KR101196014B1 - Hybrid duty-cycle corrector circuit using successive approximation register - Google Patents

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KR101196014B1
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김종선
한상우
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홍익대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A hybrid duty-cycle corrector circuit using successive approximation register is provided to increase a margin in feedback timing by decreasing driving clock speed of a digital feedback block. CONSTITUTION: An analog feedback loop(400) senses a duty cycle error of an output clock signal and stores duty cycle control information for removing errors. The analog feedback loop generates an analog differential control voltage according to the duty cycle control information. A digital feedback block(500) converts the duty cycle control information into a digital bit using a successive approximation register. The digital feedback block outputs a digital differential control voltage. A duty amplifier(100) corrects an input duty cycle by receiving the analog differential control voltage and the digital differential control voltage. [Reference numerals] (100) Duty amplifier; (200) Level converter; (300) Clock tree part; (400) Charge pump; (510) Comparator

Description

연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로 {Hybrid duty-cycle corrector circuit using successive approximation register}Hybrid duty-cycle corrector circuit using successive approximation register

본 발명은 듀티 사이클 보정회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속 근사 레지스터(Successive Approximation Register:SAR)을 적용하여 피드백 타이밍 마진 향상으로 인한 출력 듀티 사이클의 정확도를 증가시키고, 시스템의 락킹 타임을 효과적으로 감소시킬 수 있는 하이브리드 듀티 사이클 보정회로에 관한 것이다.The present invention relates to a duty cycle correction circuit, and more particularly, by applying a continuous approximation register (SAR) to increase the accuracy of the output duty cycle due to improved feedback timing margin, effectively reducing the locking time of the system It relates to a hybrid duty cycle correction circuit that can be made.

메모리, 마이크로프로세서 및 통신칩과 같은 고속 디지털 시스템의 경우, 전력 소모와 데이터 전송속도를 향상시키기 위하여, 칩과 칩 사이의 I/O 인터페이스로 클록의 상승 에지와 하강 에지를 모두 이용하는 지연 고정 루프(DLL : Delay Locked Loop)나 위상 고정 루프(PLL : Phase Locked Loop)를 사용한다. 이 시스템들에서는 타이밍 마진의 향상을 위해서 클록의 50% 듀티 사이클은 필수적인 요소가 된다.For high-speed digital systems such as memory, microprocessors, and communication chips, delay-locked loops that use both the rising and falling edges of the clock with the chip-to-chip I / O interface to improve power consumption and data transfer rates. Use DLL: Delay Locked Loop or PLL: Phase Locked Loop. In these systems, the 50% duty cycle of the clock is essential for improving timing margins.

그러나 DLL 또는 PLL 출력의 클록 듀티-사이클은 입력 신호 비대칭, 디바이스 부정합, 프로세서 변화 및 누화 잡음과 같은 다수의 요소로 인하여 악화될 수 있다. 분배된 클록 신호가 50% 듀티 사이클을 갖는 것을 보장하기 위하여, 지연 고정 루프(또는 위상 고정 루프)는 일반적으로 아날로그 또는 디지털 타입 듀티 사이클 보정회로를 포함한다. However, the clock duty-cycle of the DLL or PLL output can be aggravated by a number of factors, such as input signal asymmetry, device mismatch, processor variation, and crosstalk noise. To ensure that the divided clock signal has 50% duty cycle, the delay locked loop (or phase locked loop) generally includes an analog or digital type duty cycle correction circuit.

듀티 사이클 보정회로는 일반적으로 출력 클록의 듀티 사이클을 제어하는 피드백 루프의 타입에 따라 크게 아날로그 듀티 사이클 보정회로와 디지털 듀티 사이클 보정 회로 2종류로 나뉜다.The duty cycle correction circuit is generally divided into two types, an analog duty cycle correction circuit and a digital duty cycle correction circuit, depending on the type of feedback loop that controls the duty cycle of the output clock.

아날로그 듀티 사이클 보정회로는 피드백 루프의 커패시터에 듀티 사이클 제어 정보를 저장하는 방식을 사용한다. 일반적으로 아날로그 피드백 루프는 간단한 구조, 정확한 듀티 사이클 보정 능력 그리고 넓은 듀티 사이클 보정 범위와 동작 주파수 범위를 가진다.The analog duty cycle correction circuit uses a scheme of storing duty cycle control information in a capacitor of a feedback loop. In general, analog feedback loops have a simple structure, accurate duty cycle correction capability, and a wide duty cycle correction range and operating frequency range.

그러나, 아날로그 듀티 사이클 보정회로는 커패시터에 저장된 듀티 사이클 제어 정보는 전력을 낭비하지 않고는 누출 전류로 인해 유지가 불가능하고, 액티브 모드로의 빠른 전환이 불가능하므로 아날로그 듀티 사이클 보정회로는 저전력 스탠바이 모드를 적용한 시스템에서는 사용이 불가능하다.However, the analog duty cycle correction circuit cannot maintain the duty cycle control information stored in the capacitor due to the leakage current without wasting power, and the analog duty cycle correction circuit is not able to switch to the active mode quickly. It cannot be used in the system applied.

반면, 디지털 듀티 사이클 보정회로는 피드백 루프 내의 유한 스테이트 머신을 통해 디지털 비트로 듀티 사이클 제어 정보를 저장 하는 방식을 사용하기 때문에 저전력 스탠바이 모드로부터 빠른 웨이크 업이 가능하다. 그러나 디지털 듀티 사이클 보정회로는 일반적으로 협소한 듀티 사이클 보정 범위, 제한된 동작 주파수 범위, 높은 전력 소모 및 넓은 면적을 갖는 단점이 있다.On the other hand, the digital duty cycle correction circuit uses a method of storing the duty cycle control information in digital bits through a finite state machine in the feedback loop, thereby enabling quick wakeup from a low power standby mode. However, digital duty cycle correction circuits generally have the disadvantage of having a narrow duty cycle correction range, a limited operating frequency range, high power consumption and a large area.

아날로그 피드백 루프와 디지털 피드백 루프를 조합하여 구성한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로는 아날로그 듀티 사이클 보정회로의 장점인 넓은 듀티 사이클 보정범위와 동작 주파수 범위 그리고 정확한 듀티 사이클 보정 능력을 유지하면서 동시에 디지털 듀티 사이클 보정회로의 장점인 저전력 스탠바이 모드 지원 능력을 갖도록 개발되었다.The hybrid duty cycle correction circuit, which is a combination of the analog feedback loop and the digital feedback loop, maintains the wide duty cycle correction range, operating frequency range, and accurate duty cycle correction capability of the analog duty cycle correction circuit. It is developed to support low power standby mode.

도 1은 종래 기술에 따른 하이브리드 듀티 사이클 보정 회로의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하여 종래 기술에 따른 하이브리드 듀티 사이클 보정회로를 살펴보면, 하이브리드 듀티 사이클 보정회로(60)는 듀티 증폭기(10), 레벨 컨버터(20), 클록 트리부(30), 아날로그 피드백 루프(40) 및 디지털 피드백 블록(50)을 포함한다.1 is a schematic configuration diagram of a hybrid duty cycle correction circuit according to the prior art. Referring to FIG. 1, a hybrid duty cycle correction circuit according to the related art, the hybrid duty cycle correction circuit 60 includes a duty amplifier 10, a level converter 20, a clock tree unit 30, and an analog feedback loop 40. ) And digital feedback block 50.

듀티 증폭기(10)는 아날로그 피드백 루프(40)의 차지 펌프로부터 출력되는 제어신호(Vctrl, Vctrlb)와 디지털 피드백 블록(50)에서 출력되는 제어신호(VDctrl, VDctrlb)에 따라 입력 클록신호(IN_CLK, IN_CLKb)의 듀티 사이클을 조절하여 출력한다. 레벨 컨버터(20)는 듀티 증폭기(10)의 후단에 설치되며, 듀티 증폭기(10)에서 출력되는 스몰-스윙 신호를 풀-스윙 출력으로 변환시켜서 출력한다. 클록 트리부(30)는 레벨 컨버터(20)의 출력 신호를 입력받아 전류 구동 능력을 증가시켜 출력 클록 신호(OUT_CLK, OUT_CLKb)를 출력한다.The duty amplifier 10 receives the input clock signal IN_CLK, according to the control signals Vctrl and Vctrlb output from the charge pump of the analog feedback loop 40 and the control signals VDctrl and VDctrlb output from the digital feedback block 50. The duty cycle of IN_CLKb) is adjusted and output. The level converter 20 is installed at the rear end of the duty amplifier 10 and converts the small swing signal output from the duty amplifier 10 into a full swing output. The clock tree unit 30 receives the output signal of the level converter 20 and increases the current driving capability to output the output clock signals OUT_CLK and OUT_CLKb.

종래 기술에 따른 하이브리드 듀티 사이클 보정회로는 아날로그 듀티 사이클 보정회로와 같이 넓은 동작 주파수 범위와 듀티 사이클 교정 범위를 가질 수 있다. 또한 유한 스테이트 머신(52)을 이용하여 듀티 사이클 제어 정보를 디지털 비트에 저장하므로 저전력 스탠바이 모드로부터 액티브 모드로의 빠른 웨이크 업 동작에 적합하다. The hybrid duty cycle correction circuit according to the prior art may have a wide operating frequency range and a duty cycle correction range, like the analog duty cycle correction circuit. In addition, since the duty cycle control information is stored in the digital bit using the finite state machine 52, it is suitable for fast wake-up operation from the low power standby mode to the active mode.

그러나, 종래 기술에 따른 하이브리드 듀티 사이클 보정회로는 아날로그 피드백 루프(40)와 디지털 피드백 블록(50)으로 구성된 듀얼 피드백 루프로 구성되므로, 정확한 듀티 사이클 보정 능력을 발휘하기 위해서는 두 피드백 루프가 함께 상호 동작함에 있어서 넓은 타이밍 마진으로 인한 안정도 확보가 필수적이다. However, the hybrid duty cycle correction circuit according to the prior art is composed of a dual feedback loop composed of an analog feedback loop 40 and a digital feedback block 50, so that the two feedback loops work together to achieve accurate duty cycle correction capability. It is essential to secure stability due to wide timing margin.

디지털 피드백 블록의 구동 클록 속도는 타이밍 마진에 의한 안정도 확보에 핵심적인 요소이다. 그러나, 디지털 피드백 블록의 구동 클록 속도는 락킹 타임과 트레이드 오프 관계에 있므로, 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 안정도를 확보하여 듀티 사이클 보정 정확도를 향상시키기 위해서는 락킹 타임의 손해를 감수해야만 하며, 이는 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 성능 및 유용성을 제한하는 결과를 초래한다.
The driving clock speed of the digital feedback block is a key factor in ensuring stability due to timing margins. However, since the driving clock speed of the digital feedback block has a trade-off relationship with the locking time, in order to secure the stability of the hybrid duty cycle correction circuit and improve the duty cycle correction accuracy, it is necessary to bear the locking time, which is a hybrid duty. This results in limiting the performance and usefulness of the cycle correction circuit.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 디지털 피드백 블록의 유한 스테이트 머신으로서 연속 근사 레지스터를 이용하여 듀얼 피드백 루프의 상호 동작 과정에서 타이밍 마진을 향상시켜, 정확한 듀티 사이클 보정 능력과 빠른 락킹 타임의 구현이 가능한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로를 제공하기 위한 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above-mentioned conventional problems. The problem to be solved by the present invention is to use a continuous approximation register as a finite state machine of a digital feedback block to improve timing margin in the interoperation process of a dual feedback loop, The purpose is to provide a hybrid duty cycle correction circuit that enables accurate duty cycle correction capability and fast locking time.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 출력 클록 신호의 듀티 사이클 에러를 감지하여, 에러 제거를 위한 듀티 사이클 제어 정보를 저장하고, 상기 듀티 사이클 제어 정보에 따른 아날로그 차동 제어 전압을 생성하여 출력하는 아날로그 피드백 루프; 상기 아날로그 피드백 루프에서 출력되는 상기 아날로그 차동 제어 전압을 이용하여 상기 듀티 사이클 제어 정보를 비교기와 연속 근사 레지스터(SAR)에 의해 디지털 비트로 변환하여 저장하고, 디지털 아날로그 컨버터를 통해서 디지털 차동 제어 전압을 생성하여 출력하는 디지털 피드백 블록; 및 상기 아날로그 피드백 루프와 상기 디지털 피드백 블록에서 각각 출력되는 상기 아날로그 차동 제어 전압과 상기 디지털 차동 제어 전압을 입력받아 입력 듀티 사이클을 보정하는 듀티 증폭기를 포함하는 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로가 제공된다.According to an exemplary embodiment of the present invention, by detecting a duty cycle error of the output clock signal, stores the duty cycle control information for error cancellation, and generates and outputs an analog differential control voltage according to the duty cycle control information Feedback loop; The duty cycle control information is converted into a digital bit by a comparator and a continuous approximation register (SAR) by using the analog differential control voltage output from the analog feedback loop, and the digital differential control voltage is generated by a digital analog converter. An output digital feedback block; And a duty amplifier configured to receive an input of the analog differential control voltage and the digital differential control voltage output from the analog feedback loop and the digital feedback block, respectively, and to correct an input duty cycle. Is provided.

상기 디지털 피드백 블록은 상기 아날로그 피드백 루프에서 출력되는 상기 아날로그 차동 제어 전압의 차이를 비교하여 하이 또는 로우의 디지털 전압을 출력하는 비교기; 상기 비교기의 출력 신호를 이진 탐색 방식을 이용하여 디지털 비트로 변환하여 출력하는 연속 근사 레지스터; 및 상기 연속 근사 레지스터에서 출력되는 디지털 비트를 아날로그 신호로 변환하여 디지털 차동 제어 전압을 출력하는 디지털 아날로그 컨버터를 포함한다.The digital feedback block may include: a comparator for comparing a difference between the analog differential control voltages output from the analog feedback loop and outputting a high or low digital voltage; A continuous approximation register for converting an output signal of the comparator into a digital bit using a binary search method and outputting the digital bit; And a digital analog converter for converting a digital bit output from the continuous approximation register into an analog signal and outputting a digital differential control voltage.

상기 연속 근사 레지스터는 각 비트값을 결정하기 위하여 최상위 비트로부터 순서대로 하위 비트쪽으로 수정하여 상기 디지털 아날로그 컨버터에서 출력되는 디지털 차동 제어 전압 상기 비교기에 입력되는 아날로그 차동 제어 전압에 근사시키는 것을 특징으로 한다. The continuous approximation register is characterized in that it is modified from the most significant bit to the lower bit in order from each of the most significant bits to approximate the analog differential control voltage input to the comparator.

상기 아날로그 피드백 루프는 차지 펌프를 포함한다. The analog feedback loop includes a charge pump.

상기 듀티 증폭기는 싱글 스테이지 듀티 증폭기 또는 2 스테이지 듀티 증폭기를 이용한다. The duty amplifier uses a single stage duty amplifier or a two stage duty amplifier.

상기 2 스테이지 듀티 증폭기는 2개의 캐스케이드 차동 증폭기로 구성되는 것을 특징으로 한다. The two stage duty amplifier is characterized by consisting of two cascade differential amplifiers.

상기 듀티 증폭기의 출력단에 설치되어, 상기 듀티 증폭기의 보정된 스몰-스윙 출력 클록을 풀-스윙 출력으로 변환하여 출력하는 레벨 컨버터를 더 포함한다. And a level converter installed at an output terminal of the duty amplifier to convert the corrected small-swing output clock of the duty amplifier into a full-swing output.

상기 레벨 컨버터의 출력단에 설치되며, 상기 레벨 컨버터의 출력 신호를 입력받아 전류 구동 능력을 증가시켜 출력 클록 신호를 출력하는 클록 트리부를 더 포함한다. And a clock tree unit installed at an output terminal of the level converter and receiving an output signal of the level converter to increase a current driving capability and output an output clock signal.

상기 아날로그 피드백 루프는 아날로그 듀티 사이클 보정 구간 동안에 상기 아날로그 차동 제어 전압을 생성한 후, 상기 디지털 피드백 블록의 동작에 따라 점차 균등화 되며, 상기 디지털 피드백 블록의 동작이 완료되는 시점에는 완전히 균등화된다.
After generating the analog differential control voltage during the analog duty cycle correction period, the analog feedback loop is equalized gradually according to the operation of the digital feedback block, and is fully equalized when the operation of the digital feedback block is completed.

본 발명에서와 같이, 듀얼 피드백 루프 즉, 아날로그 피드백 루프와 디지털 피드백 블록을 갖는 하이브리드 듀티 사이클 보정회로에 연속 근사 레지스터를 적용함으로써, 일반적인 카운터에서 사용하는 시퀀셜 탐색(Sequential Search)방식과 달리 이진 탐색(Binary Search) 방식을 사용하기 때문에 분해능과 구동 클락 속도에 선형적으로 비례하는 빠른 락킹 타임을 구현할 수 있고, 디지털 피드백 블록의 구동 클록 속도를 저하시켜 피드백 타이밍 마진을 증가시키는 것이 가능하며 이로 인해 출력 듀티 사이클 정확도가 증가되고 동시에 빠른 락킹 타임을 제공하는 효과를 얻을 수 있다. As in the present invention, a continuous approximation register is applied to a hybrid feedback cycle correction circuit having a dual feedback loop, that is, an analog feedback loop and a digital feedback block, and thus, unlike a sequential search method used in a general counter, a binary search ( Binary Search) enables fast locking times linearly proportional to resolution and drive clock speed, and increases the feedback timing margin by lowering the drive clock speed of the digital feedback block. The effect is to increase the cycle accuracy and at the same time provide a fast locking time.

또한, 연속 근사 레지스터는 기존의 유한 스테이트 머신과 비교하여 전력 소모 및 면적 등이 유사하여 하이브리드 듀티 사이클 보정회로에 적용이 간단하고, 설계가 용이하다는 장점이 있다.
In addition, the continuous approximation resistor has a similar power consumption and area compared to a conventional finite state machine, so that it is easy to apply to a hybrid duty cycle correction circuit and is easy to design.

도 1은 종래 기술에 따른 하이브리드 듀티 사이클 보정 회로의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 듀티 증폭기에 적용 가능한 싱글 스테이지 듀티 증폭기의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 듀티 증폭기에 적용 가능한 2 스테이지 듀티 증폭기의 회로도이다.
도 6은 도 2 및 도 4에 도시된 연속 근사 레지스터의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.
도 7a 본 발명에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 제어 신호 생성 과정을 나타낸 도이며, 도 7b는 종래 기술에 따른 카운터를 적용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 제어 신호 생성 과정을 나타낸 도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 디지털 피드백 루프의 구동 클록 속도에 따른 피드백 타이밍 마진 변화를 나타낸 개념도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에서 사용된 8비트 연속 근사 레지스터의 회로도이며, 도 9b는 도 9a에 도시된 개별 연속 근사 레지스터의 회로도이다.
도 10a 내지 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 8비트 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 입출력 신호 및 제어 신호를 나타낸 도이다.
도 11a 내지 도 11d는 유한 스테이트 머신으로 카운터를 적용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로와 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로를 사용한 경우에 출력 클록의 듀티 사이클 보정 정확도를 비교한 그래프이다.
1 is a schematic configuration diagram of a hybrid duty cycle correction circuit according to the prior art.
2 is a schematic diagram of a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a single stage duty amplifier applicable to the duty amplifier shown in FIG. 2.
4 is a schematic diagram of a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram of a two stage duty amplifier applicable to the duty amplifier shown in FIG. 4.
6 is a flowchart illustrating an operation process of the continuous approximation register illustrated in FIGS. 2 and 4.
FIG. 7A illustrates a process of generating a control signal of a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register according to the present invention, and FIG. 7B illustrates a process of generating a control signal of a hybrid duty cycle correction circuit to which a counter according to the prior art is applied. .
8A and 8B are conceptual views illustrating a change in feedback timing margin according to a driving clock speed of a digital feedback loop according to the present invention.
9A is a circuit diagram of an 8-bit continuous approximation register used in an embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a circuit diagram of the individual continuous approximation register shown in FIG. 9A.
10A to 10B illustrate an input / output signal and a control signal of a hybrid duty cycle correction circuit using an 8-bit continuous approximation register according to an embodiment of the present invention.
11A to 11D are graphs comparing duty cycle correction accuracy of an output clock when a hybrid duty cycle correction circuit using a counter and a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register are used in a finite state machine.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 개략적인 구성도이며, 도 3은 도 2에 도시된 듀티 증폭기에 적용 가능한 싱글 스테이지 듀티 증폭기의 회로도이다.FIG. 2 is a schematic diagram of a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram of a single stage duty amplifier applicable to the duty amplifier shown in FIG.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로(1000)는 듀티 증폭기(100), 레벨 컨버터(200), 클록 트리부(300), 아날로그 피드백 루프(400) 및 디지털 피드백 블록(500)을 포함한다.2, a hybrid duty cycle correction circuit 1000 using a continuous approximation register according to an embodiment of the present invention may include a duty amplifier 100, a level converter 200, a clock tree unit 300, and an analog feedback loop. 400 and digital feedback block 500.

듀티 증폭기(100)는 출력 클록의 듀티 사이클을 미리 설정된 듀티 사이클로 변환하기 위해 듀얼 피드백 루프에서 생성된 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)와 디지털 차동 제어 전압(VDctrl, VDctrlb)에 따라서 입력 클록의 공통 모드 전압을 변환하여 듀티 사이클을 보정한다.The duty amplifier 100 converts the duty cycle of the output clock into a preset duty cycle in accordance with the analog differential control voltages Vctrl and Vctrlb generated in the dual feedback loop and the digital differential control voltages VDctrl and VDctrlb. Convert the mode voltage to compensate for the duty cycle.

레벨 컨버터(200)는 듀티 증폭기(100)의 보정된 스몰-스윙 출력 클록을 풀-스윙 출력으로 변환하여 출력하고, 클록 트리부(300)는 레벨 컨버터(200)의 출력단에 설치되며, 레벨 컨버터(200)의 출력 신호를 입력받아 전류 구동 능력을 증가시켜 출력 클록 신호(OUT_CLK, OUT_CLKb)를 출력한다.The level converter 200 converts the corrected small-swing output clock of the duty amplifier 100 into a full-swing output and outputs it. The clock tree unit 300 is installed at the output terminal of the level converter 200. The output signal of OUT_CLK and OUT_CLKb are output by increasing the current driving capability by receiving the output signal of 200.

아날로그 피드백 루프(400)의 차지펌프는 출력 클록 신호의 듀티 사이클 에러를 감지하여 에러 제거를 위한 듀티 사이클 제어 정보를 커패시터에 저장하고 그에 비례하는 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)을 생성한다. The charge pump of the analog feedback loop 400 detects a duty cycle error of the output clock signal, stores duty cycle control information for error cancellation in a capacitor, and generates analog differential control voltages Vctrl and Vctrlb in proportion thereto.

아날로그 피드백 루프(400)는 약 50nS 이내의 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb) 생성 시간을 가지며, 그 이후에는 출력 클록의 듀티 사이클은 50%를 유지한다. 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)는 디지털 피드백 블록의 동작 진행에 따라 점차 균등화되고 디지털 피드백 블록의 동작이 완료되는 시점에는 완전히 균등화 되어 듀티 사이클 보정 역할을 상실한다. 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)이 균등화 되어가는 과정 중에도 디지털 차동 제어 전압(VDctrl, VDctrlb) 생성에 의해서 출력 듀티 사이클은 50%의 보정상태를 지속적으로 유지한다.Analog feedback loop 400 has an analog differential control voltage (Vctrl, Vctrlb) generation time within about 50 nS, after which the duty cycle of the output clock maintains 50%. The analog differential control voltages Vctrl and Vctrlb are gradually equalized as the digital feedback block operates, and are fully equalized at the completion of the operation of the digital feedback block, thus losing the duty cycle correction role. Even during the process of equalizing the analog differential control voltages (Vctrl, Vctrlb), the output duty cycle is maintained at 50% by the digital differential control voltages (VDctrl, VDctrlb).

디지털 피드백 블록(500)은 듀티 사이클이 고정된 후에 아날로그 피드백 루프의 역할을 대체하기 위하여, 아날로그 피드백 루프에서 출력되는 아날로그 차동 제어 전압을 디지털 비트로 변환시킨다.The digital feedback block 500 converts the analog differential control voltage output from the analog feedback loop into digital bits to replace the role of the analog feedback loop after the duty cycle is fixed.

디지털 피드백 블록(500)은 아날로그 피드백 루프(400)의 차지 펌프 출력을 이용하여 듀티 사이클 제어 정보를 연속 근사 레지스터(SAR)(520)의 디지털 비트에 저장하고, 디지털 차동 제어 전압(VDctrl, VDctrlb)을 생성한다. 디지털 피드백 블록(500)의 동작이 완료되는 시점에 디지털 차동 제어 전압(VDctrl, VDctrlb)은 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)을 완전히 대체하고 균등화 시킨다. 최종적으로 출력 듀티 사이클 보정은 디지털 피드백 블록 내의 디지털 비트에 저장된 듀티 사이클 제어 정보만으로 수행된다. 그러므로 저전력 스탠바이 모드 동안 듀티 사이클 제어 정보는 전력소모 없이 저장이 가능하고 액티브 모드로의 신속한 웨이크 업이 가능하게 된다.The digital feedback block 500 uses the charge pump output of the analog feedback loop 400 to store the duty cycle control information in the digital bits of the continuous approximation register (SAR) 520, and the digital differential control voltages VDctrl and VDctrlb. Create When the operation of the digital feedback block 500 is completed, the digital differential control voltages VDctrl and VDctrlb completely replace and equalize the analog differential control voltages Vctrl and Vctrlb. Finally, output duty cycle correction is performed only with the duty cycle control information stored in the digital bits in the digital feedback block. Thus, during low power standby mode, duty cycle control information can be stored without power consumption and allows quick wakeup to active mode.

그러므로 스탠바이 또는 파워-다운 모드 동안에 듀티-사이클 에러 정보는 아날로그 피드백 루프의 차지 펌프에 저장되지 않고, 디지털 비트로 저장되기 때문에 손실되지 않고 턴-오프될 수 있다. 그 결과, 디지털 비트로 저장된 듀티-사이클 에러 정보를 이용하여 스탠바이 모드 또는 파워-다운 모드로부터 액티브 모드로의 전환을 위한 웨이크업 타임은 종래 기술에 따른 듀티 사이클 보정회로에 비하여 훨씬 단축될 수 있다.Therefore, during the standby or power-down mode, the duty-cycle error information is not stored in the charge pump of the analog feedback loop but can be turned off without being lost because it is stored as a digital bit. As a result, the wakeup time for switching from the standby mode or the power-down mode to the active mode using the duty-cycle error information stored as digital bits can be much shorter than the duty cycle correction circuit according to the prior art.

본 발명의 일 실시예에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로(1000)의 디지털 피드백 블록(500)은 비교기(510), 연속 근사 레지스터(SAR)(520) 및 디지털-아날로그 컨버터(DAC)(530)를 포함한다.The digital feedback block 500 of the hybrid duty cycle correction circuit 1000 using the continuous approximation register according to an embodiment of the present invention includes a comparator 510, a continuous approximation register (SAR) 520, and a digital-to-analog converter (DAC). 530.

비교기(510)는 아날로그 피드백 루프(400)에서 출력되는 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)의 차이를 비교하여 로우 또는 하이의 디지털 전압(Up/Down)으로 출력한다. The comparator 510 compares the difference between the analog differential control voltages Vctrl and Vctrlb output from the analog feedback loop 400 and outputs the low or high digital voltages Up / Down.

연속 근사 레지스터(SAR)(520)는 아날로그 피드백 루프(400)에서 출력되는 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)에 따른 듀티 사이클 제어 정보를 디지털 비트로 저장한다. 연속 근사 레지스터(SAR)(520)는 비교기(510)의 출력신호에 따라 이진 탐색(Binary Search) 방식을 이용하여 입력 듀티 사이클 교정을 위한 아날로그 차동 제어 전압에 가장 근접한 디지털 비트를 찾아내어 출력한다. 즉, 연속 근사 레지스터(SAR)(520)는 각 비트값을 결정하기 위하여 순차적으로 증가시키지 않고, 최상위 비트로부터 순서대로 하위 비트쪽으로 수정하여 가는 방법으로 디지털-아날로그 컨버터에서 출력되는 디지털 차동 제어 전압(VDctrl, VDctrlb)을 훨씬 빨리 비교기에 입력되는 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)에 근사시킨다.The continuous approximation register (SAR) 520 stores the duty cycle control information according to the analog differential control voltages Vctrl and Vctrlb output from the analog feedback loop 400 as digital bits. The continuous approximation register (SAR) 520 finds and outputs a digital bit closest to the analog differential control voltage for input duty cycle correction using a binary search method according to the output signal of the comparator 510. That is, the continuous approximation register (SAR) 520 does not sequentially increase to determine the value of each bit, but the digital differential control voltage (output from the digital-to-analog converter in such a manner as to be modified from the most significant bit to the lower bit in order. VDctrl, VDctrlb) approximates the analog differential control voltages (Vctrl, Vctrlb) input to the comparator much faster.

그 결과, 일반적인 유한 스테이트 머신과 다르게 분해능과 구동 클락 주기에 선형적으로 비례하는 빠른 락킹 타임을 갖게 된다.The result is a fast locking time that is linearly proportional to the resolution and drive clock period, unlike a typical finite state machine.

디지털-아날로그 컨버터(530)는 연속 근사 레지스터(520)에서 출력되는 디지털 비트를 아날로그 전압으로 변환하여 디지털 차동 제어 전압(VDctrl, VDctrlb)을 출력한다.The digital-analog converter 530 converts the digital bits output from the continuous approximation register 520 into analog voltages and outputs digital differential control voltages VDctrl and VDctrlb.

도 3은 도 2에 도시된 듀티 증폭기에 적용 가능한 싱글 스테이지 듀티 증폭기의 회로도이다.
FIG. 3 is a circuit diagram of a single stage duty amplifier applicable to the duty amplifier shown in FIG. 2.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 개략적인 구성도이며, 도 5는 도 4에 도시된 듀티 증폭기에 적용 가능한 2 스테이지 듀티 증폭기의 회로도이다. 본 실시예는 듀티 증폭기로서 2 스테이지 듀티 증폭기를 사용한다는 점이 위의 실시예와 상이하며, 나머지 구성은 유사한 바 이하에서는 상이한 구성을 위주로 상술한다.4 is a schematic diagram of a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a circuit diagram of a two stage duty amplifier applicable to the duty amplifier shown in FIG. 4. This embodiment is different from the above embodiment in that it uses a two-stage duty amplifier as the duty amplifier, and the rest of the configuration is similar and will be described in detail below with a different configuration.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로는 제1 스테이지 듀티 증폭기(151), 제2 스테이지 듀티 증폭기(152), 레벨 컨버터(200), 클록 트리부(300), 아날로그 피드백 루프(400) 및 디지털 피드백 블록(500)을 포함한다.
Referring to FIG. 4, the hybrid duty cycle correction circuit using the continuous approximation register according to the present embodiment includes a first stage duty amplifier 151, a second stage duty amplifier 152, a level converter 200, and a clock tree unit ( 300, an analog feedback loop 400, and a digital feedback block 500.

도 5는 도 4에 도시된 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 제1 및 제2 스테이지 듀티 증폭기의 회로도이다.FIG. 5 is a circuit diagram of the first and second stage duty amplifiers of the hybrid duty cycle correction circuit using the continuous approximation register shown in FIG. 4.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로는 2개 스테이지로 구성된 듀티 증폭기 즉, 제1 및 제2 스테이지 듀티 증폭기(151, 152)를 이용한다. 제1 및 제2 스테이지 듀티 증폭기(151, 152)는 전체적으로 2개의 캐스케이드 차동 증폭기로 구성되며, 그 결과 차동 증폭기간의 아이솔레이션을 증가시키고 각 스테이지 출력단의 용량성 부하가 감소하며, 그 결과 큰 이득 대역폭 곱을 얻게된다. Referring to FIG. 5, a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register according to an embodiment of the present invention uses a duty amplifier composed of two stages, that is, first and second stage duty amplifiers 151 and 152. The first and second stage duty amplifiers 151, 152 consist of two cascade differential amplifiers as a whole, which increases the isolation between the differential amplifiers and reduces the capacitive load on each stage output stage, resulting in a large gain bandwidth product. Get

제1 스테이지 듀티 증폭기(151)는 제1 스테이지 듀티 증폭기(151)는 아날로그 피드백 루프에서 출력되는 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)을 입력받는다. 그리고, 제2 스테이지 듀티 증폭기(152)는 디지털 피드백 블록에서 출력되는 디지털 차동 제어 전압(VDctrl, VDctrlb)을 입력받는다. 제1 및 제2 스테이지 듀티 증폭기(151, 152)는 출력은 단지 하나의 추가적인 차동 증폭기를 갖기 때문에, 용량성 부하가 배분되어 높은 주파수 동작과 낮은 지터를 획득할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예는 듀티 증폭기가 2개의 스테이지로 구성되어 있기 때문에, 싱글 스테이지에 비하여 피드백 루프의 증가된 안정화로 인하여 듀티-사이클 보정 범위가 싱글 스테이지 듀티 증폭기에 비하여 적어도 2배가 될 수 있다.
The first stage duty amplifier 151 receives the analog differential control voltages Vctrl and Vctrlb output from the analog feedback loop. The second stage duty amplifier 152 receives the digital differential control voltages VDctrl and VDctrlb output from the digital feedback block. Since the output of the first and second stage duty amplifiers 151 and 152 has only one additional differential amplifier, the capacitive load can be distributed to obtain high frequency operation and low jitter. In addition, in the present embodiment, since the duty amplifier is composed of two stages, the duty-cycle correction range may be at least twice that of the single stage duty amplifier due to the increased stabilization of the feedback loop compared to the single stage.

도 6은 도 2 및 도 4에 도시된 연속 근사 레지스터의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.6 is a flowchart illustrating an operation process of the continuous approximation register illustrated in FIGS. 2 and 4.

도 6을 참조하면, 우선 연속 근사 레지스터의 모든 비트를 '0'으로 초기화하는 과정을 수행한다(S10). 최상위 비트에서 동작을 개시하는 과정을 수행한다(S20). 해당 비트를 '1'로 세팅하는 과정을 수행한다(S30).Referring to FIG. 6, first, a process of initializing all bits of the continuous approximation register to '0' is performed (S10). A process of starting an operation at the most significant bit is performed (S20). The process of setting the corresponding bit to '1' is performed (S30).

그리고 나서, 디지털 아날로그 컨버터(DAC)의 출력값인 디지털 차동 제어 전압과 아날로그 차동 제어 전압을 비교하는 과정을 수행한다(S40). 즉, 연속 근사 레지스터값과 아날로그 차동 제어 전압을 비교한다. Then, the process of comparing the digital differential control voltage and the analog differential control voltage output value of the digital analog converter (DAC) is performed (S40). That is, compare the continuous approximation resistor value with the analog differential control voltage.

비교한 결과, 연속 근사 레지스터값이 유도하는 디지털 차동 제어 전압이 아날로그 차동 제어 전압보다 크면 해당 연속 근사 레지스터의 해당 비트를 'O'으로 클리어하는 과정을 수행한다(S50).As a result of comparison, when the digital differential control voltage induced by the continuous approximation register value is greater than the analog differential control voltage, the process of clearing the corresponding bit of the continuous approximation register to 'O' is performed (S50).

한편, 비교한 결과 연속 근사 레지스터값이 유도하는 디지털 차동 제어 전압이 아날로그 차동 제어 전압보다 작거나 같으면 연속 근사 레지스터의 모든 비트의 값이 결정되었는지 점검하는 과정을 수행한다(S60).On the other hand, if the digital differential control voltage induced by the continuous approximation register value is less than or equal to the analog differential control voltage, the process of checking whether all bits of the continuous approximation register are determined is performed (S60).

S60 과정을 수행한 결과, 그렇지 않은 경우에는 즉, 연속 근사 레지스터의 모든 비트 값이 결정되지 않은 경우에는 하위 비트로 이동하는 과정을 수행한다(S70). As a result of performing the S60 process, if not, that is, if all bit values of the continuous approximation register are not determined, the process moves to the lower bit (S70).

그리고 나서, S30 과정을 복귀하여 위 과정을 반복한다.Then, the process returns to step S30 to repeat the above process.

한편, S60 과정을 수행한 결과 연속 근사 레지스터의 모든 비트 값이 결정된 경우에는 결정된 값을 레지스터에 기록하는 과정을 수행한다(S80).
On the other hand, when all the bit values of the continuous approximation register is determined as a result of performing the process S60, the process of writing the determined value in the register is performed (S80).

도 7a 본 발명에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 제어 신호 생성 과정을 나타낸 도이며, 도 7b는 종래 기술에 따른 카운터를 적용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 제어 신호 생성 과정을 나타낸 도이다.FIG. 7A illustrates a process of generating a control signal of a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register according to the present invention, and FIG. 7B illustrates a process of generating a control signal of a hybrid duty cycle correction circuit to which a counter according to the prior art is applied. .

도 7a는 유한 스테이트 머신으로 4비트의 연속 근사 레지스터를 적용한 경우, 도 7b는 유한 스테이트 머신으로 4비트의 카운터를 적용한 경우에 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 제어 신호 생성 과정의 예시를 나타낸다.FIG. 7A illustrates an example of a control signal generation process of the hybrid duty cycle correction circuit when the 4-bit continuous approximation register is applied to the finite state machine, and the 4-bit counter is applied to the finite state machine.

N-비트 카운터의 경우, 순차 탐색 방식을 이용하기 때문에 각 비트의 값을 결정하기 위해서 최대 디지털 피드백 루프 구동 클록의 2N 주기가 필요하다. For the N-bit counter, the sequential search method requires 2 N periods of the maximum digital feedback loop drive clock to determine the value of each bit.

이에 반하여, N-비트 연속 근사 레지스터의 경우는 최상위 비트부터 한 단계씩 하위 비트로 이동하면서 각 비트의 값을 결정하는 이진 탐색 방식을 이용하므로, 디지털 피드백 루프 구동 클록의 N 주기만을 필요로 하기 때문에 락킹 타임이 기하급수적으로 감소하게 된다.On the other hand, the N-bit continuous approximation register uses a binary search method that determines the value of each bit by moving from the most significant bit to the lower bit step by step, so only N periods of the digital feedback loop driving clock are locked. The time decreases exponentially.

또한, 연속 근사 레지스터는 분해능에 따라 선형적으로 증가하는 락킹 타임을 가지는 특성 때문에 디지털 피드백 루프 구동 클록의 속도를 감소시켜도 전체 락킹 타임에는 큰 변화가 없다. 이를 이용하여 피드백 타이밍 마진을 증가시켜 출력 클록 듀티 사이클의 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.
Also, because the continuous approximation register has a locking time that increases linearly with resolution, even if the speed of the digital feedback loop driving clock is reduced, the overall locking time does not change significantly. This allows the feedback timing margin to be increased to improve the accuracy of the output clock duty cycle.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 디지털 피드백 루프의 구동 클록 속도에 따른 피드백 타이밍 마진 변화를 나타낸 개념도이다.8A and 8B are conceptual views illustrating a change in feedback timing margin according to a driving clock speed of a digital feedback loop according to the present invention.

연속 근사 레지스터 디지털 출력의 1 비트 변화에 따라 디지털 차동 제어 전압(VDctrl, VDctrlb)은 V1bit 만큼 변화하고 이상적으로는 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb) 또한 이와 동일한 양만큼 변화해야 한다. 이상적인 경우에 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)의 변화량은 아래 식과 같다.The digital differential control voltages (VDctrl, VDctrlb) must vary by V 1 bit , and ideally the analog differential control voltages (Vctrl, Vctrlb) must also change by this amount as one bit change of the continuous approximation register digital output. In an ideal case, the variation of analog differential control voltages (Vctrl, Vctrlb) is given by

[식][expression]

Figure 112011100977998-pat00001

Figure 112011100977998-pat00001

TCLK는 디지털 피드백 구동 클락의 주기, C는 차지펌프 출력단의 용량성 부하량 그리고, ICP는 용량성 부하로 흐르는 차지 펌프의 전류량이다. T CLK is the period of the digital feedback drive clock, C is the capacitive load of the charge pump output stage, and I CP is the amount of current in the charge pump flowing to the capacitive load.

TCLK가 증가 할수록 아날로그 차동 제어 전압과 디지털 차동 제어 전압의 전위차는 동일해진다. 따라서 출력 클록의 듀티 사이클 교정 정확도 또한 상승한다.
As T CLK increases, the potential difference between the analog differential control voltage and the digital differential control voltage becomes equal. This also increases the duty cycle calibration accuracy of the output clock.

도 9a는 본 발명의 실시예에서 사용된 8비트 연속 근사 레지스터의 회로도이며, 도 9b는 도 9a에 도시된 개별 연속 근사 레지스터의 회로도이다. 도 9a에는 8비트 연속 근사 레지스터의 회로도가 도시되며, 이는 다른 유한 스테이트 머신과 회로의 복잡도 유사하며 입, 출력 관계가 동일하여 하이브리드 듀티 사이클 보정회로에 간단하게 대체 적용이 가능하다.
9A is a circuit diagram of an 8-bit continuous approximation register used in an embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a circuit diagram of the individual continuous approximation register shown in FIG. 9A. Fig. 9A shows a circuit diagram of an 8-bit continuous approximation register, which is similar in complexity to other finite state machines and has the same input and output relationships, making it simple to substitute for a hybrid duty cycle correction circuit.

도 10a 내지 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 8비트 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 입출력 신호 및 제어 신호를 나타낸 도이다.10A to 10B illustrate an input / output signal and a control signal of a hybrid duty cycle correction circuit using an 8-bit continuous approximation register according to an embodiment of the present invention.

도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 입력 클록(IN_CLK)를 나타낸 그래프이며, 80%의 듀티비를 갖는 입력 클록 신호가 도시된다.FIG. 10A is a graph showing an input clock IN_CLK of a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register according to an embodiment of the present invention, in which an input clock signal having a duty ratio of 80% is shown.

도 10b는 아날로그 피드백 루프의 차지 펌프를 통해서 출력되는 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)를 나타내며 약 50ns 이내에 출력 클록의 듀티 사이클을 50%로 교정한다. 아날로그 피드백 루프는 디지털 피드백 블록의 동작 진행 과정에 따라 서서히 균등화되고, 디지털 피드백 블록의 진행이 완료되는 시점에서는 완전히 균등화되어 듀티 사이클 보정 역할을 상실한다.Figure 10b shows the analog differential control voltages (Vctrl, Vctrlb) output through the charge pump of the analog feedback loop and corrects the duty cycle of the output clock to 50% within about 50ns. The analog feedback loop is gradually equalized according to the operation of the digital feedback block, and is completely equalized at the completion of the digital feedback block to lose the duty cycle correction role.

도 10c는 디지털 피드백 블록을 통해 출력되는 디지털 차동 제어 전압(VDctrl, VDctrlb)를 나타낸다. 연속 근사 레지스터는 아날로그 차동 제어 전압(Vctrl, Vctrlb)을 디지털 비트로 변환하여 저장하고, 디지털-아날로그 컨버터에 의해 디지털 차동 제어 전압(VDctrl, VDctrlb)이 생성되는 과정을 보여준다. 분해능에 따라 선형적으로 증가하는 연속 근사 레지스터의 특성에 따라 디지털 피드백 블록의 구동 클록의 8 주기 안에 듀티 사이클 제어 정보가 디지털 비트로 저장 되어진다.10C illustrates the digital differential control voltages VDctrl and VDctrlb output through the digital feedback block. The continuous approximation register converts and stores the analog differential control voltages Vctrl and Vctrlb into digital bits, and shows how the digital differential control voltages VDctrl and VDctrlb are generated by the digital-to-analog converter. The duty cycle control information is stored as digital bits within 8 cycles of the drive clock of the digital feedback block, depending on the nature of the continuous approximation register that increases linearly with resolution.

도 10d는 본 발명의 실시예에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 보정 과정을 모두 거친 후, 출력되는 출력 클록(OUT_CLK)를 나타내며, 50%의 듀티 사이클을 갖는 출력 클록 신호가 도시된다.
FIG. 10D illustrates an output clock OUT_CLK that is output after all the calibration procedures of the hybrid duty cycle correction circuit using the continuous approximation register according to an embodiment of the present invention are shown, and an output clock signal having a duty cycle of 50% is shown. do.

도 11a 내지 도 11d는 유한 스테이트 머신으로 카운터를 적용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로와 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로를 사용한 경우에 출력 클록의 듀티 사이클 보정 정확도를 비교한 그래프이다.11A to 11D are graphs comparing duty cycle correction accuracy of an output clock when a hybrid duty cycle correction circuit using a counter and a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register are used in a finite state machine.

도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 0.5GHz-2.0GHz까지의 동작 주파수, ±35%의 듀티 사이클을 갖는 입력 클록에 대해서 종래 기술의 경우 즉, 카운터를 적용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로는 최대 3.51%의 출력 클록의 듀티 사이클 에러를 갖는다. Referring to FIGS. 11A through 11D, the input clock having an operating frequency of 0.5 GHz to 2.0 GHz and a duty cycle of ± 35%, in the prior art, that is, the hybrid duty cycle correction circuit applying the counter has a maximum of 3.51%. There is a duty cycle error of the output clock.

이에 반하여, 본 발명에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로는 동일 조건에서 최대 0.92% 출력 클록의 듀티 사이클 에러를 갖는 바 약 82%가 개선된 효과를 얻을 수 있음을 보여준다.
In contrast, the hybrid duty cycle correction circuit using the continuous approximation register according to the present invention has a duty cycle error of up to 0.92% output clock under the same conditions, which shows that an improvement of about 82% can be obtained.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
What has been described above is only an exemplary embodiment of a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register according to the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment, as claimed in the following claims, Without departing from the gist of the present invention, anyone of ordinary skill in the art will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.

100 : 듀티 증폭기
200 : 레벨 컨버터
300 : 클록 트리부
400 : 아날로그 피드백 루프
500 : 디지털 피드백 블록
510 : 비교기
520 : 연속 근사 레지스터(SAR)
530 : 디지털 아날로그 컨버터
100: duty amplifier
200: level converter
300: clock tree portion
400: analog feedback loop
500: digital feedback block
510: comparator
520: continuous approximation register (SAR)
530: digital to analog converter

Claims (9)

연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로에 있어서,
출력 클록 신호의 듀티 사이클 에러를 감지하여, 에러 제거를 위한 듀티 사이클 제어 정보를 저장하고, 상기 듀티 사이클 제어 정보에 따른 아날로그 차동 제어 전압을 생성하여 출력하는 아날로그 피드백 루프;
상기 아날로그 피드백 루프에서 출력되는 상기 아날로그 차동 제어 전압을 이용하여 상기 듀티 사이클 제어 정보를 연속 근사 레지스터(SAR)를 이용하여 디지털 비트로 변환하여 저장하고, 디지털 차동 제어 전압을 생성하여 출력하는 디지털 피드백 블록; 및
상기 아날로그 피드백 루프와 상기 디지털 피드백 블록에서 각각 출력되는 상기 아날로그 차동 제어 전압과 상기 디지털 차동 제어 전압을 입력받아 입력 듀티 사이클을 보정하는 듀티 증폭기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로.
In a hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register,
An analog feedback loop which detects a duty cycle error of the output clock signal, stores duty cycle control information for error cancellation, and generates and outputs an analog differential control voltage according to the duty cycle control information;
A digital feedback block converting and storing the duty cycle control information into digital bits using a continuous approximation register (SAR) using the analog differential control voltage output from the analog feedback loop, and generating and outputting a digital differential control voltage; And
A duty amplifier receiving the analog differential control voltage and the digital differential control voltage output from the analog feedback loop and the digital feedback block and correcting an input duty cycle;
Hybrid duty cycle correction circuit using a continuous approximation register, characterized in that it comprises a.
제1항에 있어서,
상기 디지털 피드백 블록은,
상기 아날로그 피드백 루프에서 출력되는 상기 아날로그 차동 제어 전압의 차이를 비교하여 하이 또는 로우의 디지털 전압을 출력하는 비교기;
상기 비교기의 출력 신호를 이진 탐색 방식을 이용하여 디지털 비트로 변환하여 출력하는 연속 근사 레지스터; 및
상기 연속 근사 레지스터에서 출력되는 디지털 비트를 아날로그 신호로 변환하여 디지털 차동 제어 전압을 출력하는 디지털 아날로그 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로.
The method of claim 1,
The digital feedback block,
A comparator for comparing a difference between the analog differential control voltages output from the analog feedback loop and outputting a high or low digital voltage;
A continuous approximation register for converting an output signal of the comparator into a digital bit using a binary search method and outputting the digital bit; And
And a digital analog converter which converts the digital bits output from the continuous approximation register into an analog signal and outputs a digital differential control voltage.
제2항에 있어서,
상기 연속 근사 레지스터는 각 비트값을 결정하기 위하여 최상위 비트로부터 순서대로 하위 비트쪽으로 수정하여 상기 디지털 아날로그 컨버터에서 출력되는 디지털 차동 제어 전압 상기 비교기에 입력되는 아날로그 차동 제어 전압에 근사시키는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로.
The method of claim 2,
The continuous approximation register is characterized in that the successive approximation to the analog differential control voltage input to the comparator to the digital differential control voltage output from the digital analog converter by modifying the lower bit in order from the most significant bit to determine each bit value Hybrid duty cycle correction circuit using approximate register.
제1항에 있어서,
상기 아날로그 피드백 루프는 차지 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로.
The method of claim 1,
And said analog feedback loop comprises a charge pump.
제1항에 있어서,
상기 듀티 증폭기는 싱글 스테이지 듀티 증폭기 또는 2 스테이지 듀티 증폭기를 이용하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로.
The method of claim 1,
And the duty amplifier uses a single stage duty amplifier or a two stage duty amplifier.
제5항에 있어서,
상기 2 스테이지 듀티 증폭기는 2개의 캐스케이드 차동 증폭기로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로.
The method of claim 5,
And said two stage duty amplifier comprises two cascade differential amplifiers.
제1항에 있어서,
상기 듀티 증폭기의 출력단에 설치되어, 상기 듀티 증폭기의 보정된 스몰-스윙 출력 클록을 풀-스윙 출력으로 변환하여 출력하는 레벨 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로.
The method of claim 1,
And a level converter installed at an output terminal of the duty amplifier and converting the corrected small-swing output clock of the duty amplifier into a full-swing output and outputting the full-swing output. .
제7항에 있어서,
상기 레벨 컨버터의 출력단에 설치되며, 상기 레벨 컨버터의 출력 신호를 입력받아 전류 구동 능력을 증가시켜 출력 클록 신호를 출력하는 클록 트리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로.
The method of claim 7, wherein
And a clock tree unit provided at an output terminal of the level converter and outputting an output clock signal by increasing the current driving capability by receiving the output signal of the level converter. .
제1항에 있어서,
상기 아날로그 피드백 루프는 아날로그 듀티 사이클 보정 구간 동안에 상기 아날로그 차동 제어 전압을 생성한 후, 상기 디지털 피드백 블록의 동작에 따라 상기 아날로그 차동 제어 전압은 점차 균등화 되며, 상기 디지털 피드백 블록의 동작이 완료되는 시점에 상기 아날로그 차동 제어 전압은 완전히 균등화되는 것을 특징으로 하는 연속 근사 레지스터를 이용한 하이브리드 듀티 사이클 보정회로.

The method of claim 1,
After the analog feedback loop generates the analog differential control voltage during the analog duty cycle correction period, the analog differential control voltage is gradually equalized according to the operation of the digital feedback block, and at the time when the operation of the digital feedback block is completed. And said analog differential control voltage is fully equalized.

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KR20190065109A (en) 2017-12-01 2019-06-11 한양대학교 산학협력단 System and method of compensating duty cycles of clock and clock bar using control code
KR102101003B1 (en) * 2019-02-28 2020-04-14 홍익대학교 산학협력단 Pseudo-differential Full-swing duty-cycle corrector and method for controlling the same

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Hybrid duty-cycle corrector circuit with dual feedback loop. Electronics Letters. Vol. 47, No. 24, 2011.11.24

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