KR101478363B1 - Device and method for tuning oscillation frequency of wideband - Google Patents
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Abstract
본 발명은 한 개의 전압제어발진기(VCO)로도 출력 주파수가 넓은 광대역 채널의 발진주파수를 신속하고 정확하게 생성할 수 있는 광대역 발진주파수 튜닝 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은 입력된 제어전압과 적어도 하나 이상의 튜닝데이터에 따라 발진주파수를 가변 조절하는 전압제어발진기와, 상기 전압제어발진기에서 출력된 발진주파수를 계산하고, 계산된 발진주파수가 미리 선택된 채널의 기준주파수에 근접되도록 하는 코오스 튜닝데이터를 결정하고, 상기 전압제어발진기의 출력 스윙진폭과 기준진폭을 상호 비교한 결과값에 따라 전압제어발진기의 스윙진폭이 기준진폭에 근접되도록 하는 진폭 튜닝데이터를 결정하고, 결정된 코오스 및 진폭 튜닝데이터로 전압제어발진기를 각기 제어하는 디지털튜닝제어기를 구비한다.
PLL, VCO, 발진주파수, 튜닝, Kvco
The present invention relates to a broadband oscillation frequency tuning device and a method thereof capable of quickly and accurately generating an oscillation frequency of a broadband channel having a wide output frequency even with a single voltage controlled oscillator (VCO) A voltage controlled oscillator for variably controlling an oscillation frequency according to at least one or more tuning data, and a controller for calculating an oscillation frequency output from the voltage controlled oscillator, and for adjusting the calculated oscillation frequency to a reference frequency of a pre- Determines the amplitude tuning data that causes the swing amplitude of the voltage-controlled oscillator to approach the reference amplitude in accordance with the result of comparing the output swing amplitude of the voltage-controlled oscillator with the reference amplitude, and outputs the determined tuning data as the determined coarse and amplitude tuning data Equipped with a digital tuning controller to control each voltage-controlled oscillator The.
PLL, VCO, Oscillation Frequency, Tuning, Kvco
Description
본 발명은 광대역 발진주파수 튜닝에 관한 것으로, 특히 한 개의 전압제어발진기(VCO)로도 출력 주파수가 넓은 광대역 채널의 발진주파수를 신속하고 정확하게 생성할 수 있는 광대역 발진주파수 튜닝 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to tuning of a broadband oscillation frequency, and more particularly, to a broadband oscillation frequency tuning device and method for quickly and accurately generating an oscillation frequency of a broadband channel having a wide output frequency even with a single voltage controlled oscillator (VCO).
최근, 위상고정루프(Phase locked loop; PLL)의 경우 광대역(Wideband) 및 멀티밴드(Multiband)를 지원해야 하는 경우가 많아지면서 전압제어발진기(Voltage Controlled Oscillator; VCO)의 주파수 범위도 넓어졌다. In recent years, the phase locked loop (PLL) has been required to support a wideband and a multiband, and the frequency range of a voltage controlled oscillator (VCO) has also been widened.
이에 따라, 넓은 대역에서 일정한 Kvco를 가질 수 있는 기술과 주파수 영역에 상관없이 충분한 스윙을 할 수 있는 기술이 필요로 하게 된다. Accordingly, a technology capable of having a constant Kvco in a wide band and a technique capable of performing a sufficient swing irrespective of a frequency range are required.
상기 전압제어발진기(VCO)는 주파수합성기(Frequency Synthesizer)의 인가전압에 의해 로컬발진주파수를 안정되게 발진시키도록 하는 가변 주파수 발진회로모듈로서 주파수 합성기 회로의 가장 중요한 부품 중의 하나로 쓰이고 있다.The voltage controlled oscillator (VCO) is a variable frequency oscillation circuit module which stably oscillates the local oscillation frequency by an applied voltage of a frequency synthesizer, and is used as one of the most important components of the frequency synthesizer circuit.
현재, 고주파수용 전압제어발진기에 주로 쓰이고 있는 것은 LC공진기를 내장한 CMOS형이다. CMOS 회로 기술은 정적 소비전류가 적을 뿐 아니라, 오늘날 대부분의 반도체 기술이 CMOS 기술로 정착되어 있어 제조공정의 신뢰성이 높을 뿐 아니라 고집적화에 유리하다는 크나큰 장점으로 인해 가장 널리 상용으로 쓰이고 있는 기술이다.Currently, a CMOS type with a built-in LC resonator is mainly used for a high-frequency voltage-controlled oscillator. CMOS circuit technology is the most widely used technology because it has a small static consumption current, and since most of the semiconductor technology is settled by CMOS technology today, it is not only highly reliable in manufacturing process but also advantageous in high integration.
도 1은 일반적인 전압제어발진기의 회로를 나타낸 도면으로서, LC공진부(L, C)와, 전류를 공급하는 negative-Gm부(10; 트랜지스터가 정궤환으로 묶여 입력신호에 대해 출력신호가 반전되어 나타나는 회로)로 구성되어 있다.1 shows a circuit of a general voltage-controlled oscillator, which includes LC resonance units L and C, a negative-
이와 같이 구성된 전압제어발진기에 전압이 인가되면 정궤환 회로에 의해서 발진기가 일정한 주파수에서 공진을 하게 된다. 그리고 인덕터(L)와 커패시터(C)에 기생하는 저항성분에 의해 신호가 약화되는데 negative-Gm부(10)에서 전류를 다시 공급하여 일정한 크기를 가지고 발진하는 발진회로가 된다.When a voltage is applied to the voltage-controlled oscillator thus configured, the oscillator resonates at a constant frequency by the feedback circuit. The signal is weakened by the resistance component parasitic to the inductor L and the capacitor C. The oscillation circuit is a circuit which supplies the current again in the negative-
여기서, 사용되고 있는 주파수에서 다른 주파수로 천이하고자 할 때에는, 복수의 버랙터(Cvar1, Cvar2; Varactor)의 중간으로 인가되는 제어전압(Vctrl)을 가변시켜 커패시턴스를 변화시킴에 따라 원하는 주파수로의 천이가 가능하게 된다.Here, when a transition is made from a used frequency to another frequency, the control voltage Vctrl applied to the middle of a plurality of varactors (Cvar1, Cvar2; Varactor) is varied to change the capacitance, .
그러나, 상기 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 경우 튜닝 범위가 좁아서 정밀 튜닝(Fine Tuning)용으로 사용되지만, 만약 2GHz에 사용되는 전압제어발진기를 4GHz로 사용하고자 할 경우에는 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 조정 범위를 초과하기 때문에 주파수 천이가 불가능하였다.However, in the case of the varactors Cvar1 and Cvar2, the tuning range is narrow and is used for fine tuning. However, if the voltage controlled oscillator used at 2 GHz is to be used at 4 GHz, varactors Cvar1 and Cvar2, The frequency range could not be changed.
이로 인해, 현재 광대역의 주파수를 커버하기 위해서 버랙터의 사이즈를 달 리한 복수의 전압제어발진기를 사용하고 있고, 출력할 발진주파수에 따라 복수의 전압제어발진기 중 특정 전압제어발진기를 선택하여 사용하고 있다.For this reason, a plurality of voltage-controlled oscillators whose size is adjusted to cover the frequency of the current broadband are used, and a specific voltage-controlled oscillator among a plurality of voltage-controlled oscillators is selected and used according to the oscillation frequency to be output .
이와 같은 방법은 도 1과 같은 전압제어발진기를 복수개 사용함에 따라 설계면적이 상당히 증가될 뿐만 아니라 제조비용 측면에서도 상당히 부담으로 작용할 수밖에 없고, 또한 복수의 전압제어발진기를 상호 스위칭하는 과정에서 노이즈가 유입되어 노이즈 특성이 열화되는 문제점이 있었다.The use of a plurality of voltage-controlled oscillators as shown in FIG. 1 significantly increases the design area as well as a considerable burden from the viewpoint of manufacturing cost. Further, in the process of switching a plurality of voltage-controlled oscillators, So that the noise characteristic is deteriorated.
본 발명의 목적은 한 개의 전압제어발진기(VCO)로도 출력 주파수가 넓은 광대역 채널의 발진주파수를 신속하고 정확하게 생성할 수 있는 광대역 발진주파수 튜닝 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a broadband oscillation frequency tuning device and method capable of quickly and accurately generating an oscillation frequency of a broadband channel having a wide output frequency even with a single voltage controlled oscillator (VCO).
본 발명의 다른 목적은 전압제어발진기에서 출력되는 스윙진폭을 발진주파수에 관계없이 항상 일정하게 유지할 수 있는 광대역 발진주파수 튜닝 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a broadband oscillation frequency tuning apparatus and method capable of always keeping the swing amplitude output from the voltage controlled oscillator constant regardless of the oscillation frequency.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 입력된 제어전압과 적어도 하나 이상의 튜닝데이터에 따라 발진주파수를 가변 조절하는 전압제어발진기; 상기 전압제어발진기에서 출력된 신호를 설정된 시간동안 카운트하는 카운터; 상기 카운터로부터 입력된 카운트값을 이용하여 발진주파수를 계산하고, 계산된 발진주파수가 미리 선택된 채널의 기준주파수에 근접되도록 하는 코오스 튜닝데이터로 전압제어발진기를 제어하는 코오스(Coarse) 제어부; 및 상기 전압제어발진기의 출력 스윙진폭과 기준진폭을 상호 비교한 결과값에 따라 전압제어발진기의 스윙진폭이 기준진폭에 근접되도록 하는 진폭 튜닝데이터를 결정하고, 결정된 진폭 튜닝데이터로 전압제어발진기를 제어하는 진폭 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a voltage controlled oscillator comprising: a voltage controlled oscillator for varying an oscillation frequency according to an input control voltage and at least one tuning data; A counter for counting the signal output from the voltage-controlled oscillator for a predetermined time; A coarse control unit for calculating an oscillation frequency using the count value input from the counter and controlling the voltage controlled oscillator with coarse tuning data so that the calculated oscillation frequency approaches a reference frequency of a previously selected channel; And a controller for determining amplitude tuning data for causing a swing amplitude of the voltage-controlled oscillator to approach a reference amplitude according to a result of comparing the output swing amplitude of the voltage-controlled oscillator with a reference amplitude, and controlling the voltage- And an amplitude control unit for controlling the amplitude control unit.
구체적으로, 상기 전압제어발진기는, 차동신호가 각각 출력되는 제1 출력단과 제2 출력단 사이에 복수의 튜닝 셀이 병렬로 연결된 코오스(Coarse) 튜닝부를 포함하되, 상기 코오스 튜닝부는 코오스 제어부로부터 입력된 코오스 튜닝데이터에 따라 커패시턴스가 가변되도록 구성된 것을 특징으로 한다.Specifically, the voltage-controlled oscillator includes a coarse tuning unit in which a plurality of tuning cells are connected in parallel between a first output terminal and a second output terminal, from which a differential signal is output, respectively, and the coarse tuning unit includes: And the capacitance is variable according to the coarse tuning data.
또한, 상기 각 튜닝 셀은 제1 및 제2 출력단 사이에 스위치를 통해 상호 연결된 복수의 커패시터를 구비하며, 상기 스위치는 코오스 제어부의 코오스 튜닝데이터에 따라 개폐되어 튜닝 셀의 커패시턴스를 조절하는 것을 특징으로 하며, 상기 각 튜닝 셀의 커패시터는 커패시턴스가 서로 다르게 설정된 것을 특징으로 한다.The tuning cell may include a plurality of capacitors connected to each other through a switch between a first output terminal and a second output terminal. The switch may be opened or closed in accordance with coarse tuning data of the coarse control unit to adjust a capacitance of the tuning cell And the capacitances of the tuning cells are set to be different from each other.
상기 전압제어발진기는, 차동신호가 각각 출력되는 제1 출력단과 제2 출력단 사이에 복수의 튜닝 셀이 병렬로 연결되고 상기 각 튜닝 셀은 진폭 제어부의 진폭 튜닝데이터에 따라 레지스턴스가 가변되는 진폭 튜닝부; 및 상기 제1 출력단과 제2 출력단으로부터 입력된 차동신호의 스윙진폭을 검출하고 검출된 스윙진폭과 기준진폭을 상호 비교하는 진폭 검출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The voltage-controlled oscillator includes a plurality of tuning cells connected in parallel between a first output terminal and a second output terminal through which differential signals are output, and each tuning cell has an amplitude tuning section ; And an amplitude detector for detecting a swing amplitude of the differential signal input from the first output terminal and the second output terminal and for comparing the detected swing amplitude and the reference amplitude with each other.
상기 진폭 검출기는 스윙진폭과 기준진폭을 상호 비교한 결과 데이터를 진폭 제어부로 출력하는 것을 특징으로 하며, 상기 진폭 제어부는 코오스 제어부가 동작되는 동안 미리 설정된 초기값의 튜닝데이터로 전압제어발진기를 제어하는 것을 특징으로 하며, 상기 초기값의 튜닝데이터는 전압제어발진기의 스윙진폭을 최대로 하는 값인 것을 특징으로 한다.Wherein the amplitude detector outputs data as a result of comparing the swing amplitude and the reference amplitude to the amplitude controller, wherein the amplitude controller controls the voltage controlled oscillator with preset initial value tuning data while the coarse controller is operating The tuning data of the initial value is a value that maximizes the swing amplitude of the voltage-controlled oscillator.
상기 튜닝 장치는, 전압제어발진기로 제1 및 제2 제어전압이 순차적으로 인가되도록 제어하고, 그 결과 카운터로부터 획득한 제1 및 제2 발진주파수를 이용하여 Kvco 곡선의 기울기를 계산한 후 계산된 기울기가 미리 설정된 기울기에 근접되도록 하는 Kvco 튜닝데이터를 선택하여 전압제어발진기를 제어하는 Kvco 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The tuning device controls the first and second control voltages to be sequentially applied to the voltage controlled oscillator, and as a result, the slope of the Kvco curve is calculated using the first and second oscillation frequencies obtained from the counter, And a Kvco control unit for controlling the voltage-controlled oscillator by selecting Kvco tuning data such that the slope approaches a preset slope.
상기 Kvco 곡선은 코오스 제어부의 코오스 튜닝데이터에 의해 선택된 발진주파수의 이득 곡선인 것을 특징으로 하며, 상기 제1 제어전압은 대략 전압이고, 제2 제어전압은 대략 전압인 것을 특징으로 한다.Wherein the Kvco curve is a gain curve of the oscillation frequency selected by the coarse tuning data of the coarse control unit, Voltage, and the second control voltage is approximately Voltage.
상기 전압제어발진기는 차동신호가 각각 출력되는 제1 출력단과 제2 출력단 사이에 복수의 튜닝 셀이 병렬로 연결된 Kvco 튜닝부를 포함하되, 상기 각 튜닝 셀은 Kvco 제어부에서 출력되는 Kvco 튜닝데이터에 따라 커패시턴스가 가변 조절되는 것을 특징으로 하며, 상기 Kvco 튜닝부의 각 튜닝 셀은 제1 및 제2 출력단 사이에 연결된 복수의 버랙터와, Kvco 튜닝데이터에 따라 상기 복수의 버랙터의 공통노드로 고전압 또는 제어전압을 선택적으로 입력하는 멀티플렉서를 구비하는 것을 특징으로 한다.Wherein the voltage controlled oscillator includes a Kvco tuning unit in which a plurality of tuning cells are connected in parallel between a first output terminal and a second output terminal to which the differential signals are respectively output and wherein each tuning cell has a capacitance Wherein each of the tuning cells of the Kvco tuning unit includes a plurality of varactors connected between first and second output terminals, and a plurality of second varactors connected to the common node of the plurality of varactors according to Kvco tuning data, And a multiplexer for selectively inputting the multiplexed data.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 기술적 수단은, 입력된 제어전압과 적어도 하나 이상의 튜닝데이터에 따라 발진주파수를 가변 조절하는 전압제어발진기; 상기 전압제어발진기에서 출력된 신호를 설정된 시간동안 카운트하는 카운터; 상기 카운터로부터 입력된 카운트값을 이용하여 발진주파수를 계산하고, 계산된 발진주파수가 미리 선택된 채널의 기준주파수에 근접되도록 하는 코오스 튜닝데이터로 전압제어발진기를 제어하는 코오스(Coarse) 제어부; 및 상기 전압제어발진기로 제1 및 제2 제어전압이 순차적으로 인가되도록 제어하고, 그 결과 카운터로부터 획득한 제1 및 제2 발진주파수를 이용하여 Kvco 곡선의 기울기를 계산한 후 계산된 기울기가 미리 설정된 기울기에 근접되도록 하는 Kvco 튜닝데이터를 선택하여 전압제어발진기를 제어하는 Kvco 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a voltage controlled oscillator comprising: a voltage controlled oscillator for variably controlling an oscillation frequency according to an input control voltage and at least one tuning data; A counter for counting the signal output from the voltage-controlled oscillator for a predetermined time; A coarse control unit for calculating an oscillation frequency using the count value input from the counter and controlling the voltage controlled oscillator with coarse tuning data so that the calculated oscillation frequency approaches a reference frequency of a previously selected channel; And controlling the first and second control voltages to be sequentially applied to the voltage controlled oscillator. The slope of the Kvco curve is calculated using the first and second oscillation frequencies obtained from the counter, And a Kvco control unit for controlling the voltage controlled oscillator by selecting Kvco tuning data to be close to the set slope.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 채널선택 명령이 입력되면, 전압제어발진기의 발진주파수를 가변시키는 적어도 하나 이상의 튜닝데이터를 미리 설정된 초기값으로 제어하는 제1 단계; 상기 초기화된 튜닝데이터에 따라 전압제어발진기에서 출력되는 발진주파수를 계산하여 미리 선택된 채널의 기준주파수와 상호 비교하는 제2 단계; 및 상기 비교 결과에 따라 발진주파수가 기준주파수에 근접한 Kvco 곡선을 갖는 코오스 튜닝데이터를 결정하고, 결정된 튜닝데이터로 전압제어발진기의 커패시턴스를 제어하는 제3 단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a tuning device, the method comprising: controlling a tuning data to vary an oscillation frequency of a voltage-controlled oscillator to a predetermined initial value when a channel selection command is input; A second step of calculating an oscillation frequency output from the voltage controlled oscillator according to the initialized tuning data and comparing the oscillation frequency with a reference frequency of a previously selected channel; And a third step of determining coarse tuning data having a Kvco curve whose oscillation frequency is close to a reference frequency according to the comparison result, and controlling a capacitance of the voltage controlled oscillator with the determined tuning data.
상기 튜닝데이터는, 전압제어발진기의 발진주파수가 선택된 채널의 기준주파수에 근접하는 Kvco 곡선을 갖도록 전압제어발진기의 커패시턴스를 조절하기 위한 코오스 튜닝데이터와, 상기 선택된 주파수의 Kvco 곡선의 기울기가 설정된 기준 기울기에 근접하도록 전압제어발진기의 커패시턴스를 조절하기 위한 Kvco 튜닝데이터, 및 상기 발진주파수의 스윙진폭이 설정된 기준진폭에 근접하도록 전압제어발진기의 레지스턴스를 조절하기 위한 진폭 튜닝데이터 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the tuning data includes: coarse tuning data for adjusting a capacitance of a voltage-controlled oscillator such that an oscillation frequency of the voltage-controlled oscillator has a Kvco curve approximating a reference frequency of a selected channel; And Kvco tuning data for adjusting the capacitance of the voltage-controlled oscillator such that the swing amplitude of the oscillation frequency is close to the set reference amplitude, and amplitude tuning data for adjusting the resistance of the voltage-controlled oscillator .
상기 제2 단계는, 전압제어발진기로 전압을 인가하는 단계; 상기 인가된 전압에 따라 전압제어발진기에서 출력된 주파수를 카운트하여 발진주파수를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 발진주파수와 선택된 채널에 대한 기준주파수를 상호 비교하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the second step comprises: Applying a voltage; Counting a frequency output from the voltage-controlled oscillator according to the applied voltage and calculating an oscillation frequency; And comparing the calculated oscillation frequency with a reference frequency for the selected channel.
상기 제3 단계를 수행한 후, 상기 전압제어발진기로 제1 및 제2 제어전압을 순차적으로 인가하고, 그 결과 전압제어발진기에서 순차 출력된 제1 및 제2 발진주파수를 각각 계산하는 제4 단계; 및 상기 계산된 제1 및 제2 발진주파수를 이용하여 Kvco 곡선의 기울기를 계산한 후 계산된 기울기가 미리 설정된 기울기에 근접되도록 하는 Kvco 튜닝데이터를 선택하여 전압제어발진기의 커패시턴스를 제어하는 제5 단계;를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.A fourth step of sequentially applying the first and second control voltages to the voltage-controlled oscillator after the third step and calculating the first and second oscillation frequencies sequentially output from the voltage-controlled oscillator, ; And a fifth step of calculating the slope of the Kvco curve using the calculated first and second oscillation frequencies and then controlling the capacitance of the voltage-controlled oscillator by selecting Kvco tuning data such that the calculated slope approaches a preset slope ; ≪ / RTI >
상기 제5 단계를 수행한 후, 상기 전압제어발진기로 미리 설정된 제어전압을 인가하는 제6 단계; 및 상기 전압제어발진기에서 출력된 차동신호의 스윙진폭과 기준진폭을 상호 비교한 결과값에 따라 전압제어발진기의 스윙 진폭을 기준진폭에 근접하도록 하는 진폭 튜닝데이터를 결정한 후 그 결정된 튜닝데이터로 전압제어발진 기의 레지스턴스를 제어하는 제7 단계;를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.A sixth step of applying a preset control voltage to the voltage-controlled oscillator after performing the fifth step; And an amplitude tuning data determining a swing amplitude of the voltage-controlled oscillator to be close to a reference amplitude according to a result of comparing the swing amplitude and the reference amplitude of the differential signal output from the voltage-controlled oscillator, And a seventh step of controlling the resistance of the oscillator.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 광대역 및 멀티밴드에 적용 가능한 PLL의 설계시 한 개의 전압제어발진기(VCO)로도 광대역 발진주파수의 튜닝이 가능하도록 함으로써, 단일의 전압제어발진기로 인해 전력소모가 감소됨과 아울러 PLL의 사이즈를 줄일 수 있는 이점이 있다.As described above, according to the present invention, when a PLL applicable to a wideband and a multiband is designed, a single voltage-controlled oscillator can reduce power consumption by making it possible to tune a broadband oscillation frequency with a single voltage controlled oscillator (VCO) It also has the advantage of reducing the size of the PLL.
또한, 전압제어발진기의 발진주파수에 관계없이 스윙 진폭을 항상 일정하게 유지함으로써, 발진 신호의 신뢰성과 노이즈 특성을 높일 수 있는 이점이 있다.Further, there is an advantage that the reliability of the oscillation signal and the noise characteristic can be improved by keeping the swing amplitude constant regardless of the oscillation frequency of the voltage-controlled oscillator.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 발진주파수 튜닝 장치를 나타낸 회로 블록도로서, 전압제어발진기(100; VCO), 프리스케일러(210; Prescaler), PFD(230; Phase Frequency Detector), 전하펌프(250; Charge Pump), 루프필터(270; Loop Filter), 선택수단(290) 및 디지털튜닝제어기(300)를 포함하여 이루어져 있다.2 is a circuit block diagram of an oscillation frequency tuning apparatus according to the present invention, which includes a voltage controlled oscillator 100 (VCO), a
상기 전압제어발진기(100; Voltage Controlled Oscillator)는 입력된 제어전압에 따라 특정한 주파수의 로컬신호를 발진하도록 구성되어 있다.The voltage-controlled
프리스케일러(210)는 카운터(211)와 분주기(215)로 이루어져 있는데, 카운 터(211)는 코오스 튜닝시에 전압제어발진기(100)에서 발진되는 출력 주파수를 지정된 일정시간동안 카운트하도록 구성되어 있고, 분주기(215; Divider)는 전압제어발진기(100)로부터 입력된 출력 주파수를 적절한 비율로 나누되 외부로부터 입력된 분주비에 대한 채널정보에 따라 분주비를 가변하여 전압제어발진기(100)의 발진주파수를 가변하도록 구성되어 있다.The
PFD(230)는 외부로부터 입력된 기준주파수와 분주기(215)로부터 입력된 주파수를 상호 비교하여 그 차이에 해당하는 펄스열을 출력하도록 구성되어 있다.The
전하펌프(250)는 PFD(230)로부터 입력된 펄스열의 부호와 펄스폭에 따라 전류를 가변하여 생성하도록 구성되어 있다.The
루프필터(270)는 루프 동작 중에 발생하는 각종 노이즈 주파수들을 필터링하고, 커패시터를 이용하여 축적된 전하량 변화를 통해 출력전압을 가변하는 대역통과필터(BPF)로 이루어져 있다.The
선택수단(290)은 전압제어발진기(100)의 발진주파수의 튜닝 중 디지털튜닝제어기(300)의 제어신호(Coarselock)에 따라 선택 동작하여 루프필터(270)의 출력전압이 아니라 전압생성부(280)에서 출력된 소정의 전원전압이 전압제어발진기(100)로 인가되도록 한다.The selecting means 290 selects and operates according to the control signal Coarselock of the
디지털튜닝제어기(300)는 외부로부터 채널선택 명령이 입력될 경우 전압제어발진기(100)의 세부 회로를 제어하여 원하는 발진주파수에 최대한 근접하는 Kvco 곡선을 갖는 주파수를 선택하기 위한 코오스 튜닝(Coarse Tuning) 등의 제어를 수행하고, 코오스 튜닝이 완료되면 분주기(215)의 분주비 제어를 통해 전압제어발진 기(100)의 발진주파수를 미세하게 튜닝하도록 구성되어 있다. 이와 같은 디지털튜닝제어기(300)는 구체적으로 코오스 제어부(330)와 Kvco 제어부(350) 및 진폭 제어부(370) 등을 포함하여 이루어져 있는 데, 그 세부 구성에 대해서는 도 4를 참조하여 후술하고자 한다.The
이와 같이 전압제어발진기(100)와 분주기(215), PFD(230), 전하펌프(250) 및 루프필터(270)를 포함하는 PLL(Phase locked loop) 및 디지털튜닝제어기(300)로 이루어진 발진주파수 튜닝 장치는 채널 튜닝시에 발진주파수의 튜닝을 위해 크게 코오스(Coarse) 튜닝과 미세 튜닝으로 이루어진 2개의 동작을 수행하게 된다. 상기 코오스 튜닝은 제1 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝, 진폭 튜닝 및 제2 코오스 튜닝으로 세분화된다. In this manner, oscillation consisting of a phase locked loop (PLL) and a
먼저, 디지털튜닝제어기(300)는 외부로부터 채널선택 명령이 입력되면 코오스 튜닝을 수행하게 된다. 코오스 튜닝을 위해 디지털튜닝제어기(300)는 전압생성부(280)로 제어신호(Vctrl_con)를 출력하면, 전압생성부(280)는 선택수단(290)으로 소정의 전압을 발생하여 선택수단(290)으로 공급하며, 선택수단(290)은 디지털튜닝제어기(300)로부터 입력된 제어신호(Coarselock)에 따라 전압생성부(280)로부터 입력된 전압을 스위칭하여 전압제어발진기(100)로 전달하게 된다. 예컨대, 선택수단(290)에서는 제어신호(Coarselock)가 '0'인 동안에는 전압생성부(280)에서 입력된 신호를 선택하여 전압제어발진기(100)로 전달하여 준다.First, the
아울러, 전압생성부(280)에서 발생된 입력전압이 전압제어발진기(100)로 공급된 상태에서, 디지털튜닝제어기(300)는 원하는 발진주파수에 가장 근접한 Kvco 곡선과 기울기를 갖는 커패시턴스 값을 각각 선택하고, 적절한 커패시턴스 값이 선택되면 전압제어발진기(100)의 출력 스윙진폭이 설정된 진폭으로 출력되도록 제어한 후 선택수단(290)으로 제어신호(coarselock)를 '1'로 변경함으로써, 코오스 튜닝을 완료하게 된다. In a state where the input voltage generated by the
상기와 같이 코오스 튜닝이 완료되면, 디지털튜닝제어기(300)는 프리스케일러(210)의 분주기(215)로 선택된 채널정보와 맵핑된 분주비와 관련된 제어신호를 출력하여 분주기(215)와 PFD(230), 전하펌프(250; Charge Pump), 루프필터(270) 및 전압제어발진기(100)로 이루어진 PLL 루프를 이용하여 코오스 튜닝에서 선택된 커패시턴스 값에 의해 원하는 발진주파수로 미세하게 튜닝하여 찾아갈 수 있도록 한다.When the coarse tuning is completed as described above, the
상기에서 PLL 루프를 통해 미세 튜닝하는 과정은 일반적인 방법이므로, 이하 본 발명에서는 코오스 튜닝을 중심으로 코오스 튜닝의 세부 과정에 대해 설명하고자 한다.Since the process of fine tuning through the PLL loop is a general method, a detailed process of coarse tuning will be described with the coarse tuning as the center.
도 3은 본 발명에 의한 전압제어발진기의 구성을 나타낸 개념도로서, 전압제어발진기(100)는 LC 공진부(L, C)와 negative-Gm부(101) 및 진폭 튜닝부(150)를 포함하여 이루어져 있다.3 is a conceptual diagram illustrating the configuration of a voltage-controlled oscillator according to the present invention. The voltage-controlled
전압제어발진기(100)는 기본적으로 입력되는 제어전압(Vctrl)이 커질수록 발진주파수가 높아진다. 그 이유는 도 3의 negative-Gm부(101)에 설치된 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 커패시턴스의 특성에 기인한 것으로, 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 입력에 고전위(Vdd)에 가까운 고전압이 인가되면 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 커패시턴스가 작아져 발진주파수가 높아지고, 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 입력에 저전위(GND)에 가까운 저전압이 인가되면 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 커패시턴스가 커져 발진주파수가 낮아지기 때문이다. 따라서, 전압제어발진기(100)로 인가되는 제어전압(vctrl)을 조정하여 제1 출력단(Vout+)과 제2 출력단(Vout-)으로 출력되는 발진주파수를 조정할 수 있다.The oscillation frequency of the voltage-controlled
상기 LC공진부는 제1 출력단(Vout+)과 제2 출력단(Vout-) 사이에 병렬 설치된 인덕터(L)와 커패시터(C)로 이루어져 있다.The LC resonance unit includes an inductor L and a capacitor C that are provided in parallel between the first output terminal Vout + and the second output terminal Vout-.
negative-Gm부(101)는 차동 트랜지스터들과 Kvco 튜닝부(110) 및 코오스(Coarse) 튜닝부(130)를 포함하여 이루어져 있다. The negative-
상기 차동 트랜지스터들은 PMOS로 이루어진 제1 차동 트랜지스터들(PM1, PM2)과 NMOS로 이루어진 제2 차동 트랜지스터들(NM1, NM2)로 이루어져 있으며, 각 차동 트랜지스터들(PM1, PM2)(NM1, NM2)은 크로스 결합되어 있다.The differential transistors PM1 and PM2 are PMOS transistors and NM1 and NM2 are NMOS transistors. The differential transistors PM1 and PM2 are NM1 and NM2, respectively. Cross-coupled.
상기 제1 차동 트랜지스터들(PM1, PM2)은 고전위(Vdd)에 소오스가 공통 결합된다. 제1 출력단(Vout+)에 PMOS 트랜지스터(PM1)의 드레인과 PMOS 트랜지스터(PM2)의 게이트가 공통 결합되고, 제2 출력단(Vout-)에 PMOS 트랜지스터(PM2)의 드레인과 PMOS 트랜지스터(PM1)의 게이트가 공통 결합된다.The sources of the first differential transistors PM1 and PM2 are commonly coupled to the high potential Vdd. The drain of the PMOS transistor PM1 and the gate of the PMOS transistor PM2 are commonly connected to the first output terminal Vout + and the drain of the PMOS transistor PM2 and the gate of the PMOS transistor PM1 are coupled to the second output terminal Vout- .
제2 차동 트랜지스터들(NM1, NM2)은 저전위(Vss)에 소오스가 공통 결합된다. 제1 출력단(Vout+)에 NMOS 트랜지스터(NM1)의 드레인과 NMOS 트랜지스터(NM2)의 게이트가 공통 결합되고, 제2 출력단(Vout-)에 NMOS 트랜지스터(NM2)의 드레인과 NMOS 트랜지스터(NM1)의 게이트가 공통 결합된다.The sources of the second differential transistors NM1 and NM2 are commonly coupled to the low potential Vss. The drain of the NMOS transistor NM1 and the gate of the NMOS transistor NM2 are commonly connected to the first output terminal Vout + and the drain of the NMOS transistor NM2 is connected to the second output terminal Vout- .
Kvco 튜닝부(110)는 복수의 버랙터(Cvar1, Cvar2)로 구성되어 있는데, 제1 버랙터(Cvar1)는 제1 출력단(Vout+)과 제어단자(CNd) 사이에 연결되어 있고, 제2 버랙터(Cvar2)는 제어단자(CNd)와 제2 출력단(Vout-) 사이에 연결되어 있고, 상기 제어단자(CNd)에는 선택수단(290)을 통해 루프필터(270) 또는 전압생성부(280)로부터 제어전압(Vctrl)이 입력되도록 구성되어 있다. 아울러, 도 3에서는 제1 및 제2 버랙터(Cvar1, Cvar2)만 도시하였으나, 상기 제1 및 제2 버랙터(Cvar1, Cvar2)와 다른 복수의 버랙터가 제1 출력단(Vout+)과 제2 출력단(Vout-) 사이에 병렬로 더 설치된다. 이와 같은 복수의 버랙터들은 디지털튜닝제어기(300)로부터 튜닝데이터(Vcaps[N:0])를 인가받아 선택적으로 동작하게 된다.The first varactor Cvar1 is connected between the first output terminal Vout + and the control terminal CNd, and the second varactor Cvar1 is connected between the first output terminal Vout + The
코오스 튜닝부(130)는 복수의 가변용량 커패시터(Cv1, Cv2)로 구성되어 있는데, 제1 가변 커패시터(Cv1)는 개념적으로 제1 출력단(Vout+)과 저전위(Vss) 사이에 연결되어 있고, 제2 가변 커패시터(Cv2)는 개념적으로 제2 출력단(Vout-)과 저전위(Vss) 사이에 연결되어 있다. 아울러, 도 3에서는 제1 및 제2 가변 커패시터(Cv1, Cv2)만 도시하였으나, 상기 제1 및 제2 가변 커패시터(Cv1, Cv2)와 다른 복수의 가변 커패시터가 제1 출력단(Vout+)과 제2 출력단(Vout-)에 더 설치될 수 있으며, 이와 같은 복수의 가변 커패시터들은 디지털튜닝제어기(300)로부터 튜닝데이터(Fcaps[N:0])를 인가받아 선택적으로 동작하게 된다. The first variable capacitor Cv1 is conceptually connected between the first output terminal Vout + and the low potential Vss, and the first variable capacitor Cv1 is connected to the first output terminal Vout + The second variable capacitor Cv2 is conceptually connected between the second output terminal Vout- and the low potential Vss. Although only the first and second variable capacitors Cv1 and Cv2 are illustrated in FIG. 3, a plurality of variable capacitors different from the first and second variable capacitors Cv1 and Cv2 are connected to the first output terminal Vout + Output terminals Vout-, and the plurality of variable capacitors are selectively operated by receiving the tuning data Fcaps [N: 0] from the
그리고, 진폭 튜닝부(150)는 개념적으로 복수의 가변저항(Rv1, Rv2)과 진폭검출기(160)로 구성되어 있는 데, 상기 복수의 가변저항(Rv1, Rv2)은 제1 출력 단(Vout+)과 제2 출력단(Vout-) 사이에 병렬 연결되어 있다. 복수의 각 가변저항(Rv1, Rv2)은 디지털튜닝제어기(300)로부터 튜닝데이터(Vampt[N:0])를 인가받아 선택적으로 동작하게 된다. 아울러, 진폭검출기(160)는 제1 및 제2 출력단(Vout+, Vout-)을 통해 출력되는 차동신호(Vout+, Vout-)를 입력받아 차동신호의 최대 스윙 진폭을 검출하고, 검출된 신호를 원하는 진폭 기준전압(Vampt_ref)과 비교하여 그 비교결과에 따른 진폭 업/다운신호(Vampt_updown)를 디지털튜닝제어기(300)로 전달한다.The
도 4는 본 발명에 의한 디지털튜닝제어기를 세부 회로를 나타낸 블록도로서, 디지털튜닝제어기(300)는 튜닝 제어부(310)와 코오스(Coarse) 제어부(330), Kvco 제어부(350) 및 진폭 제어부(370)를 포함하여 이루어져 있다. 4 is a detailed block diagram of a digital tuning controller according to the present invention. The
튜닝 제어부(310)는 외부로부터 채널선택 명령이 입력되면 미리 설정된 튜닝 순서에 따라 코오스 제어부(330)와 Kvco 제어부(350) 및 진폭 제어부(370)로 인에이블 신호를 발생하여 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝 및 진폭 튜닝이 순차적으로 수행되도록 제어하게 된다.The
코오스 제어부(330)는 원하는 발진주파수에 가장 근접한 Kvco 곡선을 갖는 주파수를 선택하기 위한 것으로, 전압제어발진기(100)에서 출력되는 주파수를 카운트하는 카운터(211)로부터 카운트(CNT[M:0]) 값을 전달받는다. 이때 상기 전압생성부(280)는 코오스 제어부(330)의 제어신호(Vctrl_con)에 따라 선택수단(290)으로 전압을 인가하고, 전압제어발진기(100)는 선택수단(290)으로부터 인가되는 제어전압()에 따른 주파수를 생성하게 된다.The
코오스 제어부(330)는 프리스케일러(210)의 카운터(211)로 인에이블 신호(CNT_enable)를 설정된 시간만큼 주도록 하여 전달받은 카운트 값(CNT[M:0])은 설정된 시간 동안만 전압제어발진기(100)의 주파수를 카운트한 값이기 때문에 코오스 제어부(330)는 전압제어발진기(100)의 발진주파수를 예측할 수 있다. 따라서, 코오스 제어부(330)는 채널별 기준카운트(reference count) 값을 맵테이블 형태로 미리 저장해 놓으면, 카운터(211)로부터 입력된 카운트 값(CNT[M:0])과 소정의 맵테이블에 저장된 기준카운트 값을 상호 비교하여 발진주파수가 기준주파수에 비해 높은지 또는 낮은지를 알 수 있다. 그에 따라 코오스 제어부(330)는 원하는 발진주파수에 가까운 Kvco 곡선을 갖는 튜닝데이터(Fcaps[N:0])를 자동으로 결정할 수 있고, 그 결정된 튜닝데이터에 따라 코오스 튜닝부(130)의 커패시턴스를 조절할 수 있다.The
상기 코오스 튜닝을 하는 동안은 Kvco 제어부(350)와 진폭 제어부(370)는 미리 설정된 초기값(Default Value)을 가지고 동작하고, 소정의 Kvco 튜닝과 진폭 튜닝이 완료되면 코오스 제어부(330)는 선택수단(290)으로 미세 튜닝을 지시하는 제어신호(Coarselock = '1')를 출력한다.During the coarse tuning, the
상기 코오스 튜닝이 완료되면, Kvco 제어부(350)에 의해 Kvco 튜닝이 시작되는 데, 이때 상기 코오스 튜닝데이터(Fcaps[N:0])는 결정된 값으로 고정되고, Kvco 튜닝데이터(Vcaps[N:0])와 진폭 튜닝데이터(Vampt[N:0])는 초기값으로 고정된 상태에서 시작된다. When the coarse tuning is completed, the Kvco tuning is started by the
Kvco 제어부(350)는 전압생성부(280)를 제어(Vctrl_con)하여 Kvco 곡선의 리니어한 구간 내에 있는 제어전압(Vctrl)인 복수의 전압, 예를 들어 전압과 전압이 각각 전압제어발진기(100)로 입력되도록 제어하게 되고, 각 인가 전압에 따라 전압제어발진기(100)에서 발진되는 주파수를 각각 계산하게 된다. 상기 계산된 각 발진주파수의 차이값을 이용하여 발진주파수의 기울기를 계산한 후 발진주파수의 기울기가 미리 설정된 기준기울기에 근접하도록 튜닝데이터(Vcaps[N:0])를 결정하게 된다. 한편, Kvco 곡선의 경우 저전위(Vss)와 고전위(Vdd) 구간 중 대략 전압과 전압 사이에서 리니어한 기울기를 갖는다.The
그리고, 진폭 제어부(370)는 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝을 하는 동안 미리 설정된 초기값으로 진폭 튜닝부(150)를 제어하고 있다가 튜닝 제어부(310)의 인에이블 신호에 따라 진폭 튜닝을 시작한다. 진폭 튜닝은 먼저, 전압제어발진기(100)에서 발진되는 차동신호(Vout+, Vout-)의 최대 스윙진폭과 기준진폭(Vampt_ref)을 통해 비교된 데이터(Vampt_updown)를 감시하여 검출된 최대 스윙진폭이 기준진폭보다 높을 경우 진폭 튜닝부(150)의 전류량을 감소시키는 방향으로 튜닝데이터(Vampt[N:0])를 결정하게 되고, 최대 스윙진폭이 기준진폭보다 낮을 경우에는 진폭 튜닝부(150)의 전류량을 증가시키는 방향으로 튜닝데이터(Vampt[N:0])를 결정한 후 진폭 튜닝부(150)를 제어하게 된다.The
마지막으로, 튜닝 제어부(310)는 코오스 튜닝시에 선택된 Kvco 곡선이 Kvco 튜닝과 진폭 튜닝을 하면서 주파수의 시프트가 생기는 것을 보정하기 위해서 코오스 제어부(330)를 제어하여 코오스 튜닝이 한번 더 수행되도록 제어하게 되고, 코오스 튜닝이 모두 완료되면 프리스케일러(210)의 분주기(215)로 선택 채널에 대한 분주비 신호를 출력하여 미세 튜닝이 수행되도록 한다.Finally, the
그럼, 전압제어발진기(100)의 세부 구성과 그 동작을 첨부한 도 5a 내지 도 7b을 참조하여 살펴보면 아래와 같다.Hereinafter, the detailed configuration and operation of the voltage-controlled
도 5a는 코오스 튜닝부(130)의 세부 구성을 도시한 것으로서, 코오스 튜닝부(130)는 제1 출력단(Vout+)과 제2 출력단(Vout-) 사이에 다단의 튜닝 셀(Tuning Cell #1 ~ #N)이 구성되어 있다. 5A shows a detailed configuration of the
상기 제1 튜닝 셀(#1)은 제1 출력단(Vout+)과 제2 출력단(Vout-) 사이에 제1 커패시터(Cv1)와 제1 NMOS 트랜지스터(NM1) 및 제2 커패시터(Cv2)가 직렬로 연결되어 있다. 그리고, 상기 제1 튜닝 셀(#1)에서 NMOS 트랜지스터(NM1)의 게이트에는 복수의 인버터(I1, I2)가 연결되어 디지털튜닝제어기(300)로부터 어느 한 비트의 튜닝데이터(Fcaps)를 입력받아 작동되도록 구성되어 있다. 다단의 튜닝셀들(#2 ~ #N)은 제1 튜닝 셀(#1)과 동일한 구성으로 이루어져 있다.The first
아울러, 상기 다단의 튜닝 셀(Tuning Cell #1 ~ #N)은 셀 별로 커패시턴스가 서로 다르게 설정되어 있다. 예를 들면, 다단의 튜닝 셀이 10개로 구성되어 있을 경우 각 셀의 커패시턴스가 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 16, 32 및 64의 용량비를 갖도 록 커패시터를 구성한다. 이는 기존에 많이 사용하는 바이너리 어레이(2n; n은 0을 포함한 자연수임)에 3, 6 및 10에 대한 커패시턴스 값을 추가하여 주파수를 추정할 때 넓은 주파수 범위에 대해 공백(blank)없이 적절하게 커버할 수 있도록 하기 위함이다.In addition, the multi-stage tuning cells (
상기 제1 튜닝 셀(#1)에 설치되는 NMOS 트랜지스터(NM1)는 스위치의 역할을 하는 것으로, 코오스 제어부(330)의 튜닝데이터(Fcaps)에 의해서 온 또는 오프되며, 인버터(I1, I2)에 병렬 연결된 복수의 저항(R1, R2)은 NMOS 트랜지스터(NM1)가 오프되었을 경우 공통노드(Nd1)가 저전위(Vss)로 작용하여 커패시터(Cv1, Cv2)가 플로팅(floating)되는 현상을 막을 수 있다. The NMOS transistor NM1 provided in the first
도 5a에서와 같이 negative-Gm부(101)에 다단의 튜닝 셀로 이루어진 코오스 튜닝부(130)를 추가하여 광대역에서 도 5b와 같이 다수의 Kvco 곡선을 만든다. 여기에서, 곡선의 리니어한 부분의 기울기를 'Kvco' 또는 'VCO gain'이라 한다. 물론, 상기 Kvco 곡선은 전압제어발진기(100)로 입력되는 제어전압(vctrl)이 전압일 때를 기준으로 설정된 것이다. As shown in FIG. 5A, a
여기서, 도 5b는 코오스 튜닝부(130)로 입력되는 각 튜닝데이터(Fcaps[4:0])에 대한 Kvco 곡선을 나타낸 그래프이다. 즉, 코오스 튜닝부(130)의 커패시턴스(Cv1, Cv2, ...)를 변화시켜서 여러 개의 Kvco 곡선을 만들 수 있다. 광대역에서 모든 주파수가 선택될 수 있도록 하는 Kvco 곡선의 간격은 도 5a와 같은 내부 커패시터(Cv1, Cv2, ...)의 커패시턴스를 이용하여 조정할 수 있다.5B is a graph showing a Kvco curve for each tuning data (Fcaps [4: 0]) input to the
이와 같이 구성된 코오스 튜닝부(130)에서는 코오스 제어부(330)의 튜닝데이터(Fcaps[4:0])에 의해 각 튜닝 셀의 커패시턴스가 변화되어 전압제어발진기(100)에서 출력되기를 원하는 발진주파수에 가장 가까운 Kvco 곡선을 갖는 주파수를 생성할 수 있게 된다.In the thus configured
이와 같은 코오스 튜닝은 광대역 전압제어발진기(100)에서 Kvco가 너무 커져서 노이즈 특성이 떨어지는 것을 해결할 수 있다. 예를 들어 2GHz 내지 4GHz의 주파수 범위를 가지는 전압제어발진기(100)가 필요한 경우 코오스 튜닝만 하도록 설계된다면 2GHz에서 동작하도록 하는 커패시턴스와 4GHz에서 동작하는 커패시턴스는 실제로 큰 차이가 생기게 된다. Such a coarse tuning can solve the problem that the Kvco becomes too large in the wideband voltage-controlled
즉, 도 3에서 제어전압(vctrl)에 의한 Negative-Gm부(101)의 복수의 버랙터(Cvar1, Cvar2)에 대한 커패시턴스의 변화량은 일정한 반면, 각 발진주파수에 따라 전압제어발진기(100)가 갖는 전체적인 커패시턴스의 양은 차이가 나기 때문에 Kvco에서 2GHz와 4GHz의 경우 차이가 나게 된다. 도 5b에서 튜닝데이터인 Fcaps[N:0]가 '00000'의 값을 가지는 4GHz대역의 주파수에 속하는 Kvco 값은 Fcaps[N:0]가 '11111'일 때의 2GHz 대역의 주파수 대역의 Kvco에 비해서 큰 값을 가지게 된다. 3, the amount of change in the capacitance of the negative-
이 경우와 같이 광대역의 경우 Kvco의 값이 튜닝 주파수 범위 내에서 일정 하지 않으면 루프필터(270) 내의 RC 필터를 구성할 때, 사용한 Kvco의 값에서 벗어나는 채널에서는 노이즈 특성이 떨어지게 된다. 따라서, 아래의 도 6a와 같이 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 커패시턴스도 Kvco 튜닝부(110)로 설계하여 Kvco가 전 영역에 서 최대한 일정한 값을 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.If the value of Kvco is not constant within the tuning frequency range in the case of the wide band as in this case, the noise characteristic is deteriorated in the channel that deviates from the value of Kvco used when constructing the RC filter in the
도 6a는 도 3의 Kvco 튜닝부(110)의 세부 구성을 나타낸 것으로, Kvco 튜닝부(110)를 통해 코오스 튜닝 과정에서 선택된 Kvco 곡선의 기울기를 적절하게 튜닝하게 된다.FIG. 6A shows a detailed configuration of the
Kvco 튜닝부(110)는 제1 출력단(Vout+)과 제2 출력단(Vout-) 사이에 가변용량 다이오드인 버랙터로 이루어진 복수의 튜닝 셀(Tuning Cell #1 ~ #N)이 구성되어 있다. The
제1 튜닝 셀(#1)은 제1 출력단(Vout+)과 제2 출력단(Vout-) 사이에 복수의 버랙터(Cvar1, Cvar2)가 직렬로 연결되어 있다. 그리고, 상기 복수의 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 공통노드에는 디지털튜닝제어기(300)에서 출력되는 어느 한 비트의 튜닝데이터(Vcaps)에 따라 스위칭되어 고전위인 전원전압(Vdd) 또는 제어전압(Vctrl)을 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 공통노드로 인가하는 멀티플렉서(111)가 연결되어 있다. 나머지 튜닝 셀들(#2 ~ #N)도 제1 튜닝 셀(#1)과 동일한 구성으로 이루어져 있지만, 각 튜닝 셀(#1 ~ #N)은 서로 다른 튜닝데이터를 인가받는다.In the first
상기에서 Kvco 튜닝부(110)의 멀티플렉서(111)는 Kvco 제어부(350)로부터 입력된 튜닝데이터(Vcaps)에 따라 고전위인 전원전압(Vdd) 또는 선택수단(290)으로부터 입력되는 제어전압(Vctrl)을 선택하여 해당 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 제어단자로 공급하여 Kvco 튜닝부(110)의 커패시턴스를 제어하게 된다. 상기에서 고전압(Vdd)을 선택해서 버랙터(Cvar1, Cvar2)로 인가한 이유는 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 커패 시턴스의 특성상 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 공통노드에 고전위(Vdd)의 전압이 인가되어야만 버랙터(Cvar1, Cvar2)가 확실히 오프되어 버랙터(Cvar1, Cvar2)의 커패시턴스가 꺼진 효과를 가질 수 있기 때문이다. 또한 튜닝데이터에 따라 제어전압을 각 튜닝 셀(#1 ~#N)로 인가함으로써, Kvco 튜닝부(110)의 커패시턴스를 제어할 수 있다.The
도 6b는 코오스 튜닝부(130)의 튜닝데이터를 고정시킨 상태에서 Kvco 튜닝데이터(Vcaps[N:0])를 변화시킨 결과를 나타낸 그래프이다.6B is a graph showing the result of changing the Kvco tuning data (Vcaps [N: 0]) while the tuning data of the
여기서는, Kvco 튜닝데이터(Vcaps[N:0])를 4bit(Vcaps[3:0])로 하여 나타내었으며, 4개의 튜닝 셀로 인가되는 전압을 제어하여 Kvco의 기울기를 조정할 수 있음을 보여주고 있다. 예컨대, 튜닝데이터(Vcaps[3:0])인 '0000'은 4개의 튜닝 셀의 커패시턴스를 모두 오프한다는 의미로 멀티플렉서로부터 입력된 고전압(Vdd)이 해당 버랙터에 인가됨에 따라 커패시턴스가 오프된다. 따라서, 튜닝데이터가 '0000'인 곡선이 커패시턴스가 가장 적게 켜진 상태로 최대의 발진주파수를 가지며, Kvco 곡선의 기울기도 버랙터의 커패시턴스의 영향이 작으므로 가장 완만하게 나타난다.Here, Kvco tuning data (Vcaps [N: 0]) is represented by 4 bits (Vcaps [3: 0]) and it is shown that the slope of Kvco can be adjusted by controlling the voltage applied to four tuning cells. For example, '0000' as the tuning data (Vcaps [3: 0]) means that the capacitances are turned off as the high voltage Vdd input from the multiplexer is applied to the corresponding varactor in the sense that all the capacitances of the four tuning cells are turned off. Therefore, the curve with the tuning data '0000' has the maximum oscillation frequency with the lowest capacitance turned on, and the slope of the Kvco curve is most gentle as the influence of the capacitance of the varactor is small.
반면, Kvco 튜닝데이터(Vcaps[3:0])가 '1111'인 경우 4개의 튜닝 셀의 커패시턴스가 모두 켜진 상태로 모든 버랙터의 커패시턴스가 제어전압(Vctrl)에 의해 가변될 수 있도록 된 상태이다. 따라서, 버랙터의 커패시턴스가 가장 큰 상태로 주파수가 가장 낮게 되고, 버랙터의 커패시턴스는 제어전압에 의해서 크게 변하게 되므로 기울기가 가장 급하게 된다.On the other hand, when the Kvco tuning data (Vcaps [3: 0]) is '1111', the capacitances of all varactors can be varied by the control voltage (Vctrl) while the capacitances of the four tuning cells are all turned on . Therefore, the frequency becomes the lowest with the capacitance of the varactor being the largest, and the capacitance of the varactor is greatly changed by the control voltage, so that the slope is the most rapid.
이와 같이 튜닝데이터(Vcaps)에 따라 Kvco 튜닝부(110)의 커패시턴스가 조절 되며, 그에 따라 주파수가 다소 시프트 시프트되는 것을 알 수 있다. 이와 같이 시프트된 주파수는 추후 코오스 튜닝을 한번 더 수행함에 따라 보정할 수 있다.As described above, the capacitance of the
이와 같이 도 5a 및 도 6a와 같은 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝을 사용하여 노이즈 특성을 향상시킬 수 있다. 하지만, negative-Gm부(101)의 능력(전류 사용량)에 따라 2GHz 내지 4GHz의 튜닝 범위를 가지는 전압제어발진기(100)의 경우, 저주파(2GHz) 대역으로 갈수록 커패시턴스의 부담이 커지게 되며, 전압제어발진기(100)의 출력 스윙 진폭이 너무 작아져서 노이즈 특성을 떨어뜨리게 되고, 최악의 경우 발진을 할 수 없는 상황이 초래될 수도 있다.As described above, the noise characteristics can be improved by using the coarse tuning and the Kvco tuning as shown in FIGS. 5A and 6A. However, in the case of the voltage-controlled
이러한 우려를 해소하기 위해서는 negative-Gm부(101)에 충분한 전류가 흐르도록 설계하면 되지만, 2GHz의 대역을 커버하기 위해서 비교적 적은 전류로 충분히 동작시킬 수 있는 고주파수 대역(4GHz 대역)에서까지 저주파수 대역(2GHz 대역)과 동일한 전류로 동작시키는 것은 전력소모 측면에서 좋지 않다. In order to overcome this concern, it is necessary to design the negative-
따라서, 도 3과 같이 기존의 Negative-Gm부(101)에서는 최소한 전류로 주파수 범위를 커버할 수 있도록 구성한 후, 전압제어발진기(100)에서 출력되는 스윙을 검출해서 모든 대역에서 비슷한 크기의 스윙을 할 수 있도록 진폭 튜닝부(150)를 구성하였다.3, the conventional Negative-
상기 도 3에서 진폭검출기(160)는 전압제어발진기(100)의 출력 스윙을 검출하여 기준진폭과 비교한 후 그 비교 결과에 대한 데이터(Vampt_updown)를 디지털튜닝제어기(300)로 전달하게 된다. 디지털튜닝제어기(300)에서 진폭검출기(160)의 비교 결과에 따라 진폭 튜닝데이터(Vampt[N:0])를 변화시켜서 진폭 튜닝부(150)의 튜 닝 셀을 온, 오프를 제어하게 된다. 여기서 튜닝 셀이 온되면 negative-Gm부(101)의 전류를 늘려주어 전압제어발진기(100)의 출력 스윙을 늘릴 수 있다.3, the
도 7a는 이와 같은 진폭 튜닝부(150)의 튜닝 셀을 도시한 것이고, 도 7b는 진폭 튜닝부(150)의 진폭검출기(160)의 구성을 도시한 것이다. FIG. 7A shows the tuning cell of the
진폭 튜닝부(150)는 제1 출력단(Vout+)과 제2 출력단(Vout-) 사이에 다단의 튜닝 셀(#1 ~ #N)이 구성되어 있다.The
제1 튜닝 셀(#1)의 구조는 negative-Gm부(101)의 차동 트랜지스터와 같이 차동 트랜지스터들(PM11, PM12)(NM11, NM12)이 크로스 결합된 구조를 가지고 있고, 트랜지스터의 게이트와 각 출력단(Vout1, Vout2) 사이에 스위치(NM13, NM14)가 설치되어 디지털튜닝제어기(300)에서 전달된 어느 한 비트의 튜닝데이터(Vampt)에 따라 온 또는 오프되도록 구성되어 있다. 상기 스위치(NM13, NM14)는 NMOS 트랜지스터로, 디지털튜닝제어기(300)로부터 '하이'신호에 해당하는 튜닝데이터가 입력되면 튜닝 셀을 온시키도록 구성되어 있다.The structure of the first
모든 튜닝 셀은 상기 제1 튜닝 셀(#1)과 동일한 구성으로 이루어져 있으며, 각 튜닝 셀(#1 ~ #N)은 서로 다른 한 비트의 튜닝데이터(Vampt)를 입력받아 작동하게 된다.All the tuning cells have the same configuration as the first
아울러, 진폭검출기(160)는 도 7b와 같이, 스윙검출부(161)와 로우패스필터(163) 및 비교기(165)를 포함하여 이루어져 있다.The
스윙검출부(161)는 전압제어발진기(100)에서 출력되는 차동신호(Vout+, Vout-)를 각 NMOS 트랜지스터의 게이트 입력으로 하여 최대의 스윙 진폭을 검출한 다. 상기 검출된 신호는 로우패스필터(163; LPF)를 통하여 오실레이션될 수 있는 고주파 성분은 필터링하고, 필터링된 DC성분의 신호는 제1 바이어스(bias1)에 의해 동작하는 비교기(165)에 의해서 출력하기를 원하는 진폭 기준신호(Vampt_ref)와 상호 비교되어 그 비교 결과인 '하이'신호(Vampt_down) 또는 '로우'신호(Vampt_up)로 출력된다. The
여기에서, 진폭 튜닝부(150)는 튜닝데이터(Vampt[N:0])의 초기값으로 낮은 주파수 대역에서도 정상 동작할 수 있는, 즉 튜닝 셀을 모두 온시키는 상태인 '1111'값을 디폴트로 주는 것이 바람직하다. 이는, 진폭검출기(160)로부터 스윙을 더 키우라는 명령(Vampt_up)이 입력되면 현재 전압제어발진기(100)에서 동작시킬 수 있는 최대의 스윙 상태이기 때문에 바로 현재의 튜닝데이터를 세팅시킬 수 있고, 만일 진폭검출기(160)로부터 스윙을 더 낮추라는 명령(Vampt_down)이 입력되면 튜닝 셀을 하나씩 오프시키는 방향으로 튜닝데이터를 결정하고, 이 과정에서 진폭검출기(160)의 출력신호가 다른 값으로 변경(Vampt_down)되면 최적 값에 도달한 것으로 간주하여 진폭 튜닝을 완료할 수 있기 때문이다. 즉, 진폭 튜닝의 초기값으로 중간값이 아니라 진폭 튜닝 셀을 모두 온시키는 값으로 설정하면 최적 값에 대한 접근이 빠르고 제어가 단순하여 바람직하다.Here, the
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예에 의한 발진주파수의 전반적인 튜닝 과정을 나타낸 플로우챠트로서, 도 2 내지 도 7b를 참조하여 살펴보면 아래와 같다.8A to 8E are flowcharts showing an overall tuning process of an oscillation frequency according to an embodiment of the present invention, and will be described with reference to FIGS. 2 to 7B.
먼저, 디지털튜닝제어기(300)는 사용자의 리모콘 신호를 입력받는 마이콤 등으로부터 소정의 채널을 선택 또는 전환하는 명령이 전달되었는지를 판단하게 된다(S1). 만일 채널선택 또는 채널전환 명령이 입력되지 않으면 디지털튜닝제어기(300)는 전압제어발진기(100)가 현재의 발진주파수를 고정 및 유지하도록 전압제어발진기(100)와 분주기(215) 등을 제어한다(S2).First, the
만일, 소정의 채널선택 명령이 입력되면, 디지털튜닝제어기(300)는 전압제어발진기(100)의 각 튜닝부(110, 130, 150)로 입력되는 튜닝데이터(Fcaps, Vcaps 및 Vampt)를 미리 설정된 값으로 초기화하고, 초기화된 튜닝데이터를 이용하여 전압제어발진기(100)의 Kvco 튜닝부(110)와 코오스 튜닝부(130) 및 진폭 튜닝부(150)의 각 커패시터와 레지스터를 제어하게 된다(S3). 상기 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝의 초기값(Fcaps 및 Vcaps)의 경우에는 제어범위에서 중간값을 취하는 것이 어떤 채널에서도 원하는 발진주파수를 신속하게 획득할 수 있기 때문에 유리하다. 예컨대, 튜닝데이터가 4비트의 '0000'에서 '1111'까지의 값을 가질 수 있다면, 제어범위의 중간 값인 대략 '1000'값을 초기값(Default Value)으로 설정하는 것이 바람직하다.If a predetermined channel selection command is input, the
상기와 같이 전압제어발진기(100)를 미리 설정된 초기값으로 제어한 후, 전압제어발진기(100)에서 선택 채널에 대한 발진주파수를 정확하게 출력하도록 하기 위해 제1 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝, 진폭 튜닝 및 제2 코오스 튜닝으로 이루어진 코오스 튜닝 과정과 분주기(215)를 이용한 미세 튜닝 과정을 각각 순차적으로 수행하게 된다. After controlling the voltage-controlled
아울러, 본 발명에서는 상기 제1 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝, 진폭 튜닝 및 제 2 코오스 튜닝을 모두 수행하는 것이 아니라 일부의 튜닝 과정만을 선택하여 수행하여도 원하는 목적을 어느 정도 달성할 수도 있다. 예를 들어, 튜닝 시스템을 제1 코오스 튜닝과 미세 튜닝을 이용하여 원하는 발진주파수를 찾아가거나 또는 제1 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝 및 미세 튜닝을 이용하여 원하는 발진주파수를 찾아가거나 또는 제1 코오스 튜닝과 진폭 튜닝 및 미세 튜닝을 이용하여 원하는 발진주파수를 찾아가거나 또는 제1 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝, 진폭 튜닝 및 미세 튜닝을 이용하여 원하는 발진주파수를 찾아가도록 구성할 수도 있다. Further, in the present invention, not only the first coarse tuning, the Kvco tuning, the amplitude tuning, and the second coarse tuning are performed, but only a part of the tuning process is performed to perform some desired purposes to some extent. For example, the tuning system may be configured to either seek a desired oscillation frequency using first coarse tuning and fine tuning, or seek a desired oscillation frequency using first coarse tuning and Kvco tuning and fine tuning, Tuning and fine tuning may be used to find the desired oscillation frequency, or may be configured to seek the desired oscillation frequency using first coarse tuning and Kvco tuning, amplitude tuning, and fine tuning.
하지만, 이하에서는 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 기준으로 설명하고자 한다.However, the following description will be made based on the most preferred embodiment of the present invention.
■ 제1 코오스 튜닝■ 1st coarse tuning
그럼, 제1 코오스 튜닝 과정을 살펴보면, 디지털튜닝제어기(300)의 튜닝 제어부(310)는 제1 코오스 튜닝 과정을 수행하기 위해 코오스 제어부(330)로 인에이블 신호를 전달한다. 이에 따라, 코오스 제어부(330)는 선택수단(290)으로 제어신호(coarselock)를 출력하여 루프필터(270)의 출력이 아니라 전압생성부(280)의 출력이 전압제어발진기(100)로 공급되도록 제어한다(S11). 이 상태에서 코오스 제어부(330)는 전압생성부(280)로 제어신호(Vctrl_con)를 출력하여 중간전위인 전압이 전압제어발진기(100)의 버랙터로 공급되도록 한다. The tuning
이에 따라 전압제어발진기(100)는 버랙터로 공급되는 제어전압()과 상기에서 초기화된 튜닝데이터(Fcaps, Vcaps 및 Vampt)에 따라 소정의 주파수를 갖는 신호를 발진하게 된다.Accordingly, the voltage-controlled
이어, 코오스 제어부(330)는 프리스케일러(210)의 카운터(211)로 인에이블 신호를 출력하고, 카운터(211)는 전압제어발진기(100)로부터 출력되는 발진주파수를 소정의 시간동안 카운트하여 코오스 제어부(330)로 전달한다. 이에 따라 코오스 제어부(330)는 일정시간동안 카운트된 값을 이용하여 발진주파수를 계산하고, 계산된 발진주파수와 선택된 채널에 대한 기준주파수를 상호 비교하여 발진주파수가 기준주파수에 근접한 상태인지를 판단하게 된다(S12 ~ S14).The
만일, 상기에서 발진주파수가 원하는 기준주파수보다 클 경우(S15)에는 코오스 제어부(330)는 발진주파수를 낮추는 방향으로 튜닝데이터(Fcaps[N:0])를 선택한 후 도 5a와 같은 코오스 튜닝부(130)의 각 튜닝 셀로 출력하게 된다(S16). 코오스 튜닝부(130)에서는 튜닝데이터에 따라 각 튜닝 셀의 스위치 역할을 하는 트랜지스터가 온되면 커패시터가 켜지게 되므로 코오스 튜닝부(130)의 커패시턴스도 증가하게 되어 전압제어발진기(100)의 발진주파수는 낮아지게 된다.If the oscillation frequency is greater than the desired reference frequency in step S15, the
한편, 상기에서 발진주파수가 원하는 기준주파수보다 작을 경우에는 코오스 제어부(330)는 발진주파수를 높이는 방향으로 튜닝데이터(Fcaps[N:0])를 선택한 후 코오스 튜닝부(130)의 각 튜닝 셀로 출력하게 된다(S17). 코오스 튜닝부(130)에서는 튜닝데이터에 따라 스위치 역할을 하는 트랜지스터가 오프되면 커패시터가 꺼지게 되므로 코오스 튜닝부(130)의 커패시턴스도 감소하게 되어 전압제어발진기(100)의 발진주파수는 높아지게 된다.If the oscillation frequency is smaller than the desired reference frequency, the
이에 따라 코오스 튜닝부(130)는 프리스케일러(210)의 카운터(211)로 인에이 블 신호를 출력하고, 카운터(211)는 전압제어발진기(100)로부터 출력되는 발진주파수를 소정의 시간동안 카운트하여 코오스 제어부(330)로 전달한다. 코오스 제어부(330)는 전달된 카운트 값을 이용하여 발진주파수를 계산하고, 계산된 발진주파수와 선택된 채널에 대한 기준주파수를 상호 비교하여 발진주파수가 기준주파수에 근접한 상태인지를 다시 판단하게 된다(S12 ~S14).The
만일, 발진주파수가 기준주파수에 가장 근접한 상태일 경우, 코오스 제어부(330)는 현재의 Kvco 곡선을 갖는 코오스 튜닝데이터로 코오스 튜닝부(130)를 고정 제어하고, 제1 코오스 튜닝 완료 신호를 튜닝 제어부(310)로 전달하게 된다(S18). 즉, 제1 코오스 튜닝은 도 5b와 같이 일정한 주파수 범위 내에 있는 복수의 Kvco 곡선 중 원하는 주파수에 가장 근접한 어느 하나의 Kvco 곡선을 선택하는 과정이다. 도 5b에서는 복수의 Kvco 곡선을 편의상 일정 간격의 직선으로 표시하였지만, 실제로는 직선이 아니라 곡선으로 나타나며, 주파수 대역에 따라 각 Kvco 곡선의 간격과 기울기도 서로 다르게 나타난다.If the oscillation frequency is the closest to the reference frequency, the
■ Kvco 튜닝■ Kvco tuning
이어, 튜닝 제어부(310)는 Kvco 제어부(350)로 Kvco 튜닝을 시작하라는 인에이블 신호를 전달한다. 이에 따라 Kvco 제어부(350)는 전압생성부(280)를 제어(Vctrl_con)하여 대략 저전위인 전압이 전압제어발진기(100)의 버랙터로 공급되도록 제어하게 된다(S21). 여기서 Kcvo 튜닝 과정은 상기 제1 코오스 튜닝 과정에서 선택된 Kvco 곡선의 기울기를 알고, 그 기울기를 조정하기 위한 과정이다. 기울기를 계산하기 위해서는 Kvco 곡선 중 리니어(linear)한 구간을 체크하여야 하는 데, 리니어한 구간은 저전위(Vss)와 고전위(Vdd) 중 대략 부터 구간 사이에서 나타난다. 이에 따라 전압제어발진기(100)의 버랙터로 전압을 인가하는 것이다. 물론, 설계에 따라 인가전압 레벨은 다소 변경될 수 있다.The
이에 따라 전압제어발진기(100)는 설정된 튜닝데이터에 따라 소정의 주파수를 갖는 신호를 발진하게 된다. 여기서, 코오스 튜닝부(130)는 제1 코오스 튜닝 과정에서 결정된 튜닝데이터(Fcaps[N:0])로 설정되어 있으나, Kvco 튜닝부(110)와 진폭 튜닝부(150)의 튜닝데이터(Vcaps[N:0], Vampt[N:0])는 아직도 초기값으로 설정되어 있는 상태이다.Accordingly, the voltage-controlled
이어, Kvco 제어부(350)는 프리스케일러(210)의 카운터(211)로 인에이블 신호를 출력하고, 카운터(211)는 전압제어발진기(100)로부터 출력되는 발진주파수를 설정된 시간동안 카운트하여 Kvco 제어부(350)로 전달한다. 이에 따라 Kvco 제어부(350)는 설정 시간동안 카운트된 값을 이용하여 발진주파수를 계산하고, 계산된 제1 발진주파수를 일시 저장하게 된다(S22).The
이어, Kvco 제어부(350)는 전압생성부(280)를 제어(Vctrl_con)하여 대략 고전위인 전압이 전압제어발진기(100)의 버랙터로 공급되도록 제어하게 된다(S23).Then, the
이에 따라 전압제어발진기(100)는 설정된 튜닝데이터에 따라 소정의 주파수를 갖는 신호를 발진하게 된다. Accordingly, the voltage-controlled
Kvco 제어부(350)는 프리스케일러(210)의 카운터(211)로 인에이블 신호를 출력하고, 카운터(211)는 전압제어발진기(100)로부터 출력되는 발진주파수를 소정의 시간동안 카운트하여 Kvco 제어부(350)로 전달한다. 이에 따라 Kvco 제어부(350)는 일정시간동안 카운트된 값을 이용하여 발진주파수를 계산하고, 계산된 제2 발진주파수를 일시 저장하게 된다(S24).The
이어, Kvco 제어부(350)는 상기 전압제어발진기(100)로 인가된 제어전압(, )의 차이값과 저장된 제1 및 제2 발진주파수의 차이를 이용하여 제1 코오스 튜닝 과정에서 선택된 Kvco 곡선의 기울기를 계산하고, 계산된 기울기와 미리 설정된 기준기울기를 상호 비교하게 된다(S25). Then, the
만일, 상기 비교 결과에서 계산된 기울기가 원하는 기준기울기보다 클 경우(S27)에는 Kvco 제어부(350)는 Kvco 곡선의 기울기를 완만하게 낮추는 방향으로 튜닝데이터(Vcaps[N:0])를 선택한 후 도 6a와 같은 Kvco 튜닝부(110)의 각 튜닝 셀로 출력하게 된다(S28). 즉, 튜닝데이터에 따라 버랙터로 공급되는 전원이 다른 데, 튜닝데이터가 '0'일 경우에는 Vdd 전압이 버랙터로 인가되어 커패시턴스가 꺼짐과 아울러 도 6b와 같이 발진주파수가 높아져서 기울기가 더 완만해지게 된다. 따라서, Kvco 제어부(350)는 초기값이, 예컨대 '1100'일 경우 튜닝데이터(Vcaps[N:0])를 '1000'로 선택하고, 선택된 튜닝데이터를 Kvco 튜닝부(110)로 인가하게 된다.If the slope calculated from the comparison result is larger than the desired slope (S27), the
한편, 상기에서 계산된 기울기가 원하는 기준기울기보다 작을 경우에는 Kvco 제어부(350)는 Kvco 곡선의 기울기를 다소 높이는 방향으로 튜닝데이터(Vcaps[N:0])를 선택한 후 도 6a와 같은 Kvco 튜닝부(110)의 각 튜닝 셀로 출력하게 된다(S29). 즉, 튜닝데이터가 '1'일 경우에는 버랙터로 제어전압이 인가되어 커패시턴스가 켜짐과 아울러 도 6b와 같이 발진주파수가 낮아져 기울기가 더 급해지게 된다. 따라서, Kvco 제어부(350)는 초기값이, 예컨대 '1100'일 경우 튜닝데이터(Vcaps[N:0])를 '1110'로 선택하고, 선택된 튜닝데이터를 Kvco 튜닝부(110)의 각 튜닝 셀로 인가하게 된다.If the slope calculated above is smaller than the desired reference slope, the
이와 같이 튜닝데이터를 초기값에서 Kvco 곡선의 기울기를 낮추는 또는 높이는 방향으로 변경한 후 다시 튜닝데이터에 따라 발진된 신호의 Kvco 곡선의 기울기를 체크하게 된다(S21 ~ S26). 즉, Kvco 제어부(350)는 상기와 같이 전압제어발진기(100)로 전압과 전압을 순차적으로 공급하고, 각 발진주파수의 차이를 이용하여 기울기를 계산하고, 계산된 기울기와 기준기울기를 상호 비교하게 된다.In this way, the tuning data is changed from the initial value to the direction of lowering or heightening the slope of the Kvco curve, and then the slope of the Kvco curve of the signal oscillated according to the tuning data is checked (S21 to S26). That is, the
만일, 계산된 기울기가 기준기울기에 가장 근접한 상태일 경우(S26), Kvco 제어부(350)는 현재의 기울기를 갖는 Kvco 튜닝데이터로 Kvco 튜닝부(110)를 고정 제어하고, Kvco 튜닝 완료 신호를 튜닝 제어부(310)로 전달하게 된다(S30). 즉, Kvco 튜닝은 상기 제1 코오스 튜닝에서 선택된 Kvco 곡선의 기울기를 체크하여 도 6b와 같이 그 기울기를 기준기울기에 근접하도록 조정하는 과정이다. 도 6b에서는 복수의 Kvco 곡선을 편의상 일정 간격의 직선으로 표시하였지만, 실제로는 직선이 아니라 곡선으로 나타난다.If the calculated slope is the closest to the reference slope (S26), the
■ 진폭 튜닝■ Amplitude Tuning
이어, 튜닝 제어부(310)는 진폭 제어부(370)로 진폭 튜닝을 시작하라는 인에이블 신호를 전달한다. 이에 따라 진폭 제어부(370)는 전압생성부(280)를 제어(Vctrl_con)하여 대략 중간전위인 전압이 전압제어발진기(100)의 버랙터로 공급되도록 제어하게 된다(S31). 여기서 진폭 튜닝 과정은 전압제어발진기(100)의 출력 스윙을 원하는 진폭으로 조정하기 위한 과정이다. The
이어, 도 7b와 같은 진폭검출기(160)는 전압제어발진기(100)에서 출력되는 차동신호(Vout+, Vout-)를 입력받아 차동신호의 최대 스윙 진폭을 검출하고(S32), 검출된 DC성분의 신호를 원하는 진폭 기준전압(Vampt_ref)과 상호 비교하여 그 비교결과에 따른 '하이'신호(Vampt_down) 또는 '로우'신호(Vampt_up)를 진폭 제어부(370)로 전달한다(S33).7B, the
이에 따라 진폭 제어부(370)는 진폭검출기(160)로부터 전달된 데이터에 따라 검출된 발진주파수의 진폭이 기준진폭에 근접한지를 판단하게 되고(S34), 검출된 진폭이 기준진폭보다 클 경우(S35)에는 전압제어발진기(100)의 발진주파수의 진폭을 낮추는 방향으로 튜닝데이터(Vampt[N:0])를 선택한 후 도 7a와 같은 진폭 튜닝부(150)의 각 튜닝 셀로 출력하게 된다(S36). 즉, 튜닝데이터에 따라 스윙 진폭이 달라지는 데, 튜닝데이터가 '0'일 경우에는 트랜지스터가 오프되어 레지스턴스(resistance)가 증가됨에 따라 스윙 진폭이 작아진다. 따라서, 진폭 제어부(370) 는 초기값이, 예컨대 '1111'일 경우 튜닝데이터(Vampt[N:0])를 '1110'로 선택하고, 선택된 튜닝데이터를 진폭 튜닝부(150)의 각 튜닝 셀로 인가하게 된다.The
한편, 상기에서 검출된 진폭이 기준진폭보다 작을 경우에는 진폭 제어부(370)는 전압제어발진기(100)의 스윙 진폭을 다소 높이는 방향으로 튜닝데이터(Vampt[N:0])를 선택한 후 진폭 튜닝부(150)의 각 튜닝 셀로 출력하게 된다(S37). 여기서, 튜닝데이터가 '1'일 경우에는 트랜지스터가 온되어 출력 전류량이 증가됨에 따라 스윙 진폭이 커진다. 따라서, 진폭 제어부(370)는 초기값이, 예컨대 '1100'일 경우 튜닝데이터(Vampt[N:0])를 '1110'로 선택하고, 선택된 튜닝데이터를 진폭 튜닝부(150)로 인가하게 된다.If the detected amplitude is smaller than the reference amplitude, the
만일, 검출된 스윙 진폭이 기준진폭에 근접할 경우(S34), 현재의 진폭을 갖는 진폭 튜닝데이터로 진폭 튜닝부(150)를 고정 제어하고, 진폭 튜닝 완료 신호를 튜닝 제어부(310)로 전달하게 된다(S38). 여기에서 진폭 튜닝부(150)는 초기값을 스윙 진폭이 최대가 되는 값을 설정하는 것이 바람직한 데, 이러할 경우 스윙 진폭을 유지하거나 낮추는 방향으로만 동작하게 되어 제어가 빠르고 편리하다. 즉, 진폭 제어부(370)는 진폭검출기(160)에서 출력되는 신호(Vampt_updown)가 변경('로우' -> '하이')될 경우 스윙 진폭이 최적화된 것으로 간주하면 되므로 제어가 편리하다.If the detected swing amplitude is close to the reference amplitude (S34), the
■ 제2 코오스 튜닝■ 2nd coarse tuning
이와 같은 방식으로 제1 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝 및 진폭 튜닝을 수행하게 된다. 하지만, 상기의 Kvco 튜닝과 진폭 튜닝 과정을 통해 제1 코오스 튜닝 과정에 서 선택되었던 Kvco 곡선의 주파수가 다소 시프트될 수 있다. 이에 따라 제1 코오스 튜닝과 동일한 과정(S11 ~ S18)을 한번 더 수행할 필요가 있다.In this manner, first coarse tuning, Kvco tuning, and amplitude tuning are performed. However, the frequency of the Kvco curve selected in the first coarse tuning process can be slightly shifted through the above Kvco tuning and amplitude tuning processes. Accordingly, it is necessary to perform the same processes (S11 to S18) as in the first coarse tuning once more.
따라서, 튜닝 제어부(310)는 코오스 제어부(330)로 코오스 튜닝 인에이블 신호를 다시한번 출력한다. 이에 따라 코오스 제어부(330)는 상기 제1 코오스 튜닝 과정을 다시한번 수행하여 주파수가 시프트된 Kvco 곡선을 원래의 주파수대로 다시 시프트하여 보정하게 된다(S41, S42). Accordingly, the
이와 같은 제2 코오스 튜닝이 완료되면, 코오스 제어부(330)는 선택수단(290)으로 제어신호(coarselock)를 출력하여 전압생성부(280)의 출력신호가 아니라 루프필터(270)의 출력신호가 전압제어발진기(100)로 공급되도록 제어한 후 튜닝 제어부(310)로 제2 코오스 튜닝 완료 신호를 전달한다(S43).When the second coarse tuning is completed, the
■ 미세 튜닝■ Fine Tuning
이에 따라 튜닝 제어부(310)는 모든 코오스 튜닝이 완료된 것으로 파악하고, 프리스케일러(210)의 분주기(215)로 선택된 채널에 대한 분주비 데이터를 출력하여 분주기(215)와 PFD(230), 전하펌프(250), 루프필터(270) 및 전압제어발진기(100)의 루프를 통해 미세 튜닝이 이루어지도록 한다(S51). The
이와 같은 미세 튜닝이 이루어지면, 전압제어발진기(100)는 선택한 채널에 대한 원하는 발진주파수를 정확하게 출력하게 된다. 이와 같은 미세 튜닝에 대한 세부 과정은 일반적인 방법이므로 상세 설명을 생략한다.When such fine tuning is performed, the voltage-controlled
상기의 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 가장 바람직한 경우를 개시한 것으로, 실제로는 코오스 튜닝 과정에서 일부의 튜닝 과정만을 선택하여 수행할 수도 있다. 예를 들어, 튜닝 시스템을 제1 코오스 튜닝과 미세 튜닝을 이용하여 원하는 발진주파수를 찾아가거나 또는 제1 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝 및 미세 튜닝을 이용하여 원하는 발진주파수를 찾아가거나 또는 제1 코오스 튜닝과 진폭 튜닝 및 미세 튜닝을 이용하여 원하는 발진주파수를 찾아가거나 또는 제1 코오스 튜닝과 Kvco 튜닝, 진폭 튜닝 및 미세 튜닝을 이용하여 원하는 발진주파수를 찾아가도록 구성할 수도 있다. The above-described embodiment of the present invention discloses the most preferable case for the purpose of illustration, and actually, only a part of the tuning process may be selected and performed in the coarse tuning process. For example, the tuning system may be configured to either seek a desired oscillation frequency using first coarse tuning and fine tuning, or seek a desired oscillation frequency using first coarse tuning and Kvco tuning and fine tuning, Tuning and fine tuning may be used to find the desired oscillation frequency, or may be configured to seek the desired oscillation frequency using first coarse tuning and Kvco tuning, amplitude tuning, and fine tuning.
이와 같은 다양한 실시에 따라 전압제어발진기와 디지털튜닝제어기의 구성이 그 제어 방식에 맞게 적절하게 변경될 수 있음은 자명하다. 그러므로, 이러한 수정, 변경 및 부가는 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.It is apparent that the configurations of the voltage-controlled oscillator and the digital tuning controller can be appropriately changed according to the control method according to various embodiments as described above. Therefore, such modifications, alterations, and additions should be defined by the claims appended hereto, as well as the appended claims.
도 1은 일반적인 전압제어발진기의 회로를 나타낸 도면이다.1 is a circuit diagram of a general voltage controlled oscillator.
도 2는 본 발명에 의한 발진주파수 튜닝 장치를 나타낸 회로 블록도이다.2 is a circuit block diagram showing an oscillation frequency tuning apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 전압제어발진기의 구성을 나타낸 개념도이다. 3 is a conceptual diagram showing a configuration of a voltage-controlled oscillator according to the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 디지털튜닝제어기를 세부 회로를 나타낸 블록도이다.4 is a block diagram showing a detailed circuit of the digital tuning controller according to the present invention.
도 5a는 도 3의 코오스 튜닝부의 세부 구성을 도시한 회로도이다.5A is a circuit diagram showing the detailed configuration of the coarse tuning unit of FIG.
도 5b는 코오스 튜닝부로 입력되는 각 튜닝데이터에 대한 Kvco 곡선을 나타낸 그래프이다.5B is a graph showing a Kvco curve for each tuning data input to the coarse tuning unit.
도 6a는 도 3의 Kvco 튜닝부의 튜닝 셀을 도시한 회로도이다.6A is a circuit diagram showing a tuning cell of the Kvco tuning section of FIG.
도 6b는 코오스 튜닝부의 튜닝데이터를 고정시킨 상태에서 Kvco 튜닝데이터를 변화시킨 결과를 나타낸 그래프이다6B is a graph showing a result of changing Kvco tuning data while the tuning data of the coarse tuning section is fixed
도 7a는 도 3의 진폭 튜닝부의 튜닝 셀을 도시한 회로도이다.7A is a circuit diagram showing a tuning cell of the amplitude tuning unit of FIG.
도 7b는 도 3의 진폭 튜닝부의 진폭검출기의 구성을 도시한 회로도이다.FIG. 7B is a circuit diagram showing the configuration of the amplitude detector of the amplitude tuning section of FIG. 3; FIG.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예에 의한 발진주파수의 전반적인 튜닝 과정을 나타낸 플로우챠트이다.8A to 8E are flow charts showing an overall tuning process of an oscillation frequency according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
100: 전압제어발진기(VCO) 101: negative-Gm부100: voltage controlled oscillator (VCO) 101: negative-Gm unit
110: Kvco 튜닝부 130: 코오스 튜닝부110: Kvco tuning unit 130: coarse tuning unit
150: 진폭 튜닝부 160: 진폭 검출기150: amplitude tuning unit 160: amplitude detector
210: 프리스케일러 211: 카운터210: prescaler 211: counter
215: 분주기 230: PFD(Phase Frequency Detector)215: Frequency divider 230: PFD (Phase Frequency Detector)
250: 전하펌프 270: 루프필터250: Charge pump 270: Loop filter
280: 전압생성부 290: 선택수단280: voltage generator 290: selection means
300: 디지털튜닝제어기 310: 튜닝 제어부300: Digital tuning controller 310: Tuning control part
330: 코오스 제어부 350: Kvco 제어부330: Coose control unit 350: Kvco control unit
370: 진폭 제어부370: amplitude controller
Claims (29)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101563438B1 (en) | 2014-12-11 | 2015-10-27 | 성균관대학교산학협력단 | Injection locked frequency divider capable of adjusting oscillation frequency |
Citations (2)
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KR970055432A (en) * | 1995-12-28 | 1997-07-31 | 김광호 | Oscillation frequency automatic regulation circuit of voltage controlled oscillator |
US20060226916A1 (en) * | 2005-04-11 | 2006-10-12 | Octavian Florescu | PLL lock management system |
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2008
- 2008-08-05 KR KR1020080076281A patent/KR101478363B1/en active IP Right Grant
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