KR100603179B1 - A Digital Pulse Width Control Loop Circuit Without Phase change - Google Patents
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Abstract
본 발명은 펄스 폭 제어 과정에서 입력 신호의 위상 정보를 일정하게 유지시키고, 디지털 방식을 이용하여 보정하는 펄스 폭 제어 루프 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a pulse width control loop circuit that maintains a constant phase information of an input signal in a pulse width control process and corrects using a digital method.
본 발명에 의한 디지털 방식의 펄스 폭 제어 루프 회로는 입력 클럭 신호(ck_A)의 펄스 폭을 조절하면서 클럭 신호를 발생시키는 클럭 발생기; 상기 클럭 발생기로부터 출력된 클럭 신호(ck_C)와 출력 구동 클럭(clk_out) 사이에 위치하여 출력에 큰 커패시터 부하를 구동시키는 클럭 구동부; 상기 입력 클럭 신호(ck_A)와 상기 출력 구동 클럭 신호(clk_out)의 펄스 폭 정보를 각각 측정하고 비교하여 이를 디지털 코드로 변환하여 펄스 폭 정보를 출력하는 펄스 폭 비교기; 및 상기 입력 클럭 신호(ck_A)와 상기 출력 구동 클럭 신호(clk_out)의 펄스 폭이 동일해 지도록 상기 입력 클럭 신호(ck_A)보다 소정시간 지연된 클럭 신호(ck_B)를 출력하는 클럭 지연 블록;을 포함하고, 상기 펄스 폭 비교기의 디지털 코드에 의해 상기 클럭 지연 블록을 제어하는 것을 특징으로 한다.A digital pulse width control loop circuit according to the present invention includes a clock generator for generating a clock signal while adjusting a pulse width of an input clock signal ck_A; A clock driver positioned between a clock signal ck_C output from the clock generator and an output driving clock clk_out to drive a large capacitor load to an output; A pulse width comparator configured to measure and compare pulse width information of the input clock signal ck_A and the output driving clock signal clk_out, convert the pulse width information into a digital code, and output pulse width information; And a clock delay block outputting a clock signal ck_B delayed by a predetermined time from the input clock signal ck_A so that the pulse widths of the input clock signal ck_A and the output driving clock signal clk_out are the same. The clock delay block is controlled by a digital code of the pulse width comparator.
본 발명에 의하면, 펄스 폭의 보정 과정에서 입력 신호에 대해 출력 구동신호의 위상 정보가 변하지 않으며, 펄스 폭 제어 루프는 디지털 방식으로 제어함으로 루프의 안정성 문제를 쉽게 해결 가능하고, 전력 절전 상태에서도 펄스 폭의 정보를 기억 가능하도록 한다.According to the present invention, the phase information of the output drive signal does not change with respect to the input signal in the process of correcting the pulse width, and the pulse width control loop is digitally controlled to easily solve the loop stability problem, and the pulse even in a power saving state. The width information can be stored.
Description
도 1은 종래의 펄스 폭 제어 루프 회로의 구성을 블록도로 도시한 것이다.1 is a block diagram showing the configuration of a conventional pulse width control loop circuit.
도 2a는 본 발명에 의한 디지털 펄스 폭 제어 루프 회로의 구성을 블록도로 도시한 것이고, 도 2b는 디지털 펄스 폭 제어 루프 회로의 타이밍도를 도시한 것이다.2A is a block diagram showing the configuration of the digital pulse width control loop circuit according to the present invention, and FIG. 2B is a timing diagram of the digital pulse width control loop circuit.
도 3은 펄스 폭 비교기의 일실시예를 도시한 것이다.3 illustrates one embodiment of a pulse width comparator.
도 4a는 단일-투-차동(single-to-differential) 변환기 회로의 일 실시예를 나타낸 것이다.4A illustrates one embodiment of a single-to-differential converter circuit.
도 4b는 전류 적분기 회로의 일 실시예를 나타낸 것이다.4B illustrates one embodiment of a current integrator circuit.
도 4c는 전류 적분기 회로의 타이밍도를 도시한 것이다.4C shows a timing diagram of the current integrator circuit.
도 5는 클럭 지연 블록의 일실시예를 도시한 것이다.5 illustrates one embodiment of a clock delay block.
도 6a는 펄스 폭 비교기의 스위치가 모드 A로 동작하는 경우에 1GHz, 60%의 펄스 폭을 가지는 신호 입력시 출력 신호의 파형을 나타낸 컴퓨터 모의실험 결과이다.6A is a computer simulation result showing the waveform of an output signal at the time of inputting a signal having a pulse width of 1 GHz and 60% when the switch of the pulse width comparator operates in mode A. FIG.
도 6b는 펄스 폭 비교기의 스위치가 모드 A로 동작하는 경우에 입력 신호의 펄스 폭 변화에 따른 출력 신호의 펄스 폭 변화를 컴퓨터 모의실험한 그래프를 도 시한 것이다. FIG. 6B illustrates a computer simulation graph of the pulse width change of the output signal according to the pulse width change of the input signal when the switch of the pulse width comparator is operated in mode A. FIG.
도 7a는 펄스 폭 비교기의 스위치가 모드 B로 동작하는 경우에 1GHz, 60%의 펄스 폭을 가지는 신호 입력시 출력 신호의 파형을 나타낸 컴퓨터 모의실험 결과이다.7A is a computer simulation result showing the waveform of an output signal at the time of inputting a signal having a pulse width of 1 GHz and 60% when the switch of the pulse width comparator operates in mode B. FIG.
도 7b는 펄스 폭 비교기의 스위치가 모드 B로 동작하는 경우에 입력 신호의 펄스 폭 변화에 따른 출력 신호의 펄스 폭 변화를 컴퓨터 모의실험한 그래프를 도시한 것이다. FIG. 7B shows a computer simulation graph of the pulse width change of the output signal according to the pulse width change of the input signal when the switch of the pulse width comparator operates in mode B. FIG.
본 발명은 펄스 폭 제어 루프 회로에 관한 것으로, 특히 펄스 폭 제어 과정에 있어 입력 신호의 위상 정보를 일정하게 유지시키고, 디지털 방식으로 보정하여 전체 루프 특성이 안정적이며 전력절전 상태에서도 펄스 폭 보정 정보를 기억하기 위해서 제안된 디지털 펄스 폭 제어 루프 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a pulse width control loop circuit. In particular, in the pulse width control process, the phase information of the input signal is kept constant and digitally corrected so that the entire loop characteristic is stable and the pulse width correction information is maintained even in a power saving state. A digital pulse width control loop circuit proposed for storage.
PWM (Pulse width modulation - 펄스 폭 변조) 기법을 이용하는 AS-Memory (주문형 반도체(ASIC)과 메모리로 구성된 고속 디지털 시스템), 모터 제어, 전력 전환, 모터 제어, 전력 절감 등의 응용 분야에서는 펄스 신호의 폭이 특별한 의미를 갖는 정보가 된다.For applications such as AS-Memory (high-speed digital systems consisting of ASICs and memories) that utilize pulse width modulation (PWM) techniques, motor control, power switching, motor control, and power saving, The width is information with special meaning.
또한, 특별히 DDR(double data rate) SDRAM과 ADC(Analog to digital converter)와 같은 고속의 응용 분야에서 클럭으로 이용되는 펄스 신호는 상승, 하강 에지(edge) 모두 이용되기 때문에 50% 듀티 사이클(duty cycle)의 펄스 폭을 유지해야 한다. 한편, 위와 같은 응용 분야에서 펄스신호가 신호반도체 칩 내부, 혹은 외부의 회로를 구동할 때 펄스 신호 구동회로 내부에 존재하는 pull-up, pull-down 회로의 부정합으로 인해 펄스 신호 폭의 왜곡이 생겨 정보의 손실을 가져온다.In addition, pulse signals used as clocks, especially in high-speed applications such as double data rate (DDR) SDRAM and analog-to-digital converters (ADCs), have a 50% duty cycle because both rising and falling edges are used. Must maintain the pulse width. On the other hand, in the above applications, when the pulse signal drives the circuit inside or outside the signal semiconductor chip, the pulse signal width is distorted due to the mismatch of the pull-up and pull-down circuits present in the pulse signal driving circuit. It leads to loss of information.
상기 문제점을 해결하기 위해 종래에 이용되던 대표적인 아날로그 방식의 펄스 폭 제어 루프 회로를 도 1에 나타내었다.A typical analog pulse width control loop circuit conventionally used to solve the above problem is shown in FIG. 1.
도 1은 종래의 펄스 폭 제어 루프 회로를 블록도로 도시한 것으로, 슈도-인버터(pseudo-inverter)로 구성한 펄스(클럭) 발생기(110), 비교기(120), 루프 필터(130) 및 클럭 구동회로(140)로 구성된다. 1 is a block diagram illustrating a conventional pulse width control loop circuit, in which a pulse (clock) generator 110, a
펄스 발생기(110)는 비교기(120)와 루프 필터(130)에 의해 발생되는 아날로그 제어전압(Vctrl)에 의해 클럭입력 신호(CK_in)의 펄스 폭이 적절히 조절된 출력 펄스 신호를 내보낸다. 그리고 상기 출력 펄스 신호는 클럭 구동회로(140)를 통해에 의해 큰 커패시터의 부하를 구동한다. The pulse generator 110 outputs an output pulse signal in which the pulse width of the clock input signal CK_in is appropriately adjusted by the analog control voltage Vctrl generated by the
비교기(120)는 전하펌프(121, 122), 커패시터(C1, C2) 그리고 차동 증폭기(123)로 이루어지며, 입력 신호 CK_in과 출력 구동 신호 CK_out 각각의 펄스 폭을 검출하는 기능을 한다. 이 기능에 따라 입력 신호 CK_in과 출력 구동 신호 CK_out의 펄스 폭의 차이에 비례하는 아날로그 제어전압(Vctrl)이 비교기(120)와 루프 필터(130)를 통해 발생되고, 발생된 아날로그 제어전압(Vctrl)이 펄스 발생기(110)를 제어함으로 부궤환(negative feedback) 루프를 형성하여 입력 신호 CK_in과 출력 구동 신호 CK_out의 펄스 폭이 동일하게 유지되도록 한다. The
또한, 큰 커패시터 부하의 구동을 위한 클럭 구동회로가 부궤환 루프 내에 존재함으로 클럭 구동회로에 의한 펄스 폭의 왜곡이 보정된다.In addition, since a clock driving circuit for driving a large capacitor load is present in the negative feedback loop, the distortion of the pulse width by the clock driving circuit is corrected.
그러나, 도 1에 보인 아날로그 방식의 펄스 폭 제어 루프 회로는 세 가지의 단점이 있다. However, the analog pulse width control loop circuit shown in FIG. 1 has three disadvantages.
첫 번째는 펄스 폭의 보정 과정에서 입력 신호 CK_in에 대해 출력 구동 신호 CK_out의 위상 정보가 변하는 점이다. The first is that the phase information of the output driving signal CK_out changes with respect to the input signal CK_in during the pulse width correction process.
이런 방식의 펄스 폭 제어 루프 회로가 PLL(Phase Locked Loop)/DLL(Delay Locked Loop) 회로와 함께 동작할 때, 펄스 폭 제어 루프 회로에 의한 신호의 위상 변화는 PLL/DLL의 phase locking 을 방해하여 PLL/DLL의 오동작을 발생시킬 수 있다.When this type of pulse width control loop circuit operates with a phase locked loop (PLL) / delay locked loop (DLL) circuit, the phase change of the signal by the pulse width control loop circuit can interfere with the phase locking of the PLL / DLL. It may cause malfunction of PLL / DLL.
두 번째 단점은 비교기(120)를 이루는 전하펌프(121,122), 커패시터(C1, C2) 그리고 차동증폭기(123)의 각 회로 파라미터 값이 전체 부궤환 루프의 안정성에 영향을 주는 점이다. The second disadvantage is that the circuit parameter values of the
즉, 도 1의 비교기(120)의 전압이득 Ao와 C1, C2의 값에 따라 펄스 폭 제어 루프 회로가 발진할 수 있다. 발진에 대한 안정성을 높이기 위해서는 우선 차동 증폭기의 이득(Ao)을 줄여야 하는데, 이 경우 펄스 폭의 정확도가 낮아지게 된다. 따라서 안정된 루프 특성을 가지는 펄스 폭 제어 루프 회로의 설계가 보다 어렵게 된다. That is, the pulse width control loop circuit may oscillate according to the voltage gains Ao, C1, and C2 of the
세 번째 단점은 펄스 폭 보정 후, 전력절전 상태에서 펄스 발생기(110)의 제어 전압 정보가 유지되지 못하는 점이다.The third disadvantage is that after the pulse width correction, the control voltage information of the pulse generator 110 is not maintained in the power saving state.
이는 종래의 아날로그 방식의 펄스 폭 제어 루프 회로가 커패시터에 아날로그 제어전압을 저장하기 때문으로 전력절전 상태에서는 커패시터에 저장된 아날로그 제어전압이 변하게 된다. 따라서 전력절전 상태를 가지는 시스템에서 아날로그 방식의 펄스 폭 제어 루프 회로를 이용하기 어렵다.This is because the conventional analog pulse width control loop circuit stores the analog control voltage in the capacitor, so that the analog control voltage stored in the capacitor changes in the power saving state. Therefore, it is difficult to use an analog pulse width control loop circuit in a system having a power saving state.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 입력 클럭이 가지는 위상 정보의 변화 없이 입력 클럭과 출력 구동 클럭의 펄스 폭이 동일하도록 펄스 폭을 보정하고, 간단한 스위치를 이용한 모드 전환시에 입력 클럭의 펄스 폭에 상관없이 입력 클럭 주기의 1/2의 폭(50%의 duty cycle)을 가지는 출력 구동 클럭을 위해 펄스 폭을 제어하는 디지털 방식의 펄스 폭 제어 루프 회로를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to correct the pulse width so that the pulse width of the input clock and the output driving clock is the same without changing the phase information of the input clock, and correlates the pulse width of the input clock when switching modes using a simple switch It is to provide a digital pulse width control loop circuit for controlling the pulse width for an output drive clock having a width of 1/2 of the input clock cycle (50% duty cycle).
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 디지털 방식의 펄스 폭 제어 루프 회로는 입력 클럭 신호(ck_A)의 펄스 폭을 조절하면서 클럭 신호를 발생시키는 클럭 발생기; 상기 클럭 발생기로부터 출력된 클럭 신호(ck_C)와 출력 구동 클럭(clk_out) 사이에 위치하여 출력에 큰 커패시터 부하를 구동시키는 클럭 구동부; 상기 입력 클럭 신호(ck_A)와 상기 출력 구동 클럭 신호(clk_out)의 펄스 폭 정보를 각각 측정하고 비교하여 이를 디지털 코드로 변환하여 펄스 폭 정보를 출력하는 펄스 폭 비교기; 및 상기 입력 클럭 신호(ck_A)와 상기 출력 구동 클럭 신호 (clk_out)의 펄스 폭이 동일해 지도록 상기 입력 클럭 신호(ck_A)보다 소정시간 지연된 클럭 신호(ck_B)를 출력하는 클럭 지연 블록;을 포함하고, 상기 펄스 폭 비교기의 디지털 코드에 의해 상기 클럭 지연 블록을 제어하는 것을 특징으로 한다.Digital pulse width control loop circuit according to the present invention for solving the above technical problem is a clock generator for generating a clock signal while adjusting the pulse width of the input clock signal (ck_A); A clock driver positioned between a clock signal ck_C output from the clock generator and an output driving clock clk_out to drive a large capacitor load to an output; A pulse width comparator configured to measure and compare pulse width information of the input clock signal ck_A and the output driving clock signal clk_out, convert the pulse width information into a digital code, and output pulse width information; And a clock delay block outputting a clock signal ck_B delayed by a predetermined time from the input clock signal ck_A so that the pulse widths of the input clock signal ck_A and the output driving clock signal clk_out are the same. The clock delay block is controlled by a digital code of the pulse width comparator.
또한, 상기 펄스 폭 비교기는 단일 클럭인 입력 클럭과 출력 구동 클럭을 차동 클럭으로 변환시키는 단일-투-차동 변환기; 상기 입력 클럭의 2분주한 클럭을 공급하여 각각 입력 클럭과 출력 구동 클럭을 입력 클럭의 한 주기(1/fin=T) 동안 적분하는 전류 적분기; 상기 두 적분 값으로 두 클럭의 펄스 폭을 비교하여 업/다운(up/down) 신호를 출력하는 비교기; 및 상기 업/다운(up/down) 신호에 의해 디지털 코드를 발생시켜 입력 클럭과 출력 구동 클럭의 펄스 폭이 동일해지도록 디지털 코드로 상기 클럭 지연 블럭을 제어하는 카운터&레지스터;를 포함함을 특징으로 한다.The pulse width comparator may further include a single-to-differential converter for converting a single clock, an input clock and an output driving clock, into a differential clock; A current integrator for supplying a clock divided by two of the input clock and integrating the input clock and the output driving clock for one period (1 / fin = T) of the input clock, respectively; A comparator for outputting an up / down signal by comparing pulse widths of two clocks with the two integral values; And a counter & register for generating the digital code by the up / down signal to control the clock delay block with the digital code so that the pulse width of the input clock and the output driving clock are the same. It is done.
또한, 펄스 폭 비교기는 그 내부 스위치의 연결상태에 따라 A, B의 2가지 모드를 가지며, 모드 A는 입력 클럭의 펄스 폭과 출력 클럭의 펄스 폭이 동일하도록 펄스 폭 제어 루프가 동작하고, 모드 B는 입력 클럭의 펄스 폭과 무관하게 출력 클럭이 50%의 펄스 폭을 유지하도록 펄스 폭 제어 루프가 동작한다.In addition, the pulse width comparator has two modes, A and B, depending on the connection state of the internal switch, and in mode A, the pulse width control loop operates so that the pulse width of the input clock and the pulse width of the output clock are the same. B operates a pulse width control loop so that the output clock maintains a pulse width of 50% regardless of the pulse width of the input clock.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a는 본 발명에 의한 디지털 펄스 폭 제어 루프 회로의 구성을 블록도로 도시한 것이고, 도 2b는 디지털 펄스 폭 제어 루프 회로의 타이밍도를 도시한 것이다.2A is a block diagram showing the configuration of the digital pulse width control loop circuit according to the present invention, and FIG. 2B is a timing diagram of the digital pulse width control loop circuit.
도 2a는 클럭 발생기(clock generator:210), 펄스 폭 비교기(pulse width comparator:220), 클럭 지연 블록(delay line:230) 및 클럭 구동부(240)로 이루어진다.2A includes a
클럭 발생기(210)는 상승 에지(edge) 발생기와 하강 에지(edge) 발생기로 이루어지고, 그 기능은 입력 클럭의 펄스 폭을 조절하면서 클럭 신호를 발생시키는 역할을 한다. The
입력 클럭(ck_A)의 상승 에지(edge)에서 고정된 지연시간(td1) 후 클럭 발생기(210)의 출력(ck_C)은 high(1)가 된다. 또한, 신호 ck_B의 상승 에지(edge)에서 고정된 지연시간(td2) 후 ck_C는 low(0)가 된다. 여기서 신호 ck_B는 신호 ck_A의 지연된 리플리카 클럭(replica clock)이다. After a fixed delay time td1 at the rising edge of the input clock ck_A, the output ck_C of the
그러므로 ck_C의 상승, 하강 에지(edge)는 입력 클럭(ck_A)의 상승 에지(edge)에 의해서만 결정된다. 신호 ck_A와 신호 ck_B 사이의 지연시간은 입력 클럭과 출력 구동 클럭의 펄스 폭이 동일해지도록 입력 클럭(ck_A)의 펄스 폭(tpw) 정도로 조절된다. 이 클럭 지연은 펄스 폭 비교기(220)의 디지털 출력에 의해 조절되는 클럭 지연 블록(230)에 의해 이루어진다. Therefore, the rising and falling edge of ck_C is determined only by the rising edge of the input clock ck_A. The delay time between the signal ck_A and the signal ck_B is adjusted to the pulse width tpw of the input clock ck_A so that the pulse widths of the input clock and the output driving clock are the same. This clock delay is achieved by a
펄스 폭 비교기(220)는 입력 클럭(ck_A)과 출력 구동 클럭(clk_out)의 펄스 폭 정보를 각각 측정하고 비교하여 이를 디지털 코드로 변환함으로 펄스 폭 정보를 출력한다. The
또한, 펄스 폭 비교기(220)의 레지스터(register)에 펄스 폭 정보를 저장한다. ck_C와 출력 구동 클럭(clk_out) 사이에 위치한 클럭 구동부(clock driver:240)는 출력에 큰 캐패시터 부하를 구동하기 위해 사용되었다. In addition, the pulse width information is stored in a register of the
입력 클럭(ck_A)과 출력 구동 클럭(clk_out) 사이의 지연시간은 클럭 발생기(210)에서의 입력 클럭(ck_A)와 출력(ck_C) 사이의 고정된 지연시간(td1)과 클럭 구동부(240)에서의 고정된 지연시간(td3)의 합이 된다. 이로 인해 출력 구동 클럭은 입력 클럭에 대해 일정한 지연시간(td1+td3)을 가지는 상승 에지(edge)를 가진다The delay time between the input clock ck_A and the output driving clock clk_out is determined by the fixed delay time td1 and the
또한, 클럭 구동부(240)는 궤환루프 내에 존재함으로 클럭 구동회로에서 발생되는 펄스 폭의 왜곡은 보정된다. ck_C는 ck_A에 대해 일정한 지연시간(td1)을 가져 입력 클럭의 위상 정보를 유지하기 때문에 클럭 구동회로는 PLL(phase locked loop) 혹은 DLL(delay locked loop)로 대체될 수 있다. In addition, since the
도 3은 펄스 폭 비교기의 일실시예를 도시한 것으로, 두개의 단일-투-차동 변환기(310,311), 두 개의 전류 적분기(320,321), 비교기(330) 및 카운터&레지스터(340)로 구성된다. FIG. 3 illustrates one embodiment of a pulse width comparator comprising two single-to-differential converters 310,311, two
펄스 폭을 검출하기 위해 이용되는 전류 적분기(320,321)는 차동 클럭을 입력으로 받아들인다. 따라서 입력 클럭과 출력 구동 클럭은 단일(single) 클럭이므로 각각 단일-투-차동 변환기(310,311)에 의해 차동 클럭으로 변환되어 전류 적분기(320,321)로 입력되어야 한다.
도 3에서 기본적인 펄스 폭 제어를 위해 스위치(327, 328)를 모드 A로 동작시킨다. 모드 A는 입력 클럭의 펄스 폭과 출력 클럭의 펄스 폭이 동일하도록 펄스 폭 제어 루프가 동작한다. In FIG. 3, switches 327 and 328 are operated in mode A for basic pulse width control. In mode A, the pulse width control loop operates so that the pulse width of the input clock is equal to the pulse width of the output clock.
두 개의 전류 적분기(320,321)는 입력 클럭의 2분주한 클럭을 공급하여 각각 입력 클럭과 출력 구동 클럭을 입력 클럭의 한 주기(1/fin=T) 동안 적분한다. 두 적분 값을 비교기(330)를 통해 비교함으로 두 클럭의 펄스 폭을 비교한다. 두 적분 값이 동일한 값을 출력할 경우 입력 클럭과 출력 구동 클럭의 펄스 폭이 동일해진다.Two
2개의 전류 적분기(320,321)의 출력이 모두 비교되어야 하므로 4-입력의 비교기를 이용한다. 비교기(330)의 출력은 업/다운(up/down) 신호를 발생시켜 카운터&레지스터(340)에서 디지털 코드를 발생하도록 한다. Since the outputs of the two
카운터&레지스터(340)는 입력 클럭과 출력 구동 클럭의 펄스 폭이 동일해지도록 디지털 코드로 클럭 지연 블럭을 제어하는데, 거친(corase) 보정을 위해 2비트의 2진 코드(binary code)와 미세(fine) 보정을 위한 5비트의 2진 코드를 발생시킨다. The counter & register 340 controls the clock delay block with a digital code so that the pulse widths of the input clock and the output driving clock are the same, and a 2-bit binary code and a fine ( fine) Generates a 5-bit binary code for correction.
한편, 펄스 폭의 보정 정보는 카운터&레지스터(340) 레지스터에 디지털 코드로 저장되어 전력 절전 상태에서도 보정 정보를 기억하도록 한다. On the other hand, the correction information of the pulse width is stored as a digital code in the counter & register 340 register to store the correction information even in a power saving state.
본 발명에서는 비교기(330)와 카운터&레지스터(340)를 동작시키기 위한 클럭으로서 입력 클럭의 8분주한 클럭(fin/8)을 이용하였다. 이는 전체 펄스 폭 루프의 안정성을 위해 출력 구동 회로의 지연시간을 고려하여 결정된 것이다.In the present invention, a clock fin / 8 divided by an input clock is used as a clock for operating the
입력 클럭의 펄스 폭에 상관없이 입력 클럭 주기의 1/2의 폭(50%의 duty cycle)을 가지는 출력 구동 클럭을 위해서는 도 3에서 나타낸 바와 같이 스위치를 모드 B로 변경하여 동작을 시킨다. 이 경우 입력 클럭에 대해서는 적분하지 않고 출력 구동 클럭에 대한 펄스 폭의 정보를 검출하여 50%의 펄스 폭을 유지하도록 한 다. 즉, 클럭 지연블록의 지연시간은 입력 클럭 주기의 1/2 정도가 되어 출력 구동 클럭의 high(1)인 구간과 low(0)인 구간이 동일하도록 부궤환 루프가 이루어진다.For an output driving clock having a width (50% duty cycle) 1/2 of the input clock cycle regardless of the pulse width of the input clock, the switch is changed to mode B as shown in FIG. In this case, the pulse width of the output driving clock is detected without maintaining the 50% pulse width. That is, the delay time of the clock delay block is about one half of the input clock period, and the negative feedback loop is performed such that the section of high (1) and the section of low (0) of the output driving clock are the same.
도 4a는 도 3의 단일-투-차동 변환기, 도 4b는 도 3의 전류 적분기의 상세회로를 나타낸 것으로 vb는 바이어스 전압을, 은 의 반전된 신호를 의미한다. FIG. 4A shows the single-to-differential converter of FIG. 3, and FIG. 4B shows the detailed circuit of the current integrator of FIG. 3, where vb denotes a bias voltage and an inverted signal of silver.
도 4c는 단일-투-차동 변환기와 전류 적분기의 타이밍도를 도시한 것이다.4C shows a timing diagram of a single-to-differential converter and current integrator.
전류 적분기(320,321)는 차동 클럭의 입력이 필요함으로 단일-투-차동(single-to-differential) 변환기(310,311)를 이용하여 단일 클럭을 차동 클럭(A, /A)의 형태로 변환해야 한다. 이를 위해 단일-투-차동 변환기(310,311)는 1:3, 3:3:3의 소자 크기의 비율로 각각 두 개, 세 개의 간단한 인버터 체인으로 구성된 예를 도 4a에 도시하였다. Since the
전류적분기(320,321)는 펄스 폭 제어 루프 회로에 입력되는 클럭의 2 분주된 클럭에 동기되어 2가지 모드에 맞춰 동작한다.The
첫 번째 이퀄라이즈(equalize)모드는 도 4b에서 NMOS의 높은 전압에서 켜지고 낮은 전압에서 꺼지는 동작 특성에 의해 mn0와 mn1이 켜지고 mn2와 mn3가 꺼져 전류 적분기의 두 출력 노드 Vop와 Vom은 전류 적분기 내부의 전압 변화의 영향을 받지 않게 되고,Va와 Vb는 그라운드(ground) 레벨로 방전되어 이전 상태의 영향을 제거한다.In the first equalize mode, in Figure 4b, mn0 and mn1 are turned on and mn2 and mn3 are turned off by the operating characteristics turned on at the high voltage of the NMOS and turned off at the low voltage, so that the two output nodes Vop and Vom of the current integrator are inside the current integrator. Unaffected by voltage changes, Va and Vb are discharged to ground level to eliminate the effects of the previous state.
두 번째 인티그레이트(integrate) 모드에서는 도 4c에 도시된 바와 같이 fin/2가 낮은 전압 값을 가지게 되어 도 4b의 전류 적분기 회로에서 서 mn0와 mn1은 꺼지고, mn2와 mn3는 켜진다. 그리고 PMOS의 높은 전압에서 꺼지고 낮은 전압에서 켜지는 동작 특성에 의해 차동 입력 클럭 A와 /A의 펄스폭에 해당하는 시간동안 mp3와 mp4가 켜지게 된다. 도 4c에 도시한 바와같이 입력 클럭 A에 의해 mp4가 입력 클럭이 L 레벨인 동안 켜지고, /A에 의해 mp3가 입력 클럭이 H 레벨인 동안 켜진다. 그래서 전류 공급원인 mp0에서 공급하는 전류가 A와 /A의 펄스폭에 해당하는 시간동안 Va와 Vb에 누적되어, 입력 클럭의 펄스 폭 차이에 비례하는 적분 값을 전류 적분기가 출력한다. mp1, mp2, mp5 그리고 mp6는 mp3와 mp4가 입력 클럭 A와 /A에 의해 스위칭 동작을 하는 동안 발생하는 전하 유입 현상을 보상해 주기 위해 추가된 트랜지스터이다.In the second integrated mode, as shown in FIG. 4C, fin / 2 has a low voltage value. In the current integrator circuit of FIG. 4B, mn0 and mn1 are turned off, and mn2 and mn3 are turned on. The operation of turning off at high voltage and turning on low voltage of PMOS causes mp3 and mp4 to turn on for the pulse width of differential input clocks A and / A. As shown in Fig. 4C, mp4 is turned on by the input clock A while the input clock is at L level, and mp3 is turned on by / A while the input clock is at the H level. Therefore, current supplied from the current source mp0 accumulates in Va and Vb for a time corresponding to the pulse widths of A and / A, and the current integrator outputs an integral value proportional to the pulse width difference of the input clock. mp1, mp2, mp5 and mp6 are added transistors to compensate for the charge inflow that occurs during mp3 and mp4 switching operations by input clocks A and / A.
입력 클럭의 펄스 폭이 주기의 1/2(50% duty cycle)일 경우 전류 적분기(320)의 차동 출력(Vop-Vom)은 0이 되고 입력 클럭의 펄스 폭이 주기의 1/2(50% duty cycle)에서 벗어날 경우 전류 적분기(320,321)의 차동 출력은 벗어난 정도에 비례하는 값을 출력한다. 이런 과정을 통해 전류 적분기(320,321)를 이용하여 입력 클럭의 펄스 폭에 대해서 상대적인 값을 검출할 수 있다.If the pulse width of the input clock is half of the period (50% duty cycle), the differential output (Vop-Vom) of the
도 5는 클럭 지연 블록의 일실시예를 도시한 것이다. 5 illustrates one embodiment of a clock delay block.
클럭 지연 블록은 넓은 영역에서의 동작과 정확도를 높이기 위해 2비트의 2진 코드에 의해 제어되는 거친 딜레이 라인(coarse delay line)과 5비트의 2진 코드에 의해 제어되는 미세 딜레이 라인 (fine delay line)으로 구성된다. Clock delay blocks are coarse delay lines controlled by 2-bit binary code and fine delay lines controlled by 5-bit binary code to improve operation and accuracy over a wide range. It is composed of
거친(coarse) 딜레이 라인의 한 단위는 대략 100ps의 지연시간을 갖는 낸드게이트(nand gate)로 구성된다. 거친 딜레이 라인은 전체 4단의 낸드게이트(nand gate) 로직으로 구성되므로 총 400ps의 지연시간을 가진다. 미세 딜레이 라인 은 5비트의 2진 코드로 제어입력에 의해 약 150ps의 지연시간이 64(25) 등분되어 미세하게 제어되도록 구성되었다.One unit of the coarse delay line consists of a nand gate with a delay of approximately 100ps. The coarse delay line consists of all four stages of Nand gate logic, resulting in a total delay of 400ps. The fine delay line is a 5-bit binary code, and the delay time of about 150ps is divided into 64 (2 5 ) equals by the control input and is finely controlled.
도 6a는 도 2에 나타낸 본 발명의 회로에 대해 펄스 폭 비교기를 모드 A로 동작시킬 경우, 1GHz, 60%의 펄스 폭을 가지는 입력 클럭에 대한 출력 구동 클럭의 파형을 컴퓨터로 모의 실험한 결과로 60.3%의 펄스 폭을 가진 클럭이 출력됨을 보여준다. FIG. 6A is a result of computer simulation of the waveform of an output driving clock for an input clock having a pulse width of 1 GHz and 60% when the pulse width comparator is operated in mode A for the circuit of the present invention shown in FIG. 2. It shows a clock with a pulse width of 60.3%.
도 6b는 도 2에 나타낸 본 발명의 회로에 대해 펄스 폭 비교기를 모드 A로 동작시킬 경우, 입력 클럭의 펄스 폭의 변화에 따른 출력 클럭의 펄스 폭의 추이를 컴퓨터로 모의 실험한 결과이다. 이 결과에서 보인 바와 같이 본 발명의 디지털 펄스 폭 제어 루프 회로는 1GHz의 입력 클럭에 대해 25% ~ 75%의 펄스 폭을 가진 클 럭을 구동할 수 있으며 입력 클럭펄스에 대비한 출력클럭펄스의 폭 오차는 ㅁ 0.4% 이하이다. FIG. 6B is a computer simulation result of the transition of the pulse width of the output clock according to the change of the pulse width of the input clock when the pulse width comparator is operated in mode A for the circuit of the present invention shown in FIG. 2. As shown in this result, the digital pulse width control loop circuit of the present invention can drive a clock having a pulse width of 25% to 75% for an input clock of 1 GHz, and the width of the output clock pulse relative to the input clock pulse. The error is less than 0.4%.
도 7a는 도 2에 나타낸 본 발명의 회로에 대해 펄스 폭 비교기를 모드 B로 동작시킬 경우 1GHz, 60%의 펄스 폭을 가지는 입력 클럭에 대한 출력 구동 클럭의 파형을 컴퓨터로 모의 실험한 결과로 입력 클럭의 펄스 폭에 무관한 50.3%의 펄스 폭을 가진 클럭이 출력됨을 보여준다.FIG. 7A illustrates a computer simulation of the waveform of an output driving clock with respect to an input clock having a pulse width of 1 GHz and 60% when the pulse width comparator is operated in mode B for the circuit of the present invention. This shows that a clock with a pulse width of 50.3% is independent of the pulse width of the clock.
도 7b는 도 2에 나타낸 본 발명의 회로에 대해 펄스 폭 비교기를 모드 B로 동작시킬 경우 입력 클럭의 펄스 폭의 변화에 따른 출력 클럭의 펄스 폭의 추이를 컴퓨터로 모의 실험한 결과이다. 이 결과에서 보인 바와 같이 본 발명의 디지털 펄스 폭 제어 루프 회로는 1GHz, 25% ~ 75%의 펄스 폭을 가지는 입력 클럭에 대해 50 0.3% 의 동일한 펄스 폭을 가지는 클럭이 출력됨을 보여준다.FIG. 7B is a simulation result of a computer simulation of the transition of the pulse width of the output clock according to the change in the pulse width of the input clock when the pulse width comparator is operated in the mode B for the circuit of FIG. 2. As shown in this result, the digital pulse width control loop circuit of the present invention is 50 GHz for an input clock having a pulse width of 1 GHz, 25% to 75%. It shows that the clock with the same pulse width of 0.3% is output.
본 발명은 펄스 폭의 보정 과정에서 입력 신호에 대해 출력 구동신호의 위상 정보가 변하지 않는다. 이런 특성은 펄스 폭 제어 루프 회로와 PLL/DLL 회로를 함께 사용하는 SOC(System On Chip)의 응용분야에 사용 가능하도록 한다. 디지털 방식으로 펄스 폭을 제어함으로 아날로그 방식에서 발생하는 안정성 문제를 쉽게 해결한다. 이는 펄스 폭 비교기(220) 내의 카운터&레지스터(340)의 동작 클럭의 주파수를 출력 구동 회로의 지연시간의 크기에 따라 조정함으로 가능하다. 또한, 디지털 방법으로 펄스 폭 제어 루프 회로를 동작시킴으로 펄스 폭 보정 후, 전력절전 상태에서도 펄스 폭의 정보를 기억한다.In the present invention, the phase information of the output driving signal does not change with respect to the input signal during the pulse width correction process. This feature makes it possible for applications in System On Chip (SOC) applications that use a pulse width control loop circuit and a PLL / DLL circuit. By controlling the pulse width digitally, the stability problems that arise in analog systems are easily solved. This is possible by adjusting the frequency of the operation clock of the counter & register 340 in the
이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예 시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art may understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명에 의하면, 펄스 폭의 보정 과정에서 입력 신호에 대해 출력 구동신호의 위상 정보가 변하지 않는다. 이런 특성은 펄스 폭 제어 루프 회로와 PLL/DLL 회로를 함께 사용하는 SOC(System On Chip)의 응용분야에 사용 가능하다. According to the present invention, the phase information of the output driving signal does not change with respect to the input signal during the pulse width correction process. This feature can be used in application of SOC (System On Chip) using pulse width control loop circuit and PLL / DLL circuit.
또한, 디지털 방식으로 펄스 폭을 제어함으로 아날로그 방식에서 발생하는 안정성 문제를 쉽게 해결하여 설계가 간편해진다. In addition, by controlling the pulse width digitally, it is easy to solve the stability problem that occurs in the analog method to simplify the design.
또한, 디지털 방식으로 펄스 폭 제어 루프 회로를 동작시킴으로 펄스 폭 보정 후, 전력절전 상태에서도 펄스 폭의 정보를 기억할 수 있다.Further, by operating the pulse width control loop circuit digitally, the pulse width information can be stored even in the power saving state after the pulse width correction.
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