KR102090185B1 - Apparatus and Method for optimizing phase noise - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지털 PLL(Phase Locked Loop) 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 PLL(Phase Locked Loop)의 루프 필터를 가변형으로 두어 환경 변화에 대한 위상 잡음 최적화를 유지하는 장치 및 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, PLL(Phase Locked Loop)의 루프 필터를 가변형으로 구성함으로써 위상 잡음 특성 최적화로 레이더 적용 시 수신 감도 및 각도 분해능이 향상된다.
The present invention relates to a digital phase locked loop (PLL) technology, and more particularly, to an apparatus and method for maintaining phase noise optimization against environmental changes by setting a loop filter of a phase locked loop (PLL) to a variable type.
According to the present invention, by configuring a loop filter of a phase locked loop (PLL) to be variable, reception sensitivity and angular resolution are improved when radar is applied by optimizing phase noise characteristics.

Description

위상 잡음 최적화 장치 및 방법{Apparatus and Method for optimizing phase noise}Apparatus and method for optimizing phase noise

본 발명은 디지털 PLL(Phase Locked Loop) 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 PLL(Phase Locked Loop)의 루프 필터를 가변형으로 두어 환경 변화에 대한 위상 잡음 최적화를 유지하는 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a digital phase locked loop (PLL) technology, and more particularly, to an apparatus and method for maintaining phase noise optimization against environmental changes by setting a loop filter of a phase locked loop (PLL) to a variable type.

특히, 본 발명은 출력 신호 지터를 최소화하기 위해 두 신호(기준 신호/피드백 신호)간 위상 에러를 줄이는 방향으로 PFD(Phase Frequency Detector) 이득 및 루프 필터 대역 폭을 가변하는 위상 잡음 최적화 장치 및 방법에 대한 것이다.In particular, the present invention provides a phase noise optimization device and method for varying the phase frequency detector (PFF) gain and the loop filter bandwidth in a direction that reduces phase error between two signals (reference signal / feedback signal) to minimize output signal jitter. It is about.

일반적인 디지털 PLL의 구성을 보여주는 도면이 도 1에 도시된다. 도 1을 참조하면, 디지털 PLL(Phase Locked Loop)은 적응성 PFD(Phase Frequency Detector)(110), 적응성 루프 필터(120), iDAC(current Digital-to-Analog Converter)(130), ICO(current Controlled Oscillator)(140) 및 분할기(150) 등을 포함한다. 1 is a diagram showing the configuration of a typical digital PLL. Referring to Figure 1, the digital phase locked loop (PLL) is an adaptive phase frequency detector (PFD) 110, an adaptive loop filter 120, an iDAC (current digital-to-analog converter) 130, and an ICO (current controlled) Oscillator) 140 and the divider 150.

적응성 PFD(110)는 기준 신호와 피드백 신호를 수신하고, 그 두 개의 신호 간의 위상 에러를 결정하며, 각각의 위상 비교 기간 동안 PFD 값을 제공한다. 빠른 주파수 획득과 감소된 지터(위상 흔들림)를 달성하도록 PFD 크기가 조정된다. The adaptive PFD 110 receives a reference signal and a feedback signal, determines a phase error between the two signals, and provides a PFD value during each phase comparison period. The PFD is sized to achieve fast frequency acquisition and reduced jitter (phase shake).

또한, 최적화에 대한 판단 기준은 적응성 PFD(110)의 기준 클락과 궤환 신호의 위상 에러 정도이다. 따라서 PFD(110)는 시간상의 위상 에러가 최소가 되도록 PFD의 출력 전류 크기와 적응성 루프 필터의 대역을 조절한다.In addition, the criterion for optimization is the reference clock of the adaptive PFD 110 and the degree of phase error of the feedback signal. Therefore, the PFD 110 adjusts the output current magnitude of the PFD and the band of the adaptive loop filter to minimize the phase error in time.

PFD 값이 수신될 때마다, 그것의 출력을 업데이트하고, 큰 에러값이 검출되면 PLL 루프 대역폭을 넓히고, 작은 평균 위상 에러가 검출되면 그 루프 대역폭을 좁힌다. 조정 전류 소스와 단일-종단 전류 소스 양자를 통해 구현될 수 있는 iDAC(130)는 루프 필터 출력을 아날로그 전류로 변환한다. Each time a PFD value is received, it updates its output, widening the PLL loop bandwidth if a large error value is detected, and narrowing the loop bandwidth when a small average phase error is detected. IDAC 130, which can be implemented through both a regulated current source and a single-ended current source, converts the loop filter output to analog current.

ICO(140)는 iDAC 출력에 의해 결정되는 위상을 갖는 발진기 신호를 제공한다. 분할기 신호를 팩터 N으로 분할하고 피드백 신호를 제공한다. 도 1에 도시된 디지털 PLL은 한국등록특허번호 제10-1040915호에 기재되어 있으므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.The ICO 140 provides an oscillator signal with a phase determined by the iDAC output. Divides the divider signal by factor N and provides a feedback signal. Since the digital PLL shown in FIG. 1 is described in Korean Patent No. 10-1040915, further description will be omitted.

그런데, 이러한 PLL 구성의 경우, 시스템 대역폭과는 무관하게 출력 신호 지터를 최소화하도록 가변 요소(PFD/루프 필터)가 설정되어, 실제 적용 시스템에서 지터가 최적화되었다고 볼 수 없다는 문제점이 있었다.However, in the case of such a PLL configuration, a variable element (PFD / loop filter) is set to minimize the output signal jitter regardless of the system bandwidth, so there is a problem that jitter is not optimized in an actual application system.

또한, FMCW(Frequency Modulated Continous Wave) 레이더와 같이 주파수를 시간에 따라 빠르게 스윕하는 경우에는 위상 에러를 통한 루프 대역폭 조절은 충분한 시간을 가질 수 없어 실제적으로 위상 잡음 최적화가 어렵다는 문제점이 있었다.In addition, in the case of rapidly sweeping a frequency with time, such as a frequency modulated continous wave (FMCW) radar, loop bandwidth adjustment through phase error cannot have sufficient time, so there is a problem in that it is difficult to optimize phase noise in practice.

부연하면, PLL(Phase Locked Loop) 위상 잡음에 의한 RMS Jitter는 레이더 시스템에서 신호 대 잡음비를 결정하는 중요 요소로 각도 분해능 및 최대 탐지 거리를 결정하는 중요한 요소이다. Incidentally, RMS jitter due to phase locked loop (PLL) phase noise is an important factor in determining the signal-to-noise ratio in a radar system, and is an important factor in determining the angular resolution and the maximum detection distance.

이러한 PLL의 위상 잡음은 부궤환 구조에서 이를 구성하는 여러 잡음 요소들이 더해지거나 빼져 만들어지며, 이때 위상 잡음을 결정하는 주요 요소는 루프의 대역폭이다. 상온에서 위상 잡음이 최소화되도록 루프 필터의 대역폭을 조절하더라도 온도에 따라 특히 VCO(Voltage Controlled Oscillator)의 특성값이 변화할 경우 전체 루프 대역폭이 변화하여 위상 잡음이 변화게 된다.The phase noise of the PLL is created by adding or subtracting various noise elements constituting it in the sub-feedback structure, and the main factor determining the phase noise is the bandwidth of the loop. Even if the bandwidth of the loop filter is adjusted so that the phase noise is minimized at room temperature, the phase noise is changed by changing the entire loop bandwidth, especially when the characteristic value of the voltage controlled oscillator (VCO) changes with temperature.

위에서 제시된 기술과 같이, 일반적으로 이러한 환경 변화에 대해서도 위상 잡음이 최적화를 유지하도록 루프 필터의 대역폭이 가변되는 적응형 구조를 제시해 왔다. As described above, in general, an adaptive structure in which the bandwidth of the loop filter is varied so that the phase noise maintains an optimization even for such an environmental change has been proposed.

이와 같은 적응형 구조에서 위상잡음의 최적화를 판단하는 기준은 PFD(Phase Frequency Detector)의 위상 에러이며 이를 최소화하도록 루프 필터의 대역폭이 가변된다. 하지만 PLL를 구성하는 각 요소들의 위상 잡음 영향성을 볼 때 이러한 방법이 실제 시스템에서는 최적화 판단 기준이 될 수 없었다. In such an adaptive structure, a criterion for optimizing phase noise is a phase error of a phase frequency detector (PFD), and the bandwidth of the loop filter is variable to minimize this. However, considering the phase noise effect of each component constituting the PLL, this method could not be an optimization criterion in a real system.

또한, 이미 알려진 방법들은 차량용 레이더와 같은 주파수가 시간에 따라 빠르게 변화되는 FMCW 구조에서는 사용할 수 없었다. 이는 시간에 따라 주파수가 빠르게 변화할 경우 각 변화 스텝별로 PFD의 위상 에러가 지속적으로 변화하기 때문이다. In addition, previously known methods cannot be used in an FMCW structure in which a frequency such as a vehicle radar changes rapidly with time. This is because the phase error of the PFD continuously changes for each change step when the frequency changes rapidly with time.

1. 한국등록특허번호 제10-1040915호1. Korean Registered Patent No. 10-1040915 2. 한국공개특허번호 제10-2013-0079868호2. Korean Patent Publication No. 10-2013-0079868 3. 한국등록특허번호 제10-1298621호3. Korean Registered Patent No. 10-1298621

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, PLL(Phase Locked Loop)의 루프 필터를 가변형으로 두어 환경 변화에 대한 위상 잡음 최적화를 유지하는 위상 잡음 최적화 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is proposed to solve the problems according to the above background, and provides a phase noise optimization apparatus and method for maintaining phase noise optimization against environmental changes by setting a PLL (Phase Locked Loop) loop filter as a variable type. There is a purpose.

또한, 본 발명은 위상 잡음 최적화를 위한 판단 기준이 PFD에 의한 위상 에러가 아닌 자체적으로 발생시킨 비트 주파수의 RMS(Root Mean Square) Jitter 크기가 되도록 하는 위상 잡음 최적화 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an apparatus and method for optimizing phase noise so that a criterion for optimizing phase noise is not a phase error caused by PFD but a self-generated bit mean RMS (Root Mean Square) Jitter. have.

또한, 본 발명은 이러한 구조를 이용하여 FMCW(Frequency Modulated Continous Wave) 레이더에서도 실시간 위상잡음의 최적화 보정이 가능한 위상 잡음 최적화 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an apparatus and method for phasing noise optimization capable of optimizing and correcting real-time phase noise even in a frequency modulated continous wave (FMCW) radar using such a structure.

또한, 본 발명은 자체적으로 발생한 비트 주파수 신호의 대역 제한을 통해 대역만큼의 위상 에러를 수신할 수 있으므로 이미 알려져 있는 기술로는 불가능했던 적용 시스템 대역폭에서 위상 잡음을 최적화할 수 있는 위상 잡음 최적화 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention can receive a phase error as much as a band through a band limitation of a self-generated bit frequency signal, and thus a phase noise optimization device capable of optimizing phase noise at an applied system bandwidth that was not possible with known technologies. Another purpose is to provide a method.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, PLL(Phase Locked Loop)의 루프 필터를 가변형으로 두어 환경 변화에 대한 위상 잡음 최적화를 유지하는 위상 잡음 최적화 장치를 제공한다.The present invention provides a phase noise optimization device that maintains a phase noise optimization for environmental changes by placing a PLL (Phase Locked Loop) loop filter in a variable form to achieve the above-described problems.

상기 위상 잡음 최적화 장치는, The phase noise optimization device,

입력 전압에 해당하는 출력 주파수를 출력하는 전압 제어 발진기;A voltage-controlled oscillator outputting an output frequency corresponding to the input voltage;

처프 신호 생성을 위한 궤환 루프 제어 또는 비트 주파수 신호생성을 위해 출력 전력량을 배분하는 전력 분배기;A power divider for allocating output power for feedback loop control for generating chirp signals or for generating bit frequency signals;

처프 신호 또는 비트 주파수 신호생성을 위해 출력 전력량을 연결하는 제 1 커플러;A first coupler for connecting the output power amount for generating a chirp signal or a bit frequency signal;

처프 신호 생성을 위해 출력 주파수를 분주하여 궤환 신호 분주 주파수를 생성하는 주파수 분주기;A frequency divider that divides the output frequency to generate a chirp signal and generates a feedback signal frequency;

궤환 신호 분주 주파수와 기준 클락 주파수 간 위상 차에 해당하는 전하를 생성하는 위상 검출기;A phase detector generating a charge corresponding to a phase difference between the feedback frequency of the feedback signal and the reference clock frequency;

대역폭에 따라 전하를 입력 전압으로 변환하는 루프 필터;A loop filter that converts the charge into an input voltage according to the bandwidth;

비트 주파수 신호생성을 위한 변조 또는 복조 신호를 생성하도록 출력 전력량을 분배하는 제 2 커플러;A second coupler that distributes the output power amount to generate a modulated or demodulated signal for bit frequency signal generation;

주파수 상향 변환을 이용하여 처프 신호로부터 변조 신호를 생성하는 제 1 믹서기;A first mixer that generates a modulated signal from the chirp signal using frequency upconversion;

변조 신호를 복조하여 비트 주파수를 생성하는 제 2 믹서기;A second mixer that demodulates the modulated signal to generate a bit frequency;

생성된 비트 주파수의 위상 에러 크기를 미리 설정된 초기값과 비교하여 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하는 MCU(Micro Controlled Unit);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
And a microcontrolled unit (MCU) that adjusts the bandwidth of the loop filter by comparing the phase error magnitude of the generated bit frequency with a preset initial value.

또한, 상기 주파수 상향 변환을 위한 기준 주파수를 상기 제 2 믹서기에 제공하는 제 1 기준 주파수 발진기; 및 상기 기준 클락 주파수를 상기 위상 검출기에 제공하는 제 2 기준 주파수 발진기;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, a first reference frequency oscillator providing a reference frequency for the frequency up-conversion to the second mixer; And a second reference frequency oscillator providing the reference clock frequency to the phase detector.

또한, 상기 처프 신호는 미리 설정된 처프 신호의 초기 정보값을 이용하여 생성되며, 상기 초기 정보값은 주파수 대역폭, 주파수 편이(deviation), 유지 시간(dwell time), 및 주파수 스텝 개수 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the chirp signal is generated using an initial information value of a preset chirp signal, and the initial information value includes at least one of a frequency bandwidth, a frequency deviation, a dwell time, and a number of frequency steps. It may be characterized by including.

또한, 대역 제한을 통해 상기 위상 에러 크기를 제한하는 LPF(Low Pass Filter); 및 비트 주파수를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하여 상기 MCU에 제공하는 ADC(Analog-to-Digital Converter);를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, LPF (Low Pass Filter) for limiting the size of the phase error through band limitation; And an analog-to-digital converter (ADC) that converts a bit frequency from an analog signal to a digital signal and provides it to the MCU.

또한, 상기 위상 에러 크기는 RMS(Root Means Square) 지터 크기이며, 상기 MCU는 비트 주파수에서의 전압 피크점을 통해 RMS(Root Means Square) 지터를 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the phase error magnitude is a Root Means Square (RMS) jitter size, and the MCU may be characterized by calculating a Root Means Square (RMS) jitter through a voltage peak point at a bit frequency.

또한, 상기 LPF는 레이더 시스템의 대역폭만큼의 통과 대역을 가지며, 상기 통과 대역은 상기 위상 에러의 크기에 따라 변경되며, 레이더 시스템은 FMCW(Frequency Modulated Continous Wave) 레이더 시스템인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the LPF has a pass band corresponding to the bandwidth of a radar system, the pass band is changed according to the size of the phase error, and the radar system may be characterized by a FMCW (Frequency Modulated Continous Wave) radar system.

또한, 상기 처프 신호의 발생 경로는, 전압 제어 발진기, 제 1 커플러, 주파수 분주기, 위상 검출기, 루프 필터의 순인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the path of generating the chirp signal may be characterized in that a voltage-controlled oscillator, a first coupler, a frequency divider, a phase detector, and a loop filter are in this order.

또한, 상기 비트 주파수 신호의 발생 경로는, 신호 변조 경로 및 신호 복조 경로로 이루어지며, 상기 신호 변조 경로는, 제 2 기준 주파수 발진기의 제 1 경로와 전압 제어 발진기, 전력 분배기, 제 1 커플러, 제 2 커플러의 제 2 경로를 합한 경로이며, 상기 신호 복조 경로는, 전압 제어 발진기, 전력 분배기, 제 1 커플러, 제 2 커플러의 제 2 경로와 제 1 믹서기의 제 3 경로를 합한 경로인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the generation path of the bit frequency signal is composed of a signal modulation path and a signal demodulation path, and the signal modulation path includes: a first path of a second reference frequency oscillator, a voltage controlled oscillator, a power divider, a first coupler, and 2 is a path combining the second path of the coupler, the signal demodulation path is a voltage control oscillator, a power divider, a first coupler, the second path of the second coupler and the third path of the first mixer can do.

또한, 상기 루프 필터의 대역폭은 설정된 초기값과 대비하여 선형성이 개선되면 증가되며, 반대이면 상기 루프 필터의 대역폭이 감소되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the bandwidth of the loop filter may be increased when the linearity is improved compared to the set initial value, and the bandwidth of the loop filter may be decreased when the bandwidth is reversed.

한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, MCU(Micro Control Unit)로부터 처프 신호의 초기 정보값을 이용하여 루프 필터의 초기값을 설정하는 단계; 설정된 초기값에 따라 처프 신호를 생성하는 단계; 상기 처프 신호를 이용하여 비트 주파수 신호를 생성하는 단계; 상기 MCU가 생성된 비트 주파수 신호를 수집하는 단계; 생성된 비트 주파수로부터 위상 에러 크기를 계산하는 단계; 및 계산된 위상 에러 크기를 미리 설정된 초기값과 비교하여 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention, setting the initial value of the loop filter using the initial information value of the chirp signal from a microcontrol unit (MCU); Generating a chirp signal according to the set initial value; Generating a bit frequency signal using the chirp signal; Collecting the bit frequency signal generated by the MCU; Calculating a phase error magnitude from the generated bit frequency; And comparing the calculated phase error magnitude with a preset initial value to adjust the bandwidth of the loop filter.

본 발명에 따르면, PLL(Phase Locked Loop)의 루프 필터를 가변형으로 구성함으로써 위상 잡음 특성 최적화로 레이더 적용 시 수신 감도 및 각도 분해능이 향상된다.According to the present invention, by configuring a loop filter of a phase locked loop (PLL) to be variable, reception sensitivity and angular resolution are improved when radar is applied by optimizing phase noise characteristics.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 위상 잡음 최적화를 위한 판단 기준이 PFD에 의한 위상 에러가 아닌 자체적으로 발생시킨 비트 주파수의 RMS Jitter 크기이므로 탐지 거리 및 위치 정확도 향상으로 운전자에게 넓은 시야를 제공한다는 점을 들 수 있다. In addition, another effect of the present invention is that the determination criterion for optimizing the phase noise is not the phase error caused by the PFD, but the size of the RMS jitter of the bit frequency generated by itself. Can be lifted.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 FMCW(Frequency Modulated Continous Wave) 변조 방식을 가지는 차량용 레이더 시스템에서 운용 중에도 위상 잡음 최적화가 가능하다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that it is possible to optimize phase noise during operation in a vehicle radar system having a frequency modulated continous wave (FMCW) modulation method.

도 1은 일반적인 디지털 위상-동기 루프의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 PLL(Phase Locked Loop)의 개념을 설명하기 위한 구성 블럭도이다.
도 3은 도 2에 도시된 PLL의 선형 모델을 보여주는 도면이다.
도 4는 잡음원이 고려된 PLL의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 PLL 위상 잡음 특성의 개념을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 위상 잡음 최적화 장치(600)의 구성 블럭도이다.
도 7은 도 6에 도시된 제 2 믹서기(611) 이후의 비트 주파수 신호를 나타내며, 비트 주파수의 발생 원리를 보여주는 그래프이다.
도 8은 도 6에 도시된 LPF(612)를 통과한 후의 비트 주파수 신호를 나타내며, 비트 주파수의 위상 에러를 보여주는 그래프이다.
도 9는 도 6에 도시된 LPF(612)에 의한 대역폭 변화에 따른 주파수상의 위상 잡음을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 처프 프로파일 및 동기화 신호를 보여주는 그래프이다.
도 11은 도 6에 도시된 구성 블럭도에서 처프 신호의 발생 경로를 보여주는 도면이다.
도 12는 도 6에 도시된 구성 블럭도에서 비트 주파수 신호의 발생 경로를 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 위상 잡음 최적화 과정을 보여주는 흐름도이다.
1 is a view showing the configuration of a typical digital phase-sync loop.
2 is a block diagram illustrating a concept of a phase locked loop (PLL).
FIG. 3 is a diagram showing a linear model of the PLL shown in FIG. 2.
4 is a diagram for explaining the concept of a PLL in which a noise source is considered.
5 is a graph for explaining the concept of PLL phase noise characteristics.
6 is a block diagram of a phase noise optimization apparatus 600 according to an embodiment of the present invention.
7 shows a bit frequency signal after the second blender 611 shown in FIG. 6 and is a graph showing the principle of generating the bit frequency.
8 shows a bit frequency signal after passing through the LPF 612 shown in FIG. 6, and is a graph showing the phase error of the bit frequency.
FIG. 9 is a graph showing phase noise on a frequency according to a bandwidth change by the LPF 612 shown in FIG. 6.
10 is a graph showing a chirp profile and a synchronization signal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a path of generating a chirp signal in the configuration block diagram illustrated in FIG. 6.
FIG. 12 is a diagram showing a generation path of a bit frequency signal in the configuration block diagram illustrated in FIG. 6.
13 is a flowchart illustrating a phase noise optimization process according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component. The term “and / or” includes a combination of a plurality of related described items or any one of a plurality of related described items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Should not.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 위상 잡음 최적화 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, an apparatus and method for optimizing phase noise according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 PLL(Phase Locked Loop)의 개념을 설명하기 위한 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, PLL은 기준 클락을 입력으로 받아들여서 기준 클락의 N배 주파수를 갖는 출력 클락을 출력으로 생성한다. 이를 위해, PLL(200)은 PFD(Phase Frequency Detector)(210), Charge 펌프(220), 루프 필터(230), VCO(Voltage Controlled Oscillator)(240) 그리고 주파수 분주기(250) 등으로 구성된다.2 is a block diagram illustrating a concept of a phase locked loop (PLL). Referring to FIG. 2, the PLL takes a reference clock as an input and generates an output clock having an N times frequency of the reference clock as an output. To this end, the PLL 200 is composed of a phase frequency detector (PFF) 210, a charge pump 220, a loop filter 230, a voltage controlled oscillator (VCO) 240, and a frequency divider 250. .

도 2를 계속 참조하면, 먼저 PFD(210)는 기준 클락과 분주된 VCO 출력 클락 사이의 위상 및 주파수 차이를 비교하여 Up/Down 펄스를 생성한다. 그 다음, Charge 펌프(220)와 루프 필터(230)가 이산적인 Up/Down 펄스를 VCO를 제어할 수 있는 아날로그 전압으로 변환하여 VCO 출력 주파수가 최종적으로는 기준 클락 주파수의 N배가 되도록 제어하게 된다. 2, the PFD 210 first generates an Up / Down pulse by comparing the phase and frequency differences between the reference clock and the divided VCO output clock. Then, the charge pump 220 and the loop filter 230 convert the discrete Up / Down pulse into an analog voltage capable of controlling the VCO, so that the VCO output frequency is finally controlled to be N times the reference clock frequency. .

PLL 블록을 간략히 나타내기 위해 통상 charge 펌프(220)는 PFD(Phase Frequency Detector)와 함께 표기되며, 도 3은 PLL의 선형 모델을 나타낸다. In order to briefly indicate the PLL block, the charge pump 220 is usually indicated together with a phase frequency detector (PFF), and FIG. 3 shows a linear model of the PLL.

여기서 Kd는 위상 비교기의 이득이고 F(s)는 루프 필터의 전달 함수, Kvco는 VCO의 이득이다. VCO의 출력 주파수 변이는 다음식 1, 출력 위상은 다음식 2와 같이 표현되므로 VCO는 적분기로 표현할 수 있다.Where Kd is the gain of the phase comparator, F (s) is the transfer function of the loop filter, and Kvco is the gain of the VCO. Since the output frequency variation of the VCO is expressed by Equation 1 and Equation 2, the VCO can be expressed by an integrator.

Figure 112013094084441-pat00001
Figure 112013094084441-pat00001

Figure 112013094084441-pat00002
Figure 112013094084441-pat00002

또한, PLL 선형 모델의 전달 함수는 다음식 3과 같이 표현된다.In addition, the transfer function of the PLL linear model is expressed as Equation 3 below.

Figure 112013094084441-pat00003
Figure 112013094084441-pat00003

여기서 Kd와 Ko는 상수이므로 F(s)의 차수에 의해 전체 전달함수의 차수가 결정된다. 환경 변화에 의한 계수 변화시 전달 특성이 달라질 수 있으며, 또한 일부 계수가 변화하더라도 일부 계수 가변을 통해 전체 전달 특성을 유지함을 알 수 있다.Since Kd and Ko are constants, the order of the total transfer function is determined by the order of F (s). It can be seen that when the coefficient is changed due to environmental changes, the transmission characteristics may be changed, and even if some of the coefficients are changed, the entire transmission characteristics are maintained through variable of some coefficients.

도 4는 도 3에 도시된 PLL를 구성하는 구성 소자의 잡음 요소를 나타낸다. 여러 잡음 요소가 위상 잡음에 기여하나, 기준 클락 잡음, VCO 잡음, PDF 잡음, 주파수 분주기 이외 잡음은 크게 영향을 미치지 않는다.FIG. 4 shows noise elements of components constituting the PLL shown in FIG. 3. Several noise factors contribute to the phase noise, but noise other than the reference clock noise, VCO noise, PDF noise, and frequency divider have no significant effect.

도 4는 앞서 말한 4가지 요소에 의한 전체 위상 잡음 특성을 나타낸다. 전체 위상 잡음은 부궤환에 의한 전달 특성을 고려한 각 잡음에 의한 합으로 나타난다.Figure 4 shows the overall phase noise characteristics of the four elements mentioned above. The total phase noise appears as the sum of each noise considering the transmission characteristics due to the negative feedback.

부궤환 구조에서 루프 대역폭을 기준으로 VCO 잡음은 루프 내 고역 통과 전달 특성으로 인해 대역 내 잡음 신호는 감쇄되어지고 PFD 및 주파수 분주기에 의한 잡음은 루프 내 저역 통과 전달 특성으로 인해 대역 밖의 잡음 신호는 감쇄되어진다. 따라서 각 잡음 요소의 궤환 응답 특성에 의한 감쇄 특성을 반영했을 때 전체 위상 잡음은 도 5의 전체 위상 잡음과 같이 나타난다. In the sub-feedback structure, VCO noise based on the loop bandwidth is attenuated in-band noise signal due to the high-pass transmission characteristics in the loop, and noise due to PFD and frequency divider is out-of-band noise signal due to the low-pass transmission characteristics in the loop. It is attenuated. Accordingly, when the attenuation characteristics due to the feedback response characteristics of each noise element are reflected, the total phase noise appears as the total phase noise of FIG. 5.

도 5는 PLL 위상 잡음 특성의 개념을 설명하기 위한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 루프 대역폭에 따라 전체 위상 잡음 특성이 달라지므로 루프 대역폭은 각 구성 요소 중 잡음 특성이 좋은 쪽을 따라가도록 조절돼야 한다. 5 is a graph for explaining the concept of PLL phase noise characteristics. Referring to FIG. 5, since the total phase noise characteristic is changed according to the loop bandwidth, the loop bandwidth should be adjusted to follow the good noise characteristic of each component.

즉 VCO 잡음, PFD 잡음 및 주파수 분주기 잡음을 비교하면 PFD 및 주파수 분주기의 잡음이 VCO 잡음 보다 작은 주파수 대역까지 루프 대역을 확장하는 것이 전체 위상잡음을 줄이는데 유리하다. 이러한 위상잡음 측정 방법에는 원 주파수에서 오프셋(Offset) 주파수 별로 전력 에너지량을 측정하는 Spot 위상 잡음 측정 방법과 시간상에서 위상 흔들림 정도를 측정하는 RMS(Root Means Square) Jitter 측정 방법이 있다.That is, when comparing VCO noise, PFD noise, and frequency divider noise, extending the loop band to a frequency band in which the PFD and frequency divider noise is smaller than the VCO noise is advantageous in reducing the overall phase noise. The phase noise measurement methods include a spot phase noise measurement method that measures the amount of power energy for each offset frequency at the original frequency, and a RMS (Root Means Square) Jitter measurement method that measures the degree of phase fluctuation in time.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 위상 잡음 최적화 장치(600)의 구성 블럭도이다. 도 6을 참조하면, 배경기술에 기재된 발명의 경우 PFD의 위상 에러를 통해 최적화 정도를 파악하는데, 본 발명에서의 위상 잡음 최적화 정도는 변/복조에 의해 자체적으로 발생한 비트 주파수 신호의 위상 에러 크기로 판단한다. 즉, 위상 에러의 크기는 MCU(614)가 ADC(613)를 통해 수집한 데이터를 통해 RMS Jitter를 계산하여 판단하다.6 is a block diagram of a phase noise optimization apparatus 600 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, in the case of the invention described in the background art, the degree of optimization is determined through the phase error of the PFD. Judge. That is, the magnitude of the phase error is determined by calculating the RMS jitter through the data collected by the MCU 614 through the ADC 613.

이를 위해, 상기 위상 잡음 최적화 장치(600)는, 입력 전압에 해당하는 출력 주파수를 출력하는 전압 제어 발진기(601), 처프 신호 생성을 위한 궤환 루프 제어 또는 비트 주파수 신호생성을 위해 출력 전력량을 배분하는 전력 분배기(602), 처프 신호 또는 비트 주파수 신호생성을 위해 출력 전력량을 연결하는 제 1 커플러(603), 처프 신호 생성을 위해 출력 주파수를 분주하여 궤환 신호 분주 주파수를 생성하는 주파수 분주기(604), 궤환 신호 분주 주파수와 기준 클락 주파수 간 위상 차에 해당하는 전하를 생성하는 위상 검출기(605), 대역폭에 따라 전하를 입력 전압으로 변환하는 루프 필터(606), 비트 주파수 신호생성을 위한 변조 또는 복조 신호를 생성하도록 출력 전력량을 분배하는 제 2 커플러(608), 주파수 상향 변환을 이용하여 처프 신호로부터 변조 신호를 생성하는 제 1 믹서기(609), 변조 신호를 복조하여 비트 주파수를 생성하는 제 2 믹서기(611), 생성된 비트 주파수의 위상 에러 크기를 미리 설정된 초기값과 비교하여 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하는 MCU(Micro Controlled Unit)(614) 등을 포함하여 구성된다.To this end, the phase noise optimization device 600, the voltage control oscillator 601 for outputting an output frequency corresponding to the input voltage, feedback loop control for generating a chirp signal or for distributing the output power for generating a bit frequency signal Power divider 602, a first coupler 603 connecting the output power amount to generate a chirp signal or a bit frequency signal, a frequency divider 604 to divide the output frequency to generate a chirp signal and generate a feedback signal frequency , Phase detector 605 for generating charge corresponding to the phase difference between the feedback frequency of the feedback signal and the reference clock frequency, loop filter 606 for converting charge into an input voltage according to the bandwidth, modulation or demodulation for generating a bit frequency signal A second coupler 608 that distributes the output power amount to generate a signal, a modulated signal from a chirp signal using frequency upconversion A first mixer 609 to generate, a second mixer 611 to demodulate the modulated signal to generate a bit frequency, and compare the phase error magnitude of the generated bit frequency with a preset initial value to adjust the bandwidth of the loop filter It comprises a MCU (Micro Controlled Unit) 614 and the like.

또한, 상기 주파수 상향 변환을 위한 기준 주파수를 상기 제 2 믹서기(609)에 제공하는 제 1 기준 주파수 발진기(610), 상기 기준 클락 주파수를 상기 위상 검출기(605)에 제공하는 제 2 기준 주파수 발진기 등이 포함된다.Further, a first reference frequency oscillator 610 that provides a reference frequency for the frequency up-conversion to the second mixer 609, a second reference frequency oscillator that provides the reference clock frequency to the phase detector 605, and the like. This is included.

또한, 대역 제한을 통해 상기 위상 에러 크기를 제한하는 LPF(Low Pass Filter)(612), 비트 주파수를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하여 상기 MCU에 제공하는 ADC(Analog-to-Digital Converter)(614) 등이 더 포함된다.In addition, a low-pass filter (LPF) 612 that limits the magnitude of the phase error through band limitation, and an analog-to-digital converter (ADC) 614 that converts a bit frequency from an analog signal to a digital signal and provides it to the MCU. ) And the like are further included.

도 7은 도 6에 도시된 제 2 믹서기(611) 이후의 비트 주파수 신호를 나타내며, 비트 주파수의 발생 원리를 보여주는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 제 2 믹서기(611)에서 두 입력 사이의 시간 지연은 아주 작으므로 처프(Chirp) 비선형성에 의한 위상 에러는 무시되고 순수하게 위상 잡음에 의한 위상 에러만이 반영된다.7 shows a bit frequency signal after the second blender 611 shown in FIG. 6 and is a graph showing the principle of generating the bit frequency. Referring to FIG. 7, since the time delay between the two inputs in the second mixer 611 is very small, the phase error due to chirp nonlinearity is ignored and only the phase error due to phase noise is reflected.

도 8은 도 6에 도시된 LPF(612)를 통과한 후의 비트 주파수 신호를 나타내며, 비트 주파수의 위상 에러를 보여주는 그래프이다. 도 8을 참조하면, LPF(612)는 레이더 시스템의 대역폭만큼의 통과 대역을 가지며, 이러한 대역폭에 따라 위상 에러는 달라진다. MCU(614)는 ADC(613)를 통해 수집된 데이터에서 전압 Peak 점을 통해 RMS Jitter를 계산한다.8 shows a bit frequency signal after passing through the LPF 612 shown in FIG. 6, and is a graph showing the phase error of the bit frequency. Referring to FIG. 8, LPF 612 has a pass band corresponding to a bandwidth of a radar system, and a phase error varies according to the bandwidth. The MCU 614 calculates the RMS jitter through the voltage peak point from the data collected through the ADC 613.

도 9는 도 6에 도시된 LPF(612)에 의한 대역폭 변화에 따른 주파수상의 위상 잡음을 보여주는 그래프이다. 배경 기술에 기재된 기술은 차량용 레이더와 같이 시간에 따라 주파수가 연속적으로 변하는 FMCW(Frequency Modulated Continous Wave) 구조에는 적용할 수 없는 단점이 있다. 그러나, 본 발명은 FMCW 신호를 이용하여 자체적으로 비트 주파수 신호를 생성하므로 운용 중에 상시 위상 잡음 최적화 보정이 가능하다. FIG. 9 is a graph showing phase noise on a frequency according to a bandwidth change by the LPF 612 shown in FIG. 6. The technology described in the background technology has a disadvantage that it cannot be applied to a FMCW (Frequency Modulated Continous Wave) structure in which the frequency continuously changes with time, such as a vehicle radar. However, since the present invention generates a bit frequency signal by itself using the FMCW signal, it is possible to always compensate for phase noise optimization during operation.

또한, 배경 기술에 기재된 기술에서 지터 최적화는 시스템 대역폭과는 무관하게 구현된다. 즉 적용 시스템의 대역폭에 상관없이 PLL의 위상 에러를 최소화하여 지터 크기를 최적화할 수 있는 대역폭(910)으로 결정된다. In addition, in the technique described in the background art, jitter optimization is implemented regardless of system bandwidth. That is, it is determined as the bandwidth 910 that can optimize the jitter size by minimizing the phase error of the PLL regardless of the bandwidth of the applied system.

만약 시스템 대역폭이 10kHz인 경우 10kHz 이후 잡음은 시스템 SNR(Signal to Noise Power Ratio) 성능과는 무관하다. 따라서 도 9에 도시된 대역폭(920)과 같이 조절될 경우 적용 시스템에서의 지터 크기는 더 개선될 수 있다. 본 발명에서는 LPF(612)가 이러한 대역 제한 역할을 수행하여 적용 시스템에서 위상 잡음 특성을 최적화시킨다.If the system bandwidth is 10 kHz, noise after 10 kHz is independent of the system signal to noise power ratio (SNR) performance. Therefore, when adjusted with the bandwidth 920 shown in FIG. 9, the jitter size in the application system can be further improved. In the present invention, the LPF 612 performs such a band limiting role to optimize the phase noise characteristics in the applied system.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 처프 프로파일 및 동기화 신호를 보여주는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 레이더 시스템에서 처프(Chirp)신호에 대한 초기 정보값이 결정된다. 이러한 처프 신호의 초기 정보값으로는 주파수 대역폭, 주파수 편이(deviation), 유지 시간(dwell time), 주파수 스텝 개수 등을 들 수 있다. 10 is a graph showing a chirp profile and a synchronization signal according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, an initial information value for a chirp signal is determined in a radar system. The initial information value of the chirp signal may include frequency bandwidth, frequency deviation, dwell time, and number of frequency steps.

특히, 레이더 시스템에서 Chirp 신호에 대한 정보(주파수 대역폭, 주파수 Deviation, Dwell 시간, 주파수 Step 개수)가 도 10과 같이 결정되면 루프 필터(606)는 초기값을 가지고 Chirp 신호를 생성한다. In particular, when the information (frequency bandwidth, frequency deviation, dwell time, frequency step number) of the chirp signal in the radar system is determined as shown in FIG. 10, the loop filter 606 generates a chirp signal with an initial value.

이러한 Chirp 신호 생성은 MCU(610)가 초기값을 루프 필터(606)에 주는 제어 명령에 의해 수행되며 신호 생성과 동시에 생성된 일부 Chirp 신호는 제 2 기준 주파수 발진기(610) 주파수만큼 상향 주파수 변조되어 제 2 믹서기(611)에서 다시 비트 주파수로 복조된다. This Chirp signal generation is performed by a control command that the MCU 610 gives an initial value to the loop filter 606, and some Chirp signals generated simultaneously with signal generation are up-frequency modulated by the second reference frequency oscillator 610 frequency. The second mixer 611 demodulates the bit frequency again.

이렇게 복조된 신호는 위상 잡음이 좋을 경우 항상 일정한 주파수를 유지하게 되나, 그렇지 않을 경우 주파수 변동이 발생하여 시간 축 상에서 RMS Jitter를 유발한다.The demodulated signal always maintains a constant frequency when the phase noise is good, but otherwise, a frequency fluctuation occurs, causing an RMS jitter on the time axis.

도 11은 도 6에 도시된 구성 블럭도에서 처프 신호의 발생 경로를 보여주는 도면이다. 도 11을 참조하면, 처프 신호 발생 경로는, 전압 제어 발진기(601), 제 1 커플러(603), 주파수 분주기(604), 위상 검출기(605), 루프 필터(606)의 순이다.FIG. 11 is a diagram showing a path of generating a chirp signal in the configuration block diagram illustrated in FIG. 6. Referring to FIG. 11, the chirp signal generation path is in the order of the voltage controlled oscillator 601, the first coupler 603, the frequency divider 604, the phase detector 605, and the loop filter 606.

도 12는 도 6에 도시된 구성 블럭도에서 비트 주파수 신호의 발생 경로를 보여주는 도면이다. 도 12를 참조하면, 비트 주파수 신호 발생 경로는 제 1 믹서기(609) 및 제 2 믹서기(611)에 의해 신호 변조 경로 및 신호 복조 경로로 구성된다.FIG. 12 is a diagram showing a generation path of a bit frequency signal in the configuration block diagram illustrated in FIG. 6. Referring to FIG. 12, the bit frequency signal generation path is composed of a signal modulation path and a signal demodulation path by the first mixer 609 and the second mixer 611.

신호 변조 경로는 제 1 믹서기(609)를 기준으로 LO2 경로와 IF 경로로 구성된다. 이들 경로는 다음과 같다.The signal modulation path is composed of the LO2 path and the IF path based on the first mixer 609. These routes are:

i) LO2 경로: 제 2 기준 주파수 발진기i) LO2 path: second reference frequency oscillator

ii) IF 경로: 전압 제어 발진기(601), 전력 분배기(602), 제 1 커플러(603), 제 2 커플러(608)ii) IF path: voltage controlled oscillator 601, power divider 602, first coupler 603, second coupler 608

신호 복조 경로는 제 2 믹서기(611)를 기준으로 LO2 경로와 RF 경로로 구성된다. 이들 경로는 다음과 같다.The signal demodulation path is composed of an LO2 path and an RF path based on the second mixer 611. These routes are:

i) LO1 경로: 전압 제어 발진기(601), 전력 분배기(602), 제 1 커플러(603), 제 2 커플러(608)i) LO1 path: voltage controlled oscillator 601, power divider 602, first coupler 603, second coupler 608

ii) RF 경로: 제 1 믹서기(609)
ii) RF path: first blender 609

변조된 비트 주파수는 LPF(612)를 통해 시스템 대역만큼의 위상 에러를 가지며 ADC(613)을 통해 비트 주파수가 시간에 따른 전압으로 수집된다. The modulated bit frequency has a phase error as much as the system band through LPF 612, and the bit frequency is collected by voltage over time through ADC 613.

MCU(614)는 수집한 데이터에서 전압 Peak 발생 시간을 통해 RMS Jitter 크기를 측정한다. MCU(614)는 루프 필터(606) 대역폭을 증가시켜 루프 응답 시간을 조절하고 변경된 조건에서 비트 주파수의 RMS Jitter 크기를 측정하여 초기값과 비교한다. The MCU 614 measures the size of the RMS jitter through the voltage peak generation time from the collected data. The MCU 614 adjusts the loop response time by increasing the bandwidth of the loop filter 606 and measures the size of the RMS jitter of the bit frequency under the changed condition and compares it with the initial value.

초기값 대비 선형성이 개선되면 루프 필터(606)의 대역폭을 증가시키는 방향으로 제어하며 반대일 경우는 루프 대역폭을 줄이는 방향으로 제어한다. 이러한 루프는 무한 반복되어 운영 중에 위상 잡음을 최적 상태로 유지한다.When the linearity compared to the initial value is improved, it is controlled in the direction of increasing the bandwidth of the loop filter 606, and in the opposite case, it is controlled in the direction of reducing the loop bandwidth. These loops are repeated indefinitely to keep phase noise optimal during operation.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 위상 잡음 최적화 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 13을 참조하면, MCU(614)가 루프 필터(606)에 대하여 초기값을 제공하면, 이러한 초기값 설정에 따라 처프 신호가 생성되고, 이러한 처프 신호의 일부를 이용하여 비트 주파수 신호가 생성된다(단계 S1300,S1310).13 is a flowchart illustrating a phase noise optimization process according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 13, when the MCU 614 provides an initial value for the loop filter 606, a chirp signal is generated according to the initial value setting, and a bit frequency signal is generated using a portion of the chirp signal. (Steps S1300, S1310).

변조된 비트 주파수는 LPF(612)를 통해 시스템 대역만큼의 위상 에러를 가지며 ADC(613)을 통해 비트 주파수가 시간에 따른 전압으로 수집된다(단계 S1320). The modulated bit frequency has a phase error as much as the system band through the LPF 612, and the bit frequency is collected through the ADC 613 as a voltage over time (step S1320).

MCU(614)는 수집한 데이터에서 전압 Peak 발생 시간을 통해 RMS Jitter 크기를 측정한다. MCU(614)는 루프 필터(606) 대역폭을 증가시켜 루프 응답 시간을 조절하고 변경된 조건에서 비트 주파수의 RMS Jitter 크기를 측정하여 초기값과 비교한다. The MCU 614 measures the size of the RMS jitter through the voltage peak generation time from the collected data. The MCU 614 adjusts the loop response time by increasing the bandwidth of the loop filter 606 and measures the size of the RMS jitter of the bit frequency under the changed condition and compares it with the initial value.

초기값 대비 선형성이 개선되면 루프 필터(606)의 대역폭을 증가시키는 방향으로 제어하며 반대일 경우는 루프 대역폭을 줄이는 방향으로 제어한다(단계 S1330 내지 S1380). 이러한 루프는 무한 반복되어 운영 중에 위상 잡음을 최적 상태로 유지한다.When the linearity compared to the initial value is improved, it is controlled in the direction of increasing the bandwidth of the loop filter 606, and in the opposite case, it is controlled in the direction of reducing the loop bandwidth (steps S1330 to S1380). These loops are repeated indefinitely to keep phase noise optimal during operation.

110: 적응성 PFD(Phase Frequency Detector) 120: 적응성 루프 필터
130: iDAC(current Digital-to-Analog)
140: ICO(current Controlled Oscilator) 150: 분할기
601: 전압 제어 발진기 602: 전력 분배기
603: 제 1 커플러 604: 주파수 분주기
605: 위상 검출기 606: 루프 필터
608: 제 2 커플러 609: 제 1 믹서기
610: 제 2 기준 주파수 발진기 611: 제 2 믹서기
612: LPF(Low Pass Filter)
613: ADC(Analog-to-Digital Converter)
614: MCU(Micro Control Unit)
110: adaptive phase frequency detector (PFF) 120: adaptive loop filter
130: iDAC (current Digital-to-Analog)
140: ICO (current controlled oscilator) 150: divider
601: voltage controlled oscillator 602: power divider
603: first coupler 604: frequency divider
605: phase detector 606: loop filter
608: second coupler 609: first blender
610: second reference frequency oscillator 611: second mixer
612: LPF (Low Pass Filter)
613: Analog-to-Digital Converter (ADC)
614: Micro Control Unit (MCU)

Claims (13)

입력 전압에 해당하는 출력 주파수를 출력하는 전압 제어 발진기;
처프 신호 생성을 위한 궤환 루프 제어 또는 비트 주파수 신호 생성을 위해 출력 전력량을 배분하는 전력 분배기;
처프 신호 또는 비트 주파수 신호 생성을 위해 출력 전력량을 연결하는 제 1 커플러;
처프 신호 생성을 위해 출력 주파수를 분주하여 궤환 신호 분주 주파수를 생성하는 주파수 분주기;
궤환 신호 분주 주파수와 기준 클락 주파수 간 위상 차에 해당하는 전하를 생성하는 위상 검출기;
대역폭에 따라 전하를 입력 전압으로 변환하는 루프 필터;
비트 주파수 신호 생성을 위한 변조 또는 복조 신호를 생성하도록 출력 전력량을 분배하는 제 2 커플러;
주파수 상향 변환을 이용하여 처프 신호로부터 변조 신호를 생성하는 제 1 믹서기;
변조 신호를 복조하여 비트 주파수 신호를 생성하는 제 2 믹서기;
생성된 비트 주파수 신호로부터 위상 에러 크기를 계산하고, 계산된 에러 크기를 미리 설정된 초기값과 비교하여 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하는 MCU(Micro Controlled Unit);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 장치.
A voltage-controlled oscillator outputting an output frequency corresponding to the input voltage;
A power divider for allocating output power for feedback loop control for generating chirp signals or for generating bit frequency signals;
A first coupler for connecting the output power amount to generate a chirp signal or a bit frequency signal;
A frequency divider that divides the output frequency to generate a chirp signal and generates a feedback signal frequency;
A phase detector generating a charge corresponding to a phase difference between the feedback frequency of the feedback signal and the reference clock frequency;
A loop filter that converts the charge into an input voltage according to the bandwidth;
A second coupler that distributes the output power amount to generate a modulated or demodulated signal for generating a bit frequency signal;
A first mixer that generates a modulated signal from the chirp signal using frequency upconversion;
A second mixer that demodulates the modulated signal to generate a bit frequency signal;
A microcontrolled unit (MCU) for calculating the phase error magnitude from the generated bit frequency signal and comparing the calculated error magnitude with a preset initial value to adjust the bandwidth of the loop filter;
Phase noise optimization device comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 주파수 상향 변환을 위한 기준 주파수를 상기 제 2 믹서기에 제공하는 제 1 기준 주파수 발진기; 및
상기 기준 클락 주파수를 상기 위상 검출기에 제공하는 제 2 기준 주파수 발진기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 장치.
According to claim 1,
A first reference frequency oscillator providing a reference frequency for the frequency up-conversion to the second mixer; And
And a second reference frequency oscillator providing the reference clock frequency to the phase detector.
제 1 항에 있어서,
상기 처프 신호는 미리 설정된 처프 신호의 초기 정보값을 이용하여 생성되며, 상기 초기 정보값은 주파수 대역폭, 주파수 편이(deviation), 유지 시간(dwell time), 및 주파수 스텝 개수 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 장치.
According to claim 1,
The chirp signal is generated using an initial information value of a preset chirp signal, and the initial information value includes at least one of a frequency bandwidth, a frequency deviation, a dwell time, and a number of frequency steps. Phase noise optimization device, characterized in that.
제 1 항에 있어서,
대역 제한을 통해 상기 위상 에러 크기를 제한하는 LPF(Low Pass Filter); 및
비트 주파수 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하여 상기 MCU에 제공하는 ADC(Analog-to-Digital Converter);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 장치.
According to claim 1,
A low pass filter (LPF) that limits the magnitude of the phase error through band limitation; And
An analog-to-digital converter (ADC) that converts a bit frequency signal from an analog signal to a digital signal and provides it to the MCU.
제 1 항에 있어서,
상기 위상 에러 크기는 RMS(Root Means Square) 지터 크기이며, 상기 MCU는 비트 주파수 신호에서의 전압 피크점을 통해 RMS(Root Means Square) 지터를 계산하는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 장치.
According to claim 1,
The phase error magnitude is a Root Means Square (RMS) jitter size, and the MCU calculates a Root Means Square (RMS) jitter through a voltage peak point in a bit frequency signal.
제 4 항에 있어서,
상기 LPF는 레이더 시스템의 대역폭만큼의 통과 대역을 가지며, 상기 통과 대역은 상기 위상 에러의 크기에 따라 변경되며, 레이더 시스템은 FMCW(Frequency Modulated Continous Wave) 레이더 시스템인 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 장치.
The method of claim 4,
The LPF has a pass band corresponding to a bandwidth of a radar system, the pass band is changed according to the magnitude of the phase error, and the radar system is a FMCW (Frequency Modulated Continous Wave) radar system.
제 2 항에 있어서,
상기 처프 신호의 발생 경로는, 전압 제어 발진기, 제 1 커플러, 주파수 분주기, 위상 검출기, 루프 필터의 순인 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 장치.
According to claim 2,
The path for generating the chirp signal is a phase noise optimizing device, characterized in that in order of a voltage controlled oscillator, a first coupler, a frequency divider, a phase detector, and a loop filter.
제 2 항에 있어서,
상기 비트 주파수 신호의 발생 경로는, 신호 변조 경로 및 신호 복조 경로로 이루어지며, 상기 신호 변조 경로는, 제 2 기준 주파수 발진기의 제 1 경로와 전압 제어 발진기, 전력 분배기, 제 1 커플러, 제 2 커플러의 제 2 경로를 합한 경로이며, 상기 신호 복조 경로는, 전압 제어 발진기, 전력 분배기, 제 1 커플러, 제 2 커플러의 제 2 경로와 제 1 믹서기의 제 3 경로를 합한 경로인 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 장치.
According to claim 2,
The generation path of the bit frequency signal is composed of a signal modulation path and a signal demodulation path, and the signal modulation path includes a first path and a voltage controlled oscillator, a power divider, a first coupler, and a second coupler of a second reference frequency oscillator. A path summing the second paths of the signal, wherein the signal demodulation path is a path combining the second path of the voltage controlled oscillator, the power divider, the first coupler, and the second coupler and the third path of the first mixer. Noise optimizer.
제 1 항에 있어서,
상기 루프 필터의 대역폭은 설정된 초기값과 대비하여 선형성이 개선되면 증가되며, 반대이면 상기 루프 필터의 대역폭이 감소되는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 장치.
According to claim 1,
The bandwidth of the loop filter is increased when the linearity is improved compared to the set initial value, and the opposite is the phase noise optimization device, characterized in that the bandwidth of the loop filter is reduced.
MCU(Micro Control Unit)로부터 처프 신호의 초기 정보값을 이용하여 루프 필터의 초기값을 설정하는 단계;
설정된 초기값에 따라 처프 신호를 생성하는 단계;
상기 처프 신호를 이용하여 비트 주파수 신호를 생성하는 단계;
상기 MCU가 생성된 비트 주파수 신호를 수집하는 단계;
생성된 비트 주파수 신호로부터 위상 에러 크기를 계산하는 단계;
계산된 위상 에러 크기를 미리 설정된 초기값과 비교하여 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 방법.
Setting an initial value of the loop filter using an initial information value of the chirp signal from a microcontrol unit (MCU);
Generating a chirp signal according to the set initial value;
Generating a bit frequency signal using the chirp signal;
Collecting the bit frequency signal generated by the MCU;
Calculating a phase error magnitude from the generated bit frequency signal;
Adjusting the bandwidth of the loop filter by comparing the calculated phase error magnitude with a preset initial value;
Phase noise optimization method comprising a.
제 10 항에 있어서,
상기 초기 정보값은 주파수 대역폭, 주파수 편이(deviation), 유지 시간(dwell time), 및 주파수 스텝 개수 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 방법.
The method of claim 10,
The initial information value comprises at least one of a frequency bandwidth, frequency deviation (deviation), dwell time, and the number of frequency steps, phase noise optimization method.
제 10 항에 있어서,
상기 위상 에러 크기는 RMS(Root Means Square) 지터 크기이며, 상기 MCU는 비트 주파수 신호에서의 전압 피크점을 통해 RMS(Root Means Square) 지터를 계산하는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 방법.
The method of claim 10,
The phase error magnitude is a Root Means Square (RMS) jitter size, and the MCU calculates a Root Means Square (RMS) jitter through a voltage peak point in a bit frequency signal.
제 10 항에 있어서,
상기 루프 필터의 대역폭은 설정된 초기값과 대비하여 선형성이 개선되면 증가되며, 반대이면 상기 루프 필터의 대역폭이 감소되는 것을 특징으로 하는 위상 잡음 최적화 방법.
The method of claim 10,
The bandwidth of the loop filter is increased when the linearity is improved compared to the set initial value, and if the opposite, the bandwidth of the loop filter is reduced.
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