KR100831651B1 - 위상 동기 루프의 루프-필터 교정 - Google Patents

위상 동기 루프의 루프-필터 교정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위상 동기 루프(2)의 루프-필터(23)를 자동으로 교정(calibrating)하는 방법으로서, 상기 루프-필터(23)가 1 이상의 RC-필터 컴포넌트(R1, C2, R2, C3)를 포함하고 또한 상기 위상 동기 루프 이외에 다른 개체의 1 이상의 RC-필터 컴포넌트(4)와 함께 단일 칩(1)에 통합되는 방법에 관한 것이다. 상기 루프-필터(23)의 교정을 간단히 하기 위해, 상기 방법은 상기 다른 개체의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트에 대해 수행된 측정결과들을 기반으로 하여 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트(4)를 튜닝(tuning)하는 과정을 포함한다. 마찬가지로 본 발명은 상기 방법을 구현하는 수단을 포함하는 집적회로 칩(1) 및 그러한 칩(1)을 지니는 장치(10)에 관한 것이다.

Description

위상 동기 루프의 루프-필터 교정{Calibrating a loop-filter of a phase locked loop}
본 발명은 위상 동기 루프(phase locked loop)의 루프-필터를 자동으로 교정(calibrating)하는 방법에 관한 것이다. 마찬가지로 본 발명은 위상 동기 루프용 루프-필터를 포함하는 집적회로 칩 및 그러한 집적회로 칩을 포함하는 장치에 관한 것이다.
위상 동기 루프(PLL)들은 최신 기술로부터 공지된 부궤환 루프(negative feedback loop)들이다.
PLL은 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator; VCO)를 포함하며, 이는 상기 PLL의 출력신호를 생성한다. 상기 출력신호는, 예컨대 이동 단말기의 수신기 체인의 수신기 믹서용 또는 전송기 체인의 전송기 믹서용 국부 발진기 신호로 사용될 수 있다. 상기 VCO는 루프-필터에 의해 구동되며, 상기 루프-필터는 상기 PLL의 루프 특성들, 예컨대 세틀링 시간 및 루프 안정성을 결정한다. 그러므로 상기 루프-필터의 응답은 매우 정확해야 한다. 루프-필터의 RC(resistor-capacitor) 필터 컴포넌트들의 RC-곱이 각각의 RC-필터 컴포넌트에서 필요한 필터 주파수가 달성되도록 미리 결정된 RC-곱과 정확히 대응한다면, 정확한 응답이 주어진다. 외부 컴포넌트들의 수를 줄이기 위해, PLL에 통합되는 루프-필터를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 통합된 루프-필터를 통해, 분열적인 결합(disruptive coupling)의 확률도 감소한다. 하지만, 프로세스의 변동들 또는 환경적인 영향들에 기인하여 통합된 컴포넌트들의 값들이 외부의 정확한 컴포넌트들의 값들보다 훨씬 많이 변화한다. 예컨대, 외부의 NP0(Negative Positive Zero) 커패시터들은, 넓은 온도 범위, 보통 섭씨 -25도에서 섭씨 +85도 사이에서 매우 안정된 값을 가진다.
그 결과, 기존의 PLL들은 일반적으로 루프-필터용으로 정확한 외부 컴포넌트들을 포함한다. 통합된 루프-필터가 사용될 때라도, 복잡한 교정절차가 사용된다.
본 발명의 목적은 PLL의 통합된 루프-필터의 간단한 교정을 가능하게 하는 것이다.
위상 동기 루프의 루프-필터를 자동으로 교정하는 방법으로서, 상기 루프-필터가 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 포함하고 또한 상기 위상 동기 루프 이외에 다른 개체의 1 이상의 RC-필터 컴포넌트와 함께 단일 칩에 통합되는 방법이 제안된다. 상기 방법은 상기 다른 개체의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트에서 수행된 측정결과들을 기반으로 하여 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 튜닝(tuning)하는 과정을 포함한다.
또한, 집적회로(IC) 칩으로서, 위상 동기 루프용 루프-필터를 포함하고, 상기 루프-필터가 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 가지는 IC 칩이 제공된다. 게다가 상기 칩은 상기 위상 동기 루프 이외의 다른 개체용으로 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 포함한다. 또한, 상기 칩은 상기 다른 개체의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트에 대해 측정들을 수행하고 그리고 그러한 측정결과들을 기반으로 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 튜닝하는 교정 컴포넌트를 포함한다.
마지막으로, 상기 IC 칩을 포함하는 장치가 제안된다.
본 발명은 루프-필터가 상기 루프-필터의 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 튜닝함으로써 교정될 수 있다는 고려에서 유래한다. 또한, 본 발명은 루프-필터가 통합될 수 있는 대부분의 칩이 소정의 다른 개체에 속하는 1 이상의 튜닝가능한 RC-필터 컴포넌트를 포함한다는 고려에서 유래한다. 또한, 본 발명은 프로세스 변경들 및 온도와 같은 환경적 영향들이 단일 칩의 모든 RC-필터들에 대해 매우 유사할 것이라고 기대할 수 있다는 고려에서 유래한다. 그 결과 동일한 IC 칩의 다른 개체의 RC-필터를 튜닝하기 위해 수행된 측정결과들은 상기 루프-필터의 RC-필터들을 튜닝하기 위해서도 사용될 수 있다는 것이 제안된다.
본 발명의 장점은 통합된 루프-필터가 전용의 복잡한 교정 회로 없이도 자동으로 교정된다는 것이다. 동일한 칩에 통합된 다른 개체들의 RC-필터 컴포넌트들에 대한 측정들이 일반적으로 여하튼 수행되고, 그리고 본 발명에 따르면, 그러한 측정 결과들은 상기 루프-필터의 교정용으로도 간단하게 사용된다.
상기 다른 개체의 RC-필터 컴포넌트는 예컨대, 전송기 체인의 기저-대역 필터(base-band filter)의 RC-필터 컴포넌트이거나 또는 수신기 체인의 채널-선택 필터(channel-select filter)의 RC-필터 컴포넌트일 수 있으며, 뿐만 아니라 상기 루프-필터처럼 동일한 칩에 통합될 수 있는 한, 기타 튜닝가능한 RC-필터 컴포넌트일 수 있다.
상기 루프-필터의 RC-필터의 튜닝은 RC-필터 컴포넌트의 저항기의 값, RC-필터 컴포넌트의 커패시터의 값, 또는 양자를 변경함으로써 수행될 수 있다. 상기 루프-필터의 교정을 위해, 본 발명에 따른 튜닝은 바람직하게 상기 루프-필터의 모든 RC-필터 컴포넌트들에 대해 수행된다.
상기 장치는 한편으로 PLL을 필요로 하고 다른 한편으로 튜닝가능한 RC-필터 컴포넌트를 가지는 소정의 개체를 필요로 하는 어떤 장치일 수 있다. 그러한 장치는 예컨대, 이동 단말기와 같이 전송기 체인 및 수신기 체인을 포함하는 통신 장치일 수 있다.
본 발명의 다른 목적들 및 특징들은 첨부된 도면들을 참작한 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. 하지만, 상기 도면들은 오직 설명을 목적으로 설계된 것이고 본 발명의 범위의 한정으로서 설계된 것이 아닌바, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해 정해져야 함은 당연시되어야 한다. 또한, 상기 도면들은 일정한 비율로 그려진 것이 아니고 단지 여기서 설명되는 구성들 및 절차들을 개념적으로 도시하도록 의도된 것임은 당연시되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 IC 칩의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 보여주는 흐름도이다.
도 1에는 본 발명에 따른 IC 칩(1)의 바람직한 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 IC 칩(1)은 이동 단말기(10), 예컨대 셀룰러 폰의 송수신기(transceiver; 5)에 사용하기 위한 것이며, 상기 이동 단말기는 도 1에 점선들로 도시되어 있다. 도 1에 파선들로 도시되어 있는 상기 송수신기(5)는, 전송기 체인 및 수신기 체인을 포함한다.
상기 IC 칩(1)은 PLL(2), 교정 컴포넌트(3) 및 적어도 상기 송수신기(5)의 전송기 체인의 기저-대역 필터(4)를 포함한다.
상기 PLL(2)은, 루프에서 다음 기재 순서대로 서로 연결되는, 위상 검출기(phase detector; 21), 전하 펌프(22), 루프-필터(23), VCO(24) 및 프로그램가능 분주기들(programmable frequency dividers; 25)을 포함한다.
따라서 상기 전하 펌프(22)의 출력은 상기 루프-필터(23)의 입력에 연결된다. 상기 루프-필터(23)의 입력은 상기 루프-필터(23) 내에서 제 1 커패시터(C1)를 통해 그라운드에 연결되고 이와 병렬로, 제 1 저항기(R1) 및 제 2 커패시터(C2)의 직렬 연결을 통해 그라운드에 연결된다. 또한, 상기 루프-필터(23)의 상기 입력은 상기 루프-필터(23) 내에서 제 2 저항기(R2) 및 제 3 커패시터(C3)를 통해 그라운드에 연결된다. 저항기(R2) 및 커패시터(C3) 간의 연결은 상기 루프-필터(23)의 출력을 형성하며, 상기 출력은 상기 VCO(24)의 입력에 연결된다. 커패시터(C2) 및 커패시터(C3)는 가변 커패시터들이다.
상기 전송기 체인의 상기 기저-대역 필터(4)는 적어도 직렬 연결된 저항기(R4) 및 가변 커패시터(C4)를 포함한다.
상기 교정 컴포넌트(3)는 상기 기저-대역 필터(4)에 제어적으로 접근할 수 있다. 또한, 상기 교정 컴포넌트(3)는 상기 루프-필터(23)의 커패시터(C2) 및 커패시터(C3)에 제어적으로 접근할 수 있다.
상기 IC 칩(1)의 상기 PLL(2)은 공지된 방식으로 동작한다. 상기 VCO(24)는 인가전압에 의해 결정된 위상을 가지는 신호를 생성한다. 출력 VCO 신호의 주파수는 상기 분주기(25)에 의해 분할되며, 그 결과신호(resulting signal)는 상기 위상 검출기(21)로 전송된다. 또한, 알려진 주파수를 가지는 기준 신호(Ref)는 상기 위상 검출기(21)의 기준 입력에 인가된다. 상기 위상 검출기(21)는 상기 주파수 분할된 VCO 신호의 위상을 상기 기준 신호(Ref)의 위상과 비교하고 그리고 에러 신호를 출력한다. 상기 두 위상이 동일할 때 상기 PLL(2)은 고정되며, 이는 또한 상기 비교되는 신호들의 주파수도 동일하다는 것을 의미한다.
동기된 상태를 달성 또는 유지하기 위해, 상기 전하 펌프(22)는 전류 임펄스(Icp)들을 생성하며, 상기 임펄스들의 길이는 상기 위상 검출기(21)의 출력 신호에 의해 제어된다. 상기 전하 펌프(22)는, 그 명칭에 나타나듯이 그렇게 전하들, 즉 공급된 전류를 펌핑한다. 상기 생성된 전류 펄스들은 상기 루프-필터(23)에 의해 필터링되며, 상기 루프-필터는 대응 전압을 상기 VCO(24)에 공급하고 그 결과 상기 VCO(24)가 필요한 주파수를 가지는 신호를 생성하도록 한다. 상기 VCO(24)에 의해 출력되는 신호의 주파수는 상기 프로그램가능 분주기들(25)의 팩터(factor)를 변경함으로써 변경될 수 있다. 위상이 동기된 VCO 신호는, 예컨대 국부 발진기 신호로 상기 전송기 체인의 믹서(미 도시)에 공급될 수 있다.
상기 전송기 체인의 상기 기저-대역 필터(4)는 상기 이동 단말기(10)에 의해 전송될 신호들의 필터링을 공지된 방식으로 수행한다.
상기 교정 컴포넌트(3)는 상기 기저-대역 필터(4) 및 상기 루프-필터(23)의 교정용으로 사용된다. 상기 교정 컴포넌트(3)의 동작은 도 2의 흐름도에 도시되어 있다.
상기 교정 컴포넌트(3)는 상기 전송기 체인의 상기 기저-대역 필터(4)를 공지된 방식으로 교정한다. 우선 상기 교정 컴포넌트(3)는 저항기(R4)의 저항과 커패시터(C4)의 커패시턴스의 곱을 측정한다. 측정된 RC-곱은 필요한 필터 주파수에 요구되는 RC-곱과 비교된다. 상기 비교결과를 기반으로 하여, 상기 기저-대역 필터(4)의 RC-곱을 상기 요구되는 RC-곱으로 튜닝하는데 사용되는 튜닝 값이 결정된다. 상기 튜닝 값은, 예컨대 상기 요구되는 RC-곱을 달성하기 위해 커패시터(C4)의 상기 커패시턴스를 증가 또는 감소시켜야 하는 팩터를 나타내는 제어어(control word)일 수 있다. 그리고나서 그에 따라 커패시터(C4)의 상기 커패시턴스를 변경하기 위해 상기 제어어를 커패시터(C4)의 제어 입력에 적용함으로써 상기 튜닝이 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 교정 컴포넌트(3)는 또한 상기 루프-필터(23)를 교정한다. 저항기(R4) 및 커패시터(C4)를 포함하는 RC-필터는, 저항기(R1) 및 커패시터(C2)를 포함하는 RC-필터 및 저항기(R2) 및 커패시터(C3)를 포함하는 RC-필터와 같이 동일한 IC 칩에 통합되기 때문에, 필요한 RC-곱에서 실제 RC-곱의 편차는 기본적으로 상기 세 개의 모든 RC-필터에서 동일할 것이다. 따라서, 상기 교정 컴포 넌트(3)는 커패시터(C4)의 튜닝을 위해 결정된 상기 제어어를 커패시터(C2)의 제어 입력 및 커패시터(C3)의 제어 입력에도 적용할 수 있다. 결과적으로, 저항기(R1) 및 커패시터(C20를 포함하는 RC-필터와 저항기(R2) 및 커패시터(C3)를 포함하는 RC-필터들도 역시 필요한 주파수로 튜닝된다. 따라서 상기 루프-필터(23)는 전용의, 복잡한 교정 회로 없이도 간단한 방법으로 교정된다. 특히, 상기 루프-필터(23)에 대해 어떠한 별도의 측정들도 수행될 필요가 없다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 적용된 본 발명의 기본적인 신규 특징들을 도시하여 설명하고 지적하였으나, 상술된 장치들 및 방법들의 형태 및 세부사항들에 있어서 다양한 생략과 대체 및 변경이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 당업자에 의해 이루어질 수 있음은 당연할 것이다. 예컨대, 본질적으로 동일한 기능을 본질적으로 동일한 방법으로 수행하여 동일한 결과들을 달성하는 요소들 및/또는 방법의 단계들의 결합들 모두는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 명백히 의도된 것이다. 또한, 본 발명의 어떤 개시된 형태 또는 실시예와 관련하여 도시 및/또는 설명된 구조들 및/또는 요소들 및/또는 방법의 단계들은 설계상 선택할 수 있는 공통적인 요소로서 다른 어떤 개시되거나 설명 또는 제안되는 형태 또는 실시예에 통합될 수 있음을 인정하여야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 여기에 첨부된 청구의 범위에 의해 지시되는 바에 따라서만 제한되도록 의도된 것이다.

Claims (12)

  1. 위상 동기 루프(phase locked loop)의 루프-필터를 자동으로 교정(calibrating)하는 방법으로서, 상기 루프-필터가 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 포함하고 또한 상기 위상 동기 루프 및 교정 컴포넌트 이외에 다른 개체의 1 이상의 RC-필터 컴포넌트와 함께 단일 칩에 통합되는 방법에 있어서, 상기 다른 개체의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트에 대해 수행된 측정결과들을 기반으로 하여 상기 교정 컴포넌트에 의해 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 튜닝(tuning)하는 과정을 포함하는 위상 동기 루프의 루프-필터 교정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트의 튜닝 과정은, 상기 다른 개체의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트의 RC-곱을 측정하는 단계 및 상기 측정된 RC-곱을 상기 다른 개체의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트에 필요한 것으로 알려진 RC-곱과 비교함으로써 상기 다른 개체의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 튜닝하기 위한 튜닝 값을 결정하는 단계로 진행되고, 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트의 상기 튜닝 과정은 상기 결정된 튜닝 값을 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 위상 동기 루프의 루프-필터 교정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 튜닝 값은 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 튜닝하기 위해 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트에 적용되는 제어어(control word)인 것을 특징으로 하는 위상 동기 루프의 루프-필터 교정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트의 튜닝 과정은 적어도 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트의 저항기의 값 및/또는 커패시터의 값을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 동기 루프의 루프-필터 교정 방법.
  5. 교정 컴포넌트;
    위상 동기 루프용 루프-필터로서, 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 구비하는 루프-필터; 및
    상기 위상 동기 루프 및 상기 교정 컴포넌트 이외의 다른 개체용으로서 1 이상인 RC-필터 컴포넌트를 포함하는 집적회로 칩으로서, 상기 교정 컴포넌트가 상기 다른 개체용으로서 1 이상인 상기 RC-필터 컴포넌트에 대해 수행된 측정결과들을 기반으로 하여 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 튜닝하는데 적합한 집적회로 칩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 교정 컴포넌트는, 상기 다른 개체용으로서 1 이상인 상기 RC-필터 컴포 넌트의 RC-곱을 측정함으로써 상기 측정들을 수행하고, 또한 측정된 RC-곱을 상기 다른 개체용으로서 1 이상인 상기 RC-필터 컴포넌트에 필요한 것으로 알려진 RC-곱과 비교함으로써 상기 다른 개체용으로서 1 이상인 상기 RC-필터 컴포넌트를 튜닝하기 위한 튜닝 값을 결정하도록 설계되고, 그리고 상기 결정된 튜닝 값을 기반으로 하여 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 튜닝하는 것을 특징으로 하는 집적회로 칩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 교정 컴포넌트는 상기 튜닝 값에 따라 제어어를 결정하고, 그리고 결정된 제어어를 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 튜닝하기 위해 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트에 적용하는 것을 특징으로 하는 집적회로 칩.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트는 1 이상의 가변 저항기 및 가변 커패시터를 포함하고, 그리고 상기 교정 컴포넌트는 적어도 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트의 상기 가변 저항기의 값 및/또는 상기 가변 커패시터의 값을 변경함으로써 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 튜닝하는 것을 특징으로 하는 집적회로 칩.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 다른 개체는 통신 장치의 전송기 체인용 기저-대역 필터(base-band filter)인 것을 특징으로 하는 집적회로 칩.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 다른 개체는 통신 장치의 수신기 체인용 채널-선택 필터(channel-select filter)인 것을 특징으로 하는 집적회로 칩.
  11. 교정 컴포넌트;
    위상 동기 루프용 루프-필터로서, 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 가지는 루프-필터; 및
    상기 위상 동기 루프 및 상기 교정 컴포넌트 이외의 다른 개체용으로서 1 이상인 RC-필터 컴포넌트를 가지는 집적회로 칩으로서, 상기 교정 컴포넌트가 상기 다른 개체용으로서 1 이상인 상기 RC-필터 컴포넌트에 대해 수행된 측정결과들을 기반으로 하여 상기 루프-필터의 상기 1 이상의 RC-필터 컴포넌트를 튜닝하는데 적합한 집적회로 칩을 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 장치는 전송기 체인 및 수신기 체인을 포함하는 통신 장치이고, 또한 상기 다른 개체는 상기 전송기 체인용 기저-대역 필터 및 상기 수신기 체인용 채널-선택 필터 중 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
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