KR101172891B1 - Digital proportional integral loop filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 비례적분 루프 필터에 관한 것이다. 본 발명에 의한 디지털 비례적분 루프 필터는, 위상오차값에 제1비례루프이득을 곱한값을 출력하는 제1비례증폭부; 위상오차누적값에 제1적분루프이득을 곱한값을 출력하는 제1적분증폭부; 상기 위상오차값에 제2비례루프이득을 곱한값을 출력하는 제2비례증폭부; 상기 위상오차누적값에 제2적분루프이득을 곱한값을 출력하는 제2적분증폭부; 위상오차평균값에 상기 제1비례루프이득에서 상기 제2비례루프이득을 뺀 값을 곱한 제1오프셋을 생성하는 제1오프셋 생성부; 위상오차누적평균값에 상기 제1적분루프이득에서 상기 제2적분루프이득을 뺀 값을 곱한 제2오프셋을 생성하는 제2오프셋 생성부; 상기 제1비례증폭부의 출력과 상기 제1적분증폭부의 출력을 더하는 제1덧셈기; 상기 제2비례증폭부의 출력과 상기 제2적분증폭부의 출력과 상기 제1오프셋 생성부의 출력과 상기 제2오프셋 생성부의 출력을 더하는 제2덧셈기; 및The present invention relates to a digital proportional integral loop filter. A digital proportional integral loop filter according to the present invention comprises: a first proportional amplifier for outputting a value obtained by multiplying a phase error value by a first proportional loop gain; A first integrating amplifier for outputting a value obtained by multiplying a phase error accumulation value by a first integrating loop gain; A second proportional amplifier for outputting a value obtained by multiplying the phase error value by a second proportional loop gain; A second integrating amplifier for outputting a value obtained by multiplying the accumulated phase error value by a second integrating loop gain; A first offset generation unit generating a first offset obtained by multiplying a phase error average value by the first proportional loop gain minus the second proportional loop gain; A second offset generator for generating a second offset obtained by multiplying a phase error cumulative average value by the first integral loop gain minus the second integral loop gain; A first adder for adding an output of the first proportional amplifier and an output of the first integral amplifier; A second adder for adding the output of the second proportional amplifier, the output of the second integral amplifier, the output of the first offset generator and the output of the second offset generator; And
상기 제1덧셈기 또는 상기 제2덧셈기의 출력 중 어느 하나를 출력하는 먹스를 포함한다.It includes a mux for outputting any one of the output of the first adder or the second adder.
위상오차, 기어 시프트, ADPLL, 루프 필터 Phase Error, Gear Shift, ADPLL, Loop Filter
Description
본 발명은 빠른 셋틀링 시간을 위한 디지털 비례적분 루프필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 위상오차 및 위상오차누적의 평균값을 오프셋 생성시 포함시킴으로써 루프필터 이득값의 변화가 크더라도 한번의 루프필터 계수 변화 스위칭으로 이득 변화가 가능하며 원하는 주파수로 한번에 락킹이 되어 셋틀링 시간 또한 짧게 하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a digital proportional integral loop filter for fast settling time, and more particularly, by including an average value of phase error and phase error accumulation in the offset generation, even if the change of the loop filter gain value is large. It is a device that can change gain by changing switching, and locks at a desired frequency at one time to shorten the settling time.
본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [과제관리번호: 2008-F-008-01, 과제명: 차세대 무선 융합 단말용 Advanced Digital RF 기술 개발]The present invention is derived from research conducted as part of the IT source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy. [Task Management Number: 2008-F-008-01, Title: Development of Advanced Digital RF Technology for Next Generation Wireless Fusion Terminal]
전통적인 아날로그 피엘엘(PLL)에서의 위상 주파수 검출기, 차지 펌프 그리고 RC 루프 필터가 ADPLL에서 타임투디지털컨버터(Time-to-Digital Converter)와 간단한 디지털 루프필터로 대체되었다. 왜냐하면 아날로그 회로의 미세한 전압 해상도에 대한 의존을 피할 수 있는 디지털 회로로 신호 처리 가능하기 때문이다. 이러한 디지털 신호처리 방법을 루프 필터에 적용하여 우수한 위상잡음 특성과 스푸 리어스 성능을 유지하면서 빠른 주파수 획득시간을 가지는 ADPLL 디지털 루프 필터에 관한 새로운 기법을 제시한다.Phase-frequency detectors, charge pumps and RC loop filters in traditional analog PLLs have been replaced by time-to-digital converters and simple digital loop filters in the ADPLL. This is because the signal can be processed by a digital circuit, which can avoid the dependence on the minute voltage resolution of the analog circuit. By applying this digital signal processing method to the loop filter, we propose a new technique for the ADPLL digital loop filter with fast frequency acquisition time while maintaining excellent phase noise characteristics and spurious performance.
도면 1은 종래의 기어 쉬프트(gear-shift) 기법을 사용한 비례 루프필터(100) 도면이다. 기어 쉬프트 기법을 사용한 비례 루프필터(100)는 곱셈기와 나누기 역할을 하는 비트 쉬프트(120, 121) 덧셈기(140,143) 그리고 트래킹 모드 제어 신호가 0일 때는 α1?ΦE[k] (130) 신호를 내보내고 1일 때는 α2?ΦE[k] (131)와 ΔNTW (142)의 합을 내보내는 먹스(150)로 구성이 된다. 1 is a diagram of a
위상 검출기(101)의 출력은 상기 비례 루프 필터(100)의 입력이 된다. ADPLL의 셋틀링 시간을 빠르게 단축하기 위해서는 피엘엘 루프 이득 값을 크게 해야 하고, 우수한 위상 잡음 특성을 가지려면 피엘엘 루프 이득 값을 작게 해야 한다. 이러한 두 가지 상반된 특성을 모두 만족하기 위해서 기어 쉬프트 기법을 사용한다. The output of the
먹스를 이용하여 트래킹 모드 제어 신호가 '0'일 때는 빠른 셋틀링 시간을 획득을 원할 때를 의미하고, ADPLL의 대역폭을 넓게 하는 α1를 선택하여 α1?ΦE[k] (130) 값을 루프필터 출력으로 내보낸다. 트래킹 모드 제어 신호가 '1'일 때는 우수한 위상 잡음 특성을 원할 때를 의미하고, 루프의 대역폭을 좁게 하여 잡음을 줄이려고 α1 > α2인 α2를 선택해 α2?ΦE[k] (131)을 출력한다. When the tracking mode control signal is '0' using the MUX, it means that a fast settling time is to be obtained, and α 1 ? Φ E [k] (130) value is selected by selecting α 1 which widens the bandwidth of the ADPLL. To the loop filter output. It means when desired excellent phase noise characteristics when the the tracking mode control signal "1", and to cut down on noise by narrowing the bandwidth of the loop provide the α 1> α 2 of α 2 α 2? Φ E [ k] (131 )
하지만 α1?ΦE[k] (130) 에서 α2?ΦE[k] (131)로 출력을 갑자기 변화시키면 ADPLL의 주파수의 락킹이 풀려버릴 수 있다. However, suddenly changing the output from α 1 Φ E [k] 130 to α 2 Φ E [k] 131 may unlock the frequency of the ADPLL.
그래서 상기 수학식 1이 되도록 ΔNTW (142) 오프셋을 추가해주면 루프 필터 이득이 변하더라도 위상 오차의 값을 변경 전과 같이 유지 시키는 역할을 해주므로 ADPLL의 주파수의 락킹이 풀리지 않으면서 루프의 대역폭을 줄여 잡음을 줄일 수 있게 해준다.Therefore, when the ΔNTW (142) offset is added to
오프셋은 값은 상기 수학식 1의 조건을 이용하여 상기 수학식 2를 구할 수 있다.The offset value can be obtained by using
곱셈기와 나누기는 하드웨어 크기가 크기 때문에 2의 제곱승에 해당되는 α를 사용하면 비트 쉬프트(120,121)을 사용할 수 있어 하드웨어 크기와 복잡도를 줄여준다. Since multipliers and divisions have a large hardware size, using α, which is a power of 2, enables bit shifts (120, 121) to reduce hardware size and complexity.
먹스의 출력은 루프 필터의 출력(151)이며 DCO(Digitally Controlled Oscillator)(160)의 입력이 된다. 이러한 기어 쉬프트가 적용된 루프 필터는 기어 쉬프트의 스위칭 순간에 잡음이 더 추가 될 수 가 있고, α1과 α2의 차이가 큰 경우의 기어 쉬프트가 한번에 α2에 해당되는 주파수를 찾지 못하고 원하는 주파수 값이 되기 위한 셋틀링 시간 또한 필요한 단점이 있다. 그래서 셋틀링 시간은 단축시 키고 위상잡음 특성을 높이기 위해서 사용하는 루프필터 이득 값은 2-2 ⇒ 2-4 ⇒ 2-6과 같이 순차적으로 변화 시켜 쉬프트 스위칭 수를 늘려야만 하는 단점이 있다. 또한 루프 필터 이득의 기어 쉬프트가 비례 루프필터의 구조에서만 적용되므로 ADPLL의 안정성에 문제가 있을 수 있다.The output of the mux is an
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 오프셋 생성시 위상오차와 위상오차누적의 평균값을 사용함으로써 루프 필터 이득 값의 변화가 크더라고 한 번의 이득 변화로 원하는 주파수를 출력할 수 있도록 하며, 원하는 주파수로 한 번에 락킹이 되어 셋틀링 시간을 단축시키는 빠른 셋틀링 시간을 위한 디지털 비례적분 루프필터를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by using the average value of the phase error and phase error accumulation in the offset generation, even if the change in the loop filter gain value is large, the desired frequency can be output in one gain change. It is to provide a digital proportional integral loop filter for fast settling time that is locked at a desired frequency at a time to reduce the settling time.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 빠른 셋틀링 시간을 위한 디지털 비례적분 루프필터는, 위상오차값에 제1비례루프이득을 곱한값을 출력하는 제1비례증폭부; 위상오차누적값에 제1적분루프이득을 곱한값을 출력하는 제1적분증폭부; 상기 위상오차값에 제2비례루프이득을 곱한값을 출력하는 제2비례증폭부; 상기 위상오차누적값에 제2적분루프이득을 곱한값을 출력하는 제2적분증폭부; 위상오차평균값에 상기 제1비례루프이득에서 상기 제2비례루프이득을 뺀 값을 곱한 제1오프셋을 생성하는 제1오프셋 생성부; 위상오차누적평균값에 상기 제1적분루프이득에서 상기 제2적분루프이득을 뺀 값을 곱한 제2오프셋을 생성하는 제2오프셋 생성부; 상기 제1비례증폭부의 출력과 상기 제1적분증폭부의 출력을 더하는 제1덧셈기; 상기 제2비례증폭부의 출력과 상기 제2적분증폭부의 출력과 상기 제1오프셋 생성부의 출력과 상기 제2오프셋 생성부의 출력을 더하는 제2덧셈기; 및 상기 제1덧셈기 또는 상기 제2덧셈기의 출력 중 어느 하나를 출력하는 먹스를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a digital proportional integral loop filter for fast settling time, comprising: a first proportional amplifier for outputting a phase error value multiplied by a first proportional loop gain; A first integrating amplifier for outputting a value obtained by multiplying a phase error accumulation value by a first integrating loop gain; A second proportional amplifier for outputting a value obtained by multiplying the phase error value by a second proportional loop gain; A second integrating amplifier for outputting a value obtained by multiplying the accumulated phase error value by a second integrating loop gain; A first offset generation unit generating a first offset obtained by multiplying a phase error average value by the first proportional loop gain minus the second proportional loop gain; A second offset generator for generating a second offset obtained by multiplying a phase error cumulative average value by the first integral loop gain minus the second integral loop gain; A first adder for adding an output of the first proportional amplifier and an output of the first integral amplifier; A second adder for adding the output of the second proportional amplifier, the output of the second integral amplifier, the output of the first offset generator and the output of the second offset generator; And a mux for outputting any one of the output of the first adder and the second adder.
본 발명에 의한 빠른 셋틀링 시간을 위한 디지털 비례적분 루프필터는 종래의 기어 시프트 방법에서 루프필터 이득값의 변화가 클 때 기어 시프트 스위칭 횟수가 늘어나던 문제점을 위상오차평균과 위상오차누적평균을 오프셋 생성시 포함시킴으로써 해결하였다. Digital proportional integral loop filter for fast settling time according to the present invention offsets the problem that the number of gear shift switching increases when the loop filter gain value is large in the conventional gear shift method. This was solved by inclusion in the production.
또한 루프필터 이득값의 변화가 크더라도 원하는 주파수로 한번에 락킹이 되어 셋틀링 시간 또한 짧은 장점을 가진다. 그리고 비례적분 루프 필터를 사용하기 때문에 ADPLL의 안정도가 높아지는 장점이 있다.In addition, even if the change of the loop filter gain value is large, it is locked at a desired frequency at one time, and thus, the settling time is also short. In addition, the stability of the ADPLL is increased by using a proportional integral loop filter.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사 이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' to another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element in between. Include. Also, to "include" an element means that it may include other elements, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 의한 디지털 비례적분 루프 필터의 구성을 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing the configuration of a digital proportional integral loop filter according to an embodiment of the present invention.
본 말명의 일 실시형태에 따른 디지털 비례적분 루프 필터는 제1비례증폭부(210), 제1적분증폭부(220), 제1덧셈기(230), 제2비례증폭부(240), 제2적분증폭부(250), 제1오프셋 생성부(260), 제2오프셋 생성부(270), 제2덧셈기(280), 및 먹스(290)을 포함한다.The digital proportional integral loop filter according to the embodiment of the present invention may include a first
상기 제1비례증폭부(210) 및 제2비례증폭부(240)는 위상오차를 입력으로 하여 상기 위상오차에 각각의 비례루프이득을 곱한 값을 출력한다.The first
상기 제1적분증폭부(220) 및 제2적분증폭부(250)는 위상오차를 누적하여 위상오차누적을 생성한 뒤, 상기 위상오차누적에 각각의 적분루프이득을 곱한 값을 출력한다.The
상기 제1오프셋 생성부(260)는 평균 인에이블 신호가 활성화된 일정한 구간 동안 위상오차를 평균하여 위상오차평균값을 생성한 뒤, 제1비례루프이득에서 제2비례루프이득을 뺀 값에 상기 위상오차평균값을 곱한 값을 제1오프셋으로 생성하여 출력한다.The
상기 제2오프셋 생성부(270)는 평균 인에이블 신호가 활성화된 일정한 구간 동안 위상오차누적을 평균하여 위상오차누적평균값을 생성한 뒤, 제1적분루프이득에서 제2적분루프이득을 뺀 값에 상기 위상오차누적평균값을 곱한 값을 제2오프셋으로 생성하여 출력한다.The
상기 제1덧셈기(230)는 상기 제1비례증폭부(210)의 출력과 상기 제1적분증폭부(220)의 출력을 더하여 이를 상기 먹스(290)에 출력한다.The
상기 제2덧셈기(280)는 상기 제2비례증폭부(240)의 출력과 상기 제2적분증폭부(250)의 출력과 상기 제1오프셋 생성부(260)의 출력과 상기 제2오프셋 생성부(270)의 출력을 더하여 이를 상기 먹스(290)에 출력한다.The
상기 먹스(290)는 이득변환인에이블제어신호가 0인 경우에는 상기 제1덧셈기(230)의 출력을 출력하고, 1인 경우에는 상기 제2덧셈기(280)의 출력을 출력한다.The
도 3은 상기 도 2에 기재된 실시형태에 따른 디지털 비례적분 루프 필터의 구체적인 구성을 나타낸 것이다. 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하겠다. 3 illustrates a specific configuration of a digital proportional integral loop filter according to the embodiment described in FIG. 2. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 2 and 3.
여기서, α1은 제1비례루프이득, α2는 제2비례루프이득, β1은 제1적분루프이득, β2는 제2적분루프이득을 각각 나타낸다. (ΔNTW1는 제1오프셋, ΔNTW2는 제2오프셋)Where α 1 represents the first proportional loop gain, α 2 represents the second proportional loop gain, β 1 represents the first integral loop gain, and β 2 represents the second integral loop gain. (ΔNTW1 is first offset, ΔNTW2 is second offset)
도2 및 도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 디지털 비례적분 루프 필터는 위상오차(ΦE[k], 301)를 입력으로 하며 덧셈기(340)와 되먹임 루프(341)로 이루어 진 위상오차누적(LF_temp[k]) 생성기(342)를 상기 제2적분증폭부(250), 제1 및 2 오프셋 생성부(260, 270)가 공유할 수 있다.2 and 3, the digital proportional integral loop filter according to the present embodiment takes a phase error Φ E [k], 301 as an input and consists of an
상기 제1비례증폭부(210)는 한 개의 증폭기(310)를 포함할 수 있다. 상기 위상오차(ΦE[k])에 상기 제1비례루프이득(α1)이 곱해지므로 α1?ΦE[k]이 상기 제1비례증폭부(210)의 출력이 될 수 있다.The first
상기 제1적분증폭부(220)는 상기 위상오차누적생성기(342)와 한 개의 증폭기(312)를 포함할 수 있다. 상기 위상오차(ΦE[k])가 상기 위상오차누적생성기(342)를 통과하여 위상오차누적(LF_temp[k])이 생성되고 여기에 상기 제1적분루프이득(β1)이 곱해지므로 β1?LF_temp[k]이 상기 제1적분증폭부(220)의 출력이 될 수 있다.The first
상기 제1비례증폭부(210)의 출력과 상기 제1적분증폭부(220)의 출력은 덧셈기(314)에서 합해져서 먹스(315)에 이득변환인에이블신호가 0(이득변환 이전 상태)인 경우 루프필터의 출력은 The output of the first
LF_output[k] = α1?ΦE[k] + β1?LF_temp[k]LF_output [k] = α 1 ? Φ E [k] + β 1 ? LF_temp [k]
이 될 수 있다.This can be
상기 제2비례증폭부(240)는 두 개의 증폭기(310,334)를 포함할 수 있다. 상기 위상오차(ΦE[k])에 α1과 (α2/ α1)이 차례로 곱해지므로 α2?ΦE[k]가 제2비례 증폭부(240)의 출력이 될 수 있다.The second
상기 제2적분증폭부(250)는 상기 위상오차누적생성기(342)와 두 개의 증폭기(312,364)로 구성될 수 있다. 상기 위상오차(ΦE[k])가 상기 위상오차 누적생성기(342)를 통과하여 위상오차누적(LF_temp[k])이 생성되고 여기에 β1과 (β2/ β1)이 차례로 곱해지므로 β2?LF_temp[k]가 상기 제2적분증폭부(250)의 출력이 될 수 있다.The second integrating
상기 제1오프셋 생성부(260)는 위상오차평균기(320)과 두 개의 증폭기(330,332) 및 한 개의 덧셈기(331)를 포함할 수 있다. 상기 위상오차평균기(320)가 비활성화 된 경우와 활성화 된 경우의 제1오프셋(ΔNTW1)은 각각 다음과 같다.The first offset
ΔNTW1 = (α1 -α2) ΦE[k] ΔNTW1 = (α 1 -α 2 ) Φ E [k]
ΔNTW1ave = (α1 -α2) ΦE_ ave[k]ΔNTW1 ave = (α 1 -α 2 ) Φ E_ ave [k]
상기 제2오프셋 생성부(270)는 위상오차누적평균기(350)와 두 개의 증폭기(360,362) 및 한 개의 덧셈기(361)를 포함할 수 있다. 상기 위상오차누적평균기(350)가 비활성화 된 경우와 활성화 된 경우의 제2오프셋(ΔNTW2)은 각각 다음과 같다.The second offset
ΔNTW2 = (β1 -β2) LF_temp[k]ΔNTW2 = (β 1 -β 2 ) LF_temp [k]
ΔNTW2ave = (β1 -β2) LF_tempave[k]ΔNTW2 ave = (β 1 -β 2 ) LF_temp ave [k]
이때 상기 위상오차평균(ΦE_ave[k]) 및 상기 위상오차 누적평 균(LF_tempave[k])은 평균 인에이블 신호가 1인 구간동안 상기 위상 오차(ΦE[k]) 및 상기 위상오차누적(LF_temp[k])를 누적하여 이를 누적 횟수로 나누어준 값이다.In this case, the phase error average Φ E_ave [k] and the phase error cumulative average LF_temp ave [k] are the phase error Φ E [k] and the phase error during a period where the average enable signal is 1. Accumulated (LF_temp [k]) is a value obtained by dividing it by the cumulative number of times.
상기 제2비례증폭부(240)의 출력과 상기 제2적분증폭부(250)의 출력과 상기 제1오프셋 생성부(260)의 출력과 상기 제2오프셋 생성부(270)의 출력은 덧셈기(365)에서 합해져서 상기 먹스(315)에 이득변환인에이블신호가 1(이득변환 이후 상태)인 경우 루프필터의 출력은,The output of the second
상기 위상오차평균기(320)와 상기 위상오차누적평균기(350)이 비활성화 된 경우When the
LF_output[k] = α2?ΦE[k] + ΔNTW1 + β2?LF_temp[k] + ΔNTW2LF_output [k] = α 2 ? Φ E [k] + ΔNTW1 + β 2 LF_temp [k] + ΔNTW2
이고, 활성화 된 경우And if enabled
LF_output[k] = α2?ΦE[k] + ΔNTW1ave + β2?LF_temp[k] + ΔNTW2ave LF_output [k] = α 2 ? Φ E [k] + ΔNTW1 ave + β 2 ? LF_temp [k] + ΔNTW2 ave
가 된다..
이득변환 이전과 이후의 출력을 비교하여 본 발명에 의한 디지털 비례적분 루프 필터의 동작을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the digital proportional integral loop filter according to the present invention by comparing the output before and after the gain conversion as follows.
이득변환인에이블신호가 0(이득변환이전상태)인 경우, 즉 루프필터 이득변환 이전의 루프필터의 출력은When the gain conversion enable signal is 0 (pre-gain conversion state), that is, the output of the loop filter before the loop filter gain conversion is
LF_output[k] = α1?ΦE[k] + β1?LF_temp[k]LF_output [k] = α 1 ? Φ E [k] + β 1 ? LF_temp [k]
이고, 상기 위상오차평균기(320)와 상기 위상오차누적평균(350)가 비활성화 되고 이득변환인에이블신호가 1(이득변환이후상태)인 경우, 즉 루프필터 이득변환 후의 루프필터의 출력은When the
LF_output[k] = α2?ΦE[k] + ΔNTW1 + β2?LF_temp[k] + ΔNTW2LF_output [k] = α 2 ? Φ E [k] + ΔNTW1 + β 2 LF_temp [k] + ΔNTW2
가 된다..
또한, 두 오프셋은 다음과 같다.In addition, the two offsets are as follows.
ΔNTW1 = (α1 -α2) ΦE[k]ΔNTW1 = (α 1 -α 2 ) Φ E [k]
ΔNTW2 = (β1 -β2) LF_temp[k]ΔNTW2 = (β 1 -β 2 ) LF_temp [k]
따라서 루프필터 이득변환 전후의 출력이 동일하므로 이득변환시에 주파수 락킹이 풀리지 않는다. 또한 비례적분 루프 필터를 사용함으로써 비례 루프 필터에 비하여 ADPLL의 안정도를 높일 수 있다.Therefore, the output before and after the loop filter gain conversion is the same, so that frequency locking is not solved during the gain conversion. In addition, the stability of the ADPLL can be improved by using the proportional integral loop filter compared to the proportional loop filter.
본 발명의 일실시예에 의한 디지털 비례적분 루프 필터의 또다른 특징은 기존의 기어 시프트 방법과는 달리 비례증폭부에서 기어 시프트의 입력으로 위상오차(ΦE[k])를 그대로 사용하지 않고 위상오차평균(ΦE_ave[k])을 사용하는 것이다. 또한 적분증폭부에서 기어 시프트의 입력으로도 위상오차누적(LF_temp[k]) 대신에 위상오차누적평균(LF_tempave[k])을 사용한다.Another feature of the digital proportional integral loop filter according to an embodiment of the present invention is that, unlike the conventional gear shifting method, the phase shifting unit does not use the phase error Φ E [k] as the input of the gear shift in the proportional amplifier. The error mean (Φ E_ave [k]) is used. In addition, instead of the phase error accumulation (LF_temp [k]), the phase error cumulative average (LF_temp ave [k]) is used as the input of the gear shift in the integral amplifier.
따라서 이러한 평균값을 이용한 두 오프셋은Therefore, the two offsets using these averages
ΔNTW1ave = (α1 -α2) ΦE_ ave[k]ΔNTW1 ave = (α 1 -α 2 ) Φ E_ ave [k]
ΔNTW2ave = (β1 -β2) LF_tempave[k]ΔNTW2 ave = (β 1 -β 2 ) LF_temp ave [k]
가 되며, 이 때 루프필터 이득변환 후의 루프필터의 출력은At this time, the loop filter output after the loop filter gain conversion is
LF_output[k] = α2?ΦE[k] + ΔNTW1ave + β2?LF_temp[k] + ΔNTW2ave LF_output [k] = α 2 ? Φ E [k] + ΔNTW1 ave + β 2 ? LF_temp [k] + ΔNTW2 ave
가 된다..
상기와 같이 평균값을 이용한 오프셋을 생성함으로써 루프필터 이득값의 변화가 크더라도 한 번의 이득변화로 원하는 주파수를 출력할 수 있도록 한다.By generating the offset using the average value as described above, even if the change in the loop filter gain value is large, the desired frequency can be output with one gain change.
도 4는 본 발명에 의한 디지털 비례적분 루프 필터를 추가한 ADPLL 출력 주파수의 변화를 살펴본 시뮬레이션 결과 그래프를 도시한 것이다.FIG. 4 is a graph illustrating a simulation result illustrating changes in ADPLL output frequency to which a digital proportional integral loop filter according to the present invention is added.
루프필터의 이득변환 전의 위상오차평균구간(420)동안 제 1 및 2 오프셋 생성부 내의 위상오차평균기 및 위상오차누적평균기에서 위상오차평균(ΦE_ave[k]) 및 위상오차누적평균(LF_tempave[k])을 계산한다.Phase error average (Φ E_ave [k]) and phase error cumulative average (LF_temp) in the phase error averager and phase error accumulator in the first and second offset generators during the phase error
그리고 이득변환인에이블제어신호가 1이 되는 순간 α1 = 2-3, β1 = 2- 7 에서 α2 = 2-8, β2 = 2-15로 루프필터 이득 값들이 변환된다.And the moment that the enable control signal is a gain converter that 1 α 1 = 2 -3, β 1 = 2 - in the 7 α 2 = 2 -8, β 2 is the loop filter gain values are converted to a = 2-15.
DCO 입력신호를 나타내는 도 4의 A그래프를 보면 루프필터 이득변환이 행해지고 나서 한번에 원하는 주파수에 근접한 DCO 입력이 발생함을 알 수 있다.Referring to A graph of FIG. 4 showing the DCO input signal, it can be seen that a DCO input close to a desired frequency occurs at a time after the loop filter gain conversion is performed.
또한 DCO 출력신호를 나타내는 도 4의 B 그래프를 보면 루프필터 이득변환이 행해지고 나서 한번에 원하는 주파수 범위에 해당되는 주파수가 발생됨을 알 수 있다.In addition, in the B graph of FIG. 4 showing the DCO output signal, it can be seen that a frequency corresponding to a desired frequency range is generated at one time after the loop filter gain conversion is performed.
본 발명에 의한 디지털 비례적분 루프 필터는 종래의 기어 시프트 방법에서 루프필터 이득값의 변화가 클 때 기어 시프트 스위칭 횟수가 늘어나던 문제점을 위상오차평균과 위상오차누적평균을 오프셋 생성시 포함시킴으로써 해결하였다. 또한 루프필터 이득값의 변화가 크더라도 원하는 주파수로 한번에 락킹이 되어 셋틀링 시간 또한 짧은 장점을 가진다. 그리고 비례적분 루프 필터를 사용하기 때문에 ADPLL의 안정도가 높아지는 장점이 있다.The digital proportional integral loop filter according to the present invention solves the problem of increasing the number of gear shift switching times when the loop filter gain value is large in the conventional gear shift method. . In addition, even if the change of the loop filter gain value is large, it is locked at a desired frequency at one time, and thus, the settling time is also short. In addition, the stability of the ADPLL is increased by using a proportional integral loop filter.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be substituted, modified, and changed in accordance with the present invention without departing from the spirit of the present invention.
도 1은 종래의 기어 시프트 기법을 사용한 타입-I 루프필터의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the configuration of a type-I loop filter using a conventional gear shift technique.
도 2는 본 발명의 일실시 형태에 의한 디지털 비례적분 루프 필터의 구성을 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing the configuration of a digital proportional integral loop filter according to an embodiment of the present invention.
도 3은 상기 도 2에 개시된 실시형태에 따른 디지털 비례적분 루프 필터의 구체적인 구성을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a specific configuration of a digital proportional integral loop filter according to the embodiment disclosed in FIG. 2.
도 4는 디지털 비례적분 루프 필터를 추가한 ADPLL 출력 주파수의 변화를 살펴본 시뮬레이션 결과 그래프를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a simulation result graph illustrating changes in ADPLL output frequency to which a digital proportional integral loop filter is added.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>
210 : 제1 비례증폭부 220 : 제1 적분 증폭부210: first proportional amplifier 220: first integral amplifier
230 : 제1 덧셈기 240 : 제2 비례 증폭부230: first adder 240: second proportional amplifier
250 : 제2 적분 증폭부 260 : 제1 오프셋 생성부250: second integrated amplifier 260: first offset generator
270 : 제2 오프셋 생성부 280 : 제2 덧셈기270: second offset generator 280: second adder
290 : 먹스290: mux
Claims (7)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US12/631,637 US7961038B2 (en) | 2008-12-08 | 2009-12-04 | Digital proportional integral loop filter |
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2009
- 2009-07-03 KR KR1020090060619A patent/KR101172891B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20150069497A (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-23 | 한양대학교 산학협력단 | Digital phase locked loop using multi digital integral path and method of operating the same |
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