KR101390393B1 - Method and apparatus for calibrating current characteristic of charge pump and frequency synthesizer using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 주파수 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전압 제어 발진 방식의 주파수 발생 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a frequency generator, and more particularly, to a frequency generator of a voltage controlled oscillation method.
높은 주파수 대역을 사용하거나 고속의 디지털 신호 전송 또는 데이터 처리 능력을 가지는 대부분의 디지털 전자 회로에서는 고정밀도 주파수 발생 장치를 통해 제공되는 높은 대역 또는 높은 정밀도의 주파수 신호를 이용한다. 특히 최근에 각광받는 OFDM과 같은 초고속 무선 통신의 성능을 좌우하는 요소로서 주파수 발생 장치의 중요성은 매우 크다.Most digital electronic circuits that use high frequency bands or have high speed digital signal transmission or data processing capabilities utilize high band or high precision frequency signals provided through high precision frequency generators. In particular, the importance of the frequency generating device as a factor that determines the performance of high-speed wireless communication, such as the recently spotlighted OFDM.
주파수 발생 장치는 그 자체로 디지털-아날로그 집적 회로의 일종이며 예를 들어 CMOS 공정과 같은 반도체 공정을 통해 제조되므로 본질적으로 다른 반도체 장치들과 마찬가지로 PVT 조건(공정 변수, 동작 전압, 온도)에 취약할 수 있다. 따라서, 후공정에서, 일단 제작된 주파수 발생 장치의 출력 상태를 조사하고 목표 주파수를 출력할 수 있도록 내부 소자들의 값이 보상되어야 한다.The frequency generator is itself a type of digital-analog integrated circuit and is manufactured through a semiconductor process such as, for example, a CMOS process, so it is inherently vulnerable to PVT conditions (process variables, operating voltage, temperature) like other semiconductor devices. Can be. Therefore, in the subsequent process, the value of the internal elements should be compensated to investigate the output state of the fabricated frequency generator and output the target frequency.
예를 들어 LC 발진 방식이나 링 방식에서는 커패시턴스 뱅크에서 스위치들을 영구적으로 연결하거나 절단함으로써 공진 소자 C의 크기를 보상할 수 있다.For example, in the LC oscillation or ring method, the size of the resonant element C can be compensated by permanently connecting or cutting the switches in the capacitance bank.
나아가, 지터나 스큐의 영향을 줄이기 위해서는 그렇게 보상된 소자 값들에 의해 결정되는 전압 제어 발진기의 이득에 맞추어 주파수 발생 장치가 생성하는 주파수가 일정한 대역폭을 갖도록 하여야 한다.Furthermore, to reduce the effects of jitter or skew, the frequency generated by the frequency generator must have a constant bandwidth in accordance with the gain of the voltage controlled oscillator determined by the compensated device values.
그러나 출하를 위해서는 제조된 모든 주파수 발생 장치들에 대해 전수 조사하고 각각에 따라 보상 값을 특정하여야 하므로 제조 비용이 증가하고, 출하 후에는 내부 소자 값들을 재조정하기 어렵다는 문제가 있다.However, in order to ship, all manufactured frequency generators must be fully investigated and the compensation value must be specified according to the manufacturing cost, and there is a problem that it is difficult to readjust internal device values after shipment.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 후공정에서 대역폭 조정을 위해 전하 펌프의 전류 특성을 조정할 수 있는 전하 펌프 바이어스 조정 방법, 장치 및 이를 이용하는 주파수 발생 장치를 제공하는 데에 있다.Disclosure of Invention Problems to be solved by the present invention are to provide a charge pump bias adjustment method and apparatus capable of adjusting current characteristics of a charge pump for bandwidth adjustment in a later process, and a frequency generator using the same.
본 발명의 일 측면에 따른, 전하 펌프 및 루프 필터를 포함하는 주파수 발생 장치에서 대역폭 조정을 위해 상기 전하 펌프를 보정하는 오픈루프 전하 펌프 바이어스 조정 장치로서,An open loop charge pump bias adjustment device for calibrating the charge pump for bandwidth adjustment in a frequency generation device including a charge pump and a loop filter, according to an aspect of the present invention,
풀업(pull-up) 바이어스 전압을 생성하여 상기 전하 펌프에 제공하는 풀업 바이어스 전압 생성부; A pull-up bias voltage generator configured to generate a pull-up bias voltage and provide it to the charge pump;
상기 풀업 바이어스 전압에 의해 상기 전하 펌프가 풀업 전하 펌프 전류를 생성하는 풀업 구간 동안에 상기 루프 필터에 상기 풀업 전하 펌프 전류가 흘러 생성되는 상기 루프 필터의 출력 전압을 적분하여 적분 전압을 얻는 적분기;An integrator configured to integrate an output voltage of the loop filter generated by flowing the pull-up charge pump current through the loop filter during a pull-up period during which the charge pump generates a pull-up charge pump current by the pull-up bias voltage;
상기 풀업 구간이 끝날 때에 샘플링된 상기 적분 전압을 n 개의 기준 전압들에 비교한 결과를 n 비트의 비교 신호로 출력하는 n 개의 비교기들;N comparators outputting a result of comparing the sampled integral voltage to n reference voltages as an n-bit comparison signal at the end of the pull-up period;
상기 n 비트 비교 신호를 저장하고 n 비트의 전하 펌프 보정 신호로 출력하는 n 비트 레지스터; 및An n-bit register for storing the n-bit comparison signal and outputting it as an n-bit charge pump correction signal; And
상기 전하 펌프 보정 신호에 따라 결정되는 풀다운 바이어스 전압을 생성하여 상기 전하 펌프에 제공하는 풀다운 바이어스 전압 생성부를 포함하며,A pull-down bias voltage generator configured to generate a pull-down bias voltage determined according to the charge pump correction signal and provide the pull-down bias voltage to the charge pump;
상기 전하 펌프는 상기 풀업 구간 동안에는 상기 풀업 바이어스 전압에 따라 상기 풀업 전하 펌프 전류를, 상기 풀업 구간에 대해 상보적인 풀다운 구간에는 풀다운 바이어스 전압에 따라 풀다운 전하 펌프 전류를 각각 생성하여 상기 루프 필터에 공급하도록 동작할 수 있다.The charge pump generates the pull-up charge pump current according to the pull-up bias voltage during the pull-up period, and generates a pull-down charge pump current according to the pull-down bias voltage in a pull-down period complementary to the pull-up period to supply the loop filter. It can work.
일 실시예에 따라, 상기 풀다운 바이어스 전압 생성부는,According to one embodiment, the pull-down bias voltage generator,
상기 전하 펌프 보정 신호에 기초하여, 병렬 연결된 n 개의 단위 전류원들 중 적어도 일부를 활성화함으로써 가변 전류를 생성하고, 상기 생성된 가변 전류를 전류-전압 변환함으로써 상기 풀다운 바이어스 전압을 생성하도록 구성될 수 있다.Based on the charge pump correction signal, the variable current may be generated by activating at least some of the n unit current sources connected in parallel, and generating the pull-down bias voltage by current-voltage converting the generated variable current. .
일 실시예에 따라, 상기 풀다운 바이어스 전압 생성부는,According to one embodiment, the pull-down bias voltage generator,
상기 병렬 연결된 n개의 단위 전류원들은 항상 동작하는 1 개의 단위 전류원에 병렬로 연결되고, The parallel n unit current sources are connected in parallel to one unit current source that always operates,
상기 병렬 연결된 n개의 단위 전류원들의 각각이 상기 전하 펌프 보정 신호에 따라 활성화 또는 비활성화됨으로써 가변 전류를 생성하며,Each of the n unit current sources connected in parallel is activated or deactivated according to the charge pump correction signal to generate a variable current,
상기 생성된 가변 전류를 전류-전압 변환함으로써 상기 풀다운 바이어스 전압을 생성하도록 구성될 수 있다.And generate the pull-down bias voltage by current-voltage converting the generated variable current.
일 실시예에 따라, 상기 병렬 연결된 n개의 단위 전류원들의 각각의 크기 비율이 2의 제곱수알 수 있다.According to an embodiment, the magnitude ratio of each of the n unit current sources connected in parallel may be a square number of two.
일 실시예에 따라, 상기 풀다운 바이어스 전압 생성부는 According to one embodiment, the pull-down bias voltage generator
상기 풀업 구간에 앞서, 보정 전의 크기로 풀다운 바이어스 전압을 생성하여 상기 전하 펌프에 제공하며, 상기 루프 필터에 상기 풀다운 전하 펌프 전류가 흘러 상기 루프 필터의 출력 전압이 하강하도록 동작할 수 있다.Prior to the pull-up period, a pull-down bias voltage may be generated and provided to the charge pump to a magnitude before correction, and the pull-down charge pump current may flow through the loop filter to operate to lower the output voltage of the loop filter.
일 실시예에 따라, 상기 오픈루프 전하 펌프 바이어스 조정 장치는,According to one embodiment, the open loop charge pump bias adjustment device,
상기 전하 펌프를 조정하는 동안에 상기 전하 펌프 및 루프 필터가 상기 주파수 발생 장치의 전체 루프로부터 단절된 상태에서 동작할 수 있다.While adjusting the charge pump the charge pump and loop filter may operate in disconnected state from the entire loop of the frequency generator.
본 발명의 다른 측면에 따른 주파수 발생 장치는,Frequency generating apparatus according to another aspect of the present invention,
기준 주파수와 분주 주파수를 각각 입력받고, 기준 주파수와 분주 주파수의 주파수 및 위상의 비교 결과에 따라 업 신호 또는 다운 신호를 생성하는 위상 주파수 검출기;A phase frequency detector for receiving a reference frequency and a frequency dividing frequency respectively and generating an up signal or a down signal according to a result of comparison between a reference frequency and a frequency and a phase of the frequency division;
상기 업 신호 또는 다운 신호에 따라 제어 전압용 커패시터에 전하를 공급(풀업)하거나 또는 방전 경로를 제공(풀다운)함으로써 상기 제어 전압용 커패시터의 양단에 걸리는 상기 제어 전압의 크기를 조절하는 전하 펌프;A charge pump configured to adjust the magnitude of the control voltage across the control voltage capacitor by supplying (pulling up) the charge voltage capacitor or providing a discharge path (pull down) according to the up signal or the down signal;
상기 제어 전압용 커패시터를 포함하며 상기 제어 전압을 저주파 필터링하는 루프 필터;A loop filter including the capacitor for the control voltage and low frequency filtering the control voltage;
상기 제어 전압에 따라 발진 출력을 출력하도록 복수의 지연 셀들이 링 형태로 연결되는 링 타입 전압 제어 발진기;A ring type voltage controlled oscillator having a plurality of delay cells connected in a ring form to output an oscillation output according to the control voltage;
상기 발진 출력을 소정의 분주비로 분주한 분주 주파수를 상기 위상 주파수 검출기로 출력하는 분주기를 포함하며,A frequency divider for outputting a frequency divided by the oscillation output at a predetermined frequency division ratio to the phase frequency detector,
상기 전하 펌프가 상기 위상 주파수 검출기와 단절되고 상기 루프 필터가 상기 링 타입 전압 제어 발진기와 단절된 상태에서, 상기 전하 펌프를 보정 전의 바이어스 상태로 풀업 동작하도록 설정하여 상기 전하 펌프로부터 흐르는 풀업 전하 펌프 전류에 의해 상기 루프 필터의 출력 전압을 상승시키며 상기 루프 필터의 출력 전압을 적분하다가 샘플링한 적분 전압의 크기에 상응하도록 풀다운 바이어스 전압을 생성하는 바이어스 전압 조정 제어부를 포함할 수 있다.With the charge pump disconnected from the phase frequency detector and the loop filter disconnected from the ring type voltage controlled oscillator, the charge pump is set to operate in a bias state prior to correction to the pullup charge pump current flowing from the charge pump. By increasing the output voltage of the loop filter by integrating the output voltage of the loop filter may include a bias voltage adjustment control unit for generating a pull-down bias voltage corresponding to the magnitude of the sampled integration voltage.
상기 지연 셀에 흐를 바이어스 전류의 크기를 선택하고, 상기 지연 셀에 나타나는 등가 부하 커패시턴스의 적어도 일부를 구성하도록 가변 부하 커패시턴스의 크기를 선택하며, 상기 바이어스 전류와 더불어 상기 지연 셀의 등가 부하 커패시턴스를 충전시킬 수 있는 추가 구동 전류를 상기 제어 전압에 따라 생성하기 위한 제어 전압 대 추가 구동 전류 이득의 크기를 선택하도록 동작하는 자동 소자 조정 회로를 더 포함할 수 있다.Selecting the magnitude of the bias current to flow through the delay cell, selecting the magnitude of the variable load capacitance to form at least a portion of the equivalent load capacitance present in the delay cell, and charging the equivalent load capacitance of the delay cell together with the bias current And further comprising an automatic element adjustment circuit operable to select a magnitude of the control voltage versus the additional drive current gain for generating an additional drive current that can be made according to the control voltage.
본 발명의 또 다른 측면에 따른, 전하 펌프 및 루프 필터를 포함하는 주파수 발생 장치에서 상기 전하 펌프의 보정을 위한 오픈루프 전하 펌프 바이어스 조정 방법으로서,In accordance with another aspect of the present invention, a method for adjusting an open loop charge pump bias for calibrating the charge pump in a frequency generating device including a charge pump and a loop filter,
상기 전하 펌프와 상기 루프 필터를 상기 주파수 발생 장치의 전체 루프에서 단절하는 단계;Disconnecting the charge pump and the loop filter in the entire loop of the frequency generator;
풀업 구간 동안, 상기 전하 펌프를 보정 전의 바이어스 상태로 풀업 동작하도록 설정하여 상기 전하 펌프로부터 흐르는 풀업 전하 펌프 전류에 의해 상기 루프 필터의 출력 전압을 상승시키는 단계;During the pull-up period, setting the charge pump to operate in a bias state before correction to increase the output voltage of the loop filter by a pull-up charge pump current flowing from the charge pump;
상기 풀업 구간 동안 상기 루프 필터의 출력 전압을 적분하다가 상기 풀업 구간의 종료 시에 샘플링하여 적분 전압을 구하는 단계;Integrating an output voltage of the loop filter during the pull-up period and sampling at the end of the pull-up period to obtain an integrated voltage;
상기 적분 전압의 크기에 상응하여 풀다운 바이어스 전압을 생성하는 단계;Generating a pull-down bias voltage corresponding to the magnitude of the integrated voltage;
상기 전하 펌프와 상기 루프 필터를 상기 주파수 발생 장치의 전체 루프에 재연결하는 단계; 및Reconnecting the charge pump and the loop filter to the entire loop of the frequency generator; And
상기 생성된 풀다운 바이어스 전압에 의해 상기 전하 펌프에서 풀다운 전하 펌프 전류를 구동하는 단계를 포함할 수 있다.Driving a pulldown charge pump current in the charge pump by the generated pulldown bias voltage.
일 실시예에 따라, According to one embodiment,
상기 풀업 구간에 앞서는 풀다운 구간 동안, 상기 전하 펌프를 풀다운 동작하도록 설정하여 상기 전하 펌프로부터 흐르는 보정 전의 풀다운 전하 펌프 전류에 의해 상기 루프 필터의 출력 전압을 하강시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include setting the charge pump to operate in a pulldown period prior to the pullup period to lower the output voltage of the loop filter by a pulldown charge pump current before correction flowing from the charge pump.
일 실시예에 따라, 상기 적분 전압의 크기에 상응하여 풀다운 바이어스 전압을 생성하는 단계는,According to one embodiment, the step of generating a pull-down bias voltage corresponding to the magnitude of the integral voltage,
상기 적분 전압을 n 개의 기준 전압들에 비교하여 n 비트의 온도계 코드 비교 신호를 생성하는 단계;Comparing the integrated voltage to n reference voltages to generate an n-bit thermometer code comparison signal;
상기 n 비트의 온도계 코드 비교 신호를 기초로 n 비트의 전하 펌프 보정 신호를 생성하는 단계;Generating an n bit charge pump correction signal based on the n bit thermometer code comparison signal;
상기 n 비트의 전하 펌프 보정 신호에 따라 가변하는 가변 전류를 전류-전압 변환하여 풀다운 바이어스 전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The method may include generating a pull-down bias voltage by current-voltage converting a variable current that varies according to the n-bit charge pump correction signal.
본 발명의 전하 펌프 바이어스 조정 방법, 장치 및 주파수 발생 장치에 따르면, 링 타입 전압제어발진기의 동작 주파수를 제어하기 위한 제어 전압을 생성하는 전하 펌프의 전류 특성을, 전하 펌프의 바이어스를 조정함으로써, 후공정 중에 자동으로 조정할 수 있고 그럼으로써 대역폭을 보정할 수 있다.According to the charge pump bias adjustment method, apparatus and frequency generator of the present invention, the current characteristics of the charge pump for generating a control voltage for controlling the operating frequency of the ring-type voltage controlled oscillator are adjusted by adjusting the bias of the charge pump. Automatic adjustments can be made during the process so that bandwidth can be compensated.
본 발명의 전하 펌프 바이어스 조정 방법, 장치 및 주파수 발생 장치에 따르면, 대역폭을 조정하기 위해 전체 클로즈드 루프(closed loop)의 발진을 통한 조정 작업이 필요하지 않고, 전하 펌프 또는 전압 제어 발진기 각각의 오픈루프(open loop) 조정이 가능하다.According to the charge pump bias adjustment method, apparatus and frequency generator of the present invention, the adjustment operation through oscillation of the entire closed loop is not necessary to adjust the bandwidth, and the open loop of each of the charge pump or the voltage controlled oscillator is used. (open loop) adjustment is possible.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에 이용되는 전압 제어 발진기의 좀더 상세한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에서 목표 주파수를 찾기 위해 수행하는 3 단계의 절차를 예시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에 이용되는 전압 제어 발진기를 구성하는 하나의 지연 셀을 구체적으로 예시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에 이용되는 전압 제어 발진기들이 네 개의 지연 셀들로써 구현되는 방식을 예시한 블록도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에 이용되는 전압 제어 발진기의 동작을 설명하는 타이밍도 및 목표 주파수를 찾아가는 과정을 예시적으로 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에 이용되는 전하 펌프 바이어스 조정 장치, 전하 펌프 및 루프 필터부의 좀더 상세한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에 이용되는 전하 펌프 바이어스 조정 장치의 동작을 설명하는 타이밍도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에서 전하 펌프의 바이어스를 조정하는 절차를 예시한 순서도이다.1 is a schematic block diagram of a frequency generating device according to an embodiment of the present invention.
2 is a more detailed block diagram of a voltage controlled oscillator used in a frequency generating device according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram illustrating a three-step procedure performed to find a target frequency in the frequency generating device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram specifically illustrating one delay cell constituting a voltage controlled oscillator used in a frequency generating device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a manner in which voltage controlled oscillators used in a frequency generating device according to an embodiment of the present invention are implemented with four delay cells.
6 and 7 are timing diagrams illustrating the operation of the voltage controlled oscillator used in the frequency generating device according to an embodiment of the present invention and simulation results showing a process of finding a target frequency.
8 is a more detailed block diagram of a charge pump bias adjustment device, a charge pump, and a loop filter unit used in the frequency generator according to an embodiment of the present invention.
9 is a timing diagram illustrating the operation of the charge pump bias adjustment device used in the frequency generating device according to an embodiment of the present invention.
10 is a flow chart illustrating a procedure for adjusting the bias of the charge pump in the frequency generating device according to an embodiment of the present invention.
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. For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치의 개략적인 블록도이다.1 is a schematic block diagram of a frequency generating device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 주파수 발생 장치(10)는 PLL(Phase-Locked Loop) 방식의 주파수 발생 장치(frequency synthesizer)를 예로 든 것으로서, 위상 주파수 검출기(PFD)(11), 전하 펌프(charge pump)(12), 루프 필터(loop filter)(13), 주파수 분주기(frequency divider)(14)와, 링 타입 전압 제어 발진기(VCO)(20), 자동 발진기 소자 보상부(30), 테스트 제어 전압 생성부(40), 전하 펌프 바이어스 조정부(50), 대역폭 보정 제어부(60)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
이러한 주파수 발생 장치(10)의 동작을 간단히 설명하면, 먼저 기준 주파수는 온도나 전압에 둔감하고 정해진 범위의 정밀한 기준 주파수 fREF를 출력할 수 있는 온도 보상 수정 발진기(TCXO)으로부터 제공되어, 수~수십 MHz 수준에서 정밀한 기준 주파수 fREF를 얻을 수 있다.Briefly describing the operation of the
위상 주파수 검출기(11)는 기준 주파수 fREF와 주파수 분주기(14)에서 출력되는 1/N 분주 주파수 fDIV를 각각 입력받고, 기준 주파수 fREF와 분주 주파수 fDIV의 주파수 및 위상의 비교 결과에 따라 업 신호(UP) 또는 다운 신호(DOWN)를 전하 펌프(12)에 출력한다.The
만약 분주 주파수 fDIV의 주파수 또는 위상이 기준 주파수 fREF의 주파수 또는 위상보다 작거나 느리면, 위상 주파수 검출기(11)는 업 신호(UP)를 출력한다. 반면에, 분주 주파수 fDIV의 주파수 또는 위상이 기준 주파수 fREF의 주파수 또는 위상보다 크거나 빠르면, 위상 주파수 검출기(11)는 다운 신호(DOWN)를 출력한다.If the frequency or phase of the frequency divider frequency f DIV is smaller or slower than the frequency or phase of the reference frequency f REF , the
전하 펌프(12)는 위상 주파수 검출기(11)에서 전달되는 업 신호(UP) 또는 다운 신호(DOWN)에 따라 루프 필터(13) 내의 제어 전압용 커패시터에 전하를 공급(풀업, Pull-up)하여 충전하거나 또는 방전 경로를 제공(풀다운, Pull-down)하여 방전함으로써 제어 전압용 커패시터에 형성되는 제어 전압 VCTRL의 크기를 조절한다. 충전 시에 전하 펌프(12)에서 루프 필터(13)로 흐르는 풀업 전하 펌프 전류나 방전 시에 루프 필터(13)에서 전하 펌프(12)로 흐르는 풀다운 전하 펌프 전류를 통틀어 전하 펌프 전류 ICP로 통칭한다.The
루프 필터(13)는 전하 펌프(12)의 스위칭으로 인한 리플(ripple) 성분을 가지는 제어 전압 VCTRL에 대해 저주파 필터링(LPF)을 제공하고, 필터링된 제어 전압 VCTRL을 링 타입 전압 제어 발진기(20)에 인가한다.The
링 타입 전압 제어 발진기(20)는 전압 제어 발진기(VCO) 중 하나로서, 복수의 지연 셀들, 예를 들어 CMOS 인버터로 구현된 지연 셀들을 링 형태로 연결함으로써 안정적인 발진 신호를 얻는 회로이다. 지연 셀을 구성하는 CMOS 인버터에 흐르는 바이어스 전류를 제어 전압 VCTRL으로 조절함으로써 CMOS 인버터의 구동 능력을 조절하고, 나아가 지연 셀 각각의 지연 시간을 조절하며, 최종적으로 발진 출력 fVCO의 주파수를 조절할 수 있다.The ring-type voltage-controlled
이러한 링 타입 전압 제어 발진기(20)는, 제어 전압 VCTRL이 인가됨에 따라, 약간의 정착 시간(settling time)을 거쳐 원하는 대역의 발진 주파수 fVCO를 출력할 수 있다. 발진 출력 fVCO은 이 주파수를 필요로 하는 회로에 공급되고 또한 주파수 분주기(14)에도 제공된다. This ring-type voltage-controlled
링 타입 전압 제어 발진기(20)를 구성하는 지연 셀은 등가 부하 커패시턴스를 얼마나 빨리 충전시킬 수 있냐에 따라 지연 속도를 조절할 수 있고, 궁극적으로 이러한 지연 속도가 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 발진 출력 fVCO의 주파수를 결정한다. The delay cell constituting the ring-type voltage-controlled
주파수 분주기(14)는 수백 Mz 내지 수 GHz에 이를 수 있는 발진 출력 fVCO의 주파수를 소정의 분주비 N으로 나누어 분주된 주파수 fDIV를 생성하여, 위상 주파수 검출기(11)에 제공한다. 주파수 분주비 N은 정수일 수도 있고, 필요에 따라서는 분수 값을 가질 때도 있다.The
이러한 동작이 반복되면서 주파수 발생 장치(10)는 안정적인 발진 출력 fVCO를 생성할 수 있는데, 다만 이는 특히 전압 제어 발진기에서 발진에 기여하는 소자들이 설계된 범위 내에서 소정의 특성들을 가진다는 전제가 필요하다.As this operation is repeated, the
예를 들어 위상동기루프(PLL)와 같은 주파수 발생 장치(10)는 무선 통신용 송수신기 등에서 사용될 경우에, 예를 들어 프로세스, 공급 전압 또는 온도 등에 영향을 받아 설계된 것과 다른 대역폭을 가질 수 있다. 대역폭이 달라지면 위상 동기루프의 정착 시간(Lock time)이 달라지고, 스퓨리어스(Spurious)나 위상 잡음 등에 좋지 않은 현상이 일어날 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 설계된 대로 대역폭을 가지도록 주파수 발생 장치의 소자들의 특성을 조정할 필요가 있다.For example, the
특히, 도 1의 주파수 발생 장치(10)와 같은 주파수 발생 장치에서 대역폭은 다음과 같은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 따라서, 대역폭에 영향을 주는 인자들을 측정하고 적절히 조정함으로써 주파수 발생 장치가 원하는 대역폭을 가지도록 설정할 수 있다.In particular, in a frequency generator such as the
여기서, KVCO는 전압 제어 발진기(VCO)의 이득, ICP는 전하 펌프 전류, N은 분주비이며, R, CZ 및 CP는 각각 루프 필터 내의 소자 값들이다.Where K VCO is the gain of the voltage controlled oscillator (VCO), I CP is the charge pump current, N is the division ratio, and R, C Z and C P are the device values in the loop filter, respectively.
수학식 1에 따르면, 대역폭 c는 KVCO, ICP, 분주비 N, 루프 필터 내의 소자들을 적절하게 보상함으로써 원하는 값을 갖도록 조정할 수 있다. 이들 인자들 중에, 기준 발진 주파수와 출력 주파수의 비율인 분주비는, 온도 보상 수정 발진기(TCXO)으로부터 제공되는 기준 주파수가 고정이고 출력 주파수는 궁극적으로 고정되어야 하는 값이므로, 가변될 수 없다. 또한 루프 필터 내의 소자 R과 C들은 정확한 제어 전압 VCTRL을 제공하기 위해 상대적으로 커야 하기 때문에 이들 소자의 값들을 가변하는 구성은 회로의 전체 면적 뿐 아니라 레이아웃에도 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 출원의 발명자들은 따라서, 결국 KVCO와 ICP를 조정하여 원하는 대역폭으로 조정하는 것이 가장 바람직하다고 판단한다.According to
앞서 설명하였듯이, 종래에는 주파수 발생 장치를 출하할 때에 후공정으로서 전수 조사를 통해 외부에서 소자들의 크기나 값을 보상하고 조정하는 절차가 필요하였다. As described above, in the related art, a procedure for compensating and adjusting the size or value of elements from the outside through total irradiation as a post-process when a frequency generator is shipped is required.
그러나 본 발명의 주파수 발생 장치(10)는 자동 발진기 소자 보상부(30)가 링 타입 전압 제어 발진기(20) 내에서 이득 KVCO에 관여하는 소자 특성들을 자동으로 조정하고 설정하고, 전하 펌프 바이어스 조정부(50)가 전하 펌프(12)의 전하 펌프 전류 ICP 특성들을 자동으로 조정하고 설정함으로써, 제조 후에 외부적으로 테스트 및 설정하는 후공정의 필요성을 제거할 수 있고, 나아가 언제라도 소자 특성들을 재설정할 수 있다.However, in the
대역폭 보정 제어부(60)는, 보정 시에, 전체 루프에서 위상 주파수 검출기(11)와 전하 펌프(12) 사이를 단절하고 전하 펌프 바이어스 조정부(50)를 동작시키거나, 루프 필터(13)와 전압 제어 발진기(20) 사이를 단절하고 자동 발진기 소자 보상부(30)를 동작시킬 수 있다. During correction, the
실시예에 따라, 대역폭 보정 제어부(60)는 자동 발진기 소자 보상부(30)와 전하 펌프 바이어스 조정부(50)를 순서대로 또는 역순으로 동작시킬 수도 있고, 동시에 동작시킬 수도 있다.According to an exemplary embodiment, the
이를 위해 구체적으로, 자동 발진기 소자 보상부(30)는, (1) 제어 전압 VCTRL의 인가와 무관하게 지연 셀의 등가 부하 커패시턴스를 기본적으로 충전할 수 있도록 흐르는 바이어스 전류의 크기, (2) 지연 셀의 등가 부하 커패시턴스의 크기 및 (3) 바이어스 전류와 더불어 지연 셀의 등가 부하 커패시턴스를 충전할 추가 구동 전류를 제어 전압 VCTRL의 크기에 따라 생성하는 비율, 즉 제어 전압 대 추가 구동 전류 이득을 각각 조정함으로써, 제조 공정의 편차에 상관없이, 링 타입 전압 제어 발진기(20)가 최종적으로 원하는 제어 전압 대비 발진 주파수 특성 곡선을 갖도록 내부 소자 특성을 설정할 수 있다.Specifically, the automatic
또한 전하 펌프 바이어스 조정부(50)는, 풀업 전류에 의한 충전 속도에 기초하여 풀다운 전류에 의한 방전 속도를 결정함으로써, 노이즈와 성능 저하의 원인이 되는 전하 펌프(12)의 충방전 구동 능력의 차이를 해소하도록 전류 특성을 설정할 수 있다.In addition, the charge pump
구체적으로, 전하 펌프 바이어스 조정부(50)는 업/다운 신호 시에 전하 펌프(12)가 루프 필터(13) 내의 제어 전압용 커패시터에 전하를 공급하여 충전하거나 또는 방전 경로를 제공하여 방전하기 위한 전하 펌프 전류 ICP의 구동 능력을 조정함으로써, 제어 전압용 커패시터의 양단에 걸리는 제어 전압 VCTRL의 크기를 가변하는 속도를 의도된 바에 따라 조정할 수 있다.Specifically, the charge pump
실시예에 따라, 자동 발진기 소자 보상부(30)와 전하 펌프 바이어스 조정부(50)는 주파수 발생 장치(10)에 전원이 인가되거나 동작 전압이 변경될 때, 또는 정해진 스케쥴이나 외부의 지시에 따라, 각각 링 타입 전압 제어 발진기(20) 내의 지연 셀들을 구성하는 소자들의 특성 또는 전하 펌프(12)의 전류원을 구성하는 소자들의 특성을 보상 내지 조정할 수 있다.According to an embodiment, the automatic
아래에서 링 타입 전압 제어 발진기(20)와 자동 발진기 소자 보상부(30)의 동작에 관하여, 그리고 전하 펌프 바이어스 조정부(50)의 동작에 관하여 각각 좀더 구체적으로 설명한다.The operation of the ring type voltage controlled
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에 이용되는 전압 제어 발진기의 좀더 상세한 블록도이다.2 is a more detailed block diagram of a voltage controlled oscillator used in a frequency generating device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 링 타입 전압 제어 발진기(20)는 선택 가능한 복수의 바이어스 전류 크기를 제공하는 바이어스 전류원, 선택 가능한 복수의 가변 부하 커패시턴스들을 제공하는 가변 부하 커패시터 및 선택 가능한 복수의 제어 전압 대 추가 구동 전류 이득들을 가지고 바이어스 전류와 더불어 지연 셀의 등가 부하 커패시턴스를 충전시킬 수 있는 추가 구동 전류를 제공하는 가변 이득 전류원을 가지는 복수의 지연 셀들로 구현된다.2, ring type voltage controlled
전압 제어 발진기(20)의 조정 시에, 먼저 대역폭 조정 제어부(60)가 루프 필터(13) 및 전압 제어 발진기(20) 사이의 연결을 단절하면, 자동 발진기 소자 보상부(30)는 오픈루프로 링 타입 전압 제어 발진기(20)를 자동으로 보상할 수 있다. In the adjustment of the voltage controlled
이는, 자동 발진기 소자 보상부(30)가 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 보상을 위해, 발진 출력 fVCO의 클로즈드 루프 피드백을 통해 조절되는 제어 전압 VCTRL이 아닌, 테스트 제어 전압 생성부(40)에서 고정적으로 공급되는 소정의 제어 전압 VCTRL을 이용함을 의미한다.That is, the test
자동 발진기 소자 보상부(30)는 보상 제어부(31), 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 발진 출력 fVCO를 그대로 또는 적절히 분주한 다음에 카운트하는 주파수 카운터(32), 소정 시간 동안의 발진 주파수 카운트 값과 목표 주파수 카운트 값을 비교한 결과에 따라 업/다운 신호를 출력하는 디지털 비교부(33), 제1 단계로서 디지털 비교부(33)에서 출력되는 업 신호 또는 다운 신호에 따라 링 타입 전압 제어 발진기(20)를 구성하는 지연 셀의 바이어스 전류 크기를 선택하는 바이어스 조정부(34), 제2 단계로서 디지털 비교부(33)에서 출력되는 업 신호 또는 다운 신호에 따라 링 타입 전압 제어 발진기(20)를 구성하는 지연 셀의 가변 부하 커패시턴스 크기를 선택하는 부하 조정부(35) 및 제3 단계로서 디지털 비교부(33)에서 출력되는 업 신호 또는 다운 신호에 따라 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 지연 셀의 제어 전압 대 추가 구동 전류 이득을 선택하는 이득 조정부(36)를 포함할 수 있다.The automatic
자동 발진기 소자 보상부(30)는, 먼저 제1 단계에서, 지연 셀에 흐르는 바이어스 전류의 크기를 선택한다.The automatic
이를 위해 자동 발진기 소자 보상부(30)는 발진 출력 fVCO에 대해 소정의 시간 프레임 동안에 카운트된 발진 주파수 카운트와 목표 주파수 카운트의 비교 결과에 기초하여, 다음 시간 프레임 동안에는 발진 주파수 카운트가 목표 주파수 카운트에 좀더 근접하도록, 다음 시간 프레임 동안에 적용될 링 타입 전압 제어 발진기(20) 내의 지연 셀들의 바이어스 전류 크기를 선택하는 바이어스 전류 조정 단계를 적어도 한 차례 수행함으로써, 상대적으로 간격이 넓은, 선택 가능한 복수의 근사 주파수 특성 곡선들 중에서 하나의 근사 주파수 특성 곡선을 선택할 수 있다.To this end, the automatic
이때, 시간 프레임의 시작과 끝은 보상 제어부(31)에 의해 통제된다.At this time, the start and end of the time frame are controlled by the
다음으로 자동 발진기 소자 보상부(30)는, 제2 단계에서, 가변 부하 커패시턴스의 크기를 조정한다. 여기서, 가변 부하 커패시턴스는 지연 셀 전체의 등가 부하 커패시턴스의 지배적인 부분을 차지하도록 의도적으로 출력 단자 측에 마련한 가변 부하 커패시터에 관한 것이다. 이러한 가변 부하 커패시터는 커패시터 뱅크(capacitor bank) 등으로 구현될 수 있다.Next, in the second step, the automatic
이를 위해 자동 발진기 소자 보상부(30)는 선택된 바이어스 전류를 가지고 발진 출력 fVCO에 대해 소정 시간 프레임 동안 카운트된 발진 주파수 카운트와 목표 주파수 카운트의 비교 결과에 기초하여, 다음 시간 프레임 동안에는 발진 주파수 카운트가 목표 주파수 카운트에 좀더 근접하도록, 다음 시간 프레임 동안에 적용될 링 타입 전압 제어 발진기(20) 내의 지연 셀들의 가변 부하 커패시턴스 크기를 선택하는 부하 조정 단계를 적어도 한 차례 수행함으로써, 바이어스 조정 단계에서 선택된 하나의 근사 주파수 특성 곡선에 인접하여, 상대적으로 간격이 좁은 선택 가능한 복수의 미세 주파수 특성 곡선들 중에서, 하나의 미세 주파수 특성 곡선을 선택할 수 있다.To this end, the automatic
마지막으로, 자동 발진기 소자 보상부(30)는, 제3 단계에서, 바이어스 전류와 더불어 등가 부하 커패시턴스를 충전할 추가 구동 전류가 제어 전압 VCTRL의 크기에 따라 생성되는 비율, 즉 제어 전압 대 추가 구동 전류 이득을 조정함으로써, 궁극적으로는 제어 전압 대 발진 주파수 이득 KVCO을 조정한다.Finally, the automatic
특히 본 명세서에서, 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 제어 전압 대 발진 주파수 이득 KVCO는 제어 전압 VCTRL의 크기 변화량 대비 발진 출력 fVCO의 주파수 변화량으로 정의된다.Specifically, in this specification, the control voltage vs. oscillation frequency gain K VCO of the ring-type voltage-controlled
이를 위해 자동 발진기 소자 보상부(30)는 선택된 바이어스 전류 및 가변 부하 커패시턴스 크기를 가지고 발진 출력 fVCO에 대해 소정 시간 프레임 동안 카운트된 발진 주파수 카운트와 목표 주파수 카운트의 비교 결과에 기초하여, 다음 시간 프레임 동안에는 발진 주파수 카운트가 목표 주파수 카운트에 좀더 근접하도록, 다음 시간 프레임 동안에 적용될 링 타입 전압 제어 발진기(20) 내의 지연 셀들의 제어 전압 대 추가 구동 전류 이득을 선택하는 이득 조정 단계를 적어도 한 차례 수행함으로써, 바이어스 조정 단계 및 부하 조정 단계를 통해 선택된 하나의 미세 주파수 특성 곡선에 관하여 복수의 선택 가능한 제어 전압 대 발진 주파수 이득 값들 중 하나를 가진 주파수 특성 곡선을 선택할 수 있다.To this end, the automatic
이로써, 자동 발진기 소자 보상부(30)는 링 타입 전압 제어 발진기(20)가 원하는 제어 전압 대 발진 주파수 특성을 가지고 원하는 주파수의 발진 출력을 생성하도록 링 타입 전압 제어 발진기(20) 내부의 소자 특성들을 자동으로 조정할 수 있다.Thus, the automatic
다만 실시예에 따라, 자동 발진기 소자 보상부(30)는 제1, 제2 및 제3 단계를 순차적으로 수행할 수도 있지만, 어느 두 단계를 또는 세 단계 모두를 동시적으로 수행할 수도 있다.However, according to the exemplary embodiment, the automatic
이러한 동작들을 위해, 구체적으로, 보상 제어부(31)는 온도나 전압 변화에 둔감한 기준 클럭 CK_REF에 따라 동작한다. 실시예에 따라서는, 자동 발진기 소자 보상부(30) 내에 별도의 기준 클럭 생성 회로를 구성하여 기준 클럭 CK_REF을 제공받거나, 또는 앞서 설명된 위상 주파수 검출기(11)에 인가되는 기준 주파수 fREF를 그대로 사용하거나 또는 분주한 것을 기준 클럭 CK_REF으로서 제공받을 수도 있다.For these operations, specifically, the
보상 제어부(31)는 기준 클럭을 기초로 주파수 카운터(32)를 위해 카운트 활성 신호(EN_CNT), 카운트 리셋 신호(RST_CNT)를 생성하고, 바이어스 조정부(34), 부하 조정부(35) 및 이득 조정부(36)가 단계 별로 조정 동작들을 수행하도록 제어한다. 또한 보상 제어부(31)는 바이어스 조정부(34), 부하 조정부(35) 및 이득 조정부(36)의 동작 클럭 DEN_CLK을 별도로 공급할 수 있다.The
주파수 카운터(32)는 예를 들어 15 비트 디지털 카운터로서, 카운트 리셋 신호(RST_CNT)에 따라 초기화되고 카운트 활성 신호(EN_CNT)가 활성인 시간 동안에 전압 제어 발진기(20)의 발진 출력 fVCO의 펄스를 카운트한다. 실시예에 따라, 주파수 카운터(32)는 전압 제어 발진기(20)의 발진 출력 fVCO을 2 또는 그 이상의 분주비로 분주한 다음에 펄스를 카운트할 수도 있다.The frequency counter 32 is a 15-bit digital counter, for example, which is initialized in accordance with the count reset signal RST_CNT and outputs a pulse of the oscillation output f VCO of the voltage-controlled
주파수 카운터(32)는 카운트 활성 신호(EN_CNT)가 비활성화되는 시점에 발진 출력 fVCO의 펄스 카운트 값을 예를 들어 15 비트의 발진 주파수 카운트 값(VCO_CNT<14:0>)의 형태로 디지털 비교부(33)에 출력한다.The frequency counter 32 counts the pulse count value of the oscillation output f VCO at the time when the count activation signal EN_CNT is inactivated, for example, in the form of a 15-bit oscillation frequency count value (VCO_CNT <14: 0> (33).
보상 제어부(31)의 카운트 리셋 신호(RST_CNT)의 주기, 카운트 활성 신호(EN_CNT)의 활성 시간이나 주파수 카운터(32)의 카운트 범위 등은 전압 제어 발진기(20)의 발진 출력 fVCO의 주파수와 기준 주파수 CK_REF의 비율에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 발진 출력 fVCO의 주파수가 1.6 GHz이고 기준 주파수 CK_REF가 300 kHz이라면, 보상 제어부(31)는 30 kHz로 카운트 리셋 신호(RST_CNT)와 카운트 활성 신호(EN_CNT)를 생성하고, 주파수 카운터(32)는 발진 출력 fVCO의 주파수를 1/2의 분주비로 분주한 주파수를 매 1/30,000 초 동안마다 26,666 회 카운트하여 15 비트 이진 워드인 110100000101010B를 발진 주파수 카운트 값 VCO_CNT로서 출력할 수 있다.The period of the count reset signal RST_CNT of the
디지털 비교부(33)는 주파수 카운트 값 VCO_CNT와 목표 주파수 카운트 값 CH_FREQ을 비교하고, 비교 결과에 따라 업 신호(UP) 또는 다운 신호(DOWN)를 출력할 수 있다. 목표 주파수를 특정 시간 동안 카운트한 수와 동등한 목표 주파수 카운트 값 CH_FREQ는, 예를 들어 주파수 카운트 값 VCO_CNT와 동일한 길이인 15 비트의 디지털 워드일 수 있고, 예를 들어 목표 주파수 1.5 GHz 및 분주비 2의 경우에, 1/30,000 초 동안 25,000 회 카운트한 15 비트 이진 워드인 110000110101000B를 가질 수 있다.The
구체적으로, 디지털 비교부(33)는 발진 주파수 카운트 값 VCO_CNT이 목표 주파수 카운트 값 CH_FREQ보다 크면 다운 신호(DOWN)를 출력하고, 반대로 발진 주파수 카운트 값 VCO_CNT이 목표 주파수 카운트 값 CH_FREQ보다 작으면 업 신호(UP)를 출력할 수 있다. 디지털 비교부(33)는 발진 주파수 카운트 값 VCO_CNT이 목표 주파수 카운트 값 CH_FREQ과 같으면 업(UP)/다운 신호(DOWN) 중 어느 하나를 적절히 출력할 수 있다.Specifically, if the oscillation frequency count value VCO_CNT is smaller than the target frequency count value CH_FREQ, the
위의 예시에서, 디지털 비교부(33)는 발진 주파수 카운트 값 VCO_CNT이 목표 주파수 카운트 값 CH_FREQ보다 크기 때문에, 다운 신호(DOWN)를 출력한다.In the above example, the
실시예에 따라, 디지털 비교부(33)가 출력하는 업/다운 신호는 발진 주파수 카운트 값 VCO_CNT와 목표 주파수 카운트 값 CH_FREQ의 비교 결과를 단순히 상대적으로 "크다" 또는 "작다"라는 두 가지 상태 중 하나를 가리키는 정보를 가질 수도 있지만, 차이의 크기에 따라, 예를 들어 "훨씬 크다", "크다", "작다", "훨씬 작다"와 같이, 네 가지 이상의 상태 중 하나를 가리키는 정보를 가질 수도 있다.According to the embodiment, the up / down signal outputted by the
한편, 보상 제어부(31)의 동작을 좀더 구체적으로 살펴보기 위해 도 3 및 도 4를 더 참조하면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에서 목표 주파수를 찾기 위해 수행하는 3 개 단계들의 절차를 예시한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에 이용되는 전압 제어 발진기를 구성하는 하나의 지연 셀을 구체적으로 예시한 회로도이다.Meanwhile, referring to FIGS. 3 and 4 to look at the operation of the
이때, 도 4의 지연 셀은 하나의 링 타입 전압 제어 발진기에서 위상이 각각 90도씩 차이가 나는 네 개의 발진 신호들을 출력할 수 있도록 쿼드러처(Quadrature) 방식으로 연결된 디퍼렌셜 지연 셀들 중 하나일 수 있다. 디퍼렌셜 연결된 네 개의 지연 셀들의 쿼드러처 연결 방식은 도 5에서 예시된다.In this case, the delay cell of FIG. 4 may be one of the differential delay cells connected in a quadrature manner so that one ring-type voltage-controlled oscillator can output four oscillation signals whose phases differ from each other by 90 degrees. The quadrature coupling scheme of the four delay cells connected in a differential manner is illustrated in Fig.
다시 도 2, 도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 바이어스 조정부(34)는, 제1 단계로서, 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 지연 셀(21)의 바이어스 전류원(211)의 크기를 조정할 수 있는 예를 들어 8 비트 워드의 바이어스 조정 신호 FCON<7:0>를 디지털 비교부(33)의 업 신호 또는 다운 신호에 따라 조정하여 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 지연 셀(21)에 출력하도록, 보상 제어부(31)에 의해 제어될 수 있다.Referring again to FIGS. 2, 3 and 4, the bias adjusting unit 34 adjusts the bias
예를 들어, 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 지연 셀(21)의 바이어스 전류원(211)은 병렬로 연결된 복수의 트랜지스터 전류원들로 구현될 수 있다. 전원 전압에 연결된 복수의 병렬 연결된 트랜지스터들이 바이어스 조정 신호 FCON의 비트 조합에 따라 전기적으로 활성되거나 또는 비활성됨으로써 전체적으로 바이어스 전류원(211)의 구동 능력 즉 크기가 결정된다. 바이어스 전류원(211)의 크기에 따라 바이어스 전류, 즉 지연 셀(21)의 구동 능력이 달라지고, 그에 따라 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 발진 출력 fVCO의 주파수는 크게 달라진다.For example, the bias
이 경우에, 실시예에 따라, 바이어스 조정 신호 FCON은 예를 들어 비트 개수가 중요한 온도계 코드일 수도 있고, 이진값 크기가 중요한 이진 코드일 수도 있다. 만약 바이어스 조정 신호 FCON이 온도계 코드라면, 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 지연 셀들(21) 각각의 바이어스 전류원(211)은 예를 들어 비트 "1"의 개수에 비례하는 바이어스 전류를 지연 셀(21)에 공급할 수 있다. 이 경우, 바이어스 전류원(211)을 구성하는 병렬 연결된 트랜지스터들의 각각은 모두 동일한 크기를 가질 수 있다.In this case, according to the embodiment, the bias adjustment signal FCON may be, for example, a thermometer code in which the bit number is important, or the binary value magnitude may be a binary code. If the bias adjustment signal FCON is a thermometer code, the bias
반면에, 바이어스 조정 신호 FCON이 이진 코드라면, 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 지연 셀들(21) 각각의 바이어스 전류원(211)은 예를 들어 바이어스 조정 신호 FCON의 이진값에 비례하는 바이어스 전류를 지연 셀(21)에 공급할 수 있다. 이 경우, 바이어스 전류원(211)을 구성하는 병렬 연결된 트랜지스터들의 각각은 이진값 자리수에 상응하는 2의 배수에 비례하는 크기를 가질 수 있다.On the other hand, if the bias adjustment signal FCON is a binary code, the bias
바이어스 조정 신호 FCON의 조합에 따라 바이어스 전류들의 크기가 비연속적으로 달라지므로, 이에 따라 나타나는 주파수 특성들은 도 3의 가장 위쪽 그래프와 같이 비연속적이면서 상대적으로 넓게 이격된 몇 개의 평행한 직선들과 같이 대략적으로 표현될 수 있다. 이때, 도 3의 그래프들에서, 가로축은 제어 전압의 크기, 세로축은 발진 출력의 주파수를 나타낸다.Since the magnitude of the bias currents varies discontinuously according to the combination of the bias adjustment signal FCON, the frequency characteristics exhibited by the bias currents are approximated as a few parallel straight lines spaced discontinuously and relatively widely as shown in the uppermost graph of FIG. . ≪ / RTI > 3, the horizontal axis represents the magnitude of the control voltage, and the vertical axis represents the frequency of the oscillation output.
바이어스 조정부(34)는 바이어스 조정 신호 FCON으로 조정될 수 있는 범위에서 조정된 발진 출력 fVCO의 주파수가 목표 주파수에 가장 근접하였다고 판단될 때까지, 지정된 단계 반복 회수에 도달할 때까지, 또는 바이어스 조정 신호 FCON의 MSB부터 LSB까지 모든 비트의 값들이 모두 특정될 때까지, 바이어스 조정 신호 FCON을 적어도 한 차례 이상 조정할 수 있고, 조정이 완료되면, 바이어스 조정 신호 FCON 값을 고정할 수 있다.The bias adjusting unit 34 adjusts the bias adjustment signal FCON until the frequency of the adjusted oscillation output f VCO is determined to be closest to the target frequency until the specified number of iterations is reached, The bias adjustment signal FCON can be adjusted at least once until all the values of all the bits from the MSB to the LSB of the FCON are specified and when the adjustment is completed, the bias adjustment signal FCON value can be fixed.
최적의 바이어스 조정 신호 FCON 값을 찾는 알고리즘은 예를 들어 이진 트리 검색 알고리즘과 같은 주지의 알고리즘을 이용하여 구현할 수 있다.An algorithm for finding an optimal bias adjustment signal FCON value can be implemented using a well-known algorithm such as a binary tree search algorithm.
상술한 동작을 통해, 링 타입 전압 제어 발진기(20)는 상대적으로 간격이 넓은 복수의 선택 가능한 근사 주파수 특성 곡선들 중에서 바이어스 조정 신호 FCON에 따라 선택되는 하나의 근사 주파수 특성 곡선을 따라 발진 출력 fVCO를 생성하도록 설정될 수 있다.Through the above-described operation, the ring-type voltage-controlled
이때, 실시예에 따라, 바이어스 조정부(34)가 제1 단계의 바이어스 조정을 수행하면서 바이어스 조정 신호 FCON이 정착될 때까지, 부하 조정부(35) 및 이득 조정부(36)는 부하 조정 신호 CAPCON와 이득 조정 신호 IC0N를 각각 디폴트 값들을 가지도록 설정된 상태로 계속 출력할 수 있다.According to the embodiment, the
또는 실시예에 따라, 바이어스 조정부(34)가 제1 단계의 바이어스 조정을 수행하는 단계 동안에도, 부하 조정부(35) 및 이득 조정부(36)도 각각 아래에서 설명하는 제2 단계 또는 제3 단계를 각자 동시적으로 수행할 수 있다.The
이어서, 제2 단계인 부하 조정 단계를 수행하기 위해, 부하 조정부(35)는, 지연 셀(21)의 가변 부하 커패시터(212) 크기를 조정하는 예를 들어 3 비트 워드의 부하 조정 신호 CAPCON<2:0>를 디지털 비교부(33)의 업 신호 또는 다운 신호에 따라 조정하여 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 지연 셀(21)에 출력하도록, 보상 제어부(31)에 의해 제어될 수 있다.Then, in order to carry out the second load adjustment step, the
실시예에 따라 부하 조정 신호 CAPCON은 온도계 코드이거나 또는 이진 코드일 수 있다.According to an embodiment, the load adjustment signal CAPCON may be a thermometer code or a binary code.
만약 부하 조정 신호 CAPCON이 온도계 코드라면, 링 타입 전압 제어 발진기(20) 내의 지연 셀들(21) 각각의 가변 부하 커패시터(212)는 예를 들어 비트 "1"의 개수에 비례하는 부하 커패시턴스를 가질 수 있다. 반면에, 부하 조정 신호 CAPCON이 이진 코드라면, 링 타입 전압 제어 발진기(20) 내의 지연 셀들(21) 각각의 가변 부하 커패시터(212)는 예를 들어 부하 조정 신호 CAPCON의 이진값에 비례하는 부하 커패시턴스를 가질 수 있다.If the load adjustment signal CAPCON is a thermometer code, the
이를 위해, 지연 셀(21) 내의 가변 부하 커패시터(212)는 부하 조정 신호 CAPCON의 비트 값들에 의해 각각 전기적으로 연결되거나 단절되는 직렬, 병렬 또는 직병렬 조합의 커패시터 뱅크로 구현될 수 있다.To this end, the
부하 조정 신호 CAPCON의 조합에 따라 부하 커패시턴스의 크키는 비연속적으로 달라지므로, 이에 따라 나타나는 제어 전압-주파수 특성들은 도 3의 두 번째 그래프와 같이 하나의 직선 주변에 밀접하게 비연속적으로 분포된 몇 개의 평행한 직선들과 같이 표현될 수 있다.Since the magnitude of the load capacitance varies discontinuously according to the combination of the load adjustment signal CAPCON, the control voltage-frequency characteristics that appear therefrom are different from each other in a few graphs Can be expressed as parallel straight lines.
부하 조정부(34)는 부하 조정 신호 CAPCON으로 조정될 수 있는 범위에서 조정된 발진 출력 fVCO의 주파수가 목표 주파수에 가장 근접하였다고 판단될 때까지, 지정된 단계 반복 회수에 도달할 때까지, 또는 부하 조정 신호 CAPCON의 MSB부터 LSB까지 모든 비트의 값들이 모두 특정될 때까지, 부하 조정 신호 CAPCON을 적어도 한 차례 이상 조정할 수 있고, 조정이 완료되면, 부하 조정 신호 CAPCON 값을 고정하고 제2 단계를 종료한다.The load adjustment unit 34 adjusts the load adjustment signal CAPCON until it is determined that the frequency of the oscillation output f VCO adjusted in the range that can be adjusted by the load adjustment signal CAPCON is closest to the target frequency, The load adjustment signal CAPCON can be adjusted at least once until all the values of all the bits from the MSB to the LSB of the CAPCON are specified. When the adjustment is completed, the load adjustment signal CAPCON value is fixed and the second step is terminated.
최적의 부하 조정 신호 CAPCON 값을 찾는 알고리즘은 예를 들어 이진 트리 검색 알고리즘과 같은 주지의 알고리즘을 이용하여 구현할 수 있다.An algorithm for finding an optimal load adjustment signal CAPCON value can be implemented using a well-known algorithm such as a binary tree search algorithm.
이로써, 발진 출력 fVCO는, 바이어스 조정 신호 FCON에 따라 선택된 하나의 근사 주파수 특성 곡선에 인접하여 상대적으로 간격이 좁은 선택 가능한 복수의 미세 주파수 특성 곡선들 중에서, 부하 조정 신호 CAPCON에 따라 선택되는 하나의 미세 주파수 특성 곡선을 따라 생성될 수 있다.As a result, the oscillation output f VCO is selected from among a plurality of selectable fine frequency characteristic curves adjacent to one approximate frequency characteristic curve selected in accordance with the bias adjustment signal FCON, Can be generated along a fine frequency characteristic curve.
다음으로, 제3 단계에서 이득 조정부(36)는, 이득 조정 단계를 수행하기 위해, 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 지연 셀(21)의 가변 이득 전류원(213)이 바이어스 전류와 더불어 등가 부하 커패시턴스를 충전할 추가 구동 전류를 제어 전압 VCTRL에 기초하여 생성하는 비율, 즉 제어 전압 대 추가 구동 전류 이득을 조정할 수 있는 예를 들어 3 비트 워드의 이득 조정 신호 ICON<2:0>를, 디지털 비교부(33)의 업 신호 또는 다운 신호에 따라 조정하여 지연 셀(21)에 출력하도록, 보상 제어부(31)에 의해 제어될 수 있다.Next, in the third step, in order to perform the gain adjustment step, the
다시 말해, 가변 이득 전류원(213)은 이득 조정 신호 ICON의 비트 조합에 상응하여, 등가 부하 커패시턴스를 바이어스 전류와 함께 충전하게 될 추가 구동 전류의 생성비, 즉 제어 전압 대 추가 구동 전류 이득을 가변함으로써, 원하는 기울기의 제어 전압 대 발진 주파수 이득 특성을 선택할 수 있다.In other words, the variable gain
앞서 정의하였듯이, 여기서 제어 전압 대 주파수 이득 KVCO은 제어 전압 VCTRL의 변화량 대비 발진 출력 fVCO의 주파수 변화량이다.As previously defined, the control voltage vs. frequency gain K VCO is the frequency variation of the oscillation output f VCO versus the variation of the control voltage V CTRL .
예를 들어, 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 지연 셀(21)의 가변 이득 전류원(213)은, 이득 조정 신호 ICON의 비트 수만큼 마련되어 서로 병렬 연결된 전압 제어 전류 증폭 회로들(214) 및 이득 조정 신호 ICON의 각 비트들에 의해 온오프되어 전류 증폭 회로들(214)의 각각과 지연 셀(21)의 출력 단자(OUT 또는 OUTB) 사이를 연결 또는 차단하는 스위치들(218)을 포함할 수 있다.For example, the variable gain
실시예에 따라, 각각의 전압 제어 전류 증폭 회로(214)는, 소스 감쇄(source degeneration) 커패시터(215)와, 게이트가 제어 전압 VCTRL을 입력받고 드레인은 출력 단자(OUT)에 연결되며 소스는 소스 감쇄 커패시터(215)를 통해 그라운드(GND)로 연결되는 구동 트랜지스터(216)를 포함할 수 있다.Each of the voltage control current amplifying circuits 214 has a source degeneration capacitor 215 and a gate connected to the control voltage V CTRL and a drain connected to the output terminal OUT, And a driving transistor 216 connected to ground (GND) through a source damping capacitor 215.
다만, 이러한 구성의 경우에, 제어 전압 VCTRL의 크기가 NMOS 구동 트랜지스터(216)의 문턱 전압(Vt)보다 낮으면, NMOS 구동 트랜지스터(216)가 선형 동작하지 않기 때문에 제어 전압 VCTRL의 변동에도 가변 이득 전류원(213)이 지연 셀(21)의 등가 부하 커패시턴스에 공급할 추가 구동 전류가 실질적으로 변동하지 않을 수 있다.However, in the case of such a configuration, the control voltage if the size of the V CTRL is lower than the threshold voltage (Vt) of NMOS drive transistor 216, NMOS driver transistor 216 does not linear operation control voltage to change the V CTRL The additional drive current to be supplied by the variable gain
이에 따라 다른 실시예에서는, 예를 들어 소스 팔로워(source follower) 구조를 이용하여 제어 전압 VCTRL을 문턱 전압 Vt만큼 레벨 시프트(level-shift)한 시프트 제어 전압 VCTRL_S를 생성함으로써, 제어 전압 VCTRL의 크기가 NMOS 구동 트랜지스터(216)의 문턱 전압(Vt)보다 낮은 경우에도, 제어 전압 VCTRL보다 Vt만큼 높은 시프트 제어 전압 VCTRL_S을 가지고 가변 이득 전류원(213)을 구동하여, 제어 전압 VCTRL의 변동에 따라 지연 셀(21)의 등가 부하 커패시턴스에 공급되는 추가 구동 전류가 실질적으로 변화하도록 가변 이득 전류원(213)을 구성할 수 있다.Accordingly, in another embodiment, by generating a shift control voltage V CTRL_S that is a level-shifted control voltage V CTRL by a threshold voltage Vt using, for example, a source follower structure, the control voltage V CTRL the size of the, even if lower than the threshold voltage (Vt) of NMOS drive transistor 216, has a Vt as high shift control voltage V CTRL_S than the control voltage V CTRL drives the variable-gain
이러한 실시예에서, 전압 제어 전류 증폭 회로(214)는 소스 감쇄 커패시터(215)와, 게이트가 제어 전압 VCTRL을 입력받고 드레인은 출력 단자(OUT)에 연결되며 소스는 소스 감쇄 커패시터(215)를 통해 그라운드(GND)로 연결되는 제1 구동 트랜지스터(216) 및 게이트가 시프트된 제어 전압 VCTRL_S을 입력받고 드레인은 출력 단자(OUT)에 연결되며 소스는 소스 감쇄 커패시터(215)를 통해 그라운드(GND)로 연결되는 제2 구동 트랜지스터(217)를 포함할 수 있다.In this embodiment, the voltage-controlled current amplifying circuit 214 includes a source decoupling capacitor 215, a gate receiving the control voltage V CTRL , a drain connected to the output terminal OUT, and a source coupled to the source decoupling capacitor 215 And a drain connected to the output terminal OUT and a source connected to the ground GND through the source decoupling capacitor 215. The first driving transistor 216 is connected to the ground GND via the source- And a second driving transistor 217 connected to the second driving transistor 217.
이러한 실시예들에서, 각각의 가변 이득 전류원(213)에서 생성된 추가 구동 전류는 이득 조정 신호 ICON의 비트에 의해 선택적으로 등가 부하 커패시턴스에 연결되된다. 따라서, 예를 들어, 동일한 크기의 제어 전압 VCTRL에서도, 더 큰 이진값의 이득 조정 신호 ICON에 따라 더 많은 추가 구동 전류가 등가 부하 커패시턴스에 연결되면 이득의 기울기 KVCO는 커지고, 반대로 더 작은 값의 이득 조정 신호 ICON에 따라 더 적은 추가 구동 전류가 등가 부하 커패시턴스에 연결되면 이득의 기울기 KVCO는 작아진다.In these embodiments, the additional drive current generated in each variable gain
실시예에 따라 이득 조정 신호 ICON은 온도계 코드이거나 또는 이진 코드일 수 있다. 만약 이득 조정 신호 ICON이 온도계 코드라면, 가변 이득 전류원(213)은 예를 들어 비트 "1"의 개수에 비례하는 크기의 추가 구동 전류를 공급할 수 있다. 반면에, 이득 조정 신호 ICON이 이진 코드라면, 전압 제어 발진기(20) 내의 지연 셀들(21) 각각의 가변 이득 전류원(213)은 예를 들어 이득 조정 신호 ICON의 이진값에 비례하는 추가 구동 전류를 공급할 수 있다.According to an embodiment, the gain adjustment signal ICON may be a thermometer code or a binary code. If the gain adjustment signal ICON is a thermometer code, the variable gain
또한 이득 조정 신호 ICON의 조합에 따라 추가 구동 전류의 크기가 비연속적으로 나타나므로, 이에 따라 나타나는 주파수 특성들은 도 3의 가장 아래쪽 그래프와 같이 서로 다른 기울기를 가지는 몇 개의 직선들과 같이 표현될 수 있다. 기울기가 큰 직선일수록 제어 전압 VCTRL의 변화에 민감한 특성을 나타낸다.Further, since the magnitude of the additional driving current is discontinuously displayed according to the combination of the gain adjustment signal ICON, the frequency characteristics exhibited by the additional driving current can be expressed as several straight lines having different slopes as shown in the bottom graph of FIG. 3 . The higher the slope, the more sensitive the change in the control voltage V CTRL .
보상 제어부(31)는, 이득 조정 신호 ICON으로 조정될 수 있는 범위에서 조정된 제어 전압 대 주파수 이득 특성이 원하는 특성에 근접하였다고 판단될 때까지, 지정된 단계 반복 회수에 도달할 때까지, 또는 이득 조정 신호 ICON의 MSB부터 LSB까지 모든 비트의 값들이 모두 특정될 때까지, 이득 조정 신호 ICON을 적어도 한 차례 이상 조정할 수 있고, 조정이 완료되면, 이득 조정 신호 ICON 값을 고정하고 제3 단계를 종료한다.The
이로써, 각각의 단계에서 고정된 바이어스 조정 신호 FCON, 부하 조정 신호 CAPCON 및 이득 조정 신호 ICON에 의해 내부 소자의 특성들이 결정된 링 타입 전압 제어 발진기(20)는 원하는 주파수 특성 곡선에 가장 가까운 특성 곡선을 따라 발진 출력 fVCO를 생성할 수 있다.Thus, the ring-type voltage-controlled
실시예에 따라, 보상 제어부(31)는 바이어스 조정부(34), 부하 조정부(35) 및 이득 조정부(36)가 각각의 조정 신호들(FCON, CAPCON, ICON)을 순차적으로 조정하도록 제어할 수도 있지만, 동시적으로 조정하도록 제어할 수도 있다.According to the embodiment, the
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에 이용되는 전압 제어 발진기의 동작을 설명하는 타이밍도 및 목표 주파수를 찾아가는 과정을 예시적으로 나타내는 시뮬레이션 결과이다.6 and 7 are timing diagrams illustrating the operation of the voltage controlled oscillator used in the frequency generating device according to an embodiment of the present invention and simulation results showing a process of finding a target frequency.
도 6을 참조하면, 기준 클럭(CK_REF)의 입력에 따라 보상 제어부(31)에 의해 매 시간 프레임(T1 내지 T5)마다 카운트 활성 신호(EN_CNT), 카운트 리셋 신호(RST_CNT)가 각각 서로 중첩되지 않게 생성된다.Referring to FIG. 6, the count activation signal EN_CNT and the count reset signal RST_CNT are not overlapped with each other at every time frame (T1 to T5) by the
각 시간 프레임(T1 내지 T5) 전체에 걸쳐, 카운트 활성 신호(EN_CNT)가 일시 활성화되었다가 비활성화될 때까지, 발진 출력 fVCO의 주파수를 1/K로 분주한 분주 펄스 VCO_DIV가 카운트되고, 카운트된 발진 주파수 카운트 값과 목표 주파수 카운트 값의 비교 결과가 도출된다. 발진 주파수 카운트 값과 목표 주파수 카운트 값의 비교가 완료되면 카운트 리셋 신호(RST_CNT)가 활성화되어 발진 주파수 카운트 값이 초기화된다.Throughout each time frame T1 to T5, the divided pulse VCO_DIV which divides the frequency of the oscillation output f VCO at 1 / K is counted and counted until the count enable signal EN_CNT is temporarily activated and deactivated. The comparison result of the oscillation frequency count value and the target frequency count value is derived. When the comparison between the oscillation frequency count value and the target frequency count value is completed, the count reset signal RST_CNT is activated and the oscillation frequency count value is initialized.
맨 처음 제1 시간 프레임(T1)이 시작할 때에는 바이어스 조정 신호 FCON, 부하 조정 신호 CAPCON, 이득 조정 신호 ICON은 모두 디폴트 값들을 가질 수 있다.When the first time frame T1 starts for the first time, the bias adjustment signal FCON, the load adjustment signal CAPCON, and the gain adjustment signal ICON may all have default values.
제1 시간 프레임(T1) 동안에 카운트된 발진 주파수 카운트 값과 목표 주파수 카운트 값의 비교 결과에 따라 다음 시간 프레임을 위한 바이어스 조정 신호 FCON이 생성되어 링 타입 전압 제어 발진기(21)에 입력되면, 달라진 주파수의 발진 출력이 링 타입 전압 제어 발진기(21)에서 생성되고, 제2 시간 프레임(T2)이 시작한다.When the bias adjustment signal FCON for the next time frame is generated and input to the ring-type voltage-controlled
이어서, 제2 시간 프레임(T2) 동안 새로 카운트된 발진 주파수 카운트 값과 목표 주파수 카운트 값의 비교 결과에 따라 새로운 바이어스 조정 신호 FCON이 생성되고 링 타입 전압 제어 발진기(21)에 입력되면, 다시 달라진 주파수의 발진 출력이 링 타입 전압 제어 발진기(21)에서 생성될 것이다.Then, when a new bias adjustment signal FCON is generated and input to the ring-type voltage-controlled
제2 시간 프레임(T2) 동안에도 부하 조정 신호 CAPCON와 이득 조정 신호 ICON은 디폴트 값들을 가질 수 있다.During the second time frame T2, the load adjustment signal CAPCON and the gain adjustment signal ICON may have default values.
바이어스 조정 신호 FCON이 정착하기까지는 여러 시간 프레임이 걸릴 수 있다. 실시예에 따라 바이어스 조정 신호 FCON는 가장 최적인 근사 주파수 특성이 결정될 때까지, 정해진 반복 회수만큼 또는 모든 비트들이 차례로 조절될 때까지, 반복적으로 조정될 수 있다.It may take several time frames until the bias adjustment signal FCON is settled. Depending on the embodiment, the bias adjustment signal FCON can be iteratively adjusted until a best approximate frequency characteristic is determined, until a predetermined number of iterations or until all the bits are adjusted in turn.
최적의 바이어스 조정 신호 FCON 값을 찾는 알고리즘은 예를 들어 이진 트리 검색 알고리즘과 같은 주지의 알고리즘을 이용하여 구현할 수 있다.An algorithm for finding an optimal bias adjustment signal FCON value can be implemented using a well-known algorithm such as a binary tree search algorithm.
도 6의 예시에서 만약, 제3 시간 프레임(T3)에서 바이어스 조정 신호 FCON이 정착되었다고 하면, 제3 시간 프레임(T3) 이후에는 바이어스 조정 신호 FCON의 값은 고정될 수 있다.In the example of FIG. 6, if the bias adjustment signal FCON is settled in the third time frame T3, the value of the bias adjustment signal FCON can be fixed after the third time frame T3.
제3 시간 프레임(T3) 동안에 카운트된 발진 주파수 카운트 값과 목표 주파수 카운트 값의 비교 결과에 따라, 제4 시간 프레임(T4)을 위한 새로운 부하 조정 신호 CAPCON이 생성되어 링 타입 전압 제어 발진기(21)에 입력되면, 제4 시간 프레임(T4) 동안에는 달라진 주파수의 발진 출력이 링 타입 전압 제어 발진기(21)에서 생성된다.A new load adjustment signal CAPCON for the fourth time frame T4 is generated according to the comparison result of the oscillation frequency count value counted during the third time frame T3 and the target frequency count value to generate the ring type
이어서, 제4 시간 프레임(T4) 동안에 카운트된 발진 주파수 카운트 값과 목표 주파수 카운트 값의 비교 결과에 따라, 부하 조정 신호 CAPCON은 변경 및 정착되고, 제5 시간 프레임(T5) 동안에 점검될 이득 조정 신호 ICON이 변경되어 링 타입 전압 제어 발진기(21)에 입력된다.Then, in accordance with the comparison result of the counted oscillation frequency count value and the target frequency count value during the fourth time frame T4, the load adjustment signal CAPCON is changed and settled, and the gain adjustment signal to be checked during the fifth time frame T5 ICON is changed and input to the ring-type voltage-controlled
제5 시간 프레임(T5) 종료와 함께 고정 신호(LOCK)이 활성화되면서 주파수 조정 단계는 종료되고, 주파수 특성 조정을 위한 내부 소자 특성 값은 각 조정 신호들의 최종 값에 따라 결정된다.With the end of the fifth time frame T5, the fixed signal LOCK is activated so that the frequency adjustment step is finished and the internal element characteristic value for the frequency characteristic adjustment is determined according to the final value of each adjustment signal.
주파수 발생 장치(10)는 또한 본질적으로 자체적인 폐루프를 통해 원하는 발진 출력 fVCO의 주파수를 미세 조정할 수 있으므로, 내부 소자 특성 값들이 매우 높은 정밀도로 보상될 필요는 없다. 따라서, 자동 발진기 소자 보상부(30)의 동작은 10 회 내외의 시간 프레임 동안 반복적으로 조정하는 것으로 충분할 수 있다.The
도 7을 참조하면, 이러한 자동 발진기 소자 보상부(30)가 링 타입 전압 제어 발진기(20)의 내부 소자 특성 값들을 조정하는 시뮬레이션이 예시되어 있다. 최초의 시간 프레임에 1.8 GHz를 상회하던 발진 출력은 바이어스 조정 신호 FCON의 조정에 따라 1.65 GHz를 거쳐 1.45 GHz로 떨어졌다가, 1.52 GHz, 1.42 GHz, 1.46 GHz, 1.5 GHz로 몇차례 조정받으며, 최종적으로 목표 주파수인 1.5 GHz에서 정착하는 모습을 보인다. Referring to FIG. 7, a simulation in which the automatic
그러는 동안, 바이어스 조정 신호 FCON은 최초에 01111111B에서 출발하여, 00111111B, 00011111B 등의 값을 거쳐 최종적으로 00101100B로 정착된다.Meanwhile, the bias adjustment signal FCON starts from 01111111B first, passes through values such as 00111111B, 00011111B, and finally is set as 00101100B.
이어서 부하 조정 신호 CAPCON는 바이어스 조정 신호 FCON이 정착된 후에 100B에서 101B로 조정된 다음 정착된다.The load adjustment signal CAPCON is then adjusted from 100B to 101B after the bias adjustment signal FCON is set and then settled.
한편, 이득 조정 신호 ICON에 따른 발진 출력 fVCO의 이득 변화는 제어 전압 VCTRL의 크기 변화에 따라 나타나는데, 시간 축 기준인 도 7에서는 시각적으로 표현되지 않기 때문에, 이득 조정 신호 ICON의 조정과 정착 과정은 도 7에서는 생략되었다.On the other hand, the gain change of the oscillation output f VCO according to the gain adjustment signal ICON is shown in accordance with the change in the magnitude of the control voltage V CTRL . Since the gain change signal ICON is not visually represented on the time axis basis, Is omitted in Fig.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에 이용되는 전하 펌프 바이어스 조정 장치, 전하 펌프 및 루프 필터부의 좀더 상세한 블록도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에 이용되는 전하 펌프 바이어스 조정 장치의 동작을 설명하는 타이밍도이다.8 is a more detailed block diagram of a charge pump bias adjustment device, a charge pump, and a loop filter unit used in a frequency generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a frequency generator according to an embodiment of the present invention. It is a timing chart explaining the operation of the charge pump bias adjusting device used.
도 8을 참조하면, 전하 펌프 바이어스 조정 장치(50)는 각종 제어 신호들과 기준 전압들을 출력하는 전하 펌프 조정 제어부(51), 적분기(52), n개의 비교기들(53a, 53b, 53c..., 53n), n비트 레지스터(54), 풀다운 바이어스 전압 생성부(55) 및 풀업 바이어스 전압 생성부(56)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the charge pump
구체적으로, 전하 펌프 조정 제어부(51)는 보정 업/다운 신호 UPCAL, DNCAL 및 n 개의 기준 전압들 VREF1, VREF2, ..., VREFn을 생성할 수 있다. In detail, the charge
보정 업/다운 신호들 UPCAL, DNCAL은 각각 전하 펌프(12)의 풀업 제어 트랜지스터(Q2)의 게이트와 풀다운 제어 트랜지스터(Q3)의 게이트에 인가될 수 있다. 보정 업/다운 신호들 UPCAL, DNCAL은 전하 펌프 보정 절차 동안에, 먼저 풀다운 구간 동안에는 풀다운 제어 트랜지스터(Q3)만 활성화되고 이어서 풀업 구간 동안에는 풀업 제어 트랜지스터(Q2)만 활성화되도록, 생성될 수 있다.The correction up / down signals UP CAL and DN CAL may be applied to the gate of the pull-up control transistor Q2 and the pull-down control transistor Q3 of the
또한 n 개의 기준 전압들 VREF1, VREF2, ..., VREFn은 예를 들어 저항 사다리(resister ladder)로 구현될 수 있으며, n 개의 비교기들(53a, 53b, 53c..., 53n)에 각각 제공된다.In addition, the n reference voltages V REF1 , V REF2 , ..., V REFn may be implemented by, for example, a resistor ladder, and the
적분기(52)는, 대역폭 조정 제어부(60)의 대역폭 제어 신호 BWC_EN에 의해 루프 필터(13)가 링 타입 전압 제어 발진기(20)와 단절된 이후의 루프 필터(13)의 출력 단자 전압인 보정 제어 전압 VCTRL_CAL을 수신 및 적분(integrating)하여 적분 전압 VINTG를 출력한다. 이 경우, 적분기(52)는 예를 들어 대용량 커패시터로 구현될 수 있다.The
n 개의 비교기들(53a, 53b, 53c..., 53n)은 각각 적분 전압 VINTG 및 기준 전압들 VREF1, VREF2, ..., VREFn 중 하나를 비교한다.The
n비트 레지스터(54)는 n 개의 비교기들(53a, 53b, 53c..., 53n)의 비교 결과로 구성된 n 비트 워드인 비교 신호 CAL[n:0]를 저장한다.The n bit register 54 stores the comparison signal CAL [n: 0], which is an n bit word composed of the comparison result of the
n비트 레지스터(54)가 비교 신호 CAL[n:0]를 저장하는 시점은 전하 펌프 조정 절차가 완료되는 시점이며, n비트 레지스터(54)는 저장된 비교 신호 CAL[n;0]를 이후의 주파수 발생 장치(10)의 동작 내내 전하 펌프 보정 신호 CP_CAL[n:0]로서 풀다운 바이어스 전압 생성부(55)에 출력한다.The point at which the n-
풀다운 바이어스 전압 생성부(55)는 n비트 가변 전류원(551)에서 출력되는 가변 전류의 크기에 따라 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP를 출력하는 풀다운 전류 전압 변환부(552)을 포함할 수 있다. The pull-down
풀다운 바이어스 전압 생성부(55)의 n비트 가변 전류원(551)은 항상 동작하는 1 개의 단위 전류원에 병렬로 연결된 n개의 단위 전류원들이, 전하 펌프 보정이 완료될 때 생성되는 전하 펌프 보정 신호 CP_CAL[n:0]에 따라 활성화 또는 비활성화됨으로써 가변 전류를 생성할 수 있다.The n-bit variable
n 개의 단위 전류원들의 각각의 크기 비율은 2의 제곱수로 결정될 수 있다. 예를 들어 전하 펌프 보정 신호 CP_CAL[n:0]의 MSB에 의해 활성화되는 단위 전류원은 LSB에 의해 활성화되는 단위 전류원에 비해 2n 배 클 수 있다.The magnitude ratio of each of the n unit current sources may be determined as a power of two. For example, the unit current source activated by the MSB of the charge pump correction signal CP_CAL [n: 0] may be 2 n times larger than the unit current source activated by the LSB.
이때, 전하 펌프(12)의 보정이 진행되는 동안에는 전하 펌프 보정 신호 CP_CAL[n:0]는 보정이 완료되기 전의 디폴트 값을 가지므로, 보정이 완료되기 전까지는 n비트 가변 전류원(551)은 미리 지정된 단위 전류원 트랜지스터, 예를 들어 MSB에 해당하는 단위 전류원 트랜지스터만 활성화되어 가변 전류를 풀다운 전류 전압 변환부(552)에 제공할 수 있다.At this time, while the correction of the
풀다운 바이어스 전압 생성부(55)는 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP를 전하 펌프(12)의 풀다운 구동 트랜지스터(Q4)의 게이트에 인가할 수 있다.The pull-down
전하 펌프 보정 절차의 풀다운 구간 동안에 전하 펌프(12)의 풀다운 제어 트랜지스터(Q3)가 활성화되면, 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP에 의해 풀다운 구동 트랜지스터(Q4)가 풀다운 전하 펌프 전류 ICP로써 루프 필터(13)를 방전하며, 루프 필터(13)의 보정 제어 신호 VCTRL_CAL는 하강한다.If the pulldown control transistor Q3 of the
반면에 풀업 바이어스 전압 생성부(56)는 1 개의 고정 전류원(561)에서 출력되는 고정 전류의 크기에 상응하는 풀업 바이어스 전압 VUP_CP를 출력하는 풀업 전류 전압 변환부(562)를 포함할 수 있다.On the other hand, the pull-up
풀업 바이어스 전압 생성부(56)는 풀업 바이어스 전압 VUP_CP를 전하 펌프(12)의 풀업 구동 트랜지스터(Q1)의 게이트에 인가할 수 있다.The pull-up
전하 펌프 보정 절차의 풀다운 구간에 이은 풀업 구간 동안에 전하 펌프(12)의 풀업 제어 트랜지스터(Q2)가 활성화되면, 풀업 바이어스 전압 VUP_CP에 의해 풀업 구동 트랜지스터(Q1)가 풀업 전하 펌프 전류 ICP로써 루프 필터(13)를 충전하며, 루프 필터(13)의 보정 제어 신호 VCTRL_CAL는 상승한다.If the pull-up control transistor Q2 of the
이어서 도 8 및 도 9를 함께 참조하여 전하 펌프 바이어스 조정 장치(50)의 구체적인 동작을 아래와 같이 설명한다.Next, the specific operation of the charge pump
전하 펌프 보정 절차는 풀다운 구간 TDN, 풀업 구간 TUP 및 바이어스 전압 결정 구간 TBIAS로 구성된다.The charge pump calibration procedure consists of a pulldown section T DN , a pullup section T UP, and a bias voltage determination section T BIAS .
전하 펌프 보정 절차 동안에, 전하 펌프 바이어스 조정 장치(50)는 오픈루프로 전하 펌프(12)의 전류 특성을 조정한다. During the charge pump calibration procedure, the charge pump
다시 말해, 전하 펌프(12)는, 위상 주파수 검출기(11)로부터 업/다운 신호를 받는 대신에 전하 펌프 바이어스 조정 장치(50)가 제공하는 보정 업/다운 신호(UPCAL, DNCAL)를 받아 조정되며, 또한 루프 필터(13)도, 전압 제어 발진기(20)와 단절되면서 제어 전압 VCTRL을 전압 제어 발진기(20)로 출력하는 대신에, 보정 제어 전압 VCTRL_CAL를 전하 펌프 바이어스 조정 장치(50)로 출력한다.In other words, the
이를 위해, 대역폭 조정 제어부(60)가 전하 펌프(12)의 조정을 개시하면서, 대역폭 제어 신호 BWC_EN의 활성화에 의해, 먼저 위상 주파수 검출기(11)와 전하 펌프(12) 사이의 연결과 루프 필터(13) 및 링 타입 전압 제어 발진기(20) 사이의 연결을 단절한다.To this end, the
루프 필터(13)의 출력 단자는 전하 펌프 보정 절차 직전에 테스트 제어 전압 생성부(40)에 의해 공급되던 제어 전압 VCTRL의 크기로 충전되어 있던 상태이며, 대역폭 제어 신호 BWC_EN에 의해 링 타입 전압 제어 발진기(20) 대신에 적분기(52)로 연결된다.The output terminal of the
대역폭 제어 신호 BWC_EN이 활성화된 직후 풀다운 구간 TDN 동안에 보정 업/다운 신호들 UPCAL, DNCAL은 각각 논리값 HIGH를 갖도록 출력되며, 풀업 제어 트랜지스터(Q2)는 비활성화되고 풀다운 제어 트랜지스터(Q3)는 활성화된다.Immediately after the bandwidth control signal BWC_EN is activated, during the pull-down period T DN , the correction up / down signals UP CAL and DN CAL are output to have a logic value HIGH, respectively. The pull-up control transistor Q2 is deactivated and the pull-down control transistor Q3 is Is activated.
이 상태에서, 전하 펌프 바이어스 조정 장치(50)는 보정되기 전 상태의 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP를 가지고 전하 펌프(12)의 풀다운 구동 트랜지스터(Q4)를 풀다운 구동하여 루프 필터(13)를 방전시킨다.In this state, the charge pump
루프 필터(13)의 보정 제어 전압 VCTRL_CAL은 적분기(52)로 인가되는데, 보정 제어 전압 VCTRL_CAL이 방전에 의해 점점 하강하므로 적분기(52)에서 출력되는 적분 전압 VINTG도 점점 낮아지며 풀다운 구간 TDN가 끝나가기 전에 최저 수준까지 떨어진다.The correction control voltage V CTRL_CAL of the
이어지는 풀업 구간 TUP 동안에는 보정 업/다운 신호들 UPCAL, DNCAL은 각각 논리값 LOW를 갖도록 출력되며, 풀업 제어 트랜지스터(Q2)는 활성화되고 풀다운 제어 트랜지스터(Q3)는 비활성화된다.During the following pull-up period T UP, the correction up / down signals UP CAL and DN CAL are output to have a logic value LOW, respectively. The pull-up control transistor Q2 is activated and the pull-down control transistor Q3 is deactivated.
이 상태에서, 전하 펌프 바이어스 조정 장치(50)는 풀업 바이어스 전압 VUP_CP에 의해 전하 펌프(12)의 풀업 구동 트랜지스터(Q1)를 풀업 구동하여 루프 필터(13)를 충전한다.In this state, the charge pump
루프 필터(13)의 보정 제어 전압 VCTRL_CAL은 계속 적분기(52)로 인가되며, 충전에 의해 보정 제어 전압 VCTRL_CAL이 점점 상승하므로 적분기(52)에서 출력되는 적분 전압 VINTG도 점점 높아지며 풀업 구간 TUP가 끝날 때에 최고 수준까지 상승한다.The correction control voltage V CTRL_CAL of the
이때, 풀업 구간 TUP 동안에 루프 필터(13)의 보정 제어 전압 VCTRL_CAL의 상승 기울기 또는 적분기(52)에서 출력되는 적분 전압 VINTG의 상승 기울기는 고정된 풀업 바이어스 전압 VUP_CP가 게이트에 인가되어 풀업 구동 트랜지스터(Q1)에 흐르는 풀업 전하 펌프 전류 ICP에 의해 결정된다.At this time, during the pull- up period T UP , the rising slope of the correction control voltage V CTRL_CAL of the
한편, 풀다운 시의 전하 펌프 전류 ICP의 크기는 풀업 시의 전하 펌프 전류 ICP의 크기에 상응하여 결정되는 것이 바람직하다.On the other hand, the magnitude of the charge pump current I CP at the time of pull-down is preferably determined corresponding to the magnitude of the charge pump current I CP at the time of pull-up.
만약 적분기(52)에서 출력되는 적분 전압 VINTG의 최종 크기에 기초하여 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP를 결정한다면, 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP의 인가에 기초하여 풀다운 구동 트랜지스터(Q4)가 생성하는 풀다운 전하 펌프 전류 ICP는 결국 풀업 시의 전하 펌프 전류 ICP의 크기에 상응하여 결정된다고 할 수 있다.If the pull-down bias voltage V DN_CP is determined based on the final magnitude of the integral voltage V INTG output from the
이를 위해 풀업 구간 TUP이 종료되는 시점에 적분 전압 VINTG이 샘플링되고, 풀업 구간 TUP에 이은 상대적으로 짧은 바이어스 전압 결정 구간 TBIAS 동안에, 적분 전압 VINTG이 복수의 비교기들(53a, 53b, 53c..., 53n)에서 각각 기준 전압들 VREF1, VREF2, ..., VREFn에 비교된 결과가 n 비트 온도계 코드(Thermometer code) 형식의 비교 신호 CAL[n:0]로 생성되는데, 비교 신호 CAL[n:0]는 n 비트 레지스터(54)에 저장된다.To this end a pull-up interval T UP ends integral voltage V INTG the point of time when the sampled, relatively short bias voltage determined period following the pull-up period T UP during T BIAS, the integral voltage V INTG a plurality of comparators (53a, 53b, 53c ..., 53n) are compared to the reference voltages V REF1 , V REF2 , ..., V REFn , respectively , as a comparison signal CAL [n: 0] in the form of an n-bit thermometer code. The comparison signal CAL [n: 0] is stored in the n bit register 54.
이어서 n 비트 레지스터(54)는 저장된 비교 신호 CAL[n:0]를 전하 펌프 보정 신호 CP_CAL[n:0]로서 풀다운 바이어스 전압 생성부(55)에 출력한다.The n bit register 54 then outputs the stored comparison signal CAL [n: 0] to the pull-down
풀다운 바이어스 전압 생성부(55)는 전하 펌프 보정 신호 CP_CAL[n:0]에 기초하여 결정되는 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP을 생성하고, 생성된 VDN_CP를 전하 펌프(12)의 풀다운 구동 트랜지스터(Q4)의 게이트에 인가한다.The pull-down
구체적으로, 풀다운 바이어스 전압 생성부(55)는 전하 펌프 보정 신호 CP_CAL[n:0]에 기초하여 병렬 연결된 n 개의 단위 전류원들 중 적어도 일부를 활성화함으로써 가변 전류를 생성하고, 생성된 가변 전류를 전류-전압 변환함으로써 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP을 생성할 수 있다.Specifically, the pull-down
이렇게 하여, 풀업 시의 전하 펌프 전류 ICP와 풀다운 시의 전하 펌프 전류 ICP는 균형을 이룰 수 있다.In this way, the charge pump current I CP at the time of the charge pump current I CP and the pull-down at the time of pull-up may be balanced.
이제 전하 펌프(12)의 전하 펌프 전류 ICP의 보정이 완료되었으므로, 대역폭 보정 제어부(60)는 대역폭 제어 신호 BWC_EN의 비활성화와 함께 주파수 발생 장치(10)의 전체 루프를 재연결한다. 이때, 풀다운 바이어스 전압 생성부(55)와 풀업 바이어스 전압 생성부(56)는 대역폭 제어 신호 BWC_EN의 비활성화와 상관없이 전하 펌프(12)에 연결되어 있으며, 특히 풀다운 바이어스 전압 생성부(55)는 보정된 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP을 지속적으로 인가함에 유의한다.Now that the correction of the charge pump current I CP of the
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 발생 장치에서 전하 펌프의 바이어스를 조정하는 절차를 예시한 순서도이다.10 is a flow chart illustrating a procedure for adjusting the bias of the charge pump in the frequency generating device according to an embodiment of the present invention.
도 9와 도 10을 함께 참조하여 설명하면, 전하 펌프 보정 절차가 개시되면서, 먼저 단계(S101)에서 전하 펌프(12)와 루프 필터(13)를 주파수 발생 장치(10)의 전체 루프에서 단절시킨다.Referring to FIG. 9 and FIG. 10 together, as the charge pump correction procedure is started, first, in step S101, the
단계(S102)에서, 풀다운 구간 동안, 전하 펌프(12)를 풀다운 동작하도록 설정하여 전하 펌프(12)로부터 흐르는 풀다운 전하 펌프 전류 ICP에 의해 루프 필터(13)의 출력 전압인 보정 제어 전압 VCTRL_CAL을 하강시킨다.In step S102, during the pull-down period, the correction control voltage V CTRL_CAL which is the output voltage of the
실시예에 따라 만약 전하 펌프 보정 절차를 개시할 때에 루프 필터(13)의 출력 전압인 보정 제어 전압 VCTRL_CAL이 이미 충분히 방전된 상태라면, 단계(S102)에서 전하 펌프(12)를 풀다운 동작시켜 루프 필터(13)를 방전하는 절차는 생략될 수 있다.According to the embodiment, if the correction control voltage V CTRL_CAL which is the output voltage of the
전하 펌프 보정 절차 중의 루프 필터(13)의 출력 전압인 보정 제어 전압 VCTRL_CAL이 충분히 하강되면 전하 펌프(12)는 이제 풀업 동작하도록 설정된다.When the correction control voltage V CTRL_CAL, which is the output voltage of the
이를 위해 단계(S103)에서, 풀업 구간 동안, 전하 펌프(12)를 보정 전의 바이어스 상태로 풀업 동작하도록 설정하여 전하 펌프(12)로부터 흐르는 풀업 전하 펌프 전류 ICP에 의해 루프 필터(13)의 출력 전압인 보정 제어 전압 VCTRL_CAL을 상승시킨다.To this end, in step S103, during the pull-up period, the output of the
단계(S104)에서, 풀업 구간 동안 루프 필터(13)의 출력 전압인 보정 제어 전압 VCTRL_CAL을 적분하다가 풀업 구간의 종료 시에 샘플링하여 적분 전압 VINTG을 구한다.In step S104, the correction control voltage V CTRL_CAL , which is the output voltage of the
단계(S105)에서, 풀다운 바이어스 전압 결정 구간 TBIAS 동안에, 적분 전압 VINTG의 크기에 상응하여 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP을 생성한다.In step S105, during the pull-down bias voltage determination period T BIAS , a pull-down bias voltage V DN_CP is generated corresponding to the magnitude of the integrated voltage V INTG .
구체적으로, 적분 전압 VINTG을 n 개의 기준 전압들에 비교하여 n 비트의 온도계 코드 비교 신호 CAL[n:0]를 생성하고, n 비트의 온도계 코드 비교 신호 CAL[n:0]를 기초로 n 비트의 전하 펌프 보정 신호 CP_CAL[n:0]를 생성한다.Specifically, the integral voltage V INTG is compared to n reference voltages to generate n bits of thermometer code comparison signal CAL [n: 0], and n based on n bits of thermometer code comparison signal CAL [n: 0]. Generate a bit charge pump correction signal CP_CAL [n: 0].
이어서, n 비트의 전하 펌프 보정 신호 CP_CAL[n:0]에 따라 가변하는 가변 전류를 전류-전압 변환하여 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP을 생성한다.Subsequently, a pull-down bias voltage V DN_CP is generated by current-voltage conversion of a variable current that varies according to the n-bit charge pump correction signal CP_CAL [n: 0].
단계(S106)에서, 전하 펌프(12)와 루프 필터(13)를 주파수 발생 장치(10)의 전체 루프에 재연결한다.In step S106, the
단계(S107)에서, 생성된 풀다운 바이어스 전압 VDN_CP에 의해 전하 펌프(12)의 풀다운 전하 펌프 전류 ICP를 구동한다.In step S107, the pull-down charge pump current I CP of the
이로써, 전하 펌프 바이어스 조정부(50)는 전하 펌프(12)가 원하는 전류 특성을 가지고 루프 필터(13)에 전하 펌프 전류 ICP를 인가하도록 풀다운 바이어스 전압을 조정할 수 있다.As a result, the charge pump
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all of the equivalent or equivalent variations will fall within the scope of the present invention.
10 주파수 발생 장치 11 위상 주파수 검출기(PFD)
12 전하 펌프(CP) 13 루프 필터(LF)
14 주파수 분주기 20 링 타입 전압 제어 발진기(VCO)
21 지연 셀 211 바이어스 전류원
212 가변 부하 커패시터 213 가변 이득 전류원
30 자동 발진기 소자 보상부 31 보상 제어부
32 주파수 카운터 33 디지털 비교부
34 바이어스 조정부 35 부하 조정부
36 이득 조정부 40 테스트 전압 생성부
50 전하 펌프 바이어스 조정부 51 전하 펌프 조정 제어부
52 적분기 53 비교기
54 n비트 레지스터
55 풀다운 바이어스 전압 생성부 56 풀업 바이어스 전압 생성부
60 대역폭 보상 제어부10
12 Charge pump (CP) 13 Loop filter (LF)
14
21
212
30 Automatic Oscillator
32
34
36
50 Charge
52 Integrator 53 Comparator
54 n-bit register
55 Pull-down
60 Bandwidth Compensation Control
Claims (11)
풀업(pull-up) 바이어스 전압을 생성하여 상기 전하 펌프에 제공하는 풀업 바이어스 전압 생성부;
상기 풀업 바이어스 전압에 의해 상기 전하 펌프가 풀업 전하 펌프 전류를 생성하는 풀업 구간 동안에 상기 루프 필터에 상기 풀업 전하 펌프 전류가 흘러 생성되는 상기 루프 필터의 출력 전압을 적분하여 적분 전압을 얻는 적분기;
상기 풀업 구간이 끝날 때에 샘플링된 상기 적분 전압을 n 개의 기준 전압들에 비교한 결과를 n 비트의 비교 신호로 출력하는 n 개의 비교기들;
상기 n 비트 비교 신호를 저장하고 n 비트의 전하 펌프 보정 신호로 출력하는 n 비트 레지스터; 및
상기 전하 펌프 보정 신호에 따라 결정되는 풀다운 바이어스 전압을 생성하여 상기 전하 펌프에 제공하는 풀다운 바이어스 전압 생성부를 포함하며,
상기 전하 펌프는 상기 풀업 구간 동안에는 상기 풀업 바이어스 전압에 따라 상기 풀업 전하 펌프 전류를, 상기 풀업 구간에 대해 상보적인 풀다운 구간에는 풀다운 바이어스 전압에 따라 풀다운 전하 펌프 전류를 각각 생성하여 상기 루프 필터에 공급하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 오픈루프 전하 펌프 바이어스 조정 장치.An open loop charge pump bias adjustment device for calibrating the charge pump for bandwidth adjustment in a frequency generating device including a charge pump and a loop filter,
A pull-up bias voltage generator configured to generate a pull-up bias voltage and provide it to the charge pump;
An integrator configured to integrate an output voltage of the loop filter generated by flowing the pull-up charge pump current through the loop filter during a pull-up period during which the charge pump generates a pull-up charge pump current by the pull-up bias voltage;
N comparators outputting a result of comparing the sampled integral voltage to n reference voltages as an n-bit comparison signal at the end of the pull-up period;
An n bit register for storing the n bit comparison signal and outputting the n bit comparison signal as an n bit charge pump correction signal; And
A pull-down bias voltage generator configured to generate a pull-down bias voltage determined according to the charge pump correction signal and provide the pull-down bias voltage to the charge pump;
The charge pump generates the pull-up charge pump current according to the pull-up bias voltage during the pull-up period, and generates a pull-down charge pump current according to the pull-down bias voltage in a pull-down period complementary to the pull-up period to supply the loop filter. An open loop charge pump bias adjustment device, characterized in that the operation.
상기 전하 펌프 보정 신호에 기초하여, 병렬 연결된 n 개의 단위 전류원들 중 적어도 일부를 활성화함으로써 가변 전류를 생성하고, 상기 생성된 가변 전류를 전류-전압 변환함으로써 상기 풀다운 바이어스 전압을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 오픈루프 전하 펌프 바이어스 조정 장치.The method of claim 1, wherein the pull-down bias voltage generator,
And based on the charge pump correction signal, generate a variable current by activating at least some of the n unit current sources connected in parallel, and generating the pull-down bias voltage by current-voltage converting the generated variable current. Open loop charge pump bias adjustment device.
상기 병렬 연결된 n개의 단위 전류원들은 항상 동작하는 1 개의 단위 전류원에 병렬로 연결되고,
상기 병렬 연결된 n개의 단위 전류원들의 각각이 상기 전하 펌프 보정 신호에 따라 활성화 또는 비활성화됨으로써 가변 전류를 생성하며,
상기 생성된 가변 전류를 전류-전압 변환함으로써 상기 풀다운 바이어스 전압을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 오픈루프 전하 펌프 바이어스 조정 장치.The method of claim 2, wherein the pull-down bias voltage generator,
The parallel n unit current sources are connected in parallel to one unit current source that always operates,
Each of the n unit current sources connected in parallel is activated or deactivated according to the charge pump correction signal to generate a variable current,
And generate the pull-down bias voltage by current-voltage converting the generated variable current.
상기 풀업 구간에 앞서, 보정 전의 크기로 풀다운 바이어스 전압을 생성하여 상기 전하 펌프에 제공하며, 상기 루프 필터에 상기 풀다운 전하 펌프 전류가 흘러 상기 루프 필터의 출력 전압이 하강하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 오픈루프 전하 펌프 바이어스 조정 장치.The method of claim 1, wherein the pull-down bias voltage generator
A pull-down bias voltage is generated and provided to the charge pump prior to the pull-up period, and the pull-down charge pump current flows through the loop filter to operate so that the output voltage of the loop filter drops. Loop charge pump bias adjustment device.
상기 전하 펌프를 조정하는 동안에 상기 전하 펌프 및 루프 필터가 상기 주파수 발생 장치의 전체 루프로부터 단절된 상태에서 동작하는 것을 특징으로 하는 오픈루프 전하 펌프 바이어스 조정 장치.The method of claim 1, wherein the open loop charge pump bias adjustment device,
And wherein the charge pump and loop filter operate while disconnected from the entire loop of the frequency generating device while adjusting the charge pump.
상기 업 신호 또는 다운 신호에 따라 제어 전압용 커패시터에 전하를 공급(풀업)하거나 또는 방전 경로를 제공(풀다운)함으로써 상기 제어 전압용 커패시터의 양단에 걸리는 상기 제어 전압의 크기를 조절하는 전하 펌프;
상기 제어 전압용 커패시터를 포함하며 상기 제어 전압을 저주파 필터링하는 루프 필터;
상기 제어 전압에 따라 발진 출력을 출력하도록 복수의 지연 셀들이 링 형태로 연결되는 링 타입 전압 제어 발진기;
상기 발진 출력을 소정의 분주비로 분주한 분주 주파수를 상기 위상 주파수 검출기로 출력하는 분주기를 포함하며,
상기 전하 펌프가 상기 위상 주파수 검출기와 단절되고 상기 루프 필터가 상기 링 타입 전압 제어 발진기와 단절된 상태에서, 상기 전하 펌프를 보정 전의 바이어스 상태로 풀업 동작하도록 설정하여 상기 전하 펌프로부터 흐르는 풀업 전하 펌프 전류에 의해 상기 루프 필터의 출력 전압을 상승시키며 상기 루프 필터의 출력 전압을 적분하다가 샘플링한 적분 전압의 크기에 상응하도록 풀다운 바이어스 전압을 생성하는 바이어스 전압 조정 제어부를 포함하는 주파수 발생 장치.A phase frequency detector for receiving a reference frequency and a frequency dividing frequency respectively and generating an up signal or a down signal according to a result of comparison between a reference frequency and a frequency and a phase of the frequency division;
A charge pump configured to adjust the magnitude of the control voltage across the control voltage capacitor by supplying (pulling up) the charge voltage capacitor or providing a discharge path (pull down) according to the up signal or the down signal;
A loop filter including the capacitor for the control voltage and low frequency filtering the control voltage;
A ring type voltage controlled oscillator having a plurality of delay cells connected in a ring form to output an oscillation output according to the control voltage;
A frequency divider for outputting a frequency divided by the oscillation output at a predetermined frequency division ratio to the phase frequency detector,
With the charge pump disconnected from the phase frequency detector and the loop filter disconnected from the ring type voltage controlled oscillator, the charge pump is set to operate in a bias state prior to correction to the pullup charge pump current flowing from the charge pump. And a bias voltage adjustment control unit configured to increase the output voltage of the loop filter and to integrate the output voltage of the loop filter and generate a pull-down bias voltage corresponding to the magnitude of the sampled integrated voltage.
상기 지연 셀에 흐를 바이어스 전류의 크기를 선택하고, 상기 지연 셀에 나타나는 등가 부하 커패시턴스의 적어도 일부를 구성하도록 가변 부하 커패시턴스의 크기를 선택하며, 상기 바이어스 전류와 더불어 상기 지연 셀의 등가 부하 커패시턴스를 충전시킬 수 있는 추가 구동 전류를 상기 제어 전압에 따라 생성하기 위한 제어 전압 대 추가 구동 전류 이득의 크기를 선택하도록 동작하는 자동 소자 조정 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 발생 장치.The method of claim 7,
Selecting the magnitude of the bias current to flow in the delay cell, selecting the magnitude of the variable load capacitance to form at least a portion of the equivalent load capacitance appearing in the delay cell, and charging the equivalent load capacitance of the delay cell together with the bias current. And an automatic element adjusting circuit operable to select a magnitude of a control voltage versus an additional drive current gain for generating a possible additional drive current according to the control voltage.
상기 전하 펌프와 상기 루프 필터를 상기 주파수 발생 장치의 전체 루프에서 단절하는 단계;
풀업 구간 동안, 상기 전하 펌프를 보정 전의 바이어스 상태로 풀업 동작하도록 설정하여 상기 전하 펌프로부터 흐르는 풀업 전하 펌프 전류에 의해 상기 루프 필터의 출력 전압을 상승시키는 단계;
상기 풀업 구간 동안 상기 루프 필터의 출력 전압을 적분하다가 상기 풀업 구간의 종료 시에 샘플링하여 적분 전압을 구하는 단계;
상기 적분 전압의 크기에 상응하여 풀다운 바이어스 전압을 생성하는 단계;
상기 전하 펌프와 상기 루프 필터를 상기 주파수 발생 장치의 전체 루프에 재연결하는 단계; 및
상기 생성된 풀다운 바이어스 전압에 의해 상기 전하 펌프에서 풀다운 전하 펌프 전류를 구동하는 단계를 포함하는 오픈루프 전하 펌프 바이어스 조정 방법.An open loop charge pump bias adjustment method for calibrating the charge pump in a frequency generating device including a charge pump and a loop filter,
Disconnecting the charge pump and the loop filter in the entire loop of the frequency generator;
During the pull-up period, setting the charge pump to operate in a bias state before correction to increase the output voltage of the loop filter by a pull-up charge pump current flowing from the charge pump;
Integrating an output voltage of the loop filter during the pull-up period and sampling at the end of the pull-up period to obtain an integrated voltage;
Generating a pull-down bias voltage corresponding to the magnitude of the integrated voltage;
Reconnecting the charge pump and the loop filter to the entire loop of the frequency generator; And
Driving a pulldown charge pump current in the charge pump by the generated pulldown bias voltage.
상기 풀업 구간에 앞서는 풀다운 구간 동안, 상기 전하 펌프를 풀다운 동작하도록 설정하여 상기 전하 펌프로부터 흐르는 보정 전의 풀다운 전하 펌프 전류에 의해 상기 루프 필터의 출력 전압을 하강시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈루프 전하 펌프 바이어스 조정 방법.The method of claim 9,
And setting the charge pump to operate in a pull-down period preceding the pull-up period to lower the output voltage of the loop filter by a pull-down charge pump current before correction flowing from the charge pump. Loop charge pump bias adjustment method.
상기 적분 전압을 n 개의 기준 전압들에 비교하여 n 비트의 온도계 코드 비교 신호를 생성하는 단계;
상기 n 비트의 온도계 코드 비교 신호를 기초로 n 비트의 전하 펌프 보정 신호를 생성하는 단계;
상기 n 비트의 전하 펌프 보정 신호에 따라 가변하는 가변 전류를 전류-전압 변환하여 풀다운 바이어스 전압을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오픈루프 전하 펌프 바이어스 조정 방법.The method of claim 9, wherein generating a pull-down bias voltage corresponding to the magnitude of the integrated voltage comprises:
Comparing the integrated voltage to n reference voltages to generate an n-bit thermometer code comparison signal;
Generating an n bit charge pump correction signal based on the n bit thermometer code comparison signal;
And a pull-down bias voltage by current-to-voltage converting a variable current which is variable according to the n-bit charge pump correction signal.
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