KR20040105859A - 전하 펌프 기반 위상 동기 루프에서 전류를 절약하기 위한방법 및 장치 - Google Patents

전하 펌프 기반 위상 동기 루프에서 전류를 절약하기 위한방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

전하 펌프 회로는 출력 전류의 차동 스위칭을 위해 구현된 전하 펌프 전류 소스 및 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 전하 펌프 전류를 소스를 턴 온시키고 출력 전류의 차동 스위칭 후에 전하 펌프 전류 소스를 턴 오프시키도록 구현된 전하 펌프 인에이블 스위치를 포함하며, 이를 통해 전하 펌프 회로에 의한 상당량의 전류 소비를 절약할 수 있다.

Description

전하 펌프 기반 위상 동기 루프에서 전류를 절약하기 위한 방법 및 장치{CURRENT SAVING TECHNIQUE FOR CHARGE PUMP BASED PHASE LOCKED LOOPS}
위상 동기 루프(PLL)는 통신 시스템에서 공지되어 있으며, 데이터 통신 수신기와 같은 고속 및 저잡음 데이터 수신기 및 고속 모뎀들에서 널리 사용된다. PLL은 저비용, 고 집적율, 손쉽고 광범위한 가용성으로 인해 많은 통신 시스템들에서 사용된다. PLL은 셀룰러 통신 시스템과 같은 무선 통신 시스템들에서 복조를 위해 사용된다. PLL 주파수 합성기들이 무선 핸드셋들에서 주파수 안정성을 유지하기 위해서 사용될 수 있다. 무선 핸드셋 및 배터리의 소형화로 인해, 무선 핸드셋에 대한 전력 공급이 감소되어 가능한한 적은 전류를 사용하는 컴포넌트들 및 회로들에 대한 요구가 증가되고 있다.
위상 주파수 탐지기(PFD)를 통합하는 전하 펌프 위상 동기 루프(CP-PLL)가 그 확장된 트랙킹 범위, 주파수 선택적 에러 신호, 및 집적회로 칩에서의 저 비용으로 인해 현재 널리 사용되고 있다. CP-PLL 은 그 입력 신호를 매우 정확하게 트랙킹할 수 있는 것으로 알려진다. CP-PLL 은 PLL의 출력인 PFD 또는 위상 탐지기가 전압 소스의 반대되는 전류 소스이고 전류를 PLL의 루프 필터 내로 또는 밖으로 펌프한다는 사실로 부터 그 명칭이 유래된다. PFD의 논리 상태들은 전하 펌프를 사용하여 아날로그 양으로 전환된다. 아날로그 양들, 즉 전류들은 PLL 의 루프 필터를 통해 전달된다. 루프 필터 출력은 PLL 의 전압 제어된 오실레이터(VCO) 또는 전류 제어된 오실레이터(CCO)의 위상 또는 주파수를 제어한다. 예를 들어, VCO 주파수를 증가시키기 위해서 전하 펌프는 펌프 업 전류, 예를 들면 소스 전류를 출력하고, VCO 주파수를 감소시키기 위해서 펌프 다운 전류, 예를 들면 싱크 전류를 출력한다.
PLL 용 전하 펌프 기반 위상 탐지기들은 일반적으로 데드 존을 가지며, 여기서 PLL 루프 이득은 PLL 이 로킹되거나 또는 로킹에 근접한 경우 발생하는 매우 작은 위상 에러에 대해 매우 크게 변경된다. 데드 존은 예를 들어 위상 에러가 작은 경우 위상 탐지기에서의 선형성 손실로 기인할 수 있다. 이러한 선형성 손실은 예를 들어 매우 작은 위상 에러 수정을 위해 펌프 업 전류 또는 펌프 다운 전류 중 하나의 정확한 량을 전달하는데 필요한 시간량이 스위치들의 턴 온/오프 시간 또는 전하 펌프 회로에서의 전하 펌프 전류 소스들의 턴 온/오프 시간 보다 작은 경우에 발생할 수 있다.
도1을 참조하면, 이전에 구현된 전하 펌프 회로(100)의 예가 간략화된 다이아그램을 통해 제시되며, 여기서 상기 전하 펌프 회로는 전계 효과 트랜지스터(FET)(102,104,106,108), 및 전압 소스(114)와 공통 그라운드(116) 사이에 접속되는 바이어스 전류(112)를 포함하며, FET(108)는 펌프 업 스위치(118)가 접속되는 경우 출력 노드(117)에 대한 전류 소스로서 동작하고, 펌프 다운 스위치(120)가 접속되는 경우에는 출력 노드(117)에 대한 전류 싱크로서 동작한다. 출력 노드(117)에 적합한 출력 전류를 제공하기 위해서 펌프 업 스위치(118) 또는 펌프 다운 스위치(120)(또는 둘 다)가 턴 온 또는 접속됨으로써 주파수 또는 위상 보정이 요구될 때까지 펌프 업 스위치(118) 및 펌프 다운 스위치(120) 각각은 개방 또는 "오프" 상태이다. 출력 노드(117)는 루프에서 VCO 또는 CCO의 주파수 또는 위상 출력을 제어하기 위해서 루프 필터에 접속될 수 있다.
정상 동작시에, 전하 펌프 회로(100)는 4개의 상태들을 가질 수 있다; (1) 펌프 업 상태, 여기서 펌프 업 스위치(118)는 온이고 펌프 다운 스위치(120)는 오프임, (2) 펌프 다운 상태, 여기서 펌프 업 스위치(118)느 오프이고 펌프 다운 스위치(120)는 온임, (3) 오프 상태, 여기서 펌프 업 스위치(118) 및 펌프 다운 스위치(120)는 오프임, (4) 데드 존 소거 상태, 여기서 펌프 업 스위치(118) 및 펌프 다운 스위치(120)는 온임. 따라서, 전하 펌프 회로(100)의 데드 존은 펌프 업 스위치(118) 또는 펌프 다운 스위치(120) 각각이 턴 온시에 전류 소스(112) 및 FET(102,104,106)에 의해 바이어스되는 전하 펌프 전류 소스 FET(108 및 110)의 턴 온/오프 시간에 의존한다. 전하 펌프 회로(100)의 데드 존은 또한 전하 펌프 소스 FET(108 및 110)의 턴 온/오프 시간을 약간 지연시키는 펌프 업 스위치(118) 및 펌프 다운 스위치(120)의 턴 온/오프 시간에 어느 정도 의존한다. 전하 펌프 회로(100)의 구성에서 내재하는 상당량의 데드 존으로 인해, 전하 펌프 회로(100) 구성은 저 잡음 통신 시스템에서 사용되기에는 바람직하지 않는 고 잡음 PLL을 발생시킨다.
도2를 참조하면, 이전에 구현된 또 다른 전하 펌프 회로의 예로서 전하 펌프 회로(200)가 간략화된 다이아그램으로 제시되고, 상기 회로는 FET(202,204,206,208,210) 및 전압 소스(214)와 공통 그라운드(216) 사이에 접속되는 바이어스 전류 소스를 제공하며, FET(208)는 펌프 업 스위치(218)가 출력 노드(217)에 접속되는 경우 출력 노드(217)에 대한 전류 소스로서 동작하고, 펌프 다운 스위치(220)가 출력 노드(217)에 연결되는 경우에는 FET(210)는 출력 노드(217)에 대한 전류 싱크로서 동작한다. 펌프 업 스위치(218) 또는 펌프 다운 스위치(220)(또는 둘 다)가 출력 노드(217)에 대해 적절한 출력 전류를 제공하기 위해서 출력 노드(217)로 스위칭됨으로써 주파수 또는 위상 보정이 필요할 때까지 펌프 업 스위치(218) 및 펌프 다운 스위치(220) 각각은 정상적으로 덤프 노드(221)로 스위칭된다. 이러한 스위칭 장치는 일반적으로 차동 스위칭으로서 지칭된다. 예를 들어, 덤프 노드(221)는 전하 펌프 회로(200)내의 적절한 전압 레벨로의 접속을 제공하며, 이는 FET(208)로부터 전류를 흡수하며 전류를 FET(210)로 제공할 수 있게 한다. 출력 노드(217)는 예를 들어 루프에서 VCO 또는 CCO의 주파수 또는 위상 출력을 제어하기 위해서 루프 필터에 접속될 수 있다.
정상 동작에서 전하 펌프 회로(200)는 4가지 상태들을 갖는다; (1) 펌프 업 상태, 여기서 펌프 업 스위치(218)는 출력 노드(217)로 스위칭되며 펌프 다운 스위치(220)은 덤프 노드(221)로 스위침됨, (2) 펌프 다운 상태, 여기서 펌프 업 스위치(218)는 덤프 노드(221)로 스위칭되며 펌프 다운 스위치(220)는 출력 노드(217)로 스위칭됨, (3) 3-상태, 여기서 펌프 업 스위치(218) 및 펌프 다운 스위치(220)는 덤프 노드(221)로 스위침됨, (4) 데드 존 소거 상태, 여기서 펌프 업 스위치(218) 및 펌프 다운 스위치(220)는 출력 노드(217)로 스위침됨. 따라서, 전하 펌프 전류 소스 FET(208 및 210)는 항상 온 상태이고, 전하 펌프 회로(200)의 데드 존은 전하 펌프 전류 소스 FET(208 및 210)의 턴 온/오프 시간에 더 이상 의존하지 않고, 펌프 업 스위치(218) 및 펌프 다운 스위치(220)의 턴 온/오프 시간에만 단지 의존한다.
저 잡음, 전하 펌프 기반 위상 탐지기는 위상 동기 루프가 로킹되는 경우에 위상 동기 루프의 루프 이득에서의 변동을 피하기 위해서 데드 존 소거를 필요로 한다. 데드 존 소거는 예를 들어 FET(208) 및 FET(210)과 같은 업 및 다운 전하 펌프 전류 소스들 모두가 위상 탐지기의 주파수 사이클 부분 동안 동시에 동작할 수 있도록 함으로써, 즉 상술한 바와 같이 데드 존 소거 상태로 전하 펌프를 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 필요한 데드 존 시간의 길이는 전하 펌프 전류 소스들의 턴 온/오프 시간의 함수이고 PLL에서 중요한 잡음 소스일 수 있다. 턴 온/오프 시간 및 데드 존 시간의 감소는 저 잡음을 달성하는데 있어서 중요하다. 턴 온/오프 시간의 감소는 차동 스위칭을 사용하여 달성될 수 있다. 그러나, 차동 스위칭은 전하 펌프 회로가 전하 펌프 전류 소스들로부터 계속하여 전류를 소모한다는 단점을 가지고 있다. 소모되는 전류는 큰 위상 탐지 이득에 대한 필요성으로 인해 저 잡음 Integer PLL 에서는 상당하다. 예를 들어, 소모되는 전류는 셀룰러 전화핸드셋에서 PLL을 포함하는 집적 회로 칩의 총 전류 드레인(drain)의 50% 이상을 포함할 수 있다.
이와 같이, 상당한 전류량을 소모함이 없이 데드 존을 소거하는 저 잡음 전하 펌프 회로에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 저 잡음 전하 펌프 위상 동기 로프에서 경제적으로 전류를 소모하면서 데드 존 소거를 위한 턴 온/오프 시간을 최소화하는 전하 펌프 회로에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 전하 펌프 위상 동기 루프 회로에 관한 것으로서, 특히 저전류, 저잡음 전하 펌프 위상 동기 루프들에서 데드존(dead zone) 제거를 위한 회로에 관한 것이다.
도1은 종래기술인 전하 펌프 회로의 일 예를 보여주는 다이아그램이다.
도2는 종래기술인 전하 펌프 회로의 또 다른 예를 보여주는 다이아그램이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 펌프 회로를 통합하는 예시적인 위상 동기 루프의 블록 다이아그램이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 펌프 회로의 일 예를 보여주는 다이아그램이다.
도5는 본 발명의 일 실시에에 따른 전하 펌프의 일 예에 대한 시간 다이아그램이다.
본 발명은 상당한 량의 전류를 소모하지 않고서 데드 존을 소거하는 저 잡음 전하 펌프 회로를 제공한다. 본 발명은 또한 저 잡음, 전하 펌프 위상 동기 루프에서 경제적으로 전류를 소모하면서 데드 존 소거를 위한 턴 온/오프 시간을 최소화하는 전하 펌프 회로를 제공한다.
본 발명의 일 양상에서, 전하 펌프 회로는 출력 전류의 차동 스위칭을 위해 구현된 전하 펌프 전류 소스 및 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 전하 펌프 전류 소스를 턴 온시키고 출력 전류의 차동 스위칭 후에 전하 펌프 전류 소스를 턴 오프시키도록 구현된 전하 펌프 인에이블 스위치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 전하 펌프 회로는 전류 소스 및 전류 싱크를 포함한다. 전류 소스 및 전류 싱크는 출력 전류를 전하 펌프 회로의 외부 회로에 접속시키는 출력 노드에서 출력 전류를 제공하도록 구현된다. 전하 펌프 회로는 또한 전류 소스로부터의 전류를 흡수하고 전류를 전류 싱크로 제공하도록 구현되는 덤프 노드; 전류 소스를 출력 노드에 연결시키고 전류 소스를 덤프 노드에 연결시키도록 구현된 펌프 업 스위치; 전류 싱크를 출력 노드에 연결시키고 전류 싱크를 덤프 노드에 연결시켜 펌프 업 스위치 및 펌프 다운 스위치가 출력 전류를 차동 스위칭하도록 구현되는 펌프 다운 스위치; 및 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 전류 소스 및 전류 싱크를 턴 온시키도록 구현되는 전하 펌프 인에이블 스위치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 있어서, 전하 펌프 회로는 위상 동기 루프의 루프 필터에 출력 전류를 연결시키는 출력 노드에 출력 전류를 제공하도록 구현되는 전류 소스 및 전류 싱크를 포함한다. 또한 전하 펌프 회로는 전류 소스로부터 전류를 흡수하고 전류를 전류 싱크로 제공하도록 구현된 덤프 노드; 전류 소스를 출력 노드에 연결시키고 전류 소스를 덤프 노드에 연결시키도록 구현된 펌프 업 스위치; 전류 싱크를 출력 노드에 연결시키고 전류 싱크를 덤프 노드에 연결시켜 펌프 업 스위치 및 펌프 다운 스위치가 출력 전류를 차동 스위칭하도록 구현되는 펌프 다운 스위치를 포함한다. 또한 전하 펌프 회로는 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 웜-업(warm-up)을 위해 전류 소스 및 전류 싱크를 턴 온 시키도록 구현되는 전하 펌프 인에이블 스위치를 포함하며, 여기서 웜 업 주기는 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 출력 전류가 요구되는 정확도를 달성하는데 충분한 시간량을 포함하며, 웝 업 주기는 대략 100ns 에서 300ns 사이이며, 전하 펌프 인에이블 스위치는 출력 전류의 차동 스위칭 후에 전류 소스 및 전류 싱크를 턴 오프하도록 구현되며, 전하 펌프 인에이블 스위치는 전하 펌프 인에이블 신호에 따라 스위칭하도록 구현되며, 전하 펌프 인에이블 신호는 위상 동기 루프의 PFD 및 주파수 분배기로부터 제공된다.
본 발명의 또 다른 양상에서, 전하 펌프 회로에서 전류 소비를 감소시키는 방법은 전하 펌프 인에이블 신호를 제공하는 단계; 전하 펌프 이벤트에 앞서 전하 펌프 전류 소스를 턴온 하기 위해 전하 펌프 인에이블 신호를 사용하는 단계; 전하 펌프 이벤트 동안 전하 펌프 전류 소스를 사용하여 출력 전류를 제공하는 단계; 및 전하 펌프 이벤트 후에 전하 펌프 인에이블 신호를 사용하여 전하 펌프 전류 소스를 턴 오프하는 단계를 포함한다.
본원발명의 이와 같은 그리고 추가적인 특징, 양상, 및 장점들은 하기 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 통해 상술될 것이다.
하기 내용은 본 발명에 관한 최선 실시예에 대한 것이다. 하기 내용은 제한적 의미로 해석되어서는 안되며, 당업자가 본 발명의 원리를 용이하게 이해할 수있도록 하기 위해서 제시된다.
본 발명의 전류 절약 기술은 저 잡음, 전하 펌프(CP) 기반 회로에서 사용되며, 여기서 전류 드레인(drain) 량이 주된 관심사이다. 예를 들어, 본 발명의 전류 절약 기술은 셀룰러 전화 통신 시스템과 같은 매우 큰 스케일의 집적 회로, 특히 휴대용 이동 유닛 또는 전화에서 사용되는 집적 회로의 위상 동기 루프(PLL)에서 특히 유용하다.
예를 들어, 40-60 mA 의 총 전류를 사용하는 전형적인 집적 회로 칩에서, 대략 32mA 가 전하 펌프 전류 드레인에 충당되고, 여기서 전하 펌프는 공지된 바와 같은 차동 스위칭을 사용한다. 따라서, 전하 펌프 전류 드레인량은 집적 회로 칩의 총 전류 드레인 중 50% 이상에 상당한다. 본 발명의 전류 절약 기술을 사용함으로써, 위상 동기 루프의 기준 주파수가 200KHz 인 일 실시예에서, 전하 펌프는 5㎲ 의 기준 시간 주기 중 대략 200ns, 또는 상기 시간의 5% 이상의 시간동안만 온될 필요가 있다. 따라서, 차동 스위칭 동작의 저 잡음 특성을 희생함이 없이 상당한 절약이 달성될 수 있다. 종래의 전하 펌프 회로들은 고 잡음 동작 또는 고 전류 소비 중 하나의 단점을 제공하지만, 본 발명은 저 잡음 동작 및 저소비 전류 모두를 달성할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 전하 펌프를 제어하기 위해서 PLL의 나머지 부분으로서 이용 가능한 신호를 사용하여 전류의 불필요한 소비를 제거하고, 이를 통해전하 펌프는 출력 전류가 요구되는 정확도를 달성하는데 필요한 시간 및 펌프 업 및 펌프 다운 출력 전류들을 제공하는데 필요한 시간 동안만 온 된다. 전하 펌프는 전하 펌프 이벤트, 즉 전하 펌프에 대한 펌프 업 또는 펌프 다운 입력 신호 및 전하 펌프로부터의 펌프 업 또는 펌프 다운 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 단 기간동안 전하 펌프가 온되고, 이를 통해 출력 전류는 요구되는 정확도를 달성하기에 충분한 시간을 갖는다. 이러한 웜 업 주기동안, 전하 펌프 출력 전류는 종래의 차동 전하 펌프 회로와 같이 덤프 노드로 전달된다. 전하 펌프는 전하 펌프 이벤트가 종료되면 즉시 턴 오프된다. 따라서, 총 전류 소비는 전하 펌프 웜 업 시간이 기준 주기, 즉 위상 동기 루프의 기준 주파수의 인버스보다 작은 경우 상당히 감소된다. 이는 일반적인 경우이며, 주어진 예에서, 전하 펌프 웜 업 시간이 위상 동기 루프의 기준 주기의 5% 보다 작다.
도3을 참조하면, 일 실시예에 따른 예시적인 전하 펌프 위상 동기 루프(300)가 제시된다. 그 주파수 및 위상이 트랙킹되는 입력 신호(302)는 위상 주파수 탐지기(PFD)(304)로 전달된다. PFD(304)는 입력 신호(302)의 주파수 및 위상을 출력 제어된 오실레이터(VCO)(308) 및 주파수 분배기(310)에 의해 출력된 출력 신호(306)의 주파수 및 위상과 비교한다. PFD(304)는 로컬 신호(306)가 입력 신호(302)를 트랙킹하기 위해서 로컬 신호(306)의 주파수 및 위상 에러를 보정하기 위해 적절한 시간에서 펌프 업 신호(312) 및 펌프 다운 신호(314)를 전하 펌프(316)로 출력한다. 위상 동기 루프(300)의 나머지 부분으로서 가용한 신호, 즉 전하 펌프 인에이블 신호(318)가 전하 펌프(316)를 제어하는데 사용되어, 전하 펌프(316)가 주파수 및 위상 보정을 달성하는데 필요한 최소한의 시간동안만 온, 또는 전류를 소비하도록 한다. 전하 펌프 인에이블 신호(318)는 예를 들어, 주파수 분배기(310)의 PLL 카운터들로부터 제공될 수 있다. 리셋 신호, 즉 전하 펌프 인에이블 신호(318) 턴 오프 신호가 예를 들어 PFD(304)의 D 플립플롭들 모두를 리셋팅하기 위해 사용되는 PFD(304)의 내부 리셋 신호로부터 제공될 수 있다. 전하 펌프 인에이블 신호(318)는 예를 들어 공지된 방식으로 적절한 논리 게이트들을 사용하여 하나 또는 그 이상의 다른 신호들로 부터 결합될 수 있다. 인에이블 되는 경우, 예를 들어 전하 펌프 인에이블 신호(318)가 하이인 경우 및 펌프 업 신호(312) 및 펌프 다운 신호(314)가 전하 펌프(316) 입력들에 존재함에 따라, 전하 펌프(316)는 루프 필터(322) 내로 또는 밖으로 각각 출력 전류(320)를 펌프할 수 있다. 루프 필터 출력(324)은 주파수 분배기(310)로 제공되는 VCO 출력(326)의 주파수 및 위상을 제어하기 위해서 VCO(308)로 제공될 수 있다.
도4를 참조하면, 일 실시예에 따른 전하 펌프 회로의 일 예인 전하 펌프 회로(400)가 제시되며, 상기 회로는 전계 효과 트랜지스터(FET)(402,404,406,408,410), 바이어스 전류 소스(412), 및 전압 소스(414)와 공통 그라운드(416) 사이에 연결되는 전하 펌프 인에이블 스위치(418)를 포함하며, 전하 펌프 인에이블 스위치가 접속, 또는 턴온 되는 경우, 펌프 업 스위치(418)가 출력 노드(417)로 스위칭될 때 FET(408)는 출력 노드(417)에 대한 전류 소스로서 동작하고, 펌프 다운 스위치(420)가 출력 노드(417)로 스위칭될 때 FET(410)는 출력 노드(417)에 대한 전류 싱크로서 동작한다. 출력 노드(417)는 전하 펌프(400)의 외부 회로, 예를 들면 루프 필터에 접속되어, 위상 동기 루프에서 VCO 또는 CCO 의 주파수 또는 위상 출력을 제어할 수 있다.
전하 펌프 인에이블 스위치(424)가 접속, 또는 턴 온되는 경우, 전하 펌프 회로(400)는 4개의 상태 중 하나의 상태에서 동작한다; (1) 펌프 업 상태, 여기서 펌프 업 스위치(418)는 출력 노드(417)로 스위칭되고 펌프 다운 스위치(420)은 덤프 노드(421)로 스위칭됨, (2) 펌프 다운 상태, 여기서 펌프 업 스위치(418)는 덤프 노드(421)로 스위칭되고 펌프 다운 스위치(420)는 출력 노드(417)로 스위칭 됨, (3) 3-상태, 여기서 펌프 업 스위치(418) 및 펌프 다운 스위치(420)는 덤프 노드(421)로 스위칭 됨, (4) 데드 존 소거 상태, 여기서 펌프 업 스위치(418) 및 펌프 다운 스위치(420)는 출력 노드(417)로 스위칭됨.
도4에 제시된 바와 같이, 전하 펌프 인에이블 스위치(424)는 정상적으로 개방, 또는 턴 오프되어, 전하 펌프 회로(400)는 실제로 전류를 소비하지 않는다. 앞에서 전하 펌프 이벤트로 언급되는 주파수 또는 위상 수정이 요구되는 경우, 전하 펌프 인에이블 스위치(424)는 전하 펌프 인에이블 신호(318)를 사용하여 접속, 또는 턴 온된다. 전하 펌프 인에이블 신호(318)는 전하 펌프 회로(400)에 충분한 웜 업 주기를 제공하기 위해서 전하 펌프 이벤트가 발생하기 전에 대략 100ns - 300ns 의 짧은 시간동안 전하 펌프 인에이블 스위치(424)를 턴 온시키기 위해서 상술한 PLL에서 이용가능한 신호를 사용하여 구현될 수 있다. 웜 업 주기 동안, 전하 펌프 회로(400)는 3-상태에서 동작한다; 전하 펌프 스위치(418) 및 펌프 다운 스위치(420)은 도4의 점선으로 도시된 바와 같이 덤프 노드(421)로 스위칭된다. 예를 들어, 덤프 노드(421)는 전하 펌프 회로(400) 내에서 적절한 전압 레벨로의 접속을 제공하며, 이는 FET(408)로부터 전류를 흡수하거나 FET(410)로 전류를 제공할 수 있다.
웜 업 주기 후에, 펌프 업 또는 펌프 다운 입력 신호, 예를 들어 펌프 업 신호(312) 또는 펌프 다운 신호(314)는 전하 펌프 회로(400)에 의해 수신되고, 펌프 업 스위치(418) 또는 펌프 다운 스위치(420) 중 적절한 하나는 출력 노드(417)로 스위칭하여 출력 노드(417) 내로 또는 밖으로 각각 적절한 전류를 제공한다. 데드 존 소거는 업 및 다운 전하 펌프 전류 소스들, 예를 들면 FET(408) 및 FET(410) 모두가 위상 탐지기의 주파수 사이클의 일부 동안 동시에 동작하도록 함으로써, 즉 상술한 바와 같이 펌프 업 스위치(418) 및 펌프 다운 스위치(420)가 출력 노드(417)로 스위칭하는 데드 존 소거 상태로 전하 펌프를 위치시킴으로써 달성될 수 있다.
전하 펌프 회로(400)는 전하 펌프 이벤트가 종료한 후에, 예를 들면 전하 펌프 회로(400)가 3-상태 동작을 재개한 후 또는 출력 전류(320)가 제로로 떨어진 후에 예를 들면 대략 1ns와 같은 짧은 시간동안 전하 펌프 인에이블 스위치(424)를 개방함으로써, 주파수 또는 위상 보정후에 전하 펌프 회로(400)는 턴 오프될 수 있다. 전하 펌프 인에이블 스위치(424)는 예를 들어, 상술한 바와 같이 전하 펌프 인에이블 신호(318)를 사용하여 턴 오프될 수 있다. 도4에서 제시된 바와 같이 전하 펌프 인에이블 스위치(424)가 개방 상태에 위치하는 오프 상태에서, 전하 펌프 회로(400)는 실제로 어떠한 전류도 소모하지 않는다. 따라서, 전하 펌프 전류 소스 FET(408) 및 FET(410)은 전하 펌프 인에이블 스위치가 온인 기간 동안에만 온 상태이고, 따라서 전하 펌프 회로(400)는 차동 스위칭의 전류 소모 단점을 발생시킴이 없이 차동 스위칭의 저 잡음 장점을 달성할 수 있다.
도5를 참조하면, 예시적인 타이밍도(500)는 전하 펌프 인에이블 신호(318) 및 출력 전류(320) 사이의 시간 관계의 일부를 보여준다. 타이밍도(500)는 수평 시간 축(508)에 대한 펌프 업 출력 전류(502), 펌프 다운 출력 전류(504), 및 전하 펌프 인에이블 신호(506)를 보여준다. 펌프 업 전류(502)는 예를 들어 도3에서 제시된 바와 같이 전하 펌프(316)에 의해 루프 필터(322)내로 펌핑되는 출력 전류(320)에 상응한다. 펌프 다운 출력 전류(504)는 예를 들어 도3에서 제시된 바와 같이 전하 펌프(316)에 의해 루프 필터(322) 밖으로 펌핑되는 출력 전류(320)에 상응한다. 전하 펌프 인에이블 신호(506)는 예를 들어 도3에 제시된 바와 같이 전하 펌프(316)로 제공되는 전하 펌프 인에이블 신호(318)에 상응한다. 도5에서 제시된 바와 같이, 전하 펌프 인에이블 신호(506)는 펌프 다운 출력 전류(504)가 하이로 진행하는 전하 펌프 이벤트에 앞서, 웜 업 주기(510)에 대응하는 짧은 시간 동안 하이로 설정된다. 예를 들어, 웜 업 주기(510)의 길이는 바람직하게는 PFD 또는 PLL에 대해 대략 100ns -300ns 의 범위에 존재한다. 상술한 바와 같이, 웜 업 주기(510)는 출력 전류 안정성을 달성하기 위해서 일 실시예의 전하 펌프의 전류 소스들에 대해 충분한 시간을 제공할 수 있다.
전하 펌프(316)를 턴 오프 하기 위해서, 전하 펌프 출력 전류(502) 및 전하 펌프 출력 전류(504)가 로우로 진행하는 전하 펌프 이벤트 종료 후에 짧은 시간 지연(512)에서 전하 펌프(316)를 턴오프 하기 위해서 전하 펌프 인에이블 신호(506)는 로우로 설정된다. 시간 지연(512)은 전하 펌프 이벤트의 종료 및 전류를 제로로 설정하는 것을 보장할 만큼의 시간이고, 예를 들어 1ns 이다.
상술한 내용들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 선호되는 실시예들을 통해 기술되었지만, 본 발명은 상술한 실시예들로 제한되지 않으며 다양한 변형이 가능함을 당업자는 잘 이해할 것이다.

Claims (36)

  1. 출력 전류의 차동(differential) 스위칭을 위해 구현된 전하 펌프 전류 소스; 및
    상기 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 상기 전하 펌프 전류 소스를 턴 온하도록 구현되는 전하 펌프 인에이블 스위치를 포함하는 전하 펌프 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    전류 소스 및 전류 싱크 - 여기서 상기 전하 펌프 전류 소스는 상기 전류 소스 및 상기 전류 싱크를 포함함 - ;
    전하 펌프 회로의 외부 회로에 상기 출력 전류를 연결시키도록 구현되는 출력 노드;
    상기 전류 소스로부터 전류를 흡수하고 상기 전류 싱크에 전류를 제공하도록 구현되는 덤프 노드;
    상기 전류 소스를 상기 출력 노드에 연결시키고 상기 전류 소스를 상기 덤프 노드에 연결시키도록 구현되는 펌프 업 스위치; 및
    상기 전류 싱크를 상기 출력 노드에 연결시키고 상기 전류 싱크를 상기 덤프 노드에 연결시키도록 구현되는 펌프 다운 스위치를 추가로 포함하는 전하 펌프 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 스위치는 상기 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 웜 업 주기동안 상기 전하 펌프 전류 소스를 턴 온하도록 구현되는 전하 펌프 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 웜 업 주기는 상기 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 상기 출력 전류가 요구되는 정확도를 달성하기에 충분한 시간량을 포함하는 전하 펌프 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 웜 업 주기는 대략 100ns 에서 300ns 사이인 전하 펌프 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 스위치는 상기 출력 전류의 차동 스위칭 후에 상기 전하 펌프 전류 소스를 턴 오프하도록 구현되는 전하 펌프 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 스위치는 전하 펌프 인에이블 신호에 따라 스위칭되도록 구현되는 전하 펌프 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 신호가 위상 동기 루프로부터 제공되는 전하 펌프 회로.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 신호는 위상 동기 루프의 주파수 분배기 및 PFD로부터 제공되는 전하 펌프 회로.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 출력 노드는 상기 출력 전류를 위상 동기 루프의 루프 필터에 연결시키는 전하 펌프 회로.
  11. 전류 소스 및 전류 싱크 - 여기서 상기 전류 소스 및 전류 싱크는 출력 전류를 제공하도록 구현됨 - ;
    상기 출력 전류를 전하 펌프 회로의 외부 회로에 연결시키도록 구현되는 출력 노드;
    상기 전류 소스로부터 전류를 흡수하고 상기 전류 싱크로 전류를 제공하도록 구현되는 덤프 노드;
    상기 전류 소스를 상기 출력 노드에 연결시키고 상기 전류 소스를 상기 덤프 노드에 연결시키도록 구현되는 펌프 업 스위치;
    상기 전류 싱크를 상기 출력 노드에 연결시키고 상기 전류 싱크를 상기 덤프노드에 연결시키도록 구현되는 펌프 다운 스위치 - 여기서 상기 펌프 업 스위치 및 펌프 다운 스위치는 상기 출력 전류의 차동 스위칭을 위해 구현됨 - ; 및
    상기 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 상기 전류 소스 및 상기 전류 싱크를 턴 온하도록 구현되는 전하 펌프 인에이블 스위치를 포함하는 전하 펌프 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 스위치는 상기 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 웜 업 주기동안 상기 전류 소스 및 상기 전류 싱크를 턴 온하도록 구현되는 전하 펌프 회로.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 웜 업 주기는 상기 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 상기 출력 전류가 충분한 정확도를 달성하기에 충분한 시간량을 포함하는 전하 펌프 회로.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 웜 업 주기는 대략 100ns 에서 300ns 사이인 전하 펌프 회로.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 스위치는 상기 출력 전류의 차동 스위칭 후에 상기 전류 소스 및 상기 전류 싱크를 턴 오프하도록 구현되는 전하 펌프 회로.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 스위치는 전하 펌프 인에이블 신호에 따라 스위칭되도록 구현되는 전하 펌프 회로.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 신호가 위상 동기 루프로부터 제공되는 전하 펌프 회로.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 신호는 위상 동기 루프의 PFD 및 주파수 분배기로부터 제공되는 전하 펌프 회로.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 출력 노드는 상기 출력 전류를 위상 동기 루프의 루프 필터에 연결시키는 전하 펌프 회로.
  20. 주파수에서 발진하는 오실레이터;
    상기 오실레이터에 의해 구동되며 로컬 신호를 제공하는 주파수 분배기;
    펌프 업 신호 및 펌프 다운 신호를 제공하기 위해서 입력 신호를 상기 로컬신호와 비교하는 PFD;
    전하 펌프 - 여기서 상기 전하 펌프는
    상기 펌프 업 신호 및 상기 펌프 다운 신호에 응답하여 출력 전류의 차동 스위칭하도록 구현되는 전하 펌프 전류 소스; 및
    상기 출력 전류의 상기 차동 스위칭에 앞서 상기 전하 펌프 전류 소스를 턴 온 하도록 구현되는 전하 펌프 인에이블 스위치를 포함함 - ; 및
    상기 오실레이터의 상기 주파수를 제어하기 위해 상기 출력 전류를 사용함으로써, 상기 로컬 신호가 상기 입력 신호를 트랙킹하도록 하는 루프 필터를 포함하는 위상 동기 루프.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전하 펌프는
    전류 소스 및 전류 싱크 - 여기서 상기 전하 펌프 전류 소스는 상기 전류 소스 및 상기 전류 싱크를 포함함 - ;
    상기 루프 필터에 상기 출력 전류를 연결시키도록 구현되는 출력 노드;
    상기 전류 소스로부터 전류를 흡수하고 상기 전류 싱크에 전류를 제공하도록 구현되는 덤프 노드;
    상기 전류 소스를 상기 출력 노드에 연결시키고 상기 전류 소스를 상기 덤프 노드에 연결시키도록 구현되는 펌프 업 스위치; 및
    상기 전류 싱크를 상기 출력 노드에 연결시키고 상기 전류 싱크를 상기 덤프노드에 연결시키도록 구현되는 펌프 다운 스위치를 추가로 포함하는 위상 동기 루프.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 스위치는 상기 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 웜 업 주기동안 상기 전하 펌프 전류 소스를 턴 온하도록 구현되는 위상 동기 루프.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 웜 업 주기는 상기 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 상기 출력 전류가 요구되는 정확도를 달성하기에 충분한 시간량을 포함하는 위상 동기 루프.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 웜 업 주기는 대략 100ns 에서 300ns 사이인 위상 동기 루프.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 스위치는 상기 출력 전류의 차동 스위칭 후에 상기 전하 펌프 전류 소스를 턴 오프하도록 구현되는 위상 동기 루프.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 스위치는 전하 펌프 인에이블 신호에 따라 스위칭되도록 구현되는 위상 동기 루프.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 신호가 위상 동기 루프로부터 제공되는 위상 동기 루프.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 신호는 위상 동기 루프의 주파수 분배기 및 PFD로부터 제공되는 전하 펌프 회로.
  29. 전류 소스 및 전류 싱크 - 여기서 상기 전류 소스 및 전류 싱크는 출력 전류를 제공하도록 구현됨 - ;
    상기 출력 전류를 위상 동기 루프에 연결시키도록 구현되는 출력 노드;
    상기 전류 소스로부터 전류를 흡수하고 상기 전류 싱크로 전류를 제공하도록 구현되는 덤프 노드;
    상기 전류 소스를 상기 출력 노드에 연결시키고 상기 전류 소스를 상기 덤프 노드에 연결시키도록 구현되는 펌프 업 스위치;
    상기 전류 싱크를 상기 출력 노드에 연결시키고 상기 전류 싱크를 상기 덤프 노드에 연결시키도록 구현되는 펌프 다운 스위치 - 여기서 상기 펌프 업 스위치 및 펌프 다운 스위치는 상기 출력 전류의 차동 스위칭을 위해 구현됨 - ; 및
    상기 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 웜 업 주기 동안 상기 전류 소스 및 상기 전류 싱크를 턴 온하도록 구현되는 전하 펌프 인에이블 스위치를 포함하며, 상기 웜 업 주기는 상기 출력 전류의 차동 스위칭에 앞서 상기 출력 전류가 요구되는 정확도를 달성하기에 충분한 시간량을 포함하며, 상기 웜 업 주기는 대략 100ns -300ns 이며, 상기 전하 펌프 인에이블 스위치는 상기 출력 전류의 차동 스위칭 후에 상기 전류 소스 및 상기 전류 싱크를 턴 오프하도록 구현되며, 상기 전하 인에이블 스위치는 전하 펌프 인에이블 신호에 따라 스위칭되도록 구현되며, 상기 전하 인에이블 신호는 상기 위상 동기 루프의 PFD 및 주파수 분배기로부터 제공되는 전하 펌프 회로.
  30. 전하 펌프 회로에서 전류 소비를 감소시키는 방법으로서,
    전하 펌프 인에이블 신호를 제공하는 단계;
    전하 펌프 이벤트에 앞서 전하 펌프 전류 소스를 턴 온 시키기 위해 전하 펌프 인에이블 신호를 사용하는 단계;
    상기 전하 펌프 이벤트 기간동안 상기 전하 펌프 전류 소스를 사용하여 출력 전류를 제공하는 단계; 및
    상기 전하 펌프 이벤트 후에, 상기 전하 펌프 인에이블 신호를 사용하여 상기 전하 펌프 전류 소스를 턴 오프하는 단계를 포함하는 전류 소비 감소 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 전하 펌프 이벤트는 출력 전류의 차동 스위칭을 포함하는 전류 소비 감소 방법.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 신호는 상기 전하 펌프 이벤트에 앞서 웜 업 주기동안 상기 전하 펌프 전류 소스를 턴 온 시키는 전류 소비 감소 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 웜 업 주기는 상기 전하 펌프 이벤트에 앞서 상기 출력 전류가 요구되는 정확도를 달성하기에 충분한 시간량을 포함하는 전류 소비 감소 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 웜 업 주기는 대략 100ns 에서 300ns 사이인 전류 소비 감소 방법.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 신호는 위상 동기 루프로부터 제공되는 전류 소비 감소 방법.
  36. 제30항에 있어서,
    상기 전하 펌프 인에이블 신호는 위상 동기 루프의 PFD 및 주파수 분배기로부터 제공되는 전류 소비 감소 방법.
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