KR100637357B1

KR100637357B1 - 충전 펌프에 의거한 위상 동기 루프

Info

Publication number: KR100637357B1
Application number: KR1019990059843A
Authority: KR
Inventors: 몰로우디셔빈
Original assignee: 노키아 모빌 폰즈 리미티드
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2006-10-20
Also published as: FI982780A0; JP2000196442A; US6181756B1; FI107092B; JP4584390B2; KR20000062221A; FI982780A; EP1014586A2; EP1014586A3

Abstract

본 발명은 제1충전 펌프(CHP1)의 출력 전류(i_△1)의 균형을 맞추기 위한 방법에 관한 것이다. 제1충전 펌프(CHP1)는 제1충전 전류원(CS1) 및 제1방전 전류원(CS2)을 포함한다. 제1충전 펌프(CHP1)의 출력 전류(i_△1)는 적어도 한 개의 상기 전류원(CS1, CS2)에 의해 공급된다. 그 방법은 다음과 같이, 제2충전 전류원(CS3) 및 제2방전 전류원(CS4)을 가진 제2충전 펌프(CHP2)를 제공하는 단계, 적어도 한 개의 상기 제2전류원(CS3, CS4)에 의해 상기 제2충전 펌프(CHP2)의 출력 전류(i_△2)를 공급하는 단계 및 상기 제2충전 펌프(CHP2)에 의해 제공된 출력 전류(i_△2)에 의거하여 참조 전류(i₅)를 공급하는 단계들로 이루어진다. 그 균형 맞춤은 상기 참조 전류(i₅)를 제1충전 펌프(CHP1)에 의해 제공된 출력 전류(i_△1)와 결합시킴으로써 행하여진다.

Description

충전 펌프에 의거한 위상 동기 루프{Phase locked loop based on a charge pump}

도 1은 종래 기술의 위상 동기 루프를 축소된 블록도로 도시한다.

도 2는 종래 기술의 충전 펌프를 축소된 블록도로 도시한다.

도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충전 펌프 구조를 축소된 블록도로 도시한다.

도 3b는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 충전 펌프 구조를 축소된 블록도로 도시한다.

도 4는 본 발명이 바람직하게 적용될 전송기-수신기 구조를 도시한다.

도 5a 내지 도 5c는 위상 비교기의 동작에 대한 타이밍도들을 보인다.

본 발명은 첨부된 청구항 1항에 따른 충전 펌프 출력 전류의 균형을 맞추는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구항 5항에 따른 충전 펌프 구조에 관한 것이다. 더 나아가 본 발명은 첨부된 청구항 10항에 따른 무선 통신 장치에 관한 것이다.

특히 무선 통신 장치들에 있어서, 위상 동기 루프(PLL)는 주파수 합성시와, 클록 신호의 생성시 발진기로서 이용된다. 위상 동기 루프는 일반적으로 집적 회로들로서 구축되고, 충전 펌프 기술이 그들 안에서 사용된다. 첨부된 도 1은 종래 기술에 따른 위상 동기 루프를 보이며, 이것은 위상 검출기(PD), 두 전류원(CS1, CS2)(도 2)을 갖는 충전 펌프(CHP), 보통 로우패스 필터로서 구축되는 루프 필터(LF) 및 전압-제어 발진기(VCO)를 포함한다. 도 2는 종래 기술에 따른 충전 펌프(CHP)를 보인다. 위상 검출기(PD)는 두 클록 신호인 참조 신호 및 전압-제어 발진기에 의해 발생된 클록 신호를 수신한다. 위상 검출기(PD)는 두 출력 라인인 UP 및 DOWN을 포함하고, 이때 제1출력 라인(DOWN)은 충전 펌프(CHP)의 충전 전류원(CS1)을 제어하는데 사용되고, 제2출력 라인(UP)은 방전 전류원(CS2)을 제어하는데 사용된다. 참조 신호의 주파수가 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 클록 신호의 주파수보다 더 크거나, 참조 신호의 위상이 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 신호보다 앞서는 상황에서, 위상 검출기는 UP 라인에 한 펄스를 발생하고 이때 충전 펌프의 제2스위치(SW2)가 턴 오프된다. 따라서, 충전 전류원(CS1)은 충전 펌프의 출력에 전류를 공급할 수 있게 된다. 충전 전류원(CS1)으로부터의 이 전류 i_source는 루프 필터(LF)로 공급되어 그 안의 커패시터의 충전량을 증가시킨다. 커패시터 충전량의 이러한 증가는 전압-제어 발진기(VCO)의 입력에서의 전압 증가를 야기시킨다. 결국, 전압-제어 발진기에 의해 발생된 클록 신호의 주파수가 증가된다. 이와 마찬가지로, 참조 신호의 주파수가 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 클록 신호의 주파수보다 더 작거나, 참조 신호의 위상이 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 신호보다 지연되는 상황에 있어서, 위상 검출기는 자신의 제1출력, 즉 출력 라인 DOWN에 한 펄스를 발생시키고, 이때 충전 펌프의 제1스위치(SW1)는 턴 오프된다. 따라서, 방전 전류원(CS2)은 충전 펌프의 출력으로부터 전류를 방출하도록 만들며, 이때 루프 필터의 커패시터의 충전량은 이 방전 전류원의 전류 i_sink에 의해 방전된다. 이러한 전류의 감소는 전압-제어 발진기 입력에서의 전압 감소로서 나타난다. 따라서, 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 클록 신호의 주파수가 감소된다.

상기 설명은 스위치들(SW1, SW2)이 보통 닫혀져 있는 충전 펌프 구조에 적용된다. 그것은 스위치들(SW1, SW2)이 보통 열려져 있는 상태로 된 것에도 적용 가능하다. 그 경우 스위치들(SW1, SW2)의 동작은 약간 다르게된다. UP 라인이 스위치 SW1 제어에 사용되고 DOWN 라인이 스위치 SW2 제어에 사용된다. 참조 신호의 주파수가 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 클록 신호의 주파수보다 크거나, 참조 신호의 위상이 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 신호를 앞서가는 상황에서, 위상 검출기는 UP 라인에 한 펄스를 발생시키고, 이때 충전 펌프의 제1스위치 (SW1)은 턴 온 되고 제2스위치(SW2)는 열려진 상태로 남게된다. 이와 마찬가지로, 참조 신호의 주파수가 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 클록 신호의 주파수보다 더 작거나, 참조 신호의 위상이 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 신호에 뒤쳐지는 상황에서, 위상 검출기는 제1출력, 즉 출력 라인 DOWN에 한 펄스를 발생시키고, 이 때 충전 펌프의 제2스위치(SW2)는 턴 온 되고 제1스위치(SW1)는 열려진 상태로 남게된다.

전압-제어 발진기(VCO)를 그 반대의 방식으로 동작시키도록 작동시키는 것 또한 가능하다-즉, 전압의 감소가 주파수의 증가를 발생하고 역으로 주파수의 증가가 전압의 증가를 발생하는 것이다.

참조 신호 및 전압-제어 발진기에 의해 발생된 클록 신호가 동일한 주파수 및 동일한 위상을 가지는 상황에서, 즉 위상 동기 루프가 동기된 상태에서, 위상 검출기 출력들인 UP 및 DOWN에는 어떤 펄스도 없게 된다. 따라서, 충전 펌프의 전류원(CS1, CS2)은 어느 한 쪽이든 스위칭 오프되거나, 충전 펌프의 두 전류원(CS1, CS2) 모두 충전 펌프의 출력에 연결된다. 이상적으로 충전 전류 i_source 및 방전 전류 i_sink는 동일하도록 되어 있다. 이상적 상황에 있어서, 따라서 충전 펌프의 출력에는 어떤 전류도 있어서는 안되며, 루프 필터의 커패시터 충전량은 일정한 상태를 유지해야 하고 또한 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 클록 신호의 주파수 또한 실질적으로 일정하게 유지되어야 한다. 실제 적용에 있어서는 그러나, 가령, 충전 전류원(CS1)이 P 형의 트랜지스터 또는 P 채널 트랜지스터를 사용하여 구축되고, 방전 전류원(CS1)은 N 형의 트랜지스터 또는 N 채널의 트랜지스터를 가지고 구축되어, 실제 상황에서 동일하게 만들어 질 수 없기 때문에, 충전 펌프의 전류원(CS1, CS2)의 구조는 완전히 같게 만들어질 수 없다. 이것은 전류원들의 전류 i_source, i_sink에 보통 5 내지 20% 정도의 전류 어긋남(mismatch, 미스매치)의 결과 를 발생시킨다. 그러한 종래의 위상 동기 루프의 예로서, 내셔널(National) 반도체 회사의 집적 회로 LMX2335가 언급될 수 있고, 여기서 전류원들의 구조는 가능한 한 일치되게 만들어지는 것이 목표로 된다. 그러나, 이 회로에서도 역시 전류 미스매치는 위에서 설명된 정도로 있게 된다.

위상 동기 루프가 동기되어 있고 두 전류원(CS1, CS2)이 충전 펌프(CHP의 출력에 연결되어 있는 상황에서, 전류 미스매치는 방전되거나 충전되고 있는 루프 필터(LF)의 커패시터에 이르게되고 어느 전류원(CS1, CS2)이 보다 큰 절대값을 갖는 전류를 발생하는지에 좌우된다. 이것은 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 클록 신호 주파수의 변화를 초래한다. 이 변화는 위상 동기 루프(PLL)를 보정할 필요성을 야기시킨다. 따라서, 위상 동기 루프에 의해 발생된 주파수는 일정하지 않고, 무선 통신 장치의 다른 단계들에서 간섭 신호로서 나타나는 약간의 변동을 가진다.

충전 전류원(CS1)에 의해 공급된 전류 i_source가 더 클 때 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 클록 신호의 주파수가 더 빠르게 증가하고, 또는 방전 전류원(CS2)에 의해 방출된 전류 i_sink가 더 크면 그 주파수가 더 빠르게 감소하는 것으로도 전류원(CS1 및 CS2)에 의해 발생된 전류 i_source, i_sink의 차이가 나타난다. 결국, 위상 검출기의 출력(UP 및 DOWN)에서의 펄스들의 길이는 동일하지 않다. 이것은, 차례로, 위상 동기 루프(PLL)의 출력에 간섭 주파수들과 다른 의사 신호들을 야기시킨다. 이러한 간섭을 감소시킬 하나의 가능성은 루프 필터의 대역폭을 감소시키는 것이나, 이것은 위상 동기 루프의 동작을 느려지게 할 것이다. 특히 일반 패 킷 무선 서비스(general packet radio service;GPRS)와 같이, 현재 개발중에 있는 차세대 이동 통신 시스템에 있어서, 무선 통신 중 채널 스위칭의 수요 증가 때문에, 송수신 채널에서의 주파수 합성의 속도(rate)에 대해 높은 요구사항들이 마련된다.

본 발명의 목적은 충전 펌프의 비이상적 특성에 의해 야기된 효과들이 최대의 수준으로 감소되는 충전 펌프 구조는 물론, 충전 펌프의 비이상적 특성에의해 야기된 원치않는 효과들을 감소시키기 위한 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은, 제1충전 펌프와 동일하고 비이상적 특성에 의해 야기된 편차가 제1충전 펌프의 비이상적 특성의 효과를 보상하는데 사용되는 제2충전 펌프를 제공한다는 사상을 기반으로 하고 있다. 본 발명에 따른 방법은 첨부된 청구항 1항의 특징 부분에 설명한 것을 특징으로 한다. 본 발명의 충전 펌프의 구조는 첨부된 청구항 5항의 특징 부분에 설명될 것을 특징으로 한다. 더 나아가, 본 발명에 따른 무선 통신 장치는 첨부된 청구항 10항의 특징 부분에 설명될 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래기술의 해법과 비교할 때 커다란 잇점을 제공한다. 두 개의 실질적으로 동일한 충전 펌프들을 구축한다는 것은 충전 펌프의 충전 및 방전 전류원들의 균형을 맞추는 것보다 훨씬 더 쉽다. 특히, 집적 회로의 제조와 관련하여, 충전 펌프 부분의 기하학적 복사에 의해 충전 펌프를 복사하는 것은 쉬운 일이다. 따라서, 두 충전 펌프들의 특성은 서로 매우 유사하다. 본 발명의 충전 펌프 구조 에 있어서, 제2충전 펌프는 제1충전 펌프로 참조 정보를 제공하기 위해 사용된다. 미스매치 전류에 대한 정보임이 바람직한, 이 기준 정보는 제1충전 펌프에 의해 발생된 출력 전류를 보정하는데 사용된다. 본 발명의 충전 펌프 구조는 또한 별개의 성분들로 바람직하게 구축될 수 있고, 이때 각 충전 펌프의 전류 발생기들(소스 및 싱크)의 상호 균형(balancing)은 중요하지 않다. 대신, 실질적으로 동일한 특성을 갖도록 충전 펌프의 해당 성분들을 선택하는 것이 보다 쉬우며, 이때 참조 정보는 가능한 한 제1충전 펌프의 이상적이지 않은 특성에 상응한다. 본 발명의 충전 펌프 구조와 함께 구축되는 주파수 합성은 간섭을 일으킬 경향이 훨씬 덜하며 종래 기술의 해법에서 발생한 것과 같은 그러한 의사 주파수에 대한 높은 비율을 포함하지 않는다. 또한, 주파수 합성시 형성된 주파수는 종래 기술의 위상 동기 루프를 사용한 주파수 합성에서 처럼 심하게 변동하지 않는다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 보다 상세히 설명될 것이다.

도 3a는 축소된 블록도에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충전 펌프 구조를 보인다. 그것은 두 충전 펌프(CHP1, CHP2)를 구비한다. 또, 충전 펌프 구조는 제2충전 펌프(CHP2)에 의해 발생된 참조 정보를 제1충전 펌프(CHP1)의 출력으로 복사하기 위한 수단(CM)을 구비한다. 제1충전 펌프(CHP1)는 두 스위치 수단(SW1, SW2)과 함께 두 전류원(CS1, CS2)을 구비한다. 충전 전류원(CS1)은 이 명세서에서 이미 상술한 바와 같이 P형의 트랜지스터등으로 구축된다. 이와 상응하는 방식으로, 방전 전류원(CS2)은 N형의 트랜지스터등으로 구축된다. 그 목적은 전류 세기 i_source1, i_sink1이 실질적으로 같도록 전류 충전 소자들(CS1, CS2)을 선택 또는 형성하는 것이다. 실제로, 수 퍼센트의 정확도를 달성하는 것이 가능하다. 충전 전류원(CS1)은 한쪽 끝에서, 동작 전원(Vcc)등에 연결되고, 다른쪽 끝에서 제1스위치 수단(SW1)에 연결된다. 방전 전류원은 한쪽 끝에서 그라운드 전위와 연결되는 것이 바람직하고 다른 쪽 끝에서 제2스위치 수단(SW2)에 연결된다. 이들 스위치 수단들(SW1, SW2)은 위상 검출기(PD)(도 4)에 의해 발생된 신호에 의해 위상 동기 루프 어플리케이션에서 제어된다. 스위치 수단들(SW1, SW2)은 반도체 스위치이거나 그 자체로 알려진 다른 전기적으로 제어가능한 스위치 제품들임이 바람직하다. 스위치 수단들(SW1, SW2)은 또한 충전 펌프(CHP1)의 출력에서 각각의 전류원(CS1, CS2)에 의해 공급된 전류의 세기가 실질적으로 0이 되도록, 그 자체로서 알려진 다른 방법으로 구축될 수도 있다.

전류원들(CS1, CS2)에 대해서, 제2충전 펌프(CHP2)는 가능한 한 제1충전 펌프(CHP1)과 같게 하는 방식으로 구축된다. 따라서, 참조 부호(CS3)로 나타내어진, 제2충전 펌프의 충전 전류원은 가능한 한 제1충전 펌프의 전류원(CS1)과 같게 하는 식으로 구축된다. 또한 제2충전 펌프의 방전 전류원(CS4)은 가능한한 제1충전 펌프의 방전 전류원(CS2)와 같게 하는 식으로 구축된다. 따라서, 제1충전 전류원(CS1)과 제2충전 전류원(CS3)에 의해 공급된 전류의 세기(도 3a에서 i₁및 i₃로서 표시된)는 실질적으로 동일하다. 또한 제1방전 전류원(CS2)과 제2방전 전류원(CS4)에 의해 방출된 전류의 세기(도 3a에서 i₂및 i₄로서 표시된)도 실질적으 로 서로 동일하다.

다음에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충전 펌프 구조의 동작이 도 3a를 참조하여 설명될 것이다. 스위치 수단들(SW1, SW2)은 최초에 닫혀져 있다고 가정한다. 따라서, 제1충전 전류원(CS1)에 의해 공급된 전류 i₁은 제1스위치 수단(SW1)을 통해 제1충전 펌프의 출력(OUT1)으로 건너간다. 제1방전 전류원(CS2)은 출력(OUT1)으로부터 제2스위치 수단(SW2)을 통해 그라운드로 전류 세기 i₂를 방출한다. 따라서, 제1충전 전류원(CS1) 및 제1방전 전류원(CS2)은 제1충전 펌프의 출력(OUT1)에서 누설 전류 i_△1를 발생한다. 키르히호프의 전류 법칙에 따르면, 회로망의 어떤 점으로 향하는 전류의 대수적 합은 0이다. 도 3a의 표시들에서, 전류의 화살표 방향은 양의 전류의 방향을 나타내고, 이때 전류 세기가 0보다 더 적으면 전류의 방향은 그림에 표시된 것과 반대가 되며, 이것은 그 자체로서 알려져 있다. 따라서, 누설 전류 i_△1의 양은 제1방전 전류원(CS2)에 의해 방출된 전류와 제1충전 전류원(CS1)에 의해 공급된 전류 사이의 차이이고, 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.

i_△1= i₁- i₂

제2충전 펌프(CHP2)의 동작은 제1충전 펌프(CHP1)의 동작과 실질적으로 동일하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 스위치 수단(SW1 및 SW4)은 모두, 스위 치 수단(SW1)이 닫혀질 때 스위치 수단(SW4) 역시 닫혀지고 역으로 스위치 수단(SW4)이 닫혀질 때 스위치 수단(SW1)도 닫혀지도록 동시에 제어된다. 또한 스위치 수단(SW2 및 SW3)은 모두, 스위치 수단(SW2)가 닫혀질 때 스위치 수단(SW3)역시 닫혀지고 역으로 스위치 수단(SW3)이 닫혀질 대 스위치 수단(SW2)도 닫혀지도록 동시에 제어된다. 스위치 수단(SW3, SW4)이 닫혀져 있는 상황에서, 제2충전 전류원(CS3)에 의해 공급된 전류 i₃은 스위치 수단(SW3)을 통해 제2충전 펌프의 출력(OUT2)으로 건너간다. 제2방전 전류원(CS4)는 출력(OUT2)으로부터 제4스위치 수단(SW4)을 거쳐 그라운드로 전류 세기 i₄를 방출한다. 결국, 제2충전 펌프(CHP2)는 자신의 출력(OUT2)에서 참조 전류 세기 i_△2를 발생한다. 도 3a의 표시에 따른 이 참조 전류의 양은 다음의 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.

i_△2= i₃- i₄

이제, 도 3a 및 도 3b의 표시, 특히 충전 펌프 구조의 전류 (양의)방향을 나타내는 화살표를 참조하면, 복사를 위한 수단(CM)은 그 세기가 k 계수 만큼 참조 전류 i_△2에 비례하고 그 방향이 반대인 전류 i₅를 발생하도록 되어있다. 참조 전류 i_△2는, 그 출력 라인(C)에서 크기가 제2충전 펌프(CHP2)에 의해 공급된 참조 전류에 비례하는(바람직하게는 직접 비례하는) 전류를 발생하는, 복사 수단(CM)으로 전송된다. 즉, 이 바람직한 실시예에서 복사 수단(CM)의 증폭도는 1이다. 이것은 k 계수 가 거의 1이라는 것을 의미한다. 복사 수단(CM)의 증폭도는 가변적이거나 조율가능할 수도 있다. 이 가변성/조율성은 충전 펌프 구조의 다른 블록들로 확장될 수 있다. 예를 들어, 제1충전 전류원(CS1) 및 제2충전 전류원(CS3)에 의해 발생된 전류들 사이의 전류비 및 제1방전 전류원(CS2) 및 제2방전 전류원(CS4)에 의해 발생된 전류들 사이의 각각의 전류비는 일보다 더 크거나 일보다 더 작을 수 있다. 복사 수단(CM)은 예를 들어 전류 미러(mirror) 또는 어떤 전류 운반기 구조, 어느 전류나 전압 샘플러등이다. 복사 수단(CM)에 의해 공급된 전류 i₅는 제1충전 펌프의 출력(OUT1)으로 전송된다. 따라서, 도 3a의 충전 펌프 구조의 출력 전류(i_out으로 표시된)는 누설 전류 i_△2와 복사 수단(CM)에 의해 공급된 전류 i₅ 사이의 차이다. 결국, 출력 전류 i_OUT는 다음의 수학식 3을 이용하여 산출될 수 있다.

i_OUT= i₅+ i_△1

수학식 3에서 복사 수단에 의해 공급된 전류를 i₅=-k*i_△2로 놓음으로써 그 출력 전류는 수학식 4와 같이 얻어진다.

i_OUT= i_△1- k*i_△2

수학식 1 및 수학식 2를 수학식 4에 치환함으로써, 수학식 5와 같이 출력 전류 i_OUT에 대한 식이 얻어진다(k=1).

i_OUT= (i₁- i₂) - (i₃- i₄) = i₁- i₂ - i₃+ i₄

상술한 상황에서, 충전 펌프들(CHP1, CHP2)의 실질적으로 동일한 성질로 인해, 출력 전류 i_OUT이 0에 매우 근접한다.

제1스위치 수단(SW1)이 열려있는 상황에서(i₁

0), 충전 펌프 구조의 출력 전류 i_OUT은 제2충전 펌프(CHP2)에 의해 공급된 참조 전류 i_△2에 의해서와 마찬가지로 제1방전 전류원(CS2)에 의해 방출된 전류 세기 i₂에 의해 영향을 받는다. 이 상황에서 제4스위치 수단(SW4) 역시 열려있기 때문에(i₄

0), 제2충전 펌프의 출력 전류 i_△2는 제2충전 수단(CS3)에 의해 공급된 전류 i₃이다. 이것은 복사 수단(CM)으로 전송되고, 여기서 수학식 5에 의해, 충전 펌프 구조에 대해 얻어지는 출력 전류 i_OUT은 제1방전 전류원(CS2)의 전류 세기 및 제2충전 전류원(CS3)의 전류 세기의 합의 마이너스, 즉 -(i₂+i₃) 이다. 다른 한편, 제2충전 전류원(CS3)에 의해 공급된 전류의 세기(i₃)는 제1충전 전류원(CS1)에 의해 공급된 전류의 세기와 실질적으로 동일하며, 이때 충전 펌프의 출력 전류는 다음의 수학식 6과 같이

i_OUT= - (i₁+ i₂),

즉, 제1방전 전류원(CS2) 및 제1충전 전류원(CS1)에 의해 방출된 전류들의 합을 마 이너스시킨 것과 같은 형태로 역시 표현될 수 있다.

이와 마찬가지로, 제1스위치 수단(SW1)이 닫혀져 있고 제2스위치 수단(SW2)은 열려져 있고(i₂

0), 이때 제3스위치 수단(SW3) 역시 열려 있고(i₃

0) 제4스위치 수단(SW4)은 닫혀져 있는 상황에서, 충전 펌프 구조의 출력 전류 i_OUT은 상술한 원리들을 따라 산출될 수 있다. 따라서, 획득된 출력 전류는 제1충전 전류원(CS1)에 의해 공급된 전류 세기 i₁과 제2방전 전류원(CS4)에 의해 방출된 전류 세기 i₄의 합이다. 제2방전 전류원(CS4)에 의해 방출된 전류의 세기 i₄가 제1방전 전류원(CS2)에 의해 방출된 전류의 세기 i₂와 실질적으로 동일하므로, 충전 펌프 구조의 출력 전류 i_OUT는 이 상황에 있어 아래의 수학식 7과 같이 제1충전 펌프의 전류원들(CS1, CS2)에 의해 공급된 전류 i₁, i₂의 합으로서 나타내질 수 있다.

i_OUT= i₁+ i₂,

상기 설명으로부터, 본 발명에 따른 충전 펌프 구조에서 충전(CS1, CS3)에 의해 공급된 전류들의 세기와 방전 전류원(CS2, CS4)에 의해 방출된 전류들의 세기의 차이는 그 자체로서 큰 것은 아니다. 또한 실제 구축시 전류 i₁,- i₄, i_△1,i_△2, i_OUT의 절대 방향도 도면에서 표시된 바와 동일할 필요가 없다. 그들은 다만 예로서 나타내어진다. 중요한 것은, 충전 전류원(CS1, CS3)에 의해 공급된 전류 i₁,i₃ 의 비가 방전 전류원(CS2, CS4)에 의해 방출된 전류 i₂,i₄의 비와 실질적으로 동일하다는 것이다. 즉, 제2충전 펌프(CHP2)에서의 전류의 절대 세기는 제1충전 펌프(CHP1)의 전류 세기와 곱해진 어떤 상수일 수 있다. 상술한 바와 같이 전류 i₁,i₃; i₂,i₄의 비는 바람직한 실시예에서 1이다. k 계수는 비 i₁/i₃(또는 i₂,/i₄)와 같음이 바람직하다.

도 3b는 축소된 블록도에서 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 충전 펌프 구조를 보인다. 그것 역시 두 충전 펌프(CHP1, CHP2)를 포함한다. 또, 충전 펌프 구조는 제2충전 펌프(CHP2)에 의해 발생된 기준 정보를 제1충전 펌프(CHP1)의 출력으로 복사하기 위한 수단(CM)을 포함한다. 제1충전 펌프(CHP1)는 두 스위치 수단(SW1, SW2)과 함께 두 전류원(CS1, CS2)을 구비한다.

제2충전 펌프(CHP2)는 가능한 한 제1충전 펌프(CHP1)의 전류원들(CS1, CS2)과 동일한 전류원들(CS3, CS4)을 가지는 방식으로 구축된다. 제2충전 전류원(CS3)에 의해 공급된 전류 i₃는 제2충전 펌프(CHP2)의 출력(OUT2)으로 계속해서 흐를 수 있게 된다. 또한 제2방전 전류원(CS4)은 제2충전 펌프(CHP2)의 출력(OUT2)으로부터 전류 i₄를 계속해서 방출할 수 있게 된다. 그러므로 스위치 수단(SW3, SW4)은 와이어(wire)등으로 대체될 수 있다. 제2충전 펌프(CHP2)에 의해 그 출력(OUT2)에 발생된 참조 전류 i_△2는 계속해서 복사 수단(CM)에 의해 제1충전 펌프(CHP1)의 출력(OUT1)으로 주입되어 제1전류원(CS1)에 의해 공급된 전류 i₁와 제1방전 전류원(CS2)에 의해 방출된 전류 i₂사이의 미스매치를 보충한다.

또한, 이하에서 도 4에 도시된 것과 같은 무선 통신 장치의 고-주파 블록내 본 발명에 따른 충전 펌프 구조의 동작에 대해, 도 5a 내지 도 5c의 타이밍도를 참조하여 설명한다. 도 4는 고-주파 블록의 몇개의 기능적 특징만을 보인다. 고-주파 블록은 위상 동기 루프(PLL)와 함께 수신기 블록(RX), 송신기 블록(TX), 기준 발진기(LO1)로 이뤄진다. 실용적 이유들 때문에, 기준 발진기(LO1)의 주파수는 수신기 블록(RX)과 송신기 블록(TX)에서 요구되는 로칼 발진 주파수 f_RX, f_TX보다 더 낮다. 위상 동기 루프(PLL)에서는 이러한 것이, 가령 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 신호가 원하는 분할기 값이 제어 라인(TUNE)으로 고정될 수 있는 제1주파수 분할기(DIV1)로 전송되기 위해, 고려되어진다. 따라서, 제1분할기(DIV1)의 출력은, 정해진 분할기 값으로 나눠진 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 주파수를 포함한다. 도 4의 실시예에서, 기준 발진기(LO1)에 의해 발생된 신호의 주파수 역시 위상 검출기(PD)로 전송되기 전에 제2분할기(DIV2)에서 분할된다. 기준 발진기(LO1)의 주파수는 제1분할기(DIV1) 및 제2분할기(DIV2)의 분할 값과 마찬가지로, 전압-제어 발진기(VCO)가 원하는 주파수로 맞춰될 때 위상 검출기(PD)의 입력 라인들에서의 신호가 실질적으로 같은 주파수 및 같은 위상이도록 선택된다. 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 주파수는 전송기 블록(TX)에 있어서 로칼 발진 주파수 f_TX 로서 사용된다. 수신기 블록(RX)에 대한 로칼 발진 주파수는 믹서(MIX)에서 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 주파수 및 듀플렉스 발진기(LO2)에 의해 발생된 주파수를 섞음으로써 발생되고, 이것은 그 자체로서 알려져 있다. 다른 대안은, 전송 블록(TX)에 대한 로칼 발진 주파수가 믹서(MIX)에서 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 주파수 및 듀플렉스 발진기(LO2)에 의해 발생된 주파수를 섞음으로써 발생되고 전압-제어 발진기(VCO)에 의해 발생된 주파수가 수신기 블록(RX)에 있어 로칼 발진 주파수 f_RX로서 사용되는 것이다. 듀플렉스 발진기(LO2)는 어떤 구성에서는 생략될 수도 있다.

고주파 신호는 안테나에 의해 수신되고 바른 고주파 신호들이 수신기 블록(RX)으로 보내지도록 고주파 필터 블록(HF)에서 밴드 패스 필터링된다. 고주파 신호는 중간 주파수나 기본 대역 주파수로 변환되고 수신기 블록(RX)에서 복조된다.

전송될 신호는 전송기 블록(TX)에서 변조되고 고주파 신호로 변환된다. 변조된, 고주파 신호는 고주파 필터 블록(HF)에서 로우 패스 필터링되고 안테나를 통해 전송된다.

위상 검출기(PD)는 두 출력(UP, DOWN)을 구비한다. 위상 검출기의 출력들(UP, DOWN)은 본 발명에 따른 충전 펌프 동작을 제어하기 위해 다음과 같은 바람직한 방법으로 사용된다: 위상 동기 루프(PLL)가 동기된 상태일 때, 위상 검출기의 출력(UP, DOWN)은, 가령 논리적 0 상태에 있다. 이러한 바람직한 예에서, 이것은 충전 펌프들(CHP1, CHP2)의 스위치 수단들(SW1 내지 SW4)이 닫혀져 있음을 의미한다. 도 3a의 예에 대한 설명시 상술한 바와 같이, 충전 펌프 구조(CHP)의 출력 에서의 전류 세기는 실질적으로 0이고, 이때 루프 필터(LF)의 커패시터 충전량은 그다지 변화되지 않는다. 이것은 또한 전압-제어 발진기(VCO)의 주파수를 실질적으로 변화하지 않도록 유지한다. 이 상황에 해당하는 타이밍도가 도 5a에 표시되어 있다. 이것은 위상 검출기(PD)의 출력들(UP, DOWN)의 상태와 함께 두 사이클 동안의 분할기들(DIV1, DIV2)의 출력 신호를 보인다.

가령 채널이 변화되는 상황에서, 새 분할기 값이 제1분할기(DIV1)에서 정해진다. 채널 변화가 주파수의 증가를 필요로하면, 분할기 값이 증가되고, 이때 제1입력(IN1) 신호의 주파수는 제2입력(IN2) 신호의 주파수보다 더 낮다. 외관상으로 위상 검출기(PD)의 제1입력(IN1) 신호의 위상과 제2입력(IN2) 신호의 위상 사이에 위상차가 존재한다. 따라서, 위상 검출기(PD)는 위상 검출기(PD)의 입력 신호가 실질적으로 동일 주파수 및 동일 위상이 될 때까지 제1출력(UP)에 펄스들을 발생한다. 이러한 상황이 도 5b의 타이밍도에 나타내어진다. 이 펄스들은 충전 펌프(CHP)의 스위치 수단들(SW2 및 SW3)을 펄스들이 나타나는 동안에 열려지게 한다. 따라서, 각 펄스 도중에, 충전 펌프(CHP)의 출력은 루프 필터내 커패시터의 충전을 야기시키는 전류 세기를 가지며, 이때 루프 필터(LF)의 출력 전압이 증가된다. 이것은 전압-제어 발진기의 주파수가 증가되는 결과를 가져올 것이다. 전압-제어 발진기(VCO)의 주파수가 그 정해진 채널 주파수에 상응할 때, 위상 동기 루프(PLL)가 따라서 동기되고 충전 펌프(CHP)의 스위치 수단들(SW1 내지 SW4)이 닫혀진다.

이와 상응하는 방식에서, 전압-제어 발진기(VCO)의 주파수가 감소되어야 하는 상황에서, 제1분할기의 분할값은 감소하며, 이때 제1입력(IN1)에서의 신호의 주파수 는 제2입력(IN2)에서의 신호의 주파수보다 더 크다. 외관상으로 위상 검출기(PD)의 제1입력(IN1) 신호의 위상과 제2입력(IN2) 신호의 위상사이에 위상차가 존재한다. 따라서, 위상 검출기(PD)는 위상 검출기(PD)의 입력 신호들이 실질적으로 동일한 주파수 및 위상이 될 때까지 제2출력(DOWN)에 펄스들을 발생한다. 이러한 상황이 도 5c의 타이밍도에서 설명된다. 이 펄스들은 충전 펌프(CHP)의 스위치 수단들(SW1 내지 SW4)이 펄스들이 나타나는 시간 동안에 열려지게 만든다. 따라서, 각 펄스 도중에, 충전 펌프(CHP)의 출력은 루프 필터의 커패시터로부터 방전을 야기시키는 전류의 세기를 포함하고, 이때 루프 필터(LF)의 출력 전압이 감소된다. 이것은 전압-제어 발진기(VCO)의 주파수가 정해진 주파수에 상응할 때까지, 전압-제어 발진기(VCO)의 주파수를 감소시키는 결과를 가져온다.

상기 설명은 전압의 증가가 주파수의 증가를 발생한다는 것을 가정한다. 설명시 이미 언급되었던 것과 같이, 전압 제어 발진기는 그 반대의 방식으로 작동할 수도 있으며, 이때 위상 동기 루프(PLL)의 동작은 그에 맞춰 변형되어야 하고, 이것은 그 자체로서 알려져 있다.

본 발명의 충전 펌프 구조와 함께, 상술한 주파수 변화들이, 주파수 변화의 방향에 관계없이 실질적으로 동일한 속도(rate)로 발생한다. 그러나, 종래 기술의 해법에서, 충전 및 방전 전류의 세기는, 실제 어플리케이션에서 충전 펌프의 전류원(CS1, CS2)들의 구조가 완전히 동일하게 만들어질 수 없기 때문에 동일하지 않다. 이것은 전류 미스매치의 결과를 가져오고, 이때 변화 레이트는 변화의 방향에 의해서도 또한 영향을 받는다.

도 4의 고주파 블록은 예를들어 무선 통신 장치들, 베이스 전송국들, 위성국들등에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 충전 펌프 구조에서, 제1충전 펌프(CHP1)는 신호 경로내에 있다; 즉, 위상 검출기(PD)의 출력 신호가 종래 기술의 해법에서와 같이 제1충전 펌프(CHP1)로 전송된다. 그러나, 제2충전 펌프는 신호 경로로부터 분리되어 있다.

본 발명은 또한, 위상 동기 루프(PLL)가 동기 상태일 때 충전 펌프(CHP)의 스위치 수단(SW1 내지 SW4)이 열리는, 즉 실질적으로 충전 펌프(CHP)의 출력에 전류가 전혀 없다는 것을 의미하는 방식에 적용될 수도 있음이 명백하다.

다음의 테스트 값들을 사용하여, 본 발명의 충전 펌프 구조에 대해 시뮬레이션이 행해졌다: 제1충전 펌프(CHP1): 충전 전류 i₁=1.001mA 및 방전 전류 i₂=988.8

A; 충전 펌프들의 매칭 정확도 2%(이것은 1mA의 전류에서 최대 20muA의 에러를 의미한다). 시뮬레이션 결과는 본 발명의 충전 펌프 구조에서, 모든 전류원들이 연결되어 있는 상황에서 출력 전류가 1

A 보다 현저히 작았음을 나타냈다.

본 발명의 충전 펌프 구조는 위상 동기 루프들에서가 아닌 다른 접속들에도 역시 적용될 수 있다. 본 발명은 상술한 실시예들에 국한되지 않고, 첨부된 청구항들의 범주내에서 변형될 수 있다.

본 발명에 의하면 두 개의 실질적으로 동일한 충전 펌프들을 구축하여 전류 미스매치를 방지하고 이와 함께 구축되는 주파수 합성시 간섭을 일으킬 경향이 훨씬 줄게 되고, 이때 형성된 주파수는 보다 안정적이다.

Claims

제1충전 펌프(CHP1)가 제1충전 전류원(CS1) 및 제1방전 전류원(CS2)을 구비하고, 제1충전 펌프(CHP1)의 출력 전류(i_△1)가 적어도 한 개의 상기 전류원(CS1, CS2)에 의해 공급되는, 제1충전 펌프(CHP1)의 출력 전류(i_△1) 균형을 맞추기 위한 방법에 있어서,

제2충전 전류원(CS3) 및 제2방전 전류원(CS4)를 갖는 제2충전 펌프(CHP2)를 제공하는 단계;

적어도 한 개의 상기 제2전류원(CS3, CS4)에 의해 상기 제2충전 펌프(CHP2)의 출력 전류(i_△2)를 공급하는 단계; 및

상기 제2충전 펌프(CHP2)에 의해 공급된 출력 전류(i_△2)에 의거한 참조 전류(i₅)를 공급하는 단계로 구성됨을 특징으로 하고,

이때 균형을 맞추는 것은 상기 참조 전류(i₅)를 제1충전 펌프(CHP1)에 의해 공급된 출력 전류(i_△1)와 결합함으로써 수행됨을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2충전 펌프(CHP2)는 제1충전 펌프(CHP1)와 실질적으로 동일하게 형성됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

제1충전 전류원(CS1)에 의해 제1충전 펌프(CHP1)의 출력 전류(i_△1)를 공급할 때 제2방전 전류원(CS4)이 참조 전류(i₅)를 형성하는데 사용되고,

또는 제1방전 전류원(CS2)에 의해 제1충전 펌프(CHP1)의 출력 전류(i_△1)를 공급할 때 제2충전 전류원(CS3)이 참조 전류(i₅)를 형성하는데 사용되고,

또는 제1충전 전류원(CS1) 및 제1방전 전류원(CS2) 모두에 의해 제1충전 펌프(CHP1)의 출력 전류(i_△1)를 공급할 때 제2방전 전류원(CS2) 및 제2충전 전류원(CS3)이 모두 참조 전류(i₅)를 형성하는데 사용됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

제2방전 전류원(CS4) 및 제2충전 전류원(CS3)은 모두 참조 전류(i₅)를 형성하기 위해 연속적으로 사용됨을 특징으로 하는 방법.
적어도, 제1충전 전류원(CS1) 및 제1방전 전류원(CS2)을 구비한 제1충전 펌프(CHP1), 및 적어도 한 개의 상기 전류원(CS1, CS2)에 의해 제1충전 펌프(CHP1)의 출력 전류(i_△1)를 공급하기 위한 수단(SW1, SW2)을 포함하는 충전 펌프 구조에 있어서,

제2충전 전류원(CS3) 및 제2방전 전류원(CS4)을 갖는 제2충전 펌프(CHP2);

적어도 한 개의 상기 제2전류원(CS3, CS4)에 의해 상기 제2충전 펌프(CHP2)의 출력 전류(i_△2)를 공급하는 수단(SW3, SW4);

상기 제2충전 펌프(CHP2)에 의해 공급된 출력 전류(i_△2)를 기반으로 참조 전류(i₅)를 공급하는 수단(CM); 및

상기 참조 전류(i₅)를 제1충전 펌프(CHP1)에 의해 공급된 출력 전류(i_△1와 결합하기 위한 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 충전 펌프 구조.
제5항에 있어서, 제2충전 펌프(CHP2)는 제1충전 펌프(CHP1)와 실질적으로 동일하게 형성됨을 특징으로 하는 충전 펌프 구조.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제2충전 펌프(CHP2)의 출력 전류(i_△2)를 공급하는 수단은,

제1충전 전류원(CS1)에 의해 제1충전 펌프(CHP1)의 출력 전류(i_△1)를 공급할 때 제2방전 전류원(CS4)에 의해 상기 제2충전 펌프(CHP2)의 출력 전류(i_△2)를 공급하기 위한 수단; 및

제1방전 전류원(CS2)에 의해 제1충전 펌프(CHP1)의 출력 전류(i_△1)를 공급할 때 제2충전 전류원(CS3)에 의해 상기 제2충전 펌프(CHP2)의 출력 전류(i_△2)를 공급 하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 충전 펌프 구조.
제5항 또는 제6항에 있어서,

참조 전류(i₅)를 공급하기 위한 수단(CM)은, 전류 미러(mirror), 전류 운반기 구조, 전류 또는 전압 샘플러 등을 구비함을 특징으로 하는 충전 펌프 구조.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제2충전 펌프(CHP2)의 출력 전류(i_△2)를 공급하기 위한 수단은,

제2충전 전류원(CS3) 및 제2방전 전류원(CS4)에 의해 상기 제2충전 펌프(CHP2)의 출력 전류(i_△2)를 연속적으로 공급하기 위한 수단을 구비함을 특징으로 하는 충전 펌프 구조.
적어도, 제1충전 전류원(CS1) 및 제1방전 전류원(CS2)를 구비한 제1충전 펌프(CHP1), 및 적어도 하나의 상기 전류원(CS1, CS2)에 의해 제1충전 펌프(CHP1)의 출력 전류(i_△1)를 공급하기 위한 수단(SW1, SW2)을 포함하는 무선 통신 장치에 있어서,

제2충전 전류원(CS3) 및 제2방전 전류원(CS4)을 가진 제2충전 펌프(CHP2);

적어도 한 개의 상기 제2전류원(CS3, CS4)에 의해 상기 제2충전 펌프(CHP2)의 출력 전류(i_△2)를 공급하기 위한 수단(SW3, SW4);

상기 제2충전 펌프(CHP2)에 의해 공급된 출력 전류(i_△2)에 의거하여 참조 전류(i₅)를 공급하기 위한 수단(CM); 및

상기 참조 전류(i₅)를 제1충전 펌프(CHP1)에 의해 공급된 출력 전류(i_△1)와 결합하기 위한 수단을 구비함을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제10항에 있어서, 이동국임을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제10항에 있어서, 베이스 송수신국임을 특징으로 하는 무선 통신 장치.