KR20230055101A - Phase locked loop and operation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 위상 고정 루프 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 오버샘플링 위상 검출기를 내장하는 프랙셔널 위상 고정 루프에 관한 것이다.The present disclosure relates to a phase-locked loop and an operating method thereof, and more particularly, to a fractional phase-locked loop incorporating an oversampling phase detector.
최근 멀티밴드 이동통신용 RF(radio frequency) 주파수 합성기를 구현하는 데 있어서 전하 펌프(charge pump) 위상 고정 루프(phase locked loop; PLL)가 주로 이용되고 있다. 그러나, 전하 펌프 위상 고정 루프에는 아날로그 회로 설계기술이 집적되어 있고, 아날로그 회로 및 아날로그 신호 특성으로 인하여 표준 디지털 CMOS 공정에서 제공하는 설계 라이브러리 외에 별도의 추가적인 아날로그 RF 라이브러리가 요구된다. Recently, a charge pump phase locked loop (PLL) is mainly used to implement a radio frequency (RF) frequency synthesizer for multi-band mobile communication. However, analog circuit design technology is integrated in the charge pump phase-locked loop, and an additional analog RF library is required in addition to the design library provided by the standard digital CMOS process due to analog circuit and analog signal characteristics.
전하 펌프 위상 고정 루프는 디지털 CMOS 공정을 사용하는 디지털 베이스밴드 신호처리 블록과 함께 집적하는데 어려움이 있어서, 최근 디지털 RF PLL 이 연구 및 개발되었으나, 디지털 양자화 노이즈로 인해 인밴드 노이즈와 프랙셔널 스퍼를 줄이는 데 한계가 있었다.Charge-pump phase-locked loops are difficult to integrate with digital baseband signal processing blocks that use digital CMOS processes. Recently, digital RF PLLs have been researched and developed, but they reduce in-band noise and fractional spurs due to digital quantization noise. there was a limit to
PLL 주파수 합성기의 노이즈는 유, 무선통신의 품질에 직접적인 영향을 주기 때문에, 이를 개선하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 최근에는 PLL 인밴드 노이즈(in-band noise)를 줄이려는 시도로, 인젝션 락킹(injection-locking) PLL이나 서브샘플링(subsampling) PLL에 대한 연구 결과도 많이 나오고 있다. 특히, 오버샘플링 방식을 사용하여 전하펌프 PLL의 인밴드 노이즈를 개선하는 방법이 제안되고 있다.Since the noise of the PLL frequency synthesizer directly affects the quality of wired and wireless communication, research to improve it is being actively conducted. Recently, in an attempt to reduce PLL in-band noise, many research results on an injection-locking PLL or a subsampling PLL have been published. In particular, a method of improving in-band noise of a charge pump PLL by using an oversampling method has been proposed.
본 개시는 전하 펌프 노이즈를 제거하여 위상 고정 루프 인밴드 노이즈를 줄이기 위한 오버샘플링 위상 검출기를 내장하는 프랙셔널 위상 고정 루프 및 그 동작 방법을 제공한다.The present disclosure provides a fractional phase-locked loop with a built-in oversampling phase detector for reducing phase-locked loop in-band noise by removing charge pump noise and an operating method thereof.
본 개시의 실시 예에 따른 위상 고정 루프는 출력 클록 신호를 생성하는 전압 제어 오실레이터, 상기 출력 클록 신호를 분주하여 분주 클록 신호를 생성하는 분주기, 기준 클록 신호 및 상기 분주 클록 신호 사이의 제 1 위상 차이를 검출하고, 상기 제 1 위상 차이에 대응하는 제 1 에러 신호를 출력하는 위상-주파수 에러 검출기, 상기 기준 클록 신호의 위상을 지연시켜 지연 클록 신호를 생성하는 디지털 시간 변환기, 상기 출력 클록 신호 및 상기 지연 클록 신호 사이의 제 2 위상 차이를 검출하기 위해, 상기 지연 클록 신호를 상기 출력 클록 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지에서 샘플링하여 에러 지시 신호를 생성하는 오버샘플링 위상 검출기, 및 상기 제 2 위상 차이에 대응하는 제 2 에러 신호를 출력하는 전압-전류 변환기를 포함한다.A phase-locked loop according to an embodiment of the present disclosure includes a voltage controlled oscillator for generating an output clock signal, a divider for generating a divided clock signal by dividing the output clock signal, and a first phase between a reference clock signal and the divided clock signal. A phase-frequency error detector detecting a difference and outputting a first error signal corresponding to the first phase difference, a digital time converter generating a delayed clock signal by delaying the phase of the reference clock signal, the output clock signal, and an oversampling phase detector configured to generate an error indication signal by sampling the delayed clock signal at a rising edge or a falling edge of the output clock signal to detect a second phase difference between the delayed clock signals, and the second phase difference and a voltage-to-current converter outputting a second error signal corresponding to .
본 개시의 실시 예에 따른 위상 고정 루프의 동작 방법은 출력 클록 신호를 분주하여 분주 클록 신호를 생성하는 단계, 기준 클록 신호 및 상기 분주 클록 신호 사이의 제 1 위상 차이를 검출하고, 상기 제 1 위상 차이에 대응하는 제 1 에러 신호를 출력하는 단계, 상기 기준 클록 신호의 위상을 지연시켜 지연 클록 신호를 생성하는 단계, 상기 출력 클록 신호 및 상기 지연 클록 신호 사이의 제 2 위상 차이를 검출하기 위해, 상기 지연 클록 신호를 상기 출력 클록 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지에서 샘플링하여 에러 지시 신호를 생성하는 단계, 및 상기 제 2 위상 차이에 대응하는 제 2 에러 신호를 출력하는 단계를 포함한다.A method of operating a phase-locked loop according to an embodiment of the present disclosure includes generating a divided clock signal by dividing an output clock signal, detecting a first phase difference between a reference clock signal and the divided clock signal, and determining the first phase outputting a first error signal corresponding to the difference, generating a delayed clock signal by delaying the phase of the reference clock signal, detecting a second phase difference between the output clock signal and the delayed clock signal, Generating an error indication signal by sampling the delayed clock signal at a rising edge or a falling edge of the output clock signal, and outputting a second error signal corresponding to the second phase difference.
본 개시의 실시 예에 따르면, 위상 고정 루프의 전력 소모량, 복잡도, 및 면적을 줄일 수 있고, 위상 잡음을 줄일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, power consumption, complexity, and area of a phase locked loop may be reduced, and phase noise may be reduced.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 위상 고정 루프의 구성을 나타낸다.
도 2a는 도 1의 위상-주파수 에러 검출기에서 출력되는 제 1 에러 신호의 출력 특성의 예를 나타낸다.
도 2b는 도 1의 전압-전류 변환기에서 출력되는 제 2 에러 신호의 출력 특성의 예를 나타낸다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 위상 고정 루프의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 위상 고정 루프의 오버 샘플링 위상 검출기를 동작시키지 않았을 때(즉, 턴-오프시켰을 때) 시뮬레이션한 VCO 클럭의 위상잡음을 나타낸다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 위상 고정 루프의 오버 샘플링 위상 검출기를 동작시켰을 때(즉, 턴-온시켰을 때) 시뮬레이션한 VCO 클럭의 위상잡음을 나타낸다.1 shows a configuration of a phase locked loop according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 2A shows an example of output characteristics of a first error signal output from the phase-frequency error detector of FIG. 1 .
FIG. 2B shows an example of output characteristics of a second error signal output from the voltage-to-current converter of FIG. 1 .
3 is a flowchart illustrating a method of operating a phase locked loop according to an embodiment of the present disclosure.
4 illustrates phase noise of a simulated VCO clock when an oversampling phase detector of a phase locked loop is not operated (ie, turned off) according to an embodiment of the present disclosure.
5 illustrates phase noise of a simulated VCO clock when an oversampling phase detector of a phase locked loop is operated (ie, turned on) according to an embodiment of the present disclosure.
아래에서는, 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 개시의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.In the following, embodiments of the present disclosure will be described clearly and in detail so that those skilled in the art can easily practice the present disclosure.
상세한 설명에서 사용되는 부 또는 유닛(unit), 모듈(module), 블록(block), ~기(~or, ~er) 등의 용어들을 참조하여 설명되는 구성 요소들 및 도면에 도시된 기능 블록들은 소프트웨어, 또는 하드웨어, 또는 그것들의 조합의 형태로 구현될 수 있다. 예시적으로, 소프트웨어는 기계 코드, 펌웨어, 임베디드 코드, 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 예를 들어, 하드웨어는 전기 회로, 전자 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어들, 압력 센서, 관성 센서, 멤즈 (microelectromechanical system; MEMS), 수동 소자, 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다.Components described with reference to terms such as unit, unit, module, block, ~or, ~er, etc. used in the detailed description and functional blocks shown in the drawings are It may be implemented in the form of software, hardware, or a combination thereof. Illustratively, the software may be machine code, firmware, embedded code, and application software. For example, the hardware may include an electrical circuit, an electronic circuit, a processor, a computer, an integrated circuit, integrated circuit cores, a pressure sensor, an inertial sensor, a microelectromechanical system (MEMS), a passive component, or a combination thereof. .
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 위상 고정 루프(100)의 구성을 나타낸다. 위상 고정 루프(100)는 변조기(110), 분주기(120), 위상-주파수 에러 검출기(130), 디지털 시간 변환기(140), 오버샘플링 위상 검출기(150), 전압-전류 변환기(160), 합산기(170), 필터(180), 및 전압 제어 오실레이터(VCO)(190)를 포함할 수 있다.1 shows a configuration of a phase locked
위상 고정 루프(100)는 기준 클록 발생기(10)로부터 생성된 기준 클록 신호(CLK_REF)에 대응하여 출력 클록 신호(CLK_OUT)의 주파수를 일정하게 고정할 수 있다. 예를 들어, 위상 고정 루프(100)는 출력 클록 신호(CLK_OUT)와 기준 클록 신호(CLK_REF)의 위상 차이를 보상하여 출력 클록 신호(CLK_OUT)의 주파수를 일정하게 고정할 수 있다.The phase locked
변조기(110)는 주파수 설정 워드(frequency command word; FCW)를 누산할 수 있고, 누산한 값을 분주기(120) 및 디지털 시간 변환기(140)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 변조기(110)는 시그마-델타 변조기일 수 있으나 본 개시는 이에 한정되지 않는다.The
분주기(120)는 변조기(110)가 출력하는 주파수 설정 워드(FCW)의 누산 값에 기반하여, VCO(190)로부터 수신한 출력 클록 신호(CLK_OUT)를 분주함으로써 분주 클록 신호(CLK_DIV)를 생성할 수 있다. 구체적으로, 분주기(120)는 기준 클록 신호(CLK_REF)를 정밀하기 제어하기 위해 출력 클록 신호(CLK_OUT)를 1 또는 1보다 큰 정수인 N으로 나누어 분주 클록 신호(CLK_DIV)로서 출력할 수 있다. 예를 들어, 분주 클록 신호(CLK_DIV)는 기준 클록 신호(CLK_REF)와 상이한 주파수를 갖도록 생성될 수 있다. 분주기(120)는 분주 클록 신호(CLK_DIV)를 위상-주파수 에러 검출기(130)로 전송할 수 있다.The
위상-주파수 에러 검출기(130)는 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 분주 클록 신호(CLK_DIV)의 주파수 차이 또는 위상 차이를 검출할 수 있고, 검출된 주파수 차이 또는 위상 차이에 대응하는 제 1 에러 신호(E1)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 1 에러 신호(E1)는 위상 차이에 따라 변화하는 전류 신호일 수 있다. 제 1 에러 신호(E1)의 출력 특성의 예는 도 2a를 통해 설명된다.The phase-
디지털 시간 변환기(140)는 변조기(110)가 출력하는 주파수 설정 워드(FCW)의 누산 값에 기반하여, 기준 클록 신호(CLK_REF)의 위상을 지연시켜 지연 클록 신호(CLK_DTC)를 생성할 수 있고, 오버샘플링 위상 검출기(150)로 전송할 수 있다.The
오버샘플링 위상 검출기(150)는 지연 클록 신호(CLK_DTC) 및 출력 클록 신호(CLK_OUT)를 입력 받을 수 있고, 출력 클록 신호(CLK_OUT)의 상승 엣지 또는 하강 엣지에서 지연 클록 신호(CLK_DTC)를 샘플링하여 에러 지시 신호(Ve)를 생성할 수 있다.The
오버샘플링 위상 검출기(150)는 출력 클록 신호(CLK_OUT) 및 지연 클록 신호(CLK_DTC) 사이의 미세(fractional) 위상 차이를 검출할 수 있고, 위상 차이에 대응하는 에러 지시 신호(Ve)는 업 신호(UP) 및 다운 신호(DN)에 해당할 수 있다. 예를 들어, 출력 클록 신호(CLK_OUT)의 위상이 지연 클록 신호(CLK_DTC)의 위상보다 앞선 경우, 오버샘플링 위상 검출기(150)는 로직 로우인 업 신호(UP)와 로직 하이인 다운 신호(DN)를 출력할 수 있다. 반대로, 출력 클록 신호(CLK_OUT)의 위상이 지연 클록 신호(CLK_DTC)의 위상보다 뒤쳐진 경우, 오버샘플링 위상 검출기(150)는 로직 하이인 업 신호(UP)와 로직 로우인 다운 신호(DN)를 출력할 수 있다.The
또한, 오버샘플링 위상 검출기(150)는 지연 클럭 신호(CLK_DTC) 와 출력 클럭 신호(CLK_OUT)의 각 위상 중 어느 것이 앞서고 또는 뒤쳐지고 있는지를 나타내는 얼리 신호(EARLY) 및 레이트 신호(LATE)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 지연 클럭 신호(CLK_DTC)가 출력 클록 신호(CLK_OUT) 앞서는 동안 오버샘플링 위상 검출기(150)는 로직 하이인 얼리 신호(EARLY)와 로직 로우인 레이트 신호(LATE)를 출력할 수 있고, 이는 출력 클록 신호(CLK_OUT)가 기준 클럭 신호(CLK_REF)를 앞서게 될 때까지 지속될 수 있다.In addition, the
출력 클록 신호(CLK_OUT)가 지연 클럭 신호(CLK_DTC)를 앞서게 되면, 오버샘플링 위상 검출기(150)는 로직 로우인 얼리 신호(EARLY)와 로직 하이인 레이트 신호(LATE)를 출력할 수 있다. 오버샘플링 위상 검출기(150)는 에러 지시 신호(Ve), 얼리 신호(EARLY), 및 레이트 신호(LATE)를 전압-전류 변환기(160)로 전송할 수 있다.When the output clock signal CLK_OUT precedes the delayed clock signal CLK_DTC, the
전압-전류 변환기(160)는 에러 지시 신호(Ve), 얼리 신호(EARLY) 및 레이트 신호(LATE)에 기반하여, 업 신호(UP) 및 다운 신호(DN)에 대응하는 제 2 에러 신호(E2)를 출력할 수 있다. 업 신호(UP) 및 다운 신호(DN)는 지연 클록 신호(CLK_DTC) 및 출력 클록 신호(CLK_OUT) 사이의 미세 위상 차이에 대응하므로, 제 2 에러 신호(E2)는 위상 차이를 나타내는 신호일 수 있다. 예를 들어, 제 2 에러 신호(E2)는 위상 차이에 따라 변화하는 전류 신호일 수 있다. 제 2 에러 신호(E2)의 출력 특성의 예는 도 2b를 통해 설명된다.The voltage-to-
합산기(170)는 위상-주파수 에러 검출기(130)로부터 출력되는 제 1 에러 신호(E1)와, 전압-전류 변환기(160)로부터 출력되는 제 2 에러 신호(E2)를 더하여 필터(180)로 전송할 수 있다.The
필터(180)는 합산기(170)로부터 출력된 제 1 에러 신호(E1)와 제 2 에러 신호(E2)의 합을 제어 전압(VC)으로 변환시킬 수 있고, 전압 제어 오실레이터(190)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 필터(180)는 제 1 에러 신호(E1)와 제 2 에러 신호(E2)의 합으로부터 고주파 성분을 제거하는 저역 통과 필터로서 동작할 수 있다. 예를 들어, 필터(180)는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 저항으로 구성될 수 있다. 그러나, 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 필터(180)는 제 1 에러 신호(E1)와 제 2 에러 신호(E2)의 합으로부터 특정 주파수 성분을 제거하기 위한 다양한 구성으로 구현될 수 있다.The
전압 제어 오실레이터(190)는 제어 전압(VC)을 입력 받아 출력 클록 신호(CLK_OUT)을 생성할 수 있고, 분주기(120) 및 오버샘플링 위상 검출기(150)로 출력할 수 있다. 출력 클록 신호(CLK_OUT)의 주파수 및 위상은 위상 고정 루프(100)가 설치된 시스템의 특성에 따라 달라질 수 있다.The voltage controlled
도 2a는 도 1의 위상-주파수 에러 검출기(130)에서 출력되는 제 1 에러 신호(E1)의 출력 특성의 예를 나타낸다. 도 2a의 가로축은 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 분주 클록 신호(CLK_DIV) 사이의 위상 차이(Φ1)를 나타내고, 세로축은 제 1 에러 신호(E1)의 전류(I)의 크기를 나타낸다. 이하 도 2a와 함께, 도 1을 참조하여 설명한다.FIG. 2A shows an example of output characteristics of the first error signal E1 output from the phase-
제 1 에러 신호(E1)는 위상-주파수 에러 검출기(130)로부터 검출된 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 분주 클록 신호(CLK_DIV) 사이의 위상 차이(Φ1)에 대응하는 신호일 수 있다. 위상-주파수 에러 검출기(130)는 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 분주 클록 신호(CLK_DIV)의 위상 차이(Φ1)에 따른 전류(I)를 제 1 에러 신호(E1)로서 출력할 수 있다. 전류(I)의 크기는 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 분주 클록 신호(CLK_DIV)의 위상 차이(Φ1)에 비례할 수 있다.The first error signal E1 may be a signal corresponding to a phase difference Φ1 between the reference clock signal CLK_REF and the divided clock signal CLK_DIV detected by the phase-
도 2a에 나타난 바와 같이, 위상 차이(Φ1)와 전류(I)가 이루는 직선의 기울기는 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 분주 클록 신호(CLK_DIV)의 위상 차이(Φ1)가 제 1 범위(-p1<Φ1<p1)일 때 보다 제 2 범위(p1<Φ1<p2, -p2<Φ1<-p1)일 때 더 클 수 있다.As shown in FIG. 2A, the slope of the straight line formed by the phase difference Φ1 and the current I is within the first range (-p1< It may be larger when the second range (p1<Φ1<p2, -p2<Φ1<-p1) than when Φ1<p1).
위상 차이(Φ1)와 전류(I)가 이루는 직선의 기울기는 위상 차이(Φ1)에 따라 출력되는 전류(I)의 크기 변화를 나타낼 수 있으며, 직선의 기울기가 클수록 위상 차이(Φ1)의 변화를 더 잘 검출한다는 것을 의미할 수 있다. 다시 말해, 위상-주파수 에러 검출기(130)는 위상 차이(Φ1)가 제 1 범위(-p1<Φ1<p1)일 때 보다 제 2 범위(p1<Φ1<p2, -p2<Φ1<-p1)일 때 위상 차이(Φ1)의 변화를 더 잘 검출할 수 있다.The slope of the straight line formed by the phase difference (Φ1) and the current (I) can represent the change in the size of the output current (I) according to the phase difference (Φ1), and the larger the slope of the straight line, the more the change in the phase difference (Φ1). It could mean better detection. In other words, the phase-
도 2b는 도 1의 전압-전류 변환기(160)에서 출력되는 제 2 에러 신호(E2)의 출력 특성의 예를 나타낸다. 도 2b의 가로축은 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 출력 클록 신호(CLK_OUT)의 위상 차이(Φ2)를 나타내고, 세로축은 제 2 에러 신호(E2)의 전류(I)의 크기를 나타낸다. 이하 도 2b와 함께, 도 1을 참조하여 설명한다.FIG. 2B shows an example of output characteristics of the second error signal E2 output from the voltage-to-
제 2 에러 신호(E2)는 오버샘플링 위상 검출기(150)로부터 검출된 지연 클록 신호(CLK_DTC) 및 출력 클록 신호(CLK_OUT) 사이의 위상 차이(Φ2)에 대응하는 신호일 수 있다. 오버샘플링 위상 검출기(150)는 지연 클록 신호(CLK_DTC) 및 출력 클록 신호(CLK_OUT)의 위상 차이(Φ2)에 따른 전류(I)를 제 2 에러 신호(E2)로서 출력할 수 있다. 전류(I)의 크기는 지연 클럭 신호(CLK_DTC) 및 출력 클록 신호(CLK_OUT)의 위상 차이(Φ2)에 비례할 수 있다.The second error signal E2 may be a signal corresponding to a phase difference Φ2 between the delayed clock signal CLK_DTC and the output clock signal CLK_OUT detected by the
도 2a를 참조하여 설명한 바와 유사하게, 위상 차이(Φ2)와 전류(I)가 이루는 직선의 기울기는 지연 클록 신호(CLK_DTC) 및 출력 클록 신호(CLK_OUT)의 위상 차이(Φ2)가 제 2 범위(p1<Φ2<p2, -p2<Φ2<-p1)일 때보다 제 1 범위(-p1<Φ2<p1)일 때 더 클 수 있다.Similar to the description with reference to FIG. 2A, the slope of the straight line formed by the phase difference Φ2 and the current I is within the second range ( It may be larger when the first range (-p1<Φ2<p1) than when p1<Φ2<p2, -p2<Φ2<-p1).
위상 차이(Φ2)와 전류(I)가 이루는 직선의 기울기는 위상 차이(Φ2)에 따라 출력되는 전류(I)의 크기 변화를 나타낼 수 있으며, 직선의 기울기가 클수록 위상 차이(Φ2)의 변화를 더 잘 검출한다는 것을 의미할 수 있다. 다시 말해, 오버샘플링 위상 검출기(150)는 위상 차이(Φ2)가 제 2 범위(p1<Φ2<p2, -p2<Φ2<-p1)일 때보다 제 1 범위(-p1<Φ2<p1)일 때 위상 차이(Φ2)의 변화를 더 잘 검출할 수 있다.The slope of the straight line formed by the phase difference (Φ2) and the current (I) can represent the change in the size of the output current (I) according to the phase difference (Φ2), and the larger the slope of the straight line, the more the change in the phase difference (Φ2). It could mean better detection. In other words, the
도 2a 및 도 2b를 함께 참조하여 설명하면, 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 분주 클록 신호(CLK_DIV) 사이의 위상 차이(Φ2)와, 출력 클록 신호(CLK_OUT) 및 지연 클록 신호(CLK_DTC) 사이의 위상 차이(Φ2)는 모두 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 출력 클록 신호(CLK_OUT) 사이의 위상 차이를 나타낼 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, 위상 차이(Φ1) 및 위상 차이(Φ2)는 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 출력 클록 신호(CLK_OUT) 사이의 위상 차이(Φ)를 나타낸다고 가정한다.Referring to FIGS. 2A and 2B together, the phase difference Φ2 between the reference clock signal CLK_REF and the frequency division clock signal CLK_DIV and the phase between the output clock signal CLK_OUT and the delay clock signal CLK_DTC Both the difference Φ2 may indicate a phase difference between the reference clock signal CLK_REF and the output clock signal CLK_OUT. For convenience of explanation below, it is assumed that the phase difference Φ1 and the phase difference Φ2 represent the phase difference Φ between the reference clock signal CLK_REF and the output clock signal CLK_OUT.
위상 차이(Φ)가 제 1 범위(-p1<Φ<p1)일 때는 오버샘플링 위상 검출기(150)가 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 출력 클록 신호(CLK_OUT) 사이의 위상 차이(Φ) 변화를 더 잘 검출할 수 있고, 상대적으로 위상-주파수 에러 검출기(130)가 위상 차이(Φ) 변화 검출에 미치는 영향(즉, 위상 고정에 미치는 영향)은 줄어들 수 있다.When the phase difference Φ is in the first range (-p1<Φ<p1), the
반면, 위상 차이(Φ)가 제 2 범위(p1<Φ<p2, -p2<Φ<-p1)일 때는 위상-주파수 에러 검출기(130)가 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 출력 클록 신호(CLK_OUT) 사이의 위상 차이(Φ) 변화를 더 잘 검출할 수 있고, 상대적으로 오버샘플링 위상 검출기(150)가 위상 차이(Φ) 변화 검출에 미치는 영향(즉, 위상 고정에 미치는 영향)은 줄어들 수 있다.On the other hand, when the phase difference Φ is in the second range (p1<Φ<p2, -p2<Φ<-p1), the phase-
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 위상 고정 루프(100)의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다. 이하 도 3과 함께, 도 1을 참조하여 설명한다.3 is a flowchart illustrating an operating method of the phase locked
단계 S110에서 위상-주파수 에러 검출기(130)는 기준 클록 신호(CLK_REF) 및 분주 클록 신호(CLK_DIV)의 주파수 차이 또는 위상 차이를 검출하여 제 1 에러 신호(E1)를 출력할 수 있다. 분주 클록 신호(CLK_DIV)는 기준 클록 신호(CLK_REF)를 정밀하기 제어하기 위해 분주기(120)에서 출력 클록 신호(CLK_OUT)를 1 또는 1보다 큰 정수인 N으로 나누어 출력하는 신호일 수 있다. 예를 들어, 분주 클록 신호(CLK_DIV)는 기준 클록 신호(CLK_REF)와 상이한 주파수를 갖도록 생성될 수 있다.In step S110, the phase-
단계 S120에서 디지털 시간 변환기(140)는 변조기(110)로부터 출력되는 주파수 설정 워드(FCW)의 누산 값에 기반하여, 기준 클록 신호(CLK_REF)의 위상을 지연시킨 지연 클록 신호(CLK_DTC)를 생성할 수 있다.In step S120, the
단계 S130에서 오버샘플링 위상 검출기(150)는 출력 클록 신호(CLK_OUT)의 상승 엣지 또는 하강 엣지에서 지연 클록 신호(CLK_DTC)를 샘플링하여 에러 지시 신호(Ve)를 생성할 수 있다. 단계 S140에서 오버샘플링 위상 검출기(150)는 출력 클록 신호(CLK_OUT) 및 지연 클록 신호(CLK_DTC) 사이의 미세 위상 차이에 따라, 에러 지시 신호(Ve), 얼리 신호(EARLY), 및 레이트 신호(LATE)를 출력할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 에러 지시 신호(Ve)는 업 신호(UP) 및 다운 신호(DN)에 해당할 수 있고, 얼리 신호(EARLY) 및 레이트 신호(LATE)는 기준 클럭 신호(CLK_REF)와 출력 클럭 신호(CLK_OUT) 중 어느 것이 앞서고 있는지를 나타내는 펄스 신호일 수 있다.In step S130 , the
단계 S150에서 전압-전류 변환기(160)는 에러 지시 신호(Ve), 얼리 신호(EARLY), 및 레이트 신호(LATE)에 기반하여, 업 신호(UP) 및 다운 신호(DN)에 대응하는 제 2 에러 신호(E2)를 출력할 수 있다. 단계 S160에서 필터(180)는 제 1 에러 신호(E1)와 제 2 에러 신호(E2)의 합을 필터링하여 제어 전압(VC)으로 변환하고 전압 제어 오실레이터(190)로 출력하여 출력 클록 신호(CLK_OUT)를 생성할 수 있다.In step S150, the voltage-to-
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 위상 고정 루프의 오버샘플링 위상 검출기(150)를 동작시키지 않았을 때(즉, 턴-오프시켰을 때) 시뮬레이션한 VCO 클럭의 위상잡음을 나타낸다. 도 4에 나타난 시뮬레이션 결과를 참조하면, 인밴드 노이즈는 약 -68dBc/Hz 이다.4 shows phase noise of a simulated VCO clock when the
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 위상 고정 루프의 오버샘플링 위상 검출기(150)를 동작시켰을 때(즉, 턴-온시켰을 때) 시뮬레이션한 VCO 클럭의 위상잡음을 나타낸다. 도 5에 나타난 시뮬레이션 결과를 참조하면, 인밴드 노이즈가 약 -95dBc/Hz 이다.5 shows phase noise of a simulated VCO clock when the
시뮬레이션 결과인 도 4 및 도 5를 참조하면, VCO 클럭의 주파수는 19.851GHz이며, 오버샘플링 위상 검출기(150)를 동작시켰을 때(즉, 턴-온시켰을 때), 인밴드 노이즈가 약 25dB 개선되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 개시의 실시 예에 따른 오버샘플링 위상 검출기(150)가 효과적으로 인밴드 노이즈를 억제할 수 있다는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, which are simulation results, the frequency of the VCO clock is 19.851 GHz, and when the
상술된 내용은 본 개시를 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 개시는 상술된 실시 예들 뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 개시는 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 개시의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.The foregoing are specific embodiments for carrying out the present disclosure. The present disclosure will include not only the above-described embodiments, but also embodiments that can be simply or easily changed in design. In addition, the present disclosure will also include techniques that can be easily modified and implemented using the embodiments. Therefore, the scope of the present disclosure should not be limited to the above-described embodiments and should be defined by not only the claims to be described later but also those equivalent to the claims of the present invention.
100:위상 고정 루프
110: 변조기
120: 분주기
130: 위상-주파수 에러 검출기
140: 디지털 시간 변환기
150: 오버샘플링 위상 검출기
160: 전압-전류 변환기
170: 합산기
180: 필터
190: 전압 제어 오실레이터100: phase locked loop
110 modulator
120: divider
130: phase-frequency error detector
140: digital time converter
150: oversampling phase detector
160: voltage-to-current converter
170: totalizer
180: filter
190: voltage controlled oscillator
Claims (10)
상기 출력 클록 신호를 분주하여 분주 클록 신호를 생성하는 분주기;
기준 클록 신호 및 상기 분주 클록 신호 사이의 제 1 위상 차이를 검출하고, 상기 제 1 위상 차이에 대응하는 제 1 에러 신호를 출력하는 위상-주파수 에러 검출기;
상기 기준 클록 신호의 위상을 지연시켜 지연 클록 신호를 생성하는 디지털 시간 변환기;
상기 출력 클록 신호 및 상기 지연 클록 신호 사이의 제 2 위상 차이를 검출하기 위해, 상기 지연 클록 신호를 상기 출력 클록 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지에서 샘플링하여 에러 지시 신호를 생성하는 오버샘플링 위상 검출기; 및
상기 제 2 위상 차이에 대응하는 제 2 에러 신호를 출력하는 전압-전류 변환기를 포함하는 위상 고정 루프.a voltage controlled oscillator generating an output clock signal;
a frequency divider generating a divided clock signal by dividing the output clock signal;
a phase-frequency error detector that detects a first phase difference between a reference clock signal and the frequency division clock signal and outputs a first error signal corresponding to the first phase difference;
a digital time converter generating a delayed clock signal by delaying a phase of the reference clock signal;
an oversampling phase detector configured to generate an error indication signal by sampling the delayed clock signal at a rising edge or a falling edge of the output clock signal to detect a second phase difference between the output clock signal and the delayed clock signal; and
and a voltage-to-current converter outputting a second error signal corresponding to the second phase difference.
상기 에러 지시 신호는 상기 제 2 위상 차이를 나타내는 업 신호 및 다운 신호에 해당할 수 있고,
상기 지연 클록 신호의 위상이 상기 출력 클록 신호의 위상보다 앞선 경우, 상기 업 신호는 로직 하이 값을 갖고 상기 다운 신호는 로직 로우 값을 갖고, 그리고
상기 지연 클록 신호의 위상이 상기 출력 클록 신호의 위상보다 뒤쳐진 경우, 상기 업 신호는 로직 로우 값을 갖고 상기 다운 신호는 로직 하이 값을 갖는 위상 고정 루프.According to claim 1,
The error indication signal may correspond to an up signal and a down signal indicating the second phase difference,
when the phase of the delayed clock signal precedes the phase of the output clock signal, the up signal has a logic high value and the down signal has a logic low value; and
When the phase of the delayed clock signal lags behind the phase of the output clock signal, the up signal has a logic low value and the down signal has a logic high value.
상기 오버샘플링 위상 검출기는 상기 업 신호 및 상기 다운 신호 중 어느 신호가 앞서고 있는지를 나타내는 얼리 신호 및 레이트 신호를 생성하고,
상기 지연 클럭 신호가 상기 출력 클럭 신호보다 앞서는 동안 상기 얼리 신호는 로직 하이 값을 갖고, 상기 레이트 신호는 로직 로우 값을 갖고, 그리고
상기 업 신호가 상기 출력 클럭 신호보다 뒤쳐지는 동안 상기 얼리 신호는 로직 로우 값을 갖고, 상기 레이트 신호는 로직 하이 값을 갖는 위상 고정 루프.According to claim 2,
the oversampling phase detector generates an early signal and a rate signal indicating which of the up signal and the down signal is leading;
the early signal has a logic high value and the rate signal has a logic low value while the delayed clock signal precedes the output clock signal; and
The early signal has a logic low value and the rate signal has a logic high value while the up signal lags behind the output clock signal.
상기 전압-전류 변환기는 상기 에러 지시 신호, 상기 얼리 신호, 및 상기 레이트 신호에 기반하여 상기 제 2 에러 신호를 출력하는 위상 고정 루프.According to claim 3,
The voltage-to-current converter outputs the second error signal based on the error indication signal, the early signal, and the rate signal.
상기 제 1 에러 신호와 상기 제 2 에러 신호의 합으로부터 고주파 성분을 제거하고, 상기 제 1 에러 신호와 상기 제 2 에러 신호에 기반하여 제어 전압을 생성하고, 상기 제어 전압을 상기 전압 제어 오실레이터로 출력하는 필터를 포함하되,
상기 전압 제어 오실레이터는 상기 제어 전압에 기반하여 제어되는 위상 고정 루프.According to claim 1,
A high frequency component is removed from the sum of the first error signal and the second error signal, a control voltage is generated based on the first error signal and the second error signal, and the control voltage is output to the voltage control oscillator. Including a filter that
The voltage-controlled oscillator is controlled based on the control voltage.
기준 클록 신호 및 상기 분주 클록 신호 사이의 제 1 위상 차이를 검출하고, 상기 제 1 위상 차이에 대응하는 제 1 에러 신호를 출력하는 단계;
상기 기준 클록 신호의 위상을 지연시켜 지연 클록 신호를 생성하는 단계;
상기 출력 클록 신호 및 상기 지연 클록 신호 사이의 제 2 위상 차이를 검출하기 위해, 상기 지연 클록 신호를 상기 출력 클록 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지에서 샘플링하여 에러 지시 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제 2 위상 차이에 대응하는 제 2 에러 신호를 출력하는 단계를 포함하는 위상 고정 루프의 동작 방법.generating a divided clock signal by dividing the output clock signal;
detecting a first phase difference between a reference clock signal and the frequency division clock signal, and outputting a first error signal corresponding to the first phase difference;
generating a delayed clock signal by delaying a phase of the reference clock signal;
generating an error indication signal by sampling the delayed clock signal at a rising edge or a falling edge of the output clock signal to detect a second phase difference between the output clock signal and the delayed clock signal; and
and outputting a second error signal corresponding to the second phase difference.
상기 제 1 에러 신호와 상기 제 2 에러 신호의 합으로부터 고주파 성분을 제거하고, 상기 고주파 성분이 제거된 신호를 제어 전압으로 변환하는 단계를 더 포함하는 위상 고정 루프의 동작 방법.According to claim 6,
and removing a high frequency component from the sum of the first error signal and the second error signal, and converting the signal from which the high frequency component has been removed into a control voltage.
상기 에러 지시 신호는 상기 제 2 위상 차이를 나타내는 업 신호 및 다운 신호에 해당할 수 있고,
상기 오버샘플링 클록 신호의 위상이 상기 지연 클록 신호의 위상보다 앞선 경우, 상기 업 신호는 로직 하이 값을 갖고 상기 다운 신호는 로직 로우 값을 갖고,
상기 오버샘플링 클록 신호의 위상이 상기 지연 클록 신호의 위상보다 뒤쳐진 경우, 상기 업 신호는 로직 로우 값을 갖고 상기 다운 신호는 로직 하이 값을 갖는 위상 고정 루프의 동작 방법.According to claim 6,
The error indication signal may correspond to an up signal and a down signal indicating the second phase difference,
When the phase of the oversampling clock signal precedes the phase of the delayed clock signal, the up signal has a logic high value and the down signal has a logic low value;
When the phase of the oversampling clock signal lags behind the phase of the delayed clock signal, the up signal has a logic low value and the down signal has a logic high value.
상기 제 2 에러 신호를 출력하는 단계는 상기 지연 신호와 상기 오버샘플링 클록 신호 중 어느 신호가 앞서고 있는지를 나타내거나, 또는 상기 지연 신호와 상기 출력 클럭 신호 중 어느 신호가 앞서고 있는지를 나타내는 얼리 신호 및 레이트 신호를 생성하는 단계를 더 포함하되,
상기 지연 신호가 상기 오버샘플링 클록 신호보다 앞서는 동안 상기 얼리 신호는 로직 하이 값을 갖고, 상기 레이트 신호는 로직 로우 값을 갖고, 그리고
상기 지연 신호가 상기 오버샘플링 클록 신호보다 뒤쳐지는 동안 상기 얼리 신호는 로직 로우 값을 갖고, 상기 레이트 신호는 로직 하이 값을 갖는 위상 고정 루프의 동작 방법.According to claim 8,
The step of outputting the second error signal indicates which signal of the delay signal and the oversampling clock signal is leading, or an early signal and rate indicating which of the delay signal and the output clock signal is leading Further comprising generating a signal,
the early signal has a logic high value and the rate signal has a logic low value while the delay signal precedes the oversampling clock signal; and
The early signal has a logic low value and the rate signal has a logic high value while the delay signal lags behind the oversampling clock signal.
상기 제 2 에러 신호를 출력하는 단계는 상기 에러 지시 신호, 상기 얼리 신호, 및 상기 레이트 신호에 기반하여 상기 제 2 에러 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 위상 고정 루프의 동작 방법.According to claim 9,
The outputting of the second error signal further comprises generating the second error signal based on the error indication signal, the early signal, and the rate signal.
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