 카운터(Down Counter)와, 상기 다운 카운터의 제어 신호를 받아 동작하는 멀티플렉서(Multiplexer)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변조 프로파일 컨트롤러는 각각 초기값이 설정된 덧셈기, 멀티플렉서, 비교기, 디바이더 등으로 구성되거나, 또 다른 실시예로서 간단히 업 카운터(Up Counter)로 구현될 수도 있다.

상기 멀티플렉서는 원래의 정주기 클럭과 위상이 반전된 클럭 중에 어느 한쪽을 선택할 때 글리치(Glitch)가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기(300)는 변조 프로파일 컨트롤러(301), 다운 카운터(302), 제 1 멀티플렉서(303) 및 인버터(314)를 구비한다.

변조 프로파일 컨트롤러(301)는 톱니 파형의 변조 프로파일을 만들고 이것으로부터 다운 카운터(302)를 제어하는 역할을 하는 것으로, 제 2 멀티플렉서(304), 덧셈기(305), 비교기(306), 디바이더(307), 레지스터(308)를 구비하며, 이 실시예에서는 4개의 초기값(309~312)을 입력으로 한다.

레지스터(308)는 D 플립플롭(Flip Flop) 등으로 구현될 수 있으며 우선 제 2 멀티플렉서(304)를 통해 제 2 초기값(310)을 받아들인다. 덧셈기(305)는 레지스터(308)에 보관된 값에 제 3 초기값(311)으로 설정된 증분(Increment) 만큼을 더해서 이를 다시 제 2 멀티플렉서(304)를 통해서 레지스터(308)에 입력하고,이러한 과정은 레지스터(308)의 값을 제 4 초기값(312)으로 설정된 값과 비교기(306)에서 비교하여 같아질 때까지 반복된다. 예를 들어, 제 2~4 초기값(310~312)이 각각 1, 2, 11로 설정되었다면, 레지스터(308)는 순차적으로 1, 3, 5, 7, 9, 11의 값을 갖게 된다. 그런 다음, 전체 과정을 반복하여 상기 수열을 다시 생성한다. 이러한 구성으로부터 변조 프로파일이 임의의 증가하는 등차 수열이 되도록 할 수 있으며, 톱니 파형이 될 수 있다. 감소하는 수열의 생성을 위한 구성도 이와 비슷할 것이다.

이러한 레지스터(308)의 값은 다운 카운터(302)의 초기값으로 로드(Load)되어 매 정주기 클럭이 입력될 때마다 거꾸로 세어 내려가는데, 다운 카운터의 출력 값(313)이 0이 되면 제 1 멀티플렉서(303)의 경로를 반전시키고 레지스터(308)로부터 새로운 값을 로드한다. 다시 말해서, 제 1 멀티플렉서(303)는 정주기 클럭(315)과 이것이 인버터(314)에 의해 위상이 반전된 클럭(316)을 각각 입력 받아서 이 중 어느 한 쪽을 출력단자(317)를 통해 출력하는데, 다운 카운터(302)의 값이 0이 될 때마다 그 경로를 매번 바꾼다. 이러한 일련의 동작을 거쳐 결과적으로 위상 변조 스프레드 스펙트럼 클럭이 구현된다.

이 때, 디바이더(307)는 1, 1, 2, 2, 3, 3, ... 등과 같이 연속된 숫자가 반복되는 변조 프로파일을 구현하기 위해 고안되었다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기의 구성도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 스프레드 스펙트럼클럭 발생기(400)의 변조 프로파일 컨트롤러(401)는 간단히 업 카운터(Up Counter)(402)와 비교기(403)로 구성되었으며, 2개의 초기값(404, 405)을 입력으로 한다.

변조 프로파일이 1, 2, 3, ...인 경우에, 상기 도 3의 각각 초기값을 갖는 제 2 멀티플렉서(304), 덧셈기(305), 디바이더(307)와 레지스터(308)는, 도 4의 다른 실시예에서 단순히 업 카운터(402)로 대치될 수 있다. 업 카운터(402)는 제 1 초기값(404)에 의해 설정된 값부터 시작해서, 제 2 초기값(405)에 의해 설정된 값과 비교기(403)에서 비교하여 같아질 때까지 위로 세어 올라간다. 이와 같은 구성으로 변조 프로파일이 1, 2, 3, ...인 경우를 구현할 수 있는 것이다. 업 카운터(402)의 값은 캐스케이드로 연결된 다운 카운터(406)에 입력되어 상기 도 3과 동일한 방식으로 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭이 구현된다. 상기 변조 프로파일 컨트롤러(401)에는 업 카운터(402) 대신 다운 카운터가 사용되어 감소하는 수열이 생성되게 할 수도 있을 것이다.

도 5는 본 발명에 의한, 위상 변조 스프레드 스펙트럼 클럭의 복조 회로이다. 복조 회로(500)는 1/4 클럭 지연기(502)와 XOR게이트(503)로 구성된 2개의 엣지 검출기(Edge Detector)(501)와 별도의 1클럭 지연기(504), OR게이트(505), 디바이더(506)로 구성된다.

엣지 검출기(501)는 위상 변조된 스프레드 스펙트럼 클럭(507)을 입력 받아, 이를 다시 1/4 클럭 지연기(502)를 통과한 것과 XOR게이트(503)에서 비교하여 클럭의 엣지를 검출해낸다.

이 과정에서 본 발명에 의한 위상 변조 스프레드 스펙트럼 클럭(507)은 위상 반전이 일어난 순간에는 클럭 신호의 엣지가 사라져서 엣지 검출기(501)에서 검출되지 않지만, 앞서 언급한 바와 같이 두 번 이상의 위상 반전이 바로 연속하여 일어나지 않도록 변조 프로파일을 설정한다면, 1 클럭 지연기(504)를 통한 또 다른 경로의 엣지 검출기에서 엣지가 검출된다. 두 경로가 OR 게이트(505)에서 합쳐지므로 매 클럭 엣지가 빠짐없이 복원되며, 이를 디바이더(506)를 거치면 원래의 정주기 클럭이 복원된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 스펙트럼 표시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기는 종래의 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기를 사용했을 때보다, 정주기 클럭의 기본 주파수(Fundamental Frequency) 근처에서 EMI를 더욱 효과적으로 감쇄시킨다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 회로구성이 간단하며, 특히 정주기 클럭의 기본 주파수 근처에서 EMI를 더욱 효과적으로 감쇄시킬 수 있는 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 위상 변조 스프레드 스펙트럼 클럭의 복조 회로는 복조 과정에서 변조 신호를 따로 입력 받지 않고서도, 임의의 위상 변조 스프레드 스펙트럼 클럭으로부터 정주기 클럭을 복원해낼 수 있는 장점이 있다

Claims (7)

1. 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기에 있어서,

   변조 프로파일을 결정하는 변조 프로파일 컨트롤러;

   상기 결정된 변조 프로파일의 수를 초기값으로 하여, 정주기 클럭이 입력될 때마다 클럭이 전이하도록 횟수를 세는 다운 카운터; 및

   상기 정주기 클럭과 위상이 반전된 클럭을 입력 받아 이 중 한쪽을 출력하되, 상기 다운 카운터의 출력값이 0이 될 때마다 그 경로를 바꾸는 제 1 멀티플렉서;를 포함하고,

   상기 다운 카운터는 출력값이 0이 될 때 상기 변조 프로파일 컨트롤러로부터 새로운 값을 로드하는 변조 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 변조 프로파일 컨트롤러는, 순차적으로 증가하거나 감소하는 수열로 이루어진 톱니 파형의 변조 프로파일을 출력하는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 변조 프로파일 컨트롤러는, 덧셈기, 제 2 멀티플렉서 및 비교기를 구비하여 기설정된 범위 내에서 기설정된 증분 만큼 순차적으로 증가하는 수열을 반복적으로 생성하는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 변조 프로파일 컨트롤러는, 카운터 및 비교기를 구비하여 기설정된 범위 내에서 1씩 증가 또는 감소하는 수열을 반복적으로 생성하는 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 다운 카운터와 상기 변조 프로파일 컨트롤러의 상기 카운터는 캐스케이드로 접속되는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 캐스케이드 접속을 위해 D 플립플롭을 사용하는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기.
7. 위상 반전을 이용한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기에 있어서,

   위상 변조 스프레드 스펙트럼을 입력으로 하는 1 클럭 지연기;

   상기 위상 변조 스프레드 스팩트럼을 입력으로 하는 제 1 1/4 클럭 지연기와, 상기 위상 변조 스프레드 스팩트럼과 상기 제 1 1/4 클럭 지연기의 출력을 입력으로 하는 제 1 XOR 게이트로 구성되는 제 1 엣지 검출기;

   상기 1 클럭 지연기의 출력을 입력으로하는 제 2 1/4 클럭 지연기와, 상기 1 클럭 지연기의 출력과 상기 제 2 1/4 클럭 지연기의 출력을 입력으로 하는 제 2 XOR 게이트로 구성되는 제 2 엣지 검출기;

   상기 제 1 엣지 검출기 및 상기 제 2 엣지 검출기의 XOR 게이트로부터 출력되는 신호를 입력으로 하는 OR 게이트; 및

   상기 OR 게이트의 출력을 입력으로 하여 정주기 클럭을 출력하는 디바이더;를 포함하는 복조 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생기.