KR100658354B1 - Apparatus for automatic frequency estimation - Google Patents
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Abstract
Description
도1 은 본 발명에 의한 자동 주파수 검출 장치의 일 실시예를 도시한 것이다.1 shows an embodiment of an automatic frequency detection apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 더욱 구체화한 자동 주파수 검출 장치를 도시한 것이다.Figure 2 shows an automatic frequency detection device further embodies an embodiment of the present invention.
도 3(a)는 일반적인 RC 고역통과 필터의 구성을 도시한 것이다.Figure 3 (a) shows the configuration of a typical RC high pass filter.
도 3(b)에 도 3(a)의 일반적인 RC 고역통과 필터의 파형을 도시한 것이다.Figure 3 (b) shows the waveform of the typical RC high pass filter of Figure 3 (a).
도 3(c)는 도 3(a)의 일반적인 RC 고역통과 필터의 출력과 소정의 기준전압을 입력으로 한 비교기에서의 출력파형을 도시한 것이다. FIG. 3 (c) shows an output waveform of a comparator in which the output of the general RC high pass filter of FIG. 3 (a) and a predetermined reference voltage are input.
도 4(a)는 본 발명에 의한 가변 고역통과 필터를 도시한 것이다.Figure 4 (a) shows a variable high pass filter according to the present invention.
도 4(b)는 제어기의 제어신호와 리셋제어신호에 대한 도 4(a)의 가변 고역통과 필터의 출력파형을 도시한 것이다.Figure 4 (b) shows the output waveform of the variable high pass filter of Figure 4 (a) for the control signal and the reset control signal of the controller.
도 5는 본 발명에 의한 가변 고역통과 필터에서의 가변저항을 도시한 것이다.5 shows a variable resistor in a variable high pass filter according to the present invention.
도 6(a)는 본 발명의 위상 검출기에서 기준신호(REF)의 위상이 입력신호(IN)의 위상보다 빠른 경우의 파형을 도시한 것이다.FIG. 6A illustrates waveforms when the phase of the reference signal REF is faster than the phase of the input signal IN in the phase detector of the present invention.
도 6(b)는 본 발명의 위상 검출기에서 기준신호(REF)의 위상이 입력신호 (IN)의 위상보다 늦는 경우의 파형을 도시한 것이다. FIG. 6 (b) shows waveforms when the phase of the reference signal REF is later than the phase of the input signal IN in the phase detector of the present invention.
도 6(c)는 본 발명의 위상 검출기에서 기준신호(REF)의 위상과 입력신호(IN)의 위상이 같은 경우의 파형을 도시한 것이다.FIG. 6C shows waveforms when the phase of the reference signal REF and the phase of the input signal IN are the same in the phase detector of the present invention.
도 7(a)는 본 발명에서 가변 고역통과 필터의 입력신호의 반주기보다 가변 고역통과 필터의 시상수 값이 작은 경우의 가변 고역통과 필터의 입력신호부터 위상비교기의 출력신호까지의 파형을 도시한 것이다.FIG. 7 (a) shows waveforms from the input signal of the variable high pass filter to the output signal of the phase comparator when the time constant value of the variable high pass filter is smaller than the half period of the input signal of the variable high pass filter in the present invention. .
도 7(b)는 본 발명에서 가변 고역통과 필터의 입력신호의 반주기보다 가변 고역통과 필터의 시상수 값이 큰 경우의 가변 고역통과 필터의 입력신호부터 위상비교기의 출력신호까지의 파형을 도시한 것이다.Figure 7 (b) shows the waveform from the input signal of the variable high pass filter to the output signal of the phase comparator when the time constant value of the variable high pass filter is greater than the half period of the input signal of the variable high pass filter in the present invention .
도 8은 도 2에서의 본 발명에 의한 자동 주파수 검출 장치의 일부를 상세히 도시한 것이다.FIG. 8 illustrates a part of the automatic frequency detection device according to the present invention in FIG. 2 in detail.
도 9는 제어기에서의 제어신호에 따른 주파수신호의 출력관계를 결정하는 순서도를 도시한 것이다.9 is a flowchart illustrating determining an output relationship of a frequency signal according to a control signal in a controller.
과거 전자 시스템에서는 아날로그 회로가 주종인데 비해, 최근에는 대부분의 시스템이 디지털 회로를 사용하고 있다. 이러한 디지털 전자 시스템은, 플립-플롭(flip-flop)과 같은 메모리 회로를 통해 시스템의 상태를 저장하고, 모든 동작이 대부분 클록 신호에 동기되어 이루어지는 클록 동기(clock synchronous) 시스템이 대부분이다. In the past, analog circuits were mainly used in electronic systems, but recently, most systems use digital circuits. Most of these digital electronic systems are clock synchronous systems that store the state of the system through memory circuits such as flip-flops, and all operations are mostly synchronized with a clock signal.
이러한, 클록 동기 시스템에서 클록 신호는 고정된 주파수를 갖기보다는 넓은 주파수 범위에서 시스템이 동작할 수 있도록 설계 후, 사용자가 동작 주파수 범위 내에서 주파수를 선택하여 사용하는 것이 일반적이다. In such a clock synchronization system, a clock signal is generally designed to allow a system to operate in a wide frequency range rather than having a fixed frequency, and then a user selects and uses a frequency within an operating frequency range.
그러나, 시스템은 동작 주파수 범위 중 어떤 특정한 주파수 범위에 최적화 되어 있어, 그 특정 범위를 벗어난 경우에는 성능(performance)이 떨어지게 된다.However, the system is optimized for any particular frequency range of the operating frequency range, resulting in poor performance.
일 예로, 위상 고정 루프(Phase Locked Loop; PLL)의 경우에 시스템 안정도에 영향을 끼치지 않도록 루프 대역폭(loop bandwidth)을 설정해야 한다. For example, in the case of a phase locked loop (PLL), a loop bandwidth should be set so as not to affect system stability.
일반적으로, PLL의 루프 대역폭은 입력 클록의 가장 낮은 주파수 영역에 맞게 설계되는데, 높은 주파수의 입력 클록이 인가되었을 경우에는 지터(jitter), 락킹 타임(locking time)등 성능이 저하되는 문제점이 있다.In general, the loop bandwidth of the PLL is designed for the lowest frequency region of the input clock. However, when a high frequency input clock is applied, there is a problem in that performance such as jitter and locking time is degraded.
본 발명에 의한 자동 주파수 검출기는 주파수에 따라 회로 동작을 적응적(adaptive)으로 제어하여 넓은 주파수 범위에 걸쳐 안정적이고 최적의 성능을 유지할 수 있도록 시스템 클록의 주파수 성분을 추출하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다. An automatic frequency detector according to the present invention provides an apparatus and method for extracting frequency components of a system clock to adaptively control circuit operation according to frequency to maintain stable and optimal performance over a wide frequency range. have.
본 발명에 의한 자동 주파수 검출 장치는 소정의 제어신호에 의해 가변의 시상수 값을 갖는 고역통과 필터, 상기 고역통과 필터의 출력신호와 소정의 기준신호를 비교하는 비교기, 상기 비교기의 출력신호와 상기 고역통과 필터의 입력신호와의 위상 차이를 검출하는 위상 검출기 및 상기 위상 검출기의 출력신호에 기초하여 상기 고역통과 필터의 시상수 값을 가변시키는 상기 제어신호를 출력하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 검출 장치이다.The automatic frequency detection device according to the present invention comprises a high pass filter having a variable time constant value by a predetermined control signal, a comparator for comparing the output signal of the high pass filter with a predetermined reference signal, the output signal of the comparator and the high band And a phase detector for detecting a phase difference from an input signal of the pass filter and a controller for outputting the control signal for varying the time constant value of the high pass filter based on the output signal of the phase detector. It is a detection device.
여기서, 상기 고역통과 필터는 상기 제어신호에 의해 제어되는 가변 저항과 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 검출 장치이다.Here, the high pass filter is an automatic frequency detection device, characterized in that it comprises a variable resistor and a capacitor controlled by the control signal.
여기서, 상기 가변 저항은 다수의 저항과 스위치를 포함하고, 상기 제어신호에 의해 각각의 스위치가 제어되는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 검출 장치이다.Herein, the variable resistor includes a plurality of resistors and switches, and each switch is controlled by the control signal.
여기서, 상기 위상 검출기에 입력되는 상기 고역통과 필터의 입력신호는 반전되는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 검출 장치이다.Here, the input signal of the high pass filter input to the phase detector is an automatic frequency detection device characterized in that the inverted.
여기서, 상기 위상 검출기와 상기 제어기의 사이에 핸드세이킹(Handshaking)회로가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 검출 장치이다.Here, the automatic frequency detection device further comprises a handshaking circuit between the phase detector and the controller.
여기서, 상기 핸드세이킹회로는 플립-플롭(flip-flop)으로 구현되는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 검출 장치이다.Here, the handshaking circuit is an automatic frequency detection device, characterized in that implemented by flip-flop (flip-flop).
여기서, 상기 고역통과 필터의 출력신호는 상기 제어기에 의해 소정의 주기에 따라 초기화되는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 검출 장치이다.Here, the output signal of the high pass filter is an automatic frequency detection device, characterized in that initialized by a predetermined period by the controller.
여기서, 상기 소정의 주기는 상기 고역통과 필터의 입력신호의 주파수의 반 주기인 것을 특징으로 하는 자동 주파수 검출 장치이다.Here, the predetermined period is an automatic frequency detection device, characterized in that the half period of the frequency of the input signal of the high pass filter.
여기서, 상기 고역통과 필터의 입력은 분주기를 경유하여 상기 고역 통과 필터로 입력되는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 검출 장치이다.Here, the input of the high pass filter is an automatic frequency detection device, characterized in that input to the high pass filter via a divider.
여기서, 상기 제어기는 위상 검출기의 출력신호에 기초하여 상기 시상수를 제어하는 상기 제어신호와 검출된 주파수 정보를 갖는 주파수신호를 출력하고, 연속적인 소정 횟수의 상기 제어신호가 일정한 지를 판단하여 상기 주파수신호를 결정하는 디지털 필터를 포함하는 자동 주파수 검출 장치이다.Here, the controller outputs the control signal for controlling the time constant and the frequency signal having the detected frequency information based on the output signal of the phase detector, and determines whether the control signal of a predetermined number of consecutive times is constant to determine the frequency signal. Automatic frequency detection device comprising a digital filter to determine the.
여기서, 상기 디지털 필터는 상기 제어신호가 일정하면 상기 주파수신호를 상기 제어신호에 대응시키고, 상기 주파수신호가 일정하지 하지 않으면 상기 주파수신호는 상기 제어신호 중 가장 작은 값 또는 가장 큰 값 중 어느 하나에 대응시키는 것을 특징으로 하는 자동 주파수 검출 장치이다.Here, when the control signal is constant, the digital filter corresponds to the frequency signal to the control signal, and when the frequency signal is not constant, the frequency signal corresponds to any one of the smallest value or the largest value of the control signal. It is an automatic frequency detection device characterized in that the corresponding.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1 은 본 발명에 의한 자동 주파수 검출 장치의 일 실시예를 도시한 것이다.1 shows an embodiment of an automatic frequency detection apparatus according to the present invention.
본 발명에 의한 일 실시예에서 자동 주파수 검출 장치는 가변 고역통과 필터(High pass filter; 101), 비교기(Comparator; 102), 위상 검출기(Phase Detector; 103) 및 제어기(104)를 포함한다.In an embodiment of the present invention, the automatic frequency detection device includes a variable
자동 주파수 검출 장치의 입력클럭신호(CLKIN)는 가변 고역통과 필터 (Variable High pass filter; 101)에 입력된다. 가변 고역통과 필터(101)의 출력신호는 비교기(Comparator; 102)에 입력된다. 비교기(102)는 기준신호(VREF)와 고역통과 필터(102)의 출력신호를 비교한다.The input clock signal CLKIN of the automatic frequency detection device is input to a variable
위상 검출기(Phase Detector; 103)는 비교기(102)의 출력신호와 입력클럭신호(CLKIN)의 위상차이를 검출한다.The
위상 검출기(103)의 출력신호는 제어기(104)에 입력되고, 제어기(104)에서는 가변 고역통과 필터(101)를 제어하기 위한 제어신호와 검출된 주파수에 상응하는 주파수신호(FREQ_OUT)를 출력한다. The output signal of the
제어기(104)의 제어신호가 가변 고역통과 필터(101)에 입력됨에 의해, 본 발명에 의한 자동 주파수 검출 장치는 궤환 루프(feedback loop)를 형성할 수 있다.By inputting the control signal of the
주파수신호(FREQ_OUT)는 입력클럭신호(CLKIN)의 주파수 정보를 가지게 되며, 시스템에 입력클럭신호(CLKIN)의 주파수 정보를 제공한다.The frequency signal FREQ_OUT has frequency information of the input clock signal CLKIN and provides frequency information of the input clock signal CLKIN to the system.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 더욱 구체화한 자동 주파수 검출 장치를 도시한 것이다.Figure 2 shows an automatic frequency detection device further embodies an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 주파수 검출기에는 분주기(Divider; 201)가 포함될 수 있으며, 검출하고자 하는 시스템 클록 입력인 입력클럭신호(CLKIN)는 분주기(201)의 입력신호와 제어기(207)의 클록 신호로 사용될 수 있다. As shown in FIG. 2, the frequency detector according to the present invention may include a
입력클럭신호(CLKIN)은 분주기(201)와 제어기(207)에 입력된다. 분주기(201) 의 출력신호(refclk)는 가변 고역통과 필터(202)에 입력된다. 비교기(203)에서는 가변 고역통과 필터(202)의 출력신호(xCH)와 기준신호(VREF)를 비교한다.The input clock signal CLKIN is input to the
위상 검출기(205)에서는 비교기(203)의 출력신호(hclk)와 분주기(201)의 출력신호(refclk)를 입력으로 하여 두 신호의 위상차이를 검출한다. 위상 검출기(205)로 입력되는 분주기(201)의 출력신호(refclk)는 반전기(204)를 경유하여 반전된 신호(rclk)를 위상 검출기에 입력시킬 수 있다.The
반전기(204)가 포함되는 경우, 분주기(201)의 출력신호(refclk)는 반전기(204)에 입력되어 반전된 신호(rclk)를 출력한다. 반전기(204)의 출력신호(rclk)와 비교기(203)의 출력신호(hclk)는 위상 검출기(205)에 입력된다.When the
위상 검출기(205)와 제어기(207)의 사이에는 핸드세이킹회로(206)가 포함될 수 있다.A
핸드세이킹회로(206)이 포함되면, 위상 검출기(205)의 출력신호는 핸드세이킹회로(206)에 입력되고, 핸드세이킹회로(206)의 출력신호는 제어기(207)에 입력된다. When the
제어기(207)는 가변 고역통과 필터(202)를 제어하기 위해 제어신호(Zctrl)와 가변 고역통과 필터(202)를 리셋하기 위한 리셋제어신호(HPF_RST)와 입력클럭신호(CLKIN)의 주파수 성분을 포함한 주파수신호(FREQ_OUT)를 출력한다.The
이하, 도 2에 도시된 자동 주파수 검출 장치를 더욱 자세히 설명한다.Hereinafter, the automatic frequency detection device shown in FIG. 2 will be described in more detail.
도 3은 일반적인 고역통과 필터와 그 파형을 도시한 것이다.3 shows a typical highpass filter and its waveform.
도 3(a)는 일반적인 RC 고역통과 필터의 구성을 도시한 것이다.Figure 3 (a) shows the configuration of a typical RC high pass filter.
RC 고역통과 필터는 저항(R)과 커패시터(C)를 포함하며, 저항(R)은 그라운드(GND)와 연결된다.The RC high pass filter includes a resistor (R) and a capacitor (C), which are connected to ground (GND).
도면 3(a)와 같이 저항(R)과 커패시터(C)로 구성되는 고역통과 필터의 입력, x(t),에 Vswing의 진폭을 갖는 계단 함수(step function) 입력을 인가하는 경우, 출력 신호, y(t)의 시간에 따른 응답은 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있고, 파형은 도면 3(b)에 도시하였다.When a step function input having an amplitude of Vswing is applied to the input of the high pass filter composed of the resistor R and the capacitor C, x (t), as shown in FIG. , y (t) can be expressed as shown in [Equation 1], and the waveform is shown in Fig. 3 (b).
도 3(b)에서 보는 바와 같이 y(t)는 R값과 C값에 의해 결정되는 RC 시상수값과 상관관계를 갖는다. As shown in FIG. 3 (b), y (t) has a correlation with RC time constant value determined by R and C values.
도 3(c)는 비교기에서 고역통과 필터의 출력값, y(t)과 소정의 기준전압(VREF)을 비교했을 때의 출력 파형, d(t)을 도시한 것이다. Fig. 3 (c) shows the output waveform of the high pass filter in the comparator, the output waveform when y (t) is compared with the predetermined reference voltage VREF, and d (t).
도 3(c)에서와 같이 기준전압(VREF) 값을 Vswing의 0.367배 되는 전압 신호로 하여, 비교기의 출력이 기준전압(VREF)보다 y(t)가 낮으면 ‘1’을, 기준전압(VREF)보다 y(t)가 높으면 ‘0’을 출력한다고 가정하면, 비교기의 출력파형, d(t)의 값이 ‘0’ 상태의 시간 폭은 고역통과 필터의 시상수인 RC값과 같게 된다. 따라서, Vswing 및 R, C 값을 아는 경우, 비교기의 출력파형, d(t)의 상승 천이 시간을 예측 가능하다.As shown in FIG. 3 (c), the reference voltage VREF is a voltage signal that is 0.367 times that of Vswing. When the output of the comparator has a lower y (t) than the reference voltage VREF, '1' is obtained. If y (t) is higher than VREF), it is assumed to output '0'. The time width when the output waveform of the comparator, d (t) is '0', is equal to the RC value which is the time constant of the high pass filter. Therefore, when the Vswing, R, and C values are known, the rise time of the output waveform of the comparator and d (t) can be predicted.
도 4는 본 발명에 의한 자동 주파수 검출 장치에서의 가변 고역통과 필터(202)와 그 파형을 도시한 것이다. Figure 4 shows a variable
도 4(a)는 본 발명에 의한 가변 고역통과 필터(202)를 도시한 것이다.4 (a) shows a variable
도 4(a)은 도 3(a)에서와 같은 RC 고역통과 필터에서, 저항값을 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)에 따라 변할 수 있도록 가변 저항(R)으로 구성한 것이다.FIG. 4 (a) is made of a variable resistor (R) so that the resistance value can be changed according to the control signal (Zctrl) of the
가변 고역통과 필터(202)를 커패시터(C)의 값을 변화시키거나, 가변 고역통과 필터(202) 자체를 수동 소자가 아닌 능동 소자를 사용하여 구성할 수도 있으나, 본 발명에 의한 자동 주파수 검출 장치에서는 바람직한 실시예에서는, 회로의 구성을 단순히 하기 위해 수동 소자(R)를 사용하여 구성한다. Although the variable
도 4(a)에서 가변 고역통과 필터(202)의 출력단(xCH)은 제어기(207)의 리셋 제어신호(HPF_RST)에 의해 주기적으로 그라운드(GND)에 접지된다. In FIG. 4A, the output terminal xCH of the variable
가변 고역통과 필터(202)의 입력신호(refclk)는 그라운드(GND)와 회로의 전원 전압(VDD)을 풀-스위(full-swing)하는 신호이다. 또한, 가변 고역통과 필터(202)의 기준(reference)전압은 도 4(b)에서와 같이 그라운드(GND)이다. The input signal refclk of the variable
따라서, 가변 고역통과 필터(202)의 입력신호(refclk)의 상승 천이 시에는 앞서 도 3(b)의 고역통과 필터의 출력신호, y(t)와 같이 Vswing의 방향으로 상승 후 시상수에 따라 하강하겠지만, 반대로 가변 고역통과 필터(202)의 입력신호(refclk)가 하강 천이 시에는 0V를 기준으로 음의 방향으로 가변 고역통과 필터(202)의 출력신호(xCH)가 하강 후 시상수에 맞추어 0V로 상승 천이하게 된다. Therefore, when the rising transition of the input signal (refclk) of the variable
가변 고역통과 필터(202)의 출력신호(xCH)는 비교기(203)에 입력되므로, 가변 고역통과 필터(202)의 입력신호(refclk)가 하강 천이 시에는 비교기(203)의 입력에 최대 ‘-VDD’의 전압 신호가 인가되어 소자에 손상을 준다. Since the output signal xCH of the variable
따라서, 가변 고역통과 필터(202)의 입력신호(refclk)가 하강 천이 시에는 가변 고역통과 필터(202)의 동작이 없도록 하기 위해, 제어기(207)의 리셋제어신호(HPF_RST)를 인가하여 가변 고역통과 필터(202)의 출력신호(xCH)가 음의 방향으로 필터링(filtering)되는 것을 방지한다. Accordingly, in order to prevent the variable
또한, RC에 의해 결정되는 가변 고역통과 필터(202)의 시상수 값이 너무 큰 경우 비교기(203)의 출력신호(hclk)가 가변 고역통과 필터(202)의 출력신호(refclk)와 다른 주파수를 가질 수 있고, 이로 인해 위상 검출기(205)에서는 반전기(204)의 출력신호(rclk)와 비교기(203)의 출력신호(hclk)가 하모닉(harmonic) 성분에 위상이 일치되는 펄스 락(false lock)이 발생할 수 있다. In addition, when the time constant value of the variable
그러나, 제어기(207)의 리셋제어신호(HPF_RST)가 가변 고역통과 필터(202)의 입력신호(refclk)의 하강 천이에 인가되므로, RC 시상수가 너무 큰 경우에도, 가변 고역통과 필터(202)의 출력신호(xCH)는 강제적으로 그라운드(GND)에 접지되어 비교기(203)에 인가되고, 비교기(203)는 가변 고역통과 필터(202)의 출력신호(refclk)와 같은 주파수의 출력신호(hclk)를 출력한다.However, since the reset control signal HPF_RST of the
도 5은 도 4(a)의 가변 저항(R)을 구현한 예를 도시한 것이다.FIG. 5 illustrates an example in which the variable resistor R of FIG. 4A is implemented.
도 5에 도시된 바와 같이, 저항렬(resistor string)을 직렬 연결한 후 각 중 간 노드들을 스위치를 통해 그라운드(GND)로 연결한다. 스위치의 제어는 전술한 바와 같이, 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)를 사용하게 된다. As shown in FIG. 5, after connecting a resistor string in series, each intermediate node is connected to the ground GND through a switch. As described above, the control of the switch uses the control signal Zctrl of the
가변 저항(R)이 M-bit의 디지털 신호로 제어된다면, M-bit의 제어기의 제어신호(Zctrl) 중 선택적으로 어느 한 개의 스위치를 턴-온시킨다.If the variable resistor R is controlled by an M-bit digital signal, one of the control signals Zctrl of the M-bit controller is selectively turned on.
선택된 스위치가 턴-온 되고, 나머지는 모두 턴-오프되는 경우 저항값은 해당 스위치까지의 저항열 값을 모두 더한 값이 된다. 따라서, 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)의 LSB(Least Significant Bit) 쪽으로 스위치가 턴-온될수록 가변 고역통과 필터(202)의 시상수는 작아지고, MSB(Most Significant Bit) 쪽으로 스위치가 턴-온 될수록 가변 고역통과 필터(202)의 시상수는 높아진다. When the selected switch is turned on and all others are turned off, the resistance value is the sum of the resistance string values to the switch. Therefore, as the switch is turned on to the Least Significant Bit (LSB) of the control signal Zctrl of the
시상수의 선형성 측면에서, 저항열 모두가 반드시 같은 저항값을 가져야 할 필요가 없이, 시상수값을 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)에 따라 비선형적으로 정할 수 있다. In terms of the linearity of the time constant, the time constant value can be determined non-linearly according to the control signal Zctrl of the
제어기(207)의 제어신호(Zctrl)는 저항열 개수 및 스위치 개수를 증가시킬수록 가변 고역통과 필터(202)가 가질 수 있는 시상수의 종류는 많아지고, 주파수 검출의 해상도 또한 높아진다. As the control signal Zctrl of the
도 6는 위상 검출기(205)의 동작 파형을 도시한 것이다. 6 shows an operating waveform of the
도 6(a)는 기준신호(REF)의 위상이 입력신호(IN)보다 빠른 경우 그 위상 차에 해당하는 폭의 펄스가 ‘UP’펄스로 출력된다.Referring to FIG. 6A, when the phase of the reference signal REF is faster than the input signal IN, a pulse having a width corresponding to the phase difference is output as an 'UP' pulse.
도 6(b)는 도 6(a)의 반대의 경우로 입력신호(IN)의 위상이 기준신호(REF)의 위상보다 빠를 경우에 'DN’펄스를 출력한다. FIG. 6 (b) shows the opposite direction of FIG. 6 (a), and outputs a 'DN' pulse when the phase of the input signal IN is earlier than the phase of the reference signal REF.
도 6(c)는 기준신호(REF)와 입력신호(IN)의 위상차가 ‘0’인 경우로, 같은 폭의 ‘UP’, ‘DN’ 펄스가 발생한다. FIG. 6C illustrates a case where a phase difference between the reference signal REF and the input signal IN is '0', and pulses 'UP' and 'DN' of the same width are generated.
도 7은 가변 고역통과 필터(202)의 입력신호(refclk)에서 위상 검출기(205)의 출력 펄스인‘UP’, ‘DN’ 펄스까지의 구동 파형을 도시한 것이다.FIG. 7 illustrates driving waveforms from the input signal refclk of the variable
도 7(a)는 가변 고역통과 필터(202)의 시상수가 가변 고역통과 필터(202)의 입력신호(refclk)의 반주기 보다 작은 경우로, 비교기(203)의 출력신호(hclk)의 상승 천이에서의 위상은 반전기(204)의 출력신호(rclk)보다 빠르므로, 위상 검출기(205)는 ‘DN’ 펄스를 출력하고, 제어기(207)는 가변 고역통과 필터(202)의 시상수를 높여 비교기(203)의 출력신호(hclk)의 위상이 늦도록 제어한다. FIG. 7A shows a case where the time constant of the variable
도 7(b)는 가변 고역통과 필터(202)의 시상수가 가변 고역통과 필터(202)의 입력신호(refclk)의 반주기 보다 큰 경우로, 비교기(203)의 출력신호(hclk)의 위상이 반전기(204)의 출력신호(rclk)의 위상보다 느린 경우, ‘UP’ 펄스를 출력하고, 제어기(207)는 가변 고역통과 필터(202)의 시상수를 작게 하여 비교기(203)의 출력신호(hclk)의 위상이 빨리 올 수 있도록 제어한다.7B is a case where the time constant of the variable
가변 고역통과 필터(202)로 인가되는 제어신호(Zctrl)에 의해 부궤환 루프(negative feedback loop)를 형성하게 되고, 이러한 부궤환 루프를 반복하면 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)는 특정의 제어신호(Zctrl) 값으로 수렴하게 된다. 이때, 제어신호(Zctrl)값에 따른 가변 고역통과 필터(202)의 시상수 값과 가변 고역 통과 필터(202)의 입력신호(refclk)의 스윙 폭은 이미 알고 있으므로, 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)값에 의해 주파수 값이 결정된다. The negative feedback loop is formed by the control signal Zctrl applied to the variable
도 8은 핸드세이킹회로(206)를 설명하기 위해 본 발명에 의한 자동 주파수 검출 장치의 일부(210)를 도시한 것이다.8 shows a
도 8에서 비교기(203)의 출력신호(hclk)가 반전기(204)의 출력신호(rclk)보다 빠른 경우, 양 신호 간의 위상 차에 해당하는 펄스 폭을 갖는 신호(예를 들면, '1')를 ‘UP’단자로 출력한다. 이때, 위상 검출기의 ‘DN’단자는 ‘0’값을 유지한다. In FIG. 8, when the output signal hclk of the
반대로, 반전기(204)의 출력신호(rclk)가 비교기(203)의 출력신호(hclk)보다 위상이 빠른 경우, 양 신호 간 위상 차에 해당하는 펄스 폭을 갖는 신호(예를 들면,‘1’)를 ‘DN’ 단자를 통해 출력하고, ‘UP’ 단자는 ‘0’의 상태를 유지한다. On the contrary, when the output signal rclk of the
입력클럭신호(CLKIN)가 제어기(207)의 클럭 신호로 사용되는 경우, 위상 검출기(205)의 'UP’ 신호 및 ‘DN’ 신호는 제어기(207)의 클록 신호인 입력클럭신호(CLKIN)에 비 동기화된 신호가 될 수 있다.When the input clock signal CLKIN is used as the clock signal of the
따라서, 본 발명에 의한 자동 주파수 검출 장치에는 위상 검출기(205)의 신호와 제어기(207)의 클럭신호와의 불일치를 해결하기 위해 핸드세이킹(206)회로가 포함될 수 있다.Accordingly, the automatic frequency detection apparatus according to the present invention may include a
위상 검출기(205)의 출력신호는 핸드세이킹회로(206)에 입력되고, 핸드세이 킹회로(206)의 출력신호는 제어기(207)에 입력된다.The output signal of the
본 발명에 의한 바람직한 실시예로 핸드세이킹회로(206)은 2개의 D 플립-플롭(D flip-flop; 206a,206b)으로 구현한다. 비교기(203)의 출력신호(hclk) 및 반전기(204)의 출력신호(rclk)가 입력클럭신호(CLKIN)에 비해 주파수가 분주율(N) 만큼 낮기 때문에, ‘UP’ 및 ‘DOWN’ 신호를 클록 신호로 활용하여 ‘UP’ 펄스가 인가되는 경우 ‘UP_REG’ 신호는 ‘RST_UPDN’ 신호에 의해 플립-플롭이 초기화(reset) 되기 전까지 ‘1’ 상태를 유지한다.In a preferred embodiment of the present invention, the
같은 방법으로, ‘DN’ 펄스가 인가되는 경우 ‘DN_REG’신호는 ‘RST_UPDN’ 신호에 의해 플립-플롭이 초기화(reset) 되기 전까지 ‘1’ 상태를 유지한다.In the same way, when the 'DN' pulse is applied, the 'DN_REG' signal remains '1' until the flip-flop is reset by the 'RST_UPDN' signal.
제어기(207)에서는 ‘UP_REG’ 또는 ‘DN_REG’ 신호를 안정적으로 받은 후, ‘RST_UPDN’ 신호를 출력하여 2개의 플립-플롭(206a,206b)을 초기화시키고, 핸드세이킹d(ank-shaking)을 종료하게 된다. After the
제어기(207)는 입력받은 ‘UP_REG’ 신호와 ‘DN_REG’ 신호를 통해 비교기(203)의 출력신호(hclk)와 반전기(204)의 출력신호(rclk)의 위상 관계를 검출하고, 가변 고역통과 필터(202)의 시상수를 조정하여 비교기(203)의 출력신호(hclk)의 천이 시간을 조절하게 된다.The
도 9는 제어기(207)에서의 제어신호(Zctrl)에 따른 주파수신호(FREQ_OUT)의 출력관계를 결정하는 순서도를 도시한 것이다.FIG. 9 is a flowchart for determining an output relationship of the frequency signal Freq_out according to the control signal Zctrl in the
제어기(207)에서의 주파수신호(FREQ_OUT)는 제어기(207)의 제어신호(Zctrl) 에서 소정의 연속적인 횟수의 제어신호(Zctrl)가 일정한 지를 판단한다(901).The frequency signal FREQ_OUT of the
제어기(207)의 제어신호(Zctrl)에서 소정의 연속적인 횟수의 제어신호(Zctrl)가 일정한 경우, 제어신호(Zctrl)에 대응하여 주파수신호(FREQ_OUT)를 출력한다(903).When the control signal Zctrl of the predetermined continuous number is constant in the control signal Zctrl of the
제어기(207)의 제어신호(Zctrl)에서 소정의 연속적인 횟수의 제어신호(Zctrl)가 일정하지 않은 경우, 소정의 연속적인 횟수의 제어신호(Zctrl)중에서 가장 작은 값 또는 가장 큰 값 중 어느 하나를 주파수신호(FREQ_OUT)로 대응시킨다(902).When the control signal Zctrl of the predetermined continuous number is not constant in the control signal Zctrl of the
제어신호(Zctrl)중에서 가장 작은 값을 주파수신호(FREQ_OUT)에 대응시킬 것인지 또는 제어신호(Zctrl)중에서 가장 큰 값을 주파수신호(FREQ_OUT)에 대응시킬 것인지는 미리 정해진다.Whether the smallest value in the control signal Zctrl corresponds to the frequency signal Freq_out or whether the largest value in the control signal Zctrl corresponds to the frequency signal Freq_out is predetermined.
제어기(207)의 제어신호(Zctrl)는 가변 고역통과 필터(202)의 시상수 값을 조정하여 주파수 성분을 검출한 신호이다. 가변 고역통과 필터(202)를 디지털로 제어하는 경우, 검출된 신호는 해상도가 연속적(continuous)이 아닌 이산적(discrete)인 특성을 갖기 때문에, 양자화 잡음(quantization noise)을 갖는다. The control signal Zctrl of the
즉, 반전기(204)의 출력신호(rclk)와 비교기(203)의 출력신호(hclk)의 위상이 정확히 맞지 않을 경우, 비교기는 ‘UP’ 또는 ‘DN’ 펄스만을 내보낸다. 이 펄스에 의해 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)의 값을 한 단계 높이거나 내리게 되고, 정확히 위상이 맞지 않는 상태에서는, 다음 클록 사이클의 위상 검출기(205)에서는 앞의 ‘UP’/’DN’과 반대되는 신호를 내보낸다. That is, when the output signal rclk of the
예를 들어, Zctrl[n-1](n은 소정의 사이클을 의미함)과 Zctrl[n]에 의해 결정되는 주파수 사이에 분주기(201)의 출력신호(refclk)가 존재하는 경우 k번째 사이클에서 Zctrl[n-1]값인 경우, 위상 검출기(205)는 ‘UP’펄스를 생성할 것이고, 제어기(207)가 가변 고역통과 필터(202)의 시상수를 높이기 위해 Zctrl[n]을 ‘1’로 설정할 것이다. For example, if the output signal refclk of the
그렇게 되면, (k+1)번째 사이클에서는 Zctrl[n]에 의해 결정되는 시상수 값이 분주기(201)의 출력신호(refclk)의 반주기 보다 빠르므로, 앞서 (k)번째 사이클과는 반대로 ‘DN’펄스를 출력할 것이다.Then, in the (k + 1) th cycle, since the time constant value determined by Zctrl [n] is faster than the half period of the output signal refclk of the
따라서, 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)의 값은 어떤 두 값 사이에서 왕복(oscillation)할 것이고, 안정적인 주파수 정보를 시스템에 전달할 수 없다. Thus, the value of the control signal Zctrl of the
이에 본 발명에 의한 자동 주파수 검출 장치에서는 연속적인 소정의 개수의 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)에 의해 'UP’/’DN’이 모두 ‘1’이거나 ‘UP’/’DN’이 모두 ‘0’인 경우 위상이 정확히 일치되는 것으로 판단하여 주파수신호(FREQ_OUT)는 그에 해당하는 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)의 값을 선택하고, 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)의 값이 두 값 사이에서 왕복(oscillation)하는 경우는 연속적인 소정의 개수의 제어기(207)의 제어신호(Zctrl)의 값들 중 가장 낮은 값 또는 가장 높은 값을 주파수신호(FREQ_OUT)로 선택하여 출력함으로서, 주파수신호(FREQ_OUT)가 불안정해지는 것을 막을 수 있다. Accordingly, in the automatic frequency detection apparatus according to the present invention, all of the 'UP' / 'DN' are '1' or 'UP' / 'DN' are all caused by the control signal Zctrl of a predetermined number of
이상에서와 같이 본 발명은 시스템 클록의 주파수를 자동 검출하여 시스템에 그 정보를 제공함으로써, 시스템이 동작 주파수에서 최적의 성능을 갖도록 가능케 한다. As described above, the present invention automatically detects the frequency of the system clock and provides the information to the system, thereby enabling the system to have optimal performance at the operating frequency.
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KR1020050078435A KR100658354B1 (en) | 2005-08-25 | 2005-08-25 | Apparatus for automatic frequency estimation |
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CN104391175A (en) * | 2014-12-19 | 2015-03-04 | 成都天奥电子股份有限公司 | Frequency measurement system capable of realizing wide frequency range disclosure and phase information keeping as well as frequency measurement method thereof |
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KR900019452A (en) * | 1989-05-31 | 1990-12-24 | 정용문 | Fax system with automatic response |
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2005
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