KR20120023997A - Method and appatatus for digital-controlled oscillating using wide band active inductor with 3-step coarse tuning - Google Patents

Method and appatatus for digital-controlled oscillating using wide band active inductor with 3-step coarse tuning Download PDF

Info

Publication number
KR20120023997A
KR20120023997A KR1020100086499A KR20100086499A KR20120023997A KR 20120023997 A KR20120023997 A KR 20120023997A KR 1020100086499 A KR1020100086499 A KR 1020100086499A KR 20100086499 A KR20100086499 A KR 20100086499A KR 20120023997 A KR20120023997 A KR 20120023997A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tuning
frequency
controlled oscillator
digital
coarse tuning
Prior art date
Application number
KR1020100086499A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김창선
박장현
최성훈
이강윤
부영건
박안수
박준성
노예철
Original Assignee
한국전자통신연구원
건국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원, 건국대학교 산학협력단 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020100086499A priority Critical patent/KR20120023997A/en
Publication of KR20120023997A publication Critical patent/KR20120023997A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1206Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
    • H03B5/1212Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the amplifier comprising a pair of transistors, wherein an output terminal of each being connected to an input terminal of the other, e.g. a cross coupled pair
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1206Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
    • H03B5/1218Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the generator being of the balanced type
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1228Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more field effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/124Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance
    • H03B5/1243Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance the means comprising voltage variable capacitance diodes
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/20Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator
    • H03B5/24Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator active element in amplifier being semiconductor device
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
    • H03L7/099Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop
    • H03L7/0991Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop the oscillator being a digital oscillator, e.g. composed of a fixed oscillator followed by a variable frequency divider
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2201/00Aspects of oscillators relating to varying the frequency of the oscillations
    • H03B2201/02Varying the frequency of the oscillations by electronic means
    • H03B2201/0208Varying the frequency of the oscillations by electronic means the means being an element with a variable capacitance, e.g. capacitance diode

Abstract

PURPOSE: A method and an apparatus for digital-controlled oscillation using wide band active inductors with a 3-step coarse tuning manner are provided to have wide band tuning domain using a 3-step coarse tuning manner. CONSTITUTION: A digital-controlled oscillator core(310) comprises a cap bank, an active inductor, a manual inductor, and a negative GM circuit. A coarse tuning digital controller(320) controls 3-step coarse tuning operation of a digital-controlled oscillator(300). The DCO_OUT and the DCO_OUTB outputted in the digital-controlled oscillator core are dispensed through a 4(or 8)-divider(340). The outputted SDM_CLK is inputted to a sigma-DELTA modulator(330).

Description

3단계 코어스 튜닝 기법이 적용된 광대역 능동 인덕터를 사용하는 디지털 제어 발진 방법 및 장치{METHOD AND APPATATUS FOR DIGITAL-CONTROLLED OSCILLATING USING WIDE BAND ACTIVE INDUCTOR WITH 3-STEP COARSE TUNING}METHOD AND APPATATUS FOR DIGITAL-CONTROLLED OSCILLATING USING WIDE BAND ACTIVE INDUCTOR WITH 3-STEP COARSE TUNING}

아래의 실시예들은 디지털 위상 동기 루프의 구성 블록 중의 하나인 디지털 제어 발진기에 관한 것이다.The following embodiments are directed to a digitally controlled oscillator that is one of the building blocks of a digital phase locked loop.

무선 통신용 송수신기의 지역 발진기(Local Oscillator; LO) 주파수를 공급하기 위하여, 다양한 방식으로 구성된 위상 동기 루프(Phase Locked Loop)가 널리 사용되고 있다.In order to supply a local oscillator (LO) frequency of a wireless communication transceiver, a phase locked loop configured in various ways is widely used.

아날로그 방식의 위상 동기 루프는, 그 내부 블록(Block)인 고주파 분주기 등에서, 매우 민감한 전류원을 사용한다. 아날로그 방식의 위상 동기 루프에 최소 사이즈의 금속 산화막 반도체(Metal-Oxide-Semiconductor; MOS) 소자가 사용되면, 공정 스케일이 낮아짐에 따라 노이즈(Noise) 및 정확성 이슈(Issue)의 문제가 발생한다.The analog phase locked loop uses a very sensitive current source in a high frequency divider, which is an internal block thereof. When the smallest metal-oxide-semiconductor (MOS) device is used in an analog phase locked loop, noise and accuracy issues arise as the process scale decreases.

디지털로 구성된 위상 동기 루프는 공정 변화에 둔감하다. 따라서, 노이즈 및 정확성 이슈의 문제 등을 극복하기 위해 디지털 방식의 위상 동기 루프가 사용된다. 디지털로 구성된 위상 동기 루프는 그 구성 블록으로서 디지털 제어 발진기를 요구한다.Digitally configured phase locked loops are insensitive to process variations. Therefore, a digital phase locked loop is used to overcome noise and accuracy issues. Digitally configured phase locked loops require a digitally controlled oscillator as its building block.

주파수가 조정되기 위해서는 발진기로 조정 비트가 입력되어야 한다. 이를 위해, 디지털-아날로그 컨버터(Convertor)를 사용하여 조정 비트를 아날로그 전압으로 바꾼 후, 버랙터(Varactor)를 사용하여 주파수를 조정하는 제1 방법 및 조정 비트에 따라서 커패시터(Capacitor)에 스위치를 부착하고, 상기 스위치를 ON/OFF 시킴으로써 주파수를 조정하는 제2 방법이 일반적으로 사용된다.
In order for the frequency to be adjusted, an adjustment bit must be input into the oscillator. To do this, a digital-to-analog converter is used to convert the adjustment bit into an analog voltage, and then a switch is attached to the capacitor in accordance with the first method and the adjustment bit to adjust the frequency using a varactor. The second method of adjusting the frequency by turning the switch ON / OFF is generally used.

도 1은 일반적인 디지털 위상 동기 루프를 도시한다.1 shows a typical digital phase locked loop.

디지털 위상 동기 루프(100)는 일반적으로 PFD(Phase Frequency Detector)(110) TDC(Time to Digital Convertor)(120), 디지털 루프 필터(Digital Loop Filter)(130), N-디바이더(N-Divider)(140) 및 디지털 제어 발진기(Digital Controlled Oscillator; DCO)(150)를 포함한다.The digital phase-locked loop 100 generally includes a Phase Frequency Detector (PFD) 110, a Time to Digital Convertor (TDC) 120, a Digital Loop Filter 130, and an N-Divider. 140 and a Digital Controlled Oscillator (DCO) 150.

디지털 제어 발진기(150)에서 출력된 주파수인 DCO_OUT 및 DCO_OUTB는 N-디바이더(140)를 통해 분주되어, 분주된 디지털 제어 발진기 신호(DCO_DIV)로 출력된다The frequencies DCO_OUT and DCO_OUTB output from the digitally controlled oscillator 150 are divided through the N-divider 140 and output as the divided digitally controlled oscillator signal DCO_DIV.

PFD(110)에서는 기준 주파수(REF_CLK) 및 DCO_DIV를 비교하여 위상 에러(Error)를 펄스(Pulse) 파형으로 출력한다.The PFD 110 compares the reference frequency REF_CLK and DCO_DIV and outputs a phase error as a pulse waveform.

TDC(120)는 출력된 펄스 파형을 디지털 신호로 변환하여 출력한다.The TDC 120 converts the output pulse waveform into a digital signal and outputs the digital signal.

출력된 디지털 신호는 스테빌러티(Stability)를 위한 디지털 루프 필터(130)에 의해 네거티브 피드 백(Negative Feed Back)으로 구성되어, 디지털 제어 발진기(150)로 입력된다.
The output digital signal is configured as a negative feed back by the digital loop filter 130 for stability and is input to the digital controlled oscillator 150.

도 2는 위상 동기 루프에서 일반적으로 사용되는 전압 제어 발진기의 회로도를 도시한다.Figure 2 shows a circuit diagram of a voltage controlled oscillator commonly used in a phase locked loop.

전압 제어 발진기 회로는 수동 소자 인덕터(Inductor), MIM(Metal-Insulator-Metal; 금속-절연체-금속) 커패시터 및 버랙터를 사용한다. 일반적으로, L 값(인덕턴스) 및 C 값(커패시턴스) 중, C 값을 변화시킴으로써 전압 제어 발진기의 주파수가 조정된다.The voltage controlled oscillator circuit uses passive element inductors, metal-insulator-metal (MIM) capacitors and varactors. In general, the frequency of the voltage controlled oscillator is adjusted by changing the C value among the L value (inductance) and C value (capacitance).

이러한 위상 동기 루프의 발진기 구성 회로에서는, 수동 소자(L, C)가 구성 회로의 대부분을 차지한다. 따라서, 현 공정상 이러한 구성 회로는 많은 면적을 요구한다.In the oscillator construction circuit of such a phase locked loop, passive elements L and C occupy most of the construction circuit. Therefore, in the present process, such a component circuit requires a large area.

또한, 위상 동기 루프가 요구되는 부분에 있어서, 점차적으로 광대역에서의 주파수 제공이 요구되고 있다.In addition, in the part where a phase locked loop is required, the provision of the frequency over a wide bandwidth is gradually required.

LC 공진 탱크에서 L은 수동 소자로 고정된 값이기 때문에, 튜닝 영역의 광대역이 획득되기 위해서는 높은 커패시턴스가 필요하다. 높은 커패시턴스 역시, 구성 회로가 많은 면적을 차지하게끔 한다.Since L in the LC resonant tank is a fixed value with passive elements, high capacitance is required to obtain the wide bandwidth of the tuning region. High capacitance also causes the component circuit to take up a large area.

단순히 커패시턴스 값에 의해 주파수가 튜닝되면, 상기 커패시턴스 값에 따라서 주파수 커브의 기울기가 심하게 변하게 된다.If the frequency is tuned simply by the capacitance value, the slope of the frequency curve is severely changed according to the capacitance value.

이러한 게인 미스매치(Gain mismatch)는 위상 동기 루프의 중요 척도인 위상 잡음(Phase Noise) 성능을 떨어뜨린다. 이를 보상하기 위해 부가적인 회로 및 알고리즘이 요구된다.This gain mismatch degrades the phase noise performance, which is an important measure of phase locked loops. Additional circuitry and algorithms are required to compensate for this.

본 발명의 일측에 따르면 PMOS 및 NMOS의 크로스-커플인 부성 저항, 주파수를 튜닝하는 능동 인덕터, 상기 능동 인덕터를 사용하여 위상 잡음 성능의 감소를 상쇄하는 수동 인덕터 및 PVT 변화를 상쇄하는 커패시턴스 뱅크를 포함하는, 디지털 제어 발진기가 제공된다.According to one aspect of the present invention, a negative resistance, which is a cross-couple of PMOS and NMOS, an active inductor for tuning the frequency, a passive inductor for canceling the reduction of phase noise performance using the active inductor, and a capacitance bank for canceling the PVT change A digitally controlled oscillator is provided.

상기 디지털 제어 발진기는 상기 능동 인덕터의 입력 전류를 조정하고, 상기 커패시턴스 뱅크의 커패시턴스를 조정함으로써 상기 주파수를 튜닝할 수 있다.The digitally controlled oscillator may tune the frequency by adjusting the input current of the active inductor and adjusting the capacitance of the capacitance bank.

상기 디지털 제어 발진기는 상기 주파수의 해상도를 향상시키는 시그마-델타 모듈레이터를 더 포함할 수 있다.The digitally controlled oscillator may further comprise a sigma-delta modulator that enhances the resolution of the frequency.

상기 디지털 제어 발진기는 디지털 루프 필터를 더 포함할 수 있고, 상기 능동 인덕터는 상기 디지털 루프 필터로 들어온 비트에 따라 전류를 조절함으로써 주파수를 튜닝할 수 있다.The digitally controlled oscillator may further include a digital loop filter, and the active inductor may tune the frequency by adjusting the current according to the bit entering the digital loop filter.

상기 능동 인덕터는 상기 능동 인턱터를 제어하기 위한 능동 인덕터 컨트롤 뱅크를 포함할 수 있다.The active inductor may include an active inductor control bank for controlling the active inductor.

상기 능동 인덕터는 인덕턴스를 제공하기 위해 구성된 제1 회로부 및 인덕턴스를 조정하기 위해 MOS의 전류량을 조정하는 제2 회로부를 포함할 수 있다.The active inductor may comprise a first circuit portion configured to provide inductance and a second circuit portion adjusting the amount of current in the MOS to adjust the inductance.

상기 능동 인덕터는 상기 MOS의 전류량을 조정함으로써 상기 능동 인덕터의 인덕턴스를 조정할 수 있다.The active inductor may adjust the inductance of the active inductor by adjusting the current amount of the MOS.

상기 캡 뱅크는 금속-절연체-금속 커패시터들의 어레이를 포함할 수 있다.The cap bank may comprise an array of metal-insulator-metal capacitors.

상기 캡 뱅크는 스위칭에 의해 캐퍼시턴스 값을 조절하는 MOS 스위치를 더 포함할 수 있다.The cap bank may further include a MOS switch for adjusting the capacitance value by switching.

상기 커패시터들은 이진 가중치를 사용하여 구성될 수 있다.The capacitors can be configured using binary weights.

상기 능동 인덕터는 MOS 게이트의 전압 레벨을 조정함으로써 상기 해상도를 획득할 수 있다.The active inductor can obtain the resolution by adjusting the voltage level of the MOS gate.

상기 디지털 제어 발진기는 상기 주파수 튜닝 단계를 제어하는 코어스 튜닝 디지털 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.The digitally controlled oscillator may further include a coarse tuning digital controller for controlling the frequency tuning step.

상기 코어스 튜닝 디지털 컨트롤러는 상기 디지털 제어 발진기의 주파수를 분주하는 k-디바이더, 분주된 클럭을 카운트하는 M-비트 카운터, 상기 M-비트 카운터를 제어하는 참조 디바이더, 상기 M-비트 카운터에서 카운트된 값을 비교하는 디지털 비교기, 요구되는 주파수를 M-비트로 변환하는 코어스 튜닝 맵 테이블 및 상기 디지털 제어 발진기를 제어하는 3단계 튜닝 컨트롤러를 포함할 수 있다.The coarse tuning digital controller includes a k-divider for dividing the frequency of the digitally controlled oscillator, an M-bit counter for counting divided clocks, a reference divider for controlling the M-bit counter, and a value counted in the M-bit counter. It may include a digital comparator for comparing the, a coarse tuning map table for converting the required frequency into M-bit, and a three-stage tuning controller for controlling the digitally controlled oscillator.

본 발명의 다른 일측에 따르면, 능동 인덕터의 주 전류를 조정함으로써 발진하는 중심 주파수를 조정하는 광대역-튜닝 단계, 커패시턴스 뱅크의 커패시턴스를 조정함으로써 발진 주파수를 조정하는 중대역-튜닝 단계 및 상기 능동 인덕터의 부 전류를 조정함으로써 발진 주파수를 조정하는 협대역-튜닝 단계를 포함하는 디지털 제어 발진기 회로의 자동 튜닝 방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, the broadband-tuning step of adjusting the center frequency oscillating by adjusting the main current of the active inductor, the mid-band tuning step of adjusting the oscillation frequency by adjusting the capacitance of the capacitance bank and the active inductor A method of automatic tuning of a digitally controlled oscillator circuit is provided that includes a narrowband-tuning step of adjusting the oscillation frequency by adjusting the negative current.

넓은 대역에서의 주파수 튜닝을 가능하게 하는 3단계 코어스 튜닝 방법 및 장치가 제공된다.A three stage coarse tuning method and apparatus is provided that enables frequency tuning in a wide band.

3단계 코어스 튜닝 방법을 사용하여, 광대역 튜닝 영역을 갖는 능동 인덕터 디지털 제어 발진 방법 및 장치가 제공된다.Using a three-step coarse tuning method, an active inductor digitally controlled oscillation method and apparatus having a wideband tuning region is provided.

면적을 최소화하기 위해 능동 소자로 구성된 디지털 제어 발진기가 제공된다.To minimize the area, a digitally controlled oscillator consisting of active elements is provided.

도 1은 일반적인 디지털 위상 동기 루프를 도시한다.
도 2는 위상 동기 루프에서 일반적으로 사용되는 전압 제어 발진기의 회로도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 제어 발진기의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 제어 발진기 코어의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 능동 인덕터 컨트롤 뱅크의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 캡 뱅크의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 인덕터의 내부 스키메틱을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3단계 코어스 튜닝 방법의 절차 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 예에 따른 제1 단계 코어스 튜닝 시 디지털 제어 발생기의 동작을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 제1 단계 코어스 튜닝 시 능동 인덕터 컨트롤 뱅크의 동작을 나타낸다.
도 11는 본 발명의 일 예에 따른 제2 단계 코어스 튜닝 시 디지털 제어 발생기의 동작을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 예에 따른 제3 단계 코어스 튜닝 시 디지털 제어 발생기의 동작을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 예에 따른 제3 단계 코어스 튜닝 시 능동 인덕터 컨트롤 뱅크의 동작을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 예에 따른 코어스 튜닝 디지털 컨트롤러의 구조도이다.
1 shows a typical digital phase locked loop.
Figure 2 shows a circuit diagram of a voltage controlled oscillator commonly used in a phase locked loop.
3 is a structural diagram of a digitally controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of a digitally controlled oscillator core in accordance with an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram of an active inductor control bank according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram of a cap bank according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates an internal schematic of an active inductor according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a three-step coarse tuning method according to an embodiment of the present invention.
9 illustrates the operation of the digital control generator during the first stage coarse tuning according to an embodiment of the present invention.
10 illustrates an operation of an active inductor control bank during first stage coarse tuning according to an embodiment of the present invention.
11 illustrates an operation of a digital control generator during second stage coarse tuning according to an embodiment of the present invention.
12 illustrates the operation of the digital control generator during the third stage coarse tuning according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 illustrates an operation of an active inductor control bank during a third stage coarse tuning according to an embodiment of the present invention.
14 is a structural diagram of a coarse tuning digital controller according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 본 발명의 일 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

하기의 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 제어 발진기 및 기존의 디지털 제어 발진기 간의 성능 비교를 나타낸 것이다.Table 1 below shows a performance comparison between a digitally controlled oscillator and a conventional digitally controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.

파라미터(Parameter)Parameter 참조 #1Reference # 1 참조 #2Reference # 2 참조 #3Reference # 3 실시예Example 공정(Process)Process 0.13um CMOS0.13um CMOS 90nm COMS90nm COMS 90nm COMS90nm COMS 0.13um CMOS0.13um CMOS 공급 전압
(Supply Voltage)
Supply voltage
(Supply Voltage)
1.5V1.5V 1.4V1.4 V 1.4V1.4 V 1.2V1.2 V
전력 소모
(Power Consumption)
Power consumption
(Power Consumption)
3.45mW3.45mW 25.2mW25.2 mW 25.2mW25.2 mW 6.6mW6.6 mW
중심 주파수
(Center Frequency)
Center frequency
(Center Frequency)
2.4GHz2.4 GHz 3.6GHz3.6 GHz 915MHz915 MHz 2.4GHz2.4 GHz 2.8GHz2.8 GHz
위상 잡음
(Phase Noise)
@ 1MHz Offset
Phase noise
(Phase Noise)
@ 1MHz Offset
117.0dBc/Hz117.0 dBc / Hz 137dBc/Hz137 dBc / Hz 135.0dBc/Hz135.0 dBc / Hz 120.5dBc/Hz120.5 dBc / Hz 116dBc/Hz116 dBc / Hz
튜닝 범위
(Tuning Range)
Tuning range
(Tuning Range)
20.8%20.8% 25%25% 97.6%97.6% 58%58%
FoMTFomt 185.6dBc/Hz185.6 dBc / Hz 181.7dBc/Hz181.7 dBc / Hz 206dBc/Hz206 dBc / Hz 195.17dBc/Hz,
192.01dBc/Hz,
195.17 dBc / Hz,
192.01 dBc / Hz,
주파수 해상도
(Frequency Resolution)
(SDM 미사용)
Frequency resolution
(Frequency Resolution)
(SDM not used)
23kHz23 kHz 12kHz12 kHz 40kHz40 kHz 4.8kHz4.8 kHz
면적(Area)Area 0.54mm2 0.54 mm 2 0.17mm2 0.17mm 2 0.44mm2 0.44 mm 2 0.22mm2 0.22 mm 2

참조 #1은 수동(Passive) 인덕터를 사용하여 커패시턴스 뱅크(이하, 캡 뱅크(Cap Bank)로 약술한다.)로 튜닝하는 구조를 갖는 디지털 제어 발진기이다. 상기 디지털 제어 발진기는 2.4GHz의 중심 주파수에 비해 적은 전력을 사용하지만, 튜닝 범위가 작은 단점이 있다.Reference # 1 is a digitally controlled oscillator with a structure that tunes to a capacitance bank (hereinafter abbreviated as Cap Bank) using a passive inductor. The digitally controlled oscillator uses less power than the center frequency of 2.4 GHz, but has a disadvantage in that the tuning range is small.

참조 #2는 수동 인덕터를 사용하여 캡 뱅크로 튜닝하는 구조를 갖는 디지털 제어 발진기이다. 상기 디지털 제어 발진기는 3.6GHz의 높은 중심 주파수 및 높은 위상 잡음을 갖지만, 전력을 많이 소모하고, 튜닝 범위가 작다는 단점이 있다.Reference # 2 is a digitally controlled oscillator with a structure that tunes to a cap bank using a passive inductor. The digitally controlled oscillator has a high center frequency of 3.6 GHz and a high phase noise, but consumes a lot of power and has a small tuning range.

참조 #3은 수동 인덕터를 사용하여 캡 뱅크로 튜닝하는 구조를 갖는 디지털 제어 발진기이다. 상기 디지털 제어 발진기는 높은 위상 잡음 및 넓은 튜닝 범위를 갖지만, 전력을 많이 소모하고, 낮은 출력 주파수를 갖는다는 단점이 있다.Reference # 3 is a digitally controlled oscillator with a structure that tunes to a cap bank using a passive inductor. The digitally controlled oscillator has a high phase noise and a wide tuning range, but has the disadvantage of consuming a lot of power and having a low output frequency.

후술될 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 제어 발진기는, 종래에 디지털 제어 발진기에서는 사용되지 않은 능동(Active) 인덕터를 사용한 구조를 갖는다. 상기 디지털 제어 발진기는 적당한 위상 잡음을 유지하면서 면적을 최소화하며, SDM을 사용하지 않았을 경우의 주파수 해상도도 높일 수 있다. 상기 디지털 제어 발진기는 3단계 튜닝 구조를 사용함으로써 적은 전력 소모를 유지하면서 넓은 튜닝 범위를 확보할 수 있다.The digitally controlled oscillator according to an embodiment of the present invention to be described below has a structure using an active inductor which is not used in the conventional digitally controlled oscillator. The digitally controlled oscillator minimizes the area while maintaining the proper phase noise, and can also increase the frequency resolution when no SDM is used. The digitally controlled oscillator can secure a wide tuning range while maintaining low power consumption by using a three-step tuning structure.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 제어 발진기의 구조도이다.3 is a structural diagram of a digitally controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.

디지털 제어 발진기(300)는 디지털 제어 발진기 코어(310), 코어스 튜닝 디지털 컨트롤러(Coarse Turning Digital Controller)(320), 시그마-델타 모듈레이터(Sigma-Delta Modulator)(330) 및 4(또는 8) 디바이더(340)를 포함한다.The digitally controlled oscillator 300 includes a digitally controlled oscillator core 310, a Coarse Turning Digital Controller 320, a Sigma-Delta Modulator 330 and a 4 (or 8) divider ( 340).

디지털 제어 발진기 코어(310)는 캡 뱅크, 능동 인덕터, 수동 인덕터 및 네거티브 GM(부성 저항) 회로를 포함한다.The digitally controlled oscillator core 310 includes a cap bank, an active inductor, a passive inductor, and a negative GM (negative resistor) circuit.

디지털 제어 발진기 코어(310)는 능동 인덕터의 전류 조정 및 캡 뱅크의 커패시턴스(이하, 캡으로 약술한다.) 조정에 의해 발진 주파수를 조절할 수 있다.The digitally controlled oscillator core 310 may adjust the oscillation frequency by adjusting the current of the active inductor and adjusting the capacitance of the cap bank (hereinafter, abbreviated as cap).

디지털 루프 필터(130)에서 출력된 CONT<63:0> 신호는 디지털 제어 발진기 코어(310)의 주파수 커브(Curve)를 구성한다.The CONT <63: 0> signal output from the digital loop filter 130 constitutes a frequency curve of the digitally controlled oscillator core 310.

디지털 루프 필터(130)에서 출력된 SDM_IN<4:0> 신호는 시그마-델타 모듈레이터(330)를 거치고, 시그마-델타 모듈레이터(330)를 거친 신호는 상기 커브의 해상도를 향상시킨다. 따라서, 시그마-델타-모듈레이터(330)는 요구되는 최소 주파수 해상도가 구현될 수 있게 한다.The SDM_IN <4: 0> signal output from the digital loop filter 130 passes through the sigma-delta modulator 330, and the signal passing through the sigma-delta modulator 330 improves the resolution of the curve. Thus, sigma-delta-modulator 330 allows the minimum frequency resolution required to be implemented.

코어스 튜닝 디지털 컨트롤러(320)는 디지털 제어 발진기(300)의 3단계 코어스 튜닝 동작을 제어한다.The coarse tuning digital controller 320 controls a three-stage coarse tuning operation of the digitally controlled oscillator 300.

코어스 튜닝 디지털 컨트롤러(32)는 3단계 코어스 튜닝 신호인 FCONT, DCONT<19:0> 및 CAPS<9:0> 신호를 출력하고, 상기 세 신호를 통해 3 단계로 주파수를 조절함으로써 디지털 제어 발진기(300)의 출력을 광대역으로 확대한다.The coarse tuning digital controller 32 outputs three-phase coarse tuning signals FCONT, DCONT <19: 0> and CAPS <9: 0> signals, and adjusts the frequency in three stages through the three signals. Expand the output of 300) to broadband.

또한 코어스 튜닝 디지털 컨트롤러(320)는 GCONT<9:0> 및 RCONT<9:0> 신호를 출력한다.In addition, the coarse tuning digital controller 320 outputs the GCONT <9: 0> and RCONT <9: 0> signals.

본 발명의 일 예에 따른 코어스 튜닝 디지털 컨트롤러(320)의 구체적인 구성이 하기에서 도 14를 참조하여 상세히 설명된다.A detailed configuration of the coarse tuning digital controller 320 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 14 below.

디지털 제어 발진기 코어(310)에서 출력된 DCO_OUT 및 DCO_OUTB는 4(또는 8)-디바이더(340)를 통해 분주되어 SDM_CLK로 출력된다. 출력된 SDM_CLK는 시그마-델타 모듈레이터(330)로 입력된다.
The DCO_OUT and DCO_OUTB output from the digitally controlled oscillator core 310 are divided by 4 (or 8) -divider 340 and output to SDM_CLK. The output SDM_CLK is input to the sigma-delta modulator 330.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 제어 발진기 코어의 회로도이다.4 is a circuit diagram of a digitally controlled oscillator core in accordance with an embodiment of the present invention.

디지털 제어 발진기 코어(310)는 네거티브 GM(410), 캡 뱅크(420), 수동 인덕터(430) 및 능동 인덕터(440)를 포함한다. 상기 구성 요소(410, 420, 430 및 440)들은 디지털 제어 발진기(300)에 직접 포함되는 것으로 간주될 수 있다.Digitally controlled oscillator core 310 includes negative GM 410, cap bank 420, passive inductor 430, and active inductor 440. The components 410, 420, 430, and 440 may be considered to be included directly in the digitally controlled oscillator 300.

네거티브 GM(410)은 PMOS(P-Channel MOSFET) 및 NMOS(N-Channel MOSFET)의 크로스-커플(Cross-Coupled)로 구성된다.Negative GM 410 is composed of a cross-coupled P-Channel MOSFET (PMOS) and N-Channel MOSFET (NMOS).

수동 인덕터(430)는 능동 인덕터(440)를 사용하여 인덕터의 Q 값이 떨어짐으로써 발생하는 위상 잡음 성능의 감소를 상쇄한다. 즉, 수동 인덕터(430) 및 능동 인덕터(440)는 위상 잡음을 최소화하고, Q 값을 올리기 위해 회로 내에서 결합된다.Passive inductor 430 uses active inductor 440 to offset the reduction in phase noise performance caused by a drop in the Q value of the inductor. That is, the passive inductor 430 and the active inductor 440 are combined in the circuit to minimize phase noise and raise the Q value.

능동 인덕터(440)는 디지털 루프 필터(Digital Loop Filter)로 들어온 비트에 따라 전류를 조절함으로써 주파수를 튜닝한다.The active inductor 440 tunes the frequency by adjusting the current according to the bit coming into the digital loop filter.

능동 인덕터(440)는 능동 인덕터(440)를 제어하기 위한 능동 인덕터 컨트롤 뱅크(Active Inductor Control Bank)(450)를 포함한다. 즉, 능동 인덕터는 인덕턴스를 제공하기 위해 구성된 제1 회로부 및 인덕턴스를 조정하기 위해 MOS의 전류량을 조정하는 제2 회로부로 나뉠 수 있다.The active inductor 440 includes an active inductor control bank 450 for controlling the active inductor 440. That is, the active inductor can be divided into a first circuit portion configured to provide inductance and a second circuit portion adjusting the amount of current in the MOS to adjust the inductance.

능동 인덕터 컨트롤 뱅크(450)의 구체적인 구성이 도 5에서 상세히 도시된다.A detailed configuration of the active inductor control bank 450 is shown in detail in FIG. 5.

능동 인덕터 컨트롤 뱅크(450)로 FCONT, DCONT<19:0-> 및 FCDTW<64:0> 신호가 입력된다. SDM_OUT 및 CDTW<63:0> 신호가 MUX(460)에 입력되고, MUX(460)는 RCONT<9:0> 신호에 따라 FCDTW<64:0> 신호를 출력한다.The FCONT, DCONT <19: 0->, and FCDTW <64: 0> signals are input to the active inductor control bank 450. The SDM_OUT and CDTW <63: 0> signals are input to the MUX 460, and the MUX 460 outputs the FCDTW <64: 0> signal according to the RCONT <9: 0> signal.

디지털 제어 발진기(300)의 기본적인 주파수 커브를 생성하기 위해서, CDTW<63:0> 및 SDM_OUT 신호에 의해 능동 인덕터(440)의 전류가 세부적으로 조정된다.To generate the basic frequency curve of the digitally controlled oscillator 300, the current of the active inductor 440 is adjusted in detail by the CDTW <63: 0> and SDM_OUT signals.

또한, CDTW<63:0> 및 SMD_OUT 신호를 전압 분배함으로써 MOS로 입력되는 전압이 조정된다. 전압 분배는 RCONT<9:0> 신호에 의해 이루어진다. 상기와 같은 전압의 조정에 의해 능동 인덕터(440)의 전류가 좀더 세부적으로 조절될 수 있다.In addition, the voltage input to the MOS is adjusted by voltage-dividing the CDTW <63: 0> and SMD_OUT signals. Voltage division is achieved by the RCONT <9: 0> signal. By adjusting the voltage as described above, the current of the active inductor 440 may be adjusted in more detail.

캡 뱅크(420)는 PVT 변화(Process Voltage and Temperature Variation)를 상쇄한다. 캡 뱅크의 구성의 일 에가 하기에서 도 6을 참조하여 상세히 설명된다.
The cap bank 420 cancels out PVT variation (Process Voltage and Temperature Variation). One example of the configuration of the cap bank is described in detail with reference to FIG. 6 below.

도 5는 본 발명의 일 예에 따른 능동 인덕터 컨트롤 뱅크의 회로도이다.5 is a circuit diagram of an active inductor control bank according to an embodiment of the present invention.

도시된 것처럼, 능동 인덕터 컨트롤 뱅크(450)의 입력 신호는 FCONT, DCONT<19:0> 및 FCDTW<64:0>이다. 능동 인덕터 컨트롤 뱅크(450)는 상기 입력 신호들에 기반하여 출력 신호 Cell_OUT 및 Cell_OUTB를 출력함으로써 능동 인덕터(440)를 제어한다.
As shown, the input signals of the active inductor control bank 450 are FCONT, DCONT <19: 0> and FCDTW <64: 0>. The active inductor control bank 450 controls the active inductor 440 by outputting output signals Cell_OUT and Cell_OUTB based on the input signals.

도 6은 본 발명의 일 예에 따른 캡 뱅크의 회로도이다.6 is a circuit diagram of a cap bank according to an embodiment of the present invention.

도시된 것처럼, 캡 뱅크(420)는 MIM 커패시터(610) 어레이(array)로 구성되며, MIM 커패시터(610) 어레이를 이용하여 PVT 변화를 상쇄시킬 수 있다.As shown, the cap bank 420 is comprised of an array of MIM capacitors 610, and can offset PVT variations using the array of MIM capacitors 610.

MIM 커패시터에 MOS로 된 스위치(620)를 중간 노드에 부착하여, 코어스 튜닝 블록에서 오는 입력 신호 CAPS<9:0>에 따라 상기 스위치로 캡 값을 조정함으로써 디지털 제어 발진기 코어(310)의 출력 주파수가 조절될 수 있다.The output frequency of the digitally controlled oscillator core 310 by attaching a switch 620 in the MIM capacitor to the intermediate node, adjusting the cap value with the switch according to the input signal CAPS <9: 0> coming from the coarse tuning block. Can be adjusted.

각 커패시턴스의 구성은 이진 가중치(Binary Weight)로 되어 있다. 이러한 구성은 코어스 튜닝 시 원하는 주파수 커브를 빠르게 찾아낼 수 있게 한다.
Each capacitance is composed of binary weights. This configuration makes it possible to quickly find the desired frequency curve during coarse tuning.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 인덕터의 내부 스키메틱(Schematic)을 도시한다.7 illustrates an internal schematic of an active inductor according to an embodiment of the present invention.

능동 인덕터(440)는 PMOS M1(710), M2(712), M3(720), M4(722), M5(730), M6(732), M7(740), M8(742), M9(750), M10(752), M11(760) 및 M12(762)를 포함하며, 저항 R1(780) 및 R2(782)를 포함한다.Active inductor 440 is PMOS M 1 710, M 2 712, M 3 720, M 4 722, M 5 730, M 6 732, M 7 740, M 8 742, M 9 750, M 10 752, M 11 760 and M 12 762 and include resistors R 1 780 and R 2 782.

능동 인덕터(440)의 인덕턴스(Inductance)는 하기의 수학식 1로 나타내어질 수 있다Inductance of the active inductor 440 may be represented by Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

수학식 1에서 알 수 있듯, PMOS M7(740), M8(742), M9(750), M10(752), M11(760) 및 M12(762)에 흐르는 전류를 조정하여 인덕턴스를 변화시킴으로써 발진 주파수가 조정될 수 있다.As can be seen in Equation 1, by adjusting the current flowing in the PMOS M 7 (740), M 8 (742), M 9 (750), M 10 (752), M 11 (760) and M 12 (762) By varying the inductance, the oscillation frequency can be adjusted.

PMOS M11(760) 및 M12(762)의 게이트(Gate)에는 주파수 제어 비트인 FCONT가 연결되었다. 따라서, FCONT의 값에 따라 발진하는 중심 주파수가 조정된다.The gate of the PMOS M 11 760 and M 12 762 is connected to the frequency control bit FCONT. Therefore, the oscillating center frequency is adjusted in accordance with the value of FCONT.

PMOS M9(750) 및 M10(752)는 DCONT<19:0>에 연결되었다. 따라서, DCONT<19:0>의 값에 따라, 협대역-주파수 튜닝 범위 커브(Narrow-Frequency Tuning Range Curve)가 조정된다. PMOS M 9 (750) and M 10 (752) were connected to DCONT <19: 0>. Thus, according to the value of DCONT <19: 0>, the narrow-frequency tuning range curve is adjusted.

MOS의 크기(Size)로 전류량을 조정하는 것은 한계가 있다. 따라서, MOS 게이트의 전압 레벨을 조정함으로써 원하는 해상도(Resolution)가 구현된다.Adjusting the amount of current by the size of the MOS is limited. Thus, the desired resolution is achieved by adjusting the voltage level of the MOS gate.

R1(780) 및 R2(782)은 디지털 루프 필터로부터 오는 디지털 값(CONT<63:0>)을 정해진 전압 레벨(Level)로 스케일 다운(Scale Down)한다.R 1 780 and R 2 782 scale down the digital value CONT <63: 0> coming from the digital loop filter to a predetermined voltage level.

스케일 다운된 디지털 값(CONT<63:0>)으로 PMOS 어레이(M7(740) 및 M8(742))를 제어 함으로써 주파수가 세밀하게 조정될 수 있다.The frequency can be fine tuned by controlling the PMOS arrays M 7 740 and M 8 742 with the scaled down digital values CONT <63: 0>.

또한, 시그마-델타 모듈레이터(330)의 출력신호 SDM_OUT으로 인해, PMOS 어레이 에서 구현된 최소 해상도 값이 25로 나눠진다. 이로 인해, 구현되는 주파수의 해상도가 향상된다.
In addition, due to the output signal SDM_OUT of the sigma-delta modulator 330, the minimum resolution value implemented in the PMOS array is divided by 25. This improves the resolution of the frequency to be implemented.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3단계 코어스 튜닝 방법의 절차 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a three-step coarse tuning method according to an embodiment of the present invention.

3단계 코어스 튜닝은 디지털 제어 발진기 회로 및 주파수를 자동(Automatic)으로 튜닝하기 위한 것이다. 3단계 코어스 튜닝은 넓은 주파수 튜닝 영억을 갖기 위해 능동 인덕턴스를 변화시킨다.Three stage coarse tuning is intended for automatic tuning of digitally controlled oscillator circuits and frequencies. Three-stage coarse tuning changes the active inductance to have wide frequency tuning zeroes.

3단계 코어스 튜닝의 기본적인 개념은 하기와 같다.The basic concept of three-phase coarse tuning is as follows.

제1 개념은 중대역(Mid)-주파수 튜닝 영역을 갖는 캡 뱅크(420)를 구비하는 것이다.The first concept is to have a cap bank 420 having a mid-band tuning region.

제2 개념은 상기 캡 뱅크(420)의 튜닝 범위를 확장할 수 있는 FCONT 제어 신호를 추가하는 것이다. FCONT 제어 신호는 CAPS<9:0>의 값에 따라 나타나는 캡 뱅크(420)의 주파수 커브를 상하로 쉬프트(Shift)함으로써 캡 뱅크(420)의 튜닝 범위를 확장시킨다.A second concept is to add a FCONT control signal that can extend the tuning range of the cap bank 420. The FCONT control signal extends the tuning range of the cap bank 420 by shifting the frequency curve of the cap bank 420 up and down according to the value of CAPS <9: 0>.

캡 뱅크(420)로 구현할 수 있는 주파수 커브의 해상도에는 한계가 있다.There is a limit to the resolution of the frequency curve that can be realized by the cap bank 420.

제3 개념은 능동 인덕터(440)가 DCONT<19:0>을 사용하여 다시 주파수 커브를 생성함으로써 전술된 캡 뱅크(420)로 구현할 수 있는 주파수 커브 해상도의 한계를 극복하는 것이다.The third concept is to overcome the limitations of the frequency curve resolution that the active inductor 440 can implement with the cap bank 420 described above by generating a frequency curve again using DCONT <19: 0>.

단계(S810)에서, 제1 단계 코어스 튜닝이 수행된다. 제1 단계 코어스 튜닝은 광대역-주파수 범위 튜닝이다.In step S810, first step coarse tuning is performed. The first stage coarse tuning is wideband-frequency range tuning.

제1 단계 코어스 튜닝에서 FCONT가 결정된다. 제1 단계 코어스 튜닝에서 결정된 FCONT는 능동 인덕터(440)의 주(Main) 전류를 조정함으로써, 발진하는 중심 주파수를 조정할 수 있으며, 이에 따라 1.4GHz의 광대역-튜닝 범위가 구현될 수 있다.FCONT is determined in the first stage coarse tuning. The FCONT determined in the first stage coarse tuning may adjust the oscillating center frequency by adjusting the main current of the active inductor 440, thereby implementing a wideband-tuning range of 1.4 GHz.

단계(S820)에서, 제2 단계 코어스 튜닝이 수행된다. 제2 단계 코어스 튜닝은 중대역-주파수 범위 튜닝이다.In step S820, a second step coarse tuning is performed. The second stage coarse tuning is mid band-frequency range tuning.

제2 단계 코어스 튜닝에서 CAPS<9:0>이 결정된다. 제2 단계 코어스 튜닝에서 결정된 CAP<9:0>는 캡 뱅크(420)의 커패시턴스를 조정함으로써, 발진 주파수를 조정할 수 있으며, 이에 따라 0.9GHz의 중대역-튜닝 범위가 구현될 수 있다.In the second stage coarse tuning, CAPS <9: 0> is determined. The CAP <9: 0> determined in the second stage coarse tuning may adjust the oscillation frequency by adjusting the capacitance of the cap bank 420, thereby implementing a mid-band tuning range of 0.9 GHz.

단계(S830)에서, 제3 단계 코어스 튜닝이 수행된다. 제3 단계 코어스 튜닝은 협대역-주파수 범위 튜닝이다.In step S830, a third step coarse tuning is performed. The third stage coarse tuning is narrowband-frequency range tuning.

제3 단계 코어스 튜닝에서 DCONT<19:0>가 결정된다. 제3 단계 코어스 튜닝에서 결정된 DCONT<19:0>는 능동 인덕터(440)의 부(Sub) 전류를 조정함으로써, 발진 주파수를 조정할 수 있으며, 이에 따라 2.7MHz의 협대역-튜닝 범위가 구현될 수 있다.In the third stage coarse tuning, DCONT <19: 0> is determined. The DCONT <19: 0> determined in the third stage coarse tuning may adjust the oscillation frequency by adjusting the sub current of the active inductor 440, thereby implementing a narrowband-tuning range of 2.7 MHz. have.

제3 단계 코어스 튜닝은 제2 단계 코어스 튜닝 범위를 커버하기 위해 능동 인덕터를 조정한다.The third stage coarse tuning adjusts the active inductor to cover the second stage coarse tuning range.

또한, 디지털 제어 발진기 코어(310)의 주파수 커브를 구현함에 있어서, CDTW<63:0> 및 시그마-델타 모듈레이터(330)를 통하여 0.14kHz의 해상도가 구현될 수 있다.
In addition, in implementing the frequency curve of the digitally controlled oscillator core 310, a resolution of 0.14 kHz may be implemented through the CDTW <63: 0> and the sigma-delta modulator 330.

도 9는 본 발명의 일 예에 따른 제1 단계 코어스 튜닝 시 디지털 제어 발생기의 동작을 나타낸다.9 illustrates the operation of the digital control generator during the first stage coarse tuning according to an embodiment of the present invention.

도 9에서, 전술된 디지털 제어 발진기 코어(310) 중 제1 단계 코어스 튜닝 시 동작하는 부분이 표시되었다.In FIG. 9, a portion of the above-described digitally controlled oscillator core 310 operating during first stage coarse tuning is displayed.

제1 단계 코어스 튜닝에서, 주파수 밴드가 결정된다.In a first stage coarse tuning, a frequency band is determined.

제1 단계 코어스 튜닝은 광대역-주파수 범위 튜닝이다. 능동 인덕터(440)의 인덕턴스는 능동 인덕터(440)의 주(Main) 전류를 조정하는 FCONT에 따라 크게 변한다. 상기 인덕턴스가 크게 변함에 따라, 발진하는 중심 주파수가 변경된다. 이러한 주파수의 변경을 이용함으로써 요구되는 주파수 밴드가 선택될 수 있다.The first stage coarse tuning is wideband-frequency range tuning. The inductance of the active inductor 440 varies greatly with FCONT, which adjusts the main current of the active inductor 440. As the inductance changes significantly, the oscillating center frequency changes. By using this change of frequency, the desired frequency band can be selected.

각각의 주파수 밴드는 GHz대의 차이를 갖는다.Each frequency band has a difference in the GHz band.

주파수 밴드가 결정되면, 2단계 코어스 튜닝이 시작된다.
Once the frequency band is determined, two stage coarse tuning is started.

도 10은 본 발명의 일 예에 따른 제1 단계 코어스 튜닝 시 능동 인덕터 컨트롤 뱅크의 동작을 나타낸다.10 illustrates an operation of an active inductor control bank during first stage coarse tuning according to an embodiment of the present invention.

도 10에서, 전술된 능동 인덕터 컨트롤 뱅크(450) 중 제1 단계 코어스 튜닝에서 동작하는 부분이 표시되었다.In FIG. 10, the portion of the above-described active inductor control bank 450 operating in the first stage coarse tuning is shown.

입력 신호 FCONT와 연관된 부분이 동작하는 것을 알 수 있다.
It can be seen that the part associated with the input signal FCONT operates.

도 11는 본 발명의 일 예에 따른 제2 단계 코어스 튜닝 시 디지털 제어 발생기의 동작을 나타낸다.11 illustrates an operation of a digital control generator during second stage coarse tuning according to an embodiment of the present invention.

도 11에서, 전술된 디지털 제어 발진기 코어(310) 중 제2 단계 코어스 튜닝 시 동작하는 부분이 표시되었다.In FIG. 11, a portion of the digitally controlled oscillator core 310 described above, which operates during the second stage coarse tuning, is displayed.

제2 단계 코어스 튜닝은 중대역-주파수 범위 튜닝으로, 디지털 제어 발진기 코어(310)의 캡 뱅크(420) 제어 신호인 CAPS<9:0>를 사용한다.The second stage coarse tuning is mid-frequency range tuning, which uses CAPS <9: 0>, which is the control signal of the cap bank 420 of the digitally controlled oscillator core 310.

CAPS<9:0>에 따라 주파수 커브가 달라지는 것을 이용하여, 요구되는 주파수 커브를 찾아감으로써 주파수 커브가 결정된다. 미세 튜닝(Fine Tuning)에 들어가기에 앞서, 캡 뱅크(420)의 최하위 비트(Least Significant Bit; LSB)에 따라 변화하는 주파수 튜닝 범위가 미세 튜닝에서 커버될 수 있어야 한다. Using the change in the frequency curve in accordance with CAPS <9: 0>, the frequency curve is determined by finding the required frequency curve. Prior to entering fine tuning, a frequency tuning range that varies with the Least Significant Bit (LSB) of the cap bank 420 should be able to be covered in fine tuning.

즉, 하기의 수학식 2가 미세 튜닝 전에 충족되어야 한다.That is, Equation 2 below must be satisfied before fine tuning.

Figure pat00002
Figure pat00002

주파수를 세밀하게 조절하는 미세 튜닝에서, 각 비트 당 주파수 변화량을 최소로 함으로써 해상도가 높여지면 미세 튜닝에서 커버할 수 있는 영역이 상대적으로 작아진다. 해상도가 낮춰지면 미세 튜닝에서 커버할 수 있는 영역은 증가하는데, 이는 미세튜닝 에서 해상도을 높이고자 하는 목표에 역행한다. 따라서, 3단계 협대역 주파수 튜닝이 요구된다.
In fine tuning to fine-tune the frequency, as the resolution is increased by minimizing the frequency variation per beat, the area covered by the fine tuning is relatively small. As resolution decreases, the area covered by fine tuning increases, which goes against the goal of increasing resolution in fine tuning. Thus, three stage narrowband frequency tuning is required.

도 12는 본 발명의 일 예에 따른 제3 단계 코어스 튜닝 시 디지털 제어 발생기의 동작을 나타낸다.12 illustrates the operation of the digital control generator during the third stage coarse tuning according to an embodiment of the present invention.

도 12에서, 전술된 디지털 제어 발진기 코어(310) 중 제3 단계 코어스 튜닝 시 동작하는 부분이 표시되었다.In FIG. 12, a portion of the digitally controlled oscillator core 310 described above, which operates during the third stage coarse tuning, is displayed.

제3 단계 코어스 튜닝은 협대역-주파수 범위 튜닝이다.The third stage coarse tuning is narrowband-frequency range tuning.

제3 단계 코어스 튜닝은 능동 인덕터(440)의 전류 값을 세밀히 조정하는 DCONT<19:0>를 사용하여, 캡 뱅크(420)의 최소 주파수 튜닝 범위 사이에 더 촘촘한 주파수 커브를 생성한다.The third stage coarse tuning uses DCONT <19: 0> to fine-tune the current value of the active inductor 440 to produce a tighter frequency curve between the minimum frequency tuning ranges of the cap bank 420.

이러한 튜닝 방법은, 중대역 주파수 튜닝 영역을 갖는 캡 뱅크(420)를 구비한 디지털 제어 발진기 코어(310)가 광대역 주파수 튜닝 영역을 갖게 한다.This tuning method allows a digitally controlled oscillator core 310 having a cap bank 420 having a midband frequency tuning region to have a wideband frequency tuning region.

또한, 캡 뱅크(420)에서 LSB에 따른 주파수 변화량은 상대적으로 크다. 이러한 변화량은 능동 인덕터(440)에서 커버된다.
In addition, in the cap bank 420, the frequency variation according to the LSB is relatively large. This amount of change is covered in the active inductor 440.

도 13은 본 발명의 일 예에 따른 제3 단계 코어스 튜닝 시 능동 인덕터 컨트롤 뱅크의 동작을 나타낸다.FIG. 13 illustrates an operation of an active inductor control bank during a third stage coarse tuning according to an embodiment of the present invention.

도 13에서, 전술된 능동 인덕터 컨트롤 뱅크(450) 중 제3 단계 코어스 튜닝에서 동작하는 부분이 표시되었다.In FIG. 13, the portion of the above-described active inductor control bank 450 operating in the third stage coarse tuning is indicated.

입력 신호 DCONT<19:0>과 연관된 부분이 동작하는 것을 알 수 있다.
It can be seen that the part associated with the input signal DCONT <19: 0> is operating.

도 14는 본 발명의 일 예에 따른 코어스 튜닝 디지털 컨트롤러의 구조도이다.14 is a structural diagram of a coarse tuning digital controller according to an embodiment of the present invention.

코어스 튜닝 디지털 컨트롤러(320)는 K-디바이더(1410), M-비트 카운터(Counter) (1420), 참조 디바이더(Reference Divider)(1430), 디지털 비교기(Comparator)(1440), 코어스 튜닝 맵 테이블(Map Table)(1450) 및 3단계 튜닝 컨트롤러(1460)를 포함할 수 있다.The coarse tuning digital controller 320 may include a K-divider 1410, an M-bit counter 1420, a reference divider 1430, a digital comparator 1440, and a coarse tuning map table ( Map table 1450 and a three-stage tuning controller 1460.

K-디바이더(1410)는 디지털 제어 발진기(300)의 주파수를 분주한다.K-divider 1410 divides the frequency of digitally controlled oscillator 300.

M-비트 카운터(1420)는 분주된 클럭(clock)을 카운트(Count)한다.The M-bit counter 1420 counts the divided clock.

참조 다바이더(1430)는 M-비트 카운터(1420)를 제어한다.The reference divider 1430 controls the M-bit counter 1420.

디지털 비교기(1440)는 M-비트 카운터에서 카운트된 값을 비교한다.The digital comparator 1440 compares the value counted in the M-bit counter.

코어스 튜닝 맵 테이블(1450)은 요구되는 주파수를 M-비트로 변환한다.Coarse tuning map table 1450 converts the required frequency into M-bits.

3단계 튜닝 컨트롤러(1460)는 디지털 제어 발진기(300) 또는 디지털 제어 발진기 코어(310)를 제어한다.
The three stage tuning controller 1460 controls the digitally controlled oscillator 300 or the digitally controlled oscillator core 310.

디지털 제어 발진기가 기존의 방식에서처럼 캡 뱅크 만으로 광범위 튜닝 영역을 갖게 하기 위해서는 그만큼 많은 커패시턴스가 요구된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 제어 발진기 코어(310)는 이보다 훨씬 적은 양의 커패시턴스 만으로도 튜닝을 할 수 있다. 따라서, 디지털 제어 발진기(300)는 면적 상의 장점을 갖는다.As much as the capacitance is required for a digitally controlled oscillator to have a wide tuning range with only the cap bank as in the conventional approach. The digitally controlled oscillator core 310 according to an embodiment of the present invention can tune even with a much smaller amount of capacitance. Thus, digitally controlled oscillator 300 has an advantage in area.

또한, 기존의 방식에 의하면 광대역 범위로 갈수록 주파수 커브의 기울기가 변한다. 즉, 디지털 제어 발진기의 이득 값의 변화 량은 각각 주파수 커브마다 상이한 값을 갖는다. 이러한 특성은 위상 잡음에 영향을 미친다.In addition, according to the conventional method, the slope of the frequency curve changes toward the wide band. That is, the amount of change in the gain value of the digitally controlled oscillator has a different value for each frequency curve. This characteristic affects phase noise.

그러나, 본 발명의 일 실시예에서 실제로 사용되는 주파수 커브의 경우, 상기 주파수 커브 자체의 영역은 협대역 범위를 갖는다. 따라서, 페이지 노이즈에 미치는 영향이 적다.However, in the case of the frequency curve actually used in one embodiment of the present invention, the region of the frequency curve itself has a narrow band range. Therefore, the influence on the page noise is small.

전술된 3단계의 코어스 튜닝 후에, 출력 값인 FCON 및 CAPS<9:0>에 따라 디지털 제어 발진기 코어(310)의 주파수 커브 및 주파수 튜닝 영역이 결정된다. 상기 주파수 커브 및 주파수 튜닝 영역에 의한 결과로서 실제로 구성된 커패시턴스의 주파수 튜닝 영역은 약 0.9GHz이다. 이는, 3단계의 코어스 튜닝에 의하여 약 1.4GHz의 효과가 획득된 것을 나타낸다.
After the three-step coarse tuning described above, the frequency curve and the frequency tuning region of the digitally controlled oscillator core 310 are determined according to the output values FCON and CAPS <9: 0>. The frequency tuning region of the capacitance actually constructed as a result of the frequency curve and the frequency tuning region is about 0.9 GHz. This indicates that an effect of about 1.4 GHz was obtained by three stages of coarse tuning.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Method according to an embodiment of the present invention is implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means may be recorded on a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as a hard disk, a floppy disk and a magnetic tape, optical recording media such as CD-ROM and DVD, magnetic recording media such as a floppy disk Optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

100: 디지털 위상 동기 루프
300: 디지털 제어 발진기
310: 디지털 제어 발진기 코어
320: 코어스 튜닝 디지털 컨트롤러
100: digital phase locked loop
300: digitally controlled oscillator
310: digitally controlled oscillator core
320: coarse tuning digital controller

Claims (1)

PMOS 및 NMOS의 크로스-커플인 부성 저항;
주파수를 튜닝하는 능동 인덕터;
상기 능동 인덕터를 사용하여 위상 잡음 성능의 감소를 상쇄하는 수동 인덕터; 및
PVT 변화를 상쇄하는 캡 뱅크
를 포함하는, 디지털 제어 발진기.
Negative resistance, which is a cross-couple of PMOS and NMOS;
An active inductor tuning the frequency;
A passive inductor using the active inductor to offset reduction in phase noise performance; And
Cap banks to offset PVT changes
Including, a digitally controlled oscillator.
KR1020100086499A 2010-09-03 2010-09-03 Method and appatatus for digital-controlled oscillating using wide band active inductor with 3-step coarse tuning KR20120023997A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100086499A KR20120023997A (en) 2010-09-03 2010-09-03 Method and appatatus for digital-controlled oscillating using wide band active inductor with 3-step coarse tuning

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100086499A KR20120023997A (en) 2010-09-03 2010-09-03 Method and appatatus for digital-controlled oscillating using wide band active inductor with 3-step coarse tuning

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120023997A true KR20120023997A (en) 2012-03-14

Family

ID=46131124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100086499A KR20120023997A (en) 2010-09-03 2010-09-03 Method and appatatus for digital-controlled oscillating using wide band active inductor with 3-step coarse tuning

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20120023997A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9413369B2 (en) 2014-01-20 2016-08-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Digital phase-locked loop (DPLL), method of controlling DPLL, and ultra low power (ULP) transceiver using DPLL
US9444472B2 (en) 2013-08-28 2016-09-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Digitally controlled oscillator and electronic device including the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9444472B2 (en) 2013-08-28 2016-09-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Digitally controlled oscillator and electronic device including the same
US9800250B2 (en) 2013-08-28 2017-10-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Digitally controlled oscillator and electronic device including the same
US9413369B2 (en) 2014-01-20 2016-08-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Digital phase-locked loop (DPLL), method of controlling DPLL, and ultra low power (ULP) transceiver using DPLL

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1716634B1 (en) Improvement of the coarse tuning time in pll with lc oscillator
EP1460762B1 (en) High-speed, accurate trimming for electronically trimmed VCO
US8040191B2 (en) PLL circuit with VCO gain control
EP1982410B1 (en) Oscillator gain equalization
US7884655B2 (en) Control circuitry
US9660578B2 (en) Electronic device with capacitor bank linearization and a linearization method
US10103740B2 (en) Method and apparatus for calibrating a digitally controlled oscillator
US8299862B1 (en) Tuning circuit for inductor capacitor (LC) tank digitally controlled oscillator
US9024667B1 (en) Self-biased phase lock loop
US20100259332A1 (en) Compensation circuit for voltage controlled oscillator
US9515666B2 (en) Method for re-centering a VCO, integrated circuit and wireless device
US20140035684A1 (en) Control circuit and apparatus for digitally controlled oscillator
US9407199B2 (en) Integrated circuit comprising a frequency dependent circuit, wireless device and method of adjusting a frequency
US10432142B2 (en) Voltage controlled oscillator with tunable inductor and capacitor
US20090212876A1 (en) Oscillator controlling apparatus
US20140035691A1 (en) Capacitive divider structure
US20060152292A1 (en) Voltage-controlled oscillator circuit with analogue and digital actuation
KR20120023997A (en) Method and appatatus for digital-controlled oscillating using wide band active inductor with 3-step coarse tuning
KR101390393B1 (en) Method and apparatus for calibrating current characteristic of charge pump and frequency synthesizer using the same
US20210159854A1 (en) Switched capacitor arrangement for tuning a differential circuit
KR101419834B1 (en) Frequency synthesizer using voltage controlled oscillator
KR101615732B1 (en) Wideband dual-tuned ring voltage controlled oscillator
Pu et al. Wide‐band fine‐resolution DCO with an active inductor and three‐step coarse tuning loop
EP2273680A1 (en) System and method for linearising the gain of a digitally controlled oscillator
EP2839576B1 (en) Analog loop filter systems, apparatus and methods

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination