KR20120055769A - Voltage controlled oscillator and method for improvement of phase noise - Google Patents

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KR20120055769A KR1020100116804A KR20100116804A KR20120055769A KR 20120055769 A KR20120055769 A KR 20120055769A KR 1020100116804 A KR1020100116804 A KR 1020100116804A KR 20100116804 A KR20100116804 A KR 20100116804A KR 20120055769 A KR20120055769 A KR 20120055769A
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김창선
최성훈
박장현
이상국
김주명
김선아
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한국전자통신연구원
한국과학기술원
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Abstract

PURPOSE: A voltage controlled oscillator and a method for eliminating phase noise are provided to eliminate phase noise by blocking currents flowing into a variable frequency transistor in a voltage level conversion section. CONSTITUTION: A voltage controlled oscillator(10) comprises a first delay cell(110), a second delay cell(120), a third delay cell(130), and a fourth delay cell(140) consisting of a plurality of stages. The voltage controlled oscillator is composed of four stages. A first stage includes the first delay cell. A second stage includes the second delay cell. A third stage includes the third delay cell. A fourth stage includes the fourth delay cell. The first delay cell to the fourth delay cell can be formed into a ring shape.

Description

전압 제어 발진기 및 그것의 위상 잡음 개선 방법{VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR AND METHOD FOR IMPROVEMENT OF PHASE NOISE}VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR AND METHOD FOR IMPROVEMENT OF PHASE NOISE

본 발명은 전압 제어 발진기에 관한 것으로, 특히 위상 잡음을 개선한 전압 제어 발진기 및 그것의 위상 잡음 개선 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a voltage controlled oscillator, and more particularly, to a voltage controlled oscillator having improved phase noise and a method of improving phase noise thereof.

일반적으로 전압 제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)는 전압 조절을 통해 출력 주파수를 조절함으로서 원하는 주파수의 출력을 얻는 오실레이터 회로이다. 이러한 전압 제어 발진기는 보통 LC-공진 전압 제어 발진기와 링 전압 제어 발진기가 사용된다. 이중 링 발진기는 복수개의 인버터 또는 지연 셀들을 링 형태로 연결하여 각 인버터 내에서 지연 시간을 이용하여 발진을 행하게 된다.In general, a voltage controlled oscillator (VCO) is an oscillator circuit that obtains an output of a desired frequency by adjusting an output frequency through voltage regulation. Such voltage controlled oscillators are commonly used LC-resonant voltage controlled oscillators and ring voltage controlled oscillators. The dual ring oscillator connects a plurality of inverters or delay cells in a ring shape to oscillate using a delay time in each inverter.

링 전압 제어 발진기는 차지하는 면적이 작아 집적도가 높고, 주파수 가변 변위가 넓다. 또한 링 전압 제어 발진기는 다중 위상(multi-phase)을 쉽게 생성할 수 있다. 상술한 장점들에도 불구하고, 링 전압 제어 발진기는 LC-공진 전압 제어 발진기에 비해 위상 잡음 특성이 좋지 않으므로 사용되지 않는다. 왜냐하면 링 전압 제어 발진기는 상대적으로 액티브 소자의 개수가 많으므로 노이즈를 발생시키는 소스가 많기 때문이다. 그러므로, 링 전압 제어 발진기는 LC-공진 전압 제어 발진기에 비해 위상 잡음 특성이 좋지 않다는 문제점이 있었다.The ring voltage controlled oscillator occupies a small area, has a high degree of integration, and has a wide frequency variable displacement. In addition, the ring voltage controlled oscillator can easily generate multi-phase. Notwithstanding the advantages described above, the ring voltage controlled oscillator is not used because it has poor phase noise characteristics compared to the LC-resonant voltage controlled oscillator. This is because a ring voltage controlled oscillator has a relatively large number of active devices, and thus a large number of sources generate noise. Therefore, the ring voltage controlled oscillator has a problem that the phase noise characteristics are poor compared to the LC-resonant voltage controlled oscillator.

본 발명의 목적은 위상 잡음을 개선한 전압 제어 발진기 및 그것의 위상 잡음 개선 방법을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a voltage controlled oscillator with improved phase noise and a method for improving phase noise thereof.

본 발명의 다른 목적은 낮은 공급 전압에서 위상 잡음을 개선한 전압 제어 발진기 및 그것의 위상 잡음 개선 방법을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a voltage controlled oscillator which improves phase noise at a low supply voltage and a method of improving phase noise thereof.

본 발명의 전압 제어 발진기는 링 형태로 연결된 복수개의 스테이지들 각각에 대응되고, 전압 제어 발진 신호를 생성하는 지연셀들을 포함하고, 상기 지연셀들 중 n(n은 1보다 큰 정수) 번째 스테이지의 지연셀은 n-1 번째 스테이지의 지연셀로부터의 제 1 차동 출력들을 수신하고, n-2 번째 스테이지의 지연셀로부터의 상기 제 1 차동 출력들과 서로 다른 위상을 갖는 제 2 차동 출력들을 선 입력 받는다.The voltage controlled oscillator of the present invention corresponds to each of a plurality of stages connected in a ring form, and includes delay cells generating a voltage controlled oscillation signal, wherein the n (n is an integer greater than 1) stages of the delay cells. The delay cell receives first differential outputs from the delay cell of the n-1 th stage and pre-inputs the second differential outputs having a phase different from the first differential outputs from the delay cell of the n-2 th stage. Receive.

이 실시예에 있어서, 상기 n 번째 스테이지의 지연셀은 제 1 입력 단자들을 통해 수신되는 입력 전압들 간의 전압 차이를 증폭하여 출력하는 차동 증폭부, 제 2 입력 단자들 중 하나를 통해 수신되는 선 입력 전압을 사용하여 전압 레벨 전환 구간에서 주파수 가변을 위한 트랜지스터에 의해 발생되는 잡음 전류를 제거하는 제 1 캐스코드부, 및 In this embodiment, the delay cell of the n-th stage is a differential amplifier for amplifying and outputting a voltage difference between the input voltage received through the first input terminals, the line input received through one of the second input terminals A first cascode section for removing a noise current generated by a transistor for frequency variation in a voltage level switching section using a voltage, and

상기 제 2 입력 단자들 중 다른 하나를 통해 수신되는 선 입력 전압을 사용하여 전압 레벨 전환 구간에서 주파수 가변을 위한 제어 트랜지스터에 의해 발생되는 잡음 전류를 제거하는 제 2 캐스코드부를 포함하고,A second cascode unit for removing a noise current generated by a control transistor for frequency variation in a voltage level switching period by using a line input voltage received through the other one of the second input terminals,

상기 제 1 입력 단자들은 상기 제 1 차동 출력들을 수신하고, 상기 제 2 입력 단자들은 상기 제 2 차동 출력들을 선 입력 받는 전압 제어 발진기.And the first input terminals receive the first differential outputs and the second input terminals are pre-input of the second differential outputs.

이 실시예에 있어서, 상기 복수개의 스테이지들 중에서 첫 번째 스테이지의 지연셀은 마지막 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 상기 제 1 입력 단자들을 통해 수신하고, 마지막 이전 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 상기 제 2 입력 단자들을 통해 수신한다.In this embodiment, the delay cell of the first stage of the plurality of stages receives the delay cell differential outputs of the last stage through the first input terminals and the delay cell differential outputs of the last previous stage the second input. Receive through the terminals.

이 실시예에 있어서, 상기 복수개의 스테이지들 중에서 두 번째 스테이지의 지연셀은 상기 첫 번째 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 상기 제 1 입력 단자들을 통해 수신하고, 상기 마지막 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 상기 제 2 입력 단자들을 통해 수신한다.In this embodiment, a delay cell of a second stage of the plurality of stages receives the delay cell differential outputs of the first stage through the first input terminals and the delay cell differential outputs of the last stage. Receives via 2 input terminals.

이 실시예에 있어서, 상기 차동 증폭부는 소스는 전원 단자에 연결되고, 드레인은 제 3 트랜지스터를 통해 접지 단자에 연결되고, 게이트는 제 2 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제 1 트랜지스터, 소스는 상기 전원 단자에 연결되고, 드레인은 제 4 트랜지스터를 통해 상기 접지 단자에 연결되고, 게이트는 상기 제 1 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제 2 트랜지스터, 소스는 접지단자에 연결되고, 드레인은 상기 제 1 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 게이트는 상기 제 1 입력 단자들 중 하나에 연결되는 제 3 트랜지스터, 및 소스는 접지단자에 연결되고, 드레인은 상기 제 2 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 게이트는 상기 제 1 입력 단자들 중 다른 하나에 연결되는 제 4 트랜지스터를 포함한다.In this embodiment, the differential amplifier is a first transistor, a source is connected to the power supply terminal, a drain is connected to the ground terminal through a third transistor, the gate is connected to the drain of the second transistor, the source is the power supply terminal A second transistor connected to the ground terminal through a fourth transistor, a gate connected to a drain of the first transistor, a source connected to a ground terminal, and a drain connected to a drain of the first transistor A third transistor connected to one of the first input terminals, a source connected to a ground terminal, a drain connected to a drain of the second transistor, and a gate connected to one of the first input terminals. And a fourth transistor connected to the other.

이 실시예에 있어서, 상기 차동 증폭부는 상기 제 1 트랜지스터의 드레인과 상기 제 3 트랜지스터의 드레인 간의 접점에 위치한 제 1 출력단자, 및 상기 제 2 트랜지스터의 드레인과 상기 제 4 트랜지스터의 드레인 간의 접점에 위치한 제 2 출력단자를 더 포함한다.In this embodiment, the differential amplifier is located at the first output terminal located at the contact between the drain of the first transistor and the drain of the third transistor, and the contact between the drain of the second transistor and the drain of the fourth transistor. It further includes a second output terminal.

이 실시예에 있어서, 상기 제 1 캐스코드부는 소스는 상기 전원 전압과 상기 제 1 트랜지스터의 접점에 연결되고, 드레인은 상기 제 1 제어 트랜지스터의 소스에 연결되고, 게이트는 상기 제 2 입력 단자들 중 하나에 연결된 제 5 트랜지스터, 및 소스는 상기 제 5 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 드레인은 상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 3 트랜지스터 간의 접점에 연결되고, 게이트는 제어 전압 입력 단자에 연결되어 제어 전압의 수신에 의해 주파수를 가변하도록 제어하는 제 1 제어 트랜지스터를 포함한다.In this embodiment, the first cascode portion is connected to the source of the power supply voltage and the contact of the first transistor, the drain is connected to the source of the first control transistor, the gate of the second input terminal A fifth transistor connected to one, and a source is connected to a drain of the fifth transistor, a drain is connected to a contact between the first transistor and the third transistor, and a gate is connected to a control voltage input terminal to receive a control voltage It includes a first control transistor for controlling to vary the frequency by.

이 실시예에 있어서, 상기 제 5 트랜지스터는 상기 선 입력 전압에 의해 전압 레벨 변환 구간에서 상기 제 1 제어 트랜지스터의 동작을 오프시키기 위해 오프 동작한다.In this embodiment, the fifth transistor is turned off to turn off the operation of the first control transistor in the voltage level transition period by the line input voltage.

이 실시예에 있어서, 상기 제 2 캐스코드부는 소스는 상기 전원 전압과 상기 제 2 트랜지스터의 접점에 연결되고, 드레인은 제 2 제어 트랜지스터의 소스에 연결되고, 게이트는 상기 제 2 입력 단자들 중 다른 하나에 연결된 제 6 트랜지스터, 및 소스는 상기 제 6 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 드레인은 상기 제 2 트랜지스터와 상기 제 4 트랜지스터 간의 접점에 연결되고, 게이트는 제어 전압 입력 단자에 연결되어 제어 전압의 수신에 의해 주파수를 가변하도록 제어하는 제 2 제어 트랜지스터를 포함한다.In this embodiment, the second cascode portion is connected to the source of the power supply voltage and the contact of the second transistor, the drain is connected to the source of the second control transistor, the gate is the other of the second input terminals A sixth transistor connected to one, a source connected to a drain of the sixth transistor, a drain connected to a contact between the second transistor and the fourth transistor, and a gate connected to a control voltage input terminal to receive a control voltage It includes a second control transistor for controlling to vary the frequency by.

이 실시예에 있어서, 상기 제 6 트랜지스터는 상기 선 입력 전압에 의해 전압 레벨 변환 구간에서 상기 제 2 제어 트랜지스터의 동작을 오프시키기 위해 오프 동작한다.In this embodiment, the sixth transistor is turned off to turn off the operation of the second control transistor in the voltage level transition period by the line input voltage.

본 발명에서 복수개의 스테이지들 각각에 대응되고, 링 형태로 구성된 지연셀들을 포함하는 전압 제어 발진기의 위상 잡음 개선 방법은 상기 지연셀들 중 하나의 지연셀에서, 적어도 두 개의 지연셀들 각각으로부터 차동 출력을 수신하는 단계, 및 상기 수신된 차동 출력들 중 일부를 사용하여 출력 전압 레벨이 전환되는 구간에서 주파수 가변을 위한 제어 트랜지스터에 발생된 잡음 전류를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 두 개의 지연셀들 각각의 차동 출력들은 상호 간에 서로 다른 위상을 갖는다.In the present invention, a method of improving phase noise of a voltage controlled oscillator corresponding to each of a plurality of stages and including delay cells configured in a ring form is different from each of at least two delay cells in one of the delay cells. Receiving an output, and removing a noise current generated in a control transistor for frequency variation in a period in which an output voltage level is switched by using some of the received differential outputs, the two delay cells Each of the differential outputs has a different phase from each other.

이 실시예에 있어서, 상기 잡음 전류를 제거하는 단계는 상기 출력 레벨 전환 구간에서 상기 수신된 차동 출력들 중 일부를 사용하여 상기 제어 트랜지스터의 동작을 오프시키는 단계를 포함한다.In this embodiment, removing the noise current includes turning off the operation of the control transistor using some of the received differential outputs in the output level transition period.

이 실시예에 있어서, 상기 차동 출력을 수신하는 단계는 상기 하나의 지연셀이 n(n은 1보다 큰 정수) 번째 스테이지의 지연셀일 경우, n-2 번째 스테이지의 지연셀로부터의 상기 제 1 차동 출력들과 서로 다른 위상을 갖는 제 2 차동 출력들을 선 입력받는 단계, 및 n-1 번째 스테이지의 지연셀로부터의 제 1 차동 출력들을 입력받는 단계를 포함한다.In this embodiment, the step of receiving the differential output is the first differential from the delay cell of the n-2 stage if the one delay cell is a delay cell of the n (n is an integer greater than 1) stage. And receiving second differential outputs having a phase different from that of the outputs, and receiving the first differential outputs from the delay cell of the n-th stage.

이 실시예에 있어서, 상기 수신된 차동 출력들 중 일부는 상기 제 2 차동 출력이다. In this embodiment, some of the received differential outputs are the second differential outputs.

이 실시예에 있어서, 상기 차동 출력을 수신하는 단계는 상기 하나의 지연셀이 첫 번째 스테이지의 지연셀일 경우, 마지막 이전 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 선 입력받는 단계, 및 마지막 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 입력받는 단계를 포함한다.In this embodiment, the step of receiving the differential output includes pre- inputting delay cell differential outputs of the last previous stage when the one delay cell is a delay cell of the first stage, and delay cell differential output of the last stage. And receiving the input.

이 실시예에 있어서, 상기 차동 출력을 수신하는 단계는 상기 하나의 지연셀이 두 번째 스테이지의 지연셀일 경우, 상기 마지막 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 선 입력받는 단계, 및 상기 첫 번째 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 입력받는 단계를 포함한다.In this embodiment, the step of receiving the differential output is the step of receiving the delay cell differential outputs of the last stage, if the one delay cell is a delay cell of the second stage, and the delay cell of the first stage Receiving differential outputs.

이 실시예에 있어서, 상기 수신된 차동 출력들 중 일부는 상기 선 입력된 차동 출력들이다.In this embodiment, some of the received differential outputs are the pre-input differential outputs.

본 발명에 의하면, 전압 제어 발진기에 포함된 전압 레벨 전환 구간에서 주파수 가변 트랜지스터에 흐르는 전류를 차단함으로서 위상 잡음을 개선할 수 있다. 또한, 전압 제어 발진기가 낮은 공급 전압에서 주파수 가변을 위한 제어 전압의 동작 범위를 감소시키지 않음으로서 주파수 가변 성능을 개선할 수 있다.According to the present invention, the phase noise can be improved by blocking the current flowing in the frequency variable transistor in the voltage level switching section included in the voltage controlled oscillator. In addition, the voltage controlled oscillator can improve the frequency variable performance by not reducing the operating range of the control voltage for frequency variable at a low supply voltage.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 구조를 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 전압 제어 발진기에 포함된 복수의 스테이지의 지연셀들 중 하나를 도시한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 지연셀과의 성능 비교를 위한 다른 지연셀 구조를 도시한 도면,
도 4는 도 2와 도 3에서 도시된 지연셀들 간의 성능 비교를 통한 잡음 제거를 도시한 그래프,
도 5는 도 2와 도 3에서 도시된 지연셀들 간의 성능 비교 그래프,
도 6은 도 2에 도시된 지연셀과의 성능 비교를 위한 또 다른 지연셀 구조를 도시한 도면, 및
도 7은 도 2, 도 3, 및 도 6의 지연셀들 간의 성능을 비교한 그래프이다.
1 illustrates the structure of a voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram illustrating one of a plurality of stage delay cells included in the voltage controlled oscillator illustrated in FIG. 1;
3 is a diagram illustrating another delay cell structure for performance comparison with the delay cell shown in FIG. 2;
4 is a graph illustrating noise cancellation through performance comparison between delay cells illustrated in FIGS. 2 and 3;
5 is a performance comparison graph between delay cells shown in FIGS. 2 and 3;
FIG. 6 is a diagram illustrating another delay cell structure for performance comparison with the delay cell shown in FIG. 2; FIG.
FIG. 7 is a graph comparing performance between delay cells of FIGS. 2, 3, and 6.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving the same will be described with reference to embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. The embodiments are provided so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention to those skilled in the art.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.In the drawings, embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown and are exaggerated for clarity. In addition, parts denoted by the same reference numerals throughout the specification represent the same components.

본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, "연결되는/결합되는"이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.The expression "and / or" is used herein to mean including at least one of the components listed before and after. In addition, the expression “connected / combined” is used in the sense including including directly connected to or indirectly connected to other components. In this specification, the singular forms also include the plural unless specifically stated otherwise in the phrases. Also, as used herein, components, steps, operations, and elements referred to as "comprising" or "comprising" refer to the presence or addition of one or more other components, steps, operations, elements, and devices.

본 발명은 위상 잡음을 개선한 전압 제어 발진기를 제공한다. 본 발명의 전압 제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)는 링 전압 제어 발진기(Ring VCO)를 일예로 설명하기로 한다. 또한, 링 형태를 갖는 전압 제어 발진기들에 본 발명을 적용할 수 있다.The present invention provides a voltage controlled oscillator with improved phase noise. The voltage controlled oscillator (VCO) of the present invention will be described as a ring voltage controlled oscillator (VCO) as an example. Further, the present invention can be applied to voltage controlled oscillators having a ring shape.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of a voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전압 제어 발진기(10)는 복수개의 스테이지로 구성된 제 1 지연셀(delay cell)(110), 제 2 지연셀(120), 제 3 지연셀(130), 및 제 4 지연셀(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the voltage controlled oscillator 10 includes a first delay cell 110, a second delay cell 120, a third delay cell 130, and a fourth delay including a plurality of stages. Cell 140.

전압 제어 발진기(10)는 일예로, 네 개의 스테이지들로 구성된다. 제 1 스테이지는 제 1 지연셀(110)을 포함한다. 제 2 스테이지는 제 2 지연셀(120)을 포함한다. 제 3 스테이지는 제 3 지연셀(130)을 포함한다. 제 4 스테이지는 제 4 지연셀(140)을 포함한다.The voltage controlled oscillator 10 is composed of four stages, for example. The first stage includes a first delay cell 110. The second stage includes a second delay cell 120. The third stage includes a third delay cell 130. The fourth stage includes a fourth delay cell 140.

또한, 제 1 지연셀(110) 내지 제 4 지연셀(140)은 링 형태로 구성될 수 있다. 제 1 지연셀(110) 내지 제 4 지연셀(140) 각각은 증폭기로 칭할 수도 있다.In addition, the first delay cell 110 to the fourth delay cell 140 may be configured in a ring shape. Each of the first delay cell 110 to the fourth delay cell 140 may be referred to as an amplifier.

제 1 지연셀(110)은 제 4 지연셀(140)의 차동 출력들(

Figure pat00001
,
Figure pat00002
)을 차동 입력들(
Figure pat00003
,
Figure pat00004
)로 수신한다. 제 1 지연셀(110)은 제 3 지연셀(130)의 차동 출력들(
Figure pat00005
,
Figure pat00006
)을 차동 입력들(
Figure pat00007
,
Figure pat00008
)로 수신한다.The first delay cell 110 is the differential outputs of the fourth delay cell 140 (
Figure pat00001
,
Figure pat00002
) To the differential inputs
Figure pat00003
,
Figure pat00004
To receive. The first delay cell 110 is a differential output of the third delay cell 130 (
Figure pat00005
,
Figure pat00006
) To the differential inputs
Figure pat00007
,
Figure pat00008
To receive.

제 2 지연셀(120)은 제 1 지연셀(110)의 차동 출력들(

Figure pat00009
,
Figure pat00010
)을 차동 입력들(
Figure pat00011
,
Figure pat00012
)로 수신한다. 제 2 지연셀(120)은 제 4 지연셀(140)의 차동 출력들(
Figure pat00013
,
Figure pat00014
)을 차동 입력들(
Figure pat00015
,
Figure pat00016
)로 수신한다.The second delay cell 120 is the differential outputs of the first delay cell 110 (
Figure pat00009
,
Figure pat00010
) To the differential inputs
Figure pat00011
,
Figure pat00012
To receive. The second delay cell 120 is the differential outputs of the fourth delay cell 140 (
Figure pat00013
,
Figure pat00014
) To the differential inputs
Figure pat00015
,
Figure pat00016
To receive.

제 3 지연셀(130)은 제 2 지연셀(120)의 차동 출력들(

Figure pat00017
,
Figure pat00018
)을 차동 입력들(
Figure pat00019
,
Figure pat00020
)로 수신한다. 제 3 지연셀(130)은 제 1 지연셀(110)의 차동 출력들(
Figure pat00021
,
Figure pat00022
)을 차동 입력들(
Figure pat00023
,
Figure pat00024
)로 수신한다.The third delay cell 130 is the differential outputs of the second delay cell 120 (
Figure pat00017
,
Figure pat00018
) To the differential inputs
Figure pat00019
,
Figure pat00020
To receive. The third delay cell 130 is the differential outputs of the first delay cell 110 (
Figure pat00021
,
Figure pat00022
) To the differential inputs
Figure pat00023
,
Figure pat00024
To receive.

또한, 제 4 지연셀(140)은 제 3 지연셀(130)의 차동 출력들(

Figure pat00025
,
Figure pat00026
)을 차동 입력들(
Figure pat00027
,
Figure pat00028
)로 수신한다. 제 4 지연셀(140)은 제 2 지연셀(120)의 차동 출력들(
Figure pat00029
,
Figure pat00030
)을 차동 입력들(
Figure pat00031
,
Figure pat00032
)로 수신한다.In addition, the fourth delay cell 140 is the differential outputs of the third delay cell 130 (
Figure pat00025
,
Figure pat00026
) To the differential inputs
Figure pat00027
,
Figure pat00028
To receive. The fourth delay cell 140 is the differential outputs of the second delay cell 120 (
Figure pat00029
,
Figure pat00030
) To the differential inputs
Figure pat00031
,
Figure pat00032
To receive.

제 1 지연셀(110)부터 제 4 지연셀(140)까지 + 극성의 차동 출력은 - 극성의 차동 입력으로 제공되고, - 극성의 차동 출력은 + 극성의 차동 입력으로 제공된다. 그러나, 제 1 지연셀(110)와 제 2 지연셀(120)로 입력되는 제 3 지연셀(130)와 제 4 지연셀(140)의 차동 출력이 극성이 서로 동일한 차동 입력으로 피드백된다.The positive polarity differential output from the first delay cell 110 to the fourth delay cell 140 is provided as a negative polarity input and the polarity differential output is provided as a positive polarity differential input. However, the differential outputs of the third delay cell 130 and the fourth delay cell 140 input to the first delay cell 110 and the second delay cell 120 are fed back to the differential inputs having the same polarity.

본 발명의 지연셀들(110, 120, 130, 140)은 이전의 적어도 두 개의 지연셀들의 차동 출력들을 차동 입력들로 수신한다. 또한, 본 발명의 지연셀들(110, 120, 130, 140)은 링 형태로 구성됨에 따라 제 1 지연셀(110)은 제 4 지연셀(140)(제 4 스테이지(마지막 스테이지))의 차동 출력들을 차동 입력들로 제공받고, 제 3 스테이지의 제 3 지연셀(130)의 차동 출력들을 차동 입력들로 제공받는다.Delay cells 110, 120, 130, 140 of the present invention receive the differential outputs of at least two delay cells as differential inputs. In addition, since the delay cells 110, 120, 130, and 140 of the present invention are configured in a ring shape, the first delay cell 110 may be differential from the fourth delay cell 140 (the fourth stage (the last stage)). The outputs are provided as differential inputs, and the differential outputs of the third delay cell 130 of the third stage are provided as differential inputs.

즉, 제 n 스테이지의 제 n 지연셀은 n-1 번째 스테이지의 제 n-1 지연셀 출력들과 n-2 번째 스테이지의 제 n-2 지연셀 출력들을 입력으로 제공받는다. 하지만, 지연셀들은 링형으로 구현됨에 따라 첫 번째 스테이지의 지연셀은 설명된 바와 같이 마지막 스테이지의 지연셀 출력들과 마지막 이전 스테이지의 지연셀 출력들을 입력으로 제공받을 수 있다. 두 번째 스테이지의 지연셀은 첫 번째 스테이지의 지연셀 출력들과 마지막 스테이지의 지연셀 출력들을 입력으로 제공받을 수 있다.That is, the nth delay cell of the nth stage receives as inputs the n-1 delay cell outputs of the n−1 th stage and the n-2 delay cell outputs of the n−2 th stage. However, as the delay cells are implemented in a ring shape, the delay cells of the first stage may be provided as inputs to the delay cell outputs of the last stage and the delay cell outputs of the last previous stage, as described. The delay cell of the second stage may receive inputs of delay cell outputs of the first stage and delay cell outputs of the last stage.

지연셀들(110, 120, 130, 140) 각각은 네 개의 입력 단자와 두 개의 출력 단자를 구비한다. 지연셀들(110, 120, 130, 140) 각각의 두 개의 입력 단자(차동 입력(

Figure pat00033
,
Figure pat00034
)에 대응)는 n-1 번째 스테이지의 지연셀 출력 단자들과 연결되고, 나머지 두 개의 입력 단자(차동 입력(
Figure pat00035
,
Figure pat00036
)에 대응)는 n-2 번째 스테이지의 지연셀 출력 단자들과 연결된다. 여기서, 입력 단자(
Figure pat00037
)와 입력 단자(
Figure pat00038
)는 위상 잡음 제거를 위해 서로 다른 위상을 갖고, 입력 단자(
Figure pat00039
)와 입력단자(
Figure pat00040
)는 위상 잡음 제거를 위해 서로 다른 위상을 갖는다.Each of the delay cells 110, 120, 130, and 140 has four input terminals and two output terminals. Two input terminals (differential inputs) of each of the delay cells 110, 120, 130, and 140.
Figure pat00033
,
Figure pat00034
) Is connected to the delay cell output terminals of the n-1th stage, and the other two input terminals (differential input (
Figure pat00035
,
Figure pat00036
) Is connected to the delay cell output terminals of the n-2th stage. Here, the input terminal (
Figure pat00037
) And input terminals (
Figure pat00038
) Have different phases for phase noise rejection and the input terminals (
Figure pat00039
) And input terminal (
Figure pat00040
) Have different phases for phase noise rejection.

이를 위해, n-1 번째 스테이지의 지연셀 출력 단자와 n-2 번째 스테이지의 지연셀 출력 단자를 통해 제공되는 전압들 간에는 일예로, 45도의 위상차를 가질 수 있다. n-2 번째 스테이지의 지연셀 출력 단자가 n-1 번째 스테이지의 지연셀 출력 단자에 비해 45도 빠른 위상을 갖는다. 각 스테이지의 입력 단자로 제공되는 전압들 간의 위상차가 0, 225, 90, 315, 180, 45, 270, 135도로 도면에 각각 나타나있다.To this end, for example, a phase difference of 45 degrees may be provided between voltages provided through the delay cell output terminal of the n-1 th stage and the delay cell output terminal of the n-2 th stage. The delay cell output terminal of the n-second stage has a phase that is 45 degrees faster than the delay cell output terminal of the n-1th stage. The phase differences between the voltages provided to the input terminals of each stage are shown in the figures at 0, 225, 90, 315, 180, 45, 270 and 135 degrees, respectively.

지연셀들(110, 120, 130, 140) 각각은 n-1 번째 스테이지의 지연셀 출력 단자를 통해 입력된 전압들의 차이를 증폭하여 출력하고, n-2 번째 스테이지 지연셀 출력 단자를 통해 입력된 전압들을 통해 주파수 가변 동작 시 전압 레벨 전환에 따라 발생되는 잡음 전류를 제거한다.Each of the delay cells 110, 120, 130, and 140 amplifies and outputs a difference between voltages input through the delay cell output terminal of the n-th stage, and is input through the n-second stage delay cell output terminal. Voltages eliminate noise currents that occur as a result of voltage level shifts during frequency-variable operation.

본 발명의 지연셀들(110, 120, 130, 140) 각각은 서로 다른 위상차를 갖는 적어도 두 개의 스테이지의 지연셀 출력 전압을 사용하여 전압 레벨 전환 시에 위상이 앞선 선 입력 전압을 사용하여 잡음 전류를 발생시키는 가변 주파수 트랜지스터 동작을 오프시킨다. 따라서, 본 발명의 전압 제어 발진기(10)는 가변 주파수 트랜지스터에 의해 발생되는 잡음 전류를 제거할 수 있다.Each of the delay cells 110, 120, 130, and 140 of the present invention uses the input voltage of which the phase advances in phase when the voltage level is switched using the delay cell output voltage of at least two stages having different phase differences. Turn off the variable frequency transistor operation that generates. Thus, the voltage controlled oscillator 10 of the present invention can eliminate the noise current generated by the variable frequency transistor.

지연셀들(110, 120, 130, 140)은 일예로, 위상이 45도 앞선 선 입력 전압을 사용한다.Delay cells 110, 120, 130, and 140 use, for example, a line input voltage 45 degrees ahead of phase.

하기에서는 본 발명의 전압 제어 발진기(10)의 지연셀들(110, 120, 130, 140) 중에서 제 1 지연셀(110)을 기준으로 설명하기로 한다. 나머지 지연셀들(120, 130, 140)은 제 1 지연셀(110)과 유사한 구조를 가질 수 있다.Hereinafter, the first delay cell 110 among the delay cells 110, 120, 130, and 140 of the voltage controlled oscillator 10 of the present invention will be described. The remaining delay cells 120, 130, and 140 may have a structure similar to that of the first delay cell 110.

도 2는 도 1에 도시된 전압 제어 발진기에 포함된 복수의 스테이지의 지연셀들 중 하나를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating one of delay cells of a plurality of stages included in the voltage controlled oscillator illustrated in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 제 1 지연셀(110)은 제 1 트랜지스터 내지 제 6 트랜지스터(

Figure pat00041
,
Figure pat00042
,
Figure pat00043
,
Figure pat00044
,
Figure pat00045
,
Figure pat00046
), 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00047
), 및 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00048
)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the first delay cell 110 includes first to sixth transistors (
Figure pat00041
,
Figure pat00042
,
Figure pat00043
,
Figure pat00044
,
Figure pat00045
,
Figure pat00046
), The first control transistor (
Figure pat00047
) And a second control transistor (
Figure pat00048
).

또한, 제 1 지연셀은 차동 증폭부(111), 제 1 캐스코드부(112), 제 2 캐스코드부(113)를 포함한다.In addition, the first delay cell includes a differential amplifier 111, a first cascode unit 112, and a second cascode unit 113.

제 1 차동 증폭부(111)는 입력 단자들과 출력 단자들을 구비하고 있으며, 입력 단자들을 통해 입력된 전압들 간의 전압차를 증폭한다.The first differential amplifier 111 includes input terminals and output terminals and amplifies a voltage difference between voltages input through the input terminals.

차동 증폭부(111)는 제 1 트랜지스터 내지 제 4 트랜지스터(

Figure pat00049
,
Figure pat00050
,
Figure pat00051
,
Figure pat00052
)를 포함한다.The differential amplifier 111 may include first to fourth transistors (
Figure pat00049
,
Figure pat00050
,
Figure pat00051
,
Figure pat00052
).

제 1 트랜지스터(

Figure pat00053
)와 제 3 트랜지스터(
Figure pat00054
)는 전원 단자(
Figure pat00055
)와 접지 단자(GND) 사이에 접속되고, 제 1 트랜지스터(
Figure pat00056
)와 제 3 트랜지스터(
Figure pat00057
) 사이의 노드에 출력 단자(
Figure pat00058
)가 위치한다. 제 2 트랜지스터(
Figure pat00059
)와 제 4 트랜지스터(
Figure pat00060
)는 전원 단자(
Figure pat00061
)와 접지 단자(GND) 사이에 접속되고, 제 2 트랜지스터(
Figure pat00062
)와 제 4 트랜지스터(
Figure pat00063
) 사이의 노드에 출력 단자(
Figure pat00064
)가 위치한다.First transistor (
Figure pat00053
) And the third transistor (
Figure pat00054
) Is the power terminal (
Figure pat00055
) Is connected between the ground terminal GND and the first transistor (
Figure pat00056
) And the third transistor (
Figure pat00057
At the node between the output terminals (
Figure pat00058
) Is located. Second transistor (
Figure pat00059
) And the fourth transistor (
Figure pat00060
) Is the power terminal (
Figure pat00061
) Is connected between the ground terminal GND and the second transistor (
Figure pat00062
) And the fourth transistor (
Figure pat00063
At the node between the output terminals (
Figure pat00064
) Is located.

트랜지스터들(제 1 트랜지스터(

Figure pat00065
), 제 3 트랜지스터(
Figure pat00066
))과 트랜지스터들(제 2 트랜지스터(
Figure pat00067
), 제 4 트랜지스터(
Figure pat00068
))은 전원 전압(
Figure pat00069
)과 접지 단자(GND)를 기준으로 병렬 연결된다.Transistors (first transistor (
Figure pat00065
), The third transistor (
Figure pat00066
) And transistors (second transistor (
Figure pat00067
), The fourth transistor (
Figure pat00068
)) Is the supply voltage (
Figure pat00069
) And ground terminal (GND) are connected in parallel.

제 1 트랜지스터(

Figure pat00070
)의 소스는 전원 단자(
Figure pat00071
)에 연결된다. 제 1 트랜지스터(
Figure pat00072
)의 드레인이 제 3 트랜지스터(
Figure pat00073
)를 통해 접지 단자(GND)에 연결된다. 제 1 트랜지스터(
Figure pat00074
)의 게이트는 제 2 트랜지스터(
Figure pat00075
)의 드레인에 연결된다.First transistor (
Figure pat00070
) Source is the power terminal (
Figure pat00071
) First transistor (
Figure pat00072
Drain of the third transistor (
Figure pat00073
Is connected to the ground terminal (GND). First transistor (
Figure pat00074
Gate of the second transistor (
Figure pat00075
Is connected to the drain.

제 2 트랜지스터(

Figure pat00076
)의 소스는 전원 단자(
Figure pat00077
)에 연결된다. 제 2 트랜지스터(
Figure pat00078
)의 드레인이 제 4 트랜지스터(
Figure pat00079
)를 통해 접지 단자(GND)에 연결된다. 제 2 트랜지스터(
Figure pat00080
)의 게이트는 제 1 트랜지스터(
Figure pat00081
)의 드레인에 연결된다.Second transistor (
Figure pat00076
) Source is the power terminal (
Figure pat00077
) Second transistor (
Figure pat00078
Drain of the fourth transistor (
Figure pat00079
Is connected to the ground terminal (GND). Second transistor (
Figure pat00080
) Gate of the first transistor (
Figure pat00081
Is connected to the drain.

제 3 트랜지스터(

Figure pat00082
)의 소스는 접지 단자(GND)에 연결된다. 제 3 트랜지스터(
Figure pat00083
)의 드레인은 제 1 트랜지스터(
Figure pat00084
)의 드레인에 연결된다. 제 3 트랜지스터(
Figure pat00085
)의 게이트는 n-1 번째 스테이지의 지연셀(일예로, 제 4 지연셀(140)) 출력 단자에 연결되고, 출력 단자의 차동 출력(
Figure pat00086
)을 차동 입력(
Figure pat00087
)으로 제공받는다.Third transistor (
Figure pat00082
) Is connected to the ground terminal (GND). Third transistor (
Figure pat00083
) Is the drain of the first transistor (
Figure pat00084
Is connected to the drain. Third transistor (
Figure pat00085
) Is connected to the output terminal of the delay cell (for example, the fourth delay cell 140) of the n-th stage, and the differential output (
Figure pat00086
) To the differential input (
Figure pat00087
) Is provided.

제 4 트랜지스터(

Figure pat00088
)의 소스는 접지 단자(GND)에 연결된다. 제 4 트랜지스터(
Figure pat00089
)의 드레인은 제 2 트랜지스터(
Figure pat00090
)의 드레인에 연결된다. 제 4 트랜지스터(
Figure pat00091
)의 게이트는 n-1 번째 스테이지의 지연셀(일예로, 제 4 지연셀(140)) 출력 단자에 연결되고, 출력 단자의 차동 출력(
Figure pat00092
)을 차동 입력(
Figure pat00093
)으로 제공받는다.Fourth transistor (
Figure pat00088
) Is connected to the ground terminal (GND). Fourth transistor (
Figure pat00089
) Drain of the second transistor (
Figure pat00090
Is connected to the drain. Fourth transistor (
Figure pat00091
) Is connected to the output terminal of the delay cell (for example, the fourth delay cell 140) of the n-th stage, and the differential output (
Figure pat00092
) To the differential input (
Figure pat00093
) Is provided.

제 1 캐스코드부(112)는 위상 잡음을 유발하는 잡음 전류를 제거한다. 제 1 캐스코드부(112)의 주파수 가변을 위한 제어 전압을 제공받는 제 1 제어 트랜지스터(

Figure pat00094
)에 의해 발생되는 잡음 전류를 제거한다. 제 1 캐스코드부(112)는 잡음 전류 제거를 위해 차동 증폭부에 입력되는 차동 입력(
Figure pat00095
)에 앞서는 위상을 갖는 차동 입력(
Figure pat00096
)(일예로, 선 입력 전압)을 수신할 수 있다.The first cascode section 112 removes the noise current causing the phase noise. A first control transistor provided with a control voltage for varying the frequency of the first cascode unit 112 (
Figure pat00094
Remove the noise current caused by). The first cascode unit 112 is a differential input (input to the differential amplifier for noise current removal)
Figure pat00095
Differential input with phase prior to
Figure pat00096
(Eg, line input voltage).

제 1 캐스코드부(112)는 제 5 트랜지스터(

Figure pat00097
)와 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00098
)를 포함한다.The first cascode part 112 includes a fifth transistor (
Figure pat00097
) And the first control transistor (
Figure pat00098
).

제 5 트랜지스터(

Figure pat00099
)와 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00100
)는 전원 단자(
Figure pat00101
)와 출력 단자(
Figure pat00102
) 사이에 제 1 트랜지스터(
Figure pat00103
)와 병렬로 연결된다. 즉, 제 5 트랜지스터(
Figure pat00104
)와 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00105
)는 캐스코드(cascode)로 구성된다.Fifth transistor (
Figure pat00099
) And the first control transistor (
Figure pat00100
) Is the power terminal (
Figure pat00101
) And output terminals (
Figure pat00102
Between the first transistor (
Figure pat00103
) In parallel. That is, the fifth transistor (
Figure pat00104
) And the first control transistor (
Figure pat00105
) Consists of a cascode.

제 5 트랜지스터(

Figure pat00106
)의 소스는 제 1 트랜지스터(
Figure pat00107
)의 소스와 전원 단자(
Figure pat00108
) 간의 접점에 연결된다. 제 5 트랜지스터(
Figure pat00109
)의 드레인은 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00110
)를 통해 제 1 트랜지스터(
Figure pat00111
)의 드레인과 출력 단자(
Figure pat00112
) 간의 접점에 연결된다. 제 5 트랜지스터(
Figure pat00113
)의 게이트는 n-2 번째 스테이지의 지연셀(일예로, 제 3 지연셀(130))의 출력 전압(
Figure pat00114
)을 입력 전압(
Figure pat00115
)으로 제공받는다.Fifth transistor (
Figure pat00106
Source of the first transistor (
Figure pat00107
Source and power terminals ()
Figure pat00108
) Is connected to the contact point. Fifth transistor (
Figure pat00109
) Drain of the first control transistor (
Figure pat00110
Through the first transistor (
Figure pat00111
) Drain and output terminals (
Figure pat00112
) Is connected to the contact point. Fifth transistor (
Figure pat00113
) Is the output voltage of the delay cell (for example, the third delay cell 130) of the n-2 th stage
Figure pat00114
) The input voltage (
Figure pat00115
) Is provided.

제 1 제어 트랜지스터(

Figure pat00116
)의 소스는 제 5 트랜지스터(
Figure pat00117
)의 드레인에 연결된다. 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00118
)의 드레인은 제 1 트랜지스터(
Figure pat00119
)의 드레인과 출력 단자(
Figure pat00120
) 간의 접점에 연결된다. 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00121
)의 게이트는 제어 전압(
Figure pat00122
)을 입력받는다.First control transistor (
Figure pat00116
) Source of the fifth transistor (
Figure pat00117
Is connected to the drain. First control transistor (
Figure pat00118
) Is the drain of the first transistor (
Figure pat00119
) Drain and output terminals (
Figure pat00120
) Is connected to the contact point. First control transistor (
Figure pat00121
) Is the control voltage (
Figure pat00122
) Is inputted.

또한, 제 2 캐스코드부(113)는 위상 잡음을 유발하는 잡음 전류를 제거한다. 제 2 캐스코드부(113)의 주파수 가변을 위한 제어 전압을 제공받는 제 2 제어 트랜지스터(

Figure pat00123
)에 의해 발생되는 잡음 전류를 제거한다. 제 2 캐스코드부(113)는 잡음 전류 제거를 위해 차동 증폭부에 입력되는 차동 입력(
Figure pat00124
)에 앞서는 위상을 갖는 차동 입력(
Figure pat00125
)(일예로, 선 입력 전압)를 수신할 수 있다. 제 2 캐스코드부(113)는 전원 단자(
Figure pat00126
)와 접지 단자(GND)를 기준으로 제 1 캐스코드부의 반대편에 위치할 수 있다.In addition, the second cascode unit 113 removes the noise current causing the phase noise. A second control transistor provided with a control voltage for changing the frequency of the second cascode unit 113 (
Figure pat00123
Remove the noise current caused by). The second cascode unit 113 is a differential input (input to the differential amplifier for noise current removal)
Figure pat00124
Differential input with phase prior to
Figure pat00125
(Eg, line input voltage). The second cascode unit 113 is a power supply terminal (
Figure pat00126
) And the ground terminal GND may be opposite to the first cascode part.

제 2 캐스코드부(113)는 제 6 트랜지스터(

Figure pat00127
)와 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00128
)를 포함한다. The second cascode part 113 includes the sixth transistor (
Figure pat00127
) And the second control transistor (
Figure pat00128
).

제 6 트랜지스터(

Figure pat00129
)와 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00130
)는 전원 단자(
Figure pat00131
)와 출력 단자(
Figure pat00132
) 사이에 제 2 트랜지스터(
Figure pat00133
)와 병렬로 연결된다. 즉, 제 6 트랜지스터(
Figure pat00134
)와 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00135
)는 캐스코드(cascode)로 구성된다.Sixth transistor (
Figure pat00129
) And the second control transistor (
Figure pat00130
) Is the power terminal (
Figure pat00131
) And output terminals (
Figure pat00132
Between the second transistor (
Figure pat00133
) In parallel. That is, the sixth transistor (
Figure pat00134
) And the second control transistor (
Figure pat00135
) Consists of a cascode.

제 6 트랜지스터(

Figure pat00136
)의 소스는 제 2 트랜지스터(
Figure pat00137
)의 소스와 전원 단자(
Figure pat00138
) 간의 접점에 연결된다. 제 6 트랜지스터(
Figure pat00139
)의 드레인은 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00140
)를 통해 제 2 트랜지스터(
Figure pat00141
)의 드레인과 출력 단자(
Figure pat00142
) 간의 접점에 연결된다. 제 6 트랜지스터(
Figure pat00143
)의 게이트는 n-2 번째 스테이지의 지연셀(일예로, 제 3 지연셀(130))의 출력 전압(
Figure pat00144
)을 입력 전압(
Figure pat00145
)으로 제공받는다.Sixth transistor (
Figure pat00136
Source of the second transistor (
Figure pat00137
Source and power terminals ()
Figure pat00138
) Is connected to the contact point. Sixth transistor (
Figure pat00139
) Drain of the second control transistor (
Figure pat00140
Through the second transistor (
Figure pat00141
) Drain and output terminals (
Figure pat00142
) Is connected to the contact point. Sixth transistor (
Figure pat00143
) Is the output voltage of the delay cell (for example, the third delay cell 130) of the n-2 th stage
Figure pat00144
) The input voltage (
Figure pat00145
) Is provided.

제 2 제어 트랜지스터(

Figure pat00146
)의 소스는 제 6 트랜지스터(
Figure pat00147
)의 드레인에 연결된다. 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00148
)의 드레인은 제 2 트랜지스터(
Figure pat00149
)의 드레인과 출력 단자(
Figure pat00150
) 간의 접점에 연결된다. 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00151
)의 게이트는 제어 전압(
Figure pat00152
)을 입력받는다.Second control transistor (
Figure pat00146
) Source of the sixth transistor (
Figure pat00147
Is connected to the drain. Second control transistor (
Figure pat00148
) Drain of the second transistor (
Figure pat00149
) Drain and output terminals (
Figure pat00150
) Is connected to the contact point. Second control transistor (
Figure pat00151
) Is the control voltage (
Figure pat00152
) Is inputted.

예를 들어, 제 1 트랜지스터(

Figure pat00153
), 제 2 트랜지스터(
Figure pat00154
), 제 5 트랜지스터(
Figure pat00155
), 제 6 트랜지스터(
Figure pat00156
), 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00157
), 및 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00158
) 각각은 피모스(PMOS) 트랜지스터일 수 있다. 또한, 제 3 트랜지스터(
Figure pat00159
)와 제 4 PMOS 트랜지스터(
Figure pat00160
)는 엔모스(NMOS) 트랜지스터일 수 있다.For example, the first transistor (
Figure pat00153
), The second transistor (
Figure pat00154
), The fifth transistor (
Figure pat00155
), The sixth transistor (
Figure pat00156
), The first control transistor (
Figure pat00157
) And a second control transistor (
Figure pat00158
Each may be a PMOS transistor. In addition, the third transistor (
Figure pat00159
) And the fourth PMOS transistor (
Figure pat00160
) May be an NMOS transistor.

한편, 제 1 트랜지스터(

Figure pat00161
)와 제 2 트랜지스터(
Figure pat00162
)는 래치 구조를 가질 수 있다. 제 3 트랜지스터(
Figure pat00163
)와 제 4 트랜지스터(
Figure pat00164
) 각각은 입력 트랜지스터이다. 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00165
)와 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00166
)는 주파수 가변을 위한 주파수 가변 트랜지스터들이다.Meanwhile, the first transistor (
Figure pat00161
) And the second transistor (
Figure pat00162
) May have a latch structure. Third transistor (
Figure pat00163
) And the fourth transistor (
Figure pat00164
Are each input transistors. First control transistor (
Figure pat00165
) And the second control transistor (
Figure pat00166
) Are frequency variable transistors for variable frequency.

제 5 트랜지스터(

Figure pat00167
)와 제 6 트랜지스터(
Figure pat00168
)는 게이트를 통해 위상이 앞선 전압을 선 입력받는다. 따라서, 제 5 트랜지스터(
Figure pat00169
)와 제 6 트랜지스터(
Figure pat00170
)는 선 입력 트랜지스터들이다.Fifth transistor (
Figure pat00167
) And the sixth transistor (
Figure pat00168
) Is pre-populated with a voltage through the gate. Thus, the fifth transistor (
Figure pat00169
) And the sixth transistor (
Figure pat00170
Are the line input transistors.

그러면 다음으로, 제 1 지연셀(110)에서 위상 잡음을 제거하는 동작을 설명하기로 한다.Next, an operation of removing phase noise in the first delay cell 110 will be described.

제 1 지연셀(110)에서 제 1 제어 트랜지스터(

Figure pat00171
)에 흐르는 전류(
Figure pat00172
)과 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00173
)에 흐르는 전류(
Figure pat00174
)는 위상 잡음을 발생시키는 원인이 된다. 전류(
Figure pat00175
,
Figure pat00176
)는 입력 전압들(
Figure pat00177
,
Figure pat00178
)의 전압 레벨이 하이(High)에서 로우(Low)로 전환되거나, 로우(Low)에서 하이(High)로 전환되는 전압 레벨 전환 구간에서 존재한다.In the first delay cell 110, the first control transistor (
Figure pat00171
Current in
Figure pat00172
) And the second control transistor (
Figure pat00173
Current in
Figure pat00174
) Causes phase noise. electric current(
Figure pat00175
,
Figure pat00176
) Is the input voltage (
Figure pat00177
,
Figure pat00178
) Is present in the voltage level switching period in which the voltage level of the high voltage is switched from high to low or from low to high.

그러므로, 위상 잡음을 개선하기 위해 지연셀(110)은 전압 레벨 전환 구간에서 제 1 전류(

Figure pat00179
)와 제 2 전류(
Figure pat00180
)가 발생되지 않도록 제어해야 한다. 이를 위해, 제 5 트랜지스터(
Figure pat00181
)와 제 6 트랜지스터(
Figure pat00182
)는 제 3 트랜지스터(
Figure pat00183
)와 제 4 트랜지스터(
Figure pat00184
)의 입력 전압(
Figure pat00185
,
Figure pat00186
)들 보다 위상이 앞선 선 입력 전압(
Figure pat00187
,
Figure pat00188
)을 인가받는다.Therefore, to improve phase noise The delay cell 110 is a first current in the voltage level switching period (
Figure pat00179
) And the second current (
Figure pat00180
) Should be controlled so that it does not occur. For this purpose, the fifth transistor (
Figure pat00181
) And the sixth transistor (
Figure pat00182
) Is the third transistor (
Figure pat00183
) And the fourth transistor (
Figure pat00184
Input voltage of
Figure pat00185
,
Figure pat00186
Input voltage ahead of phases
Figure pat00187
,
Figure pat00188
) Is authorized.

예를 들어, 제 5 트랜지스터(

Figure pat00189
)와 제 6 트랜지스터(
Figure pat00190
)는 제 3 트랜지스터(
Figure pat00191
)와 제 4 트랜지스터(
Figure pat00192
)의 입력 전압들(
Figure pat00193
,
Figure pat00194
) 보다 위상이 45도 빠른(앞선) 전압을 입력받는다. 제 1 스테이지의 제 1 지연셀(110)에서 제 5 트랜지스터(
Figure pat00195
)와 제 3 트랜지스터(
Figure pat00196
)의 입력 전압들(
Figure pat00197
(-45도(315도)),
Figure pat00198
(0도)) 간의 위상을 비교(도 1 참조)하면, 입력 전압(
Figure pat00199
)의 위상이 입력 전압(
Figure pat00200
)의 위상보다 45도 더 빠른 것을 확인할 수 있다. 제 6 트랜지스터(
Figure pat00201
)와 제 4 트랜지스터(
Figure pat00202
)에서도 입력 전압(
Figure pat00203
)의 위상(135도)이 입력 전압(
Figure pat00204
)의 위상(180)보다 45도만큼 더 빠른 것을 확인(도 1 참조)할 수 있다.For example, the fifth transistor (
Figure pat00189
) And the sixth transistor (
Figure pat00190
) Is the third transistor (
Figure pat00191
) And the fourth transistor (
Figure pat00192
Input voltages of
Figure pat00193
,
Figure pat00194
The input voltage is 45 degrees out of phase. The fifth transistor (in the first delay cell 110 of the first stage)
Figure pat00195
) And the third transistor (
Figure pat00196
Input voltages of
Figure pat00197
(-45 degrees (315 degrees)),
Figure pat00198
Comparing the phases between (0 degrees) (see FIG. 1), the input voltage (
Figure pat00199
) Phase is equal to the input voltage (
Figure pat00200
We can see that the phase is 45 degrees faster than). Sixth transistor (
Figure pat00201
) And the fourth transistor (
Figure pat00202
At the input voltage (
Figure pat00203
) Phase (135 degrees)
Figure pat00204
It can be seen that the phase is faster by 45 degrees than the phase 180 (see FIG. 1).

선 입력 전압(

Figure pat00205
,
Figure pat00206
)에 의해 전압 레벨 전환 구간에서 제 5 트랜지스터(
Figure pat00207
)와 제 6 트랜지스터(
Figure pat00208
)는 오프 동작한다. 제 5 트랜지스터(
Figure pat00209
)의 오프 동작에 의해 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00210
)는 오프 동작하고, 제 6 트랜지스터(
Figure pat00211
)의 오프 동작에 의해 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00212
)는 오프 동작한다.Line input voltage (
Figure pat00205
,
Figure pat00206
In the voltage level switching period by the fifth transistor (
Figure pat00207
) And the sixth transistor (
Figure pat00208
) Is off. Fifth transistor (
Figure pat00209
By the off operation of the first control transistor (
Figure pat00210
) Is off and the sixth transistor (
Figure pat00211
By the off operation of the second control transistor (
Figure pat00212
) Is off.

본 발명은 전압 레벨 전환 구간에서 제 5 트랜지스터(

Figure pat00213
)와 제 6 트랜지스터(
Figure pat00214
)로의 선 입력 전압의 제공에 의해 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00215
)와 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00216
)를 오프시켜, 전류(
Figure pat00217
,
Figure pat00218
)가 흐르지 않도록 제어할 수 있다.According to the present invention, the fifth transistor (
Figure pat00213
) And the sixth transistor (
Figure pat00214
By providing the line input voltage to the first control transistor (
Figure pat00215
) And the second control transistor (
Figure pat00216
) Off, the current (
Figure pat00217
,
Figure pat00218
) Can be controlled so as not to flow.

특히, 입력 전압들(

Figure pat00219
,
Figure pat00220
)의 전압 레벨이 하이(High)에서 로우(Low)로 전환되거나, 로우(Low)에서 하이(High)로 전환되는 전압 레벨 전환 구간에서 주파수 가변 트랜지스터들(
Figure pat00221
,
Figure pat00222
전압이 흐르지 않도록 제어할 수 있다.In particular, the input voltages (
Figure pat00219
,
Figure pat00220
In the voltage level switching period in which the voltage level of the high / low transitions from high to low or from low to high,
Figure pat00221
,
Figure pat00222
The voltage can be controlled so as not to flow.

그러므로, 본 발명의 제 1 지연셀(110)은 전압들(

Figure pat00223
,
Figure pat00224
)과 위상차를 갖는 전압들(
Figure pat00225
,
Figure pat00226
)를 선 입력 트랜지스터(
Figure pat00227
,
Figure pat00228
)로 제공함으로서 주파수 가변 트랜지스터들에 의해 발생되는 위상 잡음을 제거할 수 있다.Therefore, the first delay cell 110 of the present invention is the voltage (
Figure pat00223
,
Figure pat00224
) And the phase difference voltages (
Figure pat00225
,
Figure pat00226
Wire input transistor (
Figure pat00227
,
Figure pat00228
Phase noise caused by the frequency variable transistors can be eliminated.

또한, 제 1 지연셀(110)은 제 3 트랜지스터(

Figure pat00229
)와 제 4 트랜지스터(
Figure pat00230
)의 입력 전압(
Figure pat00231
,
Figure pat00232
)들 보다 위상이 45도 빠른(앞선) 전압을 제 5 트랜지스터(
Figure pat00233
)와 제 6 트랜지스터(
Figure pat00234
)로 인가함으로서 고속 동작을 가능하게 할 수 있다.In addition, the first delay cell 110 may include a third transistor (
Figure pat00229
) And the fourth transistor (
Figure pat00230
Input voltage of
Figure pat00231
,
Figure pat00232
Voltages that are 45 degrees out of phase with the fifth transistor (
Figure pat00233
) And the sixth transistor (
Figure pat00234
), High speed operation can be enabled.

제 1 스테이지뿐(제 1 지연셀(110)을 포함)만 아니라 나머지 스테이지들(나머지 지연셀들(120, 130, 140)을 포함)에서도 위상이 앞선 전압을 선 입력 하는 구조를 가질 수 있다.Not only the first stage (including the first delay cell 110) but also the remaining stages (including the remaining delay cells 120, 130, and 140) may have a structure of pre-inputting a voltage in advance of phase.

도 3은 도 2에 도시된 지연셀과의 성능 비교를 위한 다른 지연셀 구조를 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating another delay cell structure for performance comparison with the delay cell shown in FIG. 2.

도 3을 참조하면, 지연셀(200)은 제 7 트랜지스터 내지 제 10 트랜지스터(

Figure pat00235
,
Figure pat00236
,
Figure pat00237
,
Figure pat00238
), 제 3 제어 트랜지스터(
Figure pat00239
), 및 제 4 제어 트랜지스터(
Figure pat00240
)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the delay cell 200 includes seventh to tenth transistors (
Figure pat00235
,
Figure pat00236
,
Figure pat00237
,
Figure pat00238
), The third control transistor (
Figure pat00239
), And a fourth control transistor (
Figure pat00240
).

제 7 트랜지스터(

Figure pat00241
) 내지 제 8 트랜지스터(
Figure pat00242
)는 래치 구조를 갖는다. 제 9 트랜지스터()와 제 10 트랜지스터(
Figure pat00244
)는 입력 트랜지스터이다. 제 3 제어 트랜지스터(
Figure pat00245
)와 제 4 제어 트랜지스터(
Figure pat00246
)는 주파수 가변 트랜지스터이다.7th transistor (
Figure pat00241
) To eighth transistors (
Figure pat00242
) Has a latch structure. Ninth transistor ( ) And the tenth transistor (
Figure pat00244
Is an input transistor. Third control transistor (
Figure pat00245
) And the fourth control transistor (
Figure pat00246
) Is a frequency variable transistor.

제 7 트랜지스터(

Figure pat00247
)와 제 9 트랜지스터(
Figure pat00248
)는 전원 단자(
Figure pat00249
)와 접지 단자(GND) 사이에 접속되고, 제 7 트랜지스터(
Figure pat00250
)와 제 9 트랜지스터(
Figure pat00251
) 사이의 노드에 출력 단자(
Figure pat00252
)가 위치한다. 제 8 트랜지스터(
Figure pat00253
)와 제 10 트랜지스터(
Figure pat00254
) 전원 단자(
Figure pat00255
)와 접지 단자(GND) 사이에 접속되고, 제 8 트랜지스터(
Figure pat00256
)와 제 10 트랜지스터(
Figure pat00257
) 사이의 노드에 출력 단자(
Figure pat00258
)가 위치한다.7th transistor (
Figure pat00247
) And the ninth transistor (
Figure pat00248
) Is the power terminal (
Figure pat00249
) Is connected between the ground terminal GND and the seventh transistor (
Figure pat00250
) And the ninth transistor (
Figure pat00251
At the node between the output terminals (
Figure pat00252
) Is located. Eighth transistor (
Figure pat00253
) And the tenth transistor (
Figure pat00254
Power terminal
Figure pat00255
) Is connected between the ground terminal GND and the eighth transistor (
Figure pat00256
) And the tenth transistor (
Figure pat00257
At the node between the output terminals (
Figure pat00258
) Is located.

트랜지스터들(제 7 트랜지스터(

Figure pat00259
), 제 9 트랜지스터(
Figure pat00260
))과 트랜지스터들(제 8 트랜지스터(
Figure pat00261
), 제 10 트랜지스터(
Figure pat00262
))은 전원 단자(
Figure pat00263
)와 접지 단자(GND)를 기준으로 병렬 연결된다.Transistors (seventh transistor)
Figure pat00259
), The ninth transistor (
Figure pat00260
) And transistors (the eighth transistor (
Figure pat00261
), The tenth transistor (
Figure pat00262
)) Is the power terminal (
Figure pat00263
) And ground terminal (GND) are connected in parallel.

제 3 제어 트랜지스터(

Figure pat00264
)는 전원 단자(
Figure pat00265
)와 출력 단자(
Figure pat00266
) 사이에 제 7 트랜지스터(
Figure pat00267
)와 병렬로 연결된다. 제 4 제어 트랜지스터(
Figure pat00268
)는 전원 단자(
Figure pat00269
)와 출력 단자(
Figure pat00270
) 사이에 제 8 트랜지스터(
Figure pat00271
)와 병렬로 연결된다.Third control transistor (
Figure pat00264
) Is the power terminal (
Figure pat00265
) And output terminals (
Figure pat00266
Between the seventh transistors (
Figure pat00267
) In parallel. Fourth control transistor (
Figure pat00268
) Is the power terminal (
Figure pat00269
) And output terminals (
Figure pat00270
Between the eighth transistor (
Figure pat00271
) In parallel.

제 7 트랜지스터 내지 제 10 트랜지스터(

Figure pat00272
,
Figure pat00273
,
Figure pat00274
,
Figure pat00275
), 제 3 제어 트랜지스터(
Figure pat00276
), 및 제 4 제어 트랜지스터(
Figure pat00277
)의 상세 구성은 도 2의 지연셀 구조를 참조하기로 한다.Seventh to tenth transistors (
Figure pat00272
,
Figure pat00273
,
Figure pat00274
,
Figure pat00275
), The third control transistor (
Figure pat00276
), And a fourth control transistor (
Figure pat00277
) Will be referred to the delay cell structure of FIG. 2.

예를 들어, 제 1 트랜지스터(

Figure pat00278
), 제 2 트랜지스터(
Figure pat00279
), 제 5 트랜지스터(
Figure pat00280
), 제 6 트랜지스터(
Figure pat00281
), 제 1 제어 트랜지스터(
Figure pat00282
), 및 제 2 제어 트랜지스터(
Figure pat00283
) 각각은 피모스(PMOS) 트랜지스터일 수 있다. 또한, 제 3 트랜지스터(
Figure pat00284
)와 제 4 PMOS 트랜지스터(
Figure pat00285
)는 엔모스(NMOS) 트랜지스터일 수 있다.For example, the first transistor (
Figure pat00278
), The second transistor (
Figure pat00279
), The fifth transistor (
Figure pat00280
), The sixth transistor (
Figure pat00281
), The first control transistor (
Figure pat00282
) And a second control transistor (
Figure pat00283
Each may be a PMOS transistor. In addition, the third transistor (
Figure pat00284
) And the fourth PMOS transistor (
Figure pat00285
) May be an NMOS transistor.

한편, 지연셀(200)은 n 번째 스테이지에 포함될 수 있고, 이전 스테이지 지연셀 출력 단자들의 출력 전압들을 제공받는 링 전압 제어 발진기의 스테이지들 중 하나에 포함될 수 있다. 즉, 지연셀(200)은 n-1 번째 스테이지 지연셀 출력 단자들의 출력 전압을 사용한다. 지연셀(200)은 n-2 번째 스테이지의 지연셀 출력 단자들의 출력 전압을 사용하지 않는다. 따라서, 지연셀(200)은 주파수 가변 트랜지스터들(

Figure pat00286
,
Figure pat00287
)에서 발생되는 전류들의 흐름을 제어할 수 없다.On the other hand, the delay cell 200 may be included in the n-th stage, and may be included in one of the stages of the ring voltage controlled oscillator provided with the output voltages of the previous stage delay cell output terminals. That is, the delay cell 200 uses output voltages of the n−1 th stage delay cell output terminals. The delay cell 200 does not use output voltages of the delay cell output terminals of the n-th stage. Therefore, the delay cell 200 is a frequency variable transistor (
Figure pat00286
,
Figure pat00287
It is not possible to control the flow of currents generated at

전압 레벨 변환 구간에서 지연셀(200)은 주파수 가변 트랜지스터들(

Figure pat00288
,
Figure pat00289
)에 발생되는 전류들(
Figure pat00290
,
Figure pat00291
)로 인해 위상 잡음이 발생될 수 있다.In the voltage level transition period, the delay cell 200 includes frequency variable transistors (
Figure pat00288
,
Figure pat00289
Currents generated by
Figure pat00290
,
Figure pat00291
Phase noise may occur.

도 4는 도 2와 도 3에서 도시된 지연셀들 간의 성능 비교를 통한 잡음 제거를 도시한 그래프이다.FIG. 4 is a graph illustrating noise cancellation through performance comparison between delay cells illustrated in FIGS. 2 and 3.

도 4를 참조하면, (a), (b)에서 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 전압의 크기를 나타낸다. (c)에서 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 잡음 전류의 크기를 나타낸다.Referring to FIG. 4, in (a) and (b), the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the magnitude of voltage. In (c), the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the magnitude of the noise current.

(a)에서, 제 1 지연셀(110)의 입력 전압(

Figure pat00292
)와 지연셀(200)의 입력 전압(
Figure pat00293
)이 나타나있다. (b)에서, 입력 전압(
Figure pat00294
)과 입력 전압(
Figure pat00295
)에 대응되는 출력 전압(
Figure pat00296
)이 나타나 있다. 또한, 제 1 지연셀(110)의 선 입력 트랜지스터인 제 5 트랜지스터(
Figure pat00297
)로 제공되는 선 입력 전압(
Figure pat00298
)가 나타나있다.In (a), the input voltage of the first delay cell 110 (
Figure pat00292
) And the input voltage of the delay cell 200 (
Figure pat00293
) Is shown. (b), the input voltage (
Figure pat00294
) And input voltage (
Figure pat00295
Corresponding to the output voltage (
Figure pat00296
) Is shown. In addition, the fifth transistor that is a line input transistor of the first delay cell 110 (
Figure pat00297
Line input voltage in
Figure pat00298
) Is shown.

(c)에서, (a), (b)에 도시된 입력 전압(

Figure pat00299
,
Figure pat00300
), 출력 전압(
Figure pat00301
)에 따른 주파수 가변 트랜지스터에 흐르는 전류(
Figure pat00302
)의 변화가 나타나있다.In (c), the input voltage shown in (a), (b) (
Figure pat00299
,
Figure pat00300
), Output voltage (
Figure pat00301
Current flowing through the frequency variable transistor
Figure pat00302
) Is shown.

지연셀(200)은 선 입력 전압(

Figure pat00303
또는
Figure pat00304
)을 사용하지 않는다.Delay cell 200 is a line input voltage (
Figure pat00303
or
Figure pat00304
Do not use).

지연셀(200)은 출력 전압(

Figure pat00305
)이 전원 전압(
Figure pat00306
)의 크기를 갖는 경우, 주파수 가변 트랜지스터(
Figure pat00307
)에 전류가 흐르지 않는다. 하지만, 출력 전압(
Figure pat00308
)이 전원 전압(
Figure pat00309
)보다 작은 값을 갖는 경우, 주파수 가변 트랜지스터(
Figure pat00310
)에 전류가 흐르게 되어 잡음 전류(
Figure pat00311
)가 발생된다.Delay cell 200 is the output voltage (
Figure pat00305
) Is the power supply voltage (
Figure pat00306
Has a size of the frequency variable transistor (
Figure pat00307
), No current flows. However, the output voltage (
Figure pat00308
) Is the power supply voltage (
Figure pat00309
If the value is smaller than), the frequency variable transistor (
Figure pat00310
Current flows through the
Figure pat00311
) Is generated.

이에 반해, 제 1 지연셀(110)은 선 입력 전압(

Figure pat00312
또는
Figure pat00313
)을 사용한다. 일예로, 제 1 지연셀(110)의 선 입력 전압(
Figure pat00314
)에 대응되는 구성을 중심으로 설명하기로 한다. (b)를 살펴보면, 제 1 지연셀(110)의 출력 전압(
Figure pat00315
)은 선 입력 전압(
Figure pat00316
)보다 270도만큼 위상이 빠르다.On the other hand, the first delay cell 110 is a line input voltage (
Figure pat00312
or
Figure pat00313
). For example, the line input voltage of the first delay cell 110 (
Figure pat00314
The configuration corresponding to) will be described below. Referring to (b), the output voltage of the first delay cell 110 (
Figure pat00315
) Is the line input voltage (
Figure pat00316
Phase is 270 degrees faster than

여기서, 입력 전압(

Figure pat00317
), 출력 전압(
Figure pat00318
), 및 선 입력 전압(
Figure pat00319
)는 모두 0V와 전원 전압(
Figure pat00320
) 사이에서 스윙한다. (b)에서 '
Figure pat00321
'는 선 입력 트랜지스터(
Figure pat00322
)가 동작할 수 있는 한계 전압을 나타낸다. '
Figure pat00323
'보다 높은 전압이 선 입력 트랜지스터(
Figure pat00324
)의 게이트로 제공된다. 이때, 선 입력 트랜지스터(
Figure pat00325
)의 게이트-소스 간 전압(VGS)은 '
Figure pat00326
'보다 작아지므로 선 입력 트랜지스터(
Figure pat00327
)는 오프 동작한다.Where the input voltage (
Figure pat00317
), Output voltage (
Figure pat00318
), And the line input voltage (
Figure pat00319
) Are both 0V and the supply voltage (
Figure pat00320
Swing between). in (b)
Figure pat00321
Is a line input transistor (
Figure pat00322
) Represents the limit voltage at which it can operate. '
Figure pat00323
Voltage higher than the line input transistor (
Figure pat00324
Is provided as a gate. At this time, the line input transistor (
Figure pat00325
), The gate-to-source voltage (VGS) is
Figure pat00326
Less than ', so the line input transistor (
Figure pat00327
) Is off.

선 입력 트랜지스터(

Figure pat00328
)의 게이트에 '
Figure pat00329
'보다 높은 전압이 인가되면, 선 입력 트랜지스터(
Figure pat00330
)에 의해 주파수 가변 트랜지스터들(
Figure pat00331
)이 동작하지 않는다. 주파수 가변 트랜지스터들(
Figure pat00332
)가 동작하지 않으면, 주파수 가변 트랜지스터(
Figure pat00333
)에 전류(
Figure pat00334
)가 흐르지 않는다.Line input transistor (
Figure pat00328
) At the gate of '
Figure pat00329
When a higher voltage is applied, the line input transistor (
Figure pat00330
Frequency variable transistors
Figure pat00331
Does not work. Frequency-variable transistors (
Figure pat00332
) Does not work, the frequency variable transistor (
Figure pat00333
Current ()
Figure pat00334
) Does not flow.

그러므로, 하이(High)에서 로우(Low)로 출력 전압(

Figure pat00335
)의 전압 레벨이 변화되는 동안 주파수 가변 트랜지스터(
Figure pat00336
)에 흐르는 전류(
Figure pat00337
)는 제거된다. 한 주기 동안 두 개의 전압 레벨 변환 구간(하이(High)에서 로우(Low)로, 로우(Low)에서 하이(High)로)이 존재한다고 가정하면, 도 3의 지연셀 구조에 비해 잡음 전류가 감소하는 것을 (c)에서 확인할 수 있다.Therefore, the output voltage (from high to low)
Figure pat00335
While the voltage level of the
Figure pat00336
Current in
Figure pat00337
) Is removed. Assuming that there are two voltage level transition periods (High to Low and Low to High) during one period, the noise current is reduced compared to the delay cell structure of FIG. It can be confirmed in (c).

(c)에서, 점선은 도 3의 지연셀(200)을 사용한 경우의 잡음 전류이고, 실선은 도 2의 제 1 지연셀(110)을 사용한 경우의 잡음 전류를 나타낸다. 따라서, 제 1 지연셀(110)은 지연셀(200) 대비 잡음 전류가 감소(Reduced noise current)하는 것을 확인할 수 있다.In FIG. 3C, the dotted line indicates the noise current when the delay cell 200 of FIG. 3 is used, and the solid line indicates the noise current when the first delay cell 110 of FIG. 2 is used. Therefore, the first delay cell 110 may confirm that the noise current is reduced compared to the delay cell 200.

도 4에서 주파수 가변 트랜지스터(

Figure pat00338
)에 흐르는 전류(
Figure pat00339
)를 일예로 설명하였다. 하지만, 선 입력 트랜지스터(
Figure pat00340
)로 입력되는 선 입력 전압(
Figure pat00341
)에 의해 주파수 가변 트랜지스터(
Figure pat00342
)에 의해 발생되는 잡음 전류를 도 4와 유사하게 감소시킬 수 있다.In Figure 4 the frequency variable transistor (
Figure pat00338
Current in
Figure pat00339
) As an example. However, the line input transistor (
Figure pat00340
Line input voltage ()
Figure pat00341
Frequency variable transistor
Figure pat00342
Can be reduced similarly to FIG. 4.

또한, 도 1의 나머지 지연셀들(120, 130, 140)에서도 도 4에서와 같이 잡음 전류를 제거할 수 있으므로, 전압 제어 발진기(10)의 위상 잡음 성능을 개선시킬 수 있다.In addition, since the noise current may be removed in the remaining delay cells 120, 130, and 140 of FIG. 1, the phase noise performance of the voltage controlled oscillator 10 may be improved.

도 5는 도 2와 도 3에서 도시된 지연셀들 간의 성능 비교 그래프이다.FIG. 5 is a performance comparison graph between delay cells illustrated in FIGS. 2 and 3.

도 5를 참조하면, 도 2의 제 1 지연셀(110)과 도 3의 지연셀(200) 간에 선 입력 트랜지스터들(

Figure pat00343
,
Figure pat00344
)를 제외한 나머지 소자들은 유사한 성능을 갖는다. 또한, 지연셀(110)과 지연셀(200)에 동일한 동작 조건(일예로, 공급 전압, 주파수 가변 범위, 전력 소모)을 갖는 경우, 위상 잡음을 도시하였다. 일예로, 발진 주파수는 400MHz라 한다.Referring to FIG. 5, line input transistors between the first delay cell 110 of FIG. 2 and the delay cell 200 of FIG.
Figure pat00343
,
Figure pat00344
Except for), the other devices have similar performance. In addition, when the delay cell 110 and the delay cell 200 have the same operating conditions (eg, supply voltage, frequency variable range, power consumption), phase noise is illustrated. In one example, the oscillation frequency is 400MHz.

그래프의 가로축은 오프셋 주파수(Hz)를 나타내고, 세로축은 위상 잡음(dBc/Hz)을 나타낸다.The horizontal axis of the graph represents the offset frequency (Hz) and the vertical axis represents the phase noise (dBc / Hz).

실선은 도 2의 제 1 지연셀(110)의 위상 잡음을 나타내고, 점선은 도 3의 지연셀(200)의 위상 잡음을 나타낸다.The solid line represents the phase noise of the first delay cell 110 of FIG. 2, and the dotted line represents the phase noise of the delay cell 200 of FIG. 3.

1MHz 오프셋 주파수에서 도 3의 지연셀(200)의 위상 잡음은 -100.9dBc/Hz이다. 1MHz 오프셋 주파수에서 도 2의 제 1 지연셀(110)의 위상 잡음은 -107.4dBc/Hz이다. 따라서, 도 2의 제 1 지연셀(110)은 도 3의 지연셀(200) 대비 6.5dBc의 성능 개선을 확인할 수 있다.The phase noise of the delay cell 200 of FIG. 3 at a 1 MHz offset frequency is -100.9 dBc / Hz. The phase noise of the first delay cell 110 of FIG. 2 at a 1 MHz offset frequency is -107.4 dBc / Hz. Accordingly, the first delay cell 110 of FIG. 2 may confirm an improvement of 6.5 dBc compared to the delay cell 200 of FIG. 3.

본 발명에서 제안된 제 1 지연셀(110)은 상술한 바와 같이 전압 레벨 변환 구간에서 잡음 전류를 제거함으로서 위상 잡음 특성을 개선할 수 있다.As described above, the first delay cell 110 proposed in the present invention may improve the phase noise characteristic by removing the noise current in the voltage level transition period.

도 6은 도 2에 도시된 지연셀과의 성능 비교를 위한 또 다른 지연셀 구조를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating another delay cell structure for performance comparison with the delay cell shown in FIG. 2.

도 6을 참조하면, 지연셀(300)은 제 11 트랜지스터 내지 제 16 트랜지스터(

Figure pat00345
,
Figure pat00346
,
Figure pat00347
,
Figure pat00348
,
Figure pat00349
,
Figure pat00350
), 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00351
), 및 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00352
)을 포함한다.Referring to FIG. 6, the delay cell 300 includes eleventh through sixteenth transistors (
Figure pat00345
,
Figure pat00346
,
Figure pat00347
,
Figure pat00348
,
Figure pat00349
,
Figure pat00350
), The fifth control transistor (
Figure pat00351
), And the sixth control transistor (
Figure pat00352
).

제 11 트랜지스터(

Figure pat00353
)와 제 13 트랜지스터(
Figure pat00354
)는 전원 단자(
Figure pat00355
)와 접지 단자(GND) 사이에 접속되고, 제 11 트랜지스터(
Figure pat00356
)와 제 13 트랜지스터(
Figure pat00357
) 사이의 노드에 출력 단자(
Figure pat00358
)가 위치한다. 제 12 트랜지스터(
Figure pat00359
)와 제 14 트랜지스터(
Figure pat00360
)는 전원 단자(
Figure pat00361
)와 접지 단자(GND) 사이에 접속되고, 제 12 트랜지스터(
Figure pat00362
)와 제 14 트랜지스터(
Figure pat00363
) 사이의 노드에 출력 단자(
Figure pat00364
)가 위치한다.Eleventh transistor (
Figure pat00353
) And the thirteenth transistor (
Figure pat00354
) Is the power terminal (
Figure pat00355
) Is connected between the ground terminal GND and the eleventh transistor (
Figure pat00356
) And the thirteenth transistor (
Figure pat00357
At the node between the output terminals (
Figure pat00358
) Is located. 12th transistor (
Figure pat00359
) And the fourteenth transistor (
Figure pat00360
) Is the power terminal (
Figure pat00361
) Is connected between the ground terminal GND and the twelfth transistor (
Figure pat00362
) And the fourteenth transistor (
Figure pat00363
At the node between the output terminals (
Figure pat00364
) Is located.

트랜지스터들(제 11 트랜지스터(

Figure pat00365
), 제 13 트랜지스터(
Figure pat00366
))과 트랜지스터들(제 12 트랜지스터(
Figure pat00367
), 제 14 트랜지스터(
Figure pat00368
))은 전원 전압(
Figure pat00369
)과 접지 단자(GND)를 기준으로 병렬 연결된다.Transistors (the eleventh transistor)
Figure pat00365
), The thirteenth transistor (
Figure pat00366
) And transistors (the twelfth transistor (
Figure pat00367
), The fourteenth transistor (
Figure pat00368
)) Is the supply voltage (
Figure pat00369
) And ground terminal (GND) are connected in parallel.

제 11 트랜지스터(

Figure pat00370
)의 소스는 전원 단자(
Figure pat00371
)에 연결된다. 제 11 트랜지스터(
Figure pat00372
)의 드레인이 제 13 트랜지스터(
Figure pat00373
)를 통해 접지 단자(GND)에 연결된다. 제 11 트랜지스터(
Figure pat00374
)의 게이트는 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00375
)의 드레인에 연결된다.Eleventh transistor (
Figure pat00370
) Source is the power terminal (
Figure pat00371
) Eleventh transistor (
Figure pat00372
Drain of the thirteenth transistor (
Figure pat00373
Is connected to the ground terminal (GND). Eleventh transistor (
Figure pat00374
) Gate of the sixth control transistor (
Figure pat00375
Is connected to the drain.

제 12 트랜지스터(

Figure pat00376
)의 소스는 전원 단자(
Figure pat00377
)에 연결된다. 제 12 트랜지스터(
Figure pat00378
)의 드레인이 제 14 트랜지스터(
Figure pat00379
)를 통해 접지 단자(GND)에 연결된다. 제 12 트랜지스터(
Figure pat00380
)의 게이트는 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00381
)의 드레인에 연결된다.12th transistor (
Figure pat00376
) Source is the power terminal (
Figure pat00377
) 12th transistor (
Figure pat00378
Drain of the fourteenth transistor (
Figure pat00379
Is connected to the ground terminal (GND). 12th transistor (
Figure pat00380
) Gate of the fifth control transistor (
Figure pat00381
Is connected to the drain.

제 13 트랜지스터(

Figure pat00382
)의 소스는 접지 단자(GND)에 연결된다. 제 13 트랜지스터(
Figure pat00383
)의 드레인은 제 11 트랜지스터(
Figure pat00384
)의 드레인에 연결된다. 제 13 트랜지스터(
Figure pat00385
)의 게이트는 n-1 번째 스테이지의 지연셀 출력 단자에 연결되고, 출력 단자의 차동 출력(
Figure pat00386
)을 차동 입력(
Figure pat00387
)으로 제공받는다.Thirteenth transistor (
Figure pat00382
) Is connected to the ground terminal (GND). Thirteenth transistor (
Figure pat00383
) Drain is the eleventh transistor (
Figure pat00384
Is connected to the drain. Thirteenth transistor (
Figure pat00385
) Is connected to the delay cell output terminal of the n-1th stage, and the differential output (
Figure pat00386
) To the differential input (
Figure pat00387
) Is provided.

제 14 트랜지스터(

Figure pat00388
)의 소스는 접지 단자(GND)에 연결된다. 제 14 트랜지스터(
Figure pat00389
)의 드레인은 제 12 트랜지스터(
Figure pat00390
)의 드레인에 연결된다. 제 14 트랜지스터(
Figure pat00391
)의 게이트는 n-1 번째 스테이지의 지연셀 출력 단자에 연결되고, 출력 단자의 차동 출력(
Figure pat00392
)을 차동 입력(
Figure pat00393
)으로 제공받는다.Fourteenth transistor
Figure pat00388
) Is connected to the ground terminal (GND). Fourteenth transistor
Figure pat00389
) Is the drain of the twelfth transistor (
Figure pat00390
Is connected to the drain. Fourteenth transistor
Figure pat00391
) Is connected to the delay cell output terminal of the n-1th stage, and the differential output (
Figure pat00392
) To the differential input (
Figure pat00393
) Is provided.

제 5 제어 트랜지스터(

Figure pat00394
)의 소스는 출력 단자(
Figure pat00395
)에 연결된다. 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00396
)의 드레인은 제 12 트랜지스터(
Figure pat00397
)의 게이트에 연결된다. 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00398
)의 게이트는 제어 전압(
Figure pat00399
)을 입력받는다.Fifth control transistor (
Figure pat00394
) Is the output terminal (
Figure pat00395
) Fifth control transistor (
Figure pat00396
) Is the drain of the twelfth transistor (
Figure pat00397
Is connected to the gate. Fifth control transistor (
Figure pat00398
) Is the control voltage (
Figure pat00399
) Is inputted.

제 6 제어 트랜지스터(

Figure pat00400
)의 소스는 출력 단자(
Figure pat00401
)에 연결된다. 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00402
)의 드레인은 제 11 트랜지스터(
Figure pat00403
)의 게이트에 연결된다. 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00404
)의 게이트는 제어 전압(
Figure pat00405
)을 입력받는다.Sixth control transistor (
Figure pat00400
) Is the output terminal (
Figure pat00401
) Sixth control transistor (
Figure pat00402
) Drain is the eleventh transistor (
Figure pat00403
Is connected to the gate. Sixth control transistor (
Figure pat00404
) Is the control voltage (
Figure pat00405
) Is inputted.

제 15 트랜지스터(

Figure pat00406
)는 전원 단자(
Figure pat00407
)와 출력 단자(
Figure pat00408
) 사이에 제 11 트랜지스터(
Figure pat00409
)와 병렬로 연결된다. 제 15 트랜지스터(
Figure pat00410
)의 소스는 제 11 트랜지스터(
Figure pat00411
)의 소스와 전원 단자(
Figure pat00412
) 간의 접점에 연결된다. 제 15 트랜지스터(
Figure pat00413
)의 드레인은 제 11 트랜지스터(
Figure pat00414
)의 드레인과 출력 단자(
Figure pat00415
) 간의 접점에 연결된다. 제 15 트랜지스터(
Figure pat00416
)의 게이트는 n-2 번째 스테이지의 지연셀의 출력 전압(
Figure pat00417
)을 입력 전압(
Figure pat00418
)으로 제공받는다.15th transistor
Figure pat00406
) Is the power terminal (
Figure pat00407
) And output terminals (
Figure pat00408
Between the eleventh transistor (
Figure pat00409
) In parallel. 15th transistor
Figure pat00410
) Source of the eleventh transistor (
Figure pat00411
Source and power terminals ()
Figure pat00412
) Is connected to the contact point. 15th transistor
Figure pat00413
) Drain is the eleventh transistor (
Figure pat00414
) Drain and output terminals (
Figure pat00415
) Is connected to the contact point. 15th transistor
Figure pat00416
) Is the output voltage of the delay cell of the n-th stage
Figure pat00417
) The input voltage (
Figure pat00418
) Is provided.

제 16 트랜지스터(

Figure pat00419
)는 전원 단자(
Figure pat00420
)와 출력 단자(
Figure pat00421
) 사이에 제 12 트랜지스터(
Figure pat00422
)와 병렬로 연결된다. 제 16 트랜지스터(
Figure pat00423
)의 소스는 제 12 트랜지스터(
Figure pat00424
)의 소스와 전원 단자(
Figure pat00425
) 간의 접점에 연결된다. 제 16 트랜지스터(
Figure pat00426
)의 드레인은 제 12 트랜지스터(
Figure pat00427
)의 드레인과 출력 단자(
Figure pat00428
) 간의 접점에 연결된다. 제 16 트랜지스터(
Figure pat00429
)의 게이트는 n-2 번째 스테이지의 지연셀의 출력 전압(
Figure pat00430
)을 입력 전압(
Figure pat00431
)으로 제공받는다.16th transistor
Figure pat00419
) Is the power terminal (
Figure pat00420
) And output terminals (
Figure pat00421
Between the 12th transistor (
Figure pat00422
) In parallel. 16th transistor
Figure pat00423
Source of the twelfth transistor (
Figure pat00424
Source and power terminals ()
Figure pat00425
) Is connected to the contact point. 16th transistor
Figure pat00426
) Is the drain of the twelfth transistor (
Figure pat00427
) Drain and output terminals (
Figure pat00428
) Is connected to the contact point. 16th transistor
Figure pat00429
) Is the output voltage of the delay cell of the n-th stage
Figure pat00430
) The input voltage (
Figure pat00431
) Is provided.

제 11 트랜지스터(

Figure pat00432
), 제 12 트랜지스터(
Figure pat00433
), 제 15 트랜지스터(
Figure pat00434
), 및 제 16 트랜지스터(
Figure pat00435
)는 PMOS 트랜지스터일 수 있다. 제 13 트랜지스터(
Figure pat00436
), 제 14 트랜지스터(
Figure pat00437
), 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00438
), 및 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00439
)는 NMOS 트랜지스터일 수 있다.Eleventh transistor (
Figure pat00432
), The twelfth transistor (
Figure pat00433
), The fifteenth transistor (
Figure pat00434
), And the sixteenth transistor (
Figure pat00435
) May be a PMOS transistor. Thirteenth transistor (
Figure pat00436
), The fourteenth transistor (
Figure pat00437
), The fifth control transistor (
Figure pat00438
), And the sixth control transistor (
Figure pat00439
) May be an NMOS transistor.

여기서, 제 11 트랜지스터(

Figure pat00440
)와 제 12 트랜지스터(
Figure pat00441
)는 래치 구조를 갖는다. 이때, 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00442
)와 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00443
)는 지연 셀의 래치 강도를 조절한다.Here, the eleventh transistor (
Figure pat00440
) And the 12th transistor (
Figure pat00441
) Has a latch structure. At this time, the fifth control transistor (
Figure pat00442
) And the sixth control transistor (
Figure pat00443
) Adjusts the latch strength of the delay cell.

출력 전압(

Figure pat00444
,
Figure pat00445
)는 0V와 전원 전압(
Figure pat00446
) 사이를 스윙(swing)한다. 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00447
)는 제 11 트랜지스터(
Figure pat00448
)의 게이트로 출력 전압(
Figure pat00449
)을 제공하는 스위치 역할을 한다. 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00450
)는 제 12 트랜지스터(
Figure pat00451
)의 게이트로 출력 전압(
Figure pat00452
또는
Figure pat00453
)을 제공하는 스위치 역할을 한다.Output voltage (
Figure pat00444
,
Figure pat00445
) Is 0V and the supply voltage (
Figure pat00446
Swing between). Fifth control transistor (
Figure pat00447
) Is the eleventh transistor (
Figure pat00448
To the gate of the output voltage (
Figure pat00449
It acts as a switch that provides Sixth control transistor (
Figure pat00450
) Is the twelfth transistor (
Figure pat00451
To the gate of the output voltage (
Figure pat00452
or
Figure pat00453
It acts as a switch that provides

일예로, 출력 전압(

Figure pat00454
또는
Figure pat00455
)이 0V일 때, 제어 전압(
Figure pat00456
)이 임계 전압 이상(
Figure pat00457
>
Figure pat00458
)이면 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00459
) 또는 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00460
)은 온 동작한다. 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00461
) 또는 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00462
)의 동작에 의해 0V의 제어 전압을 제 11 트랜지스터() 또는 제 12 트랜지스터(
Figure pat00464
) 각각의 게이트로 제공한다.For example, the output voltage (
Figure pat00454
or
Figure pat00455
) Is 0V, the control voltage (
Figure pat00456
) Is above the threshold voltage (
Figure pat00457
>
Figure pat00458
), The fifth control transistor (
Figure pat00459
) Or the sixth control transistor (
Figure pat00460
) Is on. Fifth control transistor (
Figure pat00461
) Or the sixth control transistor (
Figure pat00462
The control voltage of 0 V is changed by the operation of the eleventh transistor ( ) Or the twelfth transistor (
Figure pat00464
) To each gate.

하지만, 출력 전압(

Figure pat00465
또는
Figure pat00466
)이
Figure pat00467
일 때, 제어 전압(
Figure pat00468
)이 임계 전압 이상(
Figure pat00469
>
Figure pat00470
)이면 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00471
) 또는 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00472
)는 온 동작한다. 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00473
) 또는 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00474
)의 동작에 의해 제 11 트랜지스터(
Figure pat00475
)와 제 12 트랜지스터(
Figure pat00476
) 각각의 게이트로 전원 전압(
Figure pat00477
)을 제공할 수 없다. 이때, 제 5 제어 트랜지스터(
Figure pat00478
)와 제 6 제어 트랜지스터(
Figure pat00479
)는 제 11 트랜지스터(
Figure pat00480
)와 제 12 트랜지스터(
Figure pat00481
) 각각의 게이트로 음의 임계 전압 값(-threshod voltage(
Figure pat00482
-
Figure pat00483
))까지 제공할 수 있다.However, the output voltage (
Figure pat00465
or
Figure pat00466
)this
Figure pat00467
, The control voltage (
Figure pat00468
) Is above the threshold voltage (
Figure pat00469
>
Figure pat00470
), The fifth control transistor (
Figure pat00471
) Or the sixth control transistor (
Figure pat00472
) Is on. Fifth control transistor (
Figure pat00473
) Or the sixth control transistor (
Figure pat00474
Operation of the eleventh transistor (
Figure pat00475
) And the 12th transistor (
Figure pat00476
Each gate has a supply voltage (
Figure pat00477
) Cannot be provided. At this time, the fifth control transistor (
Figure pat00478
) And the sixth control transistor (
Figure pat00479
) Is the eleventh transistor (
Figure pat00480
) And the 12th transistor (
Figure pat00481
Each gate has a negative threshold voltage (-threshod voltage)
Figure pat00482
-
Figure pat00483
Up to)).

따라서, 공급 전압이 감소하면 제어 전압도 동시에 감소하게 된다. 또한, 출력 전압이

Figure pat00484
이고, 제어 전압이 낮으면(일예로,
Figure pat00485
에 가까운 값을 가지면), 제 11트랜지스터(
Figure pat00486
)와 제 12 트랜지스터(
Figure pat00487
)의 게이트에 0V의 전압이 인가된다. 따라서, 지연셀(300)의 동작 성능이 저하되고, 지연셀(300)을 사용하여 구성된 전압 제어 발진기는 성능이 감소한다. 그러므로
Figure pat00488
보다는 큰 제어 전압이 요구되기 때문에 지연셀(300)은 낮은 공급 전압에서 주파수 가변을 위한 제어 전압의 동작 범위가 감소한다.Therefore, when the supply voltage decreases, the control voltage also decreases at the same time. In addition, the output voltage
Figure pat00484
If the control voltage is low (e.g.,
Figure pat00485
If it has a value close to), the 11th transistor (
Figure pat00486
) And the 12th transistor (
Figure pat00487
A voltage of 0 V is applied to the gate. Therefore, the operation performance of the delay cell 300 is degraded, and the voltage controlled oscillator configured using the delay cell 300 decreases in performance. therefore
Figure pat00488
Since a larger control voltage is required, the delay cell 300 reduces the operating range of the control voltage for frequency variation at a low supply voltage.

따라서, 지연셀(300)은 낮은 공급 전압에서 가용할 수 있는 제어 전압 범위가 감소하므로 주파수 가변에 따른 성능 저하가 발생될 수 있다.Therefore, since the control voltage range available at the low supply voltage is reduced, the delay cell 300 may cause performance degradation due to frequency variation.

도 7은 도 2, 도 3, 및 도 6의 지연셀들 간의 성능을 비교한 그래프이다.FIG. 7 is a graph comparing performance between delay cells of FIGS. 2, 3, and 6.

도 7을 참조하면, 가로축은 제어 전압(mV)을 나타내고, 세로축은 주파수(MHz)를 나타낸다.Referring to FIG. 7, the horizontal axis represents the control voltage (mV) and the vertical axis represents the frequency (MHz).

도 2, 도 3, 도 6의 지연셀들(110, 200, 300) 각각은 동일한 소자, 동일한 동작 조건(일예로, 동일 공급 전압, 동일 전력 소모)을 가질 수 있다. 이때, 주파수 가변 성능은 도 7에 나타내었다.Each of the delay cells 110, 200, and 300 of FIGS. 2, 3, and 6 may have the same device and the same operating condition (eg, same supply voltage and same power consumption). In this case, the frequency variable performance is shown in FIG. 7.

도 3의 지연셀(200)은 일예로, 0.2V-0.8V의 제어 전압 범위에서 주파수는 401.5MHz-812.1MHz로 변화한다. 지연셀(200)의 주파수 가변 범위는 410.6MHz이다.As an example, the delay cell 200 of FIG. 3 has a frequency of 401.5 MHz to 812.1 MHz in a control voltage range of 0.2 V to 0.8 V. FIG. The frequency variable range of the delay cell 200 is 410.6 MHz.

도 6의 지연셀(300)은 일예로, 0.4V-0.7V의 제어 전압 범위에서 주파수는 401.8MHz-731.5MHz로 변화한다. 이때, 제어 전압의 범위도 나머지 지연셀들(110, 200)에 비해 상대적으로 작은 범위를 갖는다. 지연셀(300)의 주파수 가변 범위는 329.7MHz이다.For example, the delay cell 300 of FIG. 6 changes the frequency from 401.8 MHz to 731.5 MHz in the control voltage range of 0.4 V to 0.7 V. FIG. At this time, the range of the control voltage is also relatively small compared to the remaining delay cells (110, 200). The frequency variable range of the delay cell 300 is 329.7 MHz.

도 2의 제 1 지연셀(110)은 0.2V-0.8V의 제어 전압 범위에서 주파수는 401.7MHz-883.6MHz로 변화한다. 제 1 지연셀(110)의 주파수의 가변 범위는 480.9MHz이다.In the first delay cell 110 of FIG. 2, the frequency varies from 401.7 MHz to 883.6 MHz in the control voltage range of 0.2V to 0.8V. The variable range of the frequency of the first delay cell 110 is 480.9 MHz.

결국, 제 1 지연셀(110)는 지연셀(200) 대비 70.3MHz만큼 넓은 주파수 가변 범위를 갖는다. 또한, 제 1 지연셀(110)은 지연셀(300) 대비 상대적으로 151.2MHz만큼 넓은 주파수 가변 범위를 갖는다. 따라서, 제 1 지연셀(110)은 주파수 가변 성능이 다른 지연셀들(200, 300)에 비해 상대적으로 우수하다.As a result, the first delay cell 110 has a frequency variable range as wide as 70.3 MHz compared to the delay cell 200. In addition, the first delay cell 110 has a frequency variable range as wide as 151.2MHz relative to the delay cell 300. Accordingly, the first delay cell 110 is relatively superior in frequency variable performance to other delay cells 200 and 300.

결국, 본 발명의 전압 제어 발진기(10)는 제안된 지연셀(일예로, 110)로 구성됨에 따라 지연셀들 각각 내의 잡음 전류를 제거함으로서 위상 잡음을 제거할 수 있다. 또한, 본 발명에서 제안된 전압 제어 발진기는 주파수 가변 성능을 개선할 수 있다.As a result, the voltage controlled oscillator 10 of the present invention can eliminate phase noise by removing the noise current in each of the delay cells as the proposed delay cell (for example, 110). In addition, the voltage controlled oscillator proposed in the present invention can improve the frequency variable performance.

10: 전압 제어 발진기
110, 120, 130, 140, 150, 160: 지연셀
111: 차동 증폭부 112: 제 1 캐스코드부
113: 제 2 캐스코드부 200, 300: 지연셀
10: voltage controlled oscillator
110, 120, 130, 140, 150, 160: delay cell
111: differential amplifier 112: first cascode section
113: second cascode part 200, 300: delay cell

Claims (17)

링 형태로 연결된 복수개의 스테이지들 각각에 대응되고, 전압 제어 발진 신호를 생성하는 지연셀들을 포함하고,
상기 지연셀들 중 n(n은 1보다 큰 정수) 번째 스테이지의 지연셀은 n-1 번째 스테이지의 지연셀로부터의 제 1 차동 출력들을 수신하고, n-2 번째 스테이지의 지연셀로부터의 상기 제 1 차동 출력들과 서로 다른 위상을 갖는 제 2 차동 출력들을 선 입력 받는 전압 제어 발진기.
A delay cell corresponding to each of the plurality of stages connected in a ring shape and generating a voltage controlled oscillation signal,
The delay cell of the nth stage (n is an integer greater than 1) of the delay cells receives the first differential outputs from the delay cell of the n-1st stage and the first from the delay cell of the n-2nd stage. A voltage controlled oscillator pre-input of second differential outputs having a phase different from the one of the differential outputs.
제 1 항에 있어서,
상기 n 번째 스테이지의 지연셀은
제 1 입력 단자들을 통해 수신되는 입력 전압들 간의 전압 차이를 증폭하여 출력하는 차동 증폭부;
제 2 입력 단자들 중 하나를 통해 수신되는 선 입력 전압을 사용하여 전압 레벨 전환 구간에서 주파수 가변을 위한 트랜지스터에 의해 발생되는 잡음 전류를 제거하는 제 1 캐스코드부; 및
상기 제 2 입력 단자들 중 다른 하나를 통해 수신되는 선 입력 전압을 사용하여 전압 레벨 전환 구간에서 주파수 가변을 위한 제어 트랜지스터에 의해 발생되는 잡음 전류를 제거하는 제 2 캐스코드부를 포함하고,
상기 제 1 입력 단자들은 상기 제 1 차동 출력들을 수신하고, 상기 제 2 입력 단자들은 상기 제 2 차동 출력들을 선 입력 받는 전압 제어 발진기.
The method of claim 1,
The delay cell of the n th stage is
A differential amplifier for amplifying and outputting a voltage difference between input voltages received through the first input terminals;
A first cascode unit for removing a noise current generated by a transistor for frequency variation in a voltage level switching period by using a line input voltage received through one of the second input terminals; And
A second cascode unit for removing a noise current generated by a control transistor for frequency variation in a voltage level switching period by using a line input voltage received through the other one of the second input terminals,
And the first input terminals receive the first differential outputs and the second input terminals are pre-input of the second differential outputs.
제 2 항에 있어서,
상기 복수개의 스테이지들 중에서 첫 번째 스테이지의 지연셀은 마지막 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 상기 제 1 입력 단자들을 통해 수신하고, 마지막 이전 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 상기 제 2 입력 단자들을 통해 수신하는 전압 제어 발진기.
The method of claim 2,
The delay cell of the first stage of the plurality of stages receives the delay cell differential outputs of the last stage through the first input terminals and the delay cell differential outputs of the last previous stage through the second input terminals. Controlled oscillator.
제 2 항에 있어서,
상기 복수개의 스테이지들 중에서 두 번째 스테이지의 지연셀은 상기 첫 번째 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 상기 제 1 입력 단자들을 통해 수신하고, 상기 마지막 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 상기 제 2 입력 단자들을 통해 수신하는 전압 제어 발진기.
The method of claim 2,
The delay cell of the second stage of the plurality of stages receives the delay cell differential outputs of the first stage through the first input terminals and the delay cell differential outputs of the last stage through the second input terminals. Voltage controlled oscillator.
제 2 항에 있어서,
상기 차동 증폭부는
소스는 전원 단자에 연결되고, 드레인은 제 3 트랜지스터를 통해 접지 단자에 연결되고, 게이트는 제 2 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제 1 트랜지스터;
소스는 상기 전원 단자에 연결되고, 드레인은 제 4 트랜지스터를 통해 상기 접지 단자에 연결되고, 게이트는 상기 제 1 트랜지스터의 드레인에 연결되는 제 2 트랜지스터;
소스는 접지단자에 연결되고, 드레인은 상기 제 1 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 게이트는 상기 제 1 입력 단자들 중 하나에 연결되는 제 3 트랜지스터; 및
소스는 접지단자에 연결되고, 드레인은 상기 제 2 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 게이트는 상기 제 1 입력 단자들 중 다른 하나에 연결되는 제 4 트랜지스터를 포함하는 전압 제어 발진기.
The method of claim 2,
The differential amplifier is
A first transistor connected at a source to a power supply terminal, at a drain to a ground terminal through a third transistor, and at a gate to a drain of the second transistor;
A second transistor having a source connected to the power supply terminal, a drain connected to the ground terminal through a fourth transistor, and a gate connected to the drain of the first transistor;
A third transistor having a source connected to a ground terminal, a drain connected to a drain of the first transistor, and a gate connected to one of the first input terminals; And
And a fourth transistor connected at a source to a ground terminal, a drain connected to a drain of the second transistor, and a gate connected to the other one of the first input terminals.
제 5 항에 있어서,
상기 차동 증폭부는
상기 제 1 트랜지스터의 드레인과 상기 제 3 트랜지스터의 드레인 간의 접점에 위치한 제 1 출력단자; 및
상기 제 2 트랜지스터의 드레인과 상기 제 4 트랜지스터의 드레인 간의 접점에 위치한 제 2 출력단자를 더 포함하는 전압 제어 발진기.
The method of claim 5, wherein
The differential amplifier is
A first output terminal positioned at a contact between the drain of the first transistor and the drain of the third transistor; And
And a second output terminal positioned at a contact between the drain of the second transistor and the drain of the fourth transistor.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 캐스코드부는
소스는 상기 전원 전압과 상기 제 1 트랜지스터의 접점에 연결되고, 드레인은 상기 제 1 제어 트랜지스터의 소스에 연결되고, 게이트는 상기 제 2 입력 단자들 중 하나에 연결된 제 5 트랜지스터; 및
소스는 상기 제 5 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 드레인은 상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 3 트랜지스터 간의 접점에 연결되고, 게이트는 제어 전압 입력 단자에 연결되어 제어 전압의 수신에 의해 주파수를 가변하도록 제어하는 제 1 제어 트랜지스터를 포함하는 전압 제어 발진기.
The method of claim 5, wherein
The first cascode unit
A fifth transistor connected at a source thereof to a contact point of the power supply voltage and the first transistor, at a drain thereof to a source of the first control transistor, and at a gate thereof connected to one of the second input terminals; And
A source is connected to the drain of the fifth transistor, a drain is connected to a contact between the first transistor and the third transistor, and a gate is connected to a control voltage input terminal to control the frequency to vary by reception of a control voltage. A voltage controlled oscillator comprising a first control transistor.
제 7 항에 있어서,
상기 제 5 트랜지스터는 상기 선 입력 전압에 의해 전압 레벨 변환 구간에서 상기 제 1 제어 트랜지스터의 동작을 오프시키기 위해 오프 동작하는 전압 제어 발진기.
The method of claim 7, wherein
And the fifth transistor is turned off to turn off the operation of the first control transistor in a voltage level transition period by the line input voltage.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 캐스코드부는
소스는 상기 전원 전압과 상기 제 2 트랜지스터의 접점에 연결되고, 드레인은 제 2 제어 트랜지스터의 소스에 연결되고, 게이트는 상기 제 2 입력 단자들 중 다른 하나에 연결된 제 6 트랜지스터; 및
소스는 상기 제 6 트랜지스터의 드레인에 연결되고, 드레인은 상기 제 2 트랜지스터와 상기 제 4 트랜지스터 간의 접점에 연결되고, 게이트는 제어 전압 입력 단자에 연결되어 제어 전압의 수신에 의해 주파수를 가변하도록 제어하는 제 2 제어 트랜지스터를 포함하는 전압 제어 발진기.
The method of claim 5, wherein
The second cascode part
A sixth transistor having a source connected to a contact point of the power supply voltage and the second transistor, a drain connected to a source of a second control transistor, and a gate connected to another one of the second input terminals; And
A source is connected to the drain of the sixth transistor, a drain is connected to a contact between the second transistor and the fourth transistor, and a gate is connected to a control voltage input terminal to control the frequency to vary by reception of a control voltage. A voltage controlled oscillator comprising a second control transistor.
제 9 항에 있어서,
상기 제 6 트랜지스터는 상기 선 입력 전압에 의해 전압 레벨 변환 구간에서 상기 제 2 제어 트랜지스터의 동작을 오프시키기 위해 오프 동작하는 전압 제어 발진기.
The method of claim 9,
And the sixth transistor is turned off to turn off the operation of the second control transistor in a voltage level transition period by the line input voltage.
복수개의 스테이지들 각각에 대응되고, 링 형태로 구성된 지연셀들을 포함하는 전압 제어 발진기의 전압 제어 발진 방법에 있어서,
상기 지연셀들 중 하나의 지연셀에서, 적어도 두 개의 지연셀들 각각으로부터 차동 출력을 수신하는 단계; 및
상기 수신된 차동 출력들 중 일부를 사용하여 출력 전압 레벨이 전환되는 구간에서 주파수 가변을 위한 제어 트랜지스터에 발생된 잡음 전류를 제거하는 단계를 포함하고,
상기 두 개의 지연셀들 각각의 차동 출력들은 상호 간에 서로 다른 위상을 갖는 전압 제어 발진 방법.
A voltage controlled oscillation method of a voltage controlled oscillator corresponding to each of a plurality of stages and including delay cells configured in a ring shape,
Receiving a differential output from each of at least two delay cells in one of the delay cells; And
Removing a noise current generated in a control transistor for frequency variation in a period in which an output voltage level is switched using some of the received differential outputs,
And the differential outputs of each of the two delay cells have mutually different phases.
제 11 항에 있어서,
상기 잡음 전류를 제거하는 단계는
상기 출력 레벨 전환 구간에서 상기 수신된 차동 출력들 중 일부를 사용하여 상기 제어 트랜지스터의 동작을 오프시키는 단계를 포함하는 전압 제어 발진 방법.
The method of claim 11,
Removing the noise current
Turning off the operation of the control transistor using some of the received differential outputs in the output level transition period.
제 11 항에 있어서,
상기 차동 출력을 수신하는 단계는
상기 하나의 지연셀이 n(n은 1보다 큰 정수) 번째 스테이지의 지연셀일 경우, n-2 번째 스테이지의 지연셀로부터의 상기 제 1 차동 출력들과 서로 다른 위상을 갖는 제 2 차동 출력들을 선 입력받는 단계; 및
n-1 번째 스테이지의 지연셀로부터의 제 1 차동 출력들을 입력받는 단계를 포함하는 전압 제어 발진 방법.
The method of claim 11,
Receiving the differential output
If the one delay cell is a delay cell of n (n is an integer greater than 1) stage, the second differential outputs having a phase different from the first differential outputs from the delay cell of the n-2 stage are selected. Receiving an input; And
and receiving first differential outputs from the delay cell of the n-th stage.
제 13 항에 있어서,
상기 수신된 차동 출력들 중 일부는 상기 제 2 차동 출력인 전압 제어 발진 방법.
The method of claim 13,
And wherein some of the received differential outputs are the second differential outputs.
제 11 항에 있어서,
상기 차동 출력을 수신하는 단계는
상기 하나의 지연셀이 첫 번째 스테이지의 지연셀일 경우, 마지막 이전 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 선 입력받는 단계; 및
마지막 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 입력받는 단계를 포함하는 전압 제어 발진 방법.
The method of claim 11,
Receiving the differential output
If the one delay cell is the delay cell of the first stage, receiving the delay cell differential outputs of the last previous stage; And
A method of controlling voltage oscillation comprising receiving delay cell differential outputs of a last stage.
제 15 항에 있어서,
상기 차동 출력을 수신하는 단계는
상기 하나의 지연셀이 두 번째 스테이지의 지연셀일 경우, 상기 마지막 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 선 입력받는 단계; 및
상기 첫 번째 스테이지의 지연셀 차동 출력들을 입력받는 단계를 포함하는 전압 제어 발진 방법.
The method of claim 15,
Receiving the differential output
Receiving delay cell differential outputs of the last stage when the one delay cell is a delay cell of a second stage; And
And receiving the delay cell differential outputs of the first stage.
제 16 항에 있어서,
상기 수신된 차동 출력들 중 일부는 상기 선 입력된 차동 출력들인 전압 제어 발진 방법.
17. The method of claim 16,
And some of said received differential outputs are said pre-input differential outputs.
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