KR102610822B1 - 오실레이터를 제어하기 위한 회로 및 이를 포함하는 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터 제어 회로는, 오실레이터에 공급되는 전원 전압 및 오실레이터가 출력하는 진동 신호의 주파수에 기초하여 오실레이터의 ZTC(zero temperature coefficient) 조건을 만족하는 오실레이터의 전원 전압인 ZTC 전압을 추정하는 ZTC 추정기를 포함할 수 있고, ZTC 추정기는 전원 전압이 ZTC 전압이 되도록 바이어스 제어 신호를 생성할 수 있다.

Description

오실레이터를 제어하기 위한 회로 및 이를 포함하는 장치{CIRCUIT FOR CONTROLLING OSCILLATOR AND APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 개시의 기술적 사상은 오실레이터에 관한 것으로서, 자세하게는 오실레이터를 제어 하기 위한 회로, 이를 포함하는 장치, 및 오실레이터를 제어하는 방법에 관한 것이다.
진동 신호를 생성하는 오실레이터는 클락 소스 등과 같이 다양한 용도로 사용된다. 오실레이터의 진동 신호는 원하는 주기 또는 주파수를 가질 것이 요구되며, 클락 신호와 같이 일정한 주파수의 유지가 중요한 신호를 위하여 진동 신호가 사용되는 경우, 진동 신호의 주파수를 일정하게 유지하기 위한 노력이 필수적이다. 진동 신호의 주파수는 오실레이터가 제조된 공정, 오실레이터가 동작하는 전압이나 온도 등에 기인하여 변동할 수 있고, 주파수에 영향을 미치는 이러한 인자들을 정확하게 보상하는 것은 용이하지 아니할 뿐만 아니라, 많은 비용을 요구할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상은, 일정한 주파수의 진동 신호를 생성하기 위한 오실레이터의 제어 회로, 이를 포함하는 장치 및 오실레이터를 제어하는 방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 오실레이터 제어 회로는, 오실레이터에 공급되는 전원 전압 및 오실레이터가 출력하는 진동 신호의 주파수에 기초하여 오실레이터의 ZTC(zero temperature coefficient) 조건을 만족하는 오실레이터의 전원 전압인 ZTC 전압을 추정하는 ZTC 추정기를 포함할 수 있고, ZTC 추정기는 전원 전압이 ZTC 전압이 되도록 바이어스 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 장치는, 바이어스 제어 신호를 생성하는 ZTC 추정기, 진동 신호를 출력하는 오실레이터, 및 바이어스 제어 신호에 기초하여 오실레이터에 전원 전압을 공급하는 바이어스 회로를 포함할 수 있고, ZTC 추정기는, 전원 전압 및 진동 신호의 주파수에 기초하여 오실레이터의 ZTC(zero temperature coefficient) 조건을 만족하는 오실레이터의 전원 전압인 ZTC 전압을 추정하고, 전원 전압이 ZTC 전압이 되도록 바이어스 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 오실레이터 제어 방법은, 오실레이터에 공급되는 전원 전압을 제어하고, 오실레이터가 출력하는 진동 신호의 주파수를 획득하는 단계, 전원 전압 및 진동 신호의 주파수에 기초하여, 오실레이터의 ZTC(zero temperature coefficient) 조건을 만족하는 오실레이터의 전원 전압인 ZTC 전압을 추정하는 단계, 및 전원 전압이 ZTC 전압이 되도록 바이어스 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 오실레이터 제어 회로, 이를 포함하는 장치 및 오실레이터 제어 방법에 의하면, 환경의 변동에도 불구하고 원하는 주파수를 가지는 진동 신호가 생성될 수 있다.
또한, 본 개시의 기술적 사상에 따른 오실레이터 제어 회로, 이를 포함하는 장치 및 오실레이터 제어 방법에 의하면, 낮은 비용으로써 일정한 주파수를 가지는 진동 신호가 생성될 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터 제어 회로를 포함하는 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 트랜지스터의 온도에 따른 특성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 ZTC 추정기의 동작을 설명하기 위한 그래프들 및 표들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 도 1의 제어 회로의 예시들의 블록도들이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 시스템의 블록도들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 시스템의 블록도들이다.
도 7은 도 6a 및 도 6b의 주파수 제어기의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 8a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터의 블록도이고, 도 8b는 도 8a는 도 8a의 오실레이터의 일부의 회로도이다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터의 블록도이다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 6b의 신호들의 타이밍도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 ZTC 추정기의 동작을 설명하기 위한 그래프들 및 표들이다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 오실레이터를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 11의 단계 S200 및 단계 S400의 예시를 나타내는 순서도이다.
도 14는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 13의 단계 S260의 예시를 나타내는 순서도이다.
도 15는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 오실레이터를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 16은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 17은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터 제어 회로를 포함하는 집적 회로의 블록도이다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터 제어 회로(100)를 포함하는 시스템(10)의 블록도이고, 도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 트랜지스터의 온도에 따른 특성 변화를 나타내는 그래프이다. 시스템(10)(또는 장치)은 오실레이터 제어 회로(100) 및 오실레이터(200)가 모두 집적되어 반도체 공정을 통해서 하나의 다이(die)에 형성된 집적 회로일 수도 있고, 오실레이터 제어 회로(100)(또는 제어 회로) 및 오실레이터(200)가 장착된 인쇄회로기판 등을 포함하는 전자 시스템일 수도 있다. 예를 들면, 시스템(10)은, 비제한적인 예시로서, 퍼스널 컴퓨터(PC), 네트워크 서버, 태블릿 PC, 모바일 폰, 스마트 폰, 웨어블 기기, 메모리 시스템 등과 같은 디지털 신호를 처리하는 시스템일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 제어 회로(100) 및 오실레이터(200)를 포함할 수 있다.
제어 회로(100)는 오실레이터(200)에 전원 전압(VDD)을 제공할 수 있고, 오실레이터(200)로부터 진동 신호(OSC)를 수신할 수 있다. 오실레이터(200)는 전원 전압(VDD)으로부터 공급되는 전력에 의해서 동작하는 소자들(예컨대, 트랜지스터들)을 포함할 수 있고, 진동 신호(OSC)를 생성할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 제어 회로(100)는 전원 전압(VDD) 및 전원 전압(VDD)에 따른 진동 신호(OSC)의 주파수에 기초하여, 오실레이터(200)가 환경(예컨대, 공정, 전압, 온도 등) 변동에도 불구하고 일정한 주파수의 진동 신호(OSC)를 생성하도록, 오실레이터(200)에 전원 전압(VDD)을 제공할 수 있다. 비록 도 1에서 시스템(10)은 제어 회로(100) 및 오실레이터(200)만을 포함하는 것으로 도시되었으나, 시스템(10)은 오실레이터(200)가 생성하는 진동 신호(OSC)를 수신하여 동작하는 기능 블록을 더 포함할 수 있다. 제어 회로(100)는 진동 신호(OSC)의 주파수가 원하는 주파수(즉, 목표 주파수)에 도달한 이후, 진동 신호(OSC)를 수신하는 기능 블록들에 진동 신호(OSC)가 이용 가능함을 알려주는 신호를 전달할 수 있고, 기능 블록들은 전달받은 신호에 응답하여, 수신된 진동 신호(OSC)를 이용하여 동작할 수 있다. 도 1을 참조하면, 제어 회로(100)는 ZTC 추정기(120) 및 바이어스 회로(140)를 포함할 수 있다. ZTC 추정기(120)는 진동 신호(OSC)를 수신할 수 있고, 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 생성하여 바이어스 회로(140)에 제공할 수 있다.
ZTC 추정기(120)는 전원 전압(VDD) 및 진동 신호(OSC)의 주파수에 기초하여, 오실레이터(200)의 ZTC(zero temperature coefficient) 조건을 만족하는 전원 전압(VDD), 즉 전원 전압(VDD)의 크기를 추정할 수 있다. ZTC 조건은 오실레이터(200)가 온도와 무관하게 일정한 주파수의 진동 신호(OSC)를 출력하는 조건을 지칭할 수 있고, 오실레이터(200)에 포함된 트랜지스터의 특성에 기인할 수 있다.
도 2를 참조하면, MOS(metal oxide semiconductor) 트랜지스터는 게이트 전압(V_GS)이 상승할수록 드레인 전류(I_D)가 상승하는 특성을 가질 수 있다. 또한, 상이한 온도들(Ta, Tb, Tc) 각각에서 게이트 전압(V_GS)의 상승에 따른 드레인 전류(I_D)의 변화 폭은 상이하게 나타날 수 있으나, 상이한 온도들(Ta, Tb, Tc) 각각에서 게이트 전압(V_GS) 및 드레인 전류(I_D)의 크기가 일치하는 지점이 관찰될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트 전압(V_GS)의 크기가 'V_Z'인 경우, MOS 트랜지스터의 드레인 전류(I_D)의 크기는, 상이한 온도들(Ta, Tb, Tc)에 무관하게 'I_Z'일 수 있다. 이와 같이, 온도에 무관하게 MOS 트랜지스터가 일정한 크기의 게이트 전압(V_GS) 및 일정한 크기의 드레인 전류(I_D)를 가지는 조건은 ZTC 조건으로 지칭될 수 있고, ZTC 조건을 만족하는 트랜지스터의 동작점은 ZTC 포인트로 지칭될 수 있다.
오실레이터(200)는, 도 7a, 도 7b 및 도 8 등을 참조하여 후술되는 바와 같이, 복수의 MOS 트렌지스터들을 포함할 수 있고, MOS 트랜지스터의 동작 조건에 따라 진동 신호(OSC)를 생성할 수 있다. 예를 들면, 링 오실레이터(ring oscillator)는 복수의 인버터들을 포함할 수 있고, 인버터들 각각은, 도 8b에 도시된 바와 같이, 전원 전압(VDD) 및 접지 전압이 공급되는 라인에 공통적으로 연결된 MOS 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 실험 결과는, 오실레이터(200)에 포함되는 MOS 트랜지스터들의 ZTC 조건이 실질적으로 일정한 것을 보여준다. 이에 따라, ZTC 추정기(120)는 오실레이터(200)의 ZTC 조건을 추정하고, 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 통해서 오실레이터(200)가 ZTC 조건에서 동작하도록 제어함으로써 오실레이터(200)가 온도 변동에 무관하게 일정한 주파수를 가지는 진동 신호(OSC)를 출력하도록 할 수 있다. 본 개시의 예시적 실시예에 따라, ZTC 추정기(120)는 디지털 연산을 통해서 오실레이터(200)의 ZTC 조건을 추정할 수 있고, 이에 따라 높은 정확도 및 낮은 비용이 동시에 달성될 수 있다. ZTC 추정기(120)의 동작에 대한 자세한 내용은 도 3a 및 도 3b 등을 참조하여 후술될 것이다.
바이어스 회로(140)는 ZTC 추정기(120)로부터 수신된 바이어스 제어 신호(V_CTR)에 응답하여, 전원 전압(VDD)를 생성하고 오실레이터(200)에 공급할 수 있다. 예를 들면, 바이어스 회로(140)는 시스템(10)의 외부로 노출된 단자 또는 시스템(10)에 포함된 전력 소자로부터 전력을 공급받을 수 있고, 공급된 전력으로부터 바이어스 제어 신호(V_CTR)에 따라 전원 전압(VDD)의 크기를 조절할 수 있다. 본 개시의 예시적 실시예에 따라, 바이어스 회로(140)는 디지털 신호인 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 수신할 수 있고, 예컨대 디지털-아날로그-변환기(digital-to-analog converter; DAC) 등에 의해서 전원 전압(VDD)을 조절할 수 있다.
진동 신호(OSC)는 오실레이터(200)에 공급되는 전원 전압(VDD)의 크기에 따라 변동하는 주파수를 가질 수 있다. 예를 들면, 오실레이터(200)에 공급되는 전원 전압(VDD)의 크기가 증가할수록, 오실레이터(200)에 포함된 소자(예컨대, 트랜지스터)에 공급되는 전류의 크기가 증가할 수 있고, 이에 따라 상승된 소자의 동작 속도(또는 응답 속도)에 기인하여 진동 신호(OSC)의 주파수는 상승할 수 있다. 전술된 바와 같이, 전원 전압(VDD)이, 오실레이터(200)가 ZTC 추정기(120)에 의해서 추정된 ZTC 조건에 유지되도록 하는 크기를 가지는 경우, 진동 신호(OSC)의 주파수는 온도 변동에 무관하게 일정한 주파수를 가질 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 ZTC 추정기(120)의 동작을 설명하기 위한 그래프들 및 표들이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 전술된 바와 같이, ZTC 추정기(120)는 전원 전압(VDD) 및 진동 신호(OSC)의 주파수에 기초하여, 오실레이터(200)의 ZTC 조건을 만족하는 전원 전압(VDD)의 크기를 추정할 수 있다. 이하에서 도 3a 및 도 3b는 도 1을 참조하여 설명될 것이다.
도 3a를 참조하면, 본 개시의 예시적 실시예에 따라, ZTC 추정기(120)는 오실레이터(200)의 상이한 온도들 각각에서, 오실레이터(200)에 2이상의 상이한 크기들을 가지는 전원 전압(VDD)을 공급할 수 있다. 예를 들면, 도 3a에 도시된 바와 같이, ZTC 추정기(120)는, 제1 온도(T1)에서 전원 전압(VDD)이 상이한 시점에서 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 생성할 수 있고, 제2 온도(T2)에서 전원 전압(VDD)이 상이한 시점에서 제3 전압(V3) 및 제4 전압(V4)이 되도록 바이어스 제어 신호를 생성할 수 있다. 도 3a의 그래프에 도시된 바와 같이, 제2 전압(V2)은 제1 전압(V1)보다 클 수 있고, 제4 전압(V4)은 제3 전압(V3)보다 클 수 있다.
ZTC 추정기(120)는, 전원 전압(VDD)이 제1 전압(V1)일 때 제1 온도(T1)인 오실레이터(200)가 출력하는 진동 신호(OSC)의 제1 주파수(F1)를 획득할 수 있고, 전원 전압(VDD)이 제2 전압(V2)일 때 제1 온도(T1)인 오실레이터(200)가 출력하는 진동 신호(OSC)의 제2 주파수(F2)를 획득할 수 있다. 또한, ZTC 추정기(120)는, 전원 전압(VDD)이 제3 전압(V3)일 때 제2 온도(T2)인 오실레이터(200)가 출력하는 진동 신호(OSC)의 제3 주파수(F3)를 획득할 수 있고, 전원 전압(VDD)이 제4 전압(V4)일 때 제2 온도(T2)인 오실레이터(200)가 출력하는 진동 신호(OSC)의 제4 주파수(F4)를 획득할 수 있다.
ZTC 추정기(120)는 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4) 및 제1 내지 제4 전압(V1 내지 V4)에 기초하여, 오실레이터(200)의 ZTC 조건을 만족하는 전원 전압(VDD)인 ZTC 전압(V_ZTC)를 추정할 수 있다. 도 3a의 그래프에 도시된 바와 같이, 전원 전압(VDD) 및 진동 신호(OSC)의 주파수가 양축인 그래프에서, 제1 전압(V1)과 제1 주파수(F1)의 점 'A' 및 제2 전압(V2)과 제2 주파수(F2)의 점 'B'가 형성하는 제1 라인(21)이 도출될 수 있고, 제3 전압(V3)과 제3 주파수(F3)의 점 'C' 및 제4 전압(V4)과 제4 주파수(F4)의 점 'D'가 형성하는 제2 라인(22)이 도출될 수 있다. ZTC 추정기(120)는 제1 및 제2 라인(21, 22)의 교차점 'Z'을 ZTC 포인트로서 계산할 수 있고, 교차점 'Z'에 대응하는 전원 전압(VDD)의 크기를 ZTC 전압(V_ZTC)으로 결정할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 전원 전압(VDD)이 ZTC 전압(V_ZTC)일 때, 오실레이터(200)가 출력하는 진동 신호(OSC)의 주파수는 온도 변동과 무관하게 'F_ZTC'로 일정할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 본 개시의 예시적 실시예에 따라, ZTC 추정기(120)는 제1 온도(T1) 및 제2 온도(T2)에서 사용하는 전원 전압의 크기를 공유할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, ZTC 추정기(120)는 2개의 전압들(V1, V2)을 사용하여 상이한 4개의 점들(A, B, C, D)을 도출할 수 있고, 4개의 점들(A, B, C, D)로부터 교차점 'Z'을 도출할 수 있다. 즉, 도 3b의 예시에 따르면, 도 3a에서 제1 및 제3 전압(V1, V3)이 일치할 수 있고, 제2 및 제4 전압(V2, V4)이 일치할 수 있다. 도 3b의 예시에서, 교차점 'Z'에 대응하는 ZTC 전압(V_ZTC)는 아래 [수학식 1]에 의해서 계산될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 도 1의 제어 회로(100)의 예시들의 블록도들이다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 도 4a 및 도 4b의 제어 회로(100a 또는 100b) 또한 오실레이터(200)로부터 수신된 진동 신호(OSC)에 기초하여 오실레이터(200)에 전원 전압(VDD)을 제공할 수 있다. 이하 도 4a 및 도 4b에 대한 설명에서, 중복되는 내용은 생략될 것이다.
도 4a를 참조하면, 제어 회로(100a)는 ZTC 추정기(120a) 및 바이어스 회로(140a)를 포함할 수 있다. ZTC 추정기(120a)는 진동 신호(OSC)를 수신할 수 있고 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 출력할 수 있다. 바이어스 회로(140a)는 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 수신할 수 있고, 전원 전압(VDD)을 출력할 수 있다.
ZTC 추정기(120a)는 제1 내지 제4 저장 소자들(121a 내지 124a) 및 연산 회로(125a)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 저장 소자들(121a 내지 124a)은 전원 전압(VDD)에 따른 진동 신호(OSC)의 주파수들을 각각 저장할 수 있다. 예를 들면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 저장 소자들(121a 내지 124a)은 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4)를 각각 저장할 수 있다. 제1 내지 제4 저장 소자들(121a 내지 124a) 각각은 정보를 저장하는 임의의 소자일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 내지 제4 저장 소자들(121a 내지 124a) 각각은 래치, 플립플롭, 레지스터들 중 적어도 하나를 포함할 수도 있고, DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory) 등과 같은 휘발성 메모리의 메모리 소자를 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서, 제1 내지 제4 저장 소자들(121a 내지 124a) 각각은 안티-퓨즈(anti-fuse) 메모리, EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시 메모리(flash memory), PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistance Random Access Memory), NFGM (Nano Floating Gate Memory), PoRAM(Polymer Random Access Memory), MRAM (Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 등과 같은 비휘발성 메모리의 메모리 소자를 포함할 수도 있다. 제1 내지 제4 저장 소자(121a 내지 124a)가 비휘발성 메모리의 메모리 소자를 포함하는 경우, 제어 회로(100a)(또는 도 1의 시스템(10))에 공급되는 전력이 차단되었다가 다시 공급되더라도, 제1 내지 제4 저장 소자(121a 내지 124a)에 저장된 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4)로부터 후술되는 바와 같이 연산 회로(125a)에 의해서 ZTC 전압(V_ZTC)이 계산될 수 있다. 즉, 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4)가 제1 내지 제4 저장 소자들(121a 내지 124a)에 저장되면, 진동 신호(OSC)로부터 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4)를 획득하는 동작이 없더라도, ZTC 전압(V_ZTC)은 계산될 수 있다.
연산 회로(125a)는 4개의 저장 소자들(121a 내지 124a)에 저장된 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4)에 기초하여 ZTC 전압(V_ZTC)을 계산할 수 있다. 예를 들면, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전술된 바와 같이, 연산 회로(125a)는, 제1 및 제2 주파수(F1, F2)와 제1 및 제2 전압(V1, V2)에 의해서 형성되는 제1 라인(예컨대, 도 3a의 21) 및 제3 및 제4 주파수(F3, F4)와 제3 및 제4 전압(V3, V4)에 의해서 형성되는 제2 라인(예컨대, 도 3a의 22)의 교차점으로부터 ZTC 전압(V_ZTC)을 계산할 수 있다. 연산 회로(125a)는, 예컨대 복수의 명령어들을 실행하는 코어를 포함하는 프로세서일 수도 있고, 논리 합성 등을 통해서 설계된 논리 회로일 수도 있다. 연산 회로(125a)는 계산된 ZTC 전압(V_ZTC)에 기초하여 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 생성할 수 있고, 바이어스 회로(140a)에 제공할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 연산 회로(125a)는 제1 내지 제4 전압(V1 내지 V4)을 사용하는 대신, 제1 내지 제4 전압(V1 내지 V4)에 대응하는 바이어스 제어 신호(V_CTR)의 값들을 사용하여 ZTC 전압(V_ZTC)를 위한 바이어스 제어 신호(V_CTR)의 값을 계산할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 바이어스 제어 신호(V_CTR)는 바이어스 회로(140a)의 디지털-아날로그-컨버터(142a)에 제공되는 디지털 신호(예컨대, 멀티-비트 신호)일 수 있다. 디지털-아날로그-컨버터(142a)는 바이어스 제어 신호(V_CTR)의 값에 비례하는 크기를 가지는 전압을 출력할 수 있고, 디지털-아날로그-컨버터(142a)의 출력에 의해서 전원 전압(VDD)이 결정될 수 있다. 즉, 도 3a 및 도 3b의 그래프에서 가로축은 전원 전압(VDD) 대신 바이어스 제어 신호(V_CTR)의 값(예컨대, 멀티 비트 신호의 값)일 수 있다.
바이어스 회로(140a)는 디지털-아날로그-컨버터(142a) 및 버퍼(144a)를 포함할 수 있다. 디지털-아날로그-컨버터(142a)는 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 수신할 수 있고, 바이어스 제어 신호(V_CTR)의 값에 비례하는 크기의 전압을 출력할 수 있다. 바이어스 회로(140a)가 디지털-아날로그-컨버터(142a)를 포함하므로, ZTC 조건, 즉 ZTC 전압(V_ZTC)의 계산은 연산 회로(125a)에 의해서 디지털 연산을 통해서 구현될 수 있다. 오실레이터(200)의 온도 변동을 보상하기 위하여 복잡한 아날로그 회로들이 사용되는 대신, 구조가 간단하고 적은 면적을 차지하는 연산 회로(125a)가 사용됨으로써 오실레이터(200)의 온도 특성은 낮은 비용으로 정확하게 보상될 수 있다.
버퍼(144a)는 디지털-아날로그-컨버터(142a)가 출력하는 전압과 같은 크기를 가지는 전원 전압(VDD)을 출력할 수 있다. 버퍼(144a)는 소스 전압(V_S)로부터 전원 전압(VDD)로의 전류 경로를 형성함으로써 오실레이터(200)에 전류를 공급할 수 있다. 도 4a에 도시된 버퍼(144a)의 구조는 예시에 불과하며, 버퍼(144a)는 도 4a에 도시된 바와 상이한 다양한 구조를 가질 수 있음은 이해될 것이다.
도 4b를 참조하면, 제어 회로(100b)는 ZTC 추정기(120b), 바이어스 회로(140b) 및 저장 소자(160b)를 포함할 수 있다. ZTC 추정기(120b)는 바이어스 제어 신호(120b)를 생성할 수 있고, 바이어스 제어 신호(120b)의 값을 저장 소자(160b)에 저장할 수 있다. 제1 내지 제4 저장 소자(F1 내지 F4)와 유사하게, 저장 소자(160b)는 휘발성 메모리의 메모리 소자를 포함할 수도 있고, 비휘발성 메모리의 메모리 소자를 포함할 수도 있다. 저장 소자(160b)가 비휘발성 메모리의 메모리 소자를 포함하는 경우, ZTC 전압(V_ZTC)에 대응하는 바이어스 제어 신호(V_CTR)의 값은 제어 회로(100b)에 공급되는 전력이 차단되었다고 다시 공급되더라도 유지될 수 있다. 따라서, 진동 신호(OSC)로부터 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4)를 획득하고 제1 내지 제4 저장 소자들(121b 내지 124b)에 저장하는 동작 및 연산 회로(125b)가 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4)를 연산하는 동작이 없더라도, 전원 전압(VDD)은 ZTC 전압(V_ZTC)일 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 시스템의 블록도들이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제어 회로(100c, 100d)의 ZTC 추정기(120c, 120d)는 온도 신호(TEMP)를 수신할 수 있고, 온도 신호(TEMP)에 기초하여 오실레이터(200c, 200d)의 온도(예컨대, 도 3a 및 도 3b의 제1 온도(T1) 또는 제2 온도(T2))를 인식할 수 있다. 도 5a 및 도 5b에서, 온도 신호(TEMP)는 2개의 상이한 온도들을 각각 나타내기 위하여 온도의 고저만을 나타내는 신호(예컨대, 1-비트 신호)일 수도 있고, 다양한 온도들을 나타낼 수 있는 신호(예컨대, 멀티-비트 신호)일 수도 있다. 이하 도 5a 및 도 5b에 대한 설명에서 중복되는 내용은 생략될 것이다.
도 5a를 참조하면, 시스템(10c)은 제어 회로(100c) 및 오실레이터(200c)를 포함할 수 있고, 제어 회로(100c)는 ZTC 추정기(120c) 및 바이어스 회로(140c)를 포함할 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, ZTC 추정기(120c)는 시스템(10c)의 외부로부터 수신되는 온도 신호(TEMP)에 기초하여 오실레이터(200c)의 온도를 인식할 수 있다. 예를 들면, 시스템(10c) 또는 오실레이터(200c)가 제조되는 과정에서, ZTC 추정기(120c)는 제조 설비 등으로부터 오실레이터(200c)의 온도를 나타내는 온도 신호(TEMP)를 수신할 수 있다. 제조 설비는 ZTC 추정기(120c)의 ZTC 전압(V_ZTC)의 계산을 위하여 시스템(10c) 또는 오실레이터(200c)를 제1 온도(T1)로 유지할 수 있고, 제1 온도(T1)를 나타내는 온도 신호(TEMP)를 ZTC 추정기(120c)에 제공할 수 있다. ZTC 추정기(120c)는 온도 신호(TEMP)로부터 제1 온도(T1)를 인식할 수 있고, 전원 전압(VDD)을 제1 및 제2 전압(V1, V2)이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 생성하고, 제1 및 제2 주파수(F1, F2)를 획득할 수 있다. 그 다음에, 제조 설비는 시스템(10c) 또는 오실레이터(200c)를 제2 온도(T2)로 유지할 수 있고, 제2 온도(T2)를 나타내는 온도 신호(TEMP)를 ZTC 추정기(120c)에 제공할 수 있다. ZTC 추정기(120c)는 온도 신호(TEMP)로부터 제2 온도(T2)를 인식할 수 있고, 제3 및 제4 주파수(F3, F4)를 획득할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 시스템(10d)은 제어 회로(100d), 오실레이터(200d) 및 온도 센서(300d)를 포함할 수 있다. 온도 센서(300d)는 오실레이터(200d)에 인접하게 배치될 수 있고, 오실레이터(200d)의 온도를 감지하여 온도 신호(TEMP)를 출력할 수 있다. 즉, 도 5a의 예시와 상이하게, 도 5b의 예시에서 ZTC 추정기(120d)는 시스템(10d)의 내부에서 생성된 온도 신호(TEMP)를 수신할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 시스템(10d)이 온도 센서(300d)를 포함하고, ZTC 추정기(120d)가 온도 센서(300d)로부터 온도 신호(TEMP)를 수신하는 경우, ZTC 추정기(120d)는 동적으로 ZTC 전압(V_ZTC)을 계산할 수 있다. 예를 들면, 시스템(10d)이 제조되어 출하된 이후에도 ZTC 추정기(120d)는 ZTC 전압(V_ZTC)을 계산할 수 있다. 이 경우, 도 14를 참조하여 후술되는 바와 같이, ZTC 추정기(120d)는 제1 및 제2 주파수(F1, F2)를 획득한 제1 온도(T1)와 제3 및 제4 주파수(F3, F4)를 획득할 제2 온도(T2)의 차이를 평가할 수 있고, 제1 및 제2 온도(T1, T2)의 차이가 기준값보다 높은 경우, 제3 및 제4 주파수(F3, F4)를 획득하기 위한 동작을 수행할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 시스템의 블록도들이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제어 회로(100e, 100f)는 주파수 제어기(160e, 160f)를 포함할 수 있고, 오실레이터(200e, 200f)는 주파수 제어기(160e, 160f)가 출력하는 주파수 제어 신호(F_CTR)에 따라 진동 신호(OSC)의 주파수를 조절할 수 있다. 이하 도 6a 및 도 6b에 대한 설명에서 중복되는 내용은 생략될 것이다.
전술된 바와 같이, ZTC 추정기(120e, 120f)에서 ZTC 전압(V_ZTC)이 계산되고, 전원 전압(VDD)이 ZTC 전압(V_ZTC)인 경우, 진동 신호(OSC)의 주파수는 도 3a 및 도 3b의 'F_ZTC'일 수 있다. 제어 회로(100e, 100f)는, 진동 신호(OSC)를 수신하여 동작하는 기능 블록들이 원하는 주파수 및 'F_ZTC'의 차이를 보상하기 위하여, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 주파수 제어기(160e)를 포함할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 시스템(10e)은 제어 회로(100e) 및 오실레이터(200e)를 포함할 수 있고, 제어 회로(100e)는 ZTC 추정기(120e), 바이어스 회로(140e) 및 주파수 제어기(160e)를 포함할 수 있다. 주파수 제어기(160e)는 ZTC 추정기(120e)로부터 추정 신호(EST)를 수신할 수 있고, 오실레이터(200e)로부터 진동 신호(OSC)를 수신할 수 있으며, 주파수 제어 신호(F_CTR)를 생성하여 오실레이터(200e)에 제공할 수 있다.
ZTC 추정기(120e)는 오실레이터(200e)의 ZTC 조건을 추정하는 동안, 활성화된 추정 신호(EST)를 출력할 수 있다. 예를 들면, ZTC 추정기(120e)는 전원 전압(VDD)이 제1 내지 제4 전압(V1 내지 V4) 각각이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 출력하고, 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4)를 획득하고, ZTC 전압(V_ZTC)을 계산하여 전원 전압(VDD)이 ZTC 전압(V_ZTC)이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 출력할 때까지, 활성화된 추정 신호(EST)를 출력할 수 있다. ZTC 추정기(120e)는 전원 전압(VDD)이 ZTC 전압(V_ZTC)이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 출력한 이후, 비활성화된 추정 신호(EST)를 출력할 수 있다.
주파수 제어기(160e)는 추정 신호(EST)를 수신할 수 있고, 활성화된 추정 신호(EST)에 응답하여 주파수 제어 신호(F_CTR)를 변경하지 아니할 수 있다. 예를 들면, 주파수 제어기(160e)는 활성화된 추정 신호(EST)에 응답하여 미리 전해진 값(또는 레벨)을 가지는 주파수 제어 신호(F_CTR)를 출력할 수 있다. 즉, ZTC 추정기(120e)가 오실레이터(200e)의 ZTC 조건을 추정하는 동안 주파수 제어 신호(F_CTR)이 일정하게 유지됨으로서, 오실레이터(200e)의 ZTC 조건이 정확하게 추정될 수 있다.
주파수 제어기(160e)는 비활성화된 추정 신호(EST)에 응답하여, 진동 신호(OSC)의 주파수가 목표 주파수(F_TAR)가 되도록 주파수 제어 신호(F_CTR)를 생성하여 출력할 수 있다. 주파수 제어기(160e)는, 도 6a에 도시된 바와 같이 시스템(10e) 외부로부터 목표 주파수(F_TAR)를 수신할 수도 있고, 주파수 제어기(160e) 내부에 목표 주파수(F_TAR)를 저장할 수도 있으며, 시스템(10e) 내부의 다른 구성요소(예컨대, 진동 신호(OSC)를 수신하는 기능 블록)로부터 목표 주파수(F_TAR)를 수신할 수도 있다.
도 6b를 참조하면, 시스템(10f)은 제어 회로(100f) 및 오실레이터(200f)를 포함할 수 있고, 제어 회로(100f)는 ZTC 추정기(120f), 바이어스 회로(140f), 주파수 제어기(160f) 및 주파수 검출기(180f)를 포함할 수 있다. 주파수 검출기(180f)는 진동 신호(OSC)를 수신할 수 있고, 진동 신호(OSC)의 주파수를 검출함으로써 주파수 검출 신호(FRE)를 생성하여 출력할 수 있다. ZTC 추정기(120f) 및 주파수 제어기(160f)는 진동 신호(OSC)의 주파수에 기초하여 동작할 수 있고, 이에 따라 진동 신호(OSC)의 주파수를 검출하는 구성요소, 즉 주파수 검출기(180f)를 공유함으로써 제어 회로(100f)는 효율적으로 설계될 수 있다. 예를 들면, 주파수 검출기(180f)는 카운터를 포함할 수 있고, 일정 시간 동안 진동 신호(OSC)의 상승 에지(또는 하강 에지)를 카운트함으로써 진동 신호(OSC)의 주파수를 검출할 수 있고, 주파수 검출 신호(FRE)를 생성할 수 있다.
도 7은 도 6a 및 도 6b의 주파수 제어기(160e, 160f)의 동작을 나타내는 그래프이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하여 전술된 바와 같이, 주파수 제어기(160e, 160f)는, ZTC 추정기(120e, 120f)가 오실레이터(200e, 200f)의 ZTC 조건의 추정이 완료된 후 비활성화된 추정 신호(EST)에 응답하여 진동 신호(OSC)의 주파수를 조절할 수 있다. 이하에서 도 7은 도 6a를 참조하여 설명될 것이다.
도 7을 참조하면, 오실레이터(200e)가 ZTC 조건에 있지 아니한 경우, 점선(30)과 같이 진동 신호(OSC)의 주파수는 온도가 높아질수록 감소할 수 있다. 그러나, 오실레이터(200e)가 ZTC 추정기(120e)에 의해서 추정된 ZTC 조건에 있는 경우, 즉 전원 전압(VDD)이 ZTC 전압(V_ZTC)인 경우, 실선(31)과 같이 진동 신호(OSC)의 주파수는 온도 변동에도 불구하고 'F_ZTC'로 유지될 수 있다. 주파수 제어기(160e)는 주파수 제어 신호(F_CTR)를 통해서 실선(32)와 같이 진동 신호(OSC)의 주파수를 'F_ZTC'로부터 'F_TAR'로 이동시킬 수 있고, 진동 신호(OSC)의 주파수는 온도 변동에도 불구하고 'F_TAR'로 유지될 수 있다. 즉, 오실레이터(200e)에 공급되는 전원 전압(VDD)은 ZTC 전압(V_ZTC)으로 유지되므로 오실레이터(200e)에 포함된 트랜지스터들은 ZTC 조건에 있을 수 있고, 이에 따라 주파수 제어기(160e)가 생성한 주파수 제어 신호(F_CTR)에 따라 진동 신호(OSC)의 주파수가 변동되더라도 'F_TAR'로 유지될 수 있다.
도 8a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터(200')의 블록도이고, 도 8b는 도 8a의 오실레이터(200')의 일부의 회로도이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하여 전술된 바와 같이, 오실레이터(200')는 전원 전압(VDD)을 공급받을 수 있고, 주파수 제어 신호(F_CTR)를 수신하고, 진동 신호(OSC)를 출력할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 주파수 제어 신호(F_CTR)는 디지털 신호일 수 있고, 오실레이터(200')는 디지털 제어 오실레이터(digitally controlled oscillator; DCO)일 수 있다. 예를 들면, 도 8a에 도시된 바와 같이, 오실레이터(200')는 링 오실레이터(ring oscillator)로서, 직렬 연결되고 전원 전압(VDD)을 공급받는 복수의 인버터들을 포함할 수 있다. 또한, 오실레이터(200')는 입력과 출력이 각각 연결된, 병렬 연결된 복수의 인버터들을 포함할 수 있다. 도 8a를 참조하면, 오실레이터(200')는 3개의 병렬 연결된 인버터들을 각각 포함하는 3개의 스테이지들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 제1 스테이지(210')는 병렬 연결된 3개의 인버터들(211', 212', 213')을 포함할 수 있다. 비록 도 8a는 3개의 인버터들을 포함하는 스테이지 및 3개의 스테이지들로 구성된 오실레이터(200')를 도시하나, 스테이지에 포함되는 인버터들의 개수 및 오실레이터를 구성하는 스테이지들의 개수는, 도 8a에 도시된 바와 상이할 수 있는 점은 이해될 것이다.
복수의 인버터들 각각은 인에이블 단자를 가질 수 있고, 인에이블 단자에 인가되는 인에이블 신호에 따라 동작, 즉 입력 신호를 반전시켜 출력시키거나 그렇지 아니할 수 있다. 예를 들면, 도 8b를 참조하여 후술되는 바와 같이, 인버터(211')는, 활성화된 인에이블 신호(EN11)에 응답하여 입력 신호(X)를 반전시킨 출력 신호(Y)를 출력할 수 있는 한편, 비활성화된 인에이블 신호(EN11)에 응답하여 출력 신호(Y)가 출력되는 단자를 플로팅(floating)시킬 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 복수의 인버터들은 개별적인 인에이블 신호들을 수신할 수 있고, 주파수 제어 신호(F_CTR)에 따라 인에이블 신호들 각각의 활성화 및 비활성화가 결정될 수 있다. 이와 같이 주파수 제어 신호(F_CTR)에 따라 복수의 인버터들 중 동작하는 인버터들의 개수 및 종류가 변경될 수 있고, 이에 따라 스테이지들 각각에서의 신호의 지연 시간이 변경됨으로써 진동 신호(OSC)의 주파수가 변경될 수 있다. 즉, 진동 신호(OSC)의 주파수는 디지털 제어될 수 있다.
도 8b는 도 8a의 오실레이터(200')의 제1 스테이지(210')의 회로도이다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 제1 스테이지(210')는 3개의 인버터들(211', 212', 213')을 포함할 수 있고, 3개의 인버터들(211', 212', 213')의 입력들은 서로 연결될 수 있으며, 3개의 인버터들(211', 212', 213')의 출력들은 서로 연결될 수 있다.
3개의 인버터들(211', 212', 213') 각각은 직렬 연결된 MOS 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 즉, 3개의 인버터들(211', 212', 213') 각각은 입력 신호의 반전을 위하여 직렬 연결된 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터를 포함할 수 있고, 인에이블 신호가 인가되는 게이트를 가지는 NMOS 트랜지스터 및 반전된 인에이블 신호가 인가되는 게이트를 가지는 PMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다.
도 8a를 참조하여 전술된 바와 같이, 3개의 인버터들(211', 212', 213')은 상이한 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 인버터(212')에 포함된 트랜지스터들은 인버터(213')에 포함된 트랜지스터들보다 클 수 있고, 인버터(211')에 포함된 트랜지스터들은 인버터(212')에 포함된 트랜지스터들보다 클 수 있다. 크기가 큰 인버터, 즉 크기가 큰 트랜지스터들을 포함하는 인버터는 상대적으로 신호의 짧은 지연 시간을 가질 수 있고, 이에 따라 인버터들(211', 212', 213') 각각의 신호의 지연 시간들을 상이할 수 있다. 제1 스테이지(210')가 상이한 크기의 인버터들(211', 212', 213')을 포함하고, 인버터들(211', 212', 213')이 인에이블 신호들(EN11, EN21, EN31)에 의해서 개별적으로 제어됨으로써, 제1 스테이지(210')는 다양한 지연 시간들을 가질 수 있다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터(200")의 블록도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 오실레이터(200")는 직렬 연결된 인버터들(210", 220", 230") 및 인버터들(210", 220", 230")의 출력들에 각각 연결된 가변 캐패시턴스 회로들(240", 250", 260")을 포함할 수 있다.
오실레이터(200")는 주파수 제어 신호(F_CTR)에 기초하여 인버터들(210", 220", 230")의 부하 캐패시턴스를 조절함으로써 진동 신호(OSC)의 주파수를 조절할 수 있다. 즉, 인버터들(210", 220", 230")의 부하 캐패시턴스가 상승할수록 신호의 지연 시간은 상승할 수 있고, 진동 신호(OSC)의 주파수는 감소할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 가변 캐패시턴스 회로들(240", 250", 220")은 인버터들(210", 220", 230")의 출력들 마다 연결될 수도 있고, 도 9에 도시된 바와 상이하게 가변 캐새피턴스 회로들은 인버터들의 출력들 중 일부에만 연결될 수도 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 가변 캐패시턴스 회로(240")는 캐패시터들(C1, C2, C3) 및 캐패시터들(C1, C2, C3)과 각각 직렬 연결되고 스위치 제어 신호들(SW11, SW12, SW13)에 의해서 각각 제어되는 스위치들을 포함할 수 있다. 주파수 제어 신호(F_CTR)에 따라 스위치 제어 신호들(SW11, SW12, SW13) 각각의 활성화 여부가 결정될 수 있고, 인버터(210")의 부하 캐패시턴스는 스위치 제어 신호들(SW11, SW12, SW13)에 의해서 결정될 수 있다. 또한, 가변 캐패시턴스 회로(240")에 포함되는 캐패시터들(C1, C2, C3)의 캐패시턴스들은 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 가변 캐패시턴스 회로(240")에 포함된 캐패시터들(C1, C2, C3)은 온도 계수가 낮은, 예컨대 금속 캐패시터(metal capacitor)일 수 있다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 6b의 신호들의 타이밍도이다. 전술된 바와 같이, 디지털 연산을 통해서 오실레이터(200f)의 ZTC 전압(V_ZTC)이 결정될 수 있고, 오실레이터(OSC)가 출력하는 진동 신호(OSC)의 주파수는 디지털 제어될 수 있다. 비록 도 6b는 온도 신호(TEMP)를 도시하지 아니하나, 도 10의 설명에서 도 6b의 ZTC 추정기(120f)는 오실레이터(200f)의 온도를 나타내는 온도 신호(TEMP)를 수신하는 것으로 가정된다. 이하에서 도 10은 도 6b를 참조하여 설명될 것이다.
시각 t11 내지 시각 t23에서, ZTC 추정기(120f)는 오실레이터(200f)의 ZTC 조건을 추정하기 위한 동작을 수행할 수 있고, 활성화된 추정 신호(EST)를 출력할 수 있다. 즉, ZTC 추정기(120f)는 오실레이터(200f)의 ZTC 조건의 추정을 시작할 때부터 완료할 때까지(예컨대, 시각 t23까지) 활성화된 추정 신호(EST)를 유지할 수 있다. 활성화된 추정 신호(EST)에 응답하여, 주파수 제어기(160f)는 주파수 제어 신호(F_CTR)의 값을 'FC0'로 유지할 수 있다.
시각 t11에서 제1 온도(T1)인 오실레이터(200f)에 기인하여 온도 신호(TEMP)는 제1 온도(T1)를 나타낼 수 있다. ZTC 추정기(120f)는 온도 신호(TEMP)를 통해서 제1 온도(T1)를 인식할 수 있고, 전원 전압(VDD)이 제1 전압(V1)이 되도록, 'VC1'인 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 출력할 수 있다. 바이어스 회로(140f)는 'VC1'인 바이어스 제어 신호(V_CTR)에 응답하여, 제1 전압(V1)인 전원 전압(VDD)을 출력할 수 있다. 제1 전압(V1)인 전원 전압(VDD) 및 'FC0'인 주파수 제어 신호(F_CTR)에 기인하여, 오실레이터(200f)는 제1 주파수(F1)를 가지는 진동 신호(OSC)를 출력할 수 있다. 주파수 검출기(180f)는 진동 신호(OSC)의 주파수를 검출함으로써 제1 주파수(F1)를 나타내는 주파수 검출 신호(FER)를 출력할 수 있다. ZTC 추정기(120f)는 주파수 검출기(180f)로부터 수신된 주파수 검출 신호(FER)에 의해서 제1 주파수(F1)를 (예컨대, 도 4a의 제1 저장 소자(121a)에) 저장할 수 있다.
시각 t12에서, ZTC 추정기(120f)는, 전원 전압(VDD)이 제2 전압(V2)이 되도록, 'VC2'인 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 출력할 수 있다. 바이어스 회로(140f)는 'VC2'인 바이어스 제어 신호(V_CTR)에 응답하여, 제2 전압(V2)인 전원 전압(VDD)을 출력할 수 있다. 제2 전압(V2)인 전원 전압(VDD) 및 'FC0'인 주파수 제어 신호(F_CTR)에 기인하여, 오실레이터(200f)는 제2 주파수(F2)를 가지는 진동 신호(OSC)를 출력할 수 있다. 주파수 검출기(180f)는 진동 신호(OSC)의 주파수를 검출함으로써 제2 주파수(F2)를 나타내는 주파수 검출 신호(FER)를 출력할 수 있다. ZTC 추정기(120f)는 주파수 검출기(180f)로부터 수신된 주파수 검출 신호(FER)에 의해서 제2 주파수(F2)를 (예컨대, 도 4a의 제2 저장 소자(122a)에) 저장할 수 있다.
시각 t21에서 제2 온도(T2)인 오실레이터(200f)에 기인하여 온도 신호(TEMP)는 제2 온도(T2)를 나타낼 수 있다. ZTC 추정기(120f)는 온도 신호(TEMP)를 통해서 제2 온도(T2)를 인식할 수 있고, 전원 전압(VDD)이 제3 전압(V3)이 되도록, 'VC3'인 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 출력할 수 있다. 바이어스 회로(140f)는 'VC3'인 바이어스 제어 신호(V_CTR)에 응답하여, 제3 전압(V3)인 전원 전압(VDD)을 출력할 수 있다. 제3 전압(V3)인 전원 전압(VDD) 및 'FC0'인 주파수 제어 신호(F_CTR)에 기인하여, 오실레이터(200f)는 제3 주파수(F3)를 가지는 진동 신호(OSC)를 출력할 수 있다. 주파수 검출기(180f)는 진동 신호(OSC)의 주파수를 검출함으로써 제3 주파수(F3)를 나타내는 주파수 검출 신호(FER)를 출력할 수 있다. ZTC 추정기(120f)는 주파수 검출기(180f)로부터 수신된 주파수 검출 신호(FER)에 의해서 제3 주파수(F3)를 (예컨대, 도 4a의 제3 저장 소자(123a)에) 저장할 수 있다.
시각 t22에서, ZTC 추정기(120f)는, 전원 전압(VDD)이 제4 전압(V4)이 되도록, 'VC4'인 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 출력할 수 있다. 바이어스 회로(140f)는 'VC4'인 바이어스 제어 신호(V_CTR)에 응답하여, 제4 전압(V4)인 전원 전압(VDD)을 출력할 수 있다. 제4 전압(V4)인 전원 전압(VDD) 및 'FC0'인 주파수 제어 신호(F_CTR)에 기인하여, 오실레이터(200f)는 제4 주파수(F4)를 가지는 진동 신호(OSC)를 출력할 수 있다. 주파수 검출기(180f)는 진동 신호(OSC)의 주파수를 검출함으로써 제4 주파수(F4)를 나타내는 주파수 검출 신호(FER)를 출력할 수 있다. ZTC 추정기(120f)는 주파수 검출기(180f)로부터 수신된 주파수 검출 신호(FER)에 의해서 제4 주파수(F4)를 (예컨대, 도 4a의 제4 저장 소자(124a)에) 저장할 수 있다.
시각 t23에서, ZTC 추정기(120f)는 제1 내지 제4 전압(V1 내지 V4) 및 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4)에 기초하여 ZTC 전압(V_ZTC)을 계산할 수 있고, 전원 전압(VDD)이 ZTC 전압(V_ZTC)이 되도록, 'VC_ZTC'인 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 출력할 수 있다. 또한, ZTC 추정기(120f)는 오실레이터(200f)의 ZTC 조건의 추정이 완료되었으므로, 비활성화된 추정 신호(EST)를 출력할 수 있다. 바이어스 회로(140f)는 'VC_ZTC'인 바이어스 제어 신호(V_CTR)에 응답하여, ZTC 전압(V_ZTC)인 전원 전압(VDD)을 출력할 수 있다. ZTC 전압(V_ZTC)인 전원 전압(VDD) 및 'FCO'인 주파수 제어 신호(F_CTR)에 기인하여, 오실레이터(200f)는 'F_ZTC'의 주파수를 가지는 진동 신호(OSC)를 출력할 수 있다. 주파수 검출기(180f)는 진동 신호(OSC)의 주파수를 검출함으로써 'F_ZTC'를 나타내는 주파수 검출 신호(FER)를 출력할 수 있다. ZTC 추정기(120f)는 전원 전압(VDD)이 ZTC 전압(V_ZTC)에서 유지되도록, 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 'VC_ZTC'로 유지할 수 있다.
시각 t24에서, 주파수 제어기(160f)는 진동 신호(OSC)의 주파수 'F_ZTC'를 목표 주파수(F_TAR)로 변경하기 위한 동작을 개시할 수 있다. 즉, 주파수 제어기(160f)는 비활성화된 추정 신호(EST)에 응답하여, 'FC1'인 주파수 제어 신호(F_CTR)를 출력할 수 있고, 오실레이터(200f)는 ZTC 전압(V_ZTC)인 전원 전압 및 'FC1'인 주파수 제어 신호(F_CTR)에 기인하여 'F11'의 주파수를 가지는 진동 신호(OSC)를 출력할 수 있다. 주파수 검출기(180f)는 진동 신호(OSC)의 주파수를 검출함으로써 'F11'를 나타내는 주파수 검출 신호(FER)를 출력할 수 있다. 주파수 제어기(160f)는 주파수 검출기(180f)로부터 수신된 주파수 검출 신호(FER)에 의해서 주파수 'F11'를 인식할 수 있고, 목표 주파수(F_TAR)와 비교함으로써 주파수 제어 신호(F_CTR)의 다음 값(즉, 'FC2')을 결정할 수 있다. 유사하게, 시각 t25, 26, 27 각각에서, 주파수 제어기(160f)는 주파수 검출기(180f)로부터 수신된 주파수 검출 신호(FER)에 기초하여 진동 신호(OSC)의 주파수가 목표 주파수(F_TAR)가 되도록 주파수 제어 신호(F_CTR)의 값을 조절할 수 있다.
시각 t28에서, 주파수 제어기(160f)는 'FC_TAR'인 주파수 제어 신호(F_CTR)를 출력할 수 있고, 오실레이터(200f)는 ZTC 전압(V_ZTC)인 전원 전압 및 'FC_TAR'인 주파수 제어 신호(F_CTR)에 기인하여 목표 주파수(F_TAR)를 가지는 진동 신호(OSC)를 출력할 수 있다. 주파수 검출기(180f)는 진동 신호(OSC)의 주파수를 검출함으로써 목표 주파수(F_TAR)를 인식할 수 있고, 주파수 제어 신호(F_CTR)를 'FC_TAR'으로 유지할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 ZTC 추정기(120)의 동작을 설명하기 위한 그래프들 및 표들이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전술된 바와 유사하게, ZTC 추정기(120)는 제1 라인(41) 및 제2 라인(42)의 교차점(Z)으로부터 ZTC 전압(V_ZTC)를 계산할 수 있다. 이하에서 도 11a 및 도 11b를 참조하여 설명되는 바와 같이, ZTC 추정기(120)는 제1 및 제2 라인(41, 42)로부터 도출된 교차점(Z)에 기초하여, 오실레이터(200)의 비선형적인 특성을 보상하는 동작을 추가적으로 수행할 수 있다. 도 3b와 유사하게, 도 11a 및 도 11b에서, 제1 및 제3 전압(V1, V3)은 일치할 수 있고, 제2 및 제4 전압(V2, V4)은 일치할 수 있다.
도 11a를 참조하면, 교차점(Z)은 점들(A, B)를 잇는 직선 및 점들(C, D)를 잇는 직선(즉, 41, 42)으로부터 계산될 수 있는 한편, 도 11a에 도시된 바와 같이, 오실레이터(200)의 전원 전압(VDD)에 따른 진동 신호(OSC)의 주파수 특성은 비선형적일 수 있다. 이에 따라, 검출된 4개의 점들(A, B, C, D)로부터 계산된 교차점(Z)은 ZTC 포인트, 즉 제1 온도(T1)의 특성 곡선(41')과 제2 온도(T2)의 특성 곡선(42')이 교차하는 지점과 상이할 수 있다.
검출된 4개 점들(A, B, C, D) 사이의 간격이 좁을수록, 즉 제1 및 제2 전압(V1, V2)의 차이가 감소할수록, 교차점(Z)과 실제 ZTC 포인트의 차이는 감소할 수 있다. 후술되는 바와 같이, ZTC 추정기(120)는 검출된 4개의 점들(A, B, C, D)로부터 계산된 교차점(Z)에 기초하여 새로운 4개의 점들(A', B', C', D')을 검출할 수 있고, 새로운 4개의 점들(A', B', C', D')로부터 실제 ZTC 포인트와 실질적으로 동일하거나 실제 ZTC 포인트와의 오차가 감소된 교차점(Z')을 계산할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, ZTC 추정기(120)는, 제1 및 제2 온도(T1, T2) 각각에서 제1 및 제2 전압(V1, V2)를 이용하여 4개의 점들(A, B, C, D)을 검출할 수 있고, 검출된 4개의 점들(A, B, C, D)로부터 교차점(Z)을 계산할 수 있다. 그 다음에, ZTC 추정기(120)는 교차점(Z)에 대응하는 전압(V_Z)과 제1 전압(V1) 사이의 제5 전압(V5) 및 교차점(Z)에 대응하는 전압(V_Z)과 제2 전압(V2) 사이의 제6 전압(V6)을 계산할 수 있다. ZTC 추정기(120)는 제1 및 제2 온도(T1, T2) 각각에서 제5 및 제6 전압(V5, V6)을 이용하여 제5 내지 제8 주파수(F5 내지 F8)을 검출할 수 있고, 검출된 4개의 점들(A', B', C', D')로부터 교차점(Z')을 계산할 수 있다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 검출된 4개의 점들(A', B', C', D')은 이전의 4개의 점들(A, B, C, D)보다 좁은 간격들을 가질 수 있고, 이에 따라 교차점(Z')은 교차점(Z)보다 ZTC 포인트에 더욱 근접할 수 있다. 이에 따라, ZTC 추정기(120)는 교차점(Z')에 대응하는 전압을 ZTC 전압(V_ZTC)으로 결정할 수 있다.
도 11b를 참조하면, ZTC 추정기(120)는 4개의 점들(A, B, C, D)을 검출할 때와 상이한 온도들에서 새로운 4개의 점들(A", B", C", D")을 검출할 수 있다. 즉, 도 11b에 도시된 바와 같이, ZTC 추정기(120)는 제1 및 제2 온도(T1, T2) 각각에서 제1 및 제2 전압(V1, V2)를 이용하여 4개의 점들(A, B, C, D)을 검출할 수 있고, 검출된 4개의 점들(A, B, C, D)로부터 교차점(Z)을 계산할 수 있고, 교차점(Z)에 대응하는 전압(V_Z)에 기초하여 제5 및 제6 전압(V5, V6)을 계산할 수 있다. 그 다음에, ZTC 추정기(120)는, 제1 및 제2 온도(T1, T2)와 상이한 제3 및 제4 온도(T3, T4) 각각에서 제5 및 제6 전압(V5, V6)을 이용하여 제5 내지 제8 주파수(F5 내지 F8)를 검출할 수 있고, 검출된 4개 점들(A", B", C", D")로부터 교차점(Z")을 계산할 수 있다. 도 2, 도 3a 및 도 3b 등을 참조하여 전술된 바와 같이, 오실레이터(200)는 ZTC 포인트에서 전원 전압(VDD) 및 진동 신호(OSC)의 주파수는 온도와 무관하게 일정하므로, 제3 및 제4 온도(T3, T4) 각각에서 검출된 4개의 점들(A", B", C", D")로부터 계산된 교차점(Z") 역시 유효할 수 있다. 즉, 도 11b의 제3 온도(T3)의 특성 곡선(43) 및 제4 온도(T4)의 특성 곡선(44)뿐만 아니라 도 11a의 제1 온도(T1)의 특성 곡선(41') 및 제2 온도(T2)의 특성 곡선(42')은 모두 ZTC 포인트에서 교차할 수 있다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 오실레이터를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 오실레이터를 제어하는 방법은 복수의 단계들(S200, S400, S600)을 포함할 수 있고, 예컨대 도 1의 ZTC 추정기(120)에 의해서 수행될 수 있다. 이하에서 도 12는 도 1을 참조하여 설명될 것이다.
단계 S200에서, 오실레이터(200)의 전원 전압(VDD)을 제어하고 진동 신호(OSC)의 주파수를 획득하는 동작이 수행될 수 있다. 오실레이터(200)가 출력하는 진동 신호(OSC)의 주파수는 오실레이터(200)에 공급되는 전원 전압(VDD)의 크기에 따라 변동할 수 있고, ZTC 추정기(120)는 다양한 크기의 전원 전압(VDD)을 오실레이터(200)에 공급하고, 진동 신호(OSC)의 주파수들을 획득할 수 있다. 단계 S200에 대한 자세한 내용은 도 12를 참조하여 후술될 것이다.
단계 S400에서, 전원 전압(VDD) 및 진동 신호(OSC)의 주파수에 기초하여 ZTC 전압(V_ZTC)을 추정하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, ZTC 추정기(120)는, 오실레이터(200)의 전원 전압 및 진동 신호(OSC)의 주파수가 양 축인 그래프에서, 상이한 제1 및 제2 전압(V1, V2)에 대응하는 제1 및 제2 주파수(F1, F2)로부터 라인을 도출할 수 있고, 오실레이터(200)의 상이한 온도들에서 각각 도출된 라인들이 교차하는 교차점으로부터 ZTC 전압(V_ZTC)을 추정할 수 있다.
단계 S600에서, 전원 전압(VDD)이 ZTC 전압(V_ZTC)이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 생성하는 동작이 수행될 수 있다. 오실레이터(200)에 전원 전압(VDD)을 공급하는 바이어스 회로(140)는 바이어스 제어 신호(V_CTR)에 기초하여 전원 전압(VDD)의 크기를 조절할 수 있고, ZTC 추정기(120)는 전원 전압(VDD)이 ZTC 전압(V_ZTC)이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 생성하여 바이어스 회로(140)에 제공할 수 있다. 이에 따라, ZTC 전압(V_ZTC)인 전원 전압(VDD)이 오실레이터(200)에 공급될 수 있고, 오실레이터(200)는 ZTC 조건에서 온도 변동과 무관하게 일정한 주파수의 진동 신호(OSC)를 출력할 수 있다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 11의 단계 S200 및 단계 S400의 예시를 나타내는 순서도이다. 도 12을 참조하여 전술된 바와 같이, 단계 S200a에서 오실레이터의 전원 전압을 제어하고 진동 신호의 주파수를 획득하는 동작이 수행될 수 있고, 단계 400a에서 전원 전압 및 진동 신호의 주파수에 기초하여 ZTC 전압(V_ZTC)을 추정하는 동작이 수행될 수 있다. 본 개시의 예시적 실시예에 따라, 도 12의 단계들(S200a, S400a)는 도 5a 및 도 5b의 ZTC 추정기(120c, 120d)에 의해서 수행될 수 있고, 이하에서, 도 13은 도 3a 및 도 5a를 참조하여 설명될 것이다.
도 13을 참조하면, 단계 S200a는 복수의 단계들(S220, S240, S260, S280)을 포함할 수 있다. 단계 S220에서, 온도 신호(TEMP)로부터 제1 온도(T1)를 인식하는 동작이 수행될 수 있다. ZTC 추정기(120c)는 시스템(10c)의 외부로부터 수신된 (또는 도 5b에 도시된 바와 같이, 시스템(10d)의 내부에서 생성된) 온도 신호(TEMP)로부터 오실레이터(200c)의 제1 온도(T1)를 인식할 수 있다.
단계 S240에서, 상이한 시점에 전원 전압(VDD)을 제1 및 제2 전압(V1, V2)으로 제어하고 제1 및 제2 주파수(F1, F2)를 획득하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, ZTC 추정기(120c)는 전원 전압(VDD)이 제1 전압(V1)이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 생성할 수 있고, 진동 신호(OSC)의 제1 주파수(F1)를 획득할 수 있다. 그 다음에, ZTC 추정기(120c)는 전원 전압(VDD)이 제2 전압(V2)이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 생성할 수 있고, 진동 신호(OSC)의 제2 주파수(F2)를 획득할 수 있다.
단계 S260에서, 온도 신호(TEMP)로부터 제2 온도(T2)를 인식하는 동작이 수행될 수 있다. 제2 온도(T2)는 제1 온도(T1)와 상이할 수 있고, 도 14를 참조하여 후술되는 바와 같이, 제1 및 제2 온도(T1, T2)의 차이는 미리 정해진 값보다 클 수 있다. ZTC 추정기(120c)는 제2 온도(T2)를 인식함으로써, 제1 온도(T1)에서 도출된 오실레이터(200c)의 전원 전압(VDD)에 따른 진동 신호(OSC)의 주파수 특징(예컨대, 도 3a의 제1 라인(21))과 상이한 특징(예컨대, 도 3a의 제2 라인(22))을 도출하기 위한 동작을 개시할 수 있다.
단계 S280에서, 상이한 시점에 전원 전압(VDD)을 제3 및 제4 전압(V3, V4)으로 제어하고 제3 및 제4 주파수(F3, F4)를 획득하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, ZTC 추정기(120c)는 전원 전압(VDD)이 제3 전압(V3)이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 생성할 수 있고, 진동 신호(OSC)의 제3 주파수(F3)를 획득할 수 있다. 그 다음에, ZTC 추정기(120c)는 전원 전압(VDD)이 제4 전압(V4)이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 생성할 수 있고, 진동 신호(OSC)의 제4 주파수(F4)를 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제3 전압(V1, V3)은 일치할 수 있고, 제2 및 제4 전압(V2, V4)은 일치할 수 있다.
단계 S400a에서, 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4) 및 제1 내지 제4 전압(V1 내지 V4)에 기초하여, ZTC 전압(V_ZTC)을 계산하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도3a에 도시된 바와 같이, ZTC 추정기(120c)는 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4) 및 제1 내지 제4 전압(V1 내지 V4)로부터 제1 및 제2 라인(21, 22)을 도출할 수 있고, 제1 및 제2 라인(21, 22)의 교차점(Z)을 ZTC 포인트로서 계산할 수 있다. ZTC 전압(V_ZTC)은 교차점(Z)에 대응하는 전압일 수 있다.
도 14는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 13의 단계 S260의 예시(S260')를 나타내는 순서도이다. 도 13을 참조하여 전술된 바와 같이, 단계 S260'에서 온도 신호(TEMP)로부터 제2 온도(T2)를 인식하는 동작이 수행될 수 있다. 도 14를 참조하면, 단계 S260'은 단계 S261 및 단계 S262를 포함할 수 있다. 이하에서 도 14는 도 5a를 참조하여 설명될 것이다.
단계 S261에서, 온도 신호(TEMP)로부터 제2 온도(T2)를 추출하는 동작이 수행될 수 있다. 도 5a 및 도 5b를 참조하여 전술된 바와 같이, 온도 신호(TEMP)는 오실레이터(200c)의 다양한 온도들을 나타낼 수 있는 신호일 수 있다. 예를 들면, 온도 신호(TEMP)는 복수의 비트들을 포함할 수 있고, 복수의 신호 라인들을 통해서 병렬적으로 ZTC 추정기(120c)에 수신되거나 하나의 신호 라인을 통해서 직렬적으로 ZTC 추정기(120c)에 수신될 수 있다. ZTC 추정기(120c)는 온도 신호(TEMP)로부터 온도 신호(TEMP)가 나타내는 제2 온도(T2)를 추출할 수 있다.
단계 S262에서, 제1 온도(T1) 및 제2 온도(T2)의 차이와 기준값을 비교하는 동작이 수행될 수 있다. 도 3a를 참조하면, 제1 및 제2 온도(T1, T2)의 차이가 작은 경우 도출된 제1 및 제2 라인(21, 22)의 기울기 차이는 작을 수 있다. 다른 한편으로, 제1 및 제2 온도(T1, T2)의 차이가 충분히 큰 경우 도출된 제1 및 제2 라인(21, 22)의 기울기 차이는 클 수 있고, 이에 따라 제1 및 제2 라인(21, 22)의 교차점(Z)이 ZTC 포인트에 더 근접할 수 있다. 따라서, ZTC 추정기(120c)는 제1 및 제2 온도(T1, T2)의 차이를 기준값과 비교함으로써, 제1 및 제2 온도(T1, T2)의 차이가 기준값보다 작은 경우, 단계 S261에서 새로운 온도 신호(TEMP)로부터 제2 온도(T2)를 추출하는 동작이 다시 수행될 수 있다. 다른 한편으로, 제1 및 제2 온도(T1, T2)의 차이가 기존값보다 큰 경우, 추출된 제2 온도(T2)에서 후속하는 동작들(예컨대, 도 13의 단계 S280)이 수행될 수 있다.
도 15는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 오실레이터를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 오실레이터를 제어하는 방법은, 복수의 단계들(S100b, S200b, S400b, S600b, S700b)을 포함할 수 있고, 예컨대 도 6a 및 도 6b의 제어 회로(100e, 100f)에 의해서 수행될 수 있다. 이하에서 도 15는 도 6a를 참조하여 설명될 것이다.
단계 S100b에서, 주파수 제어 신호(F_CTR)를 일정하게 유지하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 주파수 제어기(160e)는 ZTC 추정기(120e)로부터 출력되는 활성화된 추정 신호(EST)에 응답하여, 주파수 제어 신호(F_CTR)를 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 후속하는 단계들에서 오실레이터(200e)의 ZTC 조건이 추정되는 동안 주파수 제어 신호(F_CTR)가 일정하게 유지됨으로써, 오실레이터(200e)의 전원 전압(VDD)에 따른 진동 신호(OSC)의 주파수 특성이 검출될 수 있고, 이에 따라 오실레이터(200e)의 ZTC 조건이 정확하게 추정될 수 있다.
도 15의 단계들(S200b, S400b, 단계 S600b)은 도 12의 단계들(S200, S400, S600)과 각각 동일하거나 유사할 수 있다. 즉, ZTC 추정기(120e)는 전원 전압(VDD)을 제어함으로써 진동 신호(OSC)의 복수의 주파수들을 획득할 수 있고, 전원 전압(VDD)의 크기 및 복수의 주파수들에 기초하여 오실레이터(200e)의 ZTC 전압(V_ZTC)을 추정할 수 있다. 또한, ZTC 추정기(120e)는 전원 전압(VDD)이 ZTC 전압(V_ZTC)이 되도록 바이어스 제어 신호(V_CTR)를 생성하여 출력할 수 있다.
단계 S700b에서, 진동 신호(OSC)가 목표 주파수(F_TAR)를 가지도록 주파수 제어 신호(F_CTR)를 생성하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 전원 전압(VDD)이 ZTC 전압(V_ZTC)이고 주파수 제어 신호(F_CTR)가 단계 S100b에서 설정된 값일 때 진동 신호(OSC)의 주파수(F_ZTC)는 목표 주파수(F_TAR)와 상이할 수 있다. 이에 따라, 주파수 제어기(160e)는 주파수 제어 신호(F_CTR)를 생성하여 오실레이터(200e)에 제공하고, 그에 따른 진동 신호(OSC)의 주파수를 획득함으로써 진동 신호(OSC)가 목표 주파수(F_TAR)를 가지도록 주파수 제어 신호(F_CTR)를 생성할 수 있다. 이에 따라, 오실레이터(200e)는 PVT(process voltage temperature) 변동에 무관하게 목표 주파수(F_TAR)를 가지는 진동 신호(OSC)를 출력할 수 있다.
도 16은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 11a 및 도 11b를 참조하여 전술된 바와 같이, 오실레이터의 비선형적인 특성을 보상하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도 16의 단계들(S510, S520, S540, S560, S580, SS590)은 도 13의 단계 S400a가 수행된 후 수행될 수 있고, 도 6a 및 도 6b의 제어 회로(100e, 100f)에 의해서 수행될 수 있다. 이하에서 도 16은 도 11b 및 도 6a를 참조하여 설명될 것이다.
단계 S510에서, 제1 및 제2 전압(V1, V2) 및 교차점(Z)에 기초하여 제5 및 제6 전압(V5, V6)을 계산하는 동작이 수행될 수 있다. 교차점(Z)은, 이전 단계에서 제1 내지 제4 전압(V1 내지 V4) 및 제1 내지 제4 주파수(F1 내지 F4)로부터 계산될 수 있고, 도 16의 예시에서 제1 및 제3 전압(V1, V3)은 일치할 수 있고, 제2 및 제4 전압(V2, V4)은 일치할 수 있다. 제5 전압(V5)은 제1 전압(V1) 및 교차점(Z)에 대응하는 전압(V_Z) 사이에 있을 수 있고, 제6 전압(V6)은 제2 전압(V2) 및 교차점(Z)에 대응하는 전압(V_Z) 사이에 있을 수 있다.
도 13의 단계들(S220, S240, S260, S280)과 유사하게, 도 16의 단계들(S520, S540, S560, S580)이 수행될 수 있다. 즉, 제3 온도(T3)에서 제5 및 제6 전압(V5, V6)에 각각 대응하는 제5 및 제6 주파수(F5, F6)이 획득될 수 있고, 제4 온도(T4)에서 제5 및 제6 전압(V5, V6)에 각각 대응하는 제7 및 제8 주파수(F7, F8)가 획득될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 온도(T2)는 도 13의 제1 온도(T1)과 일치할 수 있고, 제4 온도(T4)는 도 13의 제2 온도(T2)와 일치할 수 있다.
단계 S590에서, 제5 내지 제8 주파수(F5 내지 F8) 및 제5 및 제6 전압(V5, V6)에 기초하여, ZTC 전압(V_ZTC)을 계산할 수 있다. 예를 들면, 제5 및 제6 주파수(F5, F6)와 제5 및 제6 전압(V5, V6)에 의해서 형성되는 제3 온도(T3)의 라인이 추출될 수 있고, 제7 및 제8 주파수(F7, F8)와 제5 및 제6 전압(V5, V6)에 의해서 형성되는 제4 온도(T4)의 라인이 추출될 수 있다. 제3 온도(T3)의 라인 및 제4 온도(T4)의 라인의 교차점(Z")이 계산될 수 있고, 교차점(Z")은 단계 S510의 교차점(Z)보다 ZTC 포인트에 더 근접할 수 있다. 이에 따라, 교차점(Z")에 대응하는 전압이 ZTC 전압(V_ZTC)으로서 결정될 수 있다.
도 17은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터 제어 회로(1110)를 포함하는 집적 회로(1000)의 블록도이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 집적 회로(1000)는 기준 클락 생성기(1100), 복수의 PLL(phase locked loop)들(1200, 1300, 1400) 및 클락 신호 생성기(1500)를 포함할 수 있다.
기준 클락 생성기(1100)는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터 제어 회로(1110) 및 오실레이터(1120)를 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터 제어 회로(1110)는 오실레이터(1120)의 전원 전압을 제어하여 오실레이터(1120)의 ZTC 조건을 추정하고, 오실레이터(1120)의 출력 신호가 목표 주파수를 가지도록 오실레이터(1120)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 오실레이터(1120)의 출력 신호는 공정, 전압, 온도의 변동에 무관하게 일정한 주파수(즉, 목표 주파수)를 가질 수 있고, 기준 클락 신호(CLK)로서 사용될 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 기준 클락 신호(CLK)는 복수의 PLL들(1200, 1300, 1400)에 공급될 수도 있고, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 오실레이터 제어 회로(1510) 및 오실레이터(1520)를 포함하는 클락 신호 생성기(1500)에 공급될 수도 있다. 예를 들면, 오실레이터 제어 회로(1510)는 오실레이터(1520)의 출력 신호의 주파수를 검출하는 주파수 검출기를 포함할 수 있고, 주파수 검출기에 포함된 카운터는 기준 클락 신호(CLK)의 에지들을 카운트한 값 및 오실레이터(1520)의 출력 신호의 에지들을 카운트한 값에 기초하여, 오실레이터(1520)의 출력 신호의 주파수를 검출할 수 있다. 또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 기준 클락 생성기(1100)에 의해서 생성된 기준 클락 신호(CLK)는 집적 회로(1000)의 외부로 출력될 수도 있으며, 이에 따라 크리스털 오실레이터 등이 기준 클락 신호 생성기(1100)로 대체됨으로써 공간이 절약될 수도 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 오실레이터에 공급되는 전원 전압 및 상기 오실레이터가 출력하는 진동 신호의 주파수에 기초하여, 상기 오실레이터의 ZTC(zero temperature coefficient) 조건을 만족하는 상기 오실레이터의 전원 전압인 ZTC 전압을 추정하는 ZTC 추정기를 포함하고,
    상기 ZTC 추정기는, 상기 전원 전압이 상기 ZTC 전압이 되도록 바이어스 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 ZTC 추정기는, 상기 오실레이터의 제1 온도 및 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도 각각에서, 상기 전원 전압이 2개 이상의 전압들이 되도록 상기 바이어스 제어 신호를 생성하고, 상기 2개 이상의 전압들에 각각 대응하는 상기 진동 신호의 2개 이상의 주파수들에 기초하여 상기 ZTC 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 회로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 ZTC 추정기는,
    상기 제1 온도에서 상기 오실레이터가 동작하는 동안, 제1 및 제2 전압들에 각각 대응하는 상기 진동 신호의 제1 및 제2 주파수를 저장하는 제1 및 제2 저장 소자;
    상기 제2 온도에서 상기 오실레이터가 동작하는 동안, 제3 및 제4 전압들에 각각 대응하는 상기 진동 신호의 제3 및 제4 주파수를 저장하는 제3 및 제4 저장 소자; 및
    상기 제1 내지 제4 전압들, 상기 제1 내지 제4 저장 소자 그룹에 저장된 주파수들에 기초하여, 상기 ZTC 전압을 연산하는 연산 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 연산 회로는, 전원 전압과 주파수를 양 축으로 하는 그래프에서, 상기 제1 및 제2 전압과 상기 제1 및 제2 주파수가 형성하는 제1 라인 및 상기 제3 및 제4 전압과 상기 제3 및 제4 주파수가 형성하는 제2 라인의 교차점을 연산하고, 상기 교차점에 기초하여 상기 ZTC 전압을 결정하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 회로.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연산 회로는, 상기 교차점에 대응하는 전압을 상기 ZTC 전압으로서 결정하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 회로.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 및 제3 전압이 일치하고,
    상기 제2 및 제4 전압이 일치하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 회로.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 ZTC 추정기는, 상기 전원 전압이
    상기 오실레이터의 제3 온도 및 상기 제3 온도와 상이한 제4 온도 각각에서, 상기 전원 전압이 상기 제1 전압 및 상기 교차점에 대응하는 전압 사이인 제5 전압 및 상기 제2 전압 및 상기 교차점에 대응하는 전압 사이인 제6 전압이 되도록 상기 바이어스 제어 신호를 생성하고,
    상기 연산 회로는, 상기 제3 및 제4 온도와 상기 제5 및 제6 전원 전압의 4개 조합들에 대응하는 상기 진동 신호의 4개 주파수들, 상기 제5 및 제6 전원 전압에 기초하여 상기 ZTC 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 회로.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 ZTC 추정기는, 상기 오실레이터의 온도에 따라 생성되는 온도 신호를 수신하고, 상기 온도 신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 온도를 인식하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 회로.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 ZTC 추정기는, 상기 전원 전압 및 상기 주파수를 나타내는 디지털 신호들에 기초하여 디지털 연산을 통해서 상기 ZTC 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 회로.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이어스 제어 신호를 수신하는 디지털-아날로그-변환기(digital-to-analog converter)를 포함하고, 상기 디지털-아날로그-변환기의 출력 신호에 기초하여 상기 전원 전압을 출력하는 바이어스 회로를 더 포함하는 오실레이터 제어 회로.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 ZTC 추정기는, 상기 ZTC 전압을 추정하는 동안 활성화되고 상기 ZTC 전압의 추정이 완료되면 비활성화되는 추정 신호를 생성하고,
    비활성화된 상기 추정 신호에 응답하여, 상기 진동 신호가 미리 정해진 목표 주파수를 가지도록 주파수 제어 신호를 생성하는 주파수 제어기를 더 포함하는 오실레이터 제어 회로.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 주파수 제어기는, 상기 추정 신호가 활성화되는 동안 상기 주파수 제어 신호를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 회로.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 진동 신호의 주파수를 검출함으로써, 상기 진동 신호의 주파수를 상기 ZTC 추정기 및 상기 주파수 제어기에 제공하는 주파수 검출기를 더 포함하는 오실레이터 제어 회로.
  14. 오실레이터에 공급되는 전원 전압을 제어하고, 상기 오실레이터가 출력하는 진동 신호의 주파수를 획득하는 단계;
    상기 전원 전압 및 상기 진동 신호의 주파수에 기초하여, 상기 오실레이터의 ZTC(zero temperature coefficient) 조건을 만족하는 상기 오실레이터의 전원 전압인 ZTC 전압을 추정하는 단계; 및
    상기 전원 전압이 상기 ZTC 전압이 되도록 바이어스 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 오실레이터 제어 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 주파수를 획득하는 단계는,
    상기 오실레이터의 제1 온도 및 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도 각각에서, 상기 전원 전압이 2개 이상의 전압들이 되도록 상기 바이어스 제어 신호를 생성하고, 상기 2개 이상의 전압들에 각각 대응하는 상기 진동신호의 2개 이상의 주파수들을 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 ZTC 전압을 추정하는 단계는, 상기 2개 이상의 전원 전압들 및 상기 2개 이상의 주파수들에 기초하여, 상기 ZTC 전압을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 주파수를 획득하는 단계는, 상기 오실레이터의 온도에 따라 생성되는 온도 신호에 기초하여, 상이한 시점들 각각에서 제1 및 제2 온도를 인식하는 단계를 더 포함하고,
    상기 2개 이상의 주파수들을 획득하는 단계는, 상기 제1 및 제2 온도 각각에서 수행되고,
    상기 ZTC 전압을 계산하는 단계는, 상기 제1 및 제2 온도에서 획득된 4개 이상의 주파수들에 기초하여 상기 ZTC 전압을 계산하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 ZTC 전압을 계산하는 단계는,
    전원 전압과 주파수를 양 축으로 하는 그래프에서, 상기 제1 온도에서 제1 및 제2 전압 각각에서 획득된 제1 및 제2 주파수와 상기 제1 및 제2 전압이 형성하는 제1 라인, 및 상기 제2 온도에서 제3 및 제4 전압 각각에서 획득된 제3 및 제4 주파수와 상기 제3 및 제4 전압이 형성하는 제2 라인의 교차점을 연산하는 단계; 및
    상기 교차점에 기초하여 상기 ZTC 전압을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 ZTC 전압을 결정하는 단계는, 상기 교차점에 대응하는 전원 전압을 상기 ZTC 전압으로 결정하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 및 제3 전압이 일치하고,
    상기 제2 및 제4 전압이 일치하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 ZTC 전압을 계산하는 단계는, 상기 오실레이터에 상기 제1 전압 및 상기 교차점에 대응하는 전원 전압 사이인 제5 전원 전압 및 상기 제2 전압 및 상기 교차점에 대응하는 전원 전압 사이인 제6 전원 전압을 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 오실레이터 제어 방법은, 제3 온도 및 상기 제3 온도와 상이한 제4 온도 각각에서, 상기 전원 전압이 상기 제5 및 제6 전원 전압이 되도록 상기 바이어스 제어 신호를 생성하고, 상기 제3 및 제4 온도와 상기 제5 및 제6 전원 전압의 4개 조합들에 각각 대응하는 상기 진동 신호의 4개 주파수들을 획득하는 단계를 더 포함하고,
    상기 ZTC 전압을 결정하는 단계는, 상기 4개 주파수들, 상기 제5 및 제6 전원 전압에 기초하여 상기 ZTC 전압을 계산하는 것을 특징으로 하는 오실레이터 제어 방법.
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