KR20230056521A - Sub-sampling phase locked loop with compensated loop bandwidth and integrated circuit including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 루프 대역폭이 보상된 서브 샘플링 위상 고정 루프, 및 상기 서브 샘플링 위상 고정 루프를 포함하는 집적 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to a sub-sampling phase-locked loop with a compensated loop bandwidth and an integrated circuit including the sub-sampling phase-locked loop.
메모리, 통신 장치, 또는 그래픽 장치와 같은 주변 장치들의 속도 및 데이터 전송율의 개선에도 불구하고, 주변 장치들의 동작 속도는 프로세서들의 동작 속도를 따라 잡을 수 없었고, 항상 새로운 프로세서들과 그들의 주변 장치들 간에는 속도 차이가 존재해 왔다. 따라서, 고성능 디지털 시스템에서는 주변 장치들의 대폭적인 속도 개선이 요구되어 왔다.Despite improvements in the speed and data transfer rate of peripheral devices such as memory, communication devices, or graphics devices, the operating speed of peripheral devices has not been able to catch up with the operating speed of processors, and there is always a speed gap between new processors and their peripheral devices. Differences have existed. Therefore, in a high-performance digital system, significant speed improvement of peripheral devices has been required.
예를 들어, 메모리 장치와 메모리 컨트롤러 간의 데이터 전송과 같이 클럭 신호에 동기시켜 데이터를 전송하는 입출력 방식에서는, 버스의 부하가 커지고 전송 주파수가 빨라짐에 따라 클럭 신호와 데이터 간의 시간적 동기를 이루는 것이 매우 중요하다. 이러한 목적으로 사용될 수 있는 회로는 위상 고정 루프(Phase Locked Loop; PLL), 지연 고정 루프(Delay Locked Loop; DLL) 등이 있다. 이러한 위상 고정 루프 및 지연 고정 루프는 다양한 응용 회로에서 사용되고 있다.For example, in an I/O method in which data is transmitted in synchronization with a clock signal, such as data transmission between a memory device and a memory controller, it is very important to achieve temporal synchronization between the clock signal and data as the bus load increases and the transmission frequency increases. do. Circuits that can be used for this purpose include a Phase Locked Loop (PLL) and a Delay Locked Loop (DLL). These phase locked loops and delay locked loops are used in various application circuits.
본 발명의 일 목적은 PVT(process, voltage, temperature) 변동(variation)의 영향이 보상된 루프 대역폭(loop bandwidth)을 가지는 서브 샘플링 위상 고정 루프를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a sub-sampling phase-locked loop having a loop bandwidth in which an effect of a PVT (process, voltage, temperature) variation is compensated for.
본 발명의 다른 목적은 상기 서브 샘플링 위상 고정 루프를 포함하는 집적 회로를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an integrated circuit including the subsampling phase locked loop.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프는 슬로프 생성 및 샘플링 회로, 제1 트랜스컨덕턴스(Gm) 회로, 제2 트랜스컨덕턴스 회로, 정적(constant) 트랜스컨덕턴스 바이어스(bias) 회로, 루프 필터 및 전압 제어 발진기를 포함한다. 상기 슬로프 생성 및 샘플링 회로는 기준 클럭 신호 및 출력 클럭 신호에 기초하여 샘플링 전압을 생성한다. 상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로는 상기 샘플링 전압, 기준 전압 및 제어 전류에 기초하여 제1 출력 제어 전압을 생성한다. 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로는 상기 샘플링 전압, 상기 기준 전압 및 상기 제어 전류에 기초하여 제2 출력 제어 전압을 생성한다. 상기 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로는 상기 제어 전류를 생성하고, 스위치드 커패시터 레지스터(switched capacitor resistor)를 포함한다. 상기 루프 필터는 상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단과 연결된다. 상기 전압 제어 발진기는 상기 제1 출력 제어 전압 및 상기 제2 출력 제어 전압에 기초하여 상기 출력 클럭 신호를 생성한다.In order to achieve the above object, a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention includes a slope generation and sampling circuit, a first transconductance (Gm) circuit, a second transconductance circuit, and a constant transconductance bias. (bias) circuit, loop filter and voltage controlled oscillator. The slope generation and sampling circuit generates a sampling voltage based on a reference clock signal and an output clock signal. The first transconductance circuit generates a first output control voltage based on the sampling voltage, reference voltage and control current. The second transconductance circuit generates a second output control voltage based on the sampling voltage, the reference voltage and the control current. The static transconductance bias circuit generates the control current and includes a switched capacitor resistor. The loop filter is connected to an output terminal of the first transconductance circuit and an output terminal of the second transconductance circuit. The voltage controlled oscillator generates the output clock signal based on the first output control voltage and the second output control voltage.
상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 집적 회로는 서브 샘플링 위상 고정 루프 및 내부 회로를 포함한다. 상기 서브 샘플링 위상 고정 루프는 기준 클럭 신호에 기초하여 출력 클럭 신호를 생성한다. 상기 내부 회로는 상기 출력 클럭 신호에 기초하여 동작한다. 상기 서브 샘플링 위상 고정 루프는 슬로프 생성 및 샘플링 회로, 제1 트랜스컨덕턴스(Gm) 회로, 제2 트랜스컨덕턴스 회로, 정적(constant) 트랜스컨덕턴스 바이어스(bias) 회로, 루프 필터 및 전압 제어 발진기를 포함한다. 상기 슬로프 생성 및 샘플링 회로는 상기 기준 클럭 신호 및 상기 출력 클럭 신호에 기초하여 샘플링 전압을 생성한다. 상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로는 상기 샘플링 전압, 기준 전압 및 제어 전류에 기초하여 제1 출력 제어 전압을 생성한다. 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로는 상기 샘플링 전압, 상기 기준 전압 및 상기 제어 전류에 기초하여 제2 출력 제어 전압을 생성한다. 상기 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로는 상기 제어 전류를 생성하고, 스위치드 커패시터 레지스터(switched capacitor resistor)를 포함한다. 상기 루프 필터는 상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단과 연결된다. 상기 전압 제어 발진기는 상기 제1 출력 제어 전압 및 상기 제2 출력 제어 전압에 기초하여 상기 출력 클럭 신호를 생성한다.In order to achieve the above other object, an integrated circuit according to embodiments of the present invention includes a subsampling phase locked loop and an internal circuit. The subsampling phase locked loop generates an output clock signal based on a reference clock signal. The internal circuit operates based on the output clock signal. The subsampling phase locked loop includes a slope generating and sampling circuit, a first transconductance (Gm) circuit, a second transconductance circuit, a constant transconductance bias circuit, a loop filter and a voltage controlled oscillator. The slope generating and sampling circuit generates a sampling voltage based on the reference clock signal and the output clock signal. The first transconductance circuit generates a first output control voltage based on the sampling voltage, reference voltage and control current. The second transconductance circuit generates a second output control voltage based on the sampling voltage, the reference voltage and the control current. The static transconductance bias circuit generates the control current and includes a switched capacitor resistor. The loop filter is connected to an output terminal of the first transconductance circuit and an output terminal of the second transconductance circuit. The voltage controlled oscillator generates the output clock signal based on the first output control voltage and the second output control voltage.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프는 슬로프 생성 및 샘플링 회로, 정적(constant) 트랜스컨덕턴스 바이어스(bias) 회로, 제1 트랜스컨덕턴스(Gm) 회로, 제2 트랜스컨덕턴스 회로, 루프 필터 및 전압 제어 발진기를 포함한다. 상기 슬로프 생성 및 샘플링 회로는 제1 레지스터 및 제1 커패시터를 포함하고, 기준 클럭 신호 및 출력 클럭 신호에 기초하여 상기 제1 레지스터의 레지스턴스 및 상기 제1 커패시터의 커패시턴스에 반비례하는 슬로프를 가지는 샘플링 전압을 생성한다. 상기 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로는 제2 커패시터를 포함하는 스위치드 커패시터 레지스터(switched capacitor resistor)를 포함하고, 상기 제2 커패시터의 커패시턴스에 비례하는 제어 전류를 생성한다. 상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로는 상기 샘플링 전압, 기준 전압 및 상기 제어 전류에 기초하여 제2 레지스터의 레지스턴스 및 상기 제2 커패시터의 커패시턴스에 비례하는 제1 출력 제어 전압을 생성한다. 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로는 상기 샘플링 전압, 상기 기준 전압 및 상기 제어 전류에 기초하여 제2 출력 제어 전압을 생성한다. 상기 루프 필터는 상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단과 연결되고, 상기 제2 레지스터를 포함한다. 상기 전압 제어 발진기는 상기 제1 출력 제어 전압 및 상기 제2 출력 제어 전압에 기초하여 상기 출력 클럭 신호를 생성한다. 상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로는 각각 비례(proportional) 경로 및 적분(integral) 경로를 형성한다. 루프 대역폭(loop bandwidth)은 상기 제1 레지스터의 레지스턴스, 상기 제1 커패시터의 커패시턴스, 상기 제2 레지스터의 레지스턴스 및 상기 제2 커패시터의 커패시턴스와 무관하고 상기 비례 경로의 이득(gain)에만 비례한다.In order to achieve the above object, a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention includes a slope generation and sampling circuit, a constant transconductance bias circuit, a first transconductance (Gm) circuit, 2 Includes a transconductance circuit, loop filter and voltage controlled oscillator. The slope generation and sampling circuit includes a first resistor and a first capacitor, and generates a sampling voltage having a slope inversely proportional to the resistance of the first resistor and the capacitance of the first capacitor based on a reference clock signal and an output clock signal. generate The static transconductance bias circuit includes a switched capacitor resistor including a second capacitor and generates a control current proportional to a capacitance of the second capacitor. The first transconductance circuit generates a first output control voltage proportional to the resistance of the second resistor and the capacitance of the second capacitor based on the sampling voltage, the reference voltage and the control current. The second transconductance circuit generates a second output control voltage based on the sampling voltage, the reference voltage and the control current. The loop filter is connected to the output terminal of the first transconductance circuit and the output terminal of the second transconductance circuit, and includes the second resistor. The voltage controlled oscillator generates the output clock signal based on the first output control voltage and the second output control voltage. The first transconductance circuit and the second transconductance circuit form a proportional path and an integral path, respectively. Loop bandwidth is independent of the resistance of the first resistor, the capacitance of the first capacitor, the resistance of the second resistor, and the capacitance of the second capacitor, and is proportional only to the gain of the proportional path.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프 및 집적 회로에서는, 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로가 스위치드 커패시터 레지스터를 포함하여 구현되고, 비례 경로 상에 배치되는 제1 트랜스컨덕턴스 회로 및 적분 경로 상에 배치되는 제2 트랜스컨덕턴스 회로를 포함하며, 루프 필터가 제1 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단과 연결되는 레지스터를 포함하여 구현될 수 있다. 슬로프 생성 및 샘플링 회로에 포함되는 레지스터 및 커패시터의 산포가 루프 대역폭에 미치는 영향이 스위치드 커패시터 레지스터에 포함되는 커패시터 및 루프 필터에 포함되는 레지스터에 의해 상쇄될 수 있다. 따라서, PVT 변동의 영향이 보상된, 즉 PVT 변동에 상대적으로 민감하지 않고 둔감한 루프 대역폭을 가지고, 이에 따라 향상된 성능을 가질 수 있다.In the sub-sampling phase-locked loop and integrated circuit according to the embodiments of the present invention as described above, the static transconductance bias circuit is implemented by including the switched capacitor resistor, and the first transconductance circuit and the integration path are disposed on the proportional path. A second transconductance circuit disposed thereon, and the loop filter may be implemented by including a resistor connected to an output terminal of the first transconductance circuit. The influence of the distribution of resistors and capacitors included in the slope generation and sampling circuit on the loop bandwidth may be offset by the capacitor included in the switched capacitor resistor and the resistor included in the loop filter. Therefore, it is possible to have a loop bandwidth in which the influence of PVT fluctuation is compensated, that is, to be relatively insensitive to PVT fluctuation and to have an insensitive loop bandwidth, and thus to have improved performance.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프에 포함되는 슬로프 생성 및 샘플링 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 3a, 3b, 3c 및 3d는 도 2의 슬로프 생성 및 샘플링 회로의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프에 포함되는 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 5a, 5b 및 5c는 도 4의 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프에 포함되는 제1 트랜스컨덕턴스 회로, 제2 트랜스컨덕턴스 회로 및 루프 필터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 7b는 도 6의 제1 트랜스컨덕턴스 회로 및 루프 필터의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프의 성능을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 샘플링 위상 고정 루프를 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 클럭 신호 생성 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 집적 회로를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 디지털 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention.
2 is a circuit diagram illustrating an example of a slope generating and sampling circuit included in a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention.
3A, 3B, 3C, and 3D are diagrams for explaining the operation of the slope generation and sampling circuit of FIG. 2 .
4 is a circuit diagram illustrating an example of a static transconductance bias circuit included in a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention.
5A, 5B and 5C are diagrams for explaining the operation of the static transconductance bias circuit of FIG. 4 .
6 is a diagram illustrating an example of a first transconductance circuit, a second transconductance circuit, and a loop filter included in a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention.
7A and 7B are diagrams for explaining the operation of the first transconductance circuit and the loop filter of FIG. 6 .
8 is a diagram illustrating performance of a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention.
9 is a block diagram illustrating a sampling phase locked loop according to example embodiments.
10 is a flowchart illustrating a method of generating a clock signal according to embodiments of the present invention.
11 is a block diagram illustrating an integrated circuit according to example embodiments.
12 is a block diagram illustrating a digital processing system according to embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and redundant descriptions of the same components are omitted.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 서브 샘플링(sub-sampling) 위상 고정 루프(Phase Locked Loop; PLL)(100)는 슬로프 생성 및 샘플링 회로(200), 제1 트랜스컨덕턴스(transconductance)(Gm) 회로(300), 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400), 정적(constant) 트랜스컨덕턴스 바이어스(bias) 회로(500), 루프 필터(600) 및 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator; VCO)(700)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a sub-sampling phase locked loop (PLL) 100 includes a slope generation and
슬로프 생성 및 샘플링 회로(200)는 기준 클럭 신호(CLK_REF) 및 출력 클럭 신호(CLK_VCO)에 기초하여 샘플링 전압(VSAMP)을 생성한다. 기준 클럭 신호(CLK_REF) 및 출력 클럭 신호(CLK_VCO)는 각각 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)의 입력 및 출력에 대응할 수 있다. 예를 들어, 기준 클럭 신호(CLK_REF)는 크리스탈(crystal) 등을 이용하여 생성되어 고정된 주파수를 가지며, 따라서 기준 클럭 신호(CLK_REF)의 주파수는 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 주파수에 대한 기준 주파수(예를 들어, 목표 주파수)로서 사용될 수 있다.The slope generation and
샘플링 전압(VSAMP)은 기준 클럭 신호(CLK_REF) 및 출력 클럭 신호(CLK_VCO) 사이의 위상 오차(phase error)를 나타낼 수 있다. 슬로프 생성 및 샘플링 회로(200)는 샘플링 동작에 기초하여 상기 위상 오차를 나타내는 샘플링 전압(VSAMP)을 생성하며, 샘플링 기반의(sampling based) 위상 검출기(Phase Detector; PD) 또는 위상 주파수 검출기(Phase Frequency Detector; PFD)로 지칭될 수도 있다.The sampling voltage VSAMP may indicate a phase error between the reference clock signal CLK_REF and the output clock signal CLK_VCO. The slope generation and
일 실시예에서, 도 3a, 3b 및 3c를 참조하여 후술하는 것처럼, 샘플링 전압(VSAMP)은 상대적으로 낮은 제1 전압 레벨 또는 상대적으로 높은 제2 전압 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 기준 클럭 신호(CLK_REF)의 위상이 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 위상보다 앞서는(lead) 경우에, 즉 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 위상이 기준 클럭 신호(CLK_REF)의 위상보다 늦는(lag) 경우에, 상기 제1 전압 레벨을 가지는 샘플링 전압(VSAMP)이 생성될 수 있다. 기준 클럭 신호(CLK_REF)의 위상이 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 위상보다 늦는(lag) 경우에, 즉 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 위상이 기준 클럭 신호(CLK_REF)의 위상보다 앞서는(lead) 경우에, 상기 제2 전압 레벨을 가지는 샘플링 전압(VSAMP)이 생성될 수 있다.In one embodiment, as will be described later with reference to FIGS. 3A , 3B and 3C , the sampling voltage VSAMP may have a relatively low first voltage level or a relatively high second voltage level. For example, when the phase of the reference clock signal CLK_REF leads the phase of the output clock signal CLK_VCO, that is, the phase of the output clock signal CLK_VCO lags behind the phase of the reference clock signal CLK_REF ( lag), a sampling voltage VSAMP having the first voltage level may be generated. When the phase of the reference clock signal CLK_REF lags behind the phase of the output clock signal CLK_VCO, that is, when the phase of the output clock signal CLK_VCO leads the phase of the reference clock signal CLK_REF , a sampling voltage VSAMP having the second voltage level may be generated.
슬로프 생성 및 샘플링 회로(200)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 2 및 3을 참조하여 후술하도록 한다.The specific configuration and operation of the slope generating and
정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500)는 제어 전류(ICTRL)를 생성하여 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300) 및 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)에 제공한다. 제어 전류(ICTRL)는 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300) 및 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)를 구동하는데 이용될 수 있다.The static
정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500)는 스위치드 커패시터 레지스터(Switched Capacitor Resistor; SCR)(520)를 포함한다. 예를 들어, 도 4를 참조하여 후술하는 것처럼, 스위치드 커패시터 레지스터(520)는 적어도 하나의 커패시터 및 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다.The static
스위치드 커패시터 레지스터는 스위치드 커패시터의 한 종류로서, 가장 간단한 스위치드 커패시터이다. 스위치드 커패시터는 필터(filter)를 구현하는 전자 회로 소자이며, 스위치들이 열리고 닫힐 때 커패시터 안팎으로 전하를 이동시켜 동작한다. 일반적으로 스위치들을 제어하는데 위상이 중첩하지 않는 신호들이 사용되므로 모든 스위치들이 동시에 닫히지는 않을 수 있다. 이러한 구성요소들로 구현된 필터를 "스위치드 커패시터 필터"라고 지칭할 수 있다. 스위치드 커패시터는 커패시턴스들 사이의 비율에만 의존하여 동작하며, 따라서 정확하게 특정된 레지스터들과 커패시터들로 구성하는 것이 경제적이지 않은 집적 회로 내에서 사용하기에 적합할 수 있다.A switched capacitor resistor is a type of switched capacitor and is the simplest switched capacitor. A switched capacitor is an electronic circuit element that implements a filter and works by moving charge in and out of the capacitor when the switches open and close. In general, signals that do not overlap in phase are used to control the switches, so not all switches may close simultaneously. A filter implemented with these components may be referred to as a "switched capacitor filter". Switched capacitors depend only on the ratio between capacitances to operate, and thus may be suitable for use in integrated circuits where it is not economical to construct with precisely specified resistors and capacitors.
정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 4 및 5를 참조하여 후술하도록 한다.A detailed configuration and operation of the static
제1 트랜스컨덕턴스 회로(300)는 샘플링 전압(VSAMP), 기준 전압(VREF) 및 제어 전류(ICTRL)에 기초하여 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)을 생성한다. 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)는 샘플링 전압(VSAMP), 기준 전압(VREF) 및 제어 전류(ICTRL)에 기초하여 제2 출력 제어 전압(VCTRL2)을 생성한다. 예를 들어, 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300)는 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)의 비례(proportional) 경로를 형성하고, 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)는 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)의 적분(integral) 경로를 형성할 수 있다.The
루프 필터(600)는 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300)의 출력단 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)의 출력단과 연결된다. 루프 필터(600)는 레지스터(RLF) 및 커패시터(CLF)를 포함할 수 있다. 레지스터(RLF)는 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300)의 출력단과 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다. 커패시터(CLF)는 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)의 출력단과 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다. 루프 필터(600)는 레지스터(RLF) 및 커패시터(CLF)가 서로 분리된 구조를 가질 수 있다. 실시예에 따라서, 루프 필터(600)는 글리치(glitch)를 제거하고 전압 오버슈트(voltage overshoot)를 방지함으로써 지터(gitter)를 제거할 수도 있다.The
정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500), 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300) 및 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)는 차지 펌프(charge pump)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 차지 펌프는 샘플링 전압(VSAMP)에 기초하여 전원으로부터 출력된 전류(즉, 제어 전류(ICTRL))를 출력단으로 소싱(sourcing)하거나 상기 출력단으로부터 접지로 전류를 싱킹(sinking)할 수 있다. 예를 들어, 루프 필터(600)는 소싱/싱킹되는 전류에 따라 전압(즉, 제1 출력 제어 전압(VCTRL1) 및 제2 출력 제어 전압(VCTRL2))을 상승/하강시킬 수 있다.The static
제1 트랜스컨덕턴스 회로(300), 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400) 및 루프 필터(600)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 6 및 7을 참조하여 후술하도록 한다.Detailed configurations and operations of the
전압 제어 발진기(700)는 제1 출력 제어 전압(VCTRL1) 및 제2 출력 제어 전압(VCTRL2)에 기초하여 출력 클럭 신호(CLK_VCO)를 생성한다. 예를 들어, 전압 제어 발진기(700)는 링 오실레이터, RC 오실레이터, 크리스탈 오실레이터 또는 온도 보상 크리스탈 오실레이터를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The voltage controlled
일 실시예에서, 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 출력 주파수는 FVCO=Kp*VCTRL1+Ki*VCTRL2일 수 있다(여기서, Kp는 상기 비례 경로의 이득, Ki는 상기 적분 경로의 이득).In one embodiment, the output frequency of the output clock signal CLK_VCO may be FVCO=Kp*VCTRL1+Ki*VCTRL2 (where Kp is the gain of the proportional path and Ki is the gain of the integral path).
위상 고정 루프는 입력 클럭 신호의 입력 주파수를 체배하여 입력 주파수와 다른 출력 주파수를 가지는 출력 클럭 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 이 때, 입력 주파수에 위상 노이즈(phase noise)가 적절하게 필터링되어 출력 주파수의 위상 노이즈가 발생하는데, 위상 고정 루프의 구조에 따라 그 성능이 좌우될 수 있다. 출력 주파수의 위상 노이즈 성능에 큰 영향을 주는 요소 중 하나는 루프 대역폭(loop bandwidth(BW))이며, 위상 고정 루프에 포함되는 블록의 전달 함수(transfer function)를 결정하는 파라미터(parameter)에 의해 결정될 수 있다.The phase locked loop performs a function of generating an output clock signal having an output frequency different from the input frequency by multiplying the input frequency of the input clock signal. In this case, phase noise of the output frequency is generated by properly filtering the phase noise of the input frequency, and its performance may be influenced by the structure of the phase-locked loop. One of the factors that greatly affect the phase noise performance of the output frequency is the loop bandwidth (BW), which is determined by parameters that determine the transfer function of blocks included in the phase-locked loop. can
서브 샘플링 위상 고정 루프는 위상 고정 루프의 한 종류로서, 입력 클럭 신호(또는 기준 클럭 신호)를 이용하여 출력 클럭 신호를 샘플링하는 방식으로 동작할 수 있다. 서브 샘플링 위상 고정 루프는 출력 클럭 신호의 출력 주파수를 입력 클럭 신호의 입력 주파수로 나눈 비율이 정수(integer)인 경우에 분주기(divider)를 사용하지 않고 동작할 수 있으며, 따라서 널리 이용될 수 있다.The sub-sampling phase-locked loop is a type of phase-locked loop, and may operate by sampling an output clock signal using an input clock signal (or a reference clock signal). The sub-sampling phase-locked loop can operate without using a divider when the ratio of the output frequency of the output clock signal divided by the input frequency of the input clock signal is an integer, and therefore can be widely used. .
일반적으로 서브 샘플링 위상 고정 루프는 슬로프 생성 회로(slope generator) 및 샘플링 회로(sampler)를 포함하여 구현되고, 슬로프 생성 회로 및 샘플링 회로는 레지스터 및 커패시터를 포함하여 구현될 수 있다. 이 경우, 서브 샘플링 위상 고정 루프의 루프 대역폭은 슬로프 생성 회로 및 샘플링 회로는 레지스터의 레지스턴스 및 커패시터의 커패시턴스에 대한 함수로 표현될 수 있다. 레지스터 및 커패시터는 패시브(passive) 소자로서 반도체 공정에서 생산될 때 상대적으로 큰 산포를 가지며, 따라서 서브 샘플링 위상 고정 루프의 루프 대역폭은 상대적으로 큰 산포를 가지게 되는 문제가 있었다.In general, a subsampling phase locked loop is implemented by including a slope generator and a sampling circuit, and the slope generator and sampling circuit may be implemented by including a resistor and a capacitor. In this case, the loop bandwidth of the sub-sampling phase-locked loop can be expressed as a function of the resistance of the resistor and the capacitance of the capacitor of the slope generating circuit and the sampling circuit. Resistors and capacitors, as passive devices, have a relatively large dispersion when produced in a semiconductor process, and thus have a relatively large dispersion in the loop bandwidth of the subsampling phase-locked loop.
본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)는, 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500)가 스위치드 커패시터 레지스터(520)를 포함하여 구현되고, 비례 경로 상에 배치되는 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300) 및 적분 경로 상에 배치되는 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)를 포함하며, 루프 필터(600)가 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300)의 출력단과 연결되는 레지스터(RLF)를 포함하여 구현될 수 있다. 슬로프 생성 및 샘플링 회로(200)에 포함되는 레지스터 및 커패시터의 산포가 루프 대역폭에 미치는 영향이 스위치드 커패시터 레지스터(520)에 포함되는 커패시터 및 루프 필터(600)에 포함되는 레지스터(RLF)에 의해 상쇄될 수 있다. 따라서, 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)는 PVT(process, voltage, temperature) 변동(variation)의 영향이 보상된, 즉 PVT 변동에 상대적으로 민감하지 않고 둔감한 루프 대역폭을 가지고, 이에 따라 향상된 성능을 가질 수 있다.In the subsampling phase locked
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프에 포함되는 슬로프 생성 및 샘플링 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.2 is a circuit diagram illustrating an example of a slope generating and sampling circuit included in a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention.
도 2를 참조하면, 슬로프 생성 및 샘플링 회로(202)는 제1 회로부(210) 및 제2 회로부(220)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the slope generation and
제1 회로부(210)는 전원 전압(VDD) 및 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 출력 클럭 신호(CLK_VCO)에 기초하여 동작할 수 있다. 제1 회로부(210)는 트랜지스터들(TS1, TS2) 및 레지스터(RS)를 포함할 수 있다.The
트랜지스터(TS1), 레지스터(RS) 및 트랜지스터(TS2)는 전원 전압(VDD) 및 접지 전압(VSS) 사이에 직렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터(TS1)는 전원 전압(VDD) 및 노드(NS1) 사이에 연결되고, 레지스터(RS)는 노드(NS1) 및 노드(NS2) 사이에 연결되며, 트랜지스터(TS2)는 노드(NS2) 및 접지 전압(VSS) 사이에 직렬 연결될 수 있다. 트랜지스터(TS1)의 게이트 전극 및 제2 트랜지스터(TS2)의 게이트 전극은 출력 클럭 신호(CLK_VCO)를 수신할 수 있다.Transistor TS1, resistor RS, and transistor TS2 may be connected in series between power supply voltage VDD and ground voltage VSS. For example, the transistor TS1 is connected between the power supply voltage VDD and the node NS1, the resistor RS is connected between the node NS1 and the node NS2, and the transistor TS2 is connected to the node ( NS2) and the ground voltage VSS may be connected in series. The gate electrode of the transistor TS1 and the gate electrode of the second transistor TS2 may receive the output clock signal CLK_VCO.
일 실시예에서, 트랜지스터(TS1)는 PMOS(P-type Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터이고, 트랜지스터(TS2)는 NMOS(N-type Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터일 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다.In one embodiment, the transistor TS1 may be a P-type metal oxide semiconductor (PMOS) transistor, and the transistor TS2 may be an N-type metal oxide semiconductor (NMOS) transistor. However, the present invention may not be limited thereto.
제2 회로부(220)는 제1 회로부(210) 및 접지 전압(VSS)과 연결되고, 기준 클럭 신호(CLK_REF)에 기초하여 동작하며, 샘플링 전압(VSAMP)을 출력할 수 있다. 제2 회로부(220)는 스위치들(SWS1, SWS2) 및 커패시터들(CS1, CS2)을 포함하며, 인버터(INV)를 더 포함할 수 있다.The
인버터(INV)는 기준 클럭 신호(CLK_REF)가 반전된 반전 기준 클럭 신호(/CLK_REF)를 생성할 수 있다. 실시예에 따라서, 인버터(INV)는 제2 회로부(220)의 외부 또는 슬로프 생성 및 샘플링 회로(202)의 외부에 배치될 수도 있다.The inverter INV may generate an inverted reference clock signal /CLK_REF obtained by inverting the reference clock signal CLK_REF. Depending on embodiments, the inverter INV may be disposed outside the
스위치(SWS1)는 레지스터(RS) 및 노드(NS3) 사이에 연결되며, 레지스터(RS)와 연결되는 노드(NS2) 및 노드(NS3) 사이에 연결될 수 있다. 스위치(SWS2)는 노드(NS3) 및 노드(NS4) 사이에 연결될 수 있다. 노드(NS4)를 통해 샘플링 전압(VSAMP)이 출력될 수 있다. 커패시터(CS1)는 노드(NS3) 및 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다. 커패시터(CS2)는 노드(NS4) 및 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다.The switch SWS1 is connected between the register RS and the node NS3, and may be connected between the node NS2 and NS3 connected to the register RS. A switch SWS2 may be connected between nodes NS3 and NS4. The sampling voltage VSAMP may be output through the node NS4. Capacitor CS1 may be connected between node NS3 and ground voltage VSS. Capacitor CS2 may be connected between node NS4 and ground voltage VSS.
스위치(SWS1)는 기준 클럭 신호(CLK_REF)에 기초하여 온/오프될 수 있다. 스위치(SWS2)는 반전 기준 클럭 신호(/CLK_REF)에 기초하여 온/오프될 수 있다. 예를 들어, 스위치(SWS1)는 기준 클럭 신호(CLK_REF)가 제1 논리 레벨(예를 들어, 논리 하이 레벨)을 가지는 경우에 턴온되어 닫히고(close), 기준 클럭 신호(CLK_REF)가 제2 논리 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)을 가지는 경우에 턴오프되어 열릴 수 있다(open). 예를 들어, 스위치(SWS2)는 반전 기준 클럭 신호(/CLK_REF)가 상기 제1 논리 레벨을 가지는 경우에 턴온되어 닫히고(close), 반전 기준 클럭 신호(/CLK_REF)가 상기 제2 논리 레벨을 가지는 경우에 턴오프되어 열릴 수 있다(open). 다시 말하면, 스위치들(SWS1, SWS2)은 상보적으로 온/오프될 수 있다.The switch SWS1 may be turned on/off based on the reference clock signal CLK_REF. The switch SWS2 may be turned on/off based on the inverted reference clock signal /CLK_REF. For example, the switch SWS1 is turned on and closed when the reference clock signal CLK_REF has a first logic level (eg, a logic high level), and the reference clock signal CLK_REF has a second logic level. level (eg, logic low level), it can be turned off and opened (open). For example, the switch SWS2 is turned on and closed when the inverted reference clock signal /CLK_REF has the first logic level, and the inverted reference clock signal /CLK_REF has the second logic level. In this case, it can be turned off and opened (open). In other words, the switches SWS1 and SWS2 may be turned on/off complementarily.
일 실시예에서, 스위치들(SWS1, SWS2)은 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하여 구현될 수 있다.In one embodiment, the switches SWS1 and SWS2 may be implemented by including at least one transistor.
도 3a, 3b, 3c 및 3d는 도 2의 슬로프 생성 및 샘플링 회로의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.3A, 3B, 3C, and 3D are diagrams for explaining the operation of the slope generation and sampling circuit of FIG. 2 .
도 3a를 참조하면, 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)에서 생성 및 출력되는 출력 클럭 신호(CLK_VCO)는 진폭(amplitude) 및 DC(Direct Current) 전압(VDC)을 가지는 사인파(sine wave)일 수 있고, 슬로프 생성 및 샘플링 회로(202)에 의해 기준 클럭 신호(CLK_REF)에 기초하여 샘플링될 수 있다. 출력 클럭 신호(CLK_VCO)와 기준 클럭 신호(CLK_REF)가 위상 정렬되어(phase aligned) 위상 오차가 없는 경우에, 샘플링 전압(VSAMP)의 전압 레벨은 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 DC 전압(VDC)의 전압 레벨과 같은 일정한 값(constant value)을 가질 수 있다. 예를 들어, DC 전압(VDC)의 전압 레벨은 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300) 및 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)에 인가되는 기준 전압(VREF)의 전압 레벨과 동일할 수 있다.Referring to FIG. 3A , the output clock signal CLK_VCO generated and output from the subsampling phase locked
도 3b를 참조하면, 기준 클럭 신호(CLK_REF)의 위상이 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 위상보다 앞서는(lead) 경우에, 즉 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 위상이 기준 클럭 신호(CLK_REF)의 위상보다 늦는(lag) 경우에, 출력 클럭 신호(CLK_VCO)와 기준 클럭 신호(CLK_REF) 사이에는 제1 위상 오차(PE1)가 존재하며, 샘플링 전압(VSAMP)은 DC 전압(VDC)의 전압 레벨보다 낮은 제1 전압 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 샘플링 전압(VSAMP)의 전압 레벨과 DC 전압(VDC)의 전압 레벨 사이의 제1 전압 차이(VD1)는 출력 클럭 신호(CLK_VCO)와 기준 클럭 신호(CLK_REF) 사이의 제1 위상 오차(PE1)에 대응할 수 있다. 샘플링 전압(VSAMP)의 전압 레벨이 DC 전압(VDC)의 전압 레벨보다 낮은 경우에, 샘플링 전압(VSAMP)에 기초하여 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 위상이 제1 방향으로 조절될 수 있다.Referring to FIG. 3B, when the phase of the reference clock signal CLK_REF leads the phase of the output clock signal CLK_VCO, that is, the phase of the output clock signal CLK_VCO is greater than the phase of the reference clock signal CLK_REF. In the case of lag, a first phase error PE1 exists between the output clock signal CLK_VCO and the reference clock signal CLK_REF, and the sampling voltage VSAMP is lower than the voltage level of the DC voltage VDC. 1 voltage level. For example, the first voltage difference VD1 between the voltage level of the sampling voltage VSAMP and the voltage level of the DC voltage VDC is the first phase error between the output clock signal CLK_VCO and the reference clock signal CLK_REF. (PE1). When the voltage level of the sampling voltage VSAMP is lower than that of the DC voltage VDC, the phase of the output clock signal CLK_VCO may be adjusted in the first direction based on the sampling voltage VSAMP.
도 3c를 참조하면, 기준 클럭 신호(CLK_REF)의 위상이 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 위상보다 늦는(lag) 경우에, 즉 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 위상이 기준 클럭 신호(CLK_REF)의 위상보다 앞서는(lead) 경우에, 출력 클럭 신호(CLK_VCO)와 기준 클럭 신호(CLK_REF) 사이에는 제2 위상 오차(PE2)가 존재하며, 샘플링 전압(VSAMP)은 DC 전압(VDC)의 전압 레벨보다 높은 제2 전압 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 샘플링 전압(VSAMP)의 전압 레벨과 DC 전압(VDC)의 전압 레벨 사이의 제2 전압 차이(VD2)는 출력 클럭 신호(CLK_VCO)와 기준 클럭 신호(CLK_REF) 사이의 제2 위상 오차(PE2)에 대응할 수 있다. 샘플링 전압(VSAMP)의 전압 레벨이 DC 전압(VDC)의 전압 레벨보다 높은 경우에, 샘플링 전압(VSAMP)에 기초하여 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 위상이 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 조절될 수 있다.Referring to FIG. 3C , when the phase of the reference clock signal CLK_REF lags the phase of the output clock signal CLK_VCO, that is, the phase of the output clock signal CLK_VCO is greater than the phase of the reference clock signal CLK_REF. In the case of leading, a second phase error PE2 exists between the output clock signal CLK_VCO and the reference clock signal CLK_REF, and the sampling voltage VSAMP has a voltage level higher than that of the DC voltage VDC. It can have 2 voltage levels. For example, the second voltage difference VD2 between the voltage level of the sampling voltage VSAMP and the voltage level of the DC voltage VDC is the second phase error between the output clock signal CLK_VCO and the reference clock signal CLK_REF. (PE2). When the voltage level of the sampling voltage VSAMP is higher than that of the DC voltage VDC, the phase of the output clock signal CLK_VCO moves in a second direction opposite to the first direction based on the sampling voltage VSAMP. can be regulated.
도 3d를 참조하면, VNS2는 도 2의 노드(NS2)의 전압을 나타내고, SLP는 샘플링 전압(VSAMP)의 슬로프(slope)를 나타내며, SLP=Y/X일 수 있다. 노드(NS2)의 전압(VNS2)에 의해 생성되는 소신호(small signal) 전압인 샘플링 전압(VSAMP)의 슬로프(SLP)는, 하기의 [수학식 1]과 같이 도 2의 슬로프 생성 및 샘플링 회로(202)에 포함되는 레지스터(RS)의 레지스턴스에 반비례하고, 도 2의 슬로프 생성 및 샘플링 회로(202)에 포함되는 커패시터들(CS1, CS2)의 커패시턴스에 반비례할 수 있다.Referring to FIG. 3D , VNS2 represents the voltage of the node NS2 of FIG. 2 , SLP represents the slope of the sampling voltage VSAMP, and SLP=Y/X. The slope SLP of the sampling voltage VSAMP, which is a small signal voltage generated by the voltage VNS2 of the node NS2, is the slope generation and sampling circuit of FIG. 2 as shown in [Equation 1] below. It may be inversely proportional to the resistance of the resistor RS included in 202 and inversely proportional to the capacitance of the capacitors CS1 and CS2 included in the slope generating and
[수학식 1][Equation 1]
상기의 [수학식 1]에서, R1은 레지스터(RS)의 레지스턴스, C1은 커패시터들(CS1, CS2)의 커패시턴스를 나타낸다. 예를 들어, C1은 커패시터들(CS1, CS2) 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, C1은 커패시터들(CS1, CS2) 중 하나의 커패시턴스(예를 들어, 커패시터(CS1)의 커패시턴스)에 대응할 수도 있고, 커패시터들(CS1, CS2) 모두의 커패시턴스(예를 들어, 커패시터들(CS1, CS2)의 평균 커패시턴스)에 대응할 수도 있다.In the above [Equation 1], R1 represents the resistance of the resistor RS, and C1 represents the capacitance of the capacitors CS1 and CS2. For example, C1 may be determined based on at least one of the capacitors CS1 and CS2. For example, C1 may correspond to the capacitance of one of the capacitors CS1 and CS2 (eg, the capacitance of the capacitor CS1), or may correspond to the capacitance of both capacitors CS1 and CS2 (eg, the capacitance of the capacitor CS1). (average capacitance of CS1 and CS2).
도 2 및 3을 참조하여 슬로프 생성 및 샘플링 회로(202)의 예시적인 구조 및 동작을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 슬로프 생성 및 샘플링 회로(200)의 구조는 실시예에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.Although the exemplary structure and operation of the slope generation and
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프에 포함되는 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating an example of a static transconductance bias circuit included in a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention.
도 4를 참조하면, 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(502)는 제1 회로부(510), 스위치드 커패시터 레지스터(522) 및 제2 회로부(530)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the static
제1 회로부(510)는 전원 전압(VDD) 및 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다. 제1 회로부(510)는 트랜지스터들(TB1, TB2, TB3, TB4)을 포함할 수 있다.The
트랜지스터(TB1) 및 트랜지스터(TB2)는 전원 전압(VDD) 및 접지 전압(VSS) 사이에 직렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터(TB1)는 전원 전압(VDD) 및 노드(NB1) 사이에 연결되고, 트랜지스터(TB2)는 노드(NB1) 및 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다. 트랜지스터(TB3) 및 트랜지스터(TB4)는 전원 전압(VDD) 및 노드(NB3) 사이에 직렬 연결될 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터(TB3)는 전원 전압(VDD) 및 노드(NB2) 사이에 연결되고, 트랜지스터(TB4)는 노드(NB2) 및 노드(NB3) 사이에 연결될 수 있다. 트랜지스터(TB1)의 게이트 전극 및 트랜지스터(TB3)의 게이트 전극은 서로 연결되고, 노드(NB2)와 연결될 수 있다. 트랜지스터(TB2)의 게이트 전극 및 트랜지스터(TB4)의 게이트 전극은 서로 연결되고, 노드(NB1)와 연결될 수 있다.Transistors TB1 and TB2 may be connected in series between the power supply voltage VDD and the ground voltage VSS. For example, the transistor TB1 may be connected between the power supply voltage VDD and the node NB1, and the transistor TB2 may be connected between the node NB1 and the ground voltage VSS. Transistors TB3 and TB4 may be connected in series between the power supply voltage VDD and the node NB3. For example, transistor TB3 may be connected between power supply voltage VDD and node NB2 , and transistor TB4 may be connected between node NB2 and node NB3 . The gate electrode of the transistor TB1 and the gate electrode of the transistor TB3 may be connected to each other and to the node NB2. The gate electrode of the transistor TB2 and the gate electrode of the transistor TB4 may be connected to each other and connected to the node NB1.
일 실시예에서, 트랜지스터들(TB1, TB3)은 각각 PMOS 트랜지스터이고, 트랜지스터들(TB2, TB4)은 각각 NMOS 트랜지스터일 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다.In one embodiment, transistors TB1 and TB3 may each be PMOS transistors, and transistors TB2 and TB4 may each be NMOS transistors. However, the present invention may not be limited thereto.
스위치드 커패시터 레지스터(522)는 제1 회로부(510) 및 접지 전압(VSS) 사이에 연결되며, 제1 회로부(510)와 연결되는 노드(NB3) 및 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다. 스위치드 커패시터 레지스터(522)는 제1 위상 신호(PH1) 및 제2 위상 신호(PH2)에 기초하여 동작할 수 있다. 스위치드 커패시터 레지스터(522)는 스위치들(SWB1, SWB2) 및 커패시터(CGm)를 포함할 수 있다.The switched
스위치(SWB1)는 노드(NB3) 및 노드(NB4) 사이에 연결될 수 있다. 커패시터(CGm)는 노드(NB4) 및 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다. 스위치(SWB2)는 노드(NB4) 및 접지 전압(VSS) 사이에 커패시터(CGm)와 병렬 연결될 수 있다.A switch SWB1 may be connected between nodes NB3 and NB4. Capacitor CGm may be connected between node NB4 and ground voltage VSS. The switch SWB2 may be connected in parallel with the capacitor CGm between the node NB4 and the ground voltage VSS.
스위치(SWB1)는 제1 위상 신호(PH1)에 기초하여 온/오프될 수 있다. 스위치(SWB2)는 제2 위상 신호(PH2)에 기초하여 온/오프될 수 있다. 예를 들어, 스위치(SWB1)는 제1 위상 신호(PH1)가 제1 논리 레벨(예를 들어, 논리 하이 레벨)을 가지는 경우에 턴온되어 닫히고(close), 제1 위상 신호(PH1)가 제2 논리 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)을 가지는 경우에 턴오프되어 열릴 수 있다(open). 예를 들어, 스위치(SWB2)는 제2 위상 신호(PH2)가 상기 제1 논리 레벨을 가지는 경우에 턴온되어 닫히고(close), 제2 위상 신호(PH2)가 상기 제2 논리 레벨을 가지는 경우에 턴오프되어 열릴 수 있다(open).The switch SWB1 may be turned on/off based on the first phase signal PH1. The switch SWB2 may be turned on/off based on the second phase signal PH2. For example, the switch SWB1 is turned on and closed when the first phase signal PH1 has a first logic level (eg, a logic high level), and the first phase signal PH1 is closed. When it has 2 logic levels (eg, a logic low level), it can be turned off and opened (open). For example, the switch SWB2 is turned on and closed when the second phase signal PH2 has the first logic level, and is closed when the second phase signal PH2 has the second logic level. It can be turned off and open.
일 실시예에서, 스위치들(SWB1, SWB2)은 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하여 구현될 수 있다.In one embodiment, the switches SWB1 and SWB2 may be implemented by including at least one transistor.
제2 회로부(530)는 전원 전압(VDD) 및 제1 회로부(510)와 연결되고, 제어 전류(ICTRL)를 출력할 수 있다. 제2 회로부(530)는 트랜지스터(TB5)를 포함할 수 있다.The
트랜지스터(TB5)는 전원 전압(VDD) 및 노드(NB5) 사이에 연결될 수 있다. 노드(NB5)를 통해 제어 전류(ICTRL)가 출력될 수 있다. 트랜지스터(TB5)의 게이트 전극은 트랜지스터(TB1)의 게이트 전극 및 트랜지스터(TB3)의 게이트 전극과 연결될 수 있다.Transistor TB5 may be connected between power supply voltage VDD and node NB5. The control current ICTRL may be output through the node NB5 . The gate electrode of the transistor TB5 may be connected to the gate electrode of the transistor TB1 and the gate electrode of the transistor TB3.
일 실시예에서, 트랜지스터(TB5)는 PMOS 트랜지스터일 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다.In one embodiment, transistor TB5 may be a PMOS transistor. However, the present invention may not be limited thereto.
종래의 서브 샘플링 위상 고정 루프에 포함되는 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로와 다르게, 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)에 포함되는 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(502)는 스위치드 커패시터 레지스터(522)를 더 포함할 수 있다.Unlike the static transconductance bias circuit included in the conventional sub-sampling phase-locked loop, the static
도 5a, 5b 및 5c는 도 4의 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.5A, 5B and 5C are diagrams for explaining the operation of the static transconductance bias circuit of FIG. 4 .
도 5a를 참조하면, 도 4의 스위치드 커패시터 레지스터(522)에 인가되는 제1 위상 신호(PH1) 및 제2 위상 신호(PH2)를 예시하고 있다.Referring to FIG. 5A , the first phase signal PH1 and the second phase signal PH2 applied to the switched
제1 위상 신호(PH1)의 활성화 구간(TA1) 및 제2 위상 신호(PH2)의 활성화 구간(TA2)은 비중첩하며, 이에 따라 스위치들(SWB1, SWB2)은 동시에 턴온되지(즉, 닫히지) 않을 수 있다.The activation period TA1 of the first phase signal PH1 and the activation period TA2 of the second phase signal PH2 do not overlap, and thus the switches SWB1 and SWB2 are not simultaneously turned on (that is, not closed). may not be
스위치드 커패시터 레지스터(522)는 가장 간단한 스위치드 커패시터이다. 스위치드 커패시터 레지스터(522)는 1개의 커패시터(CGm) 및 2개의 스위치들(SWB1, SWB2)로 구성되고, 주어진 주파수에 따라(즉, 위상 신호들(PH1, PH2)에 따라) 커패시터(CGm)를 스위치드 커패시터 레지스터(522)의 입력 및 출력에 교대로 연결할 수 있다. 각각의 스위칭 주기(switching cycle)에서, 스위칭 주파수(f)에 따라 입력에서 출력으로 전하(q)가 전송될 수 있다. 일반적인 커패시터에서, q=C*V의 관계를 가지며(여기서, C는 커패시터의 커패시턴스, V는 커패시터 양단의 전압), 이에 기초하여 스위치드 커패시터 레지스터(522)의 동작을 설명하면 다음과 같다.Switched
먼저, 스위치드 커패시터 레지스터(522)에서, 스위치들(SWB1, SWB2) 중 하나(예를 들어, SWB1)가 닫히고 다른 하나(SWB2)가 열려 있는 동안에, 커패시터(CGm)에 입력되어 저장되는 전하는 q1=CGm*V1일 수 있다(여기서, V1은 스위치드 커패시터 레지스터(522)의 입력 전압). 다음에, 스위치들(SWB1, SWB2) 중 하나(예를 들어, SWB1)가 열리고 다른 하나(SWB2)가 닫혀 있는 동안에, 커패시터(CGm)에 저장된 전하(즉, q1)의 일부가 커패시터(CGm) 밖으로 전송되고, 이후에 커패시터(CGm)에 남아있는 전하는 q2=CGm*V2일 수 있다(여기서, V2는 스위치드 커패시터 레지스터(522)의 출력 전압). 따라서, 커패시터(CGm)에서 출력으로 이동한 전하는 q3=q1-q2=CGm*(V1-V2)일 수 있다. 전하 q3은 스위칭 주파수 f의 비율로 이동하므로, 따라서 단위 시간당 전하의 이동 비율은 ISCR=q*f=CGm*(V1-V2)*f이고, 한 노드에서 다른 노드로 전하가 계속 이동하는 것은 전류에 해당하므로 전류의 기호인 "I"로 표현하였다. 스위치드 커패시터 레지스터(522)의 입력에서 출력까지 양단의 전압은 VSCR=V1-V2이며, 따라서 등가 레지스턴스(즉, 전압-전류 관계)인 RSCR=VSCR/ISCR=1/(CGm*f)일 수 있다. 따라서, 스위치드 커패시터 레지스터(522)는 커패시터(CGm)의 커패시턴스 및 스위칭 주파수(f)에 따라 레지스턴스가 달라지는 레지스터로서 동작할 수 있다.First, in the switched
스위치드 커패시터 레지스터(522)는 광범위한 값으로 안정적으로 제조하기가 더 쉽기 때문에, 집적 회로에서 단순 레지스터(simple resistor)의 대체품으로 사용될 수 있다. 또한, 스위치드 커패시터 레지스터(522)는 스위칭 주파수(f)를 변경하여 레지스턴스가 조정 가능한 이점도 있을 수 있다(즉, 프로그래밍 가능한 레지스터일 수 있다).Because the switched
도 5b를 참조하면, 도 4의 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(502)에서 생성되는 제어 전류(ICTRL)의 전류 레벨 및 도 4의 스위치드 커패시터 레지스터(522)에 포함되는 커패시터(CGm)의 커패시턴스의 관계를 예시하고 있다. 도 5b에 도시된 것처럼, 제어 전류(ICTRL)의 전류 레벨은 커패시터(CGm)의 커패시턴스에 비례할 수 있다. 다시 말하면, 커패시터(CGm)의 커패시턴스가 증가할수록 제어 전류(ICTRL)의 전류 레벨 또한 증가하고, 커패시터(CGm)의 커패시턴스가 감소할수록 제어 전류(ICTRL)의 전류 레벨 또한 감소할 수 있다.Referring to FIG. 5B, the relationship between the current level of the control current ICTRL generated in the static
도 5c를 참조하면, 시간의 흐름에 따른 도 4의 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(502)에서 생성되는 제어 전류(ICTRL)의 전류 레벨을 예시하고 있다. 도 5c에 도시된 것처럼, 제어 전류(ICTRL)의 전류 레벨은 시간의 흐름에 관계 없이 항상 일정할 수 있다. 다시 말하면, 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(502)는 정전류원(constant current source)으로 동작할 수 있다.Referring to FIG. 5C, the current level of the control current ICTRL generated in the static
도 4 및 5를 참조하여 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(502)의 예시적인 구조 및 동작을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500)의 구조는 실시예에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.Although the exemplary structure and operation of the static
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프에 포함되는 제1 트랜스컨덕턴스 회로, 제2 트랜스컨덕턴스 회로 및 루프 필터의 일 예를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating an example of a first transconductance circuit, a second transconductance circuit, and a loop filter included in a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention.
도 6을 참조하면, 제1 트랜스컨덕턴스 회로(GmP)(302)는 도 1의 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300)에 대응하고, 제2 트랜스컨덕턴스 회로(GmI)(402)는 도 1의 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)에 대응하며, 레지스터(RLF) 및 커패시터(CLF)는 각각 도 1의 루프 필터(600)에 포함되는 레지스터(RLF) 및 커패시터(CLF)에 대응할 수 있다.Referring to FIG. 6 , a first transconductance circuit (GmP) 302 corresponds to the
제1 트랜스컨덕턴스 회로(302)는 샘플링 전압(VSAMP)을 수신하는 제1 입력 단자(예를 들어, 양의(+) 입력 단자), 및 기준 전압(VREF)을 수신하는 제2 입력 단자(예를 들어, 음의(-) 입력 단자)를 포함하고, 제어 전류(ICTRL)에 기초하여 구동하며, 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)을 생성할 수 있다. 레지스터(RLF)는 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)을 출력하는 제1 트랜스컨덕턴스 회로(302)의 출력 단자와 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다. 제1 트랜스컨덕턴스 회로(302) 및 레지스터(RLF)는 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)의 비례 경로를 형성할 수 있다.The
제2 트랜스컨덕턴스 회로(402)는 기준 전압(VREF)을 수신하는 제1 입력 단자(예를 들어, 양의(+) 입력 단자), 및 샘플링 전압(VSAMP)을 수신하는 제2 입력 단자(예를 들어, 음의(-) 입력 단자)를 제어 전류(ICTRL)에 기초하여 구동하며, 제2 출력 제어 전압(VCTRL2)을 생성할 수 있다. 커패시터(CLF)는 제2 출력 제어 전압(VCTRL2)을 출력하는 제2 트랜스컨덕턴스 회로(402)의 출력 단자와 접지 전압(VSS) 사이에 연결될 수 있다. 제2 트랜스컨덕턴스 회로(402) 및 커패시터(CLF)는 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)의 적분 경로를 형성할 수 있다.The
제1 트랜스컨덕턴스 회로(302) 및 제2 트랜스컨덕턴스 회로(402)의 구성은 실시예에 따라서 다양하게 변경되며, 본 발명은 특정 구조의 트랜스컨덕턴스 회로에 한정되지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 제1 트랜스컨덕턴스 회로(302) 및 제2 트랜스컨덕턴스 회로(402)는 동일한 구성을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 트랜스컨덕턴스 회로(302) 및 제2 트랜스컨덕턴스 회로(402)는 서로 다른 구성을 가질 수 있다.Configurations of the
종래의 서브 샘플링 위상 고정 루프에 포함되는 루프 필터는 레지스터 및 커패시터가 서로 직접 연결되지만, 이와 다르게 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)에 포함되는 루프 필터(600)는 듀얼 루프(dual loop) 구조를 가지며, 레지스터(RLF) 및 커패시터(CLF)가 직접 연결되지 않고 서로 분리되어 구현될 수 있다. 또한, 종래의 서브 샘플링 위상 고정 루프는 1개의 트랜스컨덕턴스 회로만을 포함하지만, 이와 다르게 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)는 서로 분리된 2개의 트랜스컨덕턴스 회로들(302, 402)을 포함하며, 각 트랜스컨덕턴스 회로는 루프 필터(600)의 분리된 구성요소들(즉, 레지스터(RLF) 및 커패시터(CLF)) 중 하나를 구동할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜스컨덕턴스 회로(302)는 레지스터(RLF)를 구동하고, 제2 트랜스컨덕턴스 회로(402)는 커패시터(CLF)를 구동할 수 있다.In the loop filter included in the conventional sub-sampling phase-locked loop, a resistor and a capacitor are directly connected to each other, but unlike the
도 7a 및 7b는 도 6의 제1 트랜스컨덕턴스 회로 및 루프 필터의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.7A and 7B are diagrams for explaining the operation of the first transconductance circuit and the loop filter of FIG. 6 .
도 7a를 참조하면, 도 6의 제1 트랜스컨덕턴스 회로(302)에서 생성되는 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨 및 도 6의 루프 필터(600)에 포함되는 레지스터(RLF)의 레지스턴스의 관계를 예시하고 있다. 도 7a에 도시된 것처럼, 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨은 레지스터(RLF)의 레지스턴스에 비례할 수 있다. 다시 말하면, 레지스터(RLF)의 레지스턴스가 증가할수록 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨 또한 증가하고, 레지스터(RLF)의 레지스턴스가 감소할수록 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨 또한 감소할 수 있다.Referring to FIG. 7A , the voltage level of the first output control voltage VCTRL1 generated by the
도 7b를 참조하면, 도 6의 제1 트랜스컨덕턴스 회로(302)에서 생성되는 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨 및 도 4의 스위치드 커패시터 레지스터(522)에 포함되는 커패시터(CGm)의 커패시턴스의 관계를 예시하고 있다. 도 5b를 참조하여 상술한 것처럼, 제1 트랜스컨덕턴스 회로(302)를 구동하는데 이용되는 제어 전류(ICTRL)의 전압 레벨은 커패시터(CGm)의 커패시턴스에 비례하며, 따라서 도 7b에 도시된 것처럼, 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨은 커패시터(CGm)의 커패시턴스에 비례할 수 있다. 다시 말하면, 커패시터(CGm)의 커패시턴스가 증가할수록 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨 또한 증가하고, 커패시터(CGm)의 커패시턴스가 감소할수록 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨 또한 감소할 수 있다.Referring to FIG. 7B , the voltage level of the first output control voltage VCTRL1 generated by the
구체적으로, 레지스터(RLF)의 레지스턴스가 동일하다고 가정하면, 커패시터(CGm)가 제1 커패시턴스(CGm1)를 가지는 경우에 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨은 커패시터(CGm)가 제2 커패시턴스(CGm2)를 가지는 경우에 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨보다 낮으며, 이 때 제1 커패시턴스(CGm1)는 제2 커패시턴스(CGm2)보다 작을 수 있다. 또한, 커패시터(CGm)가 제2 커패시턴스(CGm2)를 가지는 경우에 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨은 커패시터(CGm)가 제3 커패시턴스(CGm3)를 가지는 경우에 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨보다 낮으며, 이 때 제2 커패시턴스(CGm2)는 제3 커패시턴스(CGm3)보다 작을 수 있다. 다시 말하면, CGm1<CGm2<CGm3이며, 이에 따라 VCTRL1(CGm1)<VCTRL1(CGm2)<VCTRL1(CGm3)일 수 있다.Specifically, assuming that the resistor RLF has the same resistance, when the capacitor CGm has the first capacitance CGm1, the voltage level of the first output control voltage VCTRL1 is equal to the second capacitance of the capacitor CGm. In the case of having (CGm2), it is lower than the voltage level of the first output control voltage VCTRL1, and in this case, the first capacitance CGm1 may be smaller than the second capacitance CGm2. In addition, when the capacitor CGm has the second capacitance CGm2, the voltage level of the first output control voltage VCTRL1 is the first output control voltage (VCTRL1) when the capacitor CGm has the third capacitance CGm3. VCTRL1), and at this time, the second capacitance CGm2 may be smaller than the third capacitance CGm3. In other words, CGm1<CGm2<CGm3, and thus VCTRL1(CGm1)<VCTRL1(CGm2)<VCTRL1(CGm3).
도 7a 및 7b를 참조하여 상술한 것처럼, 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)의 전압 레벨은, 하기의 [수학식 2]와 같이 도 6의 루프 필터(600)에 포함되는 레지스터(RLF)의 레지스턴스에 비례하고, 도 4의 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(502)의 스위치드 커패시터 레지스터(522)에 포함되는 커패시터(CGm)의 커패시턴스에 비례할 수 있다.As described above with reference to FIGS. 7A and 7B , the voltage level of the first output control voltage VCTRL1 is the resistance of the resistor RLF included in the
[수학식 2][Equation 2]
상기의 [수학식 2]에서, R2는 레지스터(RLF)의 레지스턴스, C2는 커패시터(CGm)의 커패시턴스를 나타낸다.In [Equation 2] above, R2 represents the resistance of the resistor RLF, and C2 represents the capacitance of the capacitor CGm.
서브 샘플링 위상 고정 루프가 슬로프 생성 및 샘플링 회로(예를 들어, 도 2의 202)만을 포함하는 경우, 즉 스위치드 커패시터 레지스터(520)를 포함하지 않고 하나의 트랜스컨덕턴스 회로만을 포함하는 종래의 서브 샘플링 위상 고정 루프에서, 루프 대역폭(LBWc)은 하기의 [수학식 3]을 만족할 수 있다.When the sub-sampling phase-locked loop includes only a slope generating and sampling circuit (e.g., 202 in FIG. 2), that is, a conventional sub-sampling phase-locked loop does not include a switched
[수학식 3][Equation 3]
상기의 [수학식 3]에서, R1 및 C1은 각각 상기의 [수학식 1]을 참조하여 설명한 레지스터(예를 들어, 도 2의 RS)의 레지스턴스 및 커패시터들(예를 들어, 도 2의 CS1, CS2)의 커패시턴스를 나타내고, Kp는 상기 트랜스컨덕턴스 회로를 포함하는 비례 경로의 이득을 나타낸다.In the above [Equation 3], R1 and C1 are the resistance of the register (eg, RS in FIG. 2) and capacitors (eg, CS1 in FIG. 2), respectively, described with reference to [Equation 1] above. , CS2), and Kp represents the gain of the proportional path including the transconductance circuit.
상술한 것처럼, 서브 샘플링 위상 고정 루프가 슬로프 생성 및 샘플링 회로(202)만을 포함하는 경우에, 상기 서브 샘플링 위상 고정 루프의 루프 대역폭(LBWc)은 레지스터(RS)의 레지스턴스 및 커패시터들(CS1, CS2)의 커패시턴스의 함수로서 표현되는데, 레지스터(RS) 및 커패시터들(CS1, CS2)은 패시브 소자로서 반도체 공정에서 생산될 때 큰(예를 들어, 약 20%의) 산포를 가지며, 따라서 상기 서브 샘플링 위상 고정 루프의 루프 대역폭(LBWc)은 레지스터(RS)의 레지스턴스 및 커패시터들(CS1, CS2)의 커패시턴스의 곱에 해당하는 큰 산포를 가질 수 있다.As described above, when the sub-sampling phase-locked loop includes only the slope generation and
이에 비하여, 본 발명의 실시예들에 따라 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)가 스위치드 커패시터 레지스터(522), 2개의 트랜스컨덕턴스 회로들(302, 402) 및 루프 필터(600)를 포함하는 경우, 즉 루프 필터(600)가 듀얼 루프 구조로 구현되고 서로 분리된 2개의 트랜스컨덕턴스 회로들(302, 402)이 루프 필터(600)의 분리된 구성요소들(즉, 레지스터(RLF) 및 커패시터(CLF))을 구동하며 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(502)가 스위치드 커패시터 레지스터(522)를 포함하여 구현되는 경우에, 루프 대역폭(LBWp)은 하기의 [수학식 4] 및 [수학식 5]를 만족할 수 있다.In contrast, when the subsampling phase locked
[수학식 4][Equation 4]
[수학식 5][Equation 5]
상기의 [수학식 4] 및 [수학식 5]에서, R1 및 C1은 각각 상기의 [수학식 1]을 참조하여 설명한 레지스터(RS)의 레지스턴스 및 커패시터들(CS1, CS2)의 커패시턴스를 나타내고, R2 및 C2는 각각 상기의 [수학식 2]를 참조하여 설명한 레지스터(도 6의 RLF)의 레지스턴스 및 커패시터(도 4의 CGm)의 커패시턴스를 나타내며, Kp는 제1 트랜스컨덕턴스 회로(302)를 포함하는 상기 비례 경로의 이득을 나타낸다.In the above [Equation 4] and [Equation 5], R1 and C1 represent the resistance of the resistor RS and the capacitance of the capacitors CS1 and CS2, respectively, described with reference to [Equation 1] above, R2 and C2 represent the resistance of the resistor (RLF in FIG. 6) and the capacitance of the capacitor (CGm in FIG. 4), respectively, described with reference to [Equation 2] above, and Kp includes the
상술한 것처럼, 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)의 루프 대역폭(LBWp)은 비례 경로의 이득(Kp)에만 비례할 수 있다. 특히 상기의 [수학식 4]에 표현된 것처럼, 슬로프 생성 및 샘플링 회로(202)에 포함되는 레지스터(RS) 및 커패시터들(CS1, CS2)의 산포가 루프 대역폭(LBWp)에 미치는 영향이 스위치드 커패시터 레지스터(522)에 포함되는 커패시터(CGm) 및 루프 필터(600)에 포함되는 레지스터(RLF)에 의해 상쇄될 수 있다. 상술한 것처럼, PVT와 같은 외부 요인이 루프 대역폭에 미치는 영향을 감소시킬 수 있으며, 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)는 PVT 변동의 영향이 보상된, 즉 PVT 변동에 상대적으로 민감하지 않고 둔감한 루프 대역폭을 가지고, 이에 따라 향상된 성능을 가질 수 있다.As described above, the loop bandwidth (LBWp) of the subsampling phase locked
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프의 성능을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating performance of a subsampling phase locked loop according to embodiments of the present invention.
도 8을 참조하면, CASE1은 슬로프 생성 및 샘플링 회로만을 포함하는 종래의 서브 샘플링 위상 고정 루프를 나타내고, CASE2는 스위치드 커패시터 레지스터(522), 2개의 트랜스컨덕턴스 회로들(302, 402) 및 루프 필터(600)를 포함하는 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)를 나타낸다. 각각의 경우에 대해 33개의 샘플들을 제조하였고, 각 샘플의 루프 대역폭을 1로 정규화하여 도시하였다. 종래의 서브 샘플링 위상 고정 루프의 루프 대역폭은 약 0.94 내지 1.12의 산포(즉, 약 18%의 산포)를 가지나, 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)의 루프 대역폭은 약 0.98 내지 1.04의 산포(즉, 약 6%의 산포)를 가지며, 루프 대역폭 특성이 확연히 개선된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, CASE1 represents a conventional sub-sampling phase locked loop including only a slope generation and sampling circuit, and CASE2 represents a switched
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 샘플링 위상 고정 루프를 나타내는 블록도이다.9 is a block diagram illustrating a sampling phase locked loop according to example embodiments.
도 9를 참조하면, 샘플링 위상 고정 루프(800)는 슬로프 생성 및 샘플링 회로(200), 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300), 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400), 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500), 루프 필터(600) 및 전압 제어 발진기(700) 및 분주기(900)를 포함한다.Referring to FIG. 9 , the sampling phase locked
분주기(900)를 더 포함하고 이에 따라 일부 구성요소의 동작이 변경되는 것을 제외하면, 도 9의 샘플링 위상 고정 루프(800)는 도 1의 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)와 실질적으로 동일할 수 있다.The sampling phase locked
분주기(900)는 출력 클럭 신호(CLK_VCO)를 분주하여 분주 클럭 신호(CLK_DIV)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 분주 클럭 신호(CLK_DIV)의 주파수는 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 주파수보다 낮을 수 있다.The
일 실시예에서, 분주기(900)는 정수(integer) 분주기일 수 있다. 예를 들어, 분주기(900)의 분주비, 즉 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 주파수를 분주 클럭 신호(CLK_DIV)의 주파수로 나눈 값은 정수일 수 있다. 다른 실시예에서, 분주기(900)는 분수(fractional) 분주기일 수 있다. 예를 들어, 분주기(900)의 분주비, 즉 출력 클럭 신호(CLK_VCO)의 주파수를 분주 클럭 신호(CLK_DIV)의 주파수로 나눈 값은 실수(real number)일 수 있다.In one embodiment,
슬로프 생성 및 샘플링 회로(200)는 기준 클럭 신호(CLK_REF) 및 분주 클럭 신호(CLK_DIV)에 기초하여 샘플링 전압(VSAMP)을 생성할 수 있다. 이 경우, 샘플링 전압(VSAMP)은 기준 클럭 신호(CLK_REF) 및 분주 클럭 신호(CLK_DIV) 사이의 위상 오차를 나타낼 수 있다.The slope generating and
도 9의 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300), 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400), 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500), 루프 필터(600) 및 전압 제어 발진기(700)는 각각 도 1의 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300), 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400), 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500), 루프 필터(600) 및 전압 제어 발진기(700)와 실질적으로 동일하며, 도 2 내지 8을 참조하여 상술한 것처럼 구현될 수 있다.The
본 발명의 실시예들에 따른 샘플링 위상 고정 루프(800)는, 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500)가 스위치드 커패시터 레지스터(520)를 포함하여 구현되고, 비례 경로 상에 배치되는 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300) 및 적분 경로 상에 배치되는 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)를 포함하며, 루프 필터(600)가 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300)의 출력단과 연결되는 레지스터(RLF)를 포함하여 구현될 수 있다. 슬로프 생성 및 샘플링 회로(200)에 포함되는 레지스터 및 커패시터의 산포가 루프 대역폭에 미치는 영향이 스위치드 커패시터 레지스터(520)에 포함되는 커패시터 및 루프 필터(600)에 포함되는 레지스터(RLF)에 의해 상쇄될 수 있다. 따라서, 샘플링 위상 고정 루프(800)는 PVT 변동의 영향이 보상된, 즉 PVT 변동에 상대적으로 민감하지 않고 둔감한 루프 대역폭을 가지고, 이에 따라 향상된 성능을 가질 수 있다.In the sampling phase locked
일 실시예에서, 서브 샘플링 위상 고정 루프(100) 및 샘플링 위상 고정 루프(800)의 구성요소들의 일부 또는 전부는 하드웨어의 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 서브 샘플링 위상 고정 루프(100) 및 샘플링 위상 고정 루프(800)의 구성요소들의 일부 또는 전부는 컴퓨터 기반의 전자 시스템에 포함될 수 있다. 다른 실시예에서, 서브 샘플링 위상 고정 루프(100) 및 샘플링 위상 고정 루프(800)의 구성요소들의 일부 또는 전부는 소프트웨어, 예를 들어 명령어 코드들 또는 프로그램 루틴들의 형태로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 상기 명령어 코드들 또는 프로그램 루틴들은 컴퓨터 기반의 전자 시스템에 의해 실행되며 컴퓨터 기반의 전자 시스템의 내부 또는 외부에 배치되는 임의의 저장부에 저장될 수 있다.In one embodiment, some or all of the components of the sub-sampling phase-locked
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 클럭 신호 생성 방법을 나타내는 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a method of generating a clock signal according to embodiments of the present invention.
도 1 및 10을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 클럭 신호 생성 방법은, 샘플링 기반의 위상 검출 동작을 수행하면서, 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500)가 스위치드 커패시터 레지스터(520)를 포함하여 구현되고, 비례 경로 상에 배치되는 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300) 및 적분 경로 상에 배치되는 제2 트랜스컨덕턴스 회로(400)를 포함하며, 루프 필터(600)가 제1 트랜스컨덕턴스 회로(300)의 출력단과 연결되는 레지스터(RLF)를 포함하여 구현되는, 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프(100)에 의해 수행될 수 있다. 클럭 신호 생성 방법은 서브 샘플링 위상 고정 루프의 동작 방법으로 설명될 수도 있다.1 and 10, in a clock signal generation method according to embodiments of the present invention, a static
본 발명의 실시예들에 따른 클럭 신호 생성 방법에서, 기준 클럭 신호(CLK_REF) 및 출력 클럭 신호(CLK_VCO)에 기초하여 샘플링 전압(VSAMP)을 생성한다(단계 S100). 예를 들어, 단계 S100은 슬로프 생성 및 샘플링 회로(200)에 의해 수행되며, 도 2 및 3을 참조하여 상술한 것처럼 수행될 수 있다.In the clock signal generation method according to the embodiments of the present invention, the sampling voltage VSAMP is generated based on the reference clock signal CLK_REF and the output clock signal CLK_VCO (step S100). For example, step S100 is performed by the slope generating and
스위치드 커패시터 레지스터(SCR)(520)를 포함하는 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500)를 이용하여, 제어 전류(ICTRL)를 생성한다(단계 S200). 예를 들어, 단계 S200은 도 4 및 5를 참조하여 상술한 것처럼 수행될 수 있다.A control current ICTRL is generated using the static
제1 트랜스컨덕턴스 회로(GmP)(300) 및 루프 필터(600)에 포함되는 레지스터(RLF)를 이용하여, 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)을 생성한다(단계 S300). 예를 들어, 샘플링 전압(VSAMP), 기준 전압(VREF) 및 제어 전류(ICTRL)에 기초하여 제1 출력 제어 전압(VCTRL1)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 단계 S200은 도 6 및 7을 참조하여 상술한 것처럼 수행될 수 있다.A first output control voltage VCTRL1 is generated using the resistor RLF included in the first transconductance circuit (GmP) 300 and the loop filter 600 (step S300). For example, the first output control voltage VCTRL1 may be generated based on the sampling voltage VSAMP, the reference voltage VREF, and the control current ICTRL. For example, step S200 may be performed as described above with reference to FIGS. 6 and 7 .
제2 트랜스컨덕턴스 회로(GmI)(400) 및 루프 필터(600)에 포함되는 커패시터(CLF)를 이용하여, 제2 출력 제어 전압(VCTRL2)을 생성한다(단계 S400). 예를 들어, 샘플링 전압(VSAMP), 기준 전압(VREF) 및 제어 전류(ICTRL)에 기초하여 제2 출력 제어 전압(VCTRL2)을 생성할 수 있다. 단계 S300 및 S400은 실질적으로 동시에 수행될 수 있다.A second output control voltage VCTRL2 is generated using the second transconductance circuit (GmI) 400 and the capacitor CLF included in the loop filter 600 (step S400). For example, the second output control voltage VCTRL2 may be generated based on the sampling voltage VSAMP, the reference voltage VREF, and the control current ICTRL. Steps S300 and S400 may be performed substantially concurrently.
제1 출력 제어 전압(VCTRL1) 및 제2 출력 제어 전압(VCTRL2)에 기초하여 출력 클럭 신호(CLK_VCO)를 생성한다(단계 S500). 예를 들어, 단계 S500은 전압 제어 발진기(700)에 의해 수행될 수 있다.An output clock signal CLK_VCO is generated based on the first output control voltage VCTRL1 and the second output control voltage VCTRL2 (step S500). For example, step S500 may be performed by the voltage controlled
슬로프 생성 및 샘플링 회로(200)에 포함되는 레지스터 및 커패시터의 산포가 루프 대역폭에 미치는 영향이 스위치드 커패시터 레지스터(520)에 포함되는 커패시터 및 루프 필터(600)에 포함되는 레지스터(RLF)에 의해 상쇄될 수 있다. 따라서, PVT 변동의 영향이 보상된, 즉 PVT 변동에 상대적으로 민감하지 않고 둔감한 루프 대역폭을 가지고, 이에 따라 향상된 성능을 가질 수 있다.The effect of the distribution of the resistor and capacitor included in the slope generation and
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드를 포함하는 제품 등의 형태로 구현될 수도 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드는 다양한 컴퓨터 또는 다른 데이터 처리 장치의 프로세서로 제공될 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터로 판독 가능한 신호 매체 또는 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체일 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는 명령어 실행 시스템, 장비 또는 장치 내에 또는 이들과 접속되어 프로그램을 저장하거나 포함할 수 있는 임의의 유형적인 매체일 수 있다. 예를 들어, 상기 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, 비일시적은 저장 매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장 매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.Meanwhile, embodiments of the present invention may be implemented in the form of a product including a computer readable program code stored in a computer readable medium. The computer readable program code may be provided to processors of various computers or other data processing devices. The computer-readable medium may be a computer-readable signal medium or a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may be any tangible medium capable of storing or including a program in or connected to an instruction execution system, equipment, or device. For example, the computer-readable medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium. Here, non-temporary means that the storage medium does not contain a signal and is tangible, but does not distinguish whether data is stored semi-permanently or temporarily in the storage medium.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 집적 회로를 나타내는 블록도이다.11 is a block diagram illustrating an integrated circuit according to example embodiments.
도 11을 참조하면, 집적 회로(2000)는 위상 고정 루프(SPLL)(2100) 및 내부 회로(2200)를 포함한다.Referring to FIG. 11 , an
위상 고정 루프(2100)는 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프(도 1의 100) 및/또는 샘플링 위상 고정 루프(도 9의 800)일 수 있다. 위상 고정 루프(2100)는 샘플링 기반의 위상 검출 동작을 수행하면서, 루프 필터(600)가 듀얼 루프 구조로 구현되고, 서로 분리된 2개의 트랜스컨덕턴스 회로들(300, 400)이 루프 필터(600)의 분리된 구성요소들(즉, 레지스터(RLF) 및 커패시터(CLF))을 구동하며, 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500)가 스위치드 커패시터 레지스터(520)를 포함하여 구현될 수 있다. 따라서, 레지스터 및 커패시터의 산포가 루프 대역폭에 미치는 영향이 상쇄되고, PVT 변동의 영향이 보상된, 즉 PVT 변동에 상대적으로 민감하지 않고 둔감한 루프 대역폭을 가지며, 이에 따라 향상된 성능을 가질 수 있다.The phase locked
내부 회로(2200)는 위상 고정 루프(2100)로부터 출력되는 출력 주파수 신호에 기초하여 동작하거나, 그 밖에 특정한 동작을 수행할 수 있다.The
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 디지털 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.12 is a block diagram illustrating a digital processing system according to embodiments of the present invention.
도 12를 참조하면, 디지털 처리 시스템(3000)은 마스터 장치(3100) 및 슬레이브 장치들(3200, 3300, 3400, 3500, 3600, 3700, 3800, 3900)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12 , a
일 실시예에서, 디지털 처리 시스템(3000)은 PC(personal computer), 노트북(laptop), 휴대폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC, MP3 플레이어, PDA(personal digital assistant), EDA(enterprise digital assistant), PMP(portable multimedia player), 디지털 카메라(digital camera), 음악 재생기(music player), 휴대용 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(internet of things;) 기기, IoE(internet of everything:) 기기, e-북(e-book), VR(virtual reality) 기기, AR(augmented reality) 기기 등과 같은 임의의 전자 시스템으로 구현될 수 있다.In one embodiment, the
마스터 장치(3100)는 능동적으로 각 슬레이브 장치들(3200, 3300, 3400, 3500, 3600, 3700, 3800, 3900)을 제어하는 컨트롤러 회로 또는 프로세서일 수 있다. 예를 들어, 마스터 장치(3100)는 베이스밴드 모뎀 프로세서 칩(baseband modem processor chip), 모뎀의 기능과 애플리케이션 프로세서(application processor; AP)의 기능을 함께 수행할 수 있는 칩, AP, 또는 모바일 AP로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아닐 수 있다.The
슬레이브 장치들(3200, 3300, 3400, 3500, 3600, 3700, 3800, 3900)은 마스터 장치(3100)의 제어에 의해 수동적으로 동작하는 임의의 장치일 수 있다. 예를 들어, 슬레이브 장치들(3200, 3300, 3400, 3500, 3600, 3700, 3800, 3900)은 RFIC(radio frequency integrated circuit)(3200), PMIC(power management integrated circuit)(3300), 전력 공급 모듈(power supply module)(3400), 제2 RFIC(3500), 센서(3600), 지문 인식(fingerprint recognition) 칩(3700), 터치 스크린 컨트롤러(touch screen controller)(3800) 및 DDI(digital display interface 또는 display driver integrated circuit) 칩(3900) 등을 포함할 수 있다.The
RFIC(3200)는 적어도 하나의 연결 칩을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연결 칩은 이동 통신(cellular)을 위한 칩(3210), WLAN(wireless local area network) 통신을 위한 칩(3220), 블루투스(Bluetooth; BT) 통신을 위한 칩(3230), GNSS(global navigation satellite system) 통신을 위한 칩(3240), FM(frequency modulation) 오디오/비디오 신호를 처리하기 위한 칩(3250), NFC(near field communication)를 위한 칩(3260), 및/또는 Wi-Fi 통신을 위한 칩을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아닐 수 있다.The
RFIC(3200)는 적어도 하나의 위상 고정 루프(3270)를 포함할 수 있다. 위상 고정 루프(3270)는 본 발명의 실시예들에 따른 서브 샘플링 위상 고정 루프(도 1의 100) 및/또는 샘플링 위상 고정 루프(도 9의 800)일 수 있다. 위상 고정 루프(3270)는 샘플링 기반의 위상 검출 동작을 수행하면서, 루프 필터(600)가 듀얼 루프 구조로 구현되고, 서로 분리된 2개의 트랜스컨덕턴스 회로들(300, 400)이 루프 필터(600)의 분리된 구성요소들(즉, 레지스터(RLF) 및 커패시터(CLF))을 구동하며, 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로(500)가 스위치드 커패시터 레지스터(520)를 포함하여 구현될 수 있다. 따라서, 레지스터 및 커패시터의 산포가 루프 대역폭에 미치는 영향이 상쇄되고, PVT 변동의 영향이 보상된, 즉 PVT 변동에 상대적으로 민감하지 않고 둔감한 루프 대역폭을 가지며, 이에 따라 향상된 성능을 가질 수 있다.
실시예에 따라서, 위상 고정 루프(3270)는 각 연결 칩마다 대응하도록 형성될 수도 있다.Depending on embodiments, the phase-locked
본 발명의 실시예들은 서브 샘플링 위상 고정 루프를 포함하는 임의의 전자 장치 및 시스템에 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 PC(Personal Computer), 서버 컴퓨터(server computer), 데이터 센터(data center), 워크스테이션(workstation), 노트북(laptop), 핸드폰(cellular), 스마트 폰(smart phone), MP3 플레이어, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(Internet of Things) 기기, IoE(Internet of Everything) 기기, e-북(e-book), VR(Virtual Reality) 기기, AR(Augmented Reality) 기기, 드론(drone) 등과 같은 전자 시스템에 더욱 유용하게 적용될 수 있다.Embodiments of the present invention may be advantageously used in any electronic device or system that includes a subsampling phase locked loop. For example, embodiments of the present invention may be used in personal computers (PCs), server computers, data centers, workstations, laptops, cellular phones, and smart phones. phone), MP3 player, PDA (Personal Digital Assistant), PMP (Portable Multimedia Player), digital TV, digital camera, portable game console, navigation device, wearable device, IoT (Internet It can be more usefully applied to electronic systems such as Things of Things (IoT) devices, Internet of Everything (IoE) devices, e-books, VR (Virtual Reality) devices, AR (Augmented Reality) devices, and drones. there is.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. you will understand that you can
Claims (20)
상기 샘플링 전압, 기준 전압 및 제어 전류에 기초하여 제1 출력 제어 전압을 생성하는 제1 트랜스컨덕턴스(Gm) 회로;
상기 샘플링 전압, 상기 기준 전압 및 상기 제어 전류에 기초하여 제2 출력 제어 전압을 생성하는 제2 트랜스컨덕턴스 회로;
상기 제어 전류를 생성하고, 스위치드 커패시터 레지스터(switched capacitor resistor)를 포함하는 정적(constant) 트랜스컨덕턴스 바이어스(bias) 회로;
상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단과 연결되는 루프 필터; 및
상기 제1 출력 제어 전압 및 상기 제2 출력 제어 전압에 기초하여 상기 출력 클럭 신호를 생성하는 전압 제어 발진기를 포함하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.a slope generation and sampling circuit for generating a sampling voltage based on the reference clock signal and the output clock signal;
a first transconductance (Gm) circuit for generating a first output control voltage based on the sampling voltage, reference voltage and control current;
a second transconductance circuit generating a second output control voltage based on the sampling voltage, the reference voltage and the control current;
a constant transconductance bias circuit that generates the control current and includes a switched capacitor resistor;
a loop filter connected to an output terminal of the first transconductance circuit and an output terminal of the second transconductance circuit; and
and a voltage controlled oscillator configured to generate the output clock signal based on the first output control voltage and the second output control voltage.
전원 전압 및 접지 전압 사이에 연결되는 제1 회로부;
상기 제1 회로부 및 상기 접지 전압 사이에 연결되고, 제1 위상 신호 및 제2 위상 신호에 기초하여 동작하는 상기 스위치드 커패시터 레지스터; 및
상기 전원 전압 및 상기 제1 회로부와 연결되고, 상기 제어 전류를 출력하는 제2 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.2. The method of claim 1, wherein the static transconductance bias circuit comprises:
A first circuit unit connected between the power supply voltage and the ground voltage;
the switched capacitor resistor coupled between the first circuit unit and the ground voltage and operating based on a first phase signal and a second phase signal; and
and a second circuit unit connected to the power supply voltage and the first circuit unit and outputting the control current.
상기 제1 회로부와 연결되는 제1 노드 및 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 위상 신호에 기초하여 온/오프되는 제1 스위치;
상기 제2 노드 및 상기 접지 전압 사이에 연결되는 제1 커패시터; 및
상기 제2 노드 및 상기 접지 전압 사이에 상기 제1 커패시터와 병렬 연결되고, 상기 제2 위상 신호에 기초하여 온/오프되는 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.The method of claim 2, wherein the switched capacitor resistor,
a first switch connected between a first node and a second node connected to the first circuit unit and turned on/off based on the first phase signal;
a first capacitor connected between the second node and the ground voltage; and
and a second switch connected in parallel with the first capacitor between the second node and the ground voltage and turned on/off based on the second phase signal.
상기 정적 트랜스컨덕턴스 바이어스 회로에서 생성되는 상기 제어 전류의 전류 레벨은 상기 제1 커패시터의 커패시턴스에 비례하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.According to claim 3,
The subsampling phase locked loop, characterized in that the current level of the control current generated in the static transconductance bias circuit is proportional to the capacitance of the first capacitor.
상기 제1 위상 신호의 활성화 구간 및 상기 제2 위상 신호의 활성화 구간은 비중첩하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.According to claim 3,
An active period of the first phase signal and an active period of the second phase signal do not overlap.
상기 전원 전압 및 상기 접지 전압 사이에 직렬 연결되는 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터; 및
상기 전원 전압 및 상기 제1 노드 사이에 직렬 연결되는 제3 트랜지스터 및 제4 트랜지스터를 포함하고,
상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극 및 제3 트랜지스터의 게이트 전극은 서로 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극 및 제4 트랜지스터의 게이트 전극은 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.The method of claim 3, wherein the first circuit unit,
a first transistor and a second transistor connected in series between the power supply voltage and the ground voltage; and
A third transistor and a fourth transistor connected in series between the power supply voltage and the first node;
A gate electrode of the first transistor and a gate electrode of the third transistor are connected to each other, and a gate electrode of the second transistor and a gate electrode of the fourth transistor are connected to each other.
상기 전원 전압 및 상기 제어 전류를 출력하는 제3 노드 사이에 연결되는 제5 트랜지스터를 포함하고,
상기 제5 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 제3 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.The method of claim 6, wherein the second circuit unit,
A fifth transistor connected between a third node outputting the power supply voltage and the control current;
A gate electrode of the fifth transistor is connected to a gate electrode of the first transistor and a gate electrode of the third transistor.
상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단 및 상기 접지 전압 사이에 연결되는 제1 레지스터; 및
상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단 및 상기 접지 전압 사이에 연결되는 제2 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.The method of claim 3, wherein the loop filter,
a first resistor coupled between an output terminal of the first transconductance circuit and the ground voltage; and
and a second capacitor connected between the output terminal of the second transconductance circuit and the ground voltage.
상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로에서 생성되는 상기 제1 출력 제어 전압의 전압 레벨은 상기 제1 레지스터의 레지스턴스에 비례하고 상기 제1 커패시터의 커패시턴스에 비례하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.According to claim 8,
A voltage level of the first output control voltage generated in the first transconductance circuit is proportional to a resistance of the first resistor and proportional to a capacitance of the first capacitor.
상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로는 상기 서브 샘플링 위상 고정 루프의 비례(proportional) 경로를 형성하고,
상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로는 상기 서브 샘플링 위상 고정 루프의 적분(integral) 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.According to claim 1,
the first transconductance circuit forms a proportional path of the subsampling phase locked loop;
The second transconductance circuit forms an integral path of the subsampling phase locked loop.
상기 서브 샘플링 위상 고정 루프의 루프 대역폭(loop bandwidth)은 상기 비례 경로의 이득(gain)에 비례하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.According to claim 10,
The sub-sampling phase-locked loop, characterized in that the loop bandwidth of the sub-sampling phase-locked loop is proportional to the gain of the proportional path.
상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로는 상기 샘플링 전압을 수신하는 제1 입력 단자, 및 상기 기준 전압을 수신하는 제2 입력 단자를 포함하고,
상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로는 상기 기준 전압을 수신하는 제1 입력 단자, 및 상기 샘플링 전압을 수신하는 제2 입력 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.According to claim 10,
the first transconductance circuit includes a first input terminal receiving the sampling voltage and a second input terminal receiving the reference voltage;
wherein the second transconductance circuit includes a first input terminal receiving the reference voltage and a second input terminal receiving the sampling voltage.
상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로는 동일한 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.According to claim 10,
The subsampling phase locked loop, characterized in that the first transconductance circuit and the second transconductance circuit have the same configuration.
상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로는 서로 다른 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.According to claim 10,
The sub-sampling phase locked loop, characterized in that the first transconductance circuit and the second transconductance circuit have different configurations.
전원 전압 및 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 출력 클럭 신호에 기초하여 동작하는 제1 회로부; 및
상기 제1 회로부 및 상기 접지 전압과 연결되고, 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 동작하며, 상기 샘플링 전압을 출력하는 제2 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.The method of claim 1, wherein the slope generation and sampling circuit,
a first circuit unit connected between a power supply voltage and a ground voltage and operating based on the output clock signal; and
and a second circuit part connected to the first circuit part and the ground voltage, operating based on the reference clock signal, and outputting the sampling voltage.
상기 전원 전압 및 상기 접지 전압 사이에 직렬 연결되는 제1 트랜지스터, 제1 레지스터 및 제2 트랜지스터를 포함하고,
상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 출력 클럭 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.16. The method of claim 15, wherein the first circuit unit,
A first transistor, a first resistor, and a second transistor connected in series between the power supply voltage and the ground voltage;
A gate electrode of the first transistor and a gate electrode of the second transistor receive the output clock signal.
상기 제1 레지스터 및 제1 노드 사이에 연결되고, 상기 기준 클럭 신호에 기초하여 온/오프되는 제1 스위치;
상기 제1 노드 및 상기 샘플링 전압을 출력하는 제2 노드 사이에 연결되고, 상기 기준 클럭 신호가 반전된 반전 기준 클럭 신호에 기초하여 온/오프되는 제2 스위치;
상기 제1 노드 및 상기 접지 전압 사이에 연결되는 제1 커패시터; 및
상기 제2 노드 및 상기 접지 전압 사이에 연결되는 제2 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.The method of claim 16, wherein the second circuit unit,
a first switch coupled between the first register and a first node and turned on/off based on the reference clock signal;
a second switch connected between the first node and a second node outputting the sampling voltage, and turned on/off based on an inverted reference clock signal obtained by inverting the reference clock signal;
a first capacitor connected between the first node and the ground voltage; and
and a second capacitor connected between the second node and the ground voltage.
상기 샘플링 전압의 슬로프는 상기 제1 레지스터의 레지스턴스에 반비례하고, 상기 제1 및 제2 커패시터들의 커패시턴스에 반비례하는 것을 특징으로 하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.18. The method of claim 17,
A slope of the sampling voltage is inversely proportional to the resistance of the first resistor and inversely proportional to the capacitances of the first and second capacitors.
상기 출력 클럭 신호에 기초하여 동작하는 내부 회로를 포함하고,
상기 서브 샘플링 위상 고정 루프는,
상기 기준 클럭 신호 및 상기 출력 클럭 신호에 기초하여 샘플링 전압을 생성하는 슬로프 생성 및 샘플링 회로;
상기 샘플링 전압, 기준 전압 및 제어 전류에 기초하여 제1 출력 제어 전압을 생성하는 제1 트랜스컨덕턴스(Gm) 회로;
상기 샘플링 전압, 상기 기준 전압 및 상기 제어 전류에 기초하여 제2 출력 제어 전압을 생성하는 제2 트랜스컨덕턴스 회로;
상기 제어 전류를 생성하고, 스위치드 커패시터 레지스터(switched capacitor resistor)를 포함하는 정적(constant) 트랜스컨덕턴스 바이어스(bias) 회로;
상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단과 연결되는 루프 필터; 및
상기 제1 출력 제어 전압 및 상기 제2 출력 제어 전압에 기초하여 상기 출력 클럭 신호를 생성하는 전압 제어 발진기를 포함하는 집적 회로.a subsampling phase locked loop for generating an output clock signal based on the reference clock signal; and
an internal circuit that operates based on the output clock signal;
The subsampling phase locked loop,
a slope generation and sampling circuit for generating a sampling voltage based on the reference clock signal and the output clock signal;
a first transconductance (Gm) circuit for generating a first output control voltage based on the sampling voltage, reference voltage and control current;
a second transconductance circuit generating a second output control voltage based on the sampling voltage, the reference voltage and the control current;
a constant transconductance bias circuit that generates the control current and includes a switched capacitor resistor;
a loop filter connected to an output terminal of the first transconductance circuit and an output terminal of the second transconductance circuit; and
and a voltage controlled oscillator configured to generate the output clock signal based on the first output control voltage and the second output control voltage.
제2 커패시터를 포함하는 스위치드 커패시터 레지스터(switched capacitor resistor)를 포함하고, 상기 제2 커패시터의 커패시턴스에 비례하는 제어 전류를 생성하는 정적(constant) 트랜스컨덕턴스 바이어스(bias) 회로;
상기 샘플링 전압, 기준 전압 및 상기 제어 전류에 기초하여 제2 레지스터의 레지스턴스 및 상기 제2 커패시터의 커패시턴스에 비례하는 제1 출력 제어 전압을 생성하는 제1 트랜스컨덕턴스(Gm) 회로;
상기 샘플링 전압, 상기 기준 전압 및 상기 제어 전류에 기초하여 제2 출력 제어 전압을 생성하는 제2 트랜스컨덕턴스 회로;
상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로의 출력단과 연결되고, 상기 제2 레지스터를 포함하는 루프 필터; 및
상기 제1 출력 제어 전압 및 상기 제2 출력 제어 전압에 기초하여 상기 출력 클럭 신호를 생성하는 전압 제어 발진기를 포함하고,
상기 제1 트랜스컨덕턴스 회로 및 상기 제2 트랜스컨덕턴스 회로는 각각 비례(proportional) 경로 및 적분(integral) 경로를 형성하며,
루프 대역폭(loop bandwidth)은 상기 제1 레지스터의 레지스턴스, 상기 제1 커패시터의 커패시턴스, 상기 제2 레지스터의 레지스턴스 및 상기 제2 커패시터의 커패시턴스와 무관하고 상기 비례 경로의 이득(gain)에만 비례하는 서브 샘플링 위상 고정 루프.
A slope generation and sampling circuit including a first resistor and a first capacitor and generating a sampling voltage having a slope inversely proportional to the resistance of the first resistor and the capacitance of the first capacitor based on a reference clock signal and an output clock signal. ;
a constant transconductance bias circuit including a switched capacitor resistor including a second capacitor and generating a control current proportional to a capacitance of the second capacitor;
a first transconductance (Gm) circuit generating a first output control voltage proportional to a resistance of a second resistor and a capacitance of the second capacitor based on the sampling voltage, the reference voltage, and the control current;
a second transconductance circuit generating a second output control voltage based on the sampling voltage, the reference voltage and the control current;
a loop filter connected to an output terminal of the first transconductance circuit and an output terminal of the second transconductance circuit, and including the second resistor; and
a voltage controlled oscillator configured to generate the output clock signal based on the first output control voltage and the second output control voltage;
the first transconductance circuit and the second transconductance circuit form a proportional path and an integral path, respectively;
Loop bandwidth is independent of the resistance of the first resistor, the capacitance of the first capacitor, the resistance of the second resistor, and the capacitance of the second capacitor, and is proportional only to the gain of the proportional path. phase locked loop.
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