KR100936770B1 - Voltage Controlled Oscillator Using Sub-feedback Loop and Analog-Digital Converter Having The Same - Google Patents
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Abstract
아날로그 디지털 변환기는 전압 제어 발진기 및 위상 검출부를 포함한다. 전압 제어 발진기는 링 형태의 메인 루프로 연결된 복수의 지연 스테이지들 및 복수의 지연 스테이지들과 연결되어 적어도 하나 이상의 서브 피드백 루프를 형성하는 서브 피드백 스테이지들을 포함하고, 입력 신호에 응답하여 복수의 지연 스테이지들 각 출력단에서 서로 위상차가 있는 복수의 발진 신호들을 출력한다. 위상 검출부는 복수의 발진 신호의 위상 변화량을 검출하고, 검출된 위상 변화량을 기초하여 입력 신호에 대응되는 디지털 값을 결정한다.
The analog to digital converter includes a voltage controlled oscillator and a phase detector. The voltage controlled oscillator includes a plurality of delay stages connected by a ring-shaped main loop and sub-feedback stages connected to the plurality of delay stages to form at least one sub-feedback loop, and the plurality of delay stages in response to an input signal. Each of the output terminals outputs a plurality of oscillation signals having a phase difference from each other. The phase detector detects a phase change amount of the plurality of oscillation signals and determines a digital value corresponding to the input signal based on the detected phase change amount.
Description
본 발명은 전압 제어 발진기 및 아날로그 디지털 변환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서브 피드백 루프를 이용한 전압 제어 발진기 및 이를 포함하는 아날로그 디지털 변환기에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage controlled oscillator and an analog to digital converter, and more particularly, to a voltage controlled oscillator using a sub-feedback loop and an analog to digital converter including the same.
최근에 CMOS 기술이 나노미터 수준으로 발전함에 따라, 공급 전압의 감소와 PVT(Process, Voltage, Temperature)의 변화로 인해 높은 성능의 아날로그 디지털 변환기를 설계하는 것이 더 어려워지게 되었다. 이러한 환경적 요인으로 인해 전압 제어 발진기를 이용한 시간 기반(Time-Based)의 아날로그 디지털 변환기에 대한 연구가 이루어지고 있다. 연산 증폭기나 비교기를 이용하여 전압 정보를 처리하는 종래의 아날로그 디지털 변환기와는 달리 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)를 이용한 아날로그 디지털 변환기는 세밀한 CMOS 공정 스케일에서의 낮은 공급 전압에 적합한 플립플롭과 논리 게이트들을 이용하여 위상 정보를 처리한다. 전압 제어 발진기를 이용한 아날로그 디지털 변환기는 디지털 회로를 이 용하여 낮은 전압에서도 동작할 수 있어 전력 소모를 줄일 수 있는 장점이 있다.Recent advances in CMOS technology to the nanometer level have made it difficult to design high-performance analog-to-digital converters due to reduced supply voltages and changes in process, voltage, and temperature (PVT). Due to these environmental factors, research on time-based analog-to-digital converters using voltage controlled oscillators is being conducted. Unlike conventional analog-to-digital converters that process voltage information using op amps or comparators, analog-to-digital converters using voltage controlled oscillators (VCOs) provide flip-flops for low supply voltages on fine CMOS process scales. Logic gates are used to process phase information. Analog-to-digital converters using voltage-controlled oscillators have the advantage of reducing power consumption by operating at low voltages using digital circuits.
전압 제어 발진기의 이용한 아날로그 디지털 변환기에서 중요한 빌딩 블록은 전압 제어 발진기인데, 전압 제어 발진기의 선형성과 튜닝 레인지(전압 제어 발진기의 출력 주파수의 최대값과 최소값의 차이), 위상의 개수(검출할 수 있는 위상의 개수)는 아날로그 디지털 변환기의 해상도와 샘플링 레이트를 결정한다. 그러나 전압 제어 발진기의 중요성에도 불구하고, 현재까지 아날로그 디지털 변환기를 위한 전압 제어 발진기의 설계에 대한 연구는 큰 주목을 받지 못하고 있다. 종래에는 링 오실레이터 형태의 전압 제어 발진기의 딜레이 셀로 인버터가 이용되었는데 선형성이 유지되는 구간에서 발진 신호를 이용하기 위해서 결과적으로 입력 스윙 범위가 특정 레벨로 제한된다. 이러한 입력 스윙 범위의 제한과 불충분한 위상의 개수는 아날로그 디지털 변환기의 성능을 저하시킨다.Important building blocks in analog-to-digital converters using voltage-controlled oscillators are the voltage-controlled oscillators, which include the linearity and tuning range of the voltage-controlled oscillator (the difference between the maximum and minimum values of the output frequency of the voltage-controlled oscillator) and the number of phases (detectable). The number of phases) determines the resolution and sampling rate of the analog to digital converter. However, despite the importance of voltage controlled oscillators, studies on the design of voltage controlled oscillators for analog-to-digital converters have not received much attention. Conventionally, an inverter is used as a delay cell of a voltage controlled oscillator in the form of a ring oscillator. As a result, an input swing range is limited to a specific level in order to use an oscillation signal in a period where linearity is maintained. This limitation of input swing range and insufficient number of phases degrades the performance of analog-to-digital converters.
따라서 넓은 튜닝 레인지를 확보하여 해상도와 선형성을 향상시킨 아날로그디지털 변환기 및 이를 위한 전압 제어 발진기에 대한 필요성이 증가하고 있다.Therefore, the need for an analog-to-digital converter and a voltage controlled oscillator for improving the resolution and linearity by securing a wide tuning range is increasing.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 서브 피드백 루프와 바디 바이어스 전압을 이용하여 해상도 및 선형성을 향상시킨 전압 제어 발진기 및 이를 포함한 아날로그 디지털 변환기를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a voltage controlled oscillator having an improved resolution and linearity using a sub-feedback loop and a body bias voltage, and an analog-to-digital converter including the same.
본 발명의 다른 목적은 발진 신호를 서브 피드백 시키고 바디 바이어스 전압을 인가하여 선형성을 향상시킨 전압 제어 발진 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a voltage controlled oscillation method of improving linearity by subfeeding an oscillation signal and applying a body bias voltage.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기는 전압 제어 발진기 및 위상 검출부를 포함한다. 상기 전압 제어 발진기는 링 형태의 메인 루프로 연결된 복수의 지연 스테이지들 및 상기 복수의 지연 스테이지들과 연결되어 적어도 하나 이상의 서브 피드백 루프를 형성하는 서브 피드백 스테이지들을 포함하고, 입력 신호에 응답하여 상기 복수의 지연 스테이지들 각 출력단에서 서로 위상차가 있는 복수의 발진 신호들을 출력한다. 상기 위상 검출부는 복수의 발진 신호의 위상 변화량을 검출하고, 상기 검출된 위상 변화량을 기초하여 상기 입력 신호에 대응되는 디지털 값을 결정한다.According to an embodiment of the present invention, an analog-to-digital converter includes a voltage controlled oscillator and a phase detector. The voltage controlled oscillator includes a plurality of delay stages connected to a ring-shaped main loop and sub-feedback stages connected to the plurality of delay stages to form at least one sub-feedback loop, and the plurality of delay stages in response to an input signal. Each of the delay stages outputs a plurality of oscillation signals having a phase difference from each other. The phase detector detects a phase change amount of a plurality of oscillation signals and determines a digital value corresponding to the input signal based on the detected phase change amount.
상기 복수의 지연 스테이지들과 서브 피드백 스테이지 각각은 차동 증폭부 및 주파수 제어부를 포함할 수 있다. 상기 차동 증폭부는 이전 지연 스테이지의 출력 신호를 반전시켜 증폭할 수 있다. 상기 주파수 제어부는 상기 입력 신호에 응답하여 상기 차동 증폭부가 상기 이전 지연 스테이지의 출력 신호를 반전시켜 증폭하 는 지연 시간을 조절하여 상기 복수의 발진 신호의 주파수를 조절하며, 바이어스 전압에 응답하여 상기 입력 신호의 변화에 대한 상기 복수의 발진 신호의 주파수 변화의 비율인 주파수 이득을 조절할 수 있다.Each of the plurality of delay stages and the sub-feedback stage may include a differential amplifier and a frequency controller. The differential amplifier may invert and amplify the output signal of the previous delay stage. The frequency controller adjusts a frequency of the plurality of oscillation signals by adjusting a delay time during which the differential amplifier inverts and amplifies an output signal of the previous delay stage in response to the input signal, and adjusts the frequencies of the plurality of oscillation signals. The frequency gain, which is the ratio of the frequency change of the plurality of oscillation signals to the change of the signal, may be adjusted.
상기 바이어스 전압은 제1 바디 바이어스 전압 및 제2 바디 바이어스 전압을 포함할 수 있으며, 상기 주파수 제어부는 상기 입력 신호 및 상기 제1 바디 바이어스 전압에 응답하여 상기 차동 증폭부의 풀업 동작을 보조하는 풀업 제어부 및 상기 입력 신호에 및 상기 제2 바디 바이어스 전압에 응답하여 상기 차동 증폭부의 풀다운 동작을 보조하는 풀다운 제어부를 포함할 수 있다.The bias voltage may include a first body bias voltage and a second body bias voltage, and the frequency controller may include a pull-up controller that assists a pull-up operation of the differential amplifier in response to the input signal and the first body bias voltage; And a pull-down controller configured to assist a pull-down operation of the differential amplifier in response to the input signal and the second body bias voltage.
상기 차동 증폭부는 제1 엔모스 트랜지스터 쌍 및 제1 피모스 트랜지스터 쌍을 포함할 수 있다. 상기 제1 엔모스 트랜지스터 쌍은 소스 단자가 제1 전원 전압에 연결되며 게이트 단자로 상기 이전 지연 스테이지의 출력 신호를 입력받아 드레인 단자로 현재 지연 스테이지의 출력 신호를 출력할 수 있다. 상기 제1 피모스 트랜지스터 쌍은 소스 단자가 제2 전원 전압에 연결되고, 하나의 게이트 단자가 다른 하나의 드레인 단자와 교차하여 연결되며, 드레인 단자가 상기 제1 엔모스 트랜지스터 쌍의 드레인 단자와 연결될 수 있다.The differential amplifier may include a first NMOS transistor pair and a first PMOS transistor pair. The first NMOS transistor pair may have a source terminal connected to a first power supply voltage and may receive an output signal of the previous delay stage through a gate terminal and output an output signal of the current delay stage to a drain terminal. The first PMOS transistor pair may have a source terminal connected to a second power supply voltage, one gate terminal connected to the other drain terminal, and a drain terminal connected to the drain terminal of the first NMOS transistor pair. Can be.
상기 풀업 제어부는 소스 단자가 상기 제2 전원 전압과 연결되고 드레인 단자가 상기 제1 엔모스 트랜지스터 쌍의 드레인 단자와 연결되며 게이트 단자로 상기 입력 신호를 입력 받고, 바디로 상기 제1 바디 바이어스 전압을 인가 받는 제2 피모스 트랜지스터 쌍을 포함할 수 있으며, 상기 풀다운 제어부는 소스 단자가 상기 제1 전원 전압과 연결되고 드레인 단자가 상기 제1 엔모스 트랜지스터 쌍의 드 레인 단자와 연결되며 게이트 단자로 상기 입력 신호를 입력 받고 바디로 상기 제2 바디 바이어스 전압을 인가 받으며, 상기 제2 피모스 트랜지스터 쌍의 문턱전압의 절대값보다 더 큰 절대값의 문턱전압을 가지는 제2 엔모스 트랜지스터 쌍을 포함할 수 있다.The pull-up control unit may include a source terminal connected to the second power supply voltage, a drain terminal connected to a drain terminal of the first NMOS transistor pair, and receiving the input signal through a gate terminal, and receiving the first body bias voltage through a body. The pull-down controller may include an applied second PMOS transistor pair, wherein the pull-down controller includes a source terminal connected to the first power voltage and a drain terminal connected to a drain terminal of the first NMOS transistor pair. And a second NMOS transistor pair receiving an input signal, the second body bias voltage applied to the body, and having an absolute threshold voltage greater than an absolute value of the threshold voltage of the second PMOS transistor pair. have.
상기 제2 피모스 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값과 상기 제2 엔모스 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값의 합은 상기 제1 전원 전압과 상기 제2 전원 전압의 차이와 같을 수 있다.The sum of the absolute value of the threshold voltage of the second PMOS transistor and the threshold voltage of the second NMOS transistor may be equal to the difference between the first power voltage and the second power voltage.
상기 제1 바디 바이어스 전압과 상기 제2 바디 바이어스 전압의 공통모드 전압을 증가시키면 상기 입력 전압의 제1 영역에서의 상기 주파수 이득의 절대값이 감소하고 제2 영역에서의 상기 주파수 이득의 절대값이 증가하며, 상기 제1 바디 바이어스 전압과 상기 제2 바디 바이어스 전압의 차동모드 전압을 증가시키면 상기 제1 영역에서의 상기 주파수 이득의 절대값과 상기 제2 영역에서의 상기 주파수 이득의 절대값이 감소할 수 있다.Increasing the common mode voltage of the first body bias voltage and the second body bias voltage reduces the absolute value of the frequency gain in the first region of the input voltage and the absolute value of the frequency gain in the second region. Increasing the differential mode voltage between the first body bias voltage and the second body bias voltage decreases the absolute value of the frequency gain in the first region and the absolute value of the frequency gain in the second region. can do.
상기 아날로그 디지털 변환기는 상기 입력 신호를 상기 전압 제어 발진기로 공급하기 위해 아날로그 신호를 샘플링하고 일시적으로 홀딩하는 샘플/홀드 회로를 더 포함할 수 있다.The analog-to-digital converter may further comprise a sample / hold circuit for sampling and temporarily holding the analog signal to supply the input signal to the voltage controlled oscillator.
상기 위상 검출부는 샘플링 클럭에 응답하여 상기 복수의 발진 신호 각각의 위상 변화량을 검출하여 양자화하는 위상 양자화기 및 상기 위상 양자화기의 출력 신호를 데시메이션하는 데시메이션 필터를 포함할 수 있다.The phase detector may include a phase quantizer for detecting and quantizing a phase change amount of each of the plurality of oscillation signals in response to a sampling clock, and a decimation filter for decimating an output signal of the phase quantizer.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발 진기는 링 형태의 메인 루프로 연결된 복수의 지연 스테이지들 및 상기 복수의 지연 스테이지들과 연결되어 적어도 하나 이상의 서브 피드백 루프를 형성하는 서브 피드백 스테이지들을 포함하고 입력 신호에 응답하여 상기 복수의 지연 스테이지들 각 출력단에서 서로 위상차가 있는 복수의 발진 신호들을 출력하며, 상기 복수의 지연 스테이지들과 서브 피드백 스테이지들 각각은 차동 증폭부, 풀업 제어부 및 풀다운 제어부를 포함한다. 상기 차동 증폭부는 이전 지연 스테이지의 출력 신호를 반전시켜 증폭한다. 상기 풀업 제어부는 상기 입력 신호에 응답하여 상기 차동 증폭부의 풀업 동작을 제어하여 상기 차동 증폭부가 상기 이전 지연 스테이지의 출력 신호를 반전시켜 증폭하는 지연 시간을 조절하고, 바이어스 전압에 응답하여 상기 입력 신호의 변화에 대한 상기 복수의 발진 신호의 주파수 변화의 비율인 주파수 이득을 조절한다. 상기 풀다운 제어부는 상기 입력 신호에 응답하여 상기 차동 증폭부의 풀다운 동작을 제어하여 상기 차동 증폭부가 상기 이전 지연 스테이지의 출력 신호를 반전시켜 증폭하는 지연 시간을 조절하고, 바이어스 전압에 응답하여 상기 주파수 이득을 조절한다.According to an embodiment of the present invention, a voltage controlled oscillator is connected to a plurality of delay stages connected to a plurality of delay stages and a plurality of delay stages to form a main loop in a ring shape. A plurality of oscillation signals having a phase difference from each output terminal of the plurality of delay stages in response to an input signal, wherein the plurality of delay stages and the sub-feedback stages each include a differential amplifier , A pull-up control unit and a pull-down control unit. The differential amplifier inverts and amplifies the output signal of the previous delay stage. The pull-up controller controls a pull-up operation of the differential amplifier in response to the input signal to adjust a delay time for the differential amplifier to invert and amplify the output signal of the previous delay stage, and in response to a bias voltage Adjust the frequency gain, which is the ratio of the frequency change of the plurality of oscillation signals to the change. The pull-down controller controls the pull-down operation of the differential amplifier in response to the input signal to adjust the delay time for the differential amplifier to invert and amplify the output signal of the previous delay stage, and adjust the frequency gain in response to a bias voltage. Adjust.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진 방법은 아날로그 입력 신호에 응답하여, 링 형태의 메인 루프로 연결된 복수의 지연 스테이들 각각의 출력 신호를 반전하여 증폭하고 다음 지연 스테이지로 제공하는 단계, 상기 복수의 지연 스테이지들 중 적어도 하나의 출력 신호를 반전하여 적어도 한 단계 이상의 이전 지연 스테이지의 입력 신호로 피드백 하여 상기 복수의 지연 스테이지 각 출력단에서 복수의 발진 신호를 생성하는 단계 및 상기 복수 의 지연 스테이지들로 인가되는 제1 바이어스 전압 및 제2 바이어스 전압을 조절하여 상기 입력 신호의 제1 영역과 제2 영역에서 상기 아날로그 입력 신호의 변화에 대한 상기 복수의 발진 신호의 주파수 변화의 비율인 주파수 이득을 조절하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a voltage controlled oscillation method according to an embodiment of the present invention inverts and amplifies an output signal of each of a plurality of delay stays connected to a ring-shaped main loop in response to an analog input signal. Providing to a delay stage, inverting at least one output signal of the plurality of delay stages and feeding back an input signal of at least one or more previous delay stages to generate a plurality of oscillation signals at each output stage of the plurality of delay stages And adjusting a first bias voltage and a second bias voltage applied to the plurality of delay stages so that the frequencies of the plurality of oscillation signals for the change of the analog input signal in the first region and the second region of the input signal. Adjusting a frequency gain that is a rate of change.
본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기 및 이를 포함한 아날로그 디지털 변환기는 서브 피드백 루프와 바디 바이어스 전압을 이용하여 해상도와 선형성을 향상시킬 수 있다.The voltage controlled oscillator and the analog-to-digital converter including the same according to an embodiment of the present invention can improve resolution and linearity by using a sub-feedback loop and a body bias voltage.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.With respect to the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural to functional descriptions are merely illustrated for the purpose of describing embodiments of the present invention, embodiments of the present invention may be implemented in various forms and It should not be construed as limited to the embodiments described in.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 전압 제어 발진기 및 아날로그 디지털 변환기를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, a voltage controlled oscillator and an analog to digital converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions of the same elements are omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 아날로그 디지털 변환기(100)는 샘플/홀드 회로(110), 전압 제어 발진기(120) 및 위상 검출부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the analog-to-digital converter 100 includes a sample /
샘플/홀드 회로(110)는 아날로그 신호(SA)를 입력받아서 샘플링하고 이를 일시적으로 홀딩하여 전압 제어 발진기(120)의 입력 신호(SI)로 제공한다. The sample /
전압 제어 발진기(120)는 입력 신호(SI)에 응답하여 복수의 발진 신호(SO)를 출력한다. 전압 제어 발진기(120)는 입력 신호(SI)의 크기에 비례 또는 반비례하여 복수의 발진 신호(SO)의 주파수를 변화시켜 출력한다. The voltage controlled
일정 시간 동안의 발진 신호의 위상 변화량은 주파수를 적분한 값과 비례하므로, 발전 신호의 위상 변화량은 조절하거나 검출하는 과정은 발진 신호의 주파수를 조절하거나 검출하는 과정과 같은 의미로 이해될 수 있다. 이하, 본 명세서상에서 위상은 주파수의 의미로도 해석될 수 있고, 주파수 역시 위상의 의미로 해석될 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어 튜닝 레인지는 전압 제어 발진기의 출력 신호의 주파수들 중 아날로그 디지털 변환기에서 유효하게 이용할 수 있는 최대값과 최소값의 차이를 의미하며, 위상의 개수는 샘플링 주기 동안 검출할 수 있는 단위 위상의 개수를 의미한다.Since the phase change amount of the oscillation signal for a predetermined time is proportional to the integral value of the frequency, the process of adjusting or detecting the phase change amount of the power generation signal may be understood as the same as the process of adjusting or detecting the frequency of the oscillation signal. Hereinafter, in the present specification, the phase may be interpreted in the meaning of frequency, and the frequency may also be interpreted in the meaning of phase. In addition, in describing an embodiment of the present invention, the tuning range means a difference between the maximum value and the minimum value that can be effectively used in the analog-to-digital converter among the frequencies of the output signal of the voltage controlled oscillator, and the number of phases during the sampling period. It means the number of unit phases that can be detected.
전압 제어 발진기(120)는 복수의 지연 스테이지가 링 형태로 연결된 링 오실 레이터로 구현될 수 있으며, 서브 피드백 루프를 이용하여 튜닝 레인지의 감소를 줄이면서도 위상차가 있는 복수의 발진 신호의 위상 정보를 이용할 수 있어 해상도를 향상시킬 수 있다.The voltage controlled
위상 검출부(130)는 전압 제어 발진기(120)의 출력 신호(SO)의 주파수 또는 위상 변화량을 검출하고, 검출된 위상 변화량을 디지털 신호(SD)로 변환하여 출력한다.The
위상 검출부(130)는 위상 양자화기(131) 및 데시메이션 필터(132)를 포함한다. 위상 양자화기(131)는 샘플링 클럭(SS)에 응답하여 복수의 발진 신호 각각의 위상 변화량을 검출하여 양자화한다. 데시메이션 필터(132)는 위상 양자화기의 출력 신호(SQ)를 데시메이션한다.The
도 2는 도1의 아날로그 디지털 변환기의 각 신호 흐름을 나타내는 파형도이다.FIG. 2 is a waveform diagram illustrating each signal flow of the analog-digital converter of FIG. 1.
도 2를 참조하면, 샘플링 클럭(SS)의 매 주기마다, 샘플/홀드 회로(110)가 아날로그 신호를 샘플링하고 일정하게 홀딩하여 전압 제어 발진기(120)에 입력 신호(SI)로 제공한다. 전압 제어 발진기(120)는 입력 신호(SI)에 비례하는 주파수를 가진 발진 신호(SO)를 출력한다. 이때 단일 발진 신호를 출력하는 것보다 복수의 발진 신호를 출력하면, 검출할 수 있는 위상 변화의 간격을 더욱 세분화할 수 있어 해상도를 높일 수 있다. 예를 들어, 도 2의 파형도에서는 8개의 발진 신호를 출력하여 단일 발진 신호를 이용할 때 검출 가능한 위상 변화량의 1/8 간격의 위상 변화량까지 검출할 수 있다. Referring to FIG. 2, in each period of the sampling clock SS, the sample /
위상 검출부(130)에서는 발진 신호의 위상 변화량을 검출한다. 예를 들어 위상 검출부(130)의 위상 양자화기(131)는 샘플링 클럭(SS)의 매 주기 동안의 단위 위상 변화량의 개수(SQ)를 카운트하여 위상 변화량(PS)을 검출할 수 있다.The
도 3은 도 1의 아날로그 디지털 변환기에 포함된 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 나타내는 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention included in the analog to digital converter of FIG. 1.
도 3을 참조하면, 전압 제어 발진기는 복수의 지연 스테이지가 링 형태로 연결된 링 오실레이터로 구현된다. 전압 제어 발진기는 메인 루프를 형성하는 지연 스테이지(MDS1~MDS8) 및 서브 피드백 루프를 형성하는 서브 피드백 스테이지(SDS1~SDS8)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the voltage controlled oscillator is implemented as a ring oscillator in which a plurality of delay stages are connected in a ring shape. The voltage controlled oscillator includes delay stages MDS1 to MDS8 forming a main loop and subfeedback stages SDS1 to SDS8 forming a subfeedback loop.
복수의 지연 스테이지들 각각의 출력단에는 서로 위상차가 있는 발진 신호를 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기는 메인 루프 이외에 더 짧은 서브 피드백 루프를 형성하기 위한 서브 피드백 스테이지(SDS1~SDS8)를 포함한다. 서브 피드백 루프는 메인 루프보다 길이가 작은 루프일 수 있다. 도 3에서는 8개의 지연 스테이지(MDS1~MDS8)가 직렬로 연결되어 하나의 메인 루프를 형성하고, 메인 루프의 오실레이션 경로를 단축시키는 서브 피드백 스테이지(SDS1~SDS8)가 연결되어 있다. 도3에서 나타낸 실시예에서 서브 피드백 스테이지(SDS1~SDS8)는 각 지연 스테이지(MDS1~MSD8)의 출력 신호를 한 단계 이전 지연 스테이지의 입력 신호로 피드백 한다. 예를 들어, 세 번째 지연 스테이지(MDS3)의 출력 신호는 서브 피드백 스테이지(SDS2)를 거쳐 두 번째 지연 스테이지(MDS2)의 입력 신호로 제공된다. 네 번째 지연 스테이지(MDS4)의 출력 신호는 서브 피드백 스테이지(SDS3)를 거 쳐 세 번째 지연 스테이지(MDS3)의 입력 신호로 제공된다. 이와 마찬가지로 각 지연 스테이지들은 서브 피드백 스테이지를 거쳐 한 단계 이전 지연 스테이지의 입력 신호로 제공된다. 도 3에서 도시된 실시예에서는 8개의 지연 스테이지와 서브 피드백 스테이지를 이용하였으나 지연 스테이지의 개수와 서브 피드백 스테이지의 개수는 자유롭게 변형할 수 있으며, 서브 피드백 스테이지의 연결 관계 또한 자유롭게 변형할 수 있을 것이다.An output terminal of each of the plurality of delay stages outputs an oscillation signal having a phase difference from each other. The voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention includes subfeedback stages SDS1 to SDS8 for forming a shorter subfeedback loop in addition to the main loop. The sub-feedback loop may be a loop having a smaller length than the main loop. In FIG. 3, eight delay stages MDS1 to MDS8 are connected in series to form a main loop, and subfeedback stages SDS1 to SDS8 for shortening an oscillation path of the main loop are connected to each other. In the embodiment shown in FIG. 3, the sub-feedback stages SDS1 to SDS8 feed back the output signal of each delay stage MDS1 to MSD8 to the input signal of the delay stage one step earlier. For example, the output signal of the third delay stage MDS3 is provided to the input signal of the second delay stage MDS2 via the sub-feedback stage SDS2. The output signal of the fourth delay stage MDS4 is provided as an input signal of the third delay stage MDS3 via the sub-feedback stage SDS3. Similarly, each delay stage is provided as an input signal of the delay stage one step before the sub-feedback stage. In the embodiment illustrated in FIG. 3, eight delay stages and sub-feedback stages are used, but the number of delay stages and the number of sub-feedback stages may be freely modified, and the connection relationship between the sub-feedback stages may also be freely modified.
도 4는 도 3의 전압 제어 발진기의 다른 일 실시예를 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating another exemplary embodiment of the voltage controlled oscillator of FIG. 3.
도 4를 참조하면, 전압 제어 발진기는 차동 입력 신호를 인가받아 반전하여 출력하는 복수의 지연 스테이지(MSD1~MSD31)를 포함하며, 복수의 지연 스테이지(MSD1~MSD31) 각 출력단의 출력하는 발진 신호의 한 단계 이상 피드백 하는 서브 피드백 스테이지(SDS1~SDS8)를 포함한다. 오실레이션이 일어나도록 하기 위해서 하나의 지연 스테이지의 출력 신호를 다음 지연 스테이지로 바로 연결할 수도 있고 교차하여 연결 할 수도 있다. Referring to FIG. 4, the voltage controlled oscillator includes a plurality of delay stages MSD1 to MSD31 for receiving a differential input signal and inverting the differential input signal, and outputs the oscillation signals output from the respective output stages of the plurality of delay stages MSD1 to MSD31. It includes sub-feedback stages SDS1 to SDS8 that feed back one or more steps. In order for oscillation to occur, the output signal of one delay stage can be connected directly to the next delay stage or can be connected alternately.
본 발명의 일 실시에에 따른 아날로그 디지털 변환기는 전압 제어 발진기에서 출력되는 복수의 발진 신호의 위상 정보를 이용하여 위상의 개수를 증가시킬 수 있다. 또한 종래의 아날로그 디지털 변환기가 위상의 개수를 증가시킬 경우 튜닝 레인지가 감소하여 해상도를 향상시키기가 어려운 것에 비해서 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기는 복수의 발진 신호를 이용하여 위상의 개수를 증가시키면서도 서브 피드백 루프로 인해 튜닝 레인지의 감소를 줄일 수 있어 해상도를 향상시킬 수 있다.Analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention can increase the number of phases by using the phase information of the plurality of oscillation signals output from the voltage controlled oscillator. In addition, when a conventional analog-to-digital converter increases the number of phases, it is difficult to improve the resolution by reducing the tuning range, whereas the analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention uses a plurality of oscillation signals to adjust the number of phases. While increasing, the subfeedback loop can reduce the reduction in tuning range, thereby improving resolution.
도 5는 도 4의 전압 제어 발진기의 지연 스테이지(MDS1~MDS31) 또는 서브 피드백 스테이지(SDS1~SDS31)를 나타내는 회로도이다.FIG. 5 is a circuit diagram illustrating delay stages MDS1 to MDS31 or sub-feedback stages SDS1 to SDS31 of the voltage controlled oscillator of FIG. 4.
도 5를 참조하면, 지연 스테이지(MDS1~MDS31) 또는 서브 피드백 스테이지(SDS1~SDS31) 각각은 차동 증폭부(510) 및 주파수 제어부(520)를 포함한다.Referring to FIG. 5, each of the delay stages MDS1 to MDS31 or the sub-feedback stages SDS1 to SDS31 includes a
차동 증폭부(510)는 이전 스테이지의 출력 신호를 입력받아 이를 반전하여 증폭하고, 출력 신호를 다음 지연 스테이지로 제공한다. 차동 증폭부(510)는 제1 엔모스 트랜지스터 쌍(NM1, NM2) 및 제1 피모스 트랜지스터 쌍(PM1, PM2)을 포함한다. 제1 엔모스 트랜지스터 쌍(NM1, NM2)은 소스 단자가 제1 전원 전압(VSS)에 연결되고, 게이트 단자로 이전 지연 스테이지의 출력 신호를 입력받아 드레인 단자로 현재 지연 스테이지의 출력 신호를 출력한다. 제1 전원 전압(VSS)은 접지 전압일 수 있다. 제1 피모스 트랜지스터 쌍(PM1, PM2)은 소스 단자가 제2 전원 전압(VDD)에 연결되고, 하나의 게이트 단자가 다른 하나의 드레인 단자와 교차하여 연결되며, 드레인 단자가 상기 제1 엔모스 트랜지스터 쌍과 연결된다. 도 5에서는 제1 엔모스 트랜지스터 쌍과 제1 피모스 트랜지스터 쌍을 포함하는 차동 증폭부를 일 실시예로서 도시하였으나, 트랜지스터의 수와 전도 타입은 실시예에 따라서 자유롭게 변형할 수 있다.The
주파수 제어부(520)는 입력 신호(SI)에 응답하여 차동 증폭부(510)에서 신호가 지연되는 시간을 조절하여 전압 제어 발진기(120)에서 출력되는 발진 신호의 주파수를 조절한다. 주파수 제어부(520)는 입력 신호(SI)의 크기에 상응하는 주파수의 발진 신호를 출력하도록 하고, 위상 검출부에서 발진 신호의 위상 정보를 검출 하여 디지털 신호로 변환함으로써 아날로그 디지털 변환을 수행한다. 또한, 주파수 제어부(520)는 바이어스 전압들(VB1, VB2)을 이용해 입력 신호의 변화에 대한 복수의 발진 신호의 주파수 변화의 비율인 주파수 이득을 조절하여 선형성을 향상시킨다.The
주파수 제어부는 풀업 제어부(520) 및 풀다운 제어부(530)를 포함한다. 풀업 제어부(510) 및 풀다운 제어부(520)는 입력 신호(SI)에 응답하여 각각 차동 증폭부(510)의 풀업 동작과 풀다운 동작을 보조한다.The frequency controller includes a pull-up
풀업 제어부(521)는 제2 피모스 트랜지스터 쌍(PM3, PM4)을 포함한다. 제2 피모스 트랜지스터 쌍(PM3, PM4)은 소스 단자가 제2 전원 전압(VDD)에 연결되고 드레인 단자가 상기 제1 엔모스 트랜지스터 쌍(NM1, NM2)의 드레인 단자와 연결되며, 게이트 단자로 상기 입력 신호(SI)를 입력 받는다. 또한 제2 피모스 트랜지스터의 바디로 제1 바디 바이어스 전압(VB1)을 인가 받아 전압 제어 발진기에서 출력되는 발진 신호들의 주파수 이득을 조절한다.The pull-up
풀다운 제어부(522)는 제2 엔모스 트랜지스터 쌍(NM3, NM4)을 포함한다. 제2 엔모스 트랜지스터 쌍(NM3, NM4)은 소스 단자가 제1 전원 전압(VSS)과 연결되고 드레인 단자가 제1 엔모스 트랜지스터 쌍(NM1, NM2)의 드레인 단자와 연결되며 게이트 단자로 입력 신호(SI)를 입력 받는다. 또한, 바디로 제2 바디 바이어스 전압(VB2)을 인가받아 전압 제어 발진기에서 출력되는 발진 신호들의 주파수 이득을 조절한다.Pull-
도 6a 및 도 6b는 전압 제어 발진기의 입력 신호와 전압 제어 발진기에서 출력되는 발진 신호의 주파수의 관계를 나타내는 다이어그램이다.6A and 6B are diagrams showing the relationship between the frequency of the oscillation signal output from the voltage controlled oscillator and the input signal of the voltage controlled oscillator.
이하, 도 5, 도 6a 및 도6b를 참조하여 전압 제어 발진기의 선형성을 향상시키는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of improving linearity of the voltage controlled oscillator will be described with reference to FIGS. 5, 6A, and 6B.
전압 제어 발진기의 입력 신호(SI)가 증가함에 따라 제2 피모스 트랜지스터 쌍(PM3, PM4)의 영향으로 발진 신호의 주파수는 감소한다. 그러나 입력 신호(SI)가 계속 증가하여 제2 피모스 트랜지스터 쌍(PM3, PM4)이 턴오프 되면 제2 엔모스 트랜지스터(NM3, NM4)의 영향으로 주파수는 더 감소될 수 있어 튜닝 레인지의 제한이 줄어든다.As the input signal SI of the voltage controlled oscillator increases, the frequency of the oscillation signal decreases due to the influence of the second PMOS transistor pairs PM3 and PM4. However, if the input signal SI continues to increase and the second PMOS transistor pairs PM3 and PM4 are turned off, the frequency may be further reduced due to the influence of the second NMOS transistors NM3 and NM4, thereby limiting the tuning range. Decreases.
도 6a 및 도 6b에서 그래프의 기울기는 입력 신호의 변화에 대한 발진 신호의 주파수 변화의 비율, 즉 주파수 이득을 나타낸다. 즉, 그래프의 기울기가 급격해지는 것은 주파수 이득의 절대값이 커지는 것을 의미하고 그래프의 기울기가 완만해지는 것은 주파수 이득의 절대값이 작아지는 것을 의미한다. 만약, 입력 신호(SI)에 의해 제2 피모스 트랜지스터 쌍(PM3, PM4)과 제2 엔모스 트랜지스터(NM3, NM4)가 모두 턴온 되면 그래프의 기울기는 한 쌍의 트랜지스터가 턴온 될 때에 비해 더욱 급격한 경사를 나타낼 수 있으며, 모든 트랜지스터가 턴오프 되면 기울기가 영(0)이 될 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기에서는 제2 피모스 트랜지스터 쌍(PM3, PM4)과 제2 엔모스 트랜지스터 쌍(NM3, NM4) 중 한 쌍만 턴온 되도록 트랜지스터의 문턱 전압을 조절하여 선형성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 피모스 트랜지스터 쌍(PM3, PM4)의 문턱 전압의 절대값과 제2 엔모스 트랜지스터 쌍(NM3, NM4)의 문턱 전압의 합이 제1 전원 전압(VSS)과 제2 전원 전압(VDD)의 차이와 같도록 제2 엔모스 트랜지스터 쌍(NM3, NM4)의 길 이를 설계하고, 그래프의 기울기가 일정하게 유지되도록 제2 피모스 트랜지스터 쌍(PM3, PM4) 및 제2 엔모스 트랜지스터 쌍(NM3, NM4)의 폭을 설계하여 선형성을 향상시킬 수 있다. 이 경우 제2 엔모스 트랜지스터 쌍(NM3, NM4)의 문턱 전압은 제2 피모스 트랜지스터 쌍(PM3, PM4)의 문턱 전압보다 더 높을 수 있다.6A and 6B, the slope of the graph represents the ratio of the frequency change of the oscillation signal to the change of the input signal, that is, the frequency gain. That is, the sharp slope of the graph means that the absolute value of the frequency gain increases, and the slow slope of the graph means the absolute value of the frequency gain decreases. If both of the second PMOS transistor pairs PM3 and PM4 and the second NMOS transistors NM3 and NM4 are turned on by the input signal SI, the slope of the graph is sharper than when the pair of transistors are turned on. In the analog-to-digital converter according to the exemplary embodiment of the present invention, the second PMOS transistor pair PM3 and PM4 and the second yen may be inclined. Linearity can be improved by adjusting the threshold voltage of the transistor so that only one pair of MOS transistor pairs NM3 and NM4 is turned on. For example, the sum of the absolute value of the threshold voltages of the second PMOS transistor pairs PM3 and PM4 and the threshold voltages of the second NMOS transistor pairs NM3 and NM4 is equal to the first power supply voltage VSS and the second power supply. Design the lengths of the second NMOS transistor pairs NM3 and NM4 to be equal to the difference in voltage VDD, and the second PMOS transistor pairs PM3 and PM4 and the second NMOS so that the slope of the graph remains constant. The linearity can be improved by designing the width of transistor pairs NM3 and NM4. In this case, the threshold voltages of the second NMOS transistor pairs NM3 and NM4 may be higher than the threshold voltages of the second PMOS transistor pairs PM3 and PM4.
그러나 이렇게 트랜지스터의 특성을 결정하여 설계하더라도 제조 공정상 변화가 있을 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기는 바디 바이어스 전압을 이용하여 선형성을 더욱 향상시킬 수 있다. 제1 바디 바이어스 전압(VB1)을 증가시키면 제2 피모스 트랜지스터 쌍(PM3, PM4)의 유효 저항과 문턱 전압이 증가하고, 제2 바디 바이어스 전압을 감소시키면 제2 엔모스 트랜지스터 쌍(NM3, NM4)의 유효 저항과 문턱 전압이 증가한다. 따라서 제1 바디 바이어스 전압(VB1)과 제2 바디 바이어스 전압(VB2)의 공통 모드 전압((VB1 + VB2)/2)을 증가시키면 입력 신호의 제1 영역(AR1)에서의 주파수 이득의 절대값(LINE 1의 기울기의 크기)은 더욱 평탄해지고 입력 신호의 제2 영역(AR2)에서의 주파수 이득의 절대값(LINE 2의 기울기의 크기)은 더욱 급격해진다. 또한 제1 바디 바이어스 전압(VB1)과 제2 바디 바이어스 전압(VB2)의 차동 모드 전압((VB1-VB2)/2)을 증가시면 입력 신호의 제1 영역(AR1)에서의 주파수 이득의 절대값(LINE 1의 기울기의 크기)과 입력 신호의 제2 영역(AR2)에서의 주파수 이득의 절대값(LINE 2의 기울기의 크기)이 감소한다. 따라서 제1 바디 바이어스 전압(VB1)과 제2 바디 바이어스 전압(VB2)을 조절하여 도 6a 및 도 6b의 LINE 1과 LINE 2가 일직선이 되도록 하면 전압 제어 발진기의 선형성이 유지될 수 있다.However, even if the characteristics of the transistors are designed and determined, there may be a change in the manufacturing process. The analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention may further improve linearity by using a body bias voltage. Increasing the first body bias voltage VB1 increases the effective resistance and threshold voltage of the second PMOS transistor pairs PM3 and PM4, and decreasing the second body bias voltage increases the second NMOS transistor pairs NM3 and NM4. Increases the effective resistance and threshold voltage. Therefore, if the common mode voltage (VB1 + VB2) / 2 of the first body bias voltage VB1 and the second body bias voltage VB2 is increased, the absolute value of the frequency gain in the first region AR1 of the input signal is increased. (The magnitude of the slope of LINE 1) becomes flatter and the absolute value of the frequency gain (the magnitude of the slope of LINE 2) in the second region AR2 of the input signal becomes more sharp. In addition, when the differential mode voltage (VB1-VB2) / 2 of the first body bias voltage VB1 and the second body bias voltage VB2 is increased, the absolute value of the frequency gain in the first region AR1 of the input signal is increased. (The magnitude of the slope of LINE 1) and the absolute value (the magnitude of the slope of LINE 2) of the frequency gain in the second area AR2 of the input signal decreases. Therefore, the linearity of the voltage controlled oscillator can be maintained by adjusting the first body bias voltage VB1 and the second body bias voltage VB2 so that
도 7은 도 4의 전압 제어 발진기를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 다이어그램이다.7 is a diagram illustrating a result of simulating the voltage controlled oscillator of FIG. 4.
도 7의 다이어그램은 0.13 마이크로미터의 CMOS 기술과 1.2V의 공급 전압을 이용하여 시뮬레이션한 결과이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기는 0.88GHz 의 튜닝 레인지를 얻을 수 있으며, 그래프가 거의 직선에 가까워 선형성이 높음을 알 수 있다.The diagram in FIG. 7 is simulated using a CMOS technology of 0.13 micrometers and a supply voltage of 1.2V. Referring to FIG. 7, it can be seen that the voltage controlled oscillator according to the embodiment of the present invention can obtain a tuning range of 0.88 GHz, and the graph is close to a straight line so that the linearity is high.
[표 1]TABLE 1
표 1은 서브 피드백 루프와 바디 바이어스 기술을 적용하지 않은 종래의 전압 제어 발진기와 본 발명의 일실시예에 따른 전압 제어 발진기의 성능을 비교한 것이다.Table 1 compares the performance of a conventional voltage controlled oscillator without a sub-feedback loop and body bias technique with a voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.
표 1을 참조하면, 본 발명의 전압 제어 발진기는 종래의 전압 제어 발진기보다 시간 해상도가 약 10배 향상되었으며 유효비트수(Effective Number of Bits, ENOB)가 약 3.18bit 향상되었다. 위상의 개수는 약 10.3배 향상되었지만 튜닝 레인지는 크게 감소되지 않았다.Referring to Table 1, the voltage controlled oscillator of the present invention has a time resolution improved by about 10 times and an effective number of bits (ENOB) improved by about 3.18 bits compared to a conventional voltage controlled oscillator. The number of phases is about 10.3 times better, but the tuning range is not significantly reduced.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기 및 이를 포함한 아날로그 디지털 변환기는 서브 피드백 루프와 바디 바이어스 전압을 이용하 여 해상도와 선형성을 향상시킬 수 있다.As described above, the voltage controlled oscillator and the analog-to-digital converter including the same may improve resolution and linearity by using a sub-feedback loop and a body bias voltage.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an analog-to-digital converter according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도1의 아날로그 디지털 변환기의 각 신호 흐름을 나타내는 파형도이다.FIG. 2 is a waveform diagram illustrating each signal flow of the analog-digital converter of FIG. 1.
도 3은 도 1의 아날로그 디지털 변환기에 포함된 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 나타내는 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention included in the analog to digital converter of FIG. 1.
도 4는 도 3의 전압 제어 발진기의 다른 일 실시예를 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating another exemplary embodiment of the voltage controlled oscillator of FIG. 3.
도 5는 도 4의 전압 제어 발진기의 지연 스테이지 또는 서브 피드백 스테이지를 나타내는 회로도이다.FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a delay stage or a sub-feedback stage of the voltage controlled oscillator of FIG. 4.
도 6a 및 도 6b는 전압 제어 발진기의 입력 신호와 전압 제어 발진기에서 출력되는 발진 신호의 주파수의 관계를 나타내는 다이어그램이다.6A and 6B are diagrams showing the relationship between the frequency of the oscillation signal output from the voltage controlled oscillator and the input signal of the voltage controlled oscillator.
도 7은 도4의 전압 제어 발진기를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 다이어그램이다. FIG. 7 is a diagram illustrating a result of simulating the voltage controlled oscillator of FIG. 4.
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US6075419A (en) | 1999-01-29 | 2000-06-13 | Pmc-Sierra Ltd. | High speed wide tuning range multi-phase output ring oscillator |
JP2005184113A (en) | 2003-12-16 | 2005-07-07 | Thine Electronics Inc | Serial link circuit |
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- 2007-08-28 KR KR1020070086489A patent/KR100936770B1/en not_active IP Right Cessation
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