KR20210092412A - Frequency Synthesizer With Auto Frequency Calibrator Robust To Initial Phase Error - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초기 위상의 오차를 감소시킬 수 있는 자동주파수 보정장치가 포함된 주파수 합성기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 출력 보정코드의 지정 오류를 방지하기 위해 기준주파수와 분주된 주파수 간의 초기 위상차가 소정의 범위 내에 위치할 때 자동주파수 보정회로를 활성화시키는 주파수 합성기에 관한 것이다The present invention relates to a frequency synthesizer including an automatic frequency correction device capable of reducing an error of an initial phase, and more particularly, to prevent a designation error of an output correction code, an initial phase difference between a reference frequency and a divided frequency is predetermined It relates to a frequency synthesizer that activates an automatic frequency correction circuit when located within the range of
5G와 같은 차세대 무신 통신이 개발되고 있으며, 높은 영역대의 주파수의 사용이 점차 확대됨에 따라 고주파에 관한 관심이 증가되고 있다. 일반적으로, 무선 통신 기기는 고주파(Radio Frequency) 송수신기를 사용하며, 고주파 송수신기는 위상고정 루프 (Phase Locked Loop; PLL)를 사용하여 주파수를 고정한다.Next-generation wireless communication such as 5G is being developed, and as the use of high-bandwidth frequencies is gradually expanded, interest in high frequency is increasing. In general, a wireless communication device uses a high-frequency (Radio Frequency) transceiver, and the high-frequency transceiver fixes a frequency using a phase locked loop (PLL).
위상 고정 루프(PLL)의 주파수원으로 전압제어발진기(VCO)가 사용되고 있으나, 회로적 영향 및 주변 장비의 영향, 온도와 날씨의 영향 등에 의해 출력주파수가 미세하게 변경되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위상 고정 루프(PLL)에는 출력주파수가 특정 비율로 분주된 주파수와 기준주파수를 비교하기 위한 분주기와, 출력주파수를 조절하기 위해 기준주파수와 분주된 주파수를 카운팅하여 출력 보정코드 중 어느 하나로 지정하는 자동주파수 보정회로(Auto Frequency Calibrator; AFC)를 사용하고 있다.Although a voltage controlled oscillator (VCO) is used as a frequency source of the phase locked loop (PLL), there is a problem in that the output frequency is slightly changed due to the influence of the circuit, the influence of the surrounding equipment, the influence of temperature and weather, and the like. In order to solve this problem, the phase-locked loop (PLL) includes a divider for comparing the frequency divided by the output frequency with the reference frequency, and an output correction code by counting the reference frequency and the divided frequency to adjust the output frequency. An Auto Frequency Calibrator (AFC) designated by any one of them is used.
한국 등록특허 제10-0532476호(이하 '선행문헌'이라 칭함)는 광-대역 전압제어발진기 및 빠른 적응 주파수 보정기법을 이용한 주파수 합성기에 관한 것으로, 적응 주파수 보정기법을 통해 다수개의 동작 특성 커브들 중에서 하나의 동작 특성 커브를 선택함으로서 주파수 합성기의 설정시간을 빠르고 정확하게 제어한다.Korean Patent Registration No. 10-0532476 (hereinafter referred to as 'prior literature') relates to a frequency synthesizer using a wide-band voltage controlled oscillator and a fast adaptive frequency correction technique. By selecting one of the operating characteristic curves from among them, the setting time of the frequency synthesizer is controlled quickly and accurately.
하지만, 자동 주파수 보정장치는 디지털 카운터 방식을 이용하기 때문에 기준 주파수와 분주 주파수 간의 초기위상관계에 따라 카운팅 완료 시점에서 오류가 발생될 수 있다. 이하 도 1 내지 도 5를 통해 종래의 자동주파수 보정회로가 포함된 주파수 합성기에서 발생될 수 있는 오류에 대해 설명한다. However, since the automatic frequency compensator uses a digital counter method, an error may occur at the time of completion of counting depending on the initial phase relationship between the reference frequency and the frequency division. Hereinafter, errors that may be generated in a frequency synthesizer including a conventional automatic frequency correction circuit will be described with reference to FIGS. 1 to 5 .
도 1은 종래의 자동주파수 보정장치가 포함된 주파수 합성기를 나타낸 도면이다. 종래의 주파수 합성기는 기준주파수(fREF)를 생성하는 수정발진기(TCXO), 출력주파수(fo)를 출력하는 전압제어발진기(VCO), 출력주파수(fo)를 분주하는 분주기(N), 기준주파수(fREF)와 분주된 주파수(fDIV)를 비교하는 위상검출기 및 전하펌프(PFD/CP)가 포함된 위상루프회로(PLL)와 분주된 주파수(fDIV)와 기준주파수(fREF)를 카운팅하는 카운터(CNT), 기준주파수(fREF)와 분주된 주파수(fDIV)의 비교에 따라 복수개의 동작 특성 커브가 배정된 출력 보정코드 중 어느 하나를 지정하는 비교기(Comparator), 지정된 출력 보정코드에 대한 디지털 신호를 전송하는 상태머신(State machine)이 포함된 자동주파수 보정회로(AFC)로 구성될 수 있다. 1 is a view showing a frequency synthesizer including a conventional automatic frequency correction device. Conventional frequency synthesizer has a reference frequency crystal oscillator (TCXO), the output frequency (f o) the output of voltage control oscillator (VCO), the output frequency (f o) a frequency divider frequency divider to that (N) for generating a (f REF) the reference frequency (f REF) with a divided frequency (f DIV) for comparing the phase detector and the charge pump of frequency dividing and (PFD / CP) of the phase loop circuit (PLL) it includes a to (f DIV) with a reference frequency (f a counter (CNT), a reference frequency (f REF) and the comparator (comparator) for specifying any one of a plurality of operating characteristic curve of the output correction code assigned in response to the comparison of the divided frequency (f DIV) for counting the REF), It may consist of an automatic frequency correction circuit (AFC) including a state machine that transmits a digital signal for a specified output correction code.
도 1은 수정발진기(Temperature Compensated X-tal Oscillator; TCXO)에서 5MHz의 기준주파수(fREF)가 발생되며, 출력주파수(fo)가 2455MHz인 경우이다. 수정발진기(TCXO)는 외부 온도에 영향을 거의 받지 않으며, 원하는 출력 주파수를 안정적으로 유지할 수 있는 발진기로, 저주파 대역의 주파수를 생성할 수 있다. 1 is a case in which a reference frequency f REF of 5 MHz is generated in a crystal oscillator (Temperature Compensated X-tal Oscillator; TCXO), and the output frequency f o is 2455 MHz. The crystal oscillator (TCXO) is hardly affected by external temperature and is an oscillator capable of stably maintaining a desired output frequency, and can generate a frequency of a low frequency band.
위상루프회로(PLL)의 분주기에는 출력주파수 2455MHz가 기준주파수인 5MHz로 분주된 491의 값이 지정된다. 위상검출기 및 전하펌프(PFD/CP)는 기준주파수(fREF)와 분주된 주파수(fDIV)를 비교하며, 분주된 주파수(fDIV)와 기준주파수(fREF)의 차이에 해당되는 펄스값을 생성한다. 도 1의 실시 예는 디지털 신호가 100이며, 기준주파수 5MHz의 주기가 200ns, 491/2455MHz의 주기가 200ns으로 분주된 주파수(fDIV)와 기준주파수(fREF)의 위상차이가 없는 경우이다. A value of 491 in which the output frequency of 2455 MHz is divided by 5 MHz, which is the reference frequency, is assigned to the divider of the phase loop circuit (PLL). A phase detector and a charge pump (PFD / CP) is corresponding to a difference between the reference frequency (f REF) and comparing the divided frequency (f DIV), a divided frequency (f DIV) with a reference frequency (f REF) pulse value create In the embodiment of FIG. 1 , the digital signal is 100, and there is no phase difference between the frequency f DIV and the reference frequency f REF in which the period of the reference frequency of 5 MHz is 200 ns and the period of 491/2455 MHz is 200 ns.
기준주파수(fREF)는 수정발진기(TCXO)에서 생성됨에 따라 200ns의 주기로 고정되지만, 출력주파수 2455MHz는 고주파로서 외부환경에 따라 미세하게 변경될 수 있다. 따라서 출력주파수(fo)의 값이 변경된다면, 위상검출기 및 전하펌프(PFD/CP)는 분주된 주파수(fDIV)와 기준주파수(fREF)의 차이에 해당되는 펄스값을 생성하며, 저역통과여과기(LPF)는 생성된 펄스값에 따라 전압제어발진기(VCO)에 입력되는 입력전압을 가변한다. The reference frequency f REF is fixed at a period of 200 ns as it is generated by the crystal oscillator (TCXO), but the output frequency of 2455 MHz is a high frequency and may be minutely changed according to the external environment. Therefore, if the value of the output frequency (f o ) is changed, the phase detector and the charge pump (PFD/CP) generate a pulse value corresponding to the difference between the divided frequency (f DIV ) and the reference frequency (f REF ). The pass filter (LPF) varies the input voltage input to the voltage controlled oscillator (VCO) according to the generated pulse value.
도 2는 종래의 출력주파수의 변경에 따른 주파수 합성기의 작동을 설명하기 위한 도면으로, 출력주파수(fo)가 2455MHz에서 2460MHz로 변경된 경우이다. 도 2를 참조하면, 분주기는 출력주파수 2460MHz가 기준주파수 5MHz로 분주된 492의 분주비로 변경되며, 전압제어발진기(VCO)는 현재 출력 보정코드의 중간전원(VDD/2)이 입력된다. 2 is a view for explaining the operation of the frequency synthesizer according to the change of the conventional output frequency, when the output frequency (f o ) is changed from 2455MHz to 2460MHz. Referring to FIG. 2 , the divider is changed to a division ratio of 492 in which an output frequency of 2460 MHz is divided by a reference frequency of 5 MHz, and the voltage-controlled oscillator (VCO) receives the intermediate power (V DD /2) of the current output correction code.
카운터(CNT)는 현재 출력 보정코드의 중간전원에 대한 주파수를 변경하고자 하는 주파수에 대응되는 분주비로 분주된 주파수와 기준주파수를 카운팅한다. 비교기(Comparator)는 분주된 주파수의 주기와 기준주파수의 주기의 시간차가 기 설정된 시간차를 만족하는지 여부를 판단하여 출력 보정코드의 변경신호를 생성한다. The counter CNT counts the frequency and the reference frequency divided by the division ratio corresponding to the frequency at which the frequency of the intermediate power of the current output correction code is to be changed. A comparator generates a change signal of the output correction code by determining whether a time difference between the period of the divided frequency and the period of the reference frequency satisfies a preset time difference.
이하 도 3 내지 4를 통해 출력주파수 변경에 따른 출력 보정코드의 지정을 설명한다. Hereinafter, designation of the output correction code according to the change of the output frequency will be described with reference to FIGS. 3 to 4 .
도 3은 복수개의 동작 특성 커브가 배정된 출력 보정코드 중 현재 지정된 출력 보정코드의 디지털 신호는 100이며, Vc전압(중간전원(VDD/2))의 주파수는 2430MHz인 경우이다. 따라서 분주된 주파수는 492/2430MHz로 202.47ns의 주기가 되며, 기준 주파수와 2.47ns의 차이를 갖는다.3 is a case in which the digital signal of the currently designated output correction code among the output correction codes to which a plurality of operation characteristic curves is assigned is 100, and the frequency of the Vc voltage (intermediate power supply V DD /2) is 2430 MHz. Therefore, the divided frequency is 492/2430MHz with a period of 202.47ns, and has a difference of 2.47ns from the reference frequency.
비교기(Comparator)는 주기 카운터 횟수 16, 32, 64에 대한 시간차와 fAFC_clk(230MHz)에 대한 주기 42.5ns의 3배인 127.5ns간의 시간차를 비교한다. 도 3의 주기 카운터 횟수 16은 39.52ns, 32는 79.04ns, 64는 158.08ns으로, 주기 카운터 횟수 16과 32는 127.5ns내에 시간차를 가지나, 64는 127.5ns의 시간차를 벗어나는 것을 확인할 수 있다. 비교기(Comparator)는 출력 보정코드를 'UP'하기 위한 변경신호를 생성한다. The comparator compares the time difference for the period counter number of 16, 32, and 64 with the time difference between 127.5ns, which is three times the period 42.5ns for f AFC_clk (230MHz). It can be seen that the
도 4는 출력 보정코드 'UP'에 의해 기존의 100의 디지털 신호가 011로 변경된 경우이다. 디지털 신호 011에 대응되는 출력 보정코드의 중간전원(VDD/2)에 대한 주파수는 2444MHz로 201.3ns의 주기가 되며, 기준 주파수(fREF)와 1.3ns의 차이를 갖는다.4 is a case in which the existing digital signal of 100 is changed to 011 by the output correction code 'UP'. The frequency for the intermediate power (V DD /2) of the output correction code corresponding to the
따라서 도 4의 주기 카운터 횟수 16은 20.8ns, 32는 41.6ns, 64는 83.2ns으로, 주기 카운터 횟수 16, 32, 64 모두 127.5ns내에 시간차를 갖는다. 비교기(Comparator)는 디지털 신호 011에서 출력 보정코드를 'Stop'하며, 상태머신(State machine)은 디지털 신호 011를 전압제어발진기(VCO)로 전송한다. 전압제어발진기(VCO)에는 디지털 신호 011에 대응되는 출력 보정코드를 통해 2460MHz의 주파수를 생성한다.Accordingly, in FIG. 4, the number of
이상 도 1 내지 도 4를 통해 종래의 자동주파수가 포함된 주파수 합성기의 동작에 대해 설명하였으나, 종래의 주파수 합성기는 기준 주파수(fREF)와 분주된 주파수(fDIV) 간의 초기 위상관계에 따라 출력 보정코드의 변경 오류가 발생될 수 있는 문제점을 가지고 있다. Although the operation of the conventional frequency synthesizer including the automatic frequency has been described above with reference to FIGS. 1 to 4 , the conventional frequency synthesizer outputs according to the initial phase relationship between the reference frequency (f REF ) and the divided frequency (f DIV ) There is a problem that an error in changing the correction code may occur.
도 5는 초기 위상관계에 따른 출력 보정코드의 변경 오류를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 기준 주파수(fREF)와 분주된 주파수(fDIV)간에 90θ의 초기 위상차이가 나는 것을 확인할 수 있다. 따라서 디지털 100에서 주기 카운터 횟수 16은 -50.48ns(39.52-90), 32는 -10.96ns(79.04-90), 64는 68.08ns(158.08-90)로, 주기 카운터 횟수 16, 32, 64 모두 127.5ns내에 시간차를 갖는다. 초기 위상차이가 0인 경우, 2460MHz로 출력주파수를 변경하기 위해서는 011의 디지털 신호로 변경되어야 하지만, 기준 주파수(fREF)와 분주된 주파수(fDIV)간에 90°의 초기 위상차이가 있다면, 디지털 신호가 미변경되는 문제점이 발생된다. 따라서 잘못된 출력 보정코드가 설정됨에 따라 주파수 합성기의 정착 시간 (Settling time)이 매우 길어지거나 언락(Unlock) 상태가 발생할 수 있다.5 is a diagram illustrating an error in changing an output correction code according to an initial phase relationship. Referring to FIG. 5 , it can be seen that there is an initial phase difference of 90θ between the reference frequency f REF and the frequency divided frequency f DIV . So, in digital 100, the period counter count of 16 is -50.48 ns (39.52-90), 32 is -10.96 ns (79.04-90), 64 is 68.08 ns (158.08-90), and the
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 기준 주파수와 분주된 주파수의 초기 위상관계를 감소시킬 수 있는 주파수 합성기를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a frequency synthesizer capable of reducing an initial phase relationship between a reference frequency and a frequency-divided frequency in order to solve the above problems.
본 발명에 따른 초기 위상오차에 강인한 자동 주파수 보정장치를 포함하는 주파수 합성기는 입력전압에 따라 생성된 출력주파수가 외부환경에 의해 변경되는 것을 방지하며, 기준주파수와 설정하고자 하는 출력주파수에 대응되는 분주비로 분주된 주파수를 비교하여 상기 출력주파수를 변경하는 위상루프회로, 상기 기준주파수와 상기 분주된 주파수를 카운팅하여 주파수의 합성범위가 각각 지정된 출력 보정코드 중 어느 하나로 지정하는 자동주파수 보정회로, 및 상기 출력 보정코드의 지정 오류를 방지하기 위해 기준주파수와 상기 분주된 주파수 간의 초기 위상차가 기 설정된 조건을 만족할 시 상기 자동주파수 보정회로를 활성화시키는 주파수 위상판단부를 포함할 수 있다.The frequency synthesizer including an automatic frequency correction device robust to an initial phase error according to the present invention prevents an output frequency generated according to an input voltage from being changed by an external environment, and divides the reference frequency and the output frequency to be set A phase loop circuit for changing the output frequency by comparing the frequency divided by the ratio, an automatic frequency correction circuit for counting the reference frequency and the divided frequency to designate a synthesis range of the frequency as any one of the designated output correction codes, and the In order to prevent a designation error of the output correction code, when the initial phase difference between the reference frequency and the frequency-divided frequency satisfies a preset condition, a frequency phase determination unit for activating the automatic frequency correction circuit may be included.
본 발명에 따른 상기 주파수 위상판단부는 상기 기준주파수의 상승클럭 엣지에서 상승신호가 출력되는 제1순차논리회로, 상기 설정하고자 하는 출력주파수에 대응되는 분주비로 분주된 주파수의 상승클럭 엣지에서 상승신호가 출력되는 제2순차논리회로, 상기 제1순차논리회로에서 출력되는 신호가 기 설정된 시간동안 출력되도록 제어한 후, 상기 제1순차논리회로를 초기화시키는 제1딜레이부, 상기 제2순차논리회로에서 출력되는 신호가 기 설정된 시간동안 출력되도록 제어한 후, 상기 제2순차논리회로를 초기화시키는 제2딜레이부, 상기 제1순차논리회로와 상기 제2순차논리회로로부터 동시에 상승신호가 입력되면 또 다른 상승신호를 출력하는 논리회로게이트, 및 상기 논리회로게이트에서 상승신호가 출력되면 상기 자동주파수 보정회로를 동작시키기 위한 제어신호를 생성하는 또 다른 순차논리회로를 포함한다.The frequency phase determining unit according to the present invention is a first sequential logic circuit in which a rising signal is output at the rising clock edge of the reference frequency, and a rising signal at the rising clock edge of the frequency divided by the division ratio corresponding to the output frequency to be set. A second sequential logic circuit to be output, a first delay unit configured to initialize the first sequential logic circuit after controlling the signal output from the first sequential logic circuit to be output for a preset time, in the second sequential logic circuit After controlling the output signal to be output for a preset time, when a rising signal is simultaneously inputted from the second delay unit for initializing the second sequential logic circuit, the first sequential logic circuit and the second sequential logic circuit, another and a logic circuit gate for outputting a rising signal, and another sequential logic circuit for generating a control signal for operating the automatic frequency correction circuit when the rising signal is output from the logic circuit gate.
본 발명에 따른 상기 자동주파수 보정회로는 상기 또 다른 순차논리회로로부터 상기 제어신호가 수신되면, 상기 기준주파수와 상기 설정하고자 하는 출력주파수에 대응되는 분주비로 분주된 주파수를 카운팅하는 카운터, 상기 분주된 주파수 주기와 상기 기준주파수의 주기의 시간차가 기 설정된 시간차를 만족하는지 여부를 판단하여 상기 출력 보정코드의 변경신호를 생성하는 비교기, 상기 변경신호에 대응하는 디지털 신호를 상기 전압제어발진기로 전송하는 상태머신을 포함한다.In the automatic frequency correction circuit according to the present invention, when the control signal is received from the another sequential logic circuit, a counter for counting the frequency divided by the division ratio corresponding to the reference frequency and the output frequency to be set, the divided A comparator for generating a change signal of the output correction code by determining whether a time difference between a frequency period and a period of the reference frequency satisfies a preset time difference, a state of transmitting a digital signal corresponding to the change signal to the voltage-controlled oscillator includes machine.
본 발명에 따른 상기 위상루프회로는 상기 기준주파수를 생성하기 위한 수정발진기, 상기 입력전압에 따라 상기 출력주파수를 출력하는 전압제어발진기, 상기 출력주파수에 대응되는 분주비로 분주하는 분주기, 상기 분주기에 의해 분주된 주파수와 상기 수정발진기에서 생성된 기준주파수를 비교하며, 상기 분주된 주파수와 상기 기준주파수의 차이에 해당되는 펄스값을 생성하는 위상검출기 및 전하펌프, 및 상기 생성된 펄스값에 따라 상기 전압제어발진기에 입력되는 입력전압을 가변하는 저역통과여과기를 포함한다.The phase loop circuit according to the present invention includes a crystal oscillator for generating the reference frequency, a voltage-controlled oscillator for outputting the output frequency according to the input voltage, a divider for dividing by a division ratio corresponding to the output frequency, and the divider A phase detector and charge pump that compares the frequency divided by , and the reference frequency generated by the crystal oscillator, and generates a pulse value corresponding to the difference between the divided frequency and the reference frequency, and the generated pulse value and a low-pass filter for varying an input voltage input to the voltage-controlled oscillator.
본 발명은 기준 주파수와 분주된 주파수의 초기 위상관계를 감소시킬 수 있는 주파수 합성기를 제공함으로서, 출력 보정코드의 변경 오류를 방지할 수 있으며, 주파수 합성기의 정착 시간 (Settling time)이 매우 길어지거나 언락(Unlock) 상태가 발생할 수 있는 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.The present invention provides a frequency synthesizer capable of reducing the initial phase relationship between a reference frequency and a divided frequency, thereby preventing an error in changing an output correction code, and the settling time of the frequency synthesizer is very long or unlocked (Unlock) has the effect of solving problems that may occur.
도 1은 종래의 자동주파수 보정장치가 포함된 주파수 합성기를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 출력주파수의 변경에 따른 주파수 합성기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 4는 종래의 출력주파수 변경에 따른 출력 보정코드의 지정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 초기 위상관계에 따른 출력 보정코드의 변경 오류를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 초기 위상오차에 강인한 자동 주파수 보정장치를 포함하는 주파수 합성기의 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 자동 주파수 보정장치를 제어하기 위한 기준주파수와 분주된 주파수 간의 위상차의 조건을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a frequency synthesizer including a conventional automatic frequency correction device.
2 is a view for explaining the operation of the conventional frequency synthesizer according to the change of the output frequency.
3 to 4 are diagrams for explaining the designation of an output correction code according to a conventional output frequency change.
5 is a diagram illustrating an error in changing an output correction code according to an initial phase relationship.
6 is a block diagram of a frequency synthesizer including an automatic frequency correction device robust to an initial phase error according to the present invention.
7 is a diagram illustrating a condition of a phase difference between a reference frequency and a frequency-divided frequency for controlling the automatic frequency correction device according to the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing an embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 6은 본 발명에 따른 초기 위상오차에 강인한 자동 주파수 보정장치를 포함하는 주파수 합성기의 구성도이다. 6 is a block diagram of a frequency synthesizer including an automatic frequency correction device robust to an initial phase error according to the present invention.
도 6을 참조하면, 주파수 합성기는 위상루프회로(PLL), 자동주파수 보정회로(AFC), 주파수 위상판단부로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the frequency synthesizer may include a phase loop circuit (PLL), an automatic frequency correction circuit (AFC), and a frequency phase determination unit.
위상루프회로(PLL)는 수정발진기(110), 전압제어발진기(120), 분주기(130), 위상검출기 및 전하펌프(140), 저역통과여과기(150)를 포함할 수 있다. 위상루프회로(PLL)에 대한 구성은 앞서 설명한 구성으로 간략하게 기재하도록 한다.The phase loop circuit PLL may include a
수정발진기(110)는 기준주파수(fREF)를 생성하기 위한 구성으로, 안정적으로 저주파 대역의 주파수를 생성할 수 있다. 전압제어발진기(120)는 입력전압에 따라 출력주파수(fo)를 출력하며, 복수개의 동작 특성 커브가 배정된 출력 보정코드 중 어느 하나로 지정된다. 분주기(130)는 출력주파수(fo)에 대응되는 분주비로 분주하며, 일 예로 입력주파수가 5MHz이고, 출력주파수가 2455MHz인 경우 분주비 491를 갖는다. 위상검출기 및 전하펌프(140)는 분주기(130)에 의해 분주된 주파수와 수정발진기(110)에서 생성된 기준주파수(fREF)를 비교하며, 분주된 주파수(fDIV)와 기준주파수(fREF)의 차이에 해당되는 펄스값을 생성한다. 일 예로, 분주된 주파수(fDIV)의 주기(T)가 기준 주파수(fREF)의 주기(T)보다 작다면, 현재 입력전압보다 낮은 전압이 인가되도록 제어하며, 분주된 주파수(fDIV)의 주기(T)가 기준 주파수(fREF)의 주기(T)보다 크다면, 현재 입력전압보다 높은 전압이 인가되도록 제어한다. 저역통과여과기(150)는 생성된 펄스값에 따라 전압제어발진기(120)에 입력되는 입력전압을 가변한다. The
출력주파수(fo)를 고정중일 때는 전압제어발진기(120)와 저역통과여과기(150)과 연결되나, 출력주파수(fo)가 변경될 때에는 전압제어발진기(120)는 현재 출력 보정코드의 중간전원(VDD/2)과 연결된다. When the output frequency (f o ) is being fixed, the voltage-controlled
주파수 위상판단부는 출력 보정코드의 지정 오류를 방지하기 위해 기준주파수(fREF)와 분주된 주파수(fDIV) 간의 위상차가 기 설정된 조건을 만족할 시 자동주파수 보정회로를 제어한다. 주파수 위상판단부는 제1순차논리회로(211), 제2순차논리회로(212), 제1딜레이부(221), 제2딜레이부(222), 논리회로게이트(230), 또 다른 순차논리회로(240)를 포함할 수 있다. The frequency phase determination unit controls the automatic frequency correction circuit when the phase difference between the reference frequency (f REF ) and the frequency-divided frequency (f DIV ) satisfies a preset condition in order to prevent a designation error of the output correction code. The frequency phase determination unit includes a first sequential logic circuit 211 , a second sequential logic circuit 212 , a first delay unit 221 , a second delay unit 222 , a logic circuit gate 230 , and another sequential logic circuit. (240).
제1순차논리회로(211)는 기준주파수(fREF)의 상승클럭 엣지에서 high신호 ('로직 1')를 출력하며, 제2순차논리회로(212)는 현재 출력 보정코드의 중간전원(VDD/2)에 대응하는 주파수의 상승클럭 엣지에서 high 신호 ('로직 1')를 출력한다.The first sequential logic circuit 211 outputs a high signal ('logic 1') at the rising clock edge of the reference frequency f REF , and the second sequential logic circuit 212 is the intermediate power V of the current output correction code. A high signal ('logic 1') is output at the edge of the rising clock of the frequency corresponding to DD /2).
제1딜레이부(221)는 제1순차논리회로(211)에서 출력되는 high 신호 ('로직 1')가 기 설정된 시간동안 출력되도록 제어한 후, 제1순차논리회로(211)를 초기화시키며, 제2딜레이부(222)는 제2순차논리회로(212)에서 출력되는 high 신호 ('로직 1')가 기 설정된 시간동안 출력되도록 제어한 후, 제2순차논리회로(212)를 초기화시킨다. 일 예로, 제1딜레이부(221)와 제2딜레이부(222)에 설정된 시간이 15ns일 경우, 제1순차논리회로(211)는 기준주파수(fREF)의 상승클럭 엣지마다 15ns 시간 폭을 가지는 high 신호 ('로직 1')를 출력한 이후 초기화되며, 제2순차논리회로(212)는 분주된 주파수(fDIV)의 상승클럭 엣지마다 15ns 시간 폭을 가지는 high 신호 ('로직 1')를 출력한 이후 초기화된다. 제1딜레이부(221)와 제2딜레이부(222)에 설정되는 시간은 사용자에 의해 임의 설정 가능한 사항이다. The first delay unit 221 initializes the first sequential logic circuit 211 after controlling the high signal ('logic 1') output from the first sequential logic circuit 211 to be output for a preset time, The second delay unit 222 initializes the second sequential logic circuit 212 after controlling the high signal ('logic 1') output from the second sequential logic circuit 212 to be output for a preset time. For example, when the time set in the first delay unit 221 and the second delay unit 222 is 15 ns, the first sequential logic circuit 211 sets a time width of 15 ns for each rising clock edge of the reference frequency f REF . The branch is initialized after outputting a high signal ('logic 1'), and the second sequential logic circuit 212 is a high signal ('logic 1') having a time width of 15 ns for every rising clock edge of the divided frequency f DIV . It is initialized after outputting . The time set in the first delay unit 221 and the second delay unit 222 may be arbitrarily set by the user.
논리회로게이트(230)는 제1순차논리회로(211)와 제2순차논리회로(212)로부터 동시에 신호가 입력되면 high 신호 ('로직 1')를 출력한다. 논리회로게이트(230)는 두 개의 high 신호 ('로직 1')가 입력될 경우 hign 신호('로직 1')를 출력하는 AND gate로 구성되는 것이 바람직하다. The logic circuit gate 230 outputs a high signal ('logic 1') when signals are simultaneously input from the first sequential logic circuit 211 and the second sequential logic circuit 212 . The logic circuit gate 230 is preferably configured as an AND gate that outputs a hign signal ('logic 1') when two high signals ('logic 1') are input.
또 다른 순차논리회로(240)는 논리회로게이트(230)에서 high 신호 ('로직 1')가 출력되면 자동주파수 보정회로를 동작시킨다. 한편, 제1순차논리회로(211), 제2순차논리회로(212), 및 또 다른 순차논리회로(240)은 특정 신호가 입력될 때 hign 신호 ('로직 1')를 출력하기 위해 D-flipflop로 구성되는 것이 바람직하다. Another sequential logic circuit 240 operates the automatic frequency correction circuit when a high signal ('logic 1') is output from the logic circuit gate 230 . On the other hand, the first sequential logic circuit 211, the second sequential logic circuit 212, and another sequential logic circuit 240 are D- to output a hign signal ('logic 1') when a specific signal is input. It is preferably configured as a flipflop.
도 7은 본 발명에 따른 자동 주파수 보정장치를 제어하기 위한 기준주파수와 분주된 주파수 간의 위상차의 조건을 나타내는 도면이다. 이하의 설명을 통해 본 발명의 주파수 위상판단부의 구성이 보다 명확해 질 수 있다.7 is a diagram illustrating a condition of a phase difference between a reference frequency and a frequency-divided frequency for controlling the automatic frequency correction device according to the present invention. The configuration of the frequency phase determination unit of the present invention can be made clearer through the following description.
[자동주파수 보정회로를 활성화 시키는 경우][When activating the automatic frequency correction circuit]
도 7의 자동주파수 보정회로를 활성화 시키는 경우를 살펴보면, 제1순차논리회로(211)는 초기화 상태(0)이며, 기준주파수(fREF)의 상승클럭 엣지에서 high 신호 ('로직 1')를 생성한다. 여기서 제1순차논리회로(211)와 제2순차논리회로(212)의 출력시간은 15ns로 설정되었다.Looking at the case of activating the automatic frequency correction circuit of FIG. 7 , the first sequential logic circuit 211 is in an initialized state (0), and a high signal ('logic 1') is generated at the rising clock edge of the reference frequency f REF . create Here, the output time of the first sequential logic circuit 211 and the second sequential logic circuit 212 is set to 15 ns.
제2순차논리회로(221)도 초기화 상태(0)였으나, 제1순차논리회로(211)에서 신호가 출력된 지 9ns이후에 분주주파수(fDIV)의 상승클럭 엣지에서 hign 신호 ('로직 1')를 출력한다. 제1순차논리회로(211)에서 high 신호 ('로직 1')가 출력되는 중에 제2순차논리회로(212)에서 hign 신호 ('로직 1')가 출력됨에 따라 논리회로게이트(230)는 high 신호 ('로직 1')를 출력한다. The second sequential logic circuit 221 was also in the initialized state (0), but after 9 ns after the signal was output from the first sequential logic circuit 211, at the rising clock edge of the division frequency f DIV , the hign signal ('logic 1') ') is printed. As the hign signal ('logic 1') is output from the second sequential logic circuit 212 while the high signal ('logic 1') is output from the first sequential logic circuit 211, the logic circuit gate 230 is high Output a signal ('logic 1').
[자동주파수 보정회로를 활성화 시키지 않는 경우][When the automatic frequency correction circuit is not activated]
도 7의 자동주파수 보정회로를 활성화 시키지 않는 경우를 살펴보면, 제1순차논리회로(211)는 초기화 상태(0)이며, 기준주파수(fREF)의 상승클럭 엣지에서 high 신호 ('로직 1')를 생성한다. Looking at the case in which the automatic frequency correction circuit of FIG. 7 is not activated, the first sequential logic circuit 211 is in an initialization state (0), and a high signal ('logic 1') at the rising clock edge of the reference frequency f REF . create
한편, 제2순차논리회로(212)도 초기화 상태(0)였으나, 제1순차논리회로(211)에서 출력된 high 신호 ('로직 1')가 리셋 (Reset) 된 후 20ns 후에 분주주파수(fDIV)의 상승클럭 엣지에서 hign 신호 ('로직 1')를 출력한다. 제2순차논리회로(212)에서 hign 신호(1)가 출력되어도 제1순차논리회로(211)는 low 신호 ('로직 0')임에 따라 논리회로게이트(230)는 high 신호 ('로직 1')를 출력하지 않는다.On the other hand, the second sequential logic circuit 212 was also in the initialized state (0), but after 20 ns after the high signal ('logic 1') output from the first sequential logic circuit 211 is reset, the frequency division frequency f DIV ) outputs a hign signal ('logic 1') at the rising clock edge. Even when the
이와 같이, 본 발명은 제1순차논리회로(211)와 제2순차논리회로(212)로 입력되는 두 신호의 위상 차이가 임의로 설정한 시간 이내로 들어오는지를 파악한 후 이를 기반으로 자동주파수 보정회로를 활성화 내지 비활성화 시켜 기존의 위상오차관계에 의한 언락 (Unlock)등의 문제점들을 해결할 수 있다. As described above, the present invention determines whether the phase difference between the two signals input to the first sequential logic circuit 211 and the second sequential logic circuit 212 is within an arbitrarily set time, and then activates the automatic frequency correction circuit based on this. or deactivation to solve problems such as unlocking due to the existing phase error relationship.
한편, 본 발명의 주파수 위상판단부를 적용된 자동주파수 보정장치를 포함하는 주파수 합성기를 도 3의 예시에 적용시킨 결과는 아래와 같다. 여기서 도 3은 기준주파수(fREF)와 분주된 주파수(fDIV) 간의 주기는 2.47ns의 차이를 가지며, 주기 카운터 횟수 16은 39.52ns, 32는 79.04ns, 64는 158.08ns인 경우이다. On the other hand, the result of applying the frequency synthesizer including the automatic frequency correction device to which the frequency phase determination unit of the present invention is applied to the example of FIG. 3 is as follows. Here, in FIG. 3 , the period between the reference frequency (f REF ) and the frequency- divided frequency (f DIV ) has a difference of 2.47 ns, and the number of period counters 16 is 39.52 ns, 32 is 79.04 ns, and 64 is 158.08 ns.
도 7에서 자동주파수 보정장치 작동의 경우, 기준주파수(fREF)와 분주된 주파수(fDIV)의 초기 위상차이가 9ns인 경우로, 주기 카운터 횟수 16은 30.52ns(39.52-9), 32는 70.04ns(79.04-9), 64는 149.08ns(158.08-9)로 주기 카운터 횟수 16, 32는 127.5ns내에 시간차를 가지나, 64는 127.5ns의 시간차를 벗어나는 것을 확인할 수 있다. 따라서 초기 위상차이가 없는 경우와 동일하게 작동된다.In the case of the automatic frequency correction device operation in FIG. 7 , the initial phase difference between the reference frequency (f REF ) and the frequency-divided frequency (f DIV ) is 9 ns, the number of cycle counters 16 is 30.52 ns (39.52-9), and 32 is 70.04ns (79.04-9) and 64 are 149.08ns (158.08-9), and it can be seen that the number of cycle counters 16 and 32 has a time difference within 127.5ns, but 64 is outside the time difference of 127.5ns. Therefore, it operates in the same way as when there is no initial phase difference.
반면, 자동주파수 보정장치 미작동의 경우, 기준주파수(fREF)와 분주된 주파수(fDIV)의 초기 위상차이가 35ns인 경우로, 주기 카운터 횟수 16은 4.52ns(39.52-35), 32는 43.04ns(79.04-35), 64는 123.08ns(158.08-35)로 주기 카운터 횟수 16, 32, 64는 모두 127.5ns 내의 시간차를 갖게 된다. 즉, 앞서 설명한 도 5와 동일한 오류가 발생되며, 본 발명은 위와 같은 오류를 방지하기 위해 자동주파수 보정장치를 미 작동시킨다.On the other hand, in the case of not operating the automatic frequency correction device, the initial phase difference between the reference frequency (f REF ) and the frequency-divided frequency (f DIV ) is 35 ns. 43.04ns (79.04-35), 64 is 123.08ns (158.08-35), and the number of cycle counters 16, 32, and 64 all have a time difference within 127.5ns. That is, the same error as that of FIG. 5 described above occurs, and the present invention does not operate the automatic frequency correction device to prevent the above error.
다시 도 6을 살펴보면, 자동주파수 보정회로(AFC)는 카운터(310), 비교기(320), 상태머신(330)을 포함할 수 있다. 자동 주파수 보정회로에 대한 구성은 앞서 설명한 구성으로 간략하게 기재하도록 한다.Referring back to FIG. 6 , the automatic frequency correction circuit (AFC) may include a
카운터(310)는 또 다른 순차논리회로(240)로부터 제어신호가 수신되면, 현재 출력 보정코드의 중간전원에 대한 주파수를 변경하고자 하는 주파수에 대응되는 분주비로 분주된 주파수와 기준주파수를 카운팅한다. 비교기(320)는 분주된 주파수의 주기와 기준주파수의 주기의 시간차가 기 설정된 시간차를 만족하는지 여부를 판단하여 출력 보정코드의 변경신호를 생성한다. 상태머신(330)는 변경신호에 대응하는 디지털 신호를 전압제어발진기(120)로 전송한다. When the control signal is received from another sequential logic circuit 240, the
110 : 수정발진기
120 : 전압제어발진기
130 : 분주기
140 : 위상검출기 및 전하펌프
150 : 저역통과여과기
211 : 제1순차논리회로
212 : 제2순차논리회로
221 : 제1딜레이부
222 : 제2딜레이부
230 : 논리회로게이트
240 : 또 다른 순차논리회로
310 : 카운터
320 :
비교기
330 : 상태머신110: crystal oscillator 120: voltage controlled oscillator
130: divider 140: phase detector and charge pump
150: low-pass filter 211: first sequential logic circuit
212: second sequential logic circuit 221: first delay unit
222: second delay unit 230: logic circuit gate
240: another sequential logic circuit 310: counter
320: comparator 330: state machine
Claims (4)
상기 기준주파수와 상기 분주된 주파수를 카운팅하여 주파수의 합성범위가 각각 지정된 출력 보정코드 중 어느 하나로 지정하는 자동주파수 보정회로; 및
상기 출력 보정코드의 지정 오류를 방지하기 위해 기준주파수와 상기 분주된 주파수 간의 초기 위상차가 기 설정된 조건을 만족할 시 상기 자동주파수 보정회로를 활성화시키는 주파수 위상판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 위상오차에 강인한 자동 주파수 보정장치를 포함하는 주파수 합성기.
a phase loop circuit that prevents an output frequency generated according to an input voltage from being changed by an external environment and changes the output frequency by comparing a frequency divided by a division ratio corresponding to a reference frequency and an output frequency to be set;
an automatic frequency correction circuit for counting the reference frequency and the frequency-divided frequency and designating one of the output correction codes in which a frequency synthesis range is specified; and
In order to prevent a designation error of the output correction code, when the initial phase difference between the reference frequency and the divided frequency satisfies a preset condition, it comprises a frequency phase determination unit for activating the automatic frequency correction circuit. Frequency synthesizer with robust automatic frequency compensator.
상기 기준주파수의 상승클럭 엣지에서 상승신호가 출력되는 제1순차논리회로;
상기 설정하고자 하는 출력주파수에 대응되는 분주비로 분주된 주파수의 상승클럭 엣지에서 상승신호가 출력되는 제2순차논리회로;
상기 제1순차논리회로에서 출력되는 상승신호가 기 설정된 시간동안 출력되도록 제어한 후, 상기 제1순차논리회로를 초기화시키는 제1딜레이부;
상기 제2순차논리회로에서 출력되는 상승신호가 기 설정된 시간동안 출력되도록 제어한 후, 상기 제2순차논리회로를 초기화시키는 제2딜레이부;
상기 제1순차논리회로와 상기 제2순차논리회로로부터 동시에 상승신호가 입력되면 또 다른 상승신호를 출력하는 논리회로게이트; 및
상기 논리회로게이트에서 또 다른 상승신호가 출력되면 상기 자동주파수 보정회로를 동작시키기 위한 제어신호를 생성하는 또 다른 순차논리회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 위상오차에 강인한 자동 주파수 보정장치를 포함하는 주파수 합성기.
The method of claim 1, wherein the frequency phase determination unit
a first sequential logic circuit outputting a rising signal at a rising clock edge of the reference frequency;
a second sequential logic circuit outputting a rising signal at a rising clock edge of a frequency divided by a division ratio corresponding to the output frequency to be set;
a first delay unit configured to initialize the first sequential logic circuit after controlling the rising signal output from the first sequential logic circuit to be output for a preset time;
a second delay unit configured to initialize the second sequential logic circuit after controlling the rising signal output from the second sequential logic circuit to be output for a preset time;
a logic circuit gate for outputting another rising signal when a rising signal is simultaneously input from the first sequential logic circuit and the second sequential logic circuit; and
When another rising signal is output from the logic circuit gate, it includes an automatic frequency correction device robust to initial phase error, characterized in that it includes another sequential logic circuit that generates a control signal for operating the automatic frequency correction circuit. frequency synthesizer.
상기 또 다른 순차논리회로로부터 상기 제어신호가 수신되면, 상기 기준주파수와 상기 설정하고자 하는 출력주파수에 대응되는 분주비로 분주된 주파수를 카운팅하는 카운터;
상기 분주된 주파수 주기와 상기 기준주파수의 주기의 시간차가 기 설정된 시간차를 만족하는지 여부를 판단하여 상기 출력 보정코드의 변경신호를 생성하는 비교기; 및
상기 변경신호에 대응하는 디지털 신호를 상기 전압제어발진기로 전송하는 상태머신;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 위상오차에 강인한 자동 주파수 보정장치를 포함하는 주파수 합성기.
The method of claim 2, wherein the automatic frequency correction circuit
a counter for counting a frequency divided by a division ratio corresponding to the reference frequency and the output frequency to be set when the control signal is received from the another sequential logic circuit;
a comparator for generating a change signal of the output correction code by determining whether a time difference between the divided frequency period and the period of the reference frequency satisfies a preset time difference; and
and a state machine for transmitting a digital signal corresponding to the change signal to the voltage-controlled oscillator.
상기 기준주파수를 생성하기 위한 수정발진기;
상기 입력전압에 따라 상기 출력주파수를 출력하는 전압제어발진기;
상기 출력주파수에 대응되는 분주비로 분주하는 분주기;
상기 분주기에 의해 분주된 주파수와 상기 수정발진기에서 생성된 기준주파수를 비교하며, 상기 분주된 주파수와 상기 기준주파수의 차이에 해당되는 펄스값을 생성하는 위상검출기 및 전하펌프; 및
상기 생성된 펄스값에 따라 상기 전압제어발진기에 입력되는 입력전압을 가변하는 저역통과여과기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 위상오차에 강인한 자동 주파수 보정장치를 포함하는 주파수 합성기.
The method of claim 1, wherein the phase loop circuit
a crystal oscillator for generating the reference frequency;
a voltage-controlled oscillator for outputting the output frequency according to the input voltage;
a divider for dividing by a division ratio corresponding to the output frequency;
a phase detector and a charge pump for comparing the frequency divided by the divider with the reference frequency generated by the crystal oscillator and generating a pulse value corresponding to the difference between the divided frequency and the reference frequency; and
A frequency synthesizer comprising an automatic frequency correction device robust to an initial phase error, characterized in that it includes a low-pass filter that varies an input voltage input to the voltage-controlled oscillator according to the generated pulse value.
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Publication number | Publication date |
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KR102376497B1 (en) | 2022-03-18 |
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