KR100644274B1 - Voltage controlled oscillator and tuning system using it - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

본 발명은 전압 제어 발진 장치 및 그를 이용한 튜닝 시스템에 관한 것임.The present invention relates to a voltage controlled oscillation device and a tuning system using the same.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention

본 발명은, 종래의 전압 제어 발진 장치와 달리 발진을 일으키기 위하여 고정된 차동 입력 전압을 인가하지 않고 두 개의 수동 저항과 능동 저항(제 1 트랜스컨덕터로 구현)으로 구성된 입력전압 생성수단을 통해 트랜스컨덕턴스 제어신호(Vc)에 따라 가변 가능한 차동 DC(direct current) 입력 전압을 생성하고 이를 제 2 트랜스컨덕터로 인가되도록 함으로써, 설계 환경 변화에 대한 영향을 최소화하고 트랜스컨덕턴스(gm)를 고속으로 제어하기 위한, 전압 제어 발진 장치 및 그를 이용한 튜닝 시스템을 제공하는데 그 목적이 있음.The present invention provides a transconductance through an input voltage generating means composed of two passive resistors and an active resistor (implemented by a first transconductor) without applying a fixed differential input voltage to generate an oscillation unlike a conventional voltage controlled oscillator. By generating a differential direct current (DC) input voltage that is variable according to the control signal (Vc) and applying it to the second transconductor, it is possible to minimize the influence of changes in the design environment and to control the transconductance (gm) at high speed. To provide a voltage controlled oscillation device and a tuning system using the same.

3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention

본 발명은, 전압 제어 발진 장치에 있어서, 캐스코드(Cascode) 구조로 연결된 두 개의 수동 저항과 한 개의 트랜스컨덕터를 구비하여 외부로부터 입력받은 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 따라 가변되는 두 개의 차동 DC(direct current) 입력 전압(VH, VL)을 생성하기 위한 입력전압 생성수단; 상기 입력전압 생성수단에서 생성한 차동 DC 입력 전압(VH, VL)을 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112006053225669-pat00030
)에 따라 선택하여 적분수단에 지속적으로 교차하여 인가하기 위한 입력전압 선택수단; 상기 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)의 반전 신호와 상기 입력전압 선택수단으로부터 전달받은 차동 DC 입력 전압의 전압차(VH-VL)에 따라 차동 출력 전류를 발생시켜 충방전하기 위한 상기 적분수단; 및 상기 적분수단에서 충방전한 두 개의 적분 전압을 비교·판단하여 입력전압 선택 제어신호(
Figure 112006053225669-pat00031
)를 상기 입력전압 선택수단과 외부기기로 출력하기 위한 제어신호 판별/출력수단을 포함함.In the voltage controlled oscillation apparatus, two differential DCs varying according to a transconductance control voltage Vc received from an external device having two passive resistors and one transconductor connected in a cascode structure (direct current) input voltage generating means for generating input voltages VH and VL; The differential DC input voltages VH and VL generated by the input voltage generation means are used as input voltage selection control signals (
Figure 112006053225669-pat00030
Input voltage selection means for selecting and applying to the integrating means continuously; The integrating means for generating and charging and discharging a differential output current according to the voltage difference (VH-VL) of the inverted signal of the transconductance control voltage (Vc) and the differential DC input voltage received from the input voltage selecting means; And comparing and determining the two integrated voltages charged and discharged by the integrating means to determine an input voltage selection control signal (
Figure 112006053225669-pat00031
) Is output to the input voltage selection means and an external device.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

본 발명은 디지털 클럭발생기, 주파수 합성기, 및 필터 튜닝 장치 등에 이용됨.The invention is used in digital clock generators, frequency synthesizers, filter tuning devices and the like.

트랜스컨덕터, 트랜스컨덕턴스(gm), 차동 DC 입력 전압 생성, 전압 제어 발진 장치, 튜닝 시스템, 클럭발생기, 능동 필터Transconductor, Transconductance (gm), Differential DC Input Voltage Generation, Voltage Controlled Oscillator, Tuning System, Clock Generator, Active Filter

Description

전압 제어 발진 장치 및 그를 이용한 튜닝 시스템{Voltage controlled oscillator and tuning system using it} Voltage controlled oscillator and tuning system using it {Voltage controlled oscillator and tuning system using it}             

도 1 은 종래의 트랜스컨덕터 발진부를 구비한 필터 튜닝 장치의 일실시예 구성도,1 is a configuration diagram of an embodiment of a filter tuning device having a conventional transconductor oscillation unit,

도 2a 는 종래의 전압 제어 발진 장치의 일실시예 회로도,2A is a circuit diagram of one embodiment of a conventional voltage controlled oscillation device;

도 2b 는 종래의 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템의 일실시예 구성도,Figure 2b is a configuration diagram of an embodiment of a tuning system using a conventional voltage controlled oscillator;

도 3a 는 본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치의 일실시예 회로도,3A is a circuit diagram of an embodiment of a voltage controlled oscillation apparatus according to the present invention;

도 3b 는 본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템의 일실시예 구성도,3b is a configuration diagram of an embodiment of a tuning system using a voltage controlled oscillation device according to the present invention;

도 4 는 본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템에서의 튜닝 과정을 나타내는 그래프이다.4 is a graph illustrating a tuning process in a tuning system using a voltage controlled oscillator according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

31 : 입력전압 생성부 32 : 입력전압 선택부31: input voltage generator 32: input voltage selector

33 : 시정수부 34 : 제어신호 판별/출력부33: time constant 34: control signal discrimination / output

301 : 제 1 저항 302 : 제 2 저항301: first resistor 302: second resistor

303 : 제 1 트랜스컨덕터 304 : 제 1 스위치303: first transconductor 304: first switch

305 : 제 2 스위치 306 : 제 3 스위치305: second switch 306: third switch

307 : 제 4 스위치 308 : 제 2 트랜스컨덕터307: fourth switch 308: second transconductor

309 : 제 1 커패시터 310 : 제 2 커패시터309: first capacitor 310: second capacitor

311 : 비교기 312 : 제 1 버퍼311: comparator 312: first buffer

313 : 인버터 314 : 제 2 버퍼313: inverter 314: second buffer

315 : 반전기315: Inverter

본 발명은 전압 제어 발진 장치 및 그를 이용한 튜닝 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 전압 제어 발진 장치와 달리 발진을 일으키기 위하여 고정된 차동 입력 전압을 인가하지 않고 두 개의 수동 저항과 능동 저항(제 1 트랜스컨덕터로 구현)으로 구성된 입력전압 생성수단을 통해 트랜스컨덕턴스 제어신호(Vc)에 따라 가변 가능한 차동 DC(direct current) 입력 전압을 생성하고 이를 제 2 트랜스컨덕터로 인가되도록 함으로써, 설계 환경 변화에 대한 영향을 최소화하고 트랜스컨덕턴스(gm)를 고속으로 제어하기 위한, 전압 제어 발진 장치 및 그를 이용한 튜닝 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage controlled oscillation device and a tuning system using the same. More specifically, unlike a conventional voltage controlled oscillation device, two passive resistors and active resistors (not including a fixed differential input voltage to generate an oscillation) It is possible to generate a differential direct current (DC) input voltage that is variable according to the transconductance control signal (Vc) and apply it to the second transconductor through an input voltage generation means composed of one transconductor). The present invention relates to a voltage controlled oscillation device and a tuning system using the same for minimizing the impact on the transconductance (gm) at high speed.

일반적으로, 아날로그 회로의 기본 소자로 이용되는 트랜스컨덕터(Transconductor)는 칩상에 집적화 될 때 제조공정이나 온도, 전원 전압 등에 영향을 받아 트랜스컨덕턴스 값(gm)이 심하게 변하게 된다. 따라서, 정밀한 트랜스컨덕턴스 값이 요구되는 회로에서는 일정한 트랜스컨덕턴스 값을 유지하도록 제어하는 튜닝 회로가 사용된다.In general, a transconductor used as a basic element of an analog circuit, when integrated on a chip, is severely affected by the manufacturing process, temperature, power supply voltage, and the like, and the transconductance value (gm) is severely changed. Therefore, in a circuit requiring a precise transconductance value, a tuning circuit for controlling to maintain a constant transconductance value is used.

가장 널리 사용되는 튜닝 방법은 전압 조절 발진 회로(VCO : Voltage Controlled Oscillator)를 만들고, 전압 조절 발진 회로의 주파수(gm/C, 시정수관련)를 위상동기루프(PLL)를 이용하여 외부에서 인가되는 기준 클록(Reference Clock)의 주파수에 맞추는 방법이다. 상기 튜닝 방법은 다른 튜닝 방법에 비해 정교한 튜닝 특성과 빠른 튜닝 동작 특성을 보이는 장점이 있다.The most widely used tuning method is to create a voltage controlled oscillator circuit (VCO) and to apply the frequency (gm / C, time constant related) of the voltage controlled oscillator circuit externally using a phase locked loop (PLL). It is a method to match the frequency of the reference clock. The tuning method has an advantage of showing a fine tuning characteristic and a fast tuning operation characteristic compared to other tuning methods.

다시 설명하면, 전압 조절 발진 회로의 발진 주파수가 트랜스컨덕터의 트랜스컨덕턴스(gm)와 선형함수 관계에 있도록 하고, 외부에서 인가되는 기준 클록에 발진 주파수가 매칭되도록 하면 트랜스컨덕턴스는 기준 클록에 대해 선형함수가 되어 이를 튜닝할 수 있는 방법이다.In other words, if the oscillation frequency of the voltage-regulated oscillator circuit is in a linear function relationship with the transconductance (gm) of the transconductor, and the oscillation frequency is matched to an externally applied reference clock, the transconductance is a linear function with respect to the reference clock. This is how you can tune it.

즉, 외부 클럭 변화에 내부 트랜스컨덕턴스(gm)의 튜닝이 가능해진다. 따라서, 내부 설계 환경 변화에도 외부 기준 클럭만 안정화시킨다면 내부의 트랜스컨덕턴스(gm)는 절대적으로 안정화되는 원리이다.That is, the internal transconductance gm can be tuned to the external clock change. Therefore, the internal transconductance (gm) is absolutely stabilized if only the external reference clock is stabilized even when the internal design environment changes.

한편, 트랜스컨덕터 튜닝 방법과 관련하여 발표된 논문 "A 200MHz 7th-order Equiripple Continuous-Time Filter by design of nonlinearity suppression in 0.25um CMOS Process"(게제지 "2001 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technique Papers")에 대하여 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.Meanwhile, in the published paper "A 200MHz 7th-order Equiripple Continuous-Time Filter by design of nonlinearity suppression in 0.25um CMOS Process" (published by "2001 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technique Papers") This will be described with reference to FIG. 1.

도 1 은 종래의 트랜스컨덕터 발진부를 구비한 필터 튜닝 장치의 일실시예 구성도이다.1 is a block diagram of an exemplary embodiment of a filter tuning device having a conventional transconductor oscillator.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 트랜스컨덕터 발진부(Gm-C 발진부)를 구비한 필터 튜닝 장치는, 메인 필터(11), 위상동기루프(12), 및 Gm-C 발진부(13)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a conventional filter tuning device including a transconductor oscillator (Gm-C oscillator) includes a main filter 11, a phase synchronization loop 12, and a Gm-C oscillator 13. do.

상기 위상동기루프(12)는 기준 클럭(Reference clock)을 입력받아 Gm-C 발진부(13)로부터 전달받은 발진 주파수를 이용하여 메인 필터(11) 및 Gm-C 발진부(13)의 트랜스컨덕턴스(gm)를 제어한다.The phase-locked loop 12 receives a reference clock and transmits the transconductance of the main filter 11 and the Gm-C oscillator 13 using the oscillation frequency received from the Gm-C oscillator 13. ).

상기 Gm-C 발진부(13)는 두 개의 트랜스컨덕터(131, 132)의 입출력이 서로 교차하여 연결되어 있고, 각 트랜스컨덕터(131, 132)의 출력 노드에 커패시터(133, 134)가 연결된 구조를 가진다. 따라서, Gm-C 발진부(13)는 두 개의 커패시터(133, 134)에 서로 전류를 충방전하는 적분기식 링발진기로 볼 수 있다. 아울러, 네거티브 피드백 루프를 형성하는 두 개의 트랜스컨덕터(131, 132)와 한 개의 커패시터(133 또는 134)는 자이레이터(Gyrator)로 구현된 능동 인덕터이므로, 커패시터와 능동 인덕터가 병렬로 연결된 공진기로도 볼 수 있다. 여기서, 자이레이터(Gyrator)란 임피던스가 반전된 회로를 말한다.The Gm-C oscillator 13 has a structure in which input and output of two transconductors 131 and 132 are connected to each other, and capacitors 133 and 134 are connected to output nodes of each of the transconductors 131 and 132. Have Accordingly, the Gm-C oscillator 13 may be viewed as an integrative ring oscillator that charges and discharges current to two capacitors 133 and 134. In addition, since the two transconductors 131 and 132 and one capacitor 133 or 134 forming a negative feedback loop are active inductors implemented by gyrators, the resonators are connected to a capacitor and an active inductor in parallel. can see. Here, the gyrator refers to a circuit in which the impedance is inverted.

여기서, 도 1에 도시된 상기 커패시터(133, 134)와 병렬로 연결된 가변 저항(135, 136)은 트랜스컨덕터(131, 132)의 출력 저항을 나타낸다.Here, the variable resistors 135 and 136 connected in parallel with the capacitors 133 and 134 shown in FIG. 1 represent output resistances of the transconductors 131 and 132.

그러나, 종래의 Gm-C 발진부(13)는 구조가 단순하다는 장점은 있지만 트랜스 컨덕터(131, 132)의 출력 저항이나 기생 소자값에 의하여 발진 특성의 변화가 심각하다. 또한, 서로 교차된 적분기의 적분 전압이 트랜스컨덕터의 선형 범위를 벗어나면 바로 발진이 죽기 때문에 가변범위가 협소하고 지속적인 발진의 장애를 안고 있는 문제점이 있다.However, although the conventional Gm-C oscillator 13 has an advantage that the structure is simple, the oscillation characteristic is seriously changed due to the output resistance of the transconductors 131 and 132 or parasitic element values. In addition, since the oscillation dies immediately when the integral voltages of the integrators crossing each other are outside the linear range of the transconductor, the variable range is narrow and there is a problem of continuous oscillation.

상기 단점을 보완하기 위하여 "연속시간 필터의 자동튜닝장치"(대한민국 특허출원번호 "10-2002-0054211" 2002.9.9 출원)에 대하여 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.In order to compensate for the above disadvantages, the "automatic tuning device for continuous time filter" (Korean Patent Application No. "10-2002-0054211" filed 2002.9.9) will be described with reference to FIG. 2.

도 2a 는 종래의 전압 제어 발진 장치의 일실시예 회로도이다.2A is a circuit diagram of an embodiment of a conventional voltage controlled oscillation device.

도 2a에 도시된 바와 같이, 종래의 전압 제어 발진 장치는, 제어신호 판별/출력부(23)로부터 전달받은 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112006053225669-pat00003
)에 따라 고정된 입력 전압(VH, VL)을 선택하여 시정수부(22)에 지속적으로 교차하여 인가하기 위한 입력전압 선택부(21), 외부로부터 입력받은 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)과 상기 입력전압 선택부(21)로부터 전달받은 입력 전압의 차동 전압차(VH-VL)에 따라 차동 출력 전류를 발생시켜 두 개의 커패시터(206, 207)에 충전하기 위한 시정수부(22), 및 상기 시정수부(22)로부터 전달받은 두 개의 적분 전압(커패시터에 충전된 전압)을 비교·판단하여 입력전압 선택 제어신호(
Figure 112006053225669-pat00004
)를 상기 입력전압 선택부(21)와 외부기기(예 : 위상 및 주파수 검출기)출력하기 위한 제어신호 판별/출력부(23)를 포함한다.As shown in FIG. 2A, the conventional voltage controlled oscillation apparatus includes an input voltage selection control signal (received from the control signal determination / output unit 23).
Figure 112006053225669-pat00003
The input voltage selector 21 for continuously applying the fixed input voltages VH and VL to the time constant part 22 and applying it to the time constant part 22, the transconductance control voltage Vc received from the outside, and the input. A time constant part 22 for generating a differential output current and charging the two capacitors 206 and 207 according to the differential voltage difference VH -VL of the input voltage received from the voltage selector 21, and the time constant part Comparing and determining the two integrated voltages (voltage charged in the capacitor) received from (22), the input voltage selection control signal (
Figure 112006053225669-pat00004
) And a control signal discrimination / output unit 23 for outputting the input voltage selector 21 and an external device (eg, phase and frequency detector).

한편, 입력전압 선택부(21)는 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112004059478944-pat00005
)에 의해 제어되는 제 1 내지 제 4 스위치(201 내지 204)를 포함한다.On the other hand, the input voltage selector 21 is an input voltage selection control signal (
Figure 112004059478944-pat00005
And first to fourth switches 201 to 204 controlled by < RTI ID = 0.0 >

여기서, 제 1 스위치(201)의 일측으로는 입력 전압 VH가 인가되고, 타측으로는 제 2 스위치(202) 및 트랜스컨덕터(205)의 일 입력단자와 접속되며, 제 2 스위치(202)의 일측으로는 입력 전압 VL이 인가되고 타측으로는 제 1 스위치(201) 및 트랜스컨덕터(205)의 일 입력단자와 접속된다.Here, an input voltage VH is applied to one side of the first switch 201, and connected to one input terminal of the second switch 202 and the transconductor 205 to the other side, and one side of the second switch 202. The input voltage VL is applied thereto, and the other side is connected to one input terminal of the first switch 201 and the transconductor 205.

한편, 제 3 스위치(203)의 일측으로는 입력 전압 VH가 인가되고 타측으로는 제 4 스위치(204) 및 트랜스컨덕터(205)의 타 입력단자와 접속되며, 제 4 스위치(204)의 일측으로는 입력 전압 VL이 인가되고 타측으로는 제 3 스위치(203) 및 트랜스컨덕터(205)의 타 입력단자와 접속된다.On the other hand, the input voltage VH is applied to one side of the third switch 203 and connected to the other input terminal of the fourth switch 204 and the transconductor 205 to the other side, and to one side of the fourth switch 204. The input voltage VL is applied and the other side is connected to the other input terminal of the third switch 203 and the transconductor 205.

즉, 입력전압 선택부(21)는 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112004059478944-pat00006
)에 따라 제 1 내지 제 4 스위치(201 내지 204)를 제어함으로써, 트랜스컨덕터(205)로 입력 전압 VH 및 VL을 교차하여 인가한다.That is, the input voltage selector 21 inputs an input voltage selection control signal (
Figure 112004059478944-pat00006
By controlling the first to fourth switches 201 to 204, the input voltages VH and VL are applied to the transconductor 205 alternately.

한편, 시정수부(22)는 트랜스컨덕터(205), 제 1 커패시터(206), 제 2 커패시터(207)를 포함한다.The time constant part 22 includes a transconductor 205, a first capacitor 206, and a second capacitor 207.

상기, 트랜스컨덕터(205)는 차동 입력된 전압차(VH-VL)에 따라 차동 전류를 출력하는 전류원 역할을 한다. 그래서, 출력 저항이 매우 큰 이상적인 전류원 동작을 하는 트랜스컨덕터(205)와 커패시터(206, 207)를 연결하면 C/gm의 시정수를 가지는 적분기가 된다.The transconductor 205 serves as a current source for outputting a differential current according to the differential input voltage difference (VH-VL). Thus, connecting the transconductor 205 and the capacitors 206 and 207 for an ideal current source operation with a very large output resistance results in an integrator having a time constant of C / gm.

즉, 커패시터(206, 207)는 전류를 적분하여 트랜스컨덕터(205) 출력 저항과 함께 특정 시정수를 가지게끔 한다. 트랜스컨덕터(205)의 전류는 입력 전압의 상태에 따라 전류 방향을 결정하여 전하를 충전할지 방전할지를 결정하게 된다. 충전되는 곳은 전압이 상승하게 될 것이고 방전되는 곳은 전압이 하강한다.That is, capacitors 206 and 207 integrate the current to have a specific time constant with the transconductor 205 output resistance. The current in the transconductor 205 determines the current direction according to the state of the input voltage to determine whether to charge or discharge the charge. Where charged, the voltage will rise and where discharged, the voltage will drop.

여기서, 초기 전류가 아래쪽(위쪽)으로 흘렀고 이 출력을 체크하여 다음 전류방향을 위쪽(아래쪽)으로 흘리는 과정을 반복한다면(즉, 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112004059478944-pat00007
)를 계속 바꿔준다.) 이는 발진을 의미하게 된다.Here, if the initial current flows downward (up) and the output is checked and the next current flows upward (down), that is, the input voltage selection control signal (
Figure 112004059478944-pat00007
Keeps changing) This means oscillation.

한편, 제어신호 판별/출력부(23)는 비교기(Comparator)(208), 제 1 버퍼(209), 인버터(210) 및 제 2 버퍼(211)를 포함한다.Meanwhile, the control signal discrimination / output unit 23 includes a comparator 208, a first buffer 209, an inverter 210, and a second buffer 211.

비교기(208)는 시정수부(22)에서 충방전되어 출력되는 차동 출력 전압 중 어느쪽 노드의 적분 전압이 큰지를 판단하고, 판단한 결과에 따라 제 1 버퍼(209), 인버터(210) 및 제 2 버퍼(211)를 통하여 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112004059478944-pat00008
)를 입력전압 선택부(21)로 출력한다.The comparator 208 determines which node among the differential output voltages charged and discharged by the time constant part 22 is large, and according to the determined result, the first buffer 209, the inverter 210, and the second The input voltage selection control signal through the buffer 211 (
Figure 112004059478944-pat00008
) Is output to the input voltage selector 21.

여기서, 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112004059478944-pat00009
)는 전압 제어 발진 장치의 출력 신호이며, 반복하여 교차하는 정도에 따른 주파수를 가진다.Here, the input voltage selection control signal (
Figure 112004059478944-pat00009
) Is the output signal of the voltage controlled oscillation device, and has a frequency according to the degree of crossing repeatedly.

도 2b 는 종래의 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템의 일실시예 구성도이다.Figure 2b is a configuration diagram of an embodiment of a tuning system using a conventional voltage controlled oscillator.

도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템은, 두 개의 고정 입력 전압(VH, VL)을 입력받아 발진을 일으키기 위한 전압 제어 발진 장치(24), 상기 전압 제어 발진 장치(24)로부터 전달받은 발진 주파수 신호와 기준 클럭(Reference clock)을 비교하여 그 차이에 해당하는 펄스 신호를 출력하기 위한 위상 및 주파수 검출기(PFD)(25), 상기 위상 및 주파수 검출기(25)로부터 출력되는 펄스폭에 비례하는 전류를 펄스 부호에 따라 충방전하기 위한 차지 펌프(26), 및 상기 차지 펌프(26)로부터 출력되는 신호의 잡음을 제거하고 커패시터를 이용하여 충방전한 전하량 변화를 통해 상기 전압 제어 발진 장치(24)의 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)을 생성하여 가변하기 위한 필터(LPF)(27)를 포함한다.As shown in FIG. 2B, a tuning system using a conventional voltage controlled oscillation device includes a voltage controlled oscillation device 24 for generating oscillation by receiving two fixed input voltages VH and VL, and the voltage controlled oscillation device. Phase and frequency detector (PFD) 25 for comparing the oscillation frequency signal received from (24) with a reference clock and outputting a pulse signal corresponding to the difference, from the phase and frequency detector 25 Charge pump 26 for charging and discharging the current proportional to the pulse width according to the pulse code, and by removing the noise of the signal output from the charge pump 26 and through the change in the amount of charge charged and discharged using a capacitor And a filter (LPF) 27 for generating and varying the transconductance control voltage Vc of the voltage controlled oscillation device 24.

상기 전압 제어 발진 장치의 발진 신호의 주파수는 외부 위상동기루프(PLL)에 의한 안정화된 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc) 값을 통해 결정된다. 즉, 발진 주파수를 결정하는 시정수는 능동 저항 및 전류의 크기를 결정하는 트랜스컨덕턴스(gm)에 의해 영향을 받게 되므로 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)을 제어하면 발진기의 주파수도 조절할 수 있다는 이야기이다.The frequency of the oscillation signal of the voltage controlled oscillation device is determined through the stabilized transconductance control voltage Vc value by the external phase locked loop PLL. That is, since the time constant that determines the oscillation frequency is affected by the transconductance (gm) that determines the magnitude of the active resistance and the current, the frequency of the oscillator can be adjusted by controlling the transconductance control voltage (Vc).

그러나, 빠른 동기시간을 필요로 하는 곳에서 종래의 전압 제어 발진 장치의 구조만으로는 튜닝 시간을 단축할 수 없다는 한계를 가진다.However, there is a limit that the tuning time cannot be shortened only by the structure of the conventional voltage controlled oscillation device in the place where fast synchronization time is required.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 종래의 전압 제어 발진 장치와 달리 발진을 일으키기 위하여 고정된 차동 입력 전압을 인가하지 않고 두 개의 수동 저항과 능동 저항(제 1 트랜스컨덕터로 구현)으로 구성된 입력전압 생성수단을 통해 트랜스컨덕턴스 제어신호(Vc)에 따라 가변 가능한 차동 DC(direct current) 입력 전압을 생성하고 이를 제 2 트랜스컨덕터로 인가되도록 함으로써, 설계 환경 변화에 대한 영향을 최소화하고 트랜스컨덕턴스(gm)를 고속으로 제어하기 위한, 전압 제어 발진 장치 및 그를 이용한 튜닝 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and unlike the conventional voltage controlled oscillation device, two passive resistors and an active resistor (implemented by a first transconductor) without applying a fixed differential input voltage to generate an oscillation. The configured input voltage generating means generates a differential direct current (DC) input voltage that is variable according to the transconductance control signal (Vc) and applies it to the second transconductor, thereby minimizing the influence on changes in the design environment and transconductance. An object thereof is to provide a voltage controlled oscillation device and a tuning system using the same for controlling (gm) at high speed.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. In addition, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 전압 제어 발진 장치에 있어서, 캐스코드(Cascode) 구조로 연결된 두 개의 수동 저항과 한 개의 트랜스컨덕터를 구비하여 외부로부터 입력받은 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 따라 가변되는 두 개의 차동 DC(direct current) 입력 전압(VH, VL)을 생성하기 위한 입력전압 생성수단; 상기 입력전압 생성수단에서 생성한 차동 DC 입력 전압(VH, VL)을 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112006053225669-pat00032
)에 따라 선택하여 적분수단에 지속적으로 교차하여 인가하기 위한 입력전압 선택수단; 상기 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)의 반전 신호와 상기 입력전압 선택수단으로부터 전달받은 차동 DC 입력 전압의 전압차(VH-VL)에 따라 차동 출력 전류를 발생시켜 충방전하기 위한 상기 적분수단; 및 상기 적분수단에서 충방전한 두 개의 적분 전압을 비교·판단하여 입력전압 선택 제어신호(
Figure 112006053225669-pat00033
)를 상기 입력전압 선택수단과 외부기기로 출력하기 위한 제어신호 판별/출력수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus of the present invention for achieving the above object, in the voltage controlled oscillation device, having a transconductance control voltage (Vc) received from the outside having two passive resistors and one transconductor connected in a cascode structure Input voltage generating means for generating two differential direct current (DC) input voltages (VH, VL) which are varied according to; The differential DC input voltages VH and VL generated by the input voltage generation means are used as input voltage selection control signals (
Figure 112006053225669-pat00032
Input voltage selection means for selecting and applying to the integrating means continuously; The integrating means for generating and charging and discharging a differential output current according to the voltage difference (VH-VL) of the inverted signal of the transconductance control voltage (Vc) and the differential DC input voltage received from the input voltage selecting means; And comparing and determining the two integrated voltages charged and discharged by the integrating means to determine an input voltage selection control signal (
Figure 112006053225669-pat00033
) Is characterized in that it comprises a control signal discrimination / output means for outputting the input voltage selection means and an external device.

또한, 본 발명의 시스템은, 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템에 있어서, 캐스코드(Cascode) 구조로 연결된 두 개의 수동 저항과 한 개의 트랜스컨덕터를 구비하여 외부로부터 입력받은 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 따라 가변되는 두 개의 차동 DC(direct current) 입력 전압(VH, VL)을 생성한 후 상기 생성한 두 개의 차동 DC(direct current) 입력 전압(VH, VL)에 따라 발진 주파수를 가변시켜 발진을 일으키기 위한 전압 제어 발진수단; 상기 전압 제어 발진수단으로부터 전달받은 발진 주파수 신호와 외부로부터의 기준 클럭(Reference clock)을 비교하여 그 차이에 해당하는 펄스 신호를 출력하기 위한 위상 및 주파수 검출수단; 상기 위상 및 주파수 검출수단으로부터 출력되는 펄스폭에 비례하는 전류를 펄스 부호에 따라 충방전하기 위한 전하 펌핑 수단; 및 상기 전하 펌핑 수단으로부터 출력되는 신호의 잡음을 제거하고 상기 전압 제어 발진수단의 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)을 생성하여 가변하기 위한 필터링수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the system of the present invention, in a tuning system using a voltage controlled oscillator, is provided with two passive resistors and one transconductor connected in a cascode structure to receive a transconductance control voltage Vc input from the outside. After generating two differential DC (direct current) input voltage (VH, VL) variable according to the oscillation frequency by varying the oscillation frequency according to the two differential DC (direct current) input voltage (VH, VL) generated Voltage controlled oscillation means for generating; Phase and frequency detection means for comparing the oscillation frequency signal received from the voltage controlled oscillation means with a reference clock from the outside and outputting a pulse signal corresponding to the difference; Charge pumping means for charging and discharging a current proportional to a pulse width output from said phase and frequency detecting means according to a pulse code; And filtering means for removing noise of a signal output from the charge pumping means and generating and varying a transconductance control voltage Vc of the voltage controlled oscillation means.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명 을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치는, 입력전압 생성부, 입력전압 선택부, 시정수부, 제어신호 판별/출력부로 구성되어 있으며, 발진 장치를 구성하기 위해 단지 두 개의 트랜스컨덕터(Operational transconductance amplifier)만을 사용한다.The voltage controlled oscillation device according to the present invention comprises an input voltage generator, an input voltage selector, a time constant part, and a control signal discrimination / output part, and only two transconductors (Operational transconductance amplifiers) are used to configure the oscillation device. use.

또한, 본 발명의 튜닝 시스템은 본 발명에서 제안하는 전압 제어 발진 장치와 위상동기루프를 이용하여 빠른 시간안에 안정된 주파수가 될 때까지 걸리는 시간인 록킹 타임(Locking time)을 단축하여 튜닝 과정을 처리한다.In addition, the tuning system of the present invention uses a voltage controlled oscillation device and a phase locked loop proposed by the present invention to process a tuning process by shortening a locking time, which is a time required to reach a stable frequency in a short time. .

도 3a 는 본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치의 일실시예 회로도이다.3A is a circuit diagram of an embodiment of a voltage controlled oscillation apparatus according to the present invention.

도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치는, 외부로부터 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)을 입력받아 상기 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 따라 가변되는 두 개의 차동 DC 입력 전압(VH, VL)을 생성하기 위한 입력전압 생성부(31), 상기 입력전압 생성부(31)에서 생성한 차동 DC 입력 전압(VH, VL)을 제어신호 판별/출력부(34)로부터의 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112006053225669-pat00012
)에 따라 선택하여 시정수부(33)에 지속적으로 교차하여 인가하기 위한 입력전압 선택부(32), 상기 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)의 반전 신호와 상기 입력전압 선택부(32)로부터 전달받은 차동 DC 입력 전압(VH, VL)의 전압차(VH-VL)에 따라 차동 출력 전류를 발생시켜 두 개의 커패시터(309, 310)에 충방전하기 위한 시정수부(33), 및 상기 시정수부(33)로부터 전달받은 두 개의 적분 전압(커패시터에 충방전된 전압)을 비교·판단하여 입력전압 선택 제어신호(
Figure 112006053225669-pat00013
)를 상기 입력전압 선택부(32)와 외부기기(위상 및 주파수 검출기)로 출력하기 위한 제어신호 판별/출력부(34)를 포함한다.As shown in FIG. 3A, the voltage controlled oscillation device according to the present invention receives two transconductance control voltages Vc from the outside and varies two differential DC input voltages VH varying according to the transconductance control voltage Vc. , Input voltage generator 31 for generating VL, and differential DC input voltages VH and VL generated by the input voltage generator 31 are selected from the control signal discrimination / output unit 34. Control signal (
Figure 112006053225669-pat00012
The differential voltage received from the input voltage selector 32, the inverted signal of the transconductance control voltage Vc, and the input voltage selector 32 to continuously apply to the time constant 33, The time constant part 33 for charging and discharging two capacitors 309 and 310 by generating a differential output current according to the voltage difference VH -VL of the DC input voltages VH and VL, and the time constant part 33 Compare and determine the two integrated voltages (voltage charged and discharged in the capacitor) received from the input voltage selection control signal (
Figure 112006053225669-pat00013
) Is input to the input voltage selector 32 and a control signal discrimination / output unit 34 for outputting to an external device (phase and frequency detector).

한편, 입력전압 생성부(31)는 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 따라 능동 저항값이 가변되는 제 1 트랜스컨덕터(303), 상기 제 1 트랜스컨덕터(303)와 전원 전압(Vdd) 사이에 위치하여 차동 DC 입력 전압이 생성되도록 하기 위한 제 1 저항(R1)(301), 및 상기 제 1 트랜스컨덕터(303)와 접지(GND) 사이에 위치하여 차동 DC 입력 전압이 생성되도록 하기 위한 제 2 저항(R2)(302)를 포함한다.Meanwhile, the input voltage generator 31 is positioned between the first transconductor 303 and the first transconductor 303 and the power supply voltage Vdd whose active resistance is varied according to the transconductance control voltage Vc. First resistor (R1) 301 to generate a differential DC input voltage, and a second resistor located between the first transconductor 303 and ground (GND) to generate a differential DC input voltage. (R2) 302.

여기서, 입력전압 생성부(31)는 전원 전압(Vdd)과 접지(GND) 사이에 두 개의 수동 저항(301, 302)과 제 1 트랜스컨덕터(303)가 캐스코드(cascode) 구조로 연결된 것을 특징으로 한다.Here, the input voltage generator 31 has two passive resistors 301 and 302 and a first transconductor 303 connected between a power supply voltage Vdd and a ground GND in a cascode structure. It is done.

한편, 입력전압 선택부(32)는 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112004059478944-pat00014
)에 의해 제어되는 제 1 내지 제 4 스위치(304 내지 307)를 포함한다.On the other hand, the input voltage selector 32 is an input voltage selection control signal (
Figure 112004059478944-pat00014
Are controlled by the first to fourth switches 304 to 307.

여기서, 제 1 스위치(304)의 일측으로는 입력 전압 VH가 인가되고, 타측으로는 제 2 스위치(205) 및 제 2 트랜스컨덕터(308)의 일 입력단자와 접속되며, 제 2 스위치(305)의 일측으로는 입력 전압 VL이 인가되고 타측으로는 제 1 스위치(304) 및 제 2 트랜스컨덕터(308)의 일 입력단자와 접속된다.Here, an input voltage VH is applied to one side of the first switch 304, and is connected to one input terminal of the second switch 205 and the second transconductor 308 on the other side of the first switch 304, and the second switch 305 is connected to the second switch 305. An input voltage VL is applied to one side of the input terminal, and is connected to one input terminal of the first switch 304 and the second transconductor 308 on the other side.

한편, 제 3 스위치(306)의 일측으로는 입력 전압 VH가 인가되고 타측으로는 제 4 스위치(307) 및 제 2 트랜스컨덕터(308)의 타 입력단자와 접속되며, 제 4 스 위치(307)의 일측으로는 입력 전압 VL이 인가되고 타측으로는 제 3 스위치(306) 및 제 2 트랜스컨덕터(308)의 타 입력단자와 접속된다.On the other hand, the input voltage VH is applied to one side of the third switch 306 and the other input terminal of the fourth switch 307 and the second transconductor 308 to the other side, and the fourth switch 307 An input voltage VL is applied to one side of the input terminal, and the other input terminal of the third switch 306 and the second transconductor 308 is connected to the other side.

즉, 입력전압 선택부(32)는 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112004059478944-pat00015
)에 따라 제 1 내지 제 4 스위치(304 내지 307)를 제어함으로써, 제 2 트랜스컨덕터(308)에 차동 DC 입력 전압 VH 및 VL을 교차하여 인가한다.That is, the input voltage selector 32 may input the input voltage selection control signal (
Figure 112004059478944-pat00015
By controlling the first to fourth switches 304 to 307, the differential DC input voltages VH and VL are applied alternately to the second transconductor 308.

한편, 시정수부(33)는 제 2 트랜스컨덕터(308), 제 1 커패시터(309), 및 제 2 커패시터(310)를 포함한다.Meanwhile, the time constant part 33 includes a second transconductor 308, a first capacitor 309, and a second capacitor 310.

제 2 트랜스컨덕터(308)는 트랜스컨던턱스 제어전압(Vc)의 반전 신호(트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)이 반전기(315)에 의해 리니어(linear)하게 반전된다.)와 차동 DC 입력 전압의 전압차(VH-VL)에 따라 차동 전류를 출력하는 전류원 역할을 한다. 그런데, 출력 저항이 매우 큰 이상적인 전류원 동작을 하는 제 2 트랜스컨덕터(308)와 커패시터(309, 310)를 연결하면 C/gm의 시정수를 가지는 적분기가 된다.The second transconductor 308 has an inversion signal of the transconductance control voltage Vc (the transconductance control voltage Vc is linearly inverted by the inverter 315) and the differential DC input voltage. It acts as a current source to output the differential current according to the voltage difference (VH-VL). However, when the second transconductor 308 and the capacitors 309 and 310 which operate an ideal current source having a very large output resistance are connected to each other, an integrator having a time constant of C / gm is obtained.

한편, 제어신호 판별/출력부(34)는 비교기(Comparator)(311), 제 1 버퍼(312), 인버터(313) 및 제 2 버퍼(314)를 포함한다.The control signal discrimination / output unit 34 includes a comparator 311, a first buffer 312, an inverter 313, and a second buffer 314.

비교기(311)는 시정수부(33)에서 충방전되어 출력되는 차동 출력 전압 중 어느쪽 노드의 적분 전압이 큰지를 판단하고, 판단한 결과에 따라 제 1 버퍼(312), 인버터(313) 및 제 2 버퍼(314)를 통하여 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112004059478944-pat00016
)를 입력전압 선택부(32)로 출력한다.The comparator 311 determines which of the differential voltages of the differential output voltages charged and discharged by the time constant part 33 is large, and according to the determined result, the first buffer 312, the inverter 313, and the second The input voltage selection control signal through the buffer 314 (
Figure 112004059478944-pat00016
) Is output to the input voltage selector 32.

여기서, 입력전압 선택 제어신호(

Figure 112004059478944-pat00017
)는 전압 제어 발진 장치의 출력 신호이며, 반복하여 교차하는 정도에 따른 주파수를 가진다.Here, the input voltage selection control signal (
Figure 112004059478944-pat00017
) Is the output signal of the voltage controlled oscillation device, and has a frequency according to the degree of crossing repeatedly.

한편, 제 1 저항(301), 제 1 트랜스컨덕터(303), 및 제 2 저항(302)이 캐스코드(cascode) 구조로 연결된 입력전압 생성부(31)는 각각의 저항값(R1, R2, 1/gm)에 따라서 공통전압(Common Voltage)(예 : Vdd/2)을 기준으로 한 차동 DC 입력 전압(VH, VL)을 생성한다. 여기서, VH 전압은 VL의 전압보다 큰 값이다.Meanwhile, the input voltage generator 31 in which the first resistor 301, the first transconductor 303, and the second resistor 302 are connected in a cascode structure has a resistance value R1, R2, 1 / gm) to generate differential DC input voltages (VH, VL) based on a common voltage (eg Vdd / 2). Here, the voltage VH is greater than the voltage of VL.

본 발명에서, 차동 DC 입력 전압 VH 및 VL을 내부에서 생성하므로 얻어지는 효과는 크게 두가지이다. 첫째 외부 패키지로 출력되는 핀의 개수를 절약할 수 있다는 점이다. 집적화된 칩에서 핀수의 절약은 절대적으로 중요하기 때문이다. 또한, 둘째 차동 DC 입력 전압 VH 및 VL의 전압값이 가변 가능하므로 튜닝 회로(튜닝 시스템)의 동기 시간 가속이 가능하다는 장점이 있다.In the present invention, the effects obtained by generating the differential DC input voltages VH and VL internally are largely two. The first is that it saves the number of pins output to the external package. This is because the saving of the pin count in the integrated chip is absolutely important. In addition, since the voltage values of the second differential DC input voltages VH and VL are variable, there is an advantage that the synchronization time of the tuning circuit (tuning system) can be accelerated.

이하, 본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치의 동작에 대하여 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the voltage controlled oscillation apparatus according to the present invention will be described.

먼저 집적화된 두 수동 저항(제 1 및 제 2 저항)과 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 의하여 가변되는 능동 저항(트랜스컨덕터의 저항값, 1/gm)에 의한 입력 전압 VH 및 VL은 하기 [수학식 1]과 같다. 여기서, 제 1 트랜스컨덕터(303)는 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)과 반비례 관계의 능동 저항값(1/gm)을 가진다.First, the input voltages VH and VL by two passive resistors (first and second resistors) integrated and an active resistor (resistance value of the transconductor, 1 / gm), which are varied by the transconductance control voltage Vc, Equation 1]. Here, the first transconductor 303 has an active resistance value (1 / gm) which is inversely related to the transconductance control voltage Vc.

Figure 112004059478944-pat00018
Figure 112004059478944-pat00018

상기 [수학식 1]과 같이 생성된 입력 전압 VH 및 VL은 제 1 트랜스컨덕터(303)의 공통전압(Common Voltage)(예 : Vdd/2)을 기준으로 서로 차동 DC 전압값(공통전압을 기준으로 대칭되는 전압값)이다.The input voltages VH and VL generated as shown in [Equation 1] are differential DC voltage values (common voltage reference) based on a common voltage (eg, Vdd / 2) of the first transconductor 303. Voltage values symmetrical to.

한편, 튜닝과정 초기의 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)은 0V부터 시작하기 때문에, 제 1 트랜스컨덕터(303)의 트랜스컨덕턴스(gm) 값은 아주 작은 값이 될 것이다. 그에 따라, 제 1 트랜스컨덕터(303)의 저항값(1/gm)이 상대적으로 커지기 때문에 VH 및 VL 전압은 최대의 차동 DC 전압차를 가지게 된다(이 때, 제 2 트랜스컨덕터(308)의 비선형 구간에 위치하게 될 것이다). 차동 DC 입력 전압(VH, VL)의 차동 DC 전압차(VH-VL)는 하기 [수학식 2]와 같다. On the other hand, since the transconductance control voltage Vc at the beginning of the tuning process starts from 0V, the transconductance gm of the first transconductor 303 will be very small. Accordingly, since the resistance value (1 / gm) of the first transconductor 303 becomes relatively large, the VH and VL voltages have a maximum differential DC voltage difference (at this time, the nonlinearity of the second transconductor 308 Will be in the zone). The differential DC voltage difference VH-VL of the differential DC input voltages VH and VL is expressed by Equation 2 below.

Figure 112004059478944-pat00019
Figure 112004059478944-pat00019

상기 [수학식 2]와 같은 차동 DC 전압차는 입력전압 선택부(32)를 통해 시정수부(33)의 제 2 트랜스컨덕터(308)로 입력된다. 이 때, 제 2 트랜스컨덕터(308)는 상기 차동 DC 전압차에 따라 전류값을 조절하여 제 1 내지 제 2 커패시터(309, 310)에 전하를 충전하게 된다. 전압차가 클수록 전류량이 커지고 커패시터(309, 310)에 전하 충전 시간이 짧아지게 되어, 제어신호 판별/출력부(34)의 비교기(311)까지로의 신호 전달 지연 시간이 짧아지게 된다.The differential DC voltage difference as shown in Equation 2 is input to the second transconductor 308 of the time constant 33 through the input voltage selector 32. At this time, the second transconductor 308 adjusts the current value according to the differential DC voltage difference to charge the first to second capacitors 309 and 310. The larger the voltage difference, the greater the amount of current and the shorter the charge charging time of the capacitors 309 and 310, and the shorter the signal propagation delay time to the comparator 311 of the control signal discrimination / output unit 34.

따라서, 본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치는 종래의 단순히 고정된 입력 전압과 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 의존하는 것보다 지연 시간이 짧아져서 최대의 클럭 주파수를 생성할 수 있다.Accordingly, the voltage controlled oscillation apparatus according to the present invention can generate the maximum clock frequency by shortening the delay time than relying on the conventional simply fixed input voltage and transconductance control voltage Vc.

도 3b 는 본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템의 일실시예 구성도이다.3B is a configuration diagram of an embodiment of a tuning system using a voltage controlled oscillation device according to the present invention.

도 3b 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템은, 상기 전술한 바와 같이, 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 따라 가변되는 두 개의 차동 DC 입력 전압(VH, VL)을 생성한 후에 상기 생성한 두 개의 차동 DC 입력 전압(VH, VL)에 따라 발진 주파수를 가변시켜 발진을 일으키기 위한 전압 제어 발진 장치(35), 상기 전압 제어 발진 장치(35)로부터 전달받은 발진 주파수 신호와 기준 클럭(Reference clock)을 비교하여 그 차이에 해당하는 펄스 신호를 출력하기 위한 위상 및 주파수 검출기(PFD)(36), 상기 위상 및 주파수 검출기(36)로부터 출력되는 펄스폭에 비례하는 전류를 펄스 부호에 따라 충방전하기 위한 차지 펌프(37), 및 상기 차지 펌프(37)로부터 출력되는 신호의 잡음을 제거하고 커패시터를 이용하여 축방전된 전하량 변화를 통해 상기 전압 제어 발진 장치(35)의 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)을 생성하여 가변하기 위한 필터(LPF)(38)를 포함한다.As shown in FIG. 3B, the tuning system using the voltage controlled oscillation apparatus according to the present invention includes two differential DC input voltages VH and VL which vary according to the transconductance control voltage Vc as described above. After generating the oscillation frequency by varying the oscillation frequency according to the generated two differential DC input voltage (VH, VL) 35, the oscillation frequency received from the voltage controlled oscillation device 35 Phase and frequency detector (PFD) 36 for comparing a signal and a reference clock and outputting a pulse signal corresponding to the difference, and a current proportional to the pulse width output from the phase and frequency detector 36. The charge pump 37 for charging and discharging according to the pulse code, and by removing the noise of the signal output from the charge pump 37 and through the change in the amount of charge discharged using a capacitor And a filter (LPF) 38 for generating and varying the transconductance control voltage Vc of the voltage controlled oscillation device 35.

전압 제어 발진 장치(35)로부터의 발진 주파수 신호는 위상동기루프시스템(PLL)의 위상 및 주파수 검출기(PFD)(36)를 통해 외부 기준 클럭(Reference clock)과 비교 동작을 시작하게 된다. 초기에 전압 제어 발진 장치(35)에서 최대 클럭 주파수를 만들기 때문에 위상 및 주파수 검출기(36)는 많은 비교 신호를 발생하게 될 것이다. 그에 따라 전압 제어 발진 장치(35)는 위상동기루프시스템(PLL)을 통해 외부의 기준 주파수로 빠르게 주파수 천이하도록 만들 것이다.The oscillation frequency signal from the voltage controlled oscillation device 35 starts a comparison operation with an external reference clock through the phase and frequency detector (PFD) 36 of the phase locked loop system PLL. The phase and frequency detector 36 will generate many comparison signals since initially creating the maximum clock frequency in the voltage controlled oscillator 35. The voltage controlled oscillator 35 will thus make the frequency shift quickly to an external reference frequency via the phase locked loop system PLL.

본 발명의 전압 제어 발진 장치(35)는 종래의 전압 제어 발진 장치와 달리 초기에 최대로 가변되는 차동 입력 DC 전압차와 큰값의 시정수부의 트랜스컨덕턴스(gm)를 통해 빠른 주파수 동기를 가능하게 한다.Unlike the conventional voltage controlled oscillation apparatus, the voltage controlled oscillation apparatus 35 of the present invention enables fast frequency synchronization through a differential input DC voltage difference that is initially variable maximum and a transconductance gm of a large time constant portion. .

또한, 초기의 차동 DC 입력 전압 VH 및 VL은 제 2 트랜스컨덕터(308)의 선형구간의 입력값이 아니어도 발진에는 문제가 없으며 전압차가 클수록 더 빠른 주파수 동기를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치(35)는 동작 주파수 범위가 아주 넓게 확장될 수 있다.In addition, even if the initial differential DC input voltages VH and VL are not input values of the linear section of the second transconductor 308, there is no problem in oscillation, and the higher the voltage difference, the faster frequency synchronization can be obtained. Thus, the voltage controlled oscillation device 35 according to the present invention can be extended to a very wide operating frequency range.

또한, 전압 제어 발진 장치(35)의 최종 생성 주파수는 입력전압 생성부(31)의 차동 DC 입력 전압과 시정수부(33)의 트랜스컨덕턴스값(gm) 모두에 의하여 가변이 가속되므로 이 때도 빠른 위상 동기를 얻을 수 있다. 따라서, 전체적으로 트랜스컨덕턴스를 고속으로 제어할 수 있는 튜닝 시스템의 설계가 가능하다.In addition, since the final generation frequency of the voltage controlled oscillation device 35 is accelerated by both the differential DC input voltage of the input voltage generator 31 and the transconductance value gm of the time constant 33, the phase is also fast. Motivation can be obtained. Therefore, it is possible to design a tuning system capable of controlling the transconductance at high speed as a whole.

즉, 상기 전압 제어 발진 장치(35)에서 최초로 생성하는 두 개의 차동 DC 입력 전압은, 시정수부의 트랜스컨덕터의 선형 입력 범위 밖에 있다가, 튜닝 과정을 거쳐 주파수의 동기가 이루어진 후에는 시정수부의 트랜스컨덕터의 선형 입력 범위 안에 있게 되는 것을 특징으로 한다.That is, the two differential DC input voltages first generated by the voltage controlled oscillator 35 are outside the linear input range of the transconductor of the time constant part, and after the synchronization of the frequency is performed through the tuning process, It is characterized by being within the linear input range of the conductor.

도 4 는 본 발명에 따른 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템에서의 튜닝 과정을 나타내는 그래프이다.4 is a graph illustrating a tuning process in a tuning system using a voltage controlled oscillator according to the present invention.

도 4 에 도시된 그래프는 튜닝 시스템에서 안정된 주파수가 될 때까지 과정을 보여준다. 한편, 이 그래프로 록킹 타임(locking time)을 알 수도 있다.The graph shown in FIG. 4 shows the process until a stable frequency is achieved in the tuning system. On the other hand, the locking time can be known from this graph.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.

상기와 같은 본 발명은, 종래의 전압 제어 발진 장치와 달리 발진을 일으키기 위하여 고정된 차동 입력 전압을 인가하지 않고 두 개의 수동 저항과 능동 저항(제 1 트랜스컨덕터로 구현)으로 구성된 입력전압 생성수단을 통해 트랜스컨덕턴스 제어신호(Vc)에 따라 가변 가능한 차동 DC(direct current) 입력 전압을 생성하고 이를 제 2 트랜스컨덕터로 인가되도록 함으로써, 설계 환경 변화에 대한 영향을 최소화하고 트랜스컨덕턴스(gm)를 고속으로 제어할 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above, unlike the conventional voltage controlled oscillation device to generate an oscillation input voltage generating means composed of two passive resistors and active resistors (implemented by the first transconductor) without applying a fixed differential input voltage By generating a differential direct current (DC) input voltage that is variable according to the transconductance control signal (Vc) and applying it to the second transconductor, the effect of design environment changes and the transconductance (gm) at high speed are minimized. There is a controllable effect.

또한, 본 발명은, 외부 환경인자에 대하여 발진특성 변화가 작고 동작 주파수 범위가 넓으며, 고속으로 트랜스컨덕턴스(gm)를 안정화시켜 록킹 타임(Locking Time)을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has a small oscillation characteristic change with respect to the external environmental factors, wide operating frequency range, it is possible to reduce the locking time (Locking Time) by stabilizing the transconductance (gm) at high speed.

Claims (9)

전압 제어 발진 장치에 있어서,In the voltage controlled oscillator, 캐스코드(Cascode) 구조로 연결된 두 개의 수동 저항과 한 개의 트랜스컨덕터를 구비하여 외부로부터 입력받은 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 따라 가변되는 두 개의 차동 DC(direct current) 입력 전압(VH, VL)을 생성하기 위한 입력전압 생성수단;Two differential direct current input voltages (VH, VL) varying according to a transconductance control voltage (Vc) input from the outside, with two passive resistors and one transconductor connected in a cascode structure Input voltage generating means for generating a power supply; 상기 입력전압 생성수단에서 생성한 차동 DC 입력 전압(VH, VL)을 입력전압 선택 제어신호(
Figure 112006053225669-pat00020
)에 따라 선택하여 적분수단에 지속적으로 교차하여 인가하기 위한 입력전압 선택수단;The differential DC input voltages VH and VL generated by the input voltage generation means are used as input voltage selection control signals (
Figure 112006053225669-pat00020
Input voltage selection means for selecting and applying to the integrating means continuously; 상기 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)의 반전 신호와 상기 입력전압 선택수단으로부터 전달받은 차동 DC 입력 전압의 전압차(VH-VL)에 따라 차동 출력 전류를 발생시켜 충방전하기 위한 상기 적분수단; 및The integrating means for generating and charging and discharging a differential output current according to the voltage difference (VH-VL) of the inverted signal of the transconductance control voltage (Vc) and the differential DC input voltage received from the input voltage selecting means; And 상기 적분수단에서 충방전한 두 개의 적분 전압을 비교·판단하여 입력전압 선택 제어신호(
Figure 112006053225669-pat00021
)를 상기 입력전압 선택수단과 외부기기로 출력하기 위한 제어신호 판별/출력수단The input voltage selection control signal is compared and determined by comparing and determining two integrated voltages charged and discharged by the integrating means.
Figure 112006053225669-pat00021
) Is a control signal discrimination / output means for outputting the input voltage selection means and an external device. 을 포함하는 전압 제어 발진 장치.Voltage controlled oscillation device comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 입력전압 생성수단은,The input voltage generating means, 상기 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 따라 능동 저항값이 가변되는 상기 트랜스컨덕터;The transconductor whose active resistance varies according to the transconductance control voltage Vc; 상기 트랜스컨덕터와 전원 전압(Vdd) 사이에 위치하여 차동 DC 입력 전압이 생성되도록 하기 위한 제 1 저항; 및A first resistor positioned between the transconductor and a power supply voltage (Vdd) to generate a differential DC input voltage; And 상기 트랜스컨덕터와 접지(GND) 사이에 위치하여 차동 DC 입력 전압이 생성되도록 하기 위한 제 2 저항A second resistor positioned between the transconductor and ground (GND) to generate a differential DC input voltage 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진 장치.Voltage controlled oscillation device comprising a. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 트랜스컨덕터는,The transconductor, 상기 제 1 저항과 상기 제 2 저항 사이에 능동 저항이 구현되도록 연결된 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진 장치.And the active resistor is connected between the first resistor and the second resistor. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 트랜스컨덕터는,The transconductor, 상기 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)과 선형적인 비례 관계의 트랜스컨덕턴스(gm)를 가지며,Has a transconductance gm in a linear proportional relationship with the transconductance control voltage Vc, 상기 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)과 역비례 관계의 능동 저항값(1/gm)을 가지는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진 장치.And an active resistance value (1 / gm) in inverse proportion to the transconductance control voltage (Vc). 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 입력전압 생성수단에서 생성하는 두 개의 차동 DC 입력 전압은,The two differential DC input voltages generated by the input voltage generation means, 상기 트랜스컨덕터의 공통전압(Common Voltage)을 기준으로 대칭되는 전압값인 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진 장치.And a voltage value symmetrical with respect to a common voltage of the transconductor. 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템에 있어서,In a tuning system using a voltage controlled oscillator, 캐스코드(Cascode) 구조로 연결된 두 개의 수동 저항과 한 개의 트랜스컨덕터를 구비하여 외부로부터 입력받은 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 따라 가변되는 두 개의 차동 DC(direct current) 입력 전압(VH, VL)을 생성한 후 상기 생성한 두 개의 차동 DC(direct current) 입력 전압(VH, VL)에 따라 발진 주파수를 가변시켜 발진을 일으키기 위한 전압 제어 발진수단;Two differential direct current input voltages (VH, VL) varying according to a transconductance control voltage (Vc) input from the outside, with two passive resistors and one transconductor connected in a cascode structure A voltage controlled oscillation means for generating an oscillation by varying an oscillation frequency according to the two differential DC input voltages VH and VL generated after the generation; 상기 전압 제어 발진수단으로부터 전달받은 발진 주파수 신호와 외부로부터의 기준 클럭(Reference clock)을 비교하여 그 차이에 해당하는 펄스 신호를 출력하기 위한 위상 및 주파수 검출수단;Phase and frequency detection means for comparing the oscillation frequency signal received from the voltage controlled oscillation means with a reference clock from the outside and outputting a pulse signal corresponding to the difference; 상기 위상 및 주파수 검출수단으로부터 출력되는 펄스폭에 비례하는 전류를 펄스 부호에 따라 충방전하기 위한 전하 펌핑 수단; 및Charge pumping means for charging and discharging a current proportional to a pulse width output from said phase and frequency detecting means according to a pulse code; And 상기 전하 펌핑 수단으로부터 출력되는 신호의 잡음을 제거하고 상기 전압 제어 발진수단의 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)을 생성하여 가변하기 위한 필터링수단Filtering means for removing noise of the signal output from the charge pumping means and generating and varying the transconductance control voltage Vc of the voltage controlled oscillation means. 을 포함하는 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템.Tuning system using a voltage controlled oscillation device comprising a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전압 제어 발진 수단은,The voltage controlled oscillation means, 캐스코드(Cascode) 구조로 연결되어 있는, 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 따라 능동 저항값이 가변되는 트랜스컨덕터, 상기 트랜스컨덕터와 전원 전압(Vdd) 사이에 위치하여 차동 DC 입력 전압이 생성되도록 하기 위한 제 1 저항, 및 상기 트랜스컨덕터와 접지(GND) 사이에 위치하여 차동 DC 입력 전압이 생성되도록 하기 위한 제 2 저항을 구비하여, 상기 필터링수단으로부터 입력받은 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)에 따라 가변되는 두 개의 차동 DC 입력 전압(VH, VL)을 생성하기 위한 입력전압 생성수단;Transducers whose active resistance varies according to the transconductance control voltage Vc, which is connected in a cascode structure, and positioned between the transconductor and the power supply voltage Vdd to generate differential DC input voltages. A first resistor, and a second resistor positioned between the transconductor and ground (GND) to generate a differential DC input voltage, and variable according to a transconductance control voltage Vc received from the filtering means. Input voltage generating means for generating two differential DC input voltages VH and VL; 상기 입력전압 생성수단에서 생성한 차동 DC 입력 전압(VH, VL)을 입력전압 선택 제어신호(
Figure 112006053225669-pat00022
)에 따라 선택하여 적분수단에 지속적으로 교차하여 인가하기 위한 입력전압 선택수단;The differential DC input voltages VH and VL generated by the input voltage generation means are used as input voltage selection control signals (
Figure 112006053225669-pat00022
Input voltage selection means for selecting and applying to the integrating means continuously; 상기 트랜스컨덕턴스 제어전압(Vc)의 반전 신호와 상기 입력전압 선택수단으로부터 전달받은 차동 DC 입력 전압의 전압차(VH-VL)에 따라 차동 출력 전류를 발생시켜 충방전하기 위한 상기 적분수단; 및The integrating means for generating and charging and discharging a differential output current according to the voltage difference (VH-VL) of the inverted signal of the transconductance control voltage (Vc) and the differential DC input voltage received from the input voltage selecting means; And 상기 적분수단에서 충방전한 두 개의 적분 전압을 비교·판단하여 입력전압 선택 제어신호(
Figure 112006053225669-pat00023
)를 상기 입력전압 선택수단과 상기 위상 및 주파수 검출수단으로 출력하기 위한 제어신호 판별/출력수단The input voltage selection control signal is compared and determined by comparing and determining two integrated voltages charged and discharged by the integrating means.
Figure 112006053225669-pat00023
Control signal discrimination / output means for outputting?) To the input voltage selection means and the phase and frequency detection means. 을 포함하는 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템.Tuning system using a voltage controlled oscillation device comprising a. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 전압 제어 발진수단에서 최초 생성하는 두 개의 차동 DC 입력 전압은,The two differential DC input voltages initially generated by the voltage controlled oscillation means are 상기 적분수단 내부 트랜스컨덕터의 선형 입력 범위 밖에 있는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템.A tuning system using a voltage controlled oscillator, characterized in that it is outside the linear input range of the transconductor inside the integrating means. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 전압 제어 발진수단에서 생성하는 두 개의 차동 DC 입력 전압은,The two differential DC input voltages generated by the voltage controlled oscillation means are 주파수의 동기가 이루어진 후에는 상기 적분수단 내부 상기 트랜스컨덕터의 선형 입력 범위 안에 있는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진 장치를 이용한 튜닝 시스템.And after the frequency is synchronized, in the linear input range of the transconductor inside the integrating means.
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