KR101864643B1 - Voltage controlled oscillator - Google Patents

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송준용
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전압제어 발진기는 순차적으로 접속된 다수의 지연 셀들을 포함한다. 각 지연 셀들은, 소오스 공유 차동 구조를 가지며, 정(+) 지연입력단과 부(-) 지연입력단과 출력단을 포함한다. 상기 정 지연입력단은 이전 (m)(여기서, m은 1)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제1 신호를 입력하고, 상기 부 지연입력단은 이전 (n)(여기서, n은 1보다 큰 2 또는 3)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제2 신호를 입력한다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전압제어발진기는 전원 잡음을 줄이기 위해 추가의 회로를 사용하는 대신에, 각 지연 셀이 부지연 입력을 제공받는 트랜지스터들을 추가적으로 포함하는 형태로 구성된다. 이에 따라 전원 잡음에 의해 발생하는 지터를 줄일 수 있고, 또한 소비 전력을 줄일 수 있다. A voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention includes a plurality of sequentially connected delay cells. Each delay cell has a source shared differential structure and includes a positive delay input stage and a negative delay input stage and an output stage. Wherein the constant delay input stage inputs a first signal output from an output terminal of a previous (m) (where m is 1) cell and the negative delay input terminal is a previous (n), where n is 2 or 3 Th < th > cell. As described above, the voltage-controlled oscillator according to the embodiment of the present invention is configured such that each delay cell additionally includes transistors receiving a negative delay input, instead of using an additional circuit to reduce power noise. Accordingly, jitter caused by power supply noise can be reduced, and power consumption can be reduced.

Description

전압제어발진기{VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR} [0001] VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR [0002]

본 발명은 집적회로 시스템에 관한 것으로, 특히 정밀한 클럭을 생성하기 위한 전압제어발진기에 관한 것이다.
The present invention relates to an integrated circuit system, and more particularly, to a voltage controlled oscillator for generating a precise clock.

고속 집적회로 시스템에서는 정밀한 클럭을 생성하기 위하여 전압제어발진기 (voltage controlled oscillator)가 사용된다. 전압제어발진기에서 출력되는 신호에는 외부 잡음에 의해서 지터가 발생한다. 상기 지터는 전원 잡음에 의한 영향이 가장 크다. 전원 잡음에 의한 영향을 줄이기 위해서 다양한 종류의 전압제어발진기가 제안되었다. In a high-speed integrated circuit system, a voltage controlled oscillator is used to generate a precise clock. Jitter is generated by the external noise in the signal output from the voltage controlled oscillator. The jitter is most affected by power supply noise. A variety of voltage controlled oscillators have been proposed to reduce the effects of power supply noise.

예를 들어, 도 1에 도시된 전압제어발진기는 전원 잡음을 줄이기 위해 전원 전압을 안정화하는 추가의 레귤레이터 회로를 사용한다. 또한, 상기 전압제어발진기는 레귤레이터의 주파수 특성을 향상시키기 위해서 유사 부하(replica load)를 사용한다. 이러한 구조는 전압제어발진기가 안정된 독립 전압을 사용하기 때문에, 특성이 좋다. 하지만, 추가적인 회로에 의한 소비 전력이 증가하고, 안정화 커패시터 Cdecap에 의하여 면적이 증가한다. 상기 도 1에 도시된 전압제어발진기는 E. Alon, J. Kim, S. Pamarti, K. Chang, and M. Howowitz, “Replica compensated linear regulators for supply-regulated phase-locked loops,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 41, Feb., 2006.에 도시되어 있다. For example, the voltage controlled oscillator shown in FIG. 1 uses an additional regulator circuit that stabilizes the power supply voltage to reduce power supply noise. In addition, the voltage controlled oscillator uses a replica load to improve the frequency characteristics of the regulator. This structure is good because the voltage-controlled oscillator uses a stable independent voltage. However, the power consumption by the additional circuit increases, and the area is increased by the stabilization capacitor Cdecap. The voltage controlled oscillator shown in FIG. 1 is described in E. Alon, J. Kim, S. Pamarti, K. Chang, and M. Howowitz, "Replica compensated linear regulators for supply-regulated phase-locked loops, -State Circuits, vol. 41, Feb., 2006.

도 2에 도시된 전압제어발진기는 전원 잡음 보상 회로(noise-canceling circuit)를 사용한다. 이 회로는 전류제어발진기(current controlled oscillator)의 전류를 제어하는 회로가 전원 잡음에 의해 생성된 추가 전류 성분(Icomp)을 제거하여, 전류제어발진기에 공급되는 전류 ICCO가 일정하도록 한다. 이 구조는 전류원의 출력 임피던스를 증가시키기 위해서 피드백 캐스코드(feedback cascode)를 사용한다. 상기 피드백 캐스코드는 전원 전압이 낮을 경우에는 사용하기 힘들며, 상기 추가 전류 성분을 결정하는 파라미터 값들(a,b)이 제어 전압에 따라 바뀌어야 하기 때문에 동작 영역이 좁다. 또한, 상기 추가 전류 성분에 기인하여 소비전력이 증가한다. 상기 도 1에 도시된 전압제어발진기는 M. Mansuri, and C.-K. K. Yang, “A low-power adaptive bandwidth PLL and clock buffer with supply-noise compensation.” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 38, Nov., 2003.에도시되어 있다. The voltage-controlled oscillator shown in Fig. 2 uses a power supply noise-canceling circuit. This circuit allows the circuit controlling the current of the current controlled oscillator to remove the additional current component Icomp generated by the power supply noise so that the current ICCO supplied to the current controlled oscillator is constant. This structure uses a feedback cascode to increase the output impedance of the current source. The feedback cascade is difficult to use when the power supply voltage is low, and the operating range is narrow because the parameter values (a, b) for determining the additional current component must be changed according to the control voltage. Also, the power consumption increases due to the additional current component. The voltage controlled oscillator shown in FIG. 1 is described in M. Mansuri, and C.-K. K. Yang, " A low-power adaptive bandwidth PLL and clock buffer with supply-noise compensation. &Quot; IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 38, Nov., 2003.

도 3에 도시된 전압제어발진기는 지연 셀이 소오스공유차동(source-coupled differential) 구조 및 대칭 부하를 가지며, 유사피드백 바이어스 회로(replica-feedback bias generator)를 사용한다. 소오스공유차동 구조는 출력 스윙폭이 전원 전압과 상관없이 부하저항과 바이어스 전류에 의해서 결정되기 때문에, 기본적으로 전원 잡음에 둔감한 특성을 갖는다. 하지만, 전압제어발진기의 동작 범위를 넓히기 위해서 PMOS를 이용한 능동 부하를 사용하며, 유사피드백 바이어스의 불완전한 특성 등으로 인해서 전원 잡음의 영향을 완벽하게 제거하지 못한다. 상기 도 3에 도시된 전압제어발진기는 J. G. Maneatis, J. Kim, I. McClatchie, J. Maxey, and M. Shankaradas, “Self-biased high-bandwidth low-jitter 1-to-4096 multiplier clock generator PLL,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 38, Nov., 2003.에 도시되어 있다. The voltage-controlled oscillator shown in Fig. 3 has a delay cell having a source-coupled differential structure and a symmetrical load, and uses a replica-feedback bias generator. Since the output swing width is determined by the load resistance and the bias current irrespective of the power supply voltage, the source-shared differential structure is basically insensitive to the power supply noise. However, the active load using the PMOS is used to widen the operating range of the voltage controlled oscillator, and the influence of the power supply noise can not be completely eliminated due to incomplete characteristics of the pseudo feedback bias. The voltage-controlled oscillator shown in FIG. 3 is a self-biased high-bandwidth low-jitter 1-to-4096 multiplier clock generator PLL, JG Maneatis, J. Kim, I. McClatchie, J. Maxey, and M. Shankaradas, IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 38, Nov., 2003. < / RTI >

도 4에 도시된 전압제어발진기는 발명의 명칭 "RING OSCILLATOR WITH ULTRA-WIDE FREQUENCY TUNING RANGE"하에 2009년 8월 11일자로 발명자 CONG, Youngha에게 특허된 US 특허번호 7,573,339 B2하에 도시되어 있다. 상기 전압제어발진기는 인버터 구조의 지연 셀을 포함한다. 인버터 구조의 지연 셀은 전원 전압이 직접적으로 지연 시간에 영향을 주기 때문에 전원 잡음에 취약해 전압 버퍼나 전압전류 변환기와 같은 레귤레이터가 반드시 사용되어야 한다는 제한이 있다.
The voltage-controlled oscillator shown in FIG. 4 is shown under US Pat. No. 7,573,339 B2, issued to the inventor CONG, Youngha on Aug. 11, 2009 under the title "RING OSCILLATOR WITH ULTRA-WIDE FREQUENCY TUNING RANGE". The voltage controlled oscillator includes a delay cell of an inverter structure. Delay cells of the inverter structure are vulnerable to power supply noise because the power supply voltage directly affects the delay time, and there is a restriction that a regulator such as a voltage buffer or a voltage-to-current converter must be used.

US 7573339 B2 (CONG, YOUNGHUA) 2009. 8. 11.US 7573339 B2 (CONG, YOUNGHUA) Aug. 11, 2009.

본 발명의 실시예들은 지연 셀이 소오스공유 차동 구조를 가지도록 함으로써 전원 잡음 특성이 양호할 뿐만 아니라 소비전력도 줄일 수 있는 전압제어발진기를 제안한다.
Embodiments of the present invention propose a voltage-controlled oscillator in which a delay cell has a source-shared differential structure so that power noise characteristics are good as well as power consumption can be reduced.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전압제어발진기는 순차적으로 접속된 다수의 지연 셀들을 포함한다. 각 지연 셀들은, 소오스공유 차동 구조를 가지며, 정(+) 지연입력단과 부(-) 지연입력단과 출력단을 포함한다. 상기 정 지연입력단은 이전 (m)(여기서, m은 1)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제1 신호를 입력하고, 상기 부 지연입력단은 이전 (n)(여기서, n은 1보다 큰 2 또는 3)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제2 신호를 입력한다. According to an embodiment of the present invention, the voltage controlled oscillator includes a plurality of delay cells sequentially connected. Each delay cell has a source shared differential structure and includes a positive delay input stage and a negative delay input stage and an output stage. Wherein the constant delay input stage inputs a first signal output from an output terminal of a previous (m) (where m is 1) cell and the negative delay input terminal is a previous (n), where n is 2 or 3 Th < th > cell.

일 예로, 상기 소오스 공유 차동 구조는, 전원전압단과, 접지단과, 상기 접지단에 접속되는 바이어스 전류원과, 상기 전원전압단에 접속되며, 인가되는 외부 제어전압에 따라 가변되는 부하를 가지는 제1 부하 및 제2 부하의 부하 쌍과, 상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이 및 상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 각각 접속되며, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력하는 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 스위칭부 쌍을 포함한다. For example, the source-shared differential structure may include a power supply voltage terminal, a ground terminal, a bias current source connected to the ground terminal, and a first load connected to the power supply voltage terminal and having a load variable according to an applied external control voltage And a load connected to the first load and the bias current source and between the second load and the bias current source, respectively, and in response to the input of the first signal and the second signal, And a pair of switching parts of the first switching part and the second switching part output the corresponding oscillation frequency.

다른 예로, 상기 소오스 공유 차동 구조는, 전원전압단과, 접지단과, 상기 전원전압단에 접속되는 바이어스 전류원과, 상기 접지단에 접속되며, 인가되는 외부 제어전압에 따라 가변되는 부하를 가지는 제1 부하 및 제2 부하의 부하 쌍과, 상기 바이어스 전류원과 상기 제1 부하의 사이 및 상기 바이어스 전류원과 상기 제2 부하의 사이에 각각 접속되며, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력하는 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 스위칭부 쌍을 포함한다. As another example, the source-shared differential structure may include: a bias current source connected to a power supply voltage terminal, a ground terminal, and the power supply voltage terminal; and a first load connected to the ground terminal and having a load varying according to an applied external control voltage And a load pair of a first load and a second load, and a second load connected between the bias current source and the first load and between the bias current source and the second load, respectively, and in response to the input of the first signal and the second signal, And a pair of switching parts of the first switching part and the second switching part output the corresponding oscillation frequency.

또 다른 예로, 상기 소오스 공유 차동 구조는, 전원전압단과, 접지단과, 상기 전원전압단에 접속되는 수동소자의 제1 부하 및 제2 부하와, 상기 접지단에 접속되며, 인가되는 외부 제어전압에 따라 스위칭되어 바이어스 전류를 제공하는 바이어스 전류원과, 상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이 및 상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 각각 접속되며, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력하는 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 스위칭부 쌍을 포함한다. As another example, the source-shared differential structure may include a power supply voltage stage, a ground stage, a first load and a second load of a passive element connected to the power supply voltage terminal, and a second load connected to the ground terminal, A bias current source which is switched in accordance with a bias current to provide a bias current and a bias current source which is connected between the first load and the bias current source and between the second load and the bias current source, And a switching unit of the first switching unit and the switching unit of the second switching unit for switching in response to outputting a corresponding oscillation frequency.

또 다른 예로, 상기 소오스 공유 차동 구조는, 전원전압단과, 접지단과, 상기 전원전압단에 접속되는 능동소자의 제1 부하 및 제2 부하와, 상기 접지단에 접속되며, 제1 제어전압에 따라 스위칭되어 바이어스 전류를 제공하는 바이어스 전류원과, 상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이 및 상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 각각 접속되며, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력하는 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 스위칭부 쌍을 포함한다.
As another example, the source-shared differential structure may include a power supply voltage terminal, a ground terminal, a first load and a second load of the active element connected to the power supply voltage terminal, and a ground terminal connected to the ground terminal, A bias current source connected between the first load and the bias current source and between the second load and the bias current source and configured to receive a first signal and a second signal, And a switching unit of the first switching unit and the switching unit of the second switching unit to output a corresponding oscillation frequency.

본 발명의 실시예들에 따른 전압제어발진기는 전원 잡음을 줄이기 위해 추가의 회로를 사용하는 대신에, 각 지연 셀이 부지연 입력을 제공받는 트랜지스터들을 추가적으로 포함하는 형태로 구성된다. 이에 따라 전원 잡음에 의해 발생하는 지터를 줄일 수 있고, 또한 소비 전력을 줄일 수 있다. 이러한 본 발명의 실시예들은 고속 클럭이 필요한 디지털 및 아날로그 시스템에 적용할 경우 클럭의 시간적 불확실성을 줄여, 시스템의 안정도를 향상시킬 수 있다.
The voltage controlled oscillator according to embodiments of the present invention is configured in such a manner that each delay cell additionally includes transistors to which a negative delay input is provided, instead of using an additional circuit to reduce power supply noise. Accordingly, jitter caused by power supply noise can be reduced, and power consumption can be reduced. The embodiments of the present invention can reduce the temporal uncertainty of the clock and enhance the stability of the system when applied to digital and analog systems requiring a high-speed clock.

도 1 내지 도 4는 종래 기술에 따른 전압제어발진기의 구성을 보여주는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전압제어발진기의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전압제어발진기의 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 지연 셀의 제1 실시예에 따른 구체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 지연 셀 내의 전류 파형을 보여주는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 도 7에 도시된 전압제어발진기의 전원 잡음 특성을 나타내는 아이 다이아그램들이다.
도 10은 도 5에 도시된 지연 셀의 제2 실시예에 따른 구체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 11은 도 5에 도시된 지연 셀의 제3 실시예에 따른 구체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 12는 도 5에 도시된 지연 셀의 제4 실시예에 따른 구체적인 구성을 보여주는 도면이다.
FIGS. 1 to 4 are views showing the configuration of a voltage-controlled oscillator according to the related art.
5 is a diagram illustrating a configuration of a voltage-controlled oscillator according to a first embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a configuration of a voltage-controlled oscillator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view showing a specific configuration according to the first embodiment of the delay cell shown in FIG.
8 is a view showing a current waveform in the delay cell shown in Fig.
FIGS. 9A and 9B are eye diagrams illustrating power supply noise characteristics of the voltage-controlled oscillator shown in FIG.
FIG. 10 is a view showing a specific configuration according to a second embodiment of the delay cell shown in FIG.
11 is a view showing a specific configuration according to the third embodiment of the delay cell shown in FIG.
12 is a view showing a specific configuration according to the fourth embodiment of the delay cell shown in FIG.

이하 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate the present invention by those skilled in the art.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전압제어발진기의 구성을 보여주는 도면이다. 상기 전압제어발진기는 순차적으로 접속된 다수의 지연 셀들 110, 120, ... 190을 포함한다. 각 지연 셀들은 소오스 공유 차동 구조를 가지며, 정(+) 지연입력단(inp+,inp-)과 부(-) 지연입력단(inn+,inn-)과 출력단(outn,outp)을 포함한다. 상기 정 지연입력단(inp+,inp-)은 이전 (m)(여기서, m은 1)번째 셀의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 제1 신호를 입력한다. 상기 부 지연입력단(inn+,inn-)은 이전 (n)(여기서, n은 1)번째 셀의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 제2 신호를 입력한다. 예를 들어, 상기 지연 셀 110의 정 지연입력단(inp+,inp-)은 이전 1번째 셀 190의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 신호를 입력하고, 상기 지연 셀 110의 부 지연입력단(inn+,inn-)은 이전 1번째 셀 190의 정 지연입력단(inp+,inp-)으로 입력되는 신호인 이전 2번째 셀의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 신호를 입력한다. 상기 지연 셀 120의 정 지연입력단(inp+,inp-)은 이전 1번째 셀 110의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 신호를 입력하고, 상기 지연 셀 120의 부 지연입력단(inn+,inn-)은 이전 1번째 셀 110의 정 지연입력단(inp+,inp-)으로 입력되는 신호인 이전 2번째 셀 190의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 신호를 입력한다. 5 is a diagram illustrating a configuration of a voltage-controlled oscillator according to a first embodiment of the present invention. The voltage controlled oscillator includes a plurality of sequentially connected delay cells 110, 120, ..., 190. Each delay cell has a source-shared differential structure and includes a positive delay input stage (inp +, inp-), a negative delay input stage (inn +, inn-) and an output stage (outn, outp). The constant delay input terminal inp +, inp- receives the first signal output from the output terminal outn, outp of the previous cell m (where m is 1). The negative delay input terminals inn + and inn- input the second signals output from the output terminals outn and outp of the previous cell n (where n is 1). For example, the constant delay input terminal (inp +, inp-) of the delay cell 110 receives a signal output from the output terminal outn, outp of the previous first cell 190, and the negative delay input terminal inn + inn-) inputs a signal output from the output terminal outn, outp of the previous second cell, which is a signal input to the constant delay input terminal (inp +, inp-) of the previous first cell 190. The positive delay input terminals inp + and inp- of the delay cell 120 receive signals output from the output terminals outn and outp of the first cell 110 and the negative delay input terminals inn + and inn- (Outn, outp) of the previous second cell 190, which is a signal input to the constant delay input terminal (inp +, inp-) of the previous first cell 110.

상기 전압제어발진기의 각 지연 셀들 110, 120. ... 190은 전원전압 VDD, 접지전압 VSS, 외부 제어전압 VCTRL 및 외부 전압 VB를 외부로부터 인가받는다. Each of the delay cells 110, 120, ..., 190 of the voltage controlled oscillator receives the power supply voltage VDD, the ground voltage VSS, the external control voltage VCTRL, and the external voltage VB from the outside.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전압제어발진기의 구성을 보여주는 도면이다. 상기 제1 실시예와 달리 제2 실시예의 각 지연 셀들은 부 지연입력단(inn+,inn-)을 통해 이전 3번째 셀의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 신호를 입력한다. 상기 전압제어발진기는 순차적으로 접속된 다수의 지연 셀들 210, 220, 230, ... 290을 포함한다. 각 지연 셀들은 소오스 공유 차동 구조를 가지며, 정(+) 지연입력단(inp+,inp-)과 부(-) 지연입력단(inn+,inn-)과 출력단(outn,outp)을 포함한다. 상기 정 지연입력단(inp+,inp-)은 이전 (m)(여기서, m은 1)번째 셀의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 제1 신호를 입력한다. 상기 부 지연입력단(inn+,inn-)은 이전 (n)(여기서, n은 1보다 큰 3)번째 셀의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 제2 신호를 입력한다. 예를 들어, 상기 지연 셀 210의 정 지연입력단(inp+,inp-)은 이전 1번째 셀 290의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 신호를 입력하고, 상기 지연 셀 210의 부 지연입력단(inn+,inn-)은 이전 2번째 셀(도시하지 않음)의 정 지연입력단(inp+,inp-)으로 입력되는 신호인 이전 3번째 셀(도시하지 않음)의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 신호를 입력한다. 상기 지연 셀 220의 정 지연입력단(inp+,inp-)은 이전 1번째 셀 210의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 신호를 입력하고, 상기 지연 셀 220의 부 지연입력단(inn+,inn-)은 이전 2번째 셀 290의 정 지연입력단(inp+,inp-)으로 입력되는 신호인 이전 3번째 셀(도시하지 않음)의 출력단(outn,outp)으로부터 출력되는 신호를 입력한다. 6 is a diagram illustrating a configuration of a voltage-controlled oscillator according to a second embodiment of the present invention. Unlike the first embodiment, each delay cell of the second embodiment inputs a signal output from the output terminals outn and outp of the third cell through the negative delay input terminals inn + and inn-. The voltage controlled oscillator includes a plurality of delay cells 210, 220, 230, ..., 290 sequentially connected. Each delay cell has a source-shared differential structure and includes a positive delay input stage (inp +, inp-), a negative delay input stage (inn +, inn-) and an output stage (outn, outp). The constant delay input terminal inp +, inp- receives the first signal output from the output terminal outn, outp of the previous cell m (where m is 1). The negative delay input terminals inn + and inn- input the second signals output from the output terminals outn and outp of the previous cell (n) (where n is the third one larger than 1). For example, the constant delay input terminal (inp +, inp-) of the delay cell 210 inputs a signal output from the output terminal outn, outp of the first first cell 290, and the negative delay input terminal inn + inn-) inputs a signal output from the output terminal outn, outp of the previous third cell (not shown), which is a signal input to the constant delay input terminal (inp +, inp-) of the previous second cell do. The positive delay input terminals inp + and inp- of the delay cell 220 receive signals output from the output terminals outn and outp of the first cell 210 and the negative delay input terminals inn + and inn- (Outn, outp) of the third cell (not shown) which is a signal inputted to the constant delay input terminal (inp +, inp-) of the previous second cell 290.

상기 전압제어발진기의 각 지연 셀들 210, 220. 230, ... 290은 전원전압 VDD, 접지전압 VSS, 외부 제어전압 VCTRL 및 외부 전압 VB를 외부로부터 인가받는다. Each of the delay cells 210, 220, 230, ... 290 of the voltage-controlled oscillator receives the power supply voltage VDD, the ground voltage VSS, the external control voltage VCTRL, and the external voltage VB from the outside.

하기에서는 본 발명의 구체적인 실시예가 제1 실시예와 관련하여 설명될 것이지만, 당해 분야 통상의 지식을 가진 자라면 그 설명이 제2 실시예의 경우에도 동일하게 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. In the following, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the first embodiment, but it will be understood that the description can be applied to the second embodiment as well as those skilled in the art.

도 7은 도 5에 도시된 지연 셀의 제1 실시예에 따른 구체적인 구성을 보여주는 도면이고, 도 8은 도 7에 도시된 지연 셀 내의 전류 파형을 보여주는 도면이다. FIG. 7 is a view showing a specific configuration according to the first embodiment of the delay cell shown in FIG. 5, and FIG. 8 is a view showing a current waveform in the delay cell shown in FIG.

상기 도 7을 참조하면, 지연 셀은 소오스 공유 차동 구조를 갖는다. 상기 지연 셀은 전원전압단과, 접지단과, 바이어스 전류원 10과, 부하 쌍과, 스위칭부 쌍을 포함한다. 상기 전원전압단에는 전원전압 VDD가 인가되고, 상기 접지단에는 접지전압 VSS가 인가된다. 상기 바이어스 전류원 10은 상기 접지단에 접속된다. 상기 부하 쌍은 상기 전원전압단에 접속되며, 인가되는 외부 제어전압 VCTRL에 따라 가변되는 부하를 가지는 제1 부하(load 1) 20 및 제2 부하(load 2) 30을 포함한다. Referring to FIG. 7, the delay cell has a source-shared differential structure. The delay cell includes a power supply voltage stage, a ground stage, a bias current source 10, a load pair, and a switching unit pair. A power supply voltage VDD is applied to the power voltage terminal, and a ground voltage VSS is applied to the ground terminal. The bias current source 10 is connected to the ground terminal. The load pair includes a first load (load 1) 20 and a second load (load 2) 30 connected to the power voltage terminal and having a load variable according to an applied external control voltage VCTRL.

상기 스위칭부 쌍은 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부를 포함한다. 상기 제1 스위칭부는 상기 제1 부하 20과 상기 바이어스 전류원 10의 사이에 접속되며, 정 지연입력단(inp+) 및 부 지연입력단(inn+)을 통해 각각 제1 신호 및 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력단(outn)을 통해 출력한다. 상기 제2 스위칭부는 상기 제2 부하 30와 상기 바이어스 전류원 10의 사이에 각각 접속되며, 정 지연입력단(inp-) 및 부 지연입력단(inn-) 을 통해 각각 제1 신호 및 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력단(outp)을 통해 출력한다. The switching pair includes a first switching unit and a second switching unit. The first switching unit is connected between the first load 20 and the bias current source 10 and is responsive to the input of the first signal and the second signal through the constant delay input terminal (inp +) and the negative delay input terminal inn + And outputs the corresponding oscillation frequency through the output terminal OUTn. The second switching unit is connected between the second load 30 and the bias current source 10, and the first signal and the second signal are inputted through the constant delay input terminal (inp-) and the negative delay input terminal inn-, respectively And outputs the corresponding oscillation frequency through the output port outp.

상기 제1 스위칭부는 상기 제1 부하 20과 상기 바이어스 전류원 10의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제1 트랜지스터 Q11과, 상기 제2 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제2 트랜지스터 Q12를 포함한다. 상기 제2 스위칭부는 상기 제2 부하 30과 상기 바이어스 전류원 10의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제3 트랜지스터 Q21과, 상기 제2 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제4 트랜지스터 Q22를 포함한다. 상기 트랜지스터들 Q11, Q12, Q13 및 Q14는 NMOS 트랜지스터로 구현된다. The first switching unit is connected between the first load 20 and the bias current source 10 and includes a first transistor Q11 for inputting a positive component of the first signal, And a second transistor Q12 for inputting a voltage. The second switching unit is connected between the second load 30 and the bias current source 10 and includes a third transistor Q21 for inputting negative (-) components of the first signal, a negative (-) component And a fourth transistor Q22 for inputting a voltage. The transistors Q11, Q12, Q13 and Q14 are implemented as NMOS transistors.

상술한 각 지연 셀은 외부 전압 VB에 의해서 제어되는 바이어스 전류원 10을 가지며, 바이어스 전류를 전압으로 변환하기 위한 부하 쌍 20,30을 포함한다. 상기 부하 쌍 20,30은 지연 셀의 지연시간을 제어하기 위한 구성요소로, 외부 제어전압 VCTRL을 입력받으며, 부하 20,30의 저항값은 외부 제어전압 VCTRL의 전압에 의해서 변한다. Each of the delay cells described above has a bias current source 10 controlled by an external voltage VB and includes a load pair 20, 30 for converting a bias current into a voltage. The load pair 20, 30 is a component for controlling the delay time of the delay cell, and receives the external control voltage VCTRL. The resistance value of the load 20, 30 is changed by the voltage of the external control voltage VCTRL.

상기 도 8을 참조하면, 도 3에 도시된 기존의 지연 셀은 바이어스 전류 I_SRC_DC에 해당하는 전류가 1단 전의 지연 셀 출력 전압값에 따라서 나눠서 흐른다. 본 발명의 실시예에 따른 지연 셀은 1단 전의 출력 이외에 n단 전의 지연 셀 출력을 추가로 입력받기 때문에 바이어스 전류가 도 8과 같이 나눠서 흐르게 된다. 상기 도 8은 도 5에 도시된 전압제어 지연 셀이 4단으로 구성되는 경우를 전제로 하며, 각 지연 셀이 2단 전의 부지연 입력을 받는 경우에 지연 셀 내의 입력 트랜지스터에 흐르는 전류 및 바이어스 전류를 나타낸다. 외부 전압 VB에 의해서 결정된 바이어스 전류는 I_SRC_DC에 해당하지만 입력단에 의해서 Vtail 전압이 흔들리기 때문에 실제 바이어스 전류원에 흐르는 전류는 I_SRC_AC의 파형을 갖는다. 정지연 입력 트랜지스터들 Q11,Q12에 흐르는 전류(I_inp+,I_inp-)와 부지연 입력 트랜지스터들 Q21,Q22에 흐르는 전류(I_inn+,I_inn-)의 전류 비는 두 트랜지스터들의 W/L 비에 의해서 결정되는데, 도 8의 경우는 정지연 입력 트랜지스터들 Q11,Q12의 W/L이 더 큰 경우이다. 상기 전압제어 지연 셀이 4단으로 구성되며 2단 전 지연 셀의 출력을 부지연 입력으로 받기 때문에, 정지연 입력 신호와 부지연 입력 신호의 위상 차이는 45도가 되며, 두 입력 신호의 위상 차이에 따라 전류도 45도의 위상차를 갖는다. 이와 같이 두 입력 신호가 위상 차이를 가지며 입력되기 때문에, Vtail 전압이 기존의 지연 셀에 비해 안정되어 전원 잡음에 둔감한 효과를 나타낸다.Referring to FIG. 8, in the conventional delay cell shown in FIG. 3, the current corresponding to the bias current I_SRC_DC flows in accordance with the delay cell output voltage value of the previous stage. Since the delay cell according to the embodiment of the present invention further receives the output of the delay cell before the nth stage in addition to the output of the first stage, the bias current flows as shown in Fig. 5 is based on the assumption that the voltage-controlled delay cells shown in FIG. 5 are configured in four stages. When each delay cell receives the negative delay input two stages before, the current flowing in the input transistor and the bias current . Since the bias current determined by the external voltage VB corresponds to I_SRC_DC but the Vtail voltage is shaken by the input terminal, the current flowing in the actual bias current source has a waveform of I_SRC_AC. The current ratio of the currents I_inp + and I_inp- flowing in the quadrature input transistors Q11 and Q12 and the currents I_inn + and I_inn- flowing in the secondary delay input transistors Q21 and Q22 is determined by the W / L ratio of the two transistors, In the case of FIG. 8, W / L of the quiescent input transistors Q11 and Q12 is larger. Since the voltage control delay cell is composed of four stages and the output of the second stage pre-delay cell is received as the negative delay input, the phase difference between the quadrature input signal and the negative delay input signal becomes 45 degrees. The current also has a phase difference of 45 degrees. Since the two input signals are input with the phase difference, the Vtail voltage is more stable than the conventional delay cell and is insensitive to power supply noise.

본 발명의 실시예가 기존의 전압제어 지연 셀에 비해 전원 잡음에 둔감한 추가적인 이유는 부 지연 입력을 받음에 따라 지연 셀이 갖는 설계 여유 때문이다. 전압제어 지연 셀은 제한된 제어전압 VCTRL의 전압 범위 안에서 넓은 주파수 동작 범위를 가져야 한다. 이를 위해서는 지연 셀의 부하가 제어전압 VCTRL에 의해서 넓은 범위의 저항값을 가져야 하며, 지연 셀의 입력단이 충분한 이득을 가져야 한다. 이를 위해서는 충분한 바이어스 전류와 입력단의 큰 W/L 값이 필요하다. 하지만, 바이어스 전류가 클 경우 바이어스 전류원의 출력 임피던스가 낮아져서 공통 잡음인 전원 잡음을 제거하는 능력이 낮아지며, 입력단의 W/L이 클 경우에 전원 잡음에 의해 흔들리는 입력단의 공통 전압에 따른 기생 커패시턴스의 변화가 커져 전원 잡음에 대한 지터가 커지게 된다. An additional reason for the embodiment of the present invention to be insensitive to power supply noise compared to the conventional voltage controlled delay cell is due to the design margin of the delay cell as it receives the negative delay input. The voltage controlled delay cell shall have a wide frequency operating range within the voltage range of the limited control voltage VCTRL. For this, the load of the delay cell must have a wide range of resistance values by the control voltage VCTRL, and the input of the delay cell must have a sufficient gain. This requires a sufficient bias current and a large W / L value at the input stage. However, when the bias current is large, the output impedance of the bias current source becomes low, and the ability to remove the power noise, which is a common noise, becomes low. When the W / L of the input terminal is large, the parasitic capacitance change The jitter on the power supply noise is increased.

하지만, 본 발명의 실시예에 따르면 지연 셀은 부 지연 입력을 받기 때문에 동일한 조건에서 전압제어 발진기의 출력 주파수가 더 높다. 이로 인해 바이어스 전류를 줄일 수 있기 때문에, 바이어스 전류원의 출력 임피던스를 높일 수 있으며, 입력단의 W/L을 줄일 수 있어, 전원 잡음에 대한 지터가 감소하게 된다. 바이어스 전류를 줄일 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예는 기존의 구조에 비해 소비전력 또한 감소하게 된다. However, according to the embodiment of the present invention, since the delay cell receives the negative delay input, the output frequency of the voltage-controlled oscillator is higher under the same condition. This can reduce the bias current, thereby increasing the output impedance of the bias current source, reducing the W / L of the input stage, and reducing the jitter to the power supply noise. Since the bias current can be reduced, the embodiment of the present invention also reduces the power consumption as compared with the conventional structure.

요약하면, 본 발명의 실시예에 따른 전압제어발진기의 지연 셀은 소오스 공유 차동 구조를 갖는다. 상기 소오스 공유 차동 구조는 도 3에 도시된 소오스 공유 차동 구조와 달리 2개의 트랜지스터 쌍이 스위칭부를 구성하며 이중 하나의 트랜지스터가 이전 n번째 셀로부터의 부 지연 입력을 받는다. 이러한 구조는 동일한 바이어스 전류원을 전제로 할 때 지연 셀의 지연 시간을 줄이는 효과를 나타낸다. 달리 말하면, 상기 구조는 지연 셀의 지연 시간이 동일한 경우에 바이어스 전류를 줄이는 효과를 나타내며, 이는 바이어 전류원의 출력 임피던스를 높이는 효과를 나타내며, 이로 인해 결과적으로 전원 잡음 특성을 향상시킬 수 있고, 또한 소비 전력을 줄일 수 있게 된다. In summary, the delay cell of the voltage controlled oscillator according to the embodiment of the present invention has a source shared differential structure. The source shared differential structure differs from the source shared differential structure shown in FIG. 3 in that two transistor pairs constitute a switching unit, and one transistor receives a negative delay input from the previous nth cell. This structure has the effect of reducing the delay time of the delay cell when the same bias current source is assumed. In other words, the above structure has an effect of reducing the bias current when the delay time of the delay cell is the same, which shows an effect of increasing the output impedance of the via current source, thereby improving the power supply noise characteristic, Power can be reduced.

도 9a 및 도 9b는 도 7에 도시된 전압제어발진기의 전원 잡음 특성을 나타내는 아이 다이아그램(eye diagram)들이다. 본 발명의 실시예에 따른 전압제어발진기의 전원 잡음에 대한 특성을 관찰하기 위하여, 상기 전압제어발진기가 1.6GHz로 발진하도록 설계한 다음에, 통상적인 조건에서 전원전압 VDD 및 접지전압 VSS에 각 5%의 크기를 갖는 70MHz의 정현파 잡음을 인가하였다. 도 9b에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전압제어발진기는 도 9a에 도시된 기존의 전압제어발진기에 비해 지터가 감소하였음을 알 수 있다. 이러한 본 발명의 실시예에 따른 전압제어발진기는 다양한 환경(VCTRL, VDD/VSS, 트랜지스터 공정 특성)에서 전원 잡음을 줄일 수 있다. FIGS. 9A and 9B are eye diagrams illustrating power supply noise characteristics of the voltage-controlled oscillator shown in FIG. In order to observe the characteristics of the voltage-controlled oscillator according to the embodiment of the present invention, the voltage-controlled oscillator is designed to oscillate at 1.6 GHz. Then, in a typical condition, the power- % Of a sinusoidal noise of 70 MHz. As shown in FIG. 9B, it can be seen that the voltage controlled oscillator according to the embodiment of the present invention has reduced jitter as compared with the conventional voltage controlled oscillator shown in FIG. 9A. The voltage controlled oscillator according to the embodiment of the present invention can reduce power noise in various environments (VCTRL, VDD / VSS, transistor process characteristics).

도 10은 도 5에 도시된 지연 셀의 제2 실시예에 따른 구체적인 구성을 보여주는 도면이다. 이 실시예는 지연 셀의 스위칭부를 PMOS 트랜지스터로 구현한 실시예에 해당한다. 상기 지연 셀은 소오스 공유 차동 구조를 갖는다. 상기 지연 셀은 전원전압단과, 접지단과, 바이어스 전류원 10과, 부하 쌍과, 스위칭부 쌍을 포함한다. 상기 전원전압단에는 전원전압 VDD가 인가되고, 상기 접지단에는 접저전압 VSS가 인가된다. 상기 바이어스 전류원 10은 상기 전원전압단에 접속된다. 상기 부하 쌍은 상기 접지단에 접속되며, 인가되는 외부 제어전압 VCTRL에 따라 가변되는 부하를 가지는 제1 부하 20 및 제2 부하 30을 포함한다. FIG. 10 is a view showing a specific configuration according to a second embodiment of the delay cell shown in FIG. This embodiment corresponds to an embodiment in which the switching unit of the delay cell is implemented by a PMOS transistor. The delay cell has a source shared differential structure. The delay cell includes a power supply voltage stage, a ground stage, a bias current source 10, a load pair, and a switching unit pair. A power supply voltage VDD is applied to the power voltage terminal, and a contact low voltage VSS is applied to the ground terminal. The bias current source 10 is connected to the power supply voltage terminal. The load pair includes a first load 20 and a second load 30 connected to the ground terminal and having a load variable according to an applied external control voltage VCTRL.

상기 스위칭부 쌍은 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부를 포함한다. 상기 제1 스위칭부는 상기 바이어스 전류원 10과 상기 제1 부하 20의 사이에 접속되며, 정 지연입력단(inp+) 및 부 지연입력단(inn+)을 통해 각각 제1 신호 및 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력단(outn)을 통해 출력한다. 상기 제2 스위칭부는 상기 바이어스 전류원 10과 상기 제2 부하 30의 사이에 각각 접속되며, 정 지연입력단(inp-) 및 부 지연입력단(inn-) 을 통해 각각 제1 신호 및 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력단(outp)을 통해 출력한다. The switching pair includes a first switching unit and a second switching unit. The first switching unit is connected between the bias current source 10 and the first load 20 and is responsive to input of the first signal and the second signal through the constant delay input terminal (inp +) and the negative delay input terminal inn + And outputs the corresponding oscillation frequency through the output terminal OUTn. The second switching unit is connected between the bias current source 10 and the second load 30, and the first signal and the second signal are input through the constant delay input terminal (inp-) and the negative delay input terminal inn-, respectively And outputs the corresponding oscillation frequency through the output port outp.

상기 제1 스위칭부는 상기 바이어스 전류원 10과 상기 제1 부하 20의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제1 트랜지스터 Q31과, 상기 제2 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제2 트랜지스터 Q32를 포함한다. 상기 제2 스위칭부는 상기 바이어스 전류원 10과 상기 제2 부하 30의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제3 트랜지스터 Q41과, 상기 제2 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제4 트랜지스터 Q42를 포함한다. The first switching unit includes a first transistor Q31 connected between the bias current source 10 and the first load 20 and receiving a positive component of the first signal, And a second transistor Q32. The second switching unit is connected between the bias current source 10 and the second load 30, and includes a third transistor Q41 for inputting negative (-) components of the first signal, And a fourth transistor Q42 for inputting a voltage.

도 11은 도 5에 도시된 지연 셀의 제3 실시예에 따른 구체적인 구성을 보여주는 도면이다. 이 실시예는 지연 셀의 부하를 수동 소자로 구현하고, 바이어스 전류원의 전류를 이용하여 지연 셀의 지연시간을 조정하는 실시예에 해당한다. 상기 지연 셀은 소오스 공유 차동 구조를 갖는다. 상기 지연 셀은 전원전압단과, 접지단과, 바이어스 전류원 Q70과, 부하 쌍과, 스위칭부 쌍을 포함한다. 상기 전원전압단에는 전원전압 VDD가 인가되고, 상기 접지단에는 접지전압 VSS가 인가된다. 상기 부하 쌍은 상기 전원전압단에 접속되는 수동 소자의 제1 부하 41 및 제2 부하 42를 포함한다. 상기 수동 소자는 저항이 될 수 있다. 상기 바이어스 전류원 Q70은 상기 접지단에 접속되며, 인가되는 외부 제어전압 VCTRL에 따라 스위칭되어 바이어스 전류를 제공한다. 상기 바이어스 전류원 Q70은 NMOS 트랜지스터가 될 수 있다. 11 is a view showing a specific configuration according to the third embodiment of the delay cell shown in FIG. This embodiment corresponds to an embodiment in which the load of the delay cell is implemented as a passive element and the delay time of the delay cell is adjusted using the current of the bias current source. The delay cell has a source shared differential structure. The delay cell includes a power supply voltage terminal, a ground terminal, a bias current source Q70, a load pair, and a switching unit pair. A power supply voltage VDD is applied to the power voltage terminal, and a ground voltage VSS is applied to the ground terminal. The load pair includes a first load 41 and a second load 42 of a passive element connected to the power supply voltage terminal. The passive element may be a resistor. The bias current source Q70 is connected to the ground terminal and is switched in accordance with the applied external control voltage VCTRL to provide a bias current. The bias current source Q70 may be an NMOS transistor.

상기 스위칭부 쌍은 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부를 포함한다. 상기 제1 스위칭부는 상기 제1 부하 41과 상기 바이어스 전류원 Q70의 사이에 접속되며, 정 지연입력단(inp+) 및 부 지연입력단(inn+)을 통해 각각 제1 신호 및 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력단(outn)을 통해 출력한다. 상기 제2 스위칭부는 상기 제2 부하 42와 상기 바이어스 전류원 Q70의 사이에 각각 접속되며, 정 지연입력단(inp-) 및 부 지연입력단(inn-) 을 통해 각각 제1 신호 및 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력단(outp)을 통해 출력한다. The switching pair includes a first switching unit and a second switching unit. The first switching unit is connected between the first load 41 and the bias current source Q70, and in response to input of the first signal and the second signal through the constant delay input terminal (inp +) and the negative delay input terminal inn + And outputs the corresponding oscillation frequency through the output terminal OUTn. The second switching unit is connected between the second load 42 and the bias current source Q70, and the first signal and the second signal are inputted through the constant delay input terminal (inp-) and the negative delay input terminal inn-, respectively And outputs the corresponding oscillation frequency through the output port outp.

상기 제1 스위칭부는 상기 제1 부하 41과 상기 바이어스 전류원 Q70의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제1 트랜지스터 Q51과, 상기 제2 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제2 트랜지스터 Q52를 포함한다. 상기 제2 스위칭부는 상기 제2 부하 42와 상기 바이어스 전류원 Q70의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제3 트랜지스터 Q61과, 상기 제2 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제4 트랜지스터 Q62를 포함한다. 상기 트랜지스터들 Q51, Q52, Q61 및 Q62는 NMOS 트랜지스터가 될 수 있다. The first switching unit includes a first transistor Q51 connected between the first load 41 and the bias current source Q70 and configured to receive a positive component of the first signal, And a second transistor Q52 for inputting the second voltage. The second switching unit includes a third transistor Q61 connected between the second load 42 and the bias current source Q70 and receiving a negative component of the first signal, And a fourth transistor Q62 for inputting a voltage. The transistors Q51, Q52, Q61 and Q62 may be NMOS transistors.

도 12는 도 5에 도시된 지연 셀의 제4 실시예에 따른 구체적인 구성을 보여주는 도면이다. 이 실시예는 지연 셀의 부하를 능동 소자를 이용하여 구현하고, 능동 소자의 저항 값을 외부 제어전압 VCTRL로 조정하여 지연 셀의 지연시간을 조정하는 실시예에 해당한다. 상기 지연 셀은 소오스 공유 차동 구조를 갖는다. 상기 지연 셀은 전원전압단과, 접지단과, 바이어스 전류원 Q70과, 부하 쌍과, 스위칭부 쌍을 포함한다. 상기 전원전압단에는 전원전압 VDD가 인가되고, 상기 접지단에는 접지전압 VSS가 인가된다. 상기 부하 쌍은 상기 전원전압단에 접속되는 능동 소자의 제1 부하 및 제2 부하를 포함한다. 상기 제1 부하는 트랜지스터들 Q81 및 Q82를 포함하고, 상기 제2 부하는 트랜지스터들 Q91 및 Q92를 포함한다. 상기 바이어스 전류원 Q70은 상기 접지단에 접속되며, 인가되는 외부 전압 VB에 따라 스위칭된다. 상기 바이어스 전류원 Q70은 NMOS 트랜지스터가 될 수 있다. 12 is a view showing a specific configuration according to the fourth embodiment of the delay cell shown in FIG. This embodiment corresponds to an embodiment in which the load of the delay cell is implemented using an active device and the resistance value of the active device is adjusted to the external control voltage VCTRL to adjust the delay time of the delay cell. The delay cell has a source shared differential structure. The delay cell includes a power supply voltage terminal, a ground terminal, a bias current source Q70, a load pair, and a switching unit pair. A power supply voltage VDD is applied to the power voltage terminal, and a ground voltage VSS is applied to the ground terminal. The load pair includes a first load and a second load of the active element connected to the power supply voltage terminal. The first load includes transistors Q81 and Q82, and the second load includes transistors Q91 and Q92. The bias current source Q70 is connected to the ground terminal and is switched in accordance with an applied external voltage VB. The bias current source Q70 may be an NMOS transistor.

상기 스위칭부 쌍은 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부를 포함한다. 상기 제1 스위칭부는 상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원 Q70의 사이에 접속되며, 정 지연입력단(inp+) 및 부 지연입력단(inn+)을 통해 각각 제1 신호 및 제2 신호가 입력됨에 응답하여 대응하는 발진 주파수를 출력단(outn)을 통해 출력한다. 상기 제2 스위칭부는 상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원 Q70의 사이에 각각 접속되며, 정 지연입력단(inp-) 및 부 지연입력단(inn-) 을 통해 각각 제1 신호 및 제2 신호가 입력됨에 응답하여 대응하는 발진 주파수를 출력단(outp)을 통해 출력한다. The switching pair includes a first switching unit and a second switching unit. The first switching unit is connected between the first load and the bias current source Q70 and is responsive to the input of the first signal and the second signal through the constant delay input terminal (inp +) and the negative delay input terminal inn + And outputs the oscillation frequency through the output terminal outn. The second switching unit is connected between the second load and the bias current source Q70 and receives a first signal and a second signal through a constant delay input terminal (inp-) and a negative delay input terminal inn-, respectively, And outputs the corresponding oscillation frequency through the output terminal outp.

상기 제1 스위칭부는 상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원 Q70의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제1 트랜지스터 Q51과, 상기 제2 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제2 트랜지스터 Q52를 포함한다. 상기 제2 스위칭부는 상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원 Q70의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제3 트랜지스터 Q61과, 상기 제2 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제4 트랜지스터 Q62를 포함한다. 상기 트랜지스터들 Q51, Q52, Q61 및 Q62는 NMOS 트랜지스터가 될 수 있다. The first switching unit includes a first transistor Q51 connected between the first load and the bias current source Q70 for inputting a positive component of the first signal, And a second transistor Q52 for input. The second switching unit is connected between the second load and the bias current source Q70 and includes a third transistor Q61 for inputting negative (-) components of the first signal, and a negative (-) component of the second signal And a fourth transistor Q62 for input. The transistors Q51, Q52, Q61 and Q62 may be NMOS transistors.

상기 제1 부하는 상기 전원전압단과 상기 제1 스위칭부의 사이에 접속되며, 외부 제어전압 VCTRL에 따라 스위칭되는 제5 트랜지스터 Q81 및 제6 트랜지스터 Q82의 쌍을 포함한다. 상기 제2 부하는 상기 전원전압단과 상기 제2 스위칭부의 사이에 접속되며, 상기 외부 제어전압 VCTRL에 따라 스위칭되는 제7 트랜지스터 Q91 및 제8 트랜지스터 Q92의 쌍을 포함한다. 상기 트랜지스터들 Q81, Q82, Q91 및 Q92는 PMOS 트랜지스터가 될 수 있다. The first load includes a pair of a fifth transistor Q81 and a sixth transistor Q82 connected between the power supply voltage terminal and the first switching unit and switched according to an external control voltage VCTRL. The second load includes a pair of a seventh transistor Q91 and an eighth transistor Q92 which are connected between the power supply voltage terminal and the second switching unit and switched in accordance with the external control voltage VCTRL. The transistors Q81, Q82, Q91 and Q92 may be PMOS transistors.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 전압제어발진기는 전원 잡음을 줄이기 위해 추가의 회로를 사용하는 대신에, 각 지연 셀이 부지연 입력을 제공받는 트랜지스터들을 추가적으로 포함하는 형태로 구성된다. 이와 같이 서로 다른 위상을 갖는 입력으로 인하여 도 7에 도시된 Vtail 노드가 좀 더 안정되고, 부지연 입력의 도움으로 동일한 주파수를 얻기 위해서 필요한 바이어스 전류가 감소하고, 이와 같이 바이어스 전류가 감소함에 따라 바이어스 전류원의 출력 임피던스가 증가함에 따라 전원전압 특성이 향상되게 된다. 또한, 동일한 주파수를 얻기 위해 필요한 바이어스 전류가 감소함에 따라 소비전력도 줄일 수 있다. As described above, the voltage-controlled oscillator according to the embodiments of the present invention is configured in such a manner that, instead of using additional circuitry to reduce power supply noise, each delay cell additionally includes transistors to which a negative delay input is provided . This input having different phases makes the Vtail node shown in FIG. 7 more stable, and the bias current required to obtain the same frequency with the help of the negative delay input decreases, and as the bias current decreases, As the output impedance of the current source increases, the power supply voltage characteristic is improved. Also, as the bias current required to obtain the same frequency decreases, the power consumption can also be reduced.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 유의하여야 한다. 따라서, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 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. Accordingly, it is to be understood that various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

고속 클럭이 필요한 디지털 및 아날로그 시스템에 적용할 수 있다.
It can be applied to digital and analog systems that require high-speed clocks.

110,120,190,210,220,230,290 : 지연 셀
10, Q70 : 바이어스 전류원
20,30,41,42 : 부하
Q11,Q12,Q21,Q22,Q51,Q52,Q61,Q62 : NMOS 트랜지스터
Q31,Q32,Q41,Q42,Q81,Q82,Q91,Q92 : PMOS 트랜지스터
110, 120, 190, 210, 220, 230,
10, Q70: Bias current source
20, 30, 41,
Q11, Q12, Q21, Q22, Q51, Q52, Q61, Q62: NMOS transistors
Q31, Q32, Q41, Q42, Q81, Q82, Q91, Q92: PMOS transistors

Claims (13)

순차적으로 접속된 다수의 지연 셀들을 포함하며,
각 지연 셀들은,
소오스 공유 차동 구조를 가지며, 정(+) 지연입력단과 부(-) 지연입력단과 출력단을 포함하고,
상기 정 지연입력단은 이전 (m)(여기서, m은 1)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제1 신호를 입력하고,
상기 부 지연입력단은 이전 (n)(여기서, n은 1보다 큰 수)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제2 신호를 입력하며,
상기 소오스 공유 차동 구조는,
전원전압단과,
접지단과,
상기 접지단에 접속되는 바이어스 전류원과,
상기 전원전압단에 접속되며, 인가되는 외부 제어전압에 따라 가변되는 부하를 가지는 제1 부하 및 제2 부하의 부하 쌍과,
상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이 및 상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 각각 접속되며, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력하는 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 스위칭부 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압제어발진기.
A plurality of delay cells sequentially connected,
For each delay cell,
Source shared differential structure and includes a positive delay input stage and a negative delay input stage and an output stage,
Wherein the constant delay input terminal receives a first signal output from an output terminal of a previous (m) (where m is 1)
The negative delay input terminal inputs a second signal output from an output terminal of the previous (n) (where n is a number greater than 1)
The source shared differential structure includes:
Power supply voltage stage,
The ground,
A bias current source connected to the ground terminal,
A load pair of a first load and a second load connected to the power supply voltage terminal and varying in accordance with an applied external control voltage,
And a bias current source which is connected between the first load and the bias current source and between the second load and the bias current source and which is switched in response to the input of the first signal and the second signal, 1 < / RTI > switching unit and the second switching unit.
청구항 1에 있어서, n은 2임을 특징으로 하는 전압제어발진기.
2. The voltage controlled oscillator of claim 1, wherein n is two.
청구항 1에 있어서, n은 3임을 특징으로 하는 전압제어발진기.
2. The voltage controlled oscillator of claim 1, wherein n is three.
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 제1 스위칭부는,
상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제1 트랜지스터와, 상기 제2 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제2 트랜지스터를 포함하고,
상기 제2 스위칭부는,
상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제3 트랜지스터와, 상기 제2 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제4 트랜지스터를 포함함을 특징으로 하는 전압제어발진기.
[2] The apparatus of claim 1,
A first transistor connected between the first load and the bias current source and configured to receive a positive component of the first signal and a second transistor to receive a positive component of the second signal; and,
Wherein the second switching unit comprises:
A third transistor connected between the second load and the bias current source for inputting a negative component of the first signal and a fourth transistor for receiving a negative component of the second signal; And a voltage controlled oscillator.
순차적으로 접속된 다수의 지연 셀들을 포함하며,
각 지연 셀들은,
소오스 공유 차동 구조를 가지며, 정(+) 지연입력단과 부(-) 지연입력단과 출력단을 포함하고,
상기 정 지연입력단은 이전 (m)(여기서, m은 1)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제1 신호를 입력하고,
상기 부 지연입력단은 이전 (n)(여기서, n은 1보다 큰 수)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제2 신호를 입력하며,
상기 소오스 공유 차동 구조는,
전원전압단과,
접지단과,
상기 전원전압단에 접속되는 바이어스 전류원과,
상기 접지단에 접속되며, 인가되는 외부 제어전압에 따라 가변되는 부하를 가지는 제1 부하 및 제2 부하의 부하 쌍과,
상기 바이어스 전류원과 상기 제1 부하의 사이 및 상기 바이어스 전류원과 상기 제2 부하의 사이에 각각 접속되며, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력하는 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 스위칭부 쌍을 포함함을 특징으로 하는 전압제어발진기.
A plurality of delay cells sequentially connected,
For each delay cell,
Source shared differential structure and includes a positive delay input stage and a negative delay input stage and an output stage,
Wherein the constant delay input terminal receives a first signal output from an output terminal of a previous (m) (where m is 1)
The negative delay input terminal inputs a second signal output from an output terminal of the previous (n) (where n is a number greater than 1)
The source shared differential structure includes:
Power supply voltage stage,
The ground,
A bias current source connected to the power supply voltage terminal,
A load pair of a first load and a second load connected to the ground terminal and having a load variable according to an applied external control voltage,
A bias current source connected between the bias current source and the first load, and a bias current source connected between the bias current source and the second load, the first and second signals being switched in response to the input of the first signal and the second signal, 1 < / RTI > switching unit and a second switching unit.
청구항 6에 있어서, 상기 제1 스위칭부는,
상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제1 트랜지스터와, 상기 제2 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제2 트랜지스터를 포함하고,
상기 제2 스위칭부는,
상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제3 트랜지스터와, 상기 제2 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제4 트랜지스터를 포함함을 특징으로 하는 전압제어발진기.
The apparatus of claim 6, wherein the first switching unit comprises:
A first transistor connected between the first load and the bias current source and configured to receive a positive component of the first signal and a second transistor to receive a positive component of the second signal; and,
Wherein the second switching unit comprises:
A third transistor connected between the second load and the bias current source for inputting a negative component of the first signal and a fourth transistor for receiving a negative component of the second signal; And a voltage controlled oscillator.
순차적으로 접속된 다수의 지연 셀들을 포함하며,
각 지연 셀들은,
소오스 공유 차동 구조를 가지며, 정(+) 지연입력단과 부(-) 지연입력단과 출력단을 포함하고,
상기 정 지연입력단은 이전 (m)(여기서, m은 1)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제1 신호를 입력하고,
상기 부 지연입력단은 이전 (n)(여기서, n은 1보다 큰 수)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제2 신호를 입력하며,
상기 소오스 공유 차동 구조는,
전원전압단과,
접지단과,
상기 전원전압단에 접속되는 수동소자의 제1 부하 및 제2 부하와,
상기 접지단에 접속되며, 인가되는 외부 제어전압에 따라 스위칭되어 바이어스 전류를 제공하는 바이어스 전류원과,
상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이 및 상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 각각 접속되며, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력하는 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 스위칭부 쌍을 포함함을 특징으로 하는 전압제어발진기.
A plurality of delay cells sequentially connected,
For each delay cell,
Source shared differential structure and includes a positive delay input stage and a negative delay input stage and an output stage,
Wherein the constant delay input terminal receives a first signal output from an output terminal of a previous (m) (where m is 1)
The negative delay input terminal inputs a second signal output from an output terminal of the previous (n) (where n is a number greater than 1)
The source shared differential structure includes:
Power supply voltage stage,
The ground,
A first load and a second load of the passive element connected to the power supply voltage terminal,
A bias current source connected to the ground terminal and switched according to an applied external control voltage to provide a bias current,
And a bias current source which is connected between the first load and the bias current source and between the second load and the bias current source and which is switched in response to the input of the first signal and the second signal, 1 < / RTI > switching unit and a second switching unit.
청구항 8에 있어서, 상기 제1 스위칭부는,
상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제1 트랜지스터와, 상기 제2 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제2 트랜지스터를 포함하고,
상기 제2 스위칭부는,
상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제3 트랜지스터와, 상기 제2 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제4 트랜지스터를 포함함을 특징으로 하는 전압제어발진기.
9. The apparatus of claim 8,
A first transistor connected between the first load and the bias current source and configured to receive a positive component of the first signal and a second transistor to receive a positive component of the second signal; and,
Wherein the second switching unit comprises:
A third transistor connected between the second load and the bias current source for inputting a negative component of the first signal and a fourth transistor for receiving a negative component of the second signal; And a voltage controlled oscillator.
청구항 8에 있어서, 상기 수동소자는 저항임을 특징으로 하는 전압제어발진기.
9. The voltage controlled oscillator of claim 8, wherein the passive element is a resistor.
순차적으로 접속된 다수의 지연 셀들을 포함하며,
각 지연 셀들은,
소오스 공유 차동 구조를 가지며, 정(+) 지연입력단과 부(-) 지연입력단과 출력단을 포함하고,
상기 정 지연입력단은 이전 (m)(여기서, m은 1)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제1 신호를 입력하고,
상기 부 지연입력단은 이전 (n)(여기서, n은 1보다 큰 수)번째 셀의 출력단으로부터 출력되는 제2 신호를 입력하며,
상기 소오스 공유 차동 구조는,
전원전압단과,
접지단과,
상기 전원전압단에 접속되는 능동소자의 제1 부하 및 제2 부하와,
상기 접지단에 접속되며, 제1 제어전압에 따라 스위칭되어 바이어스 전류를 제공하는 바이어스 전류원과,
상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이 및 상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 각각 접속되며, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호가 입력됨에 응답하여 스위칭되어 대응하는 발진 주파수를 출력하는 제1 스위칭부 및 제2 스위칭부의 스위칭부 쌍을 포함함을 특징으로 하는 전압제어발진기.
A plurality of delay cells sequentially connected,
For each delay cell,
Source shared differential structure and includes a positive delay input stage and a negative delay input stage and an output stage,
Wherein the constant delay input terminal receives a first signal output from an output terminal of a previous (m) (where m is 1)
The negative delay input terminal inputs a second signal output from an output terminal of the previous (n) (where n is a number greater than 1)
The source shared differential structure includes:
Power supply voltage stage,
The ground,
A first load and a second load of the active element connected to the power supply voltage terminal,
A bias current source connected to the ground terminal and switched according to a first control voltage to provide a bias current,
And a bias current source which is connected between the first load and the bias current source and between the second load and the bias current source and which is switched in response to the input of the first signal and the second signal, 1 < / RTI > switching unit and a second switching unit.
청구항 11에 있어서, 상기 제1 스위칭부는,
상기 제1 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제1 트랜지스터와, 상기 제2 신호의 정(+) 성분을 입력하는 제2 트랜지스터를 포함하고,
상기 제2 스위칭부는,
상기 제2 부하와 상기 바이어스 전류원의 사이에 접속되며, 상기 제1 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제3 트랜지스터와, 상기 제2 신호의 부(-) 성분을 입력하는 제4 트랜지스터를 포함함을 특징으로 하는 전압제어발진기.
12. The apparatus of claim 11, wherein the first switching unit comprises:
A first transistor connected between the first load and the bias current source and configured to receive a positive component of the first signal and a second transistor to receive a positive component of the second signal; and,
Wherein the second switching unit comprises:
A third transistor connected between the second load and the bias current source for inputting a negative component of the first signal and a fourth transistor for receiving a negative component of the second signal; And a voltage controlled oscillator.
청구항 12에 있어서, 상기 제1 부하는,
상기 전원전압단과 상기 제1 스위칭부의 사이에 접속되며, 제2 제어전압에 따라 스위칭되는 제5 트랜지스터 및 제6 트랜지스터의 쌍과,
상기 제2 부하는,
상기 전원전압단과 상기 제2 스위칭부의 사이에 접속되며, 상기 제2 제어전압에 따라 스위칭되는 제7 트랜지스터 및 제8 트랜지스터의 쌍을 포함함을 특징으로 하는 전압제어발진기.
13. The apparatus of claim 12,
A pair of a fifth transistor and a sixth transistor connected between the power supply voltage terminal and the first switching unit and switched according to a second control voltage,
Wherein the second load comprises:
And a pair of seventh and eighth transistors connected between the power supply voltage terminal and the second switching unit and switched according to the second control voltage.
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