KR19990008563A - 복수의 vcd를 갖는 아날로그 pll회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 시스템에서 입력되는 기준 클럭과 PLL을 통해 만들어진 시스템 내부 클럭의 위상과 주파수를 비교하고 그 두신호의 위상차와 주파수 차이 만큼의 전압을 생성시키는 위상 주파수 검출기와, 상기 위상 주파수 검출기에서 생성된 전압에 따라 대응하는 크기의 안정된 특정전압을 발생시키는 전압 발생수단, 및 생성된 주파수를 현재의 기준 클럭의 주파수와 같이 되도록 분주해주는 주파수 분주기를 구비하고 있는 PLL 회로에 관한 것으로 특히, 서로 다른 선형성을 갖고 있으며 상기 전압 발생수단에서 발생되는 특정전압에 따라 고유의 선형성에 대응하는 발진주파수를 발생시키는 다수개의 주파수 발생수단과, 외부시스템에서 유입되는 제어신호에 따라 상기 주파수 발생수단들중 특정 주파수 발생수단을 인에이블시키는 선택수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 VCO를 갖는 아날로그 PLL회로에 관한 것이다.

Description

복수의 VCO를 갖는 아날로그 PLL 회로

본 발명은 아날로그 위상 동기 루프(Phase Locked Loop; 이하 PLL이라 칭함)에 관한 것으로 특히, 내장되어 있는 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator; 이하 VCO라 칭함)에 의해 제한되는 생성가능한 클럭 주파수 영역을 복수개로 선정하기 위한 복수의 VCO를 갖는 아날로그 PLL 회로에 관한 것이다.

종래의 PLL 회로는 첨부한 도1에 도시되어 있는 바와같이, 외부 시스템에서 입력되는 기준 클럭과 PLL을 통해 만들어진 시스템 내부 클럭의 위상과 주파수를 비교하고 그 두신호의 위상차와 주파수 차이 만큼의 전압을 생성시키는 위상 주파수 검출기(Phase Frequency Detector; 10)와, 상기 위상 주파수 검출기(10)에서 생성된 전압을 전류로 바꾸어주는 전하펌프(Charge Pump; 20)와, 상기 전하펌프(20)의 전류에 의해 발생한 VCO콘트롤 전압(VCO-CTL)이 전하펌프(20) 내부의 RC 회로에 의해 발생되는 전압의 흔들림 현상을 감소시키는 루프필터(Loop Filter; 30)와, 상기 루프필터(30)에서 나온 콘트롤 전압(VCO-CTL)에 의해 특정한 주파수를 생성하는 VCO(40), 및 상기 VCO(40)의 생성된 주파수를 현재의 기준클럭의 주파수와 같이 되도록 분주해주는 주파수 분주기(50)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성되는 종래의 PLL회로의 동작을 첨부한 도2를 참조하여 살펴보면, 시스템 외부에서 입력과 기준 클럭와 현재 시스템 내부에서 사용하고자 하는 클럭(FOUT)의 위상과 주파수가 틀리면 위상 주파수 검출기(10) 회로는 이들 클럭의 위상 차이 만큼에 대응하는 신호전압을 발생시키고 이 신호전압은 다시 전하펌프(20)과 루프필터(30)를 통해 VCO(40)의 주파수를 결정하는 콘트롤 신호(VCO-CTL)를 발생시킨다.

도2에서와 같이 현재 5V를 사용하는 시스템에서 현재 시스템 외부에서 입력되는 기준 클럭(FREF)이 10MHz이고 시스템 내부에서 사용하고자 하는 클럭(FOUT)이 100MHz, 주파수 드라이버(50)의 분주는 10 분주로 하고 최초 VCO 콘트롤 전압은 0볼트라 하면 첨부한 도 2에 도시되어 있는 바와같이 VCO 콘트롤 전압대 VCO 주파수(5V) 특성 곡선에 의해 VCO의 출력 클럭(FOUT)은 약 50MHz가 생성되게 된다.

이 생성된 50MHz 클럭은 도 1에서와 같이 주파수 분주기능을 수행하는 상기 주파수 드라이버(50)에 의해 10분주되어 위상 주파수 검출기(10)로 귀환되는 클럭은 5MHz가 된다.

이 분주기를 통해 5MHz 클럭과 외부 기준 클럭을 위상 주파수 검출기(10)에서 비교하면 아직까지 기준클럭신호가 더 빠르기 때문에 도1의 위상 주파수 검출기(10)는 업 신호를 두 신호의 시간 간격 차이만큼 전하펌프(20)에 공급하고 전하펌프(20)는 이 신호(UP)를 받아 전하펌프(20) 내부의 RC 회로에 의해 현재의 출력전압인 0볼트 상태에서 RC시상수에 의해 결정되는 만큼의 전압으로 상승시키고, 이때 상승된 전압 즉, 루프필터(30)를 통해 안정화된 VCO-CTL 전압이 0.5V로 되었다고 하면 이때 VCO는 (5V 동작) 도2에서 약 60MHz가 생성된 것이다.

이때, 이 발생된 60MHz FOUT 신호는 다시 도1에 도시되어 있는 주파수 드라이버(50)를 통해 10분주되어 6MHz가 되고 이 6MHz는 기준클럭의 10MHz와 위상주파수 검출기(10)에서 비교되고 아직까지도 기준 클럭신호가 더 빠르기 때문에 위상 주파수 검출기는 다시 업신호를 발생시키고 이 업신호에 의해 다시 VCO 콘트롤 전압은 상기 기술한 바와 같은 방법으로 상승하게 되는데 이런 과정을 되풀이하여 VCO-콘트롤 전압이 도2에서 보듯이 1V까지 상승하게 된다.

이렇게 VCO-콘트롤 전압이 1V가 되면 VCO(40)는 100MHz의 클럭을 발생시키고 이 신호는 주파수 드라이버(50)를 통해 10MHz로 분주되고, 이때 위상 주파수 검출기(10)에서는 입력되는 기준 클럭과 상기 주파수 드라이버(50)를 통해 귀환된 신호는 같이 10MHz가 된다.

이렇게 되면 위상 주파수 검출기(10)의 출력은 업신호와 다운신호가 모두 발생하지 않게 되고, 따라서 VCO 콘트롤 전압은 계속 1V를 유지하게 되어 VCO(40)에서의 출력주파수 역시 100MHz를 유지하게 된다.

반대로 도1의 위상 주파수 검출기(10)가 다운 신호를 발생시키는 경우를 살펴보면 기준클럭이 10MHz이고, 시스템 내부에서 사용하고자 하는 클럭 주파수가 100MHz라 할 때(이때도 역시 분주기 M(50)은 10분주하게 한다) 최초 VCO의 콘트롤 전압이 2.0V로 되어 첨부한 도2에서와 같이 약 250MHz가 생성되고 있다고 가정하면, 상기 VCO(40)에서 출력되는 250MHz에 대응하는 주파수는 주파수 드라이버(50)에 의하여 10분주되어 상기 위상 주파수 검출기(10)에 25MHz의 형태로 입력되어진다.

상기 위상 주파수 검출기(10)에서는 10MHz를 갖는 기준 클럭과 상기 주파수 드라이버(50)으로부터 입력되는 25MHz를 비교하는데, 이때 기준클럭 보다 상기 주파수 드라이버(50)를 통해 분주되어 귀환된 신호가 빠르기 때문에 두 입력신호의 시간간격의 차이 만큼을 다운신호로 발생시켜 상술한 바와같이 전하펌프(20)와 루프필터(30)를 통해 현재의 VCO 콘트롤 전압의 상태 2.0V를 낮추게 된다.

상술한 과정을 되풀이하면서 VCO 콘트롤 전압이 1.0V가 되면 VCO(40)는 도2의 5V PLL 특성곡선과 같이 100MHz를 발생하고 이것이 10분주되어 10MHz가 된다.

이후 분주되어진 10MHz 신호는 기준 클럭과 같기 때문에 이때 역시 위상주파수 검출기는 업 신호와 다운 신호를 모두 발생하지 않고 따라서 현재 콘트롤 전압은 1.0V로 유지하게 되고 VCO는 계속 100MHz를 생성하게 된다.

이상과 같이 3.3V 동작 역시 5V PLL 동작과 같은 방식이지만 도2의 특성 우선에서 보듯이 VCO가 주파수를 안정적으로 발생시킬 수 있는 범위(콘트롤 전압의 변화에 따른 VCO 주파수의 변화량이 직선적인 구간)가 5V PLL 동작에 비해 작다는 것만이 차이점이다.

종래의 PLL은 VCO의 특성상 안정적으로 클럭을 발생시킬 수 있는 범위가 제한되어 있어 폭 넓은 주파수를 사용하는 응용 제품에 사용하게 될 때 그 범위가 크게 제한된다. 또한 한 개의 VCO로 넓은 범위의 클럭 주파수를 생성시키기 위해서는 상대적으로 VCO 콘트롤 전압의 증가에 따른 상대적인 VCO 출력 주파수가 높이 나오게 하여야 하는데 이것은 도 3에서 직선적인 구간의 기울기가 커짐을 의미한다. 이 기울이가 너무 커지게 되면 이 또한 약간의 VCO 콘트롤 전압의 변화에도 쉽게 VCO 출력 주파수가 변하여 안정적인 클럭 주파수를 만들어 내기 어렵다는 문제점을 발생시킨다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 내장되어 있는 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator; 이하 VCO라 칭함)에 의해 제한되는 생성가능한 클럭 주파수 영역을 복수개로 선정하기 위한 복수의 VCO를 갖는 아날로그 PLL 회로를 제공하는데 있다.

도1은 종래 아날로그 PLL 회로의 구성 예시도

도2는 도1에서의 동작 파형 예시도

도3은 본 발명에 따른 복수의 VCO를 갖는 아날로그 PLL 회로의 구성 예시도

도4는 도3에서의 동작 파형 예시도

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 외부 시스템에서 입력되는 기준 클럭과 PLL을 통해 만들어진 시스템 내부 클럭의 위상과 주파수를 비교하고 그 두신호의 위상차와 주파수 차이 만큼의 전압을 생성시키는 위상 주파수 검출기와, 상기 위상 주파수 검출기에서 생성된 전압에 따라 대응하는 크기의 안정된 특정전압을 발생시키는 전압 발생수단, 및 생성된 주파수를 현재의 기준 클럭의 주파수와 같이 되도록 분주해주는 주파수 분주기를 구비하고 있는 PLL 회로에 있어서; 서로 다른 선형성을 갖고 있으며 상기 전압 발생수단에서 발생되는 특정전압에 따라 고유의 선형성에 대응하는 발진주파수를 발생시키는 다수개의 주파수 발생수단과, 외부시스템에서 유입되는 제어신호에 따라 상기 주파수 발생수단들중 특정 주파수 발생수단을 인에이블시키는 선택수단을 포함하는 데 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도3은 본 발명에 따른 복수의 VCO를 갖는 아날로그 PLL 회로의 구성 예시도이다.

도3에 도시되어 있는 구성중 첨부한 도1에 도시되어 있는 바와 다른 부분은 종래의 PLL에 구성하는 위상 주파수 검출기(10)와, 전하펌프(20), 루프필터(30) 및 주파수 드라이버(50)를 동일하게 갖고 있지만 추가로 각각 고유의 다른 클럭 발생 범위를 가지는 다수개의 VCO(401∼403)를 가지며, 상기 다수개의 VCO중 어느하나를 선택할 수 있는 디코더(60)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 복수개의 VCO를 갖는 아날로그 PLL 회로의 동작을 첨부한 도4를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도4에서는 도3에서 도시되어 있는 바와같이 구비되어 있는 각각의 VCO(401∼403)에 입력되는 콘트롤 전압에 따른 VCO 주파수의 변화를 나타나고 있는 것으로, 이를 살펴보면 3개의 VCO(401∼403)가 모두 VCO 콘트롤 전압이 1.0V에서 2.5V까지 증가함에 따라 VCO 주파수가 선형으로 증가함을 알 수 있다.

이렇게 선형으로 나타나는 구간을 록영역이라 하며, 이 구간에서만 PLL이 안정적으로 클럭을 발생시킬 수 있음을 의미한다.

도3에서 VCO-L(403)은 로우 주파수 영역의 VCO로 그 주파수 특성은 약 10MHz∼190MHz까지 동작이 가능하다. 또한, VCO-M(402)은 중간 주파수 영역의 VCO로 그 주파수 특성은 120MHz∼300MHz까지 동작이 가능하며, VCO-H(401)는 높은 주파수 영역의 VCO로 그 주파수 특성은 280MHz∼450MHz까지 동작이 가능하도록 되어 있다.

그러므로, 첨부한 도3에서는 이러한 각각의 특성을 가진 VCO가 외부에서 원하는 주파수 영역이 로우 주파수 영역이라면 외부 VCO 선택신호인 VCO-SEL 신호를 VCO-L(403)을 선택할 수 있도록 디코더(60)에 입력으로 제공하면, 상기 디코더(60)는 입력되는 제어신호에 따라 VCO-L(403)만이 동작하도록 하고 나머지 VCO-H(401)과 VCO-M-Cell(402)은 동작하지 않도록 한다.

그외의 기본적인 동작은 종래의 기술과 동일하므로 생략한다.

상술한 바와 같이 동작하는 본 발명에 따른 복수의 VCO를 갖는 아날로그 PLL 회로를 제공하면, 종래의 하나의 VCO로 넓은 주파수 발생 영역을 모두 생성시킬 수 없는 제약점과 넓은 영역을 발생시키고자 VCO의 전압대 주파수의 기울기(VCO의 게인)를 크게 할 때 VCO 콘트롤 전압의 약간의 움직임에도 주파수가 예민하게 변하는 단점을 복수개의 각각 다른 영역의 VCO를 사용함으로서 전압대 주파수의 기울기(VCO의 게인)를 너무 크게할 필요가 없으므로 안정된 주파수를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 외부 시스템에서 입력되는 기준 클럭과 PLL을 통해 만들어진 시스템 내부 클럭의 위상과 주파수를 비교하고 그 두신호의 위상차와 주파수 차이 만큼의 전압을 생성시키는 위상 주파수 검출기와, 상기 위상 주파수 검출기에서 생성된 전압에 따라 대응하는 크기의 안정된 특정전압을 발생시키는 전압 발생수단, 및 생성된 주파수를 현재의 기준 클럭의 주파수와 같이 되도록 분주해주는 주파수 분주기를 구비하고 있는 PLL 회로에 있어서;

   서로 다른 선형성을 갖고 있으며 상기 전압 발생수단에서 발생되는 특정전압에 따라 고유의 선형성에 대응하는 발진주파수를 발생시키는 다수개의 주파수 발생수단과;

   외부시스템에서 유입되는 제어신호에 따라 상기 주파수 발생수단들중 특정 주파수 발생수단을 인에이블시키는 선택수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 VCD를 갖는 아날로그 PLL 회로.