KR101225990B1 - 루프필터 및 이를 이용한 주파수 합성기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 루프필터는, 전류펌프에서 출력되는 전류를 전압으로 변환하는 전류대 전압 변환부와, 상기 전류대 전압 변환부의 출력 전압을 입력받고 상기 전압에 의해 발생되는 전류가 변동되는 값을 가지도록 하여 출력하는 전류 증폭부 및 상기 전류 증폭부로부터 입력된 전류를 충전 및 방전하고 상기 충전 및 방전에 의해 얻어지는 전압을 전압제어 발진기에 출력하는 필터부를 포함하여 이루어짐으로써, 원하는 잠금시간과 불요파특성을 얻는 것이 가능하다.

Description

루프필터 및 이를 이용한 주파수 합성기{LOOP FILTER AND FREQUENCY SYNTHESIZER USING THE SAME}

본 발명은 주파수 합성기에 사용되는 루프필터 및 이를 이용한 주파수 합성기에 관한 것이다.

일반적으로 무선통신 시스템은 주파수원(source)을 전압제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)를 통해 생성하는데, 이 경우 전압제어 발진기는 주변 회로 및 주변 환경에 많이 영향을 받기 때문에 원하는 주파수를 정확하고 일정하게 출력하기가 어렵다.

이에 따라 주파수 합성기(Frequency Synthesizer)라는 시스템을 사용하여 전압제어 발진기의 출력 안정도를 높일 수 있도록 위상을 고정 또는 합성하여 준다.

상기 주파수 합성기는 기준 발진기, 위상/주파수 검출기, 전류펌프, 루프필터, 전압제어 발진기 및 주파수 분주기로 구성된다.

상기와 같은 주파수 합성기는 루프필터의 특성에 따라 성능이 결정되며, 루프필터의 성능지표로서 잠금시간(lock time)과 불요파특성(spurious response)이 있다.

잠금시간은 새로운 주파수로 이동하는데 걸리는 시간이며, 이것이 빠를수록 원하는 주파수를 빨리 합성하게 된다.

또한 불요파특성은 합성하려고 하는 주파수 이외에 발생하는 신호에 대한 억제 특성으로, 이것이 우수할수록 주파수 합성기의 출력은 단일한 정현파로 나타나게 되어, 합성하려고 하는 정확한 주파수를 얻을 수 있다.

따라서 주파수 합성기의 성능을 향상시키기 위해 잠금시간과 불요파특성이 우수한 루프필터가 요구된다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출된 것으로서, 잠금시간과 불요파특성이 우수한 루프필터 및 상기 루프필터를 이용한 주파수 합성기를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 루프필터는, 전류펌프에서 출력되는 전류를 전압으로 변환하는 전류대 전압 변환부와, 상기 전류대 전압 변환부의 출력 전압을 입력받고 상기 전압에 의해 발생되는 전류가 상기 전류펌프에서 출력되는 전류에 비해 증폭된 값을 가지도록 하여 출력하는 전류 증폭부 및 상기 전류 증폭부로부터 입력된 전류를 충전 및 방전하고 상기 충전 및 방전에 의해 얻어지는 전압을 전압제어 발진기에 출력하는 필터부를 포함한다.

상기 루프필터의 전류대 전압 변환부는, 입력 전류에 비례하는 전압을 생성하는 변환부와 글리치(glich) 현상을 방지하는 글리치 방지부를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 루프필터의 전류대 전압 변환부는, 상기 전류펌프의 출력단이 부입력단에 연결되고 출력단이 전류 증폭부의 입력단에 연결되는 연산 증폭기와, 일단이 상기 연산 증폭기의 부입력단에 연결되고 다른 일단이 상기 연산 증폭기의 출력단에 연결되는 저항을 포함하여 이루질 수 있고 이에 더하여 상기 저항과 병렬로 연결되는 커패시터를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 루프필터의 전류 증폭부는, 저항을 포함하여 이루어지고 상기 저항의 저항값을 조절함으로써 전류가 변동되는 값을 가지도록 할 수 있다.

상기 루프필터의 전류 증폭부는, 일단이 상기 전류대 전압 변환부의 출력단에 연결되는 제1 저항과, 상기 제1 저항의 일단과 병렬로 연결되는 제2 저항과, 상기 제2 저항과 직렬로 연결되고 상기 제1 저항의 다른 일단에 연결되는 스위치를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 루프필터의 상기 필터부는, 상기 전류 증폭부로부터 입력된 전류에 의해 얻어지는 전압을 전압제어 발진기에 출력하는 전압 생성부와, 안정도를 유지시키는 안정도 유지부를 포함할 수 있다.

상기 루프필터의 상기 필터부는, 상기 전류 증폭부의 출력단이 부입력단에 연결되고 출력단이 전압제어 발진기의 입력단에 연결되는 연산 증폭기와, 일단이 상기 연산 증폭기의 부입력단에 연결되고 다른 일단이 상기 연산 증폭기의 출력단에 연결되는 제2 커패시터와, 일단이 상기 연산 증폭기의 부입력단에 연결되는 제3 저항과, 상기 제3 저항과 직렬로 연결되고 일단이 상기 연산 증폭기의 출력단과 연결되는 제2 커패시터를 포함할 수 있고 이에 더하여 상기 제3 저항과 병렬로 연결되고 상호 직렬로 연결되는 제4 저항과 스위치를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 주파수 변환기는, 온도변화에 대하여 일정한 값을 가지는 낮은 주파수의 기준신호를 제공하는 기준 발진기와, 상기 기준신호 및 분주된 발진신호를 입력받고, 두 신호의 위상과 주파수를 비교하여 이에 상응하는 에러 신호를 생성하여 상기 전류펌프로 전달하는 위상/주파수 검출기와, 상기 에러 신호에 따라 루프필터로 특정량의 전하를 공급하거나 흡수하는 전류펌프와, 상기 전류펌프에서 생성된 전류를 증폭하고 상기 증폭된 전류에 의해 충/방전되며 상기 충/방전되는 전류에 의해 발생하는 전압을 출력하여 전압제어 발진기의 주파수 조정입력으로 인가하는 루프필터와, 충/방전된 상기 루프필터의 전압을 입력받고 상기 전압에 대응하는 주파수의 발진신호를 출력하는 전압제어 발진기 및 상기 발진신호의 주파수를 분주하여 상기 기준신호의 레벨로 낮추어 상기 위상/주파수 검출기로 출력하는 주파수 분주기를 포함한다.

상기 주파수 변환기의 상기 루프필터는, 상기 전류펌프에서 출력되는 전류를 전압으로 변환하는 전류대 전압 변환부와, 상기 전류대 전압 변환부의 출력 전압을 입력받고 상기 전압에 의해 발생되는 전류가 변동되는 값을 가지도록 하여 출력하는 전류 증폭부 및 상기 전류 증폭부로부터 입력된 전류를 충전 및 방전하고 상기 충전 및 방전에 의해 얻어지는 전압을 전압제어 발진기에 출력하는 필터부를 포함할 수 있다.

본 발명의 루프필터 및 주파수 합성기에 따르면 원하는 잠금시간과 불요파특성을 얻는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 합성기를 나타내는 블록도.
도 2는 도 1의 루프필터를 나타내는 블록도.
도 3은 도 2의 루프필터의 예를 나타내는 회로도.
도 4는 종래의 루프필터의 잠금시간과 불요파특성을 나타내는 그래프로서, 도 4a 및 도 4c는 잠금시간을 나타내는 그래프이고, 도 4b 및 도 4d는 불요파특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 루프필터의 잠금시간과 불요파특성을 나타내는 그래프로서, 도 5a는 잠금시간을 나타내는 그래프이고, 도 5b는 불요파특성을 나타내는 그래프이다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 합성기를 나타내는 블록도이다.

도면을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 합성기는, 기준 발진기(100), 위상/주파수 검출기(200), 전류펌프(300), 루프필터(400), 전압제어 발진기(500) 및 주파수 분주기(600)를 포함하여 구성된다.

상기 기준 발진기(100)는 수정 발진기에서 온도변화에 따른 주파수 교란을 통제하는 장치로서, 온도변화에 대하여 일정한 값을 가지는 낮은 주파수의 기준신호를 제공한다.

예를 들어, 상기 기준 발진기(100)는 큰 온도의 변화(보통, 영하 30도 내지 영상 75도)에도 2.5ppm을 초과하여 주파수가 교란되지 않고 일정하게 고정된 주파수신호를 발진한다.

상기 기준신호는 상기 전압제어 발진기(500)의 발진신호(예를 들면 "㎓" 단위의 주파수신호)에 비하여 상대적으로 낮은 대역의 주파수(예를 들면 "㎒" 단위의 주파수)를 갖는다.

따라서, 상기 위상/주파수 검출기(200)가 상기 기준신호와 상기 발진신호를 비교할 수 있도록 하기 위하여, 상기 주파수 분주기(600)는 상기 발진신호의 주파수를 분주하여 상기 기준신호의 레벨로 낮춘다.

예를 들어, 상기 기준 발진기(100)가 100㎒의 기준신호를 제공하고 상기 전압제어 발진기(500)가 1.1㎓의 기준주파수신호를 제공하면, 상기 주파수 분주기(600)는 상기 발진신호를 1/10배로 분주하여 비교가능한 레벨의 신호로 변환한다.

상기 위상/주파수 검출기(200)는 상기 기준신호와 상기 발진신호를 입력받고, 두 신호의 위상과 주파수를 비교하여 이에 상응하는 에러 신호(UP, DN)를 생성하여 상기 전류펌프(300)로 전달한다.

상기 전류펌프(300)는 상기 에러 신호에 따라 상기 루프필터(400)로 특정량의 전하를 공급하거나 흡수하는 역할을 한다.

즉, 상기 전류펌프(300)는 상기 기준신호에 비하여 상기 발진신호의 전압이 크면 분기회로에 의하여 특정량의 전하를 상기 루프필터(400)로 공급하고, 상기 발진신호의 전압이 상기 기준신호보다 작으면 특정량의 전하를 상기 루프필터(400)로부터 끌어당긴다.

상기 루프필터(400)는 상기 전류펌프(300)에서 생성된 전류에 의해 충/방전되고 상기 충/방전되는 전류에 의해 발생하는 전압을 출력하여 전압제어 발진기(500)의 주파수 조정입력으로 인가한다.

이 때 상기 루프필터(400)는, 전류대 전압 변환부(410)와, 전류 증폭부(420) 및 필터부(430)를 포함하여 이루어지고 전류펌프(300)의 전류를 증폭함으로써 전류펌프(300)의 최대 전류와 최소 전류의 비를 크게 함으로써 원하는 잠금시간과 불요파특성을 얻을 수 있도록 한다. 이에 대해서는 후술한다.

상기 전압제어 발진기(500)는 충/방전된 상기 루프필터(400)의 전압을 입력받고 상기 전압에 대응하는 주파수를 가지는 발진신호를 출력한다.

상기 출력된 발진신호는 전술한 바와 같이 상기 주파수 분주기(600)를 통하여 상기 위상/주파수 검출기(200)로 다시 입력되고, 상기 위상/주파수 검출기(200)의 두 입력신호가 동일한 위상과 주파수를 가질 때까지 위의 동작이 반복된다.

상기 위상/주파수 검출기(200)의 두 입력 신호의 위상과 주파수가 동일한 상태가 되면 에러 신호가 출력되지 않고 이로 인한 상기 루프필터(400) 전압의 충/방전이 없어져 상기 전압제어 발진기(500)가 일정한 주파수를 갖는 신호를 출력하게 되는데, 이러한 상태를 "락(Lock)" 상태라고 한다.

상술한 요소 중 위상/주파수 검출기(200) 및 분주기는 통상적으로 PLL 칩으로 구성되며, 나머지 부분은 외부회로를 통하여 구성되게 된다.

또한 상기 루프필터(400)는 위상/주파수 검출기(200)의 고조파 성분을 제거하고 얻어진 신호를 전압제어 발진기(500)에 인가하게 되는데, 과도상태를 거쳐, 위상/주파수 검출기(200)에 입력되는 두 개의 신호원의 위상차가 없을 때까지 전압제어 발진기(500)의 주파수를 이동시켜 정상상태에 들어가게 된다.

상기 루프필터(400)의 성능지표로서 잠금시간(lock time)과 불요파특성(spurious response)이 있다.

상기 특성들은 루프필터(400)의 대역폭에 의해 결정되고, 루프필터(400)의 대역폭은 인가되는 전류에 비례한다.

루프필터(400)의 대역폭이 좁을 경우 불요파특성은 우수하지만 잠금시간은 길어지고, 반면 대역폭이 넓어질 경우 잠금시간은 짧아지지만 불요파특성은 나빠진다.

따라서 잠금시간과 불요파특성을 최적으로 유지하기 위하여 상기 주파수 합성기는 잠금 모드와 안정화 모드를 가지고 각 모드에 따라 루프필터(400)의 대역폭이 달라지도록 제어함이 바람직하다.

즉 초기에는 잠금 모드로 루프필터(400)에 큰 전류를 인가함으로써 루프필터(400)의 대역폭을 크게 하여 빠른 잠금시간을 제공하고 이후 원하는 주파수에 도달한 경우 안정화 모드로 변경하여 루프필터(400)에 작은 전류를 인가함으로써 루프필터(400)의 대역폭을 작게 하여 불요파특성을 우수하게 한다.

이 때 상기 루프필터(400)는 전류대 전압 변환부(410)와 전류 증폭부(420)를 통하여 필터부(430)에 인가되는 전류를 원하는 값으로 조절이 가능하므로 원하는 값으로 대역폭을 조절하는 것도 가능하다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 루프필터(400)에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 루프필터(400)를 나타내는 블록도이다.

도면을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 루프필터(400)는, 전류대 전압 변환부(410)와, 전류 증폭부(420) 및 필터부(430)를 포함하여 이루어진다.

상기 전류대 전압 변환부(410)는 전류펌프(300)에서 출력되는 전류를 전압으로 변환한다.

이 때 상기 전류대 전압 변환부(410)는, 입력 전류에 비례하는 전압을 생성하는 변환부(411)와 글리치(glich) 현상을 방지하는 글리치 방지부(412)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기와 같이 전류대 전압 변환부(410)를 구비하여 전류펌프(300)에서 출력되는 전류를 전압으로 변환함으로써 후술하는 전류 증폭부(420)는 전류펌프(300)에서 출력되는 전류를 직접 증폭하는 것에 비해 안정적으로 전류를 증폭하는 것이 가능하다.

상기 전류 증폭부(420)는 상기 전류대 전압 변환부(410)의 출력 전압을 입력받고 상기 전압에 의해 발생되는 전류가 상기 전류펌프(300)에서 출력되는 전류에 비해 증폭된 값을 가지도록 하여 출력한다.

이에 따라 전류펌프(300)에서 출력되는 전류의 최대값과 최소값의 비를 크게 할 수 있다. 이에 따라 후술하는 필터부(430)의 대역폭의 크기를 더 크게 변동시키는 것이 가능하다.

이 때 상기 전류 증폭부(420)는, 저항을 포함하여 이루어지고 상기 저항의 저항값을 조절함으로써 전류가 큰 폭으로 변동되는 값을 가지도록 할 수 있다. 상기 저항은 가변저항으로 이루어질 수도 있다.

이에 따라 상기 전류 증폭부(420)에서 출력되는 전류의 최대값은 상기 전류펌프(300)에서 출력되는 전류의 최대값에 비해 큰 값이 되고 상기 전류 증폭부(420)에서 출력되는 전류의 최소값은 상기 전류펌프(300)에서 출력되는 전류의 최소값에 비해 작은 값을 가지게 된다.

상기와 같이 저항을 이용하여 전류 증폭부(420)가 이루어지는 경우에는 잠금 모드시에는 낮은 저항값을 갖게 하여 많은 전류가 흐르게 하고 안정화 모드에서는 높은 저항값을 갖게 하여 적은 전류가 흐르게 한다.

상기 필터부(430)는 상기 전류 증폭부(420)로부터 입력된 전류를 충전 및 방전하고 상기 충전 및 방전에 의해 얻어지는 전압을 전압제어 발진기(500)에 출력한다.

이 때 상기 필터부(430)는, 상기 전류 증폭부(420)로부터 입력된 전류에 의해 얻어지는 전압을 전압제어 발진기(500)에 출력하는 전압 생성부(431)와, 상기 필터부(430)의 안정도를 유지시키는 안정도 유지부(432)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기와 같이 필터부(430)가 이루어짐으로써 상기 전류 증폭부(420)에서 입력되는 변동폭이 큰 전류에 대응되는 전압을 안정적으로 전압제어 발진기(500)에 인가하는 것이 가능하다.

상기 필터부(430)는 잠금 모드시에는 많은 전류가 입력됨에 따라 대역폭이 커지게 되고 안정화 모드에서는 적은 전류가 입력됨에 따라 대역폭이 작아지게 된다. 이 때 안정도 유지부(432)는 급변하는 전류량에 대하여 필터부(430)가 적절한 출력을 내도록 안정도를 유지한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 루프필터(400)의 예를 나타내는 회로도이다.

도면을 참조하면, 상기 전류대 전압 변환부(410)는, 전류펌프(300)의 출력단이 부입력단에 연결되고 출력단이 전류 증폭부(420)의 입력단에 연결되는 연산 증폭기(amp1)와, 일단이 상기 연산 증폭기(amp1)의 부입력단에 연결되고 다른 일단이 상기 연산 증폭기의 출력단에 연결되는 저항(Rin)으로 이루어진다.

이 때 상기 저항(Rin)에 커패시터(Cin)가 병렬로 연결됨으로써 글리치를 방지하는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 상기 전류 증폭부(420)는, 일단이 상기 전류대 전압 변환부(410)의 출력단에 연결되는 제1 저항(Rn)과, 상기 제1 저항(Rn)의 일단과 병렬로 연결되는 제2저항과, 상기 제2 저항(Rf)과 직렬로 연결되고 상기 제1 저항(Rn)의 다른 일단에 연결되는 스위치(SW1)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 필터부(430)는, 전류 증폭부(420)의 출력단이 부입력단에 연결되고 출력단이 전압제어 발진기(500)의 입력단에 연결되는 연산 증폭기(op2)와, 일단이 상기 연산 증폭기(op2)의 부입력단에 연결되고 다른 일단이 상기 연산 증폭기(op2)의 출력단에 연결되는 제1 커패시터(C1)와, 일단이 상기 연산 증폭기(op2)의 부입력단에 연결되는 제3 저항(R1)과, 상기 제3 저항(R1)과 직렬로 연결되고 일단이 상기 연산 증폭기(op2)의 출력단과 연결되는 제2 커패시터(C2)로 이루어진다.

이 때 상기 제3 저항(R1)에 서로 직렬로 연결되는 제4 저항(R2)과 스위치(SW2)가 병렬로 연결됨으로써 안정도를 유지하는 역할을 수행할 수 있다.

상기와 같은 루프필터(400)는 아래와 같이 동작한다.

상기 전류대 전압 변환부(410)는 전류펌프(300)의 출력을 전압으로 변환하는 역할을 한다. 즉 전류펌프(300)의 전류는 제1 저항(Rin)을 흐르면서, 연산 증폭기(op1)의 출력에는 기준전압 Vcc/2를 중심으로 전류에 비례하는 전압이 나타나게 된다.

여기서 커패시터(Cin)는 잠금 모드와 안정화 모드의 전환시 발생할 수 있는 글리치(glitch)현상을 제거하기 위하여 삽입된 것으로 보통 잠금 모드에서의 대역폭에 영향을 주지 않도록 설정되게 된다.

상기 전류 증폭부(420)는 두 개의 저항(Rf, Rn)으로 이루어져 있으며, 제1 저항(Rn)의 크기는 제2 저항(Rf)에 비해 큰 값을 갖는다. 이에 따라 잠금 모드시에는 스위치(SW1)는 닫힌 상태가 되어 저항이 작아지고 안정화 모드에서는 열린 상태가 되어 저항이 커진다.

잠금 모드일 때는 Rf<<Rn이므로 저항값은 근사적으로 Rf로 볼 수 있으며, 따라서 전류펌프(300)의 전류를 Ip라고 할 때 연산 증폭기(op1)에서 출력되는 전압은 Ip×Rin이 되고 이에 따라 전류 증폭부(420)에서 출력되는 전류는 Ip×Rin/Rf가 되는 것을 알 수 있다.

따라서 Rf가 Rin에 비해 작다면 전류펌프(300)에서 출력되는 전류보다 큰 전류가 저항 Rf에 흐르게 되고 이것이 그대로 필터부(430)에 입력되게 된다.

반면 안정화 모드일 경우 스위치(SW1)는 개방되고 전류펌프(300)의 전류를 Ip라고 할 때 저항 Rn에 흐르는 전류는 Ip×Rin/Rn이 되는 것을 알 수 있다.

이 때 Rn이 Rin에 비해 크다면 전류펌프(300)에서 출력되는 전류보다 작은 전류가 저항 Rn를 흐르게 되고, 마찬가지로 이것이 그대로 필터부(430)에 입력되게 된다.

이를 정리하면 잠금 모드에서는 스위치(SW1)가 닫혀 전류펌프(300)에서 출력되는 전류보다 더 큰 전류가 Rf를 통하여 흐르게 되고 안정화 모드에서는 스위치가 열려 전류펌프(300)에서 출력되는 전류보다 더 작은 전류가 저항 Rn을 통하여 흐르게 된다.

이는 전류펌프(300)가 출력하는 전류의 변화량보다 더 많은 전류의 변화량을 가지게 하므로 잠금 모드에서는 보다 짧은 잠금 시간을 가지게 하고 안정화 모드에서는 보다 높은 불요파특성을 가지게 하는 것이 가능하다.

상기 회로 마지막에 위치한 필터부(430)는 잠금 모드에서는 스위치(SW2)가 닫혀 저항값을 줄이고 고속으로 주파수가 진동이 없이 정상상태에 들어가게 하며 안정화 모드에서는 스위치(SW2)가 열려 임계 저항값(최대 저항값)을 갖게 함으로써 안정도를 유지시킨다.

상기의 회로로 구성된 루프필터(400)는 다음과 같이 작동한다.

먼저 제어부(미도시)는 초기 상태에서는 루프필터(400)를 잠금 모드로 동작시킨다.

이 때 전류 증폭부(420)의 스위치와 필터부(430)의 스위치(SW1,SW2)는 닫히게 되므로 루프필터(400)에는 큰 전류가 흐르게 되고 이에 따라 루프필터(400)는 빠른 잠금시간을 가지므로 전압제어 발진기(500)는 빠른 시간 내에 원하는 주파수를 출력하게 된다.

다음으로 전압제어 발진기(500)의 출력이 원하는 주파수 범위 내에 들어간 경우에는 제어부(미도시)는 루프필터(400)를 안정화 모드로 동작시킨다.

이 때 전류 증폭부(420)의 스위치와 필터부(430)의 스위치(SW1,SW2)는 닫히게 되므로 루프필터(400)에는 작은 전류가 흐르게 되고 이에 따라 루프필터(400)는 좁은 대역폭을 가지므로 전압제어 발진기(500)는 원하는 주파수에 해당하면서 불요파가 제거된 주파수를 출력하게 된다.

상기와 같이 본 실시예의 루프필터(400)는 잠금 모드에서 안정화 모드로 전환되었을 때 글리치와 같은 과도현상을 제거할 수 있고 저항값으로 전류의 증폭과 감쇠를 자유롭게 선정할 수 있으며 이에 따라 대역폭 선정에 대한 제한이 없게 된다.

도 4는 종래의 루프필터(400)의 잠금시간과 불요파특성을 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 루프필터(400)의 잠금시간과 불요파특성을 나타내는 그래프이다.

여기에서 종래의 루프필터(400)는 본 발명의 필터부(430)에 해당하고 안정도 유지부(432)는 구비되지 않는다. 이에 따라 종래의 루프필터(400)의 특성은 전류펌프(300)에서 인가되는 전류에 의해 결정된다.

도 4를 참조하면 전류펌프(300)의 최대 전류값과 최소 전류값의 비는 16이고 잠금 모드에서 루프필터(400)의 대역폭을 100 kHz로 설정하고, 안정화 모드에서 루프필터(400)의 대역폭을 25 kHz(=100kHz/

)로 설정하였으며 전압제어 발진기(500)의 출력을 2.69 GHz로 한 경우의 잠금시간 및 불요파특성이 나타나 있다.

도 4a는 대역폭이 100 kHz 일 때의 잠금시간 특성이며, 도 4b는 불요파특성이다. 도 4a에서 대역폭이 100 kHz이므로 잠금시간은 약 10 usec(=1/100 kHz)으로 양호한 편이지만 도 4b와 같이 불요파특성은 사용할 수 없을 정도로 나쁜 것을 알 수 있다.

반면 대역폭이 25 kHz로 작아짐에 따라 잠금시간은 도 4c와 같이 길어지고 도 4d와 같이 불요파특성은 어느 정도 개선되었지만 여전히 불요파가 다수 존재함을 알 수 있다.

이 두 가지 상태를 이용하여 루프필터(400)를 잠금 모드와 안정화 모드로 제어하는 경우 잠금시간은 도 4a와 같이 나타나게 되고 불요파특성은 도 4d와 같이 나타나게 될 것이다. 따라서 잠금시간과 불요파특성의 개선이 필요함을 알 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 루프필터(400)는 전류대 전압 변환부(410)와 전류 증폭부(420) 및 필터부(430)를 구비한다. 이에 따라 본 실시예의 루프필터(400)의 특성은 전류 증폭부(420)에서 인가되는 전류에 의해 결정된다.

도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 루프필터(400)를 잠금 모드와 안정화 모드로 제어하는 경우 잠금시간은 10 usec로 이하가 되었으며 불요파 특성은 50 dBc 이상을 만족함을 확인하였다.

따라서 이러한 잠금시간과 불요파 특성은 필터부(430)만으로 구성된 종래의 루프필터(400)보다 우수한 것을 알 수 있다.

상기 루프필터(400)는 반도체 칩의 외부에 설정 가능하며 또한 내장시키는 것도 가능하다. 또한 루프필터(400)의 대역폭을 결정하는 전류 변화비를 자유롭게 변화시킬 수 있고 큰 전류의 변동에 대응하는 안정도를 구비함으로써 빠른 잠금시간과 우수한 불요파 특성을 동시에 얻을 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

1. 전류펌프에서 출력되는 전류를 전압으로 변환하는 전류대 전압 변환부;
   상기 전류대 전압 변환부의 출력 전압을 입력받고 상기 전압에 의해 발생되는 전류가 상기 전류펌프에서 출력되는 전류에 비해 증폭된 값을 가지도록 하여 출력하는 전류 증폭부; 및
   상기 전류 증폭부로부터 입력된 전류를 충전 및 방전하고 상기 충전 및 방전에 의해 얻어지는 전압을 전압제어 발진기에 출력하는 필터부
   를 포함하는 루프필터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전류대 전압 변환부는, 입력 전류에 비례하는 전압을 생성하는 변환부와 글리치(glich) 현상을 방지하는 글리치 방지부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 루프필터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전류대 전압 변환부는,
   상기 전류펌프의 출력단이 부입력단에 연결되고 출력단이 전류 증폭부의 입력단에 연결되는 연산 증폭기와, 일단이 상기 연산 증폭기의 부입력단에 연결되고 다른 일단이 상기 연산 증폭기의 출력단에 연결되는 저항을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 루프필터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 전류대 전압 변환부는,
   상기 저항과 병렬로 연결되는 커패시터를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 루프필터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전류 증폭부는, 저항을 포함하여 이루어지고 상기 저항의 저항값을 조절함으로써 전류가 변동되는 값을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 루프필터.
6. 제5항에 있어서,
   상기 전류 증폭부는, 일단이 상기 전류대 전압 변환부의 출력단에 연결되는 제1 저항과, 상기 제1 저항의 일단과 병렬로 연결되는 제2 저항과, 상기 제2 저항과 직렬로 연결되고 상기 제1 저항의 다른 일단에 연결되는 스위치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 루프필터.
7. 제1항에 있어서,
   상기 필터부는,
   상기 전류 증폭부로부터 입력된 전류에 의해 얻어지는 전압을 전압제어 발진기에 출력하는 전압 생성부와, 안정도를 유지시키는 안정도 유지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 루프필터.
8. 제1항에 있어서,
   상기 필터부는,
   상기 전류 증폭부의 출력단이 부입력단에 연결되고 출력단이 전압제어 발진기의 입력단에 연결되는 연산 증폭기와, 일단이 상기 연산 증폭기의 부입력단에 연결되고 다른 일단이 상기 연산 증폭기의 출력단에 연결되는 제2 커패시터와, 일단이 상기 연산 증폭기의 부입력단에 연결되는 제3 저항과, 상기 제3 저항과 직렬로 연결되고 일단이 상기 연산 증폭기의 출력단과 연결되는 제2 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 루프필터.
9. 제8항에 있어서,
   상기 필터부는,
   상기 제3 저항과 병렬로 연결되고 상호 직렬로 연결되는 제4 저항과 스위치를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 루프필터.
10. 온도변화에 대하여 일정한 값을 가지는 낮은 주파수의 기준신호를 제공하는 기준 발진기;
    상기 기준신호 및 분주된 발진신호를 입력받고, 두 신호의 위상과 주파수를 비교하여 이에 상응하는 에러 신호를 생성하여 전류펌프로 전달하는 위상/주파수 검출기;
    상기 에러 신호에 따라 루프필터로 특정량의 전하를 공급하거나 흡수하는 상기 전류펌프;
    상기 전류펌프에서 생성된 전류를 증폭하고 상기 증폭된 전류에 의해 충/방전되며 상기 충/방전되는 전류에 의해 발생하는 전압을 출력하여 전압제어 발진기의 주파수 조정입력으로 인가하는 상기 루프필터;
    충/방전된 상기 루프필터의 전압을 입력받고 상기 전압에 대응하는 주파수의 발진신호를 출력하는 전압제어 발진기; 및
    상기 발진신호의 주파수를 분주하여 상기 기준신호의 레벨로 낮추어 상기 위상/주파수 검출기로 출력하는 주파수 분주기;
    를 포함하는 주파수 합성기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 루프필터는,
    상기 전류펌프에서 출력되는 전류를 전압으로 변환하는 전류대 전압 변환부;
    상기 전류대 전압 변환부의 출력 전압을 입력받고 상기 전압에 의해 발생되는 전류가 변동되는 값을 가지도록 하여 출력하는 전류 증폭부; 및
    상기 전류 증폭부로부터 입력된 전류를 충전 및 방전하고 상기 충전 및 방전에 의해 얻어지는 전압을 전압제어 발진기에 출력하는 필터부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 합성기.

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