KR101752599B1 - Frequency Synthesizer - Google Patents
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Abstract
본 실시예에 의한 주파수 합성기는: 기준 신호를 제공하는 발진부와, 제어 신호에 상응하는 신호를 제공하되, 미리 정해진 복수의 대역 중 어느 하나의 대역에 속하는 주파수를 가지는 신호를 출력하는 전압 제어 발진기(VCO, Voltage Controlled Oscillator)와, 전압 제어 발진기가 출력한 신호를 제공받아 분주하여 출력하는 분주기(divider)와, 분주기가 출력한 신호와 기준 신호를 제공받아 위상 차이 및 주파수 차이에 상응하는 오차 신호(error signal)를 제공하는 위상 주파수 검출기(Phase Frequency Detector)와, 오차 신호에 상응하도록 전압 제어 발진기를 제어하는 제어 신호를 형성하는 전하 펌프(charge pump) 및 위상 주파수 검출기가 제공하는 노이즈를 제거하는 루프 필터를 포함하며, 전압 제어 발진기가 제공한 신호를 출력 신호로 출력하는 위상 고정 루프, 위상 고정 루프의 출력 신호를 미리 설정된 분주비로 분주하여 출력하는 분주부 및 위상 고정 루프의 출력 신호의 주파수 대역 및 분주비 중 어느 하나 이상을 제어하는 제어부를 포함한다.The frequency synthesizer according to the present embodiment includes: an oscillation unit that provides a reference signal; and a voltage-controlled oscillator (not shown) that provides a signal corresponding to the control signal and outputs a signal having a frequency belonging to one of a plurality of predetermined bands A voltage controlled oscillator (VCO), a divider for receiving and outputting a signal output from the voltage controlled oscillator, and a divider for receiving a signal output from the divider and a reference signal, A phase frequency detector for providing an error signal and a charge pump and a phase frequency detector for forming a control signal for controlling the voltage controlled oscillator so as to correspond to the error signal, A phase locked loop including a loop filter for outputting a signal provided by the voltage controlled oscillator as an output signal, The frequency bands and the frequency division ratio of the output signal of the minute dividing and outputting an output signal frequency division ratio preset housewife and a phase locked loop of the loop including a controller for controlling any one or more than one.
Description
본 발명은 주파수 합성기에 관한 것이다.The present invention relates to a frequency synthesizer.
종래의 위상 고정 루프 주파수 합성기(PLL, Frequency Synthesizer)는 위상 주파수 검출기(PFD, Phase Frequency Detector), 분주기(divider), 전하 펌프(charge pump) 및 전압 제어 발진기(VCO, Voltage Controlled Oscillator)를 포함한다. 분주기는 전압 제어 발진기가 제공한 출력 신호의 주파수를 분주하여 위상 주파수 검출기에 제공하며, 위상 주파수 검출기는 분주된 신호와 기준 신호와의 위상, 주파수 차이에 따른 오차 신호를 차지 펌프에 제공한다. 차지 펌프는 오차 신호에 상응하는 전압 신호를 전압 제어 발진기에 제공하여 출력 신호의 위상, 주파수를 제어한다. A conventional phase locked loop synthesizer (PLL) includes a phase frequency detector (PFD), a divider, a charge pump, and a voltage controlled oscillator (VCO). do. The frequency divider divides the frequency of the output signal provided by the voltage controlled oscillator and provides it to the phase frequency detector. The phase frequency detector provides the error signal according to the phase difference and frequency difference between the divided signal and the reference signal to the charge pump. The charge pump provides a voltage signal corresponding to the error signal to the voltage controlled oscillator to control the phase and frequency of the output signal.
종래 주파수 합성기 출력 신호의 주파수를 변경하고자 할 때, 분주기의 분주비(divide ratio)를 조절하여 루프가 다시 고정되도록 하여야 한다. 분주비를 변화하는 경우에는 변화된 분주비에 따라 위상 고정 루프가 위상 및 주파수 고정될 때까지의 고정 시간이 필요하며, 나아가 시스템 안정성(stability)의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 전압제어 발진기가 출력 가능한 주파수 범위 내에서만 주파수 변경이 가능하나 발진기가 넓은 범위의 주파수를 가져 발진기 이득이 큰 경우에는 위상 잡음에 나쁜 영향을 준다.When changing the frequency of the conventional frequency synthesizer output signal, the divide ratio of the frequency divider should be adjusted to fix the loop again. In the case of changing the frequency division ratio, a fixed time is required until the phase locked loop is fixed in phase and frequency according to the changed frequency division ratio, and further, there may arise a problem of system stability. In addition, although the frequency can be changed only within the frequency range in which the voltage-controlled oscillator can output, when the oscillator has a wide range of frequencies and the oscillator gain is large, the phase noise is adversely affected.
본 실시예는 상기한 종래 주파수 합성기의 단점을 해결하기 위한 것으로, 출력 주파수를 변화하고자 하는 경우에도 고정 시간이 불필요하며, 양호한 위상 잡음 특성을 가지며, 넓은 범위의 주파수를 제공하는 주파수 합성기를 제공하는 것이 본 실시예의 주된 목적 중 하나이다.The present embodiment solves the disadvantages of the conventional frequency synthesizer described above and provides a frequency synthesizer that does not require a fixed time even when the output frequency is to be changed, has good phase noise characteristics, and provides a wide range of frequencies Is one of the main objects of the present embodiment.
본 실시예에 의한 주파수 합성기는: 기준 신호를 제공하는 발진부와, 제어 신호에 상응하는 신호를 제공하되, 미리 정해진 복수의 대역 중 어느 하나의 대역에 속하는 주파수를 가지는 신호를 출력하는 전압 제어 발진기(VCO, Voltage Controlled Oscillator)와, 전압 제어 발진기가 출력한 신호를 제공받아 분주하여 출력하는 분주기(divider)와, 분주기가 출력한 신호와 기준 신호를 제공받아 위상 차이 및 주파수 차이에 상응하는 오차 신호(error signal)를 제공하는 위상 주파수 검출기(Phase Frequency Detector)와, 오차 신호에 상응하도록 전압 제어 발진기를 제어하는 제어 신호를 형성하는 전하 펌프(charge pump) 및 위상 주파수 검출기가 제공하는 노이즈를 제거하는 루프 필터를 포함하며, 전압 제어 발진기가 제공한 신호를 출력 신호로 출력하는 위상 고정 루프, 위상 고정 루프의 출력 신호를 미리 설정된 분주비로 분주하여 출력하는 분주부 및 위상 고정 루프의 출력 신호의 주파수 대역 및 분주비 중 어느 하나 이상을 제어하는 제어부를 포함한다.The frequency synthesizer according to the present embodiment includes: an oscillation unit that provides a reference signal; and a voltage-controlled oscillator (not shown) that provides a signal corresponding to the control signal and outputs a signal having a frequency belonging to one of a plurality of predetermined bands A voltage controlled oscillator (VCO), a divider for receiving and outputting a signal output from the voltage controlled oscillator, and a divider for receiving a signal output from the divider and a reference signal, A phase frequency detector for providing an error signal and a charge pump and a phase frequency detector for forming a control signal for controlling the voltage controlled oscillator so as to correspond to the error signal, A phase locked loop including a loop filter for outputting a signal provided by the voltage controlled oscillator as an output signal, The frequency bands and the frequency division ratio of the output signal of the minute dividing and outputting an output signal frequency division ratio preset housewife and a phase locked loop of the loop including a controller for controlling any one or more than one.
본 실시예에 의한 주파수 합성기에 의하면 광대역 주파수에 걸쳐 신호를 출력하는 경우에도 위상 잡음 특성이 향상된다는 장점이 제공된다. 나아가, 본 실시예에 의한 주파수 합성기에 의하면 제어부가 기준 신호를 제공하는 발진기를 선택하는 경우를 제외하고는 위상 고정 루프에서의 고정 시간(locking time)이 소요되지 않아 신속하게 출력 주파수를 변경할 수 있다는 장점이 제공된다.The frequency synthesizer according to the present embodiment provides an advantage that the phase noise characteristic is improved even when a signal is output over a wideband frequency. Further, according to the frequency synthesizer according to the present embodiment, a locking time in the phase locked loop is not required, and the output frequency can be changed quickly, except when the control unit selects an oscillator providing a reference signal Advantages are provided.
도 1은 본 실시예에 의한 주파수 합성기의 개요를 도시한 개요적 블록도이다.
도 2는 발진부의 개요를 도시한 도면이다.
도 3(a) 내지 도 3(e)는 기준 신호의 주파수 및 분주부의 분주비에 따라 형성되는 출력 신호의 개형을 도시한 도면이다.
도 4(a)는 1.485GHz에서의 발진기 위상 잡음을 도시한 도면이고, 도 4(b)는 540MHz에서의 발진기 위상 잡음을 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예의 전압 제어 발진기의 튜닝 범위(tuning range)를 도시한다.1 is a schematic block diagram showing an outline of a frequency synthesizer according to the present embodiment.
2 is a diagram showing an outline of an oscillation section.
Figs. 3 (a) to 3 (e) are diagrams showing the openings of the output signal formed in accordance with the frequency of the reference signal and the division ratio of the dividing portion.
4 (a) shows an oscillator phase noise at 1.485 GHz, and FIG. 4 (b) shows an oscillator phase noise at 540 MHz.
5 shows the tuning range of the voltage-controlled oscillator of this embodiment.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms "first "," second ", and the like are used to distinguish one element from another and should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "상부에" 또는 "위에"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접촉하여" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "개재하여"와 "바로 ~개재하여", "~사이에"와 "바로 ~ 사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "on" or "on" another element, it may be directly on top of the other element, but other elements may be present in between. On the other hand, when an element is referred to as being "in contact" with another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as "intervening" and "intervening", between "between" and "immediately" or "neighboring" Direct neighbors "should be interpreted similarly.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the singular " include "or" have "are to be construed as including a stated feature, number, step, operation, component, It is to be understood that the combination is intended to specify that it is present and not to preclude the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Each step may take place differently from the stated order unless explicitly stated in a specific order in the context. That is, each step may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in reverse order.
본 개시의 실시예들을 설명하기 위하여 참조되는 도면은 설명의 편의 및 이해의 용이를 위하여 의도적으로 크기, 높이, 두께 등이 과장되어 표현되어 있으며, 비율에 따라 확대 또는 축소된 것이 아니다. 또한, 도면에 도시된 어느 구성요소는 의도적으로 축소되어 표현하고, 다른 구성요소는 의도적으로 확대되어 표현될 수 있다.The drawings referred to for explaining embodiments of the present disclosure are exaggerated in size, height, thickness, and the like intentionally for convenience of explanation and understanding, and are not enlarged or reduced in proportion. In addition, any of the components shown in the drawings may be intentionally reduced, and other components may be intentionally enlarged.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the relevant art and can not be construed as having ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the present application .
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예에 의한 주파수 합성기를 설명한다. 도 1은 본 실시예에 의한 주파수 합성기의 개요를 도시한 개요적 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 주파수 합성기(1)는 기준 신호를 제공하는 발진부(XO, 100)와, 제어 신호(con)에 상응하는 출력 신호(outPLL)를 제공하되, 미리 정해진 복수의 대역 중 어느 하나의 대역에 속하는 주파수를 가지는 신호를 출력하는 전압 제어 발진기(VCO, Voltage Controlled Oscillator, 500)와, 전압 제어 발진기가 출력한 신호를 제공받아 분주하여 출력하는 분주기(divider, 600)와, 분주기(600)가 출력한 신호와 기준 신호(ref)를 제공받아 위상 차이 및 주파수 차이에 상응하는 오차 신호(error signal)를 제공하는 위상 주파수 검출기(Phase Frequency Detector, 200), 오차 신호에 상응하도록 전압 제어 발진기를 제어하는 제어 신호를 형성하는 전하 펌프(charge pump, 300) 및 위상 주파수 검출기(200)가 제공하는 노이즈를 제거하는 루프 필터(400)를 포함하며, 전압 제어 발진기(500)가 제공한 신호를 출력 신호(outPLL)로 출력하는 위상 고정 루프(10)와, 위상 고정 루프(10)의 출력 신호(outPLL)를 미리 설정된 분주비로 분주하여 출력하는 분주부(20) 및 위상 고정 루프의 출력 신호의 주파수 대역 및 분주비 중 어느 하나 이상을 제어하는 제어부(800)를 포함한다.Hereinafter, a frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a schematic block diagram showing an outline of a frequency synthesizer according to the present embodiment. 1, the
전압 제어 발진기(VCO, 500)는 제공된 제어 신호(con)에 상응하는 출력 신호(outPLL)를 형성하여 출력한다. 일 예로, 전압 제어 발진기(VCO, 500)는 링 오실레이터, LC 오실레이터 등을 활용하여 형성할 수 있다. 본 실시예에 의한 전압 제어 발진기(VCO, 500)는 미리 정해진 복수의 대역 중 어느 하나의 대역에 속하는 주파수를 가지는 신호를 출력한다. A voltage controlled oscillator (VCO) 500 forms and outputs an output signal out PLL corresponding to the provided control signal con. For example, the voltage controlled oscillator (VCO) 500 may be formed using a ring oscillator, an LC oscillator, or the like. The voltage-controlled oscillator (VCO) 500 according to this embodiment outputs a signal having a frequency belonging to any one of a plurality of predetermined bands.
분주기(600)는 전압 제어 발진기(VCO, 500)가 제공한 출력 신호(outPLL)를 제공받아 분주비로 분주하여 위상 주파수 검출기(PFD, 200)에 제공한다. 일 실시예로, 분주기(600)는 도 1로 도시된 것과 같이 고정된 분주비(dividing ratio)로 출력 신호(outPLL)를 분주하여 제공할 수 있다. 도시되지 않은 다른 실시예에 의하면 제어부(800)는 분주기(600)에 제어 신호를 제공하여 분주기(600)의 분주비를 제어할 수 있다. 분주기(600)는 일 예로, 프리 스케일러(pre-scaler)와 디바이더를 포함할 수 있다. The
위상 주파수 검출기(200)는 기준 신호(ref)와 분주기(600)가 출력한 신호를 제공받아 위상과 주파수 차이를 검출한 오차 신호(UP, DN)을 출력한다. 일 예로, 오차 신호(UP, DN)는 분주된 출력 신호의 주파수, 위상이 기준 신호(ref)의 주파수, 위상에 비하여 늦은 경우에는 제공되는 펌프 업(UP) 신호와, 반대로 분주된 출력 신호의 주파수, 위상이 기준 신호(ref)의 주파수, 위상에 비하여 늦은 경우에는 제공되는 펌프 다운(DN) 신호를 포함한다. The
전하 펌프(300)는 위상 주파수 검출기(200)가 제공한 오차 신호(UP, DN)를 제공받아 오차 신호에 상응하도록 전하를 펌핑한다. 일 예로, 전하 펌프는 펌프 업 신호(UP) 또는 펌프 다운(DN) 신호의 펄스폭에 상응하도록 전하를 전하 축적 수단에 펌핑(pumping)하거나 전하 축적 수단에 축적된 전하를 플러시(flush)하여 전하 축적 수단에 형성되는 전압을 오차 신호에 상응하도록 상승시키거나, 감소시킨다. The
루프 필터(400)는 저역 통과 필터(Low Pass Filter) 구성을 가질 수 있으며 위상 주파수 검출기(200)가 제공하는 신호에 포함된 스퍼리어스 노이즈(spurious noise)를 제거한다. 또한, 루프 필터(400)는 전하 펌프의 펌핑 또는 플러시 동작에 따라 전하를 축적 또는 방출하는 전하 축적 수단(미도시)을 포함한다. 전하 펌프(300)의 펌핑 또는 플러시 동작에 따라 전하 축적 수단에 축적되는 전하량이 변화하고, 전하 축적 수단에 형성되는 전압도 변화한다. 결과적으로 전압 제어 발진기(VCO, 500)에 제공되는 제어 신호(con)의 전압은 오차 신호에 상응하도록 변화한다. 이와 같이 형성된 제어 신호(con)를 전압 제어 발진기(VCO, 500)에 제공하여 목적하는 주파수, 위상을 가지는 출력 신호(outPLL)를 형성할 수 있다. The
도 2는 발진부(XO, 100)의 개요를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 발진부(100)는 각각 하나의 주파수를 가지는 신호를 출력하는 복수의 발진기들(100a, 100b, …, 100n)을 포함할 수 있다. 제어부(800)는 제어 신호로 스위치들을 제어하여 발진부(100)가 제공하는 신호의 주파수를 제어할 수 있다. 2 is a diagram showing an outline of the oscillation unit XO (100). Referring to FIG. 2, the
발진부(XO, 100)는 기준 주파수를 가지는 기준 신호(ref)를 제공한다. 일 실시예로, 발진부(XO, 100)는 크리스탈 오실레이터, 온도보상 크리스탈 오실레이터(TCXO, Temperature Compensated crystal oscillator), 전압보상 크리스탈 오실레이터(VCXO, Voltage Compensated crystal oscillator)중 어느 하나로 구현할 수 있다. The oscillation unit (XO, 100) provides a reference signal ref having a reference frequency. In one embodiment, the
분주기(DIV, 600)는 입력된 신호의 주파수를 분주하여 출력한다. 위상 고정 루프 출력 신호의 주파수는 분주기(DIV, 600)의 분주비를 설정함에 따라 변화한다. 도 1로 예시된 본 실시예에 의한 주파수 합성기(1)의 구현예에 의하면, 분주기(600)의 분주비는 고정되어 있으나, 제어부(800)는 복수의 발진기(100a, 100b, …, 100n)들이 제공하는 서로 다른 주파수를 가지는 신호들 중 하나를 기준 신호(ref)로 제공하도록 발진부(100)를 제어하여 위상 고정 루프 출력 신호(outPLL)의 주파수를 조절할 수 있다. The divider (DIV) 600 divides the frequency of the input signal and outputs it. The frequency of the phase locked loop output signal varies as the dividing ratio of the frequency divider (DIV) 600 is set. According to the embodiment of the
도시되지 않은 본 실시예에 의한 주파수 합성기(1)의 다른 구현예에 의하면, 발진부(100)는 하나의 기준 신호(ref)를 제공하는 하나의 발진기를 포함할 수 있으며, 제어부(800)는 분주기(600)의 분주비를 제어하여 위상 고정 루프 출력 신호(outPLL)의 주파수를 조절할 수 있다.According to another embodiment of the
분주부(20)는 위상 고정 루프(10)의 출력 신호(outPLL)를 제공받아 목적하는 주파수로 분주하여 출력한다. 일 실시예로, 분주부(20)는 위상 고정 루프(10)의 출력 신호(outPLL)를 제공하는 제1 경로(R1), 분주부(20)는 위상 고정 루프(10)의 출력 신호(outPLL)를 제1 분주비로 분주하여 제공하는 제2 경로(R2) 및 위상 고정 루프(10)의 출력 신호(outPLL)를 제2 분주비로 분주하여 제공하는 제3 경로(R3)를 포함한다. 일 예로, 제3 경로(R3)는 도시된 바와 같이 제2 경로에서 제1 분주비로 분주된 신호를 제공받아 다시 제2 분주비로 분주하여 제공하는 경로일 수 있다. 다른 예로, 제3 경로 (R3)는 위상공정 루프 출력 신호(outPLL)을 제공받아 제2 분주비로 분주하여 출력 신호를 제공할 수 있다. The
일 실시예로, 분주부(20)에 포함된 분주기들(712, 722)은 미리 설정된 분주비를 가진다. 일 예로, 분주기들(712, 722)은 지연 플립 플롭(Delay Flip-Flop), 토글 플립 플롭(Toggle Flip-Flop), JK 플립 플롭 등의 지연 소자로 구현될 수 있다. 다른 실시예로, 분주부(20)에 포함된 분주기들(712, 722)는 제어부(800)에 의하여 분주비가 제어되는 분주기로 구현될 수 있다. In one embodiment, the
일 실시예로, 멀티플렉서(900)는 제어부(800)에 의하여 제어되며 제1 경로(R1)의 출력 신호, 제2 경로(R2)의 출력 신호 및 제3 경로(R3)의 출력 신호 중 어느 하나를 출력 신호(OUT)으로 제공한다. 다른 실시예로, 멀티플렉서(900)는 제어부(800)에 의하여 제어되어 제1 경로(R1)의 출력 신호, 제2 경로(R2)의 출력 신호 및 제3 경로(R3)의 출력 신호 중 어느 하나 이상을 출력 신호(OUT)으로 제공한다.In one embodiment, the
제어부(800)는 본 실시예에 의한 주파수 합성기(1)가 복수의 주파수 대역 중 목적하는 주파수를 가지는 신호를 출력하도록 주파수 합성기(1)를 제어한다. 일 예로, 제어부(800)는 I2C(Inter-Integrated Circuit)의 마스터 장치로 구현될 수 있으며, 제어부(800)에 의하여 제어되는 발진부(100), 분주부(20) 또는 분주기(600)등은 I2C(Inter-Integrated Circuit)의 슬레이브 장치로 구현될 수 있다.The
이하에서는 본 실시예에 의한 주파수 합성기(1)의 동작을 설명한다. 다만, 분주기(712, 722)는 각각 입력으로 제공된 신호의 주파수를 이분주하여 출력하는 경우를 예로서 설명한다. 발진부(100)는 두 개의 발진기를 포함하며, 이들은 각각 27MHz의 주파수를 가지는 기준 신호와 74.25MHz 주파수를 가지는 기준 신호를 제공한다. 제어부(800)는 발진부(100)을 제어하여 복수의 두 신호 중 어느 하나를 기준 신호(ref)로 위상 주파수 검출기(200)에 제공한다. Hereinafter, the operation of the
위상 주파수 검출기(200)는 기준 신호(ref)와 분주기(600)가 분주한 위상 고정 루프의 출력 신호(outPLL)를 입력 받고 제공받고 양 신호의 위상차, 주파수 차이에 상응하는 오차 신호(UP, DN)을 형성하여 전하 펌프(300)에 제공한다. 전하 펌프(300)는 제공받은 오차 신호에 상응하도록 전하 축적 수단에 전하를 펌핑하거나, 플러시 하여 제어 신호(con)을 형성한다. 루프 필터(400)는 위상 주파수 검출기(200)가 제공하는 신호들 중 오차 신호 이외의 노이즈를 제거하고, 전하 축적 수단에 형성된 제어 신호(con)을 전압 제어 발진기(500)에 제공하여 목적하는 위상과 주파수를 가지는 위상 고정 루프의 출력 신호(outPLL)를 형성한다.The
일 실시예로, 분주기(600)의 분주비는 기준 신호(ref)의 주파수가 27 MHz일 때 위상 고정 루프의 출력 신호(outPLL)의 주파수는 540 MHz가 되도록 설정된다. 또한, 분주기(600)의 분주비는 기준 클록 주파수(ref)가 74.25 MHz일때 위상 고정 루프의 출력 신호(outPLL)의 주파수는 1.485 GHz가 되도록 설정된다. 다른 실시예로, 하나의 발진기를 사용하는 경우에는 제어부(800)가 위상 고정 루프 출력 신호(outPLL)의 주파수가 540 MHz 및 1.485 GHz 중 어느 하나가 되도록 분주기(600)의 분주비를 제어한다.In one embodiment, the frequency division ratio of the
제어부(800)는 주파수 합성기(1)가 목적하는 주파수를 출력하도록 스위치들(S1, S2, S3) 및 멀티플렉서(900)를 제어한다. 일 예로, 위상 고정 루프의 출력 신호(outPLL) 주파수와 동일한 주파수를 가지는 출력 신호(OUT)를 출력하고자 하는 경우에, 제어부(800)는 S1 스위치를 턴 온 하고, 제1 경로(R1)의 출력 신호가 출력 되도록 멀티플렉서(900)를 제어한다. The
다른 예로, 위상 고정 루프의 출력 신호(outPLL) 주파수의 1/2되는 주파수를 가지는 신호를 출력할 경우에, 제어부(800)는 S2 스위치를 턴 온 하고, 제2 경로(R2)의 출력 신호가 출력 되도록 멀티플렉서(900)를 제어한다. 입력으로 제공된 위상 고정 루프의 출력 신호(outPLL)의 주파수가 540 MHz 이면 출력 신호(OUT)의 주파수는 이분주된 270MHz를 가지며, 입력으로 제공된 위상 고정 루프의 출력 신호(outPLL)의 주파수가 1.485 GHz 이면 출력 신호(OUT)의 주파수는 742.5MHz를 가진다.As another example, when outputting a signal having a frequency that is one-half the frequency of the output PLL of the phase locked loop, the
또 다른 예로, 위상 고정 루프의 출력 신호(outPLL) 주파수의 1/4 되는 주파수를 가지는 신호를 출력하고자 하는 경우에, 제어부(800)는 S2 스위치 및 S3 스위치를 턴 온 하고, 제3 경로(R3)의 출력 신호가 출력 되도록 멀티플렉서(900)를 제어한다. 입력으로 제공된 위상 고정 루프의 출력 신호(outPLL)의 주파수가 540 MHz 이면 출력 신호(OUT)의 주파수는 사분주된 135MHz를 가지며, 입력으로 제공된 위상 고정 루프의 출력 신호(outPLL)의 주파수가 1.485 GHz 이면 출력 신호(OUT)의 주파수는 371.25MHz를 가진다.As another example, when it is desired to output a signal having a frequency that is 1/4 of the output PLL frequency of the phase locked loop, the
모의 imitation 실험예Experimental Example
이하에서는 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 실시예에 의한 주파수 합성기 모의 실험예를 설명한다. 도 3(a)는 1.485GHz의 위상 고정 루프 출력 신호(outPLL)를 제공받아 제1 경로를 통하여 출력한 신호의 개형을 도시한 도면이고, 도 3(b)는 1.485GHz의 위상 고정 루프 출력 신호(outPLL)를 제공받아 제2 경로로 이분주하여 형성된 742.5MHz의 주파수를 가지는 신호의 개형을 도시한 도면이다. 도 3(c)는 540MHz의 위상 고정 루프 출력 신호(outPLL)를 제공받아 제1 경로를 통하여 출력한 신호의 개형을 도시한 도면이고, 도 3(d)는 540MHz의 위상 고정 루프 출력 신호(outPLL)를 제공받아 제2 경로를 통하여 이분주하여 형성된 270MHz ?F파수를 가지는 신호의 개형을 도시한 도면이며, 도 3(e)는 540MHz의 위상 고정 루프 출력 신호(outPLL)를 제공받아 제3 경로로 사분주하여 형성된 135MHz의 주파수를 가지는 신호의 개형을 도시한 도면이다. 도 3(a) 내지 도 3(e)로 도시된 바와 같이 목적하는 주파수를 출력하는 것을 확인할 수 있다.Hereinafter, a frequency synthesizer simulation example according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 3 to FIG. 3 (a) is a view showing an open form of a signal output through a first path in response to a phase locked loop output signal (out PLL ) of 1.485 GHz, and FIG. 3 (b) And a signal having a frequency of 742.5 MHz formed by dividing the second path by receiving an out PLL signal. 3C is a diagram showing an open form of a signal output through the first path in response to a 540MHz phase locked loop output signal out PLL . FIG. 3D shows a phase locked loop output signal of 540MHz receiving provide out PLL) is a view showing the ever-open type of signal having a 270MHz? F frequency formed by the frequency divider via a second path, and Fig. 3 (e) are received provides a phase-locked loop output signal (out PLL) of 540MHz And a signal having a frequency of 135 MHz formed by dividing into a third path is shown. It can be confirmed that the target frequency is output as shown in Figs. 3 (a) to 3 (e).
도 4(a)는 1.485GHz에서의 발진기 위상 잡음을 도시한 도면이고, 도 4(b)는 540MHz에서의 발진기 위상 잡음을 도시한 도면이다. 도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 1MHz에서 -101dBc/Hz, -105 dBc/Hz의 위상 잡음을 가지는 것을 확인할 수 있다. 일반적인 링 VCO(Ring-VCO)의 위상잡음이 1MHz에서 -80 ~ -90 dBc/Hz 정도인 것과 비교하면, 대략 10 dBc/Hz ~ 20dBc/Hz의 위상 잡음 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 4 (a) shows an oscillator phase noise at 1.485 GHz, and FIG. 4 (b) shows an oscillator phase noise at 540 MHz. Referring to FIGS. 4 (a) and 4 (b), it can be seen that the phase noise is -101 dBc / Hz and -105 dBc / Hz at 1 MHz. It can be seen that the phase noise characteristic of approximately 10 dBc / Hz to 20 dBc / Hz is improved compared with that of the ring-VCO (phase noise of general ring VCO) of about -80 to -90 dBc / Hz at 1 MHz.
도 5는 본 실시예의 전압 제어 발진기의 튜닝 범위(tuning range)를 도시한다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이 전압 제어 발진기에 제공되는 제어 전압(con)이 0.7833V 일 때 출력 신호의 주파수는 1.485GHz인 것을 확인할 수 있으며, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 전압 제어 발진기에 제공되는 제어 전압(con)이 0.703V 일 때 출력 신호의 주파수는 540M인 것을 확인할 수 있다. 종래의 광대역 전압 제어 발진기와는 달리 정해진 복수의 대역 중 어느 하나의 대역에 속하는 주파수를 가지는 신호를 출력한다. 5 shows the tuning range of the voltage-controlled oscillator of this embodiment. As shown in FIG. 5A, when the control voltage con provided to the voltage-controlled oscillator is 0.7833V, the frequency of the output signal is 1.485GHz. As shown in FIG. 5B, When the control voltage con supplied to the control oscillator is 0.703V, it can be confirmed that the frequency of the output signal is 540M. Unlike a conventional broadband voltage controlled oscillator, outputs a signal having a frequency belonging to one of a plurality of predetermined bands.
종래의 광대역 전압 제어 발진기는 광대역의 특성상 전압 제어 발진기의 이득(kVCO)가 증가할 수 밖에 없어 135MHz에서 1.485GHz까지의 광대역 주파수를 가지는 신호를 얻고자 하는 경우에는 위상 잡음 특성이 열화된다. 그러나, 본 실시예에 의한 주파수 합성기에 의하면 135MHz에서 1.485GHz까지의 광대역 주파수를 가지는 신호를 출력하는 경우에도 종래 기술에 비하여 10 dBc/Hz ~ 20dBc/Hz의 위상 잡음 특성이 향상된다는 장점이 제공된다.The conventional broadband voltage controlled oscillator has a problem that the gain (kVCO) of the voltage controlled oscillator is increased due to the characteristics of the wide band, so that the phase noise characteristic is degraded when a signal having a wide frequency band from 135 MHz to 1.485 GHz is obtained. However, according to the frequency synthesizer of this embodiment, even when a signal having a wide band frequency of 135 MHz to 1.485 GHz is output, the phase noise characteristic of 10 dBc / Hz to 20 dBc / Hz is improved compared with the conventional art .
나아가, 본 실시예에 의한 주파수 합성기에 의하면 제어부가 기준 신호를 제공하는 발진기를 선택하는 경우를 제외하고는 위상 고정 루프에서의 고정 시간(locking time)이 소모되지 않아 신속하게 출력 주파수를 변경할 수 있다는 장점이 제공된다.Further, according to the frequency synthesizer of this embodiment, the locking time in the phase locked loop is not consumed, and the output frequency can be changed quickly, except when the control unit selects the oscillator providing the reference signal Advantages are provided.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of illustration, It will be appreciated that other embodiments are possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.
10: 위상 고정 루프 20: 분주부
100: 발진부 200: 위상 주파수 검출기
300: 전하 펌프 400: 루프 필터
500: 전압 제어 발진기 600: 분주기
712, 722: 분주기 800: 제어부
900: 멀티플렉서10: phase locked loop 20:
100: oscillation unit 200: phase frequency detector
300: charge pump 400: loop filter
500: voltage controlled oscillator 600: frequency divider
712, 722: frequency divider 800:
900: Multiplexer
Claims (7)
상기 위상 고정 루프의 출력 신호를 미리 설정된 분주비로 분주하여 출력하는 분주부 및
상기 위상 고정 루프의 출력 신호의 주파수 대역 및 상기 분주비 중 어느 하나 이상을 제어하는 제어부를 포함하는 주파수 합성기.A voltage controlled oscillator (VCO) for providing a signal corresponding to the control signal and outputting a signal having a frequency belonging to one of a plurality of predetermined bands, A frequency divider for receiving and outputting a signal output from the voltage controlled oscillator and an error signal corresponding to a phase difference and a frequency difference by receiving the reference signal and the signal output from the frequency divider, A charge pump for forming the control signal for controlling the voltage controlled oscillator to correspond to the error signal, and a loop filter for removing noise provided by the phase frequency detector. A phase locked loop for outputting a signal provided by the voltage controlled oscillator as an output signal;
A divider for dividing the output signal of the phase locked loop by a predetermined division factor and outputting the divided signal;
And a control unit for controlling at least one of a frequency band of the output signal of the phase locked loop and the frequency division ratio.
상기 발진부는 각각 다른 주파수를 가지는 복수의 기준 신호들을 제공하는 복수의 발진기 들을 포함하는 주파수 합성기.The method according to claim 1,
Wherein the oscillator comprises a plurality of oscillators providing a plurality of reference signals having different frequencies, respectively.
상기 전압 제어 발진기가 출력하는 신호가 속하는 미리 정해진 복수의 대역은 상기 기준 신호들에 따라 상이한 주파수 합성기.3. The method of claim 2,
Wherein a predetermined plurality of bands to which a signal output by the voltage controlled oscillator belongs are different according to the reference signals.
상기 발진부는 단일 주파수를 가지는 기준 신호를 제공하는 발진기를 포함하는 주파수 합성기.The method according to claim 1,
Wherein the oscillator includes an oscillator providing a reference signal having a single frequency.
상기 제어부는 상기 분주기의 분주비를 제어하여 상기 전압 제어 발진기가 출력하는 신호의 주파수를 제어하는 주파수 합성기.5. The method of claim 4,
And the control unit controls the frequency of the signal output from the voltage controlled oscillator by controlling the frequency division ratio of the frequency divider.
상기 분주부는,
상기 상기 위상 고정 루프의 출력 신호를 제공하는 제1 경로와,
상기 상기 위상 고정 루프의 출력 신호 주파수를 이분주하는 제2 경로 및
상기 상기 위상 고정 루프의 출력 신호 주파수를 사분주하는 제3 경로를 포함하는 주파수 합성기.The method according to claim 1,
Wherein,
A first path for providing an output signal of the phase locked loop,
A second path for dividing an output signal frequency of the phase locked loop and
And a third path for dividing the frequency of the output signal of the phase locked loop.
상기 제2 경로 및 상기 제3 경로는 지연 소자를 이용하여 각각 분주를 수행하는 주파수 합성기.The method according to claim 6,
And the second path and the third path perform frequency division using delay elements, respectively.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3833824B2 (en) * | 1998-05-07 | 2006-10-18 | 株式会社東芝 | High frequency oscillator |
KR101228867B1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-02-01 | 삼성탈레스 주식회사 | Frequency synthesizer having low phase noise characteristic |
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2016
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JP3833824B2 (en) * | 1998-05-07 | 2006-10-18 | 株式会社東芝 | High frequency oscillator |
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