KR20060002110A - Frequency synthesizer having the ultra-fast switching characteristic - Google Patents
Frequency synthesizer having the ultra-fast switching characteristic Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060002110A KR20060002110A KR1020040051026A KR20040051026A KR20060002110A KR 20060002110 A KR20060002110 A KR 20060002110A KR 1020040051026 A KR1020040051026 A KR 1020040051026A KR 20040051026 A KR20040051026 A KR 20040051026A KR 20060002110 A KR20060002110 A KR 20060002110A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- frequency
- command
- dac
- signal
- output
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 42
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 42
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 25
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/08—Details of the phase-locked loop
- H03L7/085—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
- H03L7/095—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal using a lock detector
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/08—Details of the phase-locked loop
- H03L7/099—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/16—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/18—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/16—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/18—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop
- H03L7/183—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between fixed numbers or the frequency divider dividing by a fixed number
- H03L7/187—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between fixed numbers or the frequency divider dividing by a fixed number using means for coarse tuning the voltage controlled oscillator of the loop
- H03L7/189—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between fixed numbers or the frequency divider dividing by a fixed number using means for coarse tuning the voltage controlled oscillator of the loop comprising a D/A converter for generating a coarse tuning voltage
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
프로그래머블 분주기와 디지털-아나로그 변환기(DAC) 제어 회로를 이용하여 입력되는 분주 명령이 변할 때마다 기준 주파수와 동기를 맞추게 하여 초고속 스위칭동작으로 주파수 합성이 가능하게 하도록 하기 위한 초고속 스위칭 특성을 갖는 주파수 합성기가 개시된다. 본 발명에 따른 주파수 합성기는 고속의 주파수 합성이 필요한 통신, 전자, 의료, 회로, 계측기, 등의 광범위하게 이용될 수 있고, 통신이나 전자 산업 분야에서 주파수 도약(frequency hopping)을 응용하는 초고속 정보통신 분야에서 널리 사용될 것이며, 전파방해에 견디기 위한 군사용 통신에 가장 대표적인 고속 주파수도약 확산(fast frequency-hopping spread spectrum) 시스템에서는 가장 중요한 장치로서 매우 유용하게 사용될 수 있다.Using a programmable divider and digital-to-analog converter (DAC) control circuit, a frequency with ultra-fast switching characteristics for synchronizing with the reference frequency whenever the input division command changes, enabling frequency synthesis with ultra-fast switching operation. A synthesizer is disclosed. Frequency synthesizer according to the present invention can be widely used in communication, electronics, medical, circuits, measuring instruments, etc. requiring high-speed frequency synthesis, ultra-high speed information communication applying frequency hopping in the communication or electronics industry It will be widely used in the field and can be very useful as the most important device in the fast frequency-hopping spread spectrum system which is the most representative of military communication to withstand radio interference.
Description
도 1은 본 발명에 따른 초고속 스위칭 특성을 갖는 주파수 합성기의 구조를 보여주기 위한 시스템 블록도이다.1 is a system block diagram showing the structure of a frequency synthesizer with ultrafast switching characteristics according to the present invention.
도 2는 도 1에서 디지털-아나로그 변환기(DAC) 제어 회로의 구성을 보여주기 위한 블록도이다. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a digital-to-analog converter (DAC) control circuit in FIG. 1.
도 3은 본 발명에 따른 초고속 스위칭 특성을 갖는 주파수 합성기에서 타이밍 동기를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating timing synchronization in a frequency synthesizer having ultrafast switching characteristics according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 주파수 합성기에서 동기회로가 없는 경우의 컴퓨터 시뮬레이션 결과 파형이다.4 is a waveform diagram of the computer simulation result when there is no synchronization circuit in the frequency synthesizer according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 주파수 합성기에서 동기회로를 형성한 경우의 컴퓨터 시뮬레이션 결과 파형이다.5 is a waveform diagram of a computer simulation result when a synchronization circuit is formed in the frequency synthesizer according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 주파수 합성기에서 다양한 주파수 합성명령에 따른 전압 파형을 보여주기 위한 그래프이다. 6 is a graph illustrating voltage waveforms according to various frequency synthesizing commands in the frequency synthesizer according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 주파수 합성기와 일반 폐쇄형 주파수 합성기의 전압 비교 파형이다. 7 is a voltage comparison waveform of a frequency synthesizer and a general closed frequency synthesizer according to the present invention.
<주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the code for the main part>
112 : 위상 검출기 113 : 전하 펌프 112: phase detector 113: charge pump
114 : 루프 필터 115 : 가산기114
116 : 전압 제어 발진기 208 : 프로그래머블 분주기116: voltage controlled oscillator 208: programmable divider
211 : 디지털-아나로그변환기(DAC)제어회로 213 : 디지털-아나로그변환기(DAC)211: digital-to-analog converter (DAC) control circuit 213: digital-to-analog converter (DAC)
214 : 동기 회로 215, 216 : D-플립플롭214:
217 : 검출부 218 : 디지털 가산기217
219 : 디지털 감산기 222 : 듀티비 컨버터219: digital subtractor 222: duty ratio converter
223 : MUX223: MUX
본 발명은 초고속 스위칭 특성을 갖는 주파수 합성기에 관한 것으로, 특히 프로그래머블 분주기와 디지털-아나로그 변환기(DAC) 제어 회로를 이용하여 입력되는 분주 명령이 변할 때마다 기준 주파수와 동기를 맞추게 하여 초고속 스위칭동작으로 주파수 합성이 가능하게 하도록 하기 위한 초고속 스위칭 특성을 갖는 주파수 합성기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a frequency synthesizer having an ultra-fast switching characteristic. In particular, a programmable frequency divider and a digital-to-analog converter (DAC) control circuit are used to synchronize the reference frequency with each change of an input division command so as to synchronize with a reference frequency. The present invention relates to a frequency synthesizer having an ultra-fast switching characteristic for enabling frequency synthesis.
일반적으로, 주파수 합성기로는 폐쇄형 구조의 주파수 합성기와 개방형구조의 주파수 합성기로 구분된다. 위상고정루프(PLL : phase locked-loop)를 이용하는 주파수 합성기는 폐쇄형 구조(closed loop)의 대표적인 주파수 합성기임과 동시에 가장 널리 쓰이는 방식이며, 가격과 다양성, 유연성에서 가장 뛰어난 편이다. 또한 스퍼리어스 잡음이 다른 방식에 비해 상대적으로 낮다. 그러나 스위칭 속도는 폐쇄형 구조 특성상 낮은 편이다. In general, a frequency synthesizer is classified into a closed frequency synthesizer and an open structure. A frequency synthesizer using a phase locked loop (PLL) is not only a typical frequency synthesizer in a closed loop, but also the most widely used method, and is most excellent in price, variety and flexibility. In addition, spurious noise is relatively low compared to other methods. However, the switching speed is low due to the closed structure.
개방형 구조(open loop)의 주파수 합성기는, 디지털 주파수 합성 명령을 곧바로 전압 제어 발진기(VCO :voltage controlled oscillator)에 인가하여 원하는 주파수를 생성하는 방식이다. 즉, 개방형 구조의 주파수 합성기는 주파수 합성명령이 디지털-아나로그 변환기(DAC: digital-to analog converter)제어 회로를 거쳐서 디지털-아나로그 변환기(DAC)에 인가되면 합성 명령에 해당하는 전압이 루프 필터의 전압과 더해져서 전압 제어 발진기를 구동한다. 디지털-아나로그 변환기 제어 회로는 전압제어 발진기의 전압 대 주파수 관계의 제어하기 위한 회로이다. 그래서 주파수 합성 명령이 디지털-아나로그 변환기(DAC)제어 회로에 의해 이에 맞는 전압 정보가 되고, 다시 디지털-아나로그 변환기(DAC)에 의해 원하는 전압으로 출력된다. 그러므로 새로운 합성 명령이 올 때마다 고속으로 스위칭이 가능하다. An open loop frequency synthesizer is a method of generating a desired frequency by directly applying a digital frequency synthesis command to a voltage controlled oscillator (VCO). That is, in the open frequency synthesizer, when the frequency synthesis command is applied to the digital-to-analog converter (DAC) via a digital-to-analog converter (DAC) control circuit, the voltage corresponding to the synthesis command is loop filtered. In addition to the voltage of, it drives the voltage controlled oscillator. The digital-analog converter control circuit is a circuit for controlling the voltage versus frequency relationship of the voltage controlled oscillator. Thus, the frequency synthesizing command becomes the voltage information corresponding thereto by the digital-to-analog converter (DAC) control circuit, and is again output by the digital-to-analog converter (DAC) to the desired voltage. Thus, each time a new synthesis command comes in, it can switch at high speed.
이 방식은 폐루프형이 아니므로 고속 동작을 할 수 있으나 안정도측면에서 매우 불안하여 큰 위상 잡음과 주파수 오프 ??(offset)이 발생하여 실제 사용하기 어려운 것이 사실이다. Since this method is not closed loop type, it can operate at high speed, but it is very unstable in terms of stability, so it is difficult to use it because of large phase noise and frequency offset.
그러나, 상기한 폐쇄형 주파수 합성기의 구조만으로는 스위칭 속도 면에서 한계가 있어서 루프 필터의 파라미터를 최적으로 하여도 오버슈트(overshoot)와 정착시간(settling time)간의 상반관계(trade-off)가 있어서 완벽한 초고속 스위칭 동작이 어려운 문제점이 있다. 즉, 오버슈트가 커지면 정착시간이 감소하게 되지만 위상잡음이 증가하여 주파수 안정도 측면에서 손실을 가져온다. 반면에 오브슈 트를 감소시키면 위상잡음을 줄일 수 있어 안정적인 주파수를 생성할 수 있지만 정착시간이 증가하여 고속 스위칭 동작이 어렵다. However, the structure of the closed frequency synthesizer alone is limited in terms of switching speed, and even though the loop filter parameters are optimized, there is a trade-off between overshoot and settling time. There is a problem that the ultra-fast switching operation is difficult. In other words, as the overshoot increases, the settling time decreases, but the phase noise increases, resulting in loss of frequency stability. On the other hand, reducing the overshoot can reduce the phase noise and produce a stable frequency, but the fast settling time is difficult due to the increased settling time.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 주파수 합성기를 설계함에 있어서, 디지털 주파수 합성 명령을 곧바로 전압 제어 발진기(VCO)에 인가하여 초고속으로 주파수를 합성하는 개방형 구조(open loop)형태를 안정적인 폐쇄형 구조의 주파수 합성기인 위상고정루프(PLL : phase locked-loop)에 혼합한 주파수 합성기 방식을 이용하여 안정적이면서도 초고속으로 주파수를 합성하는 초고속 스위칭 특성을 갖는 주파수 합성기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been invented to solve the above problems, in designing a frequency synthesizer, an open loop form of synthesizing frequency at a very high speed by directly applying a digital frequency synthesis command to a voltage controlled oscillator (VCO). The purpose of the present invention is to provide a frequency synthesizer having a super fast switching characteristic that synthesizes the frequency at a stable and ultra high speed by using a frequency synthesizer method mixed with a phase locked loop (PLL) which is a stable closed frequency synthesizer. do.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은;The present invention for achieving the above object;
기준 주파수 및 동기신호를 입력받아 두 신호의 위상 차이를 검출하기 위한 위상검출기(112); 위상 검출기(112)에서 출력된 신호를 하나의 신호로 출력시켜 주기 위한 전하펌프(113); 전하펌프(113)의 출력측에 형성되며 저대역의 신호만을 통과시키기 위한 루프 필터(114); 루프필터(114)의 출력측에 형성되며 입력신호를 가산하여 출력시키기 위한 가산기(115) 및 가산기(115)의 출력측에 접속되어 필요한 주파수 대역을 출력시키기 위한 전압 제어 발진기(116)를 포함하는 주파수 합성기에 있어서, A
주파수 합성 명령을 입력 받아 프로그램에 의하여 원하는 출력 주파수를 주파수 합성 명령의 값만큼 분주하는 프로그래머블 분주기(208); A
주파수 합성 명령을 입력 받아 주파수 합성 명령이 변하는 시점을 검출하여 이에 따른 제어 신호 및 전에 입력된 주파수 합성명령과 현재의 입력된 주파수 합성 명령과의 차이를 누적하여 이에 따른 제어신호를 출력하는 DAC 제어 회로(211);A DAC control circuit that detects a time point at which the frequency synthesis command is changed by receiving the frequency synthesis command, accumulates the difference between the control signal and the previously inputted frequency synthesis command and the current input frequency synthesis command, and outputs the control signal accordingly. 211;
DAC 제어 회로(211)의 제어신호에 의하여 주파수 합성 명령이 변하지 않을 경우에는 프로그래머블 분주기(208)에 의해 분주된 신호를 위상검출기(112)에 전달하여 분주 카운터를 초기화하고, 주파수 합성 명령이 변하는 시점에는 기준 주파수에 동기된 신호를 위상검출기(112)와 프로그래머블 분주기(208)에 전달하기 위한 동기회로(214); 및When the frequency synthesizing command is not changed by the control signal of the
DAC 제어 회로(211)의 제어 신호를 받아 주파수 합성명령의 변화량이 누적된 값에 맞는 DC 전압을 전압 제어 발진기(116)에 출력시키기 위한 DAC(213)를 포함하는 것이다. And a
여기서, DAC 제어 회로(211)는 XOR 게이트로 구성되어 주파수 합성 명령이 변하는 시점을 검출하여 동기회로(214)에 전달하기 위한 검출부(217); 검출부(217)의 출력단에 접속되어 검출부(217)의 출력이 온(ON)되면 입력된 주파수 합성 명령을 디지털 감산기(219)에 전달하기 위한 제 1 D-플립플롭(215); 입력되는 주파수 합성명령과 DAC(213)로 전달되는 신호를 가산하기 위한 디지털 가산기(218); 디지털 가산기(218)의 출력신호중 제 1 D-플립플롭의 출력인 이전 상태의 주파수 합성명령을 감산한 값을 검출부(217)의 출력이 온(ON)되면 DAC(213)로 전달하기 위한 제 2 D-플립플롭(216)을 포함하는 것이다.Here, the
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 초고속 스위칭 특성을 갖는 주파수 합성기의 구조를 보여주기 위한 시스템 블록도이고, 도 2는 도 1에서 디지털-아나로그 변환기(DAC) 제어 회로의 구성을 보여주기 위한 블록도로서 분주명령이 변할 시 전압제어발진기로 인가되는 추가적인 전압을 초고속으로 인가시켜주며, 도 3은 본 발명에 따른 초고속 스위칭 특성을 갖는 주파수 합성기에서 일반 폐쇄형 주파수 합성기에 추가된 전압제어 회로와 주파수 합성명령에 따른 타이밍 동기를 설명하기 위한 블록도이다. 1 is a system block diagram showing the structure of a frequency synthesizer having ultrafast switching characteristics according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a digital-to-analog converter (DAC) control circuit in FIG. In addition, when the division command is changed, an additional voltage applied to the voltage controlled oscillator is applied at a very high speed. FIG. 3 is a voltage control circuit and a frequency added to a general closed frequency synthesizer in a frequency synthesizer having an ultrafast switching characteristic according to the present invention. A block diagram for explaining timing synchronization according to the synthesis instruction.
본 발명에 따른 주파수 합성기는 도 1에서 보는 바와 같이, 폐쇄형 구조(closed loop)의 주파수 합성기에서 사용되는 위상고정루프(PLL)(100)의 전압 제어 발진기(VCO :voltage controlled oscillator)(116)를 개방형 구조의 주파수 합성기에서 사용되는 디지털-아날로그 변환기(이하 DAC)제어 회로(211)와 DAC(213)를 통해서 구동하는 개방형 구조를 결합시켜 안정하면서도 초고속으로 주파수 합성을 하기 위한 초고속 스위칭 특성을 갖는 혼합형 주파수 합성기를 제공하는 것이다. The frequency synthesizer according to the present invention is a voltage controlled oscillator (VCO) 116 of a phase locked loop (PLL) 100 used in a frequency synthesizer of a closed loop as shown in FIG. Is combined with a digital-to-analog converter (hereinafter referred to as DAC)
즉, 도 1을 참조하면 본 발명에 따른 주파수 합성기는 기준 주파수가 위상검출기(Phase Detector)(112) 와 동기회로(214)로 입력되도록 구성된다. 위상검출기(112)는 '3-상태 주파수 위상 검출기'가 사용되며, 위상검출기(112)는 입력된 기준주파수 및 동기회로(214)에서 출력된 두 개의 디지털 입력 신호의 위상 차이를 계산하여 업(Up) 또는 다운(Down)신호를 전하펌프(Charge pump)(113)에 출 력한다. 전하펌프(113)는 위상 검출기(112)에서 출력된 신호를 하나의 신호로 만들어 주는 역할을 하며 상보형 금속 산화막 반도체 (CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor)로 구성된다. 전하펌프(113)의 출력측에 형성된 루프 필터(Loop filter)(114))는 아날로그 수동 소자인 저항(R)과 커패시터(C)로 구성되어진 2차 저역통과 필터로 전하펌프(113)의 출력중 저대역의 신호만을 통과시킨다. 루프필터(114)의 출력측에 형성된 가산기(115)는 연산 증폭기(Operational amplifier)로 설계된 아날로그 가산기로 루프 필터(114)의 출력과 DAC(213)의 출력이 가산하여 전압 제어 발진기(VCO)(116)가 원하는 주파수를 출력하도록 제어한다. 일반적인 폐쇄형 주파수 합성기에서 전압 제어 발진기(VCO)(116) 주파수 출력에 있어서 분주 명령이 변할 시 입력 전압 정착시간의 대부분을 차지하는 전압상승, 하강시간이 궤환(Feedback)구조에 한 루프 필터의 전압 출력에 의해 결정된다. 하지만, 본 발명에 따른 초고속 주파수 합성기에서는 DAC 제어 회로(211)를 통한 DAC(213)에서 전압 증감을 가산기(115)를 통해 직접 입력시켜주기 때문에 전압상승, 하강시간을 줄일 수 있다. That is, referring to FIG. 1, the frequency synthesizer according to the present invention is configured such that a reference frequency is input to a
본 발명에 따른 주파수 합성기에서 주파수 합성 명령은 프로그래머블 분주기(208) 및 DAC 제어 회로(211)에 동시에 입력되어, 프로그래머블 분주기(208)에서는 분주명령을 주는 프로그램에 의하여 원하는 출력 주파수를 주파수 합성 명령의 값만큼 분주하게 된다. DAC 제어 회로(211)에 입력된 주파수 합성 명령은 DAC(213)에 의해 DC 전압으로 변환된다. 여기서 DAC 제어 회로(211)의 출력단에 형성된 동기회로(214)는 DAC 제어 회로(211)의 제어신호에 의하여 동일한 주파수 합 성 명령 구간에서는 프로그래머블 분주기(208)에 의해 분주된 신호를 위상검출기(112)에 그대로 전달하며, 주파수 합성 명령이 변하는 시점에는 분주 카운터를 초기화하여 기준 주파수에 동기된 신호를 위상검출기(112)와 프로그래머블 분주기(208)에 전달한다. In the frequency synthesizer according to the present invention, a frequency synthesizing command is simultaneously input to the
이러한 동기화 과정을 고려하지 않을 경우 주파수 합성명령이 변하는 시점에의 잘못된 분주 카운터에 의해 생성되는 위상차는 전압 제어 발진기(116)로 입력되는 전압의 정착시간을 증가시키게 된다. 하지만 본 발명에 따른 초고속 주파수 합성기의 동기화 과정에 의해 잘못된 분주 카운터에 의한 위상차를 제거할 수 있다. If the synchronization process is not considered, the phase difference generated by the wrong division counter at the time when the frequency synthesizing command is changed increases the settling time of the voltage input to the voltage controlled
여기서, 주파수 합성명령의 차이값을 계산하고 그에 따른 전압을 생성하기위한 DAC 제어 회로(211)는 도 2에서 보는 바와 같이, 입력되는 주파수 합성 명령이 변하는 시점을 XOR 게이트로 구성된 검출부(217)에 검출하여 동기회로(214)에 전달한다. 즉, 검출부(217)의 출력단에 접속된 제 1 D-플립플롭(D-flip flop; 이하 D-FF)(215)는 검출부(217)의 출력이 온(ON)되면 입력된 주파수 합성 명령을 디지털 감산기(219)에 전달한다. 또한, 디지털 가산기(218)는 현재 주파수 합성명령과 DAC(213)로 전달되는 신호를 더하고, 제 2 D-FF(216)는 디지털 가산기(218)의 출력에 이전 상태의 주파수 합성명령을 뺀 값을 DAC(213)로 전달한다. 제 2 D-FF(216)도 검출부(217)의 출력이 온(ON)되면 디지털 감산기(219)의 출력을 DAC(213)로 전달한다. 그러므로, DAC 제어 회로(211)는 전에 입력된 주파수 합성명령과 현재의 주파수 합성 명령과의 차이를 누적하는 기능을 수행하고, DAC 제어 회로(211)의 제어를 받아 동작하는 DAC(213)는 주파수 합성명령의 변화량이 누적된 값에 맞는 DC 전압을 출력한다. Here, as shown in FIG. 2, the
또한, 본 발명에 따른 주파수 합성기에서 동기신호를 발생시키는 동기회로는 도 3에서 보는 바와 같이, 기준 주파수를 입력받아 기준 주파수의 듀티비(Duty ratio)를 50%에서 약 90%로 변화시키는 듀티비 컨버터(Duty ratio converter(222)의 출력측에 MUX(223)이 형성된다. 또한, 주파수 합성명령이 변화되었는 지의 여부를 판단하는 DAC 제어 회로(211)의 검출부(217)의 신호는 D-FF(221)의 'preset' 으로 입력된다. 검출부(217)에 의하여 주파수 합성명령이 변화되었다는 인지신호가 D-FF(221)의 'preset'으로 입력되면, Mux(223)의 select단자가 High가 되어 듀티비 컨버터(Duty ratio converter(222)의 출력을 위상검출기(112)에 입력된다. 또한, 주파수 합성명령이 변하지 않는 상황에서는 D-FF(221)의 출력이 Low가 되어 Mux(223)는 프로그래머블 분주기(208)의 출력을 위상검출기(112)로 전달한다.In addition, the synchronization circuit for generating a synchronization signal in the frequency synthesizer according to the present invention, as shown in Figure 3, the duty ratio for changing the duty ratio of the reference frequency (duty ratio) from 50% to about 90% as input to the reference
본 발명에 따른 주파수 합성기는 위상 고정 루프(PLL)의 안정도에서 고속 스위칭 특성의 개방형 구조를 결합한 형태로서 주요원리는 다음과 같다. 최초 주파수 합성명령에 의해 정상상태에 이르면 루프필터의 전압은 실제로 약간의 증감은 있으나 더 이상 변화하지 않는다. 이것은 주파수 합성명령이 변화하는 과정에서 필요한 전압이 DAC(213)가 제공하는 보조 전압에 의해 제공되기 때문이다. 이 보조 전압을 생성하기 위해서는 DAC(213)에 적당한 디지털 워드값을 인가해야 한다. 본 발명에서는 DAC(213)의 제어를 위하여 도 2에서 보는 바와 같은 DAC 제어회로(211)를 이용하여 DAC(213)의 입력값을 연산한다. 다시 말해서, 분주 명령이 변할 시 입력 전압 정착시간의 대부분을 차지하는 전압상승, 하강시간을 줄이기위해, DAC 제 어 회로(211)를 통한 DAC(213)에서 가산기(115)를 통해, 추가된 입력 전압을 직접 입력시켜주기 때문에 전압상승, 하강시간을 줄일 수 있다. 그리고 주파수 합성명령이 변하는 시점에 발생하는 잘못된 분주로 인한 위상차를 제거하기 위해 DAC 제어 회로(211)와 연계된 동기회로(214)를 사용하여 정확한 동기를 이뤄 오버슈트를 줄일 수 있다. The frequency synthesizer according to the present invention combines an open structure with fast switching characteristics in the stability of a phase locked loop (PLL). When the steady state is reached by the initial frequency synthesis command, the voltage of the loop filter actually increases or decreases slightly, but does not change any more. This is because the voltage required in the process of changing the frequency synthesis command is provided by the auxiliary voltage provided by the
본 발명의 이러한 구조는 폐쇄형 구조(closed loop)에서 발생되는 오버슈트(overshoot)와 정착시간(settling time)를 최소화하기 위한 것이다. 즉, 주파수 합성 명령이 변하는 순간에도 프로그래머블 분주기의 내부 카운터는 변하기 전의 값을 유지하여 카운팅하므로 발생한다. 그래서 동기화 블록이 주파수 합성 명령이 변화하면 프로그래머블 분주기의 카운터를 초기화하여 위상차 발생을 억제한다. 본 발명의 주파수 합성기 동작 특성을 보이기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 하였다. 실험 조건은 기준 주파수 100kHz, 전압 제어 발진기의 이득은 5MHz/V, 위상 검출기의 이득은 1mA/2, 자연 주파수 ωn은 1kHz, 제동인자 ζ은 1/ , D/A 컨버터 인가전압은 5.12V로 설정하였다.This structure of the present invention is intended to minimize overshoot and settling time that occur in a closed loop. That is, the internal counter of the programmable divider maintains and counts the value before the change even when the frequency synthesis instruction changes. Thus, when the frequency synchronizing instruction changes, the synchronization block initializes the counter of the programmable divider to suppress the generation of phase difference. Computer simulations were performed to show the operating characteristics of the frequency synthesizer of the present invention. The experimental conditions are the reference frequency 100kHz, the gain of the voltage controlled oscillator is 5MHz / V, the gain of the phase detector is 1mA / 2, the natural frequency ω n is 1kHz, and the braking factor ζ is 1 /. , D / A converter applied voltage was set to 5.12V.
도 4는 주파수 합성기에서 동기회로가 없는 경우의 컴퓨터 시뮬레이션 결과 파형이다. 도면에서 'SEL'은 동기화 블록 내부의 Mux(223)의 select 입력이고, 'IN'은 전압 제어 발진기로부터 프로그래머블 분주기(208)로 입력되는 디지털 파형이고, 'V_in'은 위상검출기(112)의 입력이며, 'V_ref'는 기준 주파수이다. 주파수 합성명령이 50에서 100으로 변화를 주었을 경우 도 4에서 보는 바와 같이 VCO의 출력 파형을 50번 분주하고, 다음으로 25번 분주하는 시점에서 합성 명령이 변화하여 100-25=75번을 더 분주하였다. 그래서 V_ref(기준 주파수)와의 많은 시간 차이로 인해 위상차가 발생되고 VCO의 입력 전압은 Overshoot이 발생되어 정상상태에 이르는 시간은 길어지게 된다. 4 is a waveform diagram of the computer simulation result when there is no synchronization circuit in the frequency synthesizer. In the drawing, 'SEL' is the select input of the
도 5는 주파수 합성기에서 동기회로를 형성한 경우의 시물레이션 결과로서 도 4의 실험 환경과 동일하게 설정하고 관찰하였다. VCO의 출력을 50번 분주한 뒤 분주 명령이 바뀌면 이 동안의 분주 횟수와 무관하게 기준 주파수에 동기된 시점에서 분주를 끝내고 다시 시작한다. FIG. 5 is a simulation result when a synchronization circuit is formed in a frequency synthesizer, and is set and observed in the same manner as the experimental environment of FIG. 4. If the dispense command is changed after dispensing the output of the
도 6은 도 5와 같이 동기회로를 사용하여 스위칭 시간을 관찰하기 위해 VCO의 입력전압(상단)과 D/A 컨버터의 출력전압(하단)을 관찰한 파형이다. 그림에서 보이는 것처럼 주파수 합성 명령이 변화하면 D/A 컨버터는 이에 대응하는 전압을 제공하고 VCO의 입력 전압은 곧바로 합성명령에 대응하는 전압으로 이동하게 된다. 즉, 발생하고자하는 주파수를 입력 주파수 합성 명령에 즉각적으로 출력함을 알 수 있다. 6 is a waveform illustrating the input voltage (top) of the VCO and the output voltage (bottom) of the D / A converter in order to observe the switching time using the synchronous circuit as shown in FIG. 5. As shown in the figure, when the frequency synthesis command changes, the D / A converter provides the corresponding voltage and the VCO's input voltage is immediately shifted to the voltage corresponding to the synthesis command. That is, it can be seen that the frequency to be generated is immediately output to the input frequency synthesis command.
도 7은 일반 폐쇄형 주파수 합성기(상단)과 본 발명에 따른 주파수 합성기(하단)의 VCO 입력 전압을 비교한 파형이다. 그림에서 보이는 것처럼, 주파수 합성 명령이 변할시 일반 폐쇄형 주파수 합성기에서는 폐쇄형 구조의 특성에 의해 대응하는 VCO 입력 전압의 정착시간이 길어서 느린 스위칭 특성인 반면에, 본 발명에 따른 주파수 합성기에서는 D/A 컨버터의 전압 보상에 의해서 짧아서 매우 빠른 속도로 동작하고 있음을 확인 할 수 있다. 즉, 초고속의 주파수 합성이 가능하다. Figure 7 is a waveform comparing the VCO input voltage of the general closed frequency synthesizer (top) and the frequency synthesizer (bottom) according to the present invention. As shown in the figure, when the frequency synthesizing command is changed, in the conventional closed frequency synthesizer, the settling time of the corresponding VCO input voltage is long due to the characteristic of the closed structure, whereas the switching function is slow, whereas in the frequency synthesizer according to the present invention, D / By the voltage compensation of the A converter, it can be confirmed that it is short and operates at a very high speed. In other words, ultra-fast frequency synthesis is possible.
본 발명에 따른 주파수 합성기는 고속의 주파수 합성이 필요한 통신, 전자, 의료, 회로, 계측기, 등의 광범위하게 이용될 수 있다. 특히, 통신이나 전자 산업 분야에서 주파수 도약(frequency hopping)을 응용하는 초고속 정보통신 분야에서 널리 사용될 것이며, 전파방해에 견디기 위한 군사용 통신에 가장 대표적인 고속 주파수도약 확산(fast frequency-hopping spread spectrum) 시스템에서는 가장 중요한 장치로서 매우 유용하게 사용될 수 있다.The frequency synthesizer according to the present invention can be widely used in communication, electronics, medical, circuits, instruments, and the like, which require high-speed frequency synthesis. In particular, it will be widely used in the field of high-speed information communication that uses frequency hopping in the communication or electronics industry, and in the fast frequency-hopping spread spectrum system, which is the most representative of military communication to withstand radio interference. As the most important device can be used very usefully.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto and may be improved or modified by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040051026A KR20060002110A (en) | 2004-07-01 | 2004-07-01 | Frequency synthesizer having the ultra-fast switching characteristic |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040051026A KR20060002110A (en) | 2004-07-01 | 2004-07-01 | Frequency synthesizer having the ultra-fast switching characteristic |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20060002110A true KR20060002110A (en) | 2006-01-09 |
Family
ID=37105101
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040051026A KR20060002110A (en) | 2004-07-01 | 2004-07-01 | Frequency synthesizer having the ultra-fast switching characteristic |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20060002110A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8115525B2 (en) | 2008-12-02 | 2012-02-14 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Frequency synthesizer |
CN103312323A (en) * | 2013-05-23 | 2013-09-18 | 江苏天源电子有限公司 | Quickly optimizing automatic frequency calibration circuit and algorithm |
CN104320137A (en) * | 2014-10-22 | 2015-01-28 | 华中科技大学 | Phase locking loop frequency synthesizer |
CN106559075A (en) * | 2015-09-30 | 2017-04-05 | 中星联华科技(北京)有限公司 | Numerical frequency source generator |
-
2004
- 2004-07-01 KR KR1020040051026A patent/KR20060002110A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8115525B2 (en) | 2008-12-02 | 2012-02-14 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Frequency synthesizer |
US8193842B2 (en) | 2008-12-02 | 2012-06-05 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Frequency synthesizer |
CN103312323A (en) * | 2013-05-23 | 2013-09-18 | 江苏天源电子有限公司 | Quickly optimizing automatic frequency calibration circuit and algorithm |
CN104320137A (en) * | 2014-10-22 | 2015-01-28 | 华中科技大学 | Phase locking loop frequency synthesizer |
CN104320137B (en) * | 2014-10-22 | 2015-10-21 | 华中科技大学 | A kind of phase-locked loop frequency synthesizer |
CN106559075A (en) * | 2015-09-30 | 2017-04-05 | 中星联华科技(北京)有限公司 | Numerical frequency source generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6553089B2 (en) | Fractional-N frequency synthesizer with fractional compensation method | |
US7498856B2 (en) | Fractional-N frequency synthesizer | |
US7973606B2 (en) | Fractional-N frequency synthesizer and method thereof | |
EP1371167B1 (en) | Fractional-n frequency synthesizer with fractional compensation method | |
US7327820B2 (en) | Method and apparatus for reducing quantization noise in fractional-N frequency synthesizers | |
US8988122B2 (en) | Apparatus and method for performing spread-spectrum clock control | |
US7535977B2 (en) | Sigma-delta based phase lock loop | |
US8008979B2 (en) | Frequency synthesizer and radio transmitting apparatus | |
EP1729432B1 (en) | Generation of a phase locked loop output signal having reduced spurious spectral components | |
Fridi et al. | A low power fully-integrated 76-81 GHz ADPLL for automotive radar applications with 150 MHz/us FMCW chirp rate and-95dBc/Hz phase noise at 1 MHz offset in FDSOI | |
US20200186153A1 (en) | Signal source | |
KR20060002110A (en) | Frequency synthesizer having the ultra-fast switching characteristic | |
US8525598B2 (en) | Digital to analog converter for phase locked loop | |
US6181758B1 (en) | Phase-locked loop with small phase error | |
US7907017B2 (en) | Phase locked loop circuit that locks the oscillation frequency to a target frequency | |
EP2890013A1 (en) | Phase locked loop and control method thereof | |
US7639087B2 (en) | Phase-locked loop | |
KR20020029877A (en) | Timing Synchronization Method and the Design Method of DLT(digital look-up table)-Replacement Circuit in the Digital Hybrid Frequency Synthesizer with the Ultra-fast Speed | |
US20140184274A1 (en) | Fractional-n frequency synthesizer with low quantization noise | |
US20050266816A1 (en) | PLL synthesizer | |
GB2373113A (en) | Improvements in or relating to fast frequency-hopping synthesisers | |
KR100362879B1 (en) | A phase locked-loop control circuit for fast phase struck | |
JPH06164387A (en) | Phase locked loop frequency synthesizer | |
KR200155562Y1 (en) | Frequency synthesizer | |
Lv et al. | Design of wide-band frequency-agile signal source |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |