WO2013022192A2 - Phase-locked loop and clock-generating system comprising same - Google Patents

Phase-locked loop and clock-generating system comprising same Download PDF

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WO2013022192A2
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황인준
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주식회사 아이덴코아
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    • H03L7/22Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using more than one loop
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    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
    • H03L7/099Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop

Definitions

  • the present invention relates to a phase locked loop, and more particularly, to a low noise phase locked loop and a clock generation system including the same to minimize noise of an oscillation signal generated in the phase locked loop.
  • the phase locked loop may include a reference clock generator, a phase detector, a charge pump, a loop filter, a voltage controlled oscillator, and a frequency divider. .
  • the phase detector can generate a phase sensing signal by comparing the phase of the divided oscillator signal of the divider based on the oscillation signal of the voltage controlled oscillator with the reference clock signal, and the charge pump pumps the charge according to the phase sensing signal to pump the current.
  • the loop filter generates a voltage according to the pumped current and provides the voltage to the voltage controlled oscillator.
  • the voltage controlled oscillator may provide an oscillation signal based on the signal provided by the phase comparator.
  • jitter caused by jitter and external factors of the reference clock signal provided to the phase locked loop affects the oscillation signal of the voltage controlled oscillator.
  • a method of generating a clock signal based on the output of the jitter-free VCXO including a voltage controlled crystal oscillator (VCXO) has been proposed, but the VCXO has a very narrow oscillation range. This can limit the frequency of the output clock to a constant value.
  • An object of the present invention is to provide a phase locked loop capable of setting various oscillation frequencies while minimizing jitter occurring in the phase locked loop.
  • Another object of the present invention is to provide a low noise phase locked loop in which no jitter occurs even when a plurality of phase locked loops are cascaded.
  • a phase locked loop for detecting a phase difference between a reference clock signal and an output clock signal to generate a phase detection signal, and generating a voltage corresponding to the phase detection signal and filtering the pumped voltage.
  • a voltage controlled crystal oscillator including a charge pump and a loop filter, a crystal oscillator, and generating a crystal oscillation signal based on the filtered pumping voltage, and fixing a phase of the output clock signal based on the crystal oscillation signal.
  • an auxiliary phase locked loop for detecting a phase difference between a reference clock signal and an output clock signal to generate a phase detection signal, and generating a voltage corresponding to the phase detection signal and filtering the pumped voltage.
  • a phase lock loop divides a reference clock signal into a preset third division value and provides a main divider by dividing a third divider and an output clock signal into a preset fourth divider value.
  • a fourth detector configured to provide a divided output clock signal, a phase detector configured to detect a phase difference between the main clock signal and the divided output clock signal to generate a phase detection signal, and provide a pumping current based on the phase detection signal
  • a charge pump, a loop filter providing a filtered pumping voltage corresponding to the pumping current, a voltage controlled crystal oscillator comprising a crystal oscillator and generating a crystal oscillation signal based on the filtered pumping voltage, and based on the crystal oscillation signal
  • an auxiliary phase locked loop for fixing and providing a phase of the output clock signal.
  • each of the plurality of phase locked loops includes a crystal oscillator, and includes a crystal oscillator.
  • a voltage controlled crystal oscillator for generating a crystal oscillation signal on the basis of and an auxiliary phase locked loop for fixing and providing a phase of the output clock signal based on the crystal oscillation signal.
  • a phase locked loop includes a clock signal that minimizes jitter by including an auxiliary phase locked loop operating based on a jitter free oscillation signal generated as an output of the VCXO in the phase locked loop. Can be generated.
  • a phase locked loop when providing output clocks having various frequencies, a plurality of VCXOs are required.
  • a phase locked loop according to an embodiment of the present invention can provide output clocks having various frequencies even though only one VCXO is included. It is suitable for miniaturization.
  • the phase locked loop according to another embodiment of the present invention does not accumulate jitter even if the plurality of phase locked loops are cascaded, and can operate by adaptively changing a frequency in response to various frequencies. It is possible to improve the design convenience for the containing system.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a phase locked loop according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an embodiment of the auxiliary phase locked loop of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a phase locked loop according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a clock generation system in which a phase locked loop is cascaded according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a phase locked loop according to an embodiment of the present invention.
  • the phase locked loop 10a may include a phase detector 100, a charge pump 200, a loop filter 300, a VCXO 400, and an auxiliary phase locked loop 500.
  • the phase detector 100 receives the reference clock signal RCLK and the output clock signal TXCLK and detects a phase difference between the two signals to generate a phase detection signal PD.
  • the charge pump 200 receives a phase detection signal PD to charge or discharge a predetermined charge.
  • the loop filter 300 provides the filtered pumping voltage FPC based on the pumping current PC.
  • the loop filter 300 may include a low pass filter, and may include a capacitor to store or discharge the pumping current PC. It also filters out sudden noise, i.e., jitter, to provide a pumping voltage (FPC) filtered to within a certain value for the VCXO 400.
  • the charge pump 200 and the loop filter 300 may be implemented as pulse-voltage converters that provide a filtered pumping voltage FPC having a preset value to the VCXO 400 based on the phase detection signal PD. have.
  • the VCXO 400 is a crystal oscillator, which generates a crystal oscillation signal SRCLK based on the filtered pumping voltage FPC.
  • the VCXO 400 operates using a crystal piezoelectric effect and a reverse piezoelectric effect, including a crystal oscillator. Since the Q is higher than other crystals, stable vibration is obtained, so that jitter can be minimized.
  • the VCXO 400 has an advantage of generating a jitter-free crystal oscillation signal SRCLK, but has a disadvantage in that the frequency range of the crystal oscillation signal SRCLK is narrow, so that the frequency of the clock signal is variously set in one system. Cannot work properly. Accordingly, the phase locked loop 10a according to an embodiment of the present invention provides a crystal oscillation signal SRCLK without jitter to the auxiliary phase locked loop 500 to extend the frequency setting range of the output clock signal TXCLK. You can.
  • the auxiliary phase locked loop 500 may generate an output clock signal TXCLK by detecting a phase difference between the reference clock and the output clock signal TXCLK using the jitter-free crystal oscillation signal SRCLK as a reference clock.
  • the auxiliary phase locked loop 500 may include substantially the same components as the general phase locked loop, and a detailed configuration of the auxiliary phase locked loop 500 will be described later with reference to FIG. 2.
  • the crystal oscillation signal SRCLK provided as a reference clock to the auxiliary phase locked loop 500 has no jitter, and as a result, the output output from the auxiliary phase locked loop 500. Jitter of the clock signal TXCLK may be minimized.
  • the auxiliary phase locked loop 500 does not include a VCXO, but includes a general voltage controlled oscillator (VC0) so that the output clock signal TXCLK may have more various frequencies. do.
  • auxiliary phase locked loop 500 When the auxiliary phase locked loop 500 is not included, there is a problem that accurate phase detection between the reference signal and the fed back output clock signal cannot be performed by using the clock signal including jitter as a reference signal, and also the reference clock signal.
  • VCXO When VCXO is used to eliminate jitter of jitter or jitter that may be included in an input pumping voltage to finally provide an output clock signal, there may be a problem that the output clock signal is generated only within a limited frequency range.
  • the phase locked loop 10a uses the crystal oscillation signal SRCLK provided from the VCXO 400 with little jitter as a reference clock to generate an output phase clock signal TXCLK. Including 500, frequency accuracy may be improved by minimizing jitter in the output clock signal TXCLK.
  • the VCXO removes the limitation of the frequency range of the output clock signal that can occur when the output clock signal is generated, and thus is highly adaptable to a system requiring a clock signal having various frequencies.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an embodiment of the auxiliary phase locked loop of FIG. 1.
  • the auxiliary phase locked loop 500 includes a first divider 510, an auxiliary phase detector 520, an auxiliary charge pump 530, an auxiliary loop filter 540, a VCO 550, and a second divider. Period 560 may be included.
  • the first divider 510 may divide the crystal oscillation signal SRCLK according to a preset first division value to generate a divided crystal oscillation signal DRCLK.
  • the second divider 560 may divide the output clock signal TXCLK according to a preset second division value to generate a divided auxiliary output clock signal DCLK.
  • the auxiliary phase detector 520 may generate the auxiliary phase detection signal SPD by detecting a phase change between the divided crystal oscillation signal DRCLK and the divided auxiliary output clock signal DCLK. Compared with the phase detector 100 of FIG. 1, the auxiliary phase detector 520 of FIG. 2 may perform substantially the same operation as the received signal is different.
  • the auxiliary charge pump 530 may provide a different auxiliary pumping current SPC according to the auxiliary phase sensing signal SPD. Likewise, the auxiliary charge pump 530 of FIG. 2 may perform substantially the same function as the charge pump 200 of FIG. 1.
  • the auxiliary loop filter 540 may generate the filtered auxiliary pumping voltage SFPC by converting the auxiliary pumping current SPC into a voltage.
  • the auxiliary loop filter 540 may perform substantially the same function as the loop filter 300 of FIG. 1.
  • the VCO 550 receives the filtered auxiliary pumping voltage SFPC to generate an output clock signal TXCLK.
  • the auxiliary phase locked loop 500 may include a VCO other than a VCXO to reduce the size and extend a range of frequencies in which the output clock signal TXCLK may be generated.
  • the VCO 550 may include a ring oscillator.
  • the loop band of the auxiliary phase locked loop 500 may be set wide to reduce jitter generated in the VCO 550 itself.
  • the frequency of the output clock signal TXCLK output from the auxiliary phase locked loop 500 may be expressed by Equation 1 below.
  • Equation 1 f SRCLK is the frequency of the crystal oscillation signal SRCLK, f TXCLK is the frequency of the output clock signal TXCLK, M is the first divided frequency value of the first divider 510, N is the second minute. The second divided frequency value of the period 560 is shown.
  • the crystal oscillation signal SRCLK in the auxiliary phase locked loop 500 may not be an integer multiple of the output clock signal TXCLK. That is, even if the frequency of the crystal oscillation signal SRCLK generated from the VCXO 400 is limited to a certain range, the output clock signal (according to the combination of the division values of the first divider 510 and the second divider 560) The frequency of TXCLK) can be freely controlled without being limited to the frequency range of the crystal oscillation signal SRCLK.
  • the phase locked loop 10a may include an auxiliary phase locked loop 500 capable of setting a divided value, thereby overcoming the frequency range limitation according to the VCXO 400.
  • the phase locked loop 10a includes an auxiliary phase locked loop 500 having a divider instead of a large separate VCXO to limit the frequency value according to the VCXO. It is possible to provide an output clock signal TXCLK having various frequencies without receiving.
  • the phase locked loop 10a includes a VCXO 400 to provide a jitter-free crystal oscillation signal SRCLK to be used as a reference clock of the auxiliary phase locked loop 500.
  • the jitter of the output clock signal TXCLK may be reduced, and the output clock signal TXCLK may be provided without being limited to the frequency range of the crystal oscillation signal SRCLK provided by the VCXO 400.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a phase locked loop according to an embodiment of the present invention.
  • the phase locked loop 10b of FIG. 3 may further include a third divider 600 and a fourth divider 700.
  • the third divider 600 divides the reference clock signal RCLK into a preset third division value to generate a main clock signal MCLK.
  • the fourth divider 700 divides the output clock signal TXCLK into a preset fourth division value to generate a divided output clock signal DTXCLK.
  • the phase detector 100 detects a phase difference between the main clock signal MCLK and the divided output clock signal DTXCLK to generate a phase detection signal PD, and the charge pump 200 generates the phase detection signal PD. Based on the pumped current PC, and the loop filter 300 generates the filtered pumping voltage FPC based on the pumped current PC.
  • the VCXO 400 generates a jitter free crystal oscillation signal SRCLK based on the filtered pumping voltage FPC and provides it to the auxiliary phase locked loop 500 as a reference clock, and the auxiliary phase locked loop 500 corrects. Based on the oscillation signal SRCLK, the output clock signal TXCLK of a constant frequency is provided through a phase fixing process with the output clock signal TXCLK.
  • the third divider 600 and the fourth divider 700 are further included, so that the frequency of the reference clock signal RCLK and the output clock signal TXCLK is different. Operation is possible even without a separate frequency synthesizer.
  • the preset third division value of the third divider 600 is P and the preset fourth division value of the fourth divider 700 is Q, this indicates the frequency of the reference clock signal RCLK.
  • f RCLK f represents the frequency of f SRCLK
  • the output clock signal (TXCLK) indicating the frequency of the crystal oscillating signal (SRCLK) TXCLK has the relationship such as expression (2) below.
  • the frequency of the output clock signal TXCLK output from the phase locked loop 10b does not need to be an integer multiple of the frequency of the crystal oscillation signal SRCLK and the frequency of the reference clock signal RCLK.
  • the output clock signal TXCLK having various frequencies may be provided based on a combination of the divided values of the first to third dividers 510, 560, 600, and 700.
  • phase locked loop 10b may have various frequencies without including jitter and not limited to integer multiples or divided by integers of frequencies of the respective reference clock signals.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a clock generation system in which a phase locked loop is cascaded according to an embodiment of the present invention.
  • the clock generation system 20 may include a plurality of phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n.
  • Each of the plurality of phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n shown in FIG. 4 may include the configuration shown in FIGS. 1 and 3, and the phase locked loops 10_1, 10_2,
  • the auxiliary phase locked loop included in 10_3,..., 10_n) may include a configuration as shown in FIG. 2.
  • the first phase locked loop 10_1 receives the reference clock signal RCLK to generate the first output clock signal TXCLK1, and the second phase locked loop 10_2 receives the first output clock signal TXCLK1.
  • the second output clock signal TXCLK2 is generated using the first output clock signal TXCLK1 as a reference clock.
  • the third phase locked loop 10_3 generates the third output clock signal TXCLK3 using the second output clock signal TXCLK2 as a reference clock.
  • the plurality of phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n finally receive outputs as input signals, thereby finally generating the nth output clock signal TXCLKn, or
  • the output clock signal TXCLK having various frequencies may be provided by connecting an output to each of the first through nth output clock signals TXCLK1, TXCLK2, TXCLK3,..., TXCLKn-1, TXCLKn.
  • each of the plurality of phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n includes an auxiliary phase locked loop 500 as shown in FIG. 2. It is possible to generate an output clock signal TXCLK having various frequencies without generating jitter.
  • each of the phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n does not include the auxiliary phase locked loop 500 and is cascaded with each other as shown in FIG. 4. Since the jitter generated in the first phase locked loop 10_1 affects the second phase locked loop 10_2, the second output clock signal TXCLK may generate the jitter and the second phase generated in the first phase locked loop 10_1. The jitter generated in the fixed loop 10_2 may be added to generate larger jitter. As a result, the n-th output clock signal TXCLKn output from the n-th phase locked loop 10_n may cause all the jitter generated in the plurality of phase locked loops. Can accumulate and contain very large jitter.
  • phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n are output from the VCXO to receive the jitter-free crystal oscillation signal SRCLK as a reference clock and output an output clock signal ( Since the jitter-free output clock signal TXCLK is provided by including an auxiliary phase-locked loop that generates TXCLK, the generation of jitter can be minimized even when a plurality of cascaded circuits are connected as shown in FIG. 4.
  • phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n may further include first to fourth dividers, so that the output clock signal TXCLK is limited to an integer multiple of the frequency of the reference clock. It is possible to generate the output clock signal TXCLK having various frequencies according to the combination of the divided values of the dividers without generating only).
  • each of the phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n are cascaded as shown in FIG. 4, each of the phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,.
  • the output clock signal TXCLK of more various values may be provided according to a combination of included dividers.
  • a phase locked loop and a clock generation system including the same may include an output clock signal TXCLK including an auxiliary phase locked loop that uses the output signal of the VCXO that generates little jitter as a reference clock. This minimizes jitter generation.
  • a phase locked loop and a clock generation system including the same include a VCO having a wide range of oscillation frequency in an auxiliary phase locked loop for generating an output clock signal TXCLK.
  • the output clock signal TXCLK having various frequencies can be generated without generating.
  • a phase locked loop and a clock generation system including the same may generate an output clock signal TXCLK that includes at least one frequency divider and is not tied to an integer multiple of the frequency of the reference clock. have.
  • phase locked loop and the system including the same can be usefully used in a small device because it can provide an output clock having various frequencies while minimizing jitter while including only one VCXO.
  • phase locked loop and the system including the same can minimize the consideration of jitter in the design because the jitter does not accumulate even when a plurality of phase locked loops are connected in a cascade, thereby simplifying design. It can be applied to various devices.

Abstract

A phase-locked loop according to one embodiment of the present invention comprises: a phase sensor for generating a phase sensor signal by sensing the phase difference between a reference clock signal and an output clock signal; a charge pump for providing a pumping current on the basis of the phase sensor signal; a loop filter for providing filtered pumping voltage corresponding to the pumping current; a voltage controlled crystal oscillator, comprising a crystal vibrator, for generating a crystal oscillator signal on the basis of the filtered pumping voltage; and a supplementary phase-locked loop for locking the phase of the output clock signal on the basis of the crystal oscillator signal and then providing same.

Description

위상 고정 루프 및 이를 포함하는 클럭 발생 시스템 Phase Locked Loops and Clock Generation Systems Including the Same
본 발명은 위상 고정 루프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위상 고정 루프에서 생성되는 발진 신호의 잡음을 최소화하기 위한 저잡음 위상 고정 루프 및 이를 포함하는 클럭 발생 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a phase locked loop, and more particularly, to a low noise phase locked loop and a clock generation system including the same to minimize noise of an oscillation signal generated in the phase locked loop.
위상 고정 루프는 기준 클럭 발생기(reference clock generator), 위상 감지기(phase detector), 차지 펌프(charge pump), 루프 필터(loop filter), 전압 제어 발진기, 및 분주기(frequency divider)를 포함할 수 있다.The phase locked loop may include a reference clock generator, a phase detector, a charge pump, a loop filter, a voltage controlled oscillator, and a frequency divider. .
위상 감지기는 기준 클럭 신호와 전압 제어 발진기의 발진 신호에 기초한 분주기의 분주된 발진 신호의 위상을 비교하여 위상 감지 신호를 생성할 수 있으며, 차지 펌프는 위상 감지 신호에 따라 전하를 펌핑하여 펌핑 전류를 출력하고, 루프 필터는 펌핑된 전류에 따라서 전압을 생성하여 전압 제어 발진기에 제공한다. 전압 제어 발진기는 위상 비교기에서 제공된 신호에 기초하여 발진 신호를 제공할 수 있다. The phase detector can generate a phase sensing signal by comparing the phase of the divided oscillator signal of the divider based on the oscillation signal of the voltage controlled oscillator with the reference clock signal, and the charge pump pumps the charge according to the phase sensing signal to pump the current. The loop filter generates a voltage according to the pumped current and provides the voltage to the voltage controlled oscillator. The voltage controlled oscillator may provide an oscillation signal based on the signal provided by the phase comparator.
그러나 위상 고정 루프에 제공되는 기준 클럭 신호의 지터 및 외부 요인에 의하여 발생하는 지터가 전압 제어 발진기의 발진 신호에 영향을 준다.However, jitter caused by jitter and external factors of the reference clock signal provided to the phase locked loop affects the oscillation signal of the voltage controlled oscillator.
이러한 지터를 제거하기 위하여 전압 제어 수정 발진기(VCXO, Voltage controlled crystal oscillator)를 포함하여 지터를 포함하지 않는 VCXO의 출력에 기초하여 클럭 신호를 생성하는 방법이 제안되었으나, VCXO는 매우 좁은 발진 범위를 가지기 때문에 출력 클럭의 주파수를 일정한 값으로 제한할 수 있다.To eliminate this jitter, a method of generating a clock signal based on the output of the jitter-free VCXO including a voltage controlled crystal oscillator (VCXO) has been proposed, but the VCXO has a very narrow oscillation range. This can limit the frequency of the output clock to a constant value.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 위상 고정 루프에서 발생하는 지터를 최소화하면서도 발진 주파수를 다양하게 설정할 수 있는 위상 고정 루프를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a phase locked loop capable of setting various oscillation frequencies while minimizing jitter occurring in the phase locked loop.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 다수의 위상 고정 루프들이 캐스케이드(cascade) 연결되더라도 지터가 발생하지 않는 저잡음 위상 고정 루프를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a low noise phase locked loop in which no jitter occurs even when a plurality of phase locked loops are cascaded.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프는, 기준 클럭 신호 및 출력 클럭 신호의 위상 차이를 감지하여 위상 감지 신호를 생성하는 위상 감지기, 상기 위상 감지 신호에 상응하는 전압을 생성하여 필터링된 펌핑 전압으로 제공하는 차지 펌프 및 루프 필터, 수정 진동자를 포함하며, 상기 필터링된 펌핑 전압에 기초하여 수정 발진 신호를 생성하는 전압 제어 수정 발진기, 및 상기 수정 발진 신호에 기초하여 상기 출력 클럭 신호의 위상을 고정시켜 제공하는 보조 위상 고정 루프를 포함한다. A phase locked loop according to an embodiment of the present invention, a phase detector for detecting a phase difference between a reference clock signal and an output clock signal to generate a phase detection signal, and generating a voltage corresponding to the phase detection signal and filtering the pumped voltage. A voltage controlled crystal oscillator including a charge pump and a loop filter, a crystal oscillator, and generating a crystal oscillation signal based on the filtered pumping voltage, and fixing a phase of the output clock signal based on the crystal oscillation signal. And an auxiliary phase locked loop.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프는, 기준 클럭 신호를 기 설정된 제3 분주 값으로 분주하여 메인 클럭 신호로 제공하는 제3 분주기, 출력 클럭 신호를 기 설정된 제4 분주 값으로 분주하여 분주된 출력 클럭 신호로 제공하는 제4 분주기, 상기 메인 클럭 신호 및 분주된 출력 클럭 신호의 위상 차이를 감지하여 위상 감지 신호를 생성하는 위상 감지기, 상기 위상 감지 신호에 기초하여 펌핑 전류를 제공하는 차지 펌프, 상기 펌핑 전류에 상응하는 필터링된 펌핑 전압을 제공하는 루프 필터, 수정 진동자를 포함하며 상기 필터링된 펌핑 전압에 기초하여 수정 발진 신호를 생성하는 전압 제어 수정 발진기, 및 수정 발진 신호에 기초하여 상기 출력 클럭 신호의 위상을 고정시켜 제공하는 보조 위상 고정 루프를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a phase lock loop divides a reference clock signal into a preset third division value and provides a main divider by dividing a third divider and an output clock signal into a preset fourth divider value. A fourth detector configured to provide a divided output clock signal, a phase detector configured to detect a phase difference between the main clock signal and the divided output clock signal to generate a phase detection signal, and provide a pumping current based on the phase detection signal A charge pump, a loop filter providing a filtered pumping voltage corresponding to the pumping current, a voltage controlled crystal oscillator comprising a crystal oscillator and generating a crystal oscillation signal based on the filtered pumping voltage, and based on the crystal oscillation signal And an auxiliary phase locked loop for fixing and providing a phase of the output clock signal.
본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 발생 시스템은, 복수 개의 위상 고정 루프들이 캐스케이드 연결된 클럭 발생 시스템에 대하여, 상기 복수 개의 위상 고정 루프들 각각은, 수정 진동자를 포함하며, 기준 클럭 및 출력 클럭 신호에 기초하여 수정 발진 신호를 생성하는 전압 제어 수정 발진기, 및 상기 수정 발진 신호에 기초하여 상기 출력 클럭 신호의 위상을 고정시켜 제공하는 보조 위상 고정 루프를 포함한다.In a clock generation system according to an embodiment of the present invention, with respect to a clock generation system in which a plurality of phase locked loops are cascaded, each of the plurality of phase locked loops includes a crystal oscillator, and includes a crystal oscillator. A voltage controlled crystal oscillator for generating a crystal oscillation signal on the basis of and an auxiliary phase locked loop for fixing and providing a phase of the output clock signal based on the crystal oscillation signal.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프는 위상 고정 루프 내의 VCXO 의 출력으로 생성된 지터 프리 발진 신호(Jitter free oscillation signal)에 기초하여 동작하는 보조 위상 고정 루프를 포함하여 지터를 최소화하는 클럭 신호를 생성할 수 있다.A phase locked loop according to an embodiment of the present invention includes a clock signal that minimizes jitter by including an auxiliary phase locked loop operating based on a jitter free oscillation signal generated as an output of the VCXO in the phase locked loop. Can be generated.
또한 일반적으로 다양한 주파수를 가지는 출력 클럭을 제공하는 경우에 다수의 VCXO를 필요로 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프는 하나의 VCXO만을 포함하더라도 다양한 주파수를 가지는 출력 클럭을 제공할 수 있기 때문에 소형화에 적합하다.Also, in general, when providing output clocks having various frequencies, a plurality of VCXOs are required. However, a phase locked loop according to an embodiment of the present invention can provide output clocks having various frequencies even though only one VCXO is included. It is suitable for miniaturization.
본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 고정 루프는 다수의 위상 고정 루프들을 종속적으로 연결하더라도 지터가 누적되지 않으며, 다양한 주파수에 대응하여 적응적으로 주파수를 변경시키면서 동작할 수 있어 복수 개의 위상 고정 루프들을 포함하는 시스템에 대한 설계 편의성을 향상시킬 수 있다.The phase locked loop according to another embodiment of the present invention does not accumulate jitter even if the plurality of phase locked loops are cascaded, and can operate by adaptively changing a frequency in response to various frequencies. It is possible to improve the design convenience for the containing system.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a phase locked loop according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 보조 위상 고정 루프의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an embodiment of the auxiliary phase locked loop of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프를 나타내는 블록도이다. 3 is a block diagram illustrating a phase locked loop according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프를 캐스케이드 형태로 연결한 클럭 발생 시스템을 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a clock generation system in which a phase locked loop is cascaded according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a phase locked loop according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 위상 고정 루프(10a)는 위상 감지기(100), 차지 펌프(200), 루프 필터(300), VCXO(400) 및 보조 위상 고정 루프(500)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the phase locked loop 10a may include a phase detector 100, a charge pump 200, a loop filter 300, a VCXO 400, and an auxiliary phase locked loop 500.
위상 감지기(100)는 기준 클럭 신호(RCLK) 및 출력 클럭 신호(TXCLK)를 수신하여 양 신호들의 위상 차이를 감지하여 위상 감지 신호(PD)를 생성한다.The phase detector 100 receives the reference clock signal RCLK and the output clock signal TXCLK and detects a phase difference between the two signals to generate a phase detection signal PD.
차지 펌프(200)는 위상 감지 신호(PD)를 수신하여 일정한 전하를 충전시키거나 혹은 방전시키는 동작을 수행한다. 차지 펌프(200)를 통하여 펌핑 전류(PC)가 제공되면, 루프 필터(300)는 펌핑 전류(PC)에 기초하여 필터링된 펌핑 전압(FPC)을 제공한다. 예를 들어, 루프 필터(300)는 저대역 필터(Low pass filter)를 포함할 수 있으며, 캐패시터를 포함하여 펌핑 전류(PC)를 저장하거나 방출할 수 있다. 또한, 갑작스러운 잡음, 즉 지터(Jitter)를 걸러내어 VCXO(400)에 대하여 특정한 값 이내로 필터링된 펌핑 전압(FPC)을 제공한다. 따라서 차지 펌프(200) 및 루프 필터(300)는 위상 감지 신호(PD)에 기초하여 VCXO(400)에 기 설정된 값을 가지는 필터링된 펌핑 전압(FPC)을 제공하는 펄스-전압 변환기로 구현될 수 있다.The charge pump 200 receives a phase detection signal PD to charge or discharge a predetermined charge. When the pumping current PC is provided through the charge pump 200, the loop filter 300 provides the filtered pumping voltage FPC based on the pumping current PC. For example, the loop filter 300 may include a low pass filter, and may include a capacitor to store or discharge the pumping current PC. It also filters out sudden noise, i.e., jitter, to provide a pumping voltage (FPC) filtered to within a certain value for the VCXO 400. Accordingly, the charge pump 200 and the loop filter 300 may be implemented as pulse-voltage converters that provide a filtered pumping voltage FPC having a preset value to the VCXO 400 based on the phase detection signal PD. have.
VCXO(400)은 수정 발진기로서, 수신되는 필터링된 펌핑 전압(FPC)에 기초하여 수정 발진 신호(SRCLK)를 생성한다. VCXO(400)는 수정 진동자를 포함하여 수정의 압전 효과와 역압전 효과를 이용하여 동작하며, 다른 결정에 비하여 Q가 높아 안정된 진동이 얻어지기 때문에 지터를 최소화할 수 있다. VCXO(400)는 지터가 없는 수정 발진 신호(SRCLK)를 생성하는 장점이 있으나 수정 발진 신호(SRCLK)의 주파수 범위가 좁다는 단점이 있어 하나의 시스템 내에서 클럭 신호의 주파수가 다양하게 설정되는 시스템에는 적합하게 동작할 수 없다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프(10a)는 지터가 포함되지 않은 수정 발진 신호(SRCLK)를 보조 위상 고정 루프(500)에 제공하여 출력 클럭 신호(TXCLK)의 주파수 설정 범위를 확장시킬 수 있다.The VCXO 400 is a crystal oscillator, which generates a crystal oscillation signal SRCLK based on the filtered pumping voltage FPC. The VCXO 400 operates using a crystal piezoelectric effect and a reverse piezoelectric effect, including a crystal oscillator. Since the Q is higher than other crystals, stable vibration is obtained, so that jitter can be minimized. The VCXO 400 has an advantage of generating a jitter-free crystal oscillation signal SRCLK, but has a disadvantage in that the frequency range of the crystal oscillation signal SRCLK is narrow, so that the frequency of the clock signal is variously set in one system. Cannot work properly. Accordingly, the phase locked loop 10a according to an embodiment of the present invention provides a crystal oscillation signal SRCLK without jitter to the auxiliary phase locked loop 500 to extend the frequency setting range of the output clock signal TXCLK. You can.
보조 위상 고정 루프(500)은 지터가 없는 수정 발진 신호(SRCLK)를 기준 클럭으로 사용하여 기준 클럭과 출력 클럭 신호(TXCLK)의 위상 차이를 감지하여 출력 클럭 신호(TXCLK)를 생성할 수 있다. 실시예에 따라 보조 위상 고정 루프(500)은 일반적인 위상 고정 루프와 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있으며, 보조 위상 고정 루프(500)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 후술하도록 한다.The auxiliary phase locked loop 500 may generate an output clock signal TXCLK by detecting a phase difference between the reference clock and the output clock signal TXCLK using the jitter-free crystal oscillation signal SRCLK as a reference clock. According to an exemplary embodiment, the auxiliary phase locked loop 500 may include substantially the same components as the general phase locked loop, and a detailed configuration of the auxiliary phase locked loop 500 will be described later with reference to FIG. 2.
보조 위상 고정 루프(500)의 관점에서 볼 때, 보조 위상 고정 루프(500)에 기준 클럭으로 제공되는 수정 발진 신호(SRCLK)는 지터가 없어, 결과적으로 보조 위상 고정 루프(500)에서 출력되는 출력 클럭 신호(TXCLK)의 지터를 최소화할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 위상 고정 루프(500)은 실시예에 따라 VCXO를 포함하지 않고 일반적인 VC0(Voltage controlled oscillator)를 포함하여 출력 클럭 신호(TXCLK)가 보다 다양한 주파수를 가질 수 있도록 한다.From the perspective of the auxiliary phase locked loop 500, the crystal oscillation signal SRCLK provided as a reference clock to the auxiliary phase locked loop 500 has no jitter, and as a result, the output output from the auxiliary phase locked loop 500. Jitter of the clock signal TXCLK may be minimized. In addition, the auxiliary phase locked loop 500 according to an embodiment of the present invention does not include a VCXO, but includes a general voltage controlled oscillator (VC0) so that the output clock signal TXCLK may have more various frequencies. do.
보조 위상 고정 루프(500)을 포함하지 않는 경우, 지터가 포함되는 클럭 신호를 기준 신호로 사용하여 기준 신호와 피드백된 출력 클럭 신호 사이의 정확한 위상 감지를 할 수 없는 문제점이 있으며, 또한 기준 클럭 신호의 지터 혹은 최종적으로 출력 클럭 신호를 제공하기 위하여 입력되는 펌핑 전압에 포함될 수 있는 지터를 없애기 위하여 VCXO를 사용하는 경우, 출력되는 클럭 신호가 한정된 주파수 범위 내에서만 생성되는 문제가 있을 수 있다.When the auxiliary phase locked loop 500 is not included, there is a problem that accurate phase detection between the reference signal and the fed back output clock signal cannot be performed by using the clock signal including jitter as a reference signal, and also the reference clock signal. When VCXO is used to eliminate jitter of jitter or jitter that may be included in an input pumping voltage to finally provide an output clock signal, there may be a problem that the output clock signal is generated only within a limited frequency range.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프(10a)는 지터가 거의 없는 VCXO(400)로부터 제공된 수정 발진 신호(SRCLK)를 기준 클럭으로 사용하여 출력 클럭 신호(TXCLK)를 생성하는 보조 위상 고정 루프(500)을 포함하여, 출력 클럭 신호(TXCLK)의 지터를 최소화함으로써 주파수 정확성을 향상시킬 수 있다. 동시에 VCXO가 출력 클럭 신호를 생성하는 경우 발생할 수 있는 출력 클럭 신호의 주파수 범위의 제한을 없앨 수 있어 다양한 주파수를 가지는 클럭 신호를 필요로 하는 시스템에 대한 적응성이 높다.The phase locked loop 10a according to an embodiment of the present invention uses the crystal oscillation signal SRCLK provided from the VCXO 400 with little jitter as a reference clock to generate an output phase clock signal TXCLK. Including 500, frequency accuracy may be improved by minimizing jitter in the output clock signal TXCLK. At the same time, the VCXO removes the limitation of the frequency range of the output clock signal that can occur when the output clock signal is generated, and thus is highly adaptable to a system requiring a clock signal having various frequencies.
도 2는 도 1의 보조 위상 고정 루프의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an embodiment of the auxiliary phase locked loop of FIG. 1.
도 2를 참조하면 보조 위상 고정 루프(500)은 제1 분주기(510), 보조 위상 감지기(520), 보조 차지 펌프(530), 보조 루프 필터(540), VCO(550) 및 제2 분주기(560)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the auxiliary phase locked loop 500 includes a first divider 510, an auxiliary phase detector 520, an auxiliary charge pump 530, an auxiliary loop filter 540, a VCO 550, and a second divider. Period 560 may be included.
제1 분주기(510)는 수정 발진 신호(SRCLK)를 기 설정된 제1 분주 값에 따라서 분주하여 분주된 수정 발진 신호(DRCLK)를 생성할 수 있다. 또한 제2 분주기(560)는 기 설정된 제2 분주 값에 따라 출력 클럭 신호(TXCLK)를 분주하여 분주된 보조 출력 클럭 신호(DCLK)를 생성할 수 있다.The first divider 510 may divide the crystal oscillation signal SRCLK according to a preset first division value to generate a divided crystal oscillation signal DRCLK. In addition, the second divider 560 may divide the output clock signal TXCLK according to a preset second division value to generate a divided auxiliary output clock signal DCLK.
보조 위상 감지기(520)는 분주된 수정 발진 신호(DRCLK)와 분주된 보조 출력 클럭 신호(DCLK) 사이의 위상 변화를 감지하여 보조 위상 감지 신호(SPD)를 생성할 수 있다. 도 1의 위상 감지기(100)와 비교하였을 경우, 도 2의 보조 위상 감지기(520)는 수신되는 신호가 상이할 뿐 실질적으로 동일한 동작을 수행할 수 있다.The auxiliary phase detector 520 may generate the auxiliary phase detection signal SPD by detecting a phase change between the divided crystal oscillation signal DRCLK and the divided auxiliary output clock signal DCLK. Compared with the phase detector 100 of FIG. 1, the auxiliary phase detector 520 of FIG. 2 may perform substantially the same operation as the received signal is different.
보조 차지 펌프(530)는 보조 위상 감지 신호(SPD)에 따라서 상이한 보조 펌핑 전류(SPC)를 제공할 수 있다. 마찬가지로 도 2의 보조 차지 펌프(530)는 도 1의 차지 펌프(200)와 실질적으로 동일한 기능을 수행할 수 있다.The auxiliary charge pump 530 may provide a different auxiliary pumping current SPC according to the auxiliary phase sensing signal SPD. Likewise, the auxiliary charge pump 530 of FIG. 2 may perform substantially the same function as the charge pump 200 of FIG. 1.
보조 루프 필터(540)는 보조 펌핑 전류(SPC)를 전압으로 변환하여 필터링된 보조 펌핑 전압(SFPC)을 생성할 수 있다. 보조 루프 필터(540)는 도 1의 루프 필터(300)와 실질적으로 동일한 기능을 수행할 수 있다.The auxiliary loop filter 540 may generate the filtered auxiliary pumping voltage SFPC by converting the auxiliary pumping current SPC into a voltage. The auxiliary loop filter 540 may perform substantially the same function as the loop filter 300 of FIG. 1.
VCO(550)는 필터링된 보조 펌핑 전압(SFPC)를 수신하여 출력 클럭 신호(TXCLK)를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 위상 고정 루프(500)는 VCXO가 아닌 VCO를 포함하여 크기를 줄일 수 있으며 출력 클럭 신호(TXCLK)가 생성될 수 있는 주파수의 범위를 확장시킬 수 있다. 예를 들어 VCO(550)는 링 오실레이터(Ring oscillator)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라 VCO(550) 자체에서 발생하는 지터(Intrinsic jitter)를 줄이기 위하여 보조 위상 고정 루프(500)의 루프 대역을 넓게 설정할 수 있다.The VCO 550 receives the filtered auxiliary pumping voltage SFPC to generate an output clock signal TXCLK. The auxiliary phase locked loop 500 according to an embodiment of the present invention may include a VCO other than a VCXO to reduce the size and extend a range of frequencies in which the output clock signal TXCLK may be generated. For example, the VCO 550 may include a ring oscillator. According to an exemplary embodiment, the loop band of the auxiliary phase locked loop 500 may be set wide to reduce jitter generated in the VCO 550 itself.
보조 위상 고정 루프(500)에서 출력되는 출력 클럭 신호(TXCLK)의 주파수는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.The frequency of the output clock signal TXCLK output from the auxiliary phase locked loop 500 may be expressed by Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
Figure PCTKR2012005527-appb-I000001
Figure PCTKR2012005527-appb-I000001
수학식 1에서 fSRCLK 는 수정 발진 신호(SRCLK)의 주파수, fTXCLK 는 출력 클럭 신호(TXCLK)의 주파수, M은 제1 분주기(510)의 기 설정된 제1 분주 값, N은 제2 분주기(560)의 기 설정된 제2 분주 값을 나타낸다.In Equation 1, f SRCLK is the frequency of the crystal oscillation signal SRCLK, f TXCLK is the frequency of the output clock signal TXCLK, M is the first divided frequency value of the first divider 510, N is the second minute. The second divided frequency value of the period 560 is shown.
따라서 보조 위상 고정 루프(500)에서 수정 발진 신호(SRCLK)는 출력 클럭 신호(TXCLK)의 정수배가 아니어도 상관없다. 즉, VCXO(400)로부터 생성되는 수정 발진 신호(SRCLK)의 주파수가 일정한 범위로 제한되더라도 제1 분주기(510) 및 제2 분주기(560)의 분주 값들의 조합에 따라, 출력 클럭 신호(TXCLK)의 주파수는 수정 발진 신호(SRCLK)의 주파수 범위에 제한되지 않고 자유롭게 제어할 수 있다. Therefore, the crystal oscillation signal SRCLK in the auxiliary phase locked loop 500 may not be an integer multiple of the output clock signal TXCLK. That is, even if the frequency of the crystal oscillation signal SRCLK generated from the VCXO 400 is limited to a certain range, the output clock signal (according to the combination of the division values of the first divider 510 and the second divider 560) The frequency of TXCLK) can be freely controlled without being limited to the frequency range of the crystal oscillation signal SRCLK.
예를 들어 보조 위상 고정 루프(500)을 포함하지 않는 일반적인 위상 고정 루프의 경우에는 VCXO(400)에서 출력되는 발진 신호가 기준 클럭의 정수 배에 해당하는 경우에만 동작이 가능하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프(10a)는 분주 값을 설정할 수 있는 보조 위상 고정 루프(500)을 포함하여, VCXO(400)에 따른 주파수 범위 제한을 극복할 수 있다. For example, in the case of a general phase locked loop not including the auxiliary phase locked loop 500, the operation was possible only when the oscillation signal output from the VCXO 400 corresponds to an integer multiple of the reference clock. The phase locked loop 10a according to the embodiment may include an auxiliary phase locked loop 500 capable of setting a divided value, thereby overcoming the frequency range limitation according to the VCXO 400.
분주 값을 설정할 수 있는 보조 위상 고정 루프(500)를 포함하지 않는 종래의 위상 고정 루프에서는 VCXO에서 출력되는 신호의 주파수와 기준 클럭의 주파수를 정수 배로 맞춰주기 위하여 별도의 VCXO를 더 포함하도록 설계하는 경우도 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프(10a)는 크기가 큰 별도의 VCXO 대신에 분주기를 구비하는 보조 위상 고정 루프(500)을 포함하여 VCXO에 따른 주파수 값의 제한을 받지 않으면서 다양한 주파수를 가지는 출력 클럭 신호(TXCLK)를 제공할 수 있다.In the conventional phase locked loop, which does not include the auxiliary phase locked loop 500 that can set the division value, it is designed to further include a separate VCXO to match the frequency of the signal output from the VCXO and the frequency of the reference clock by an integer multiple. In some cases, the phase locked loop 10a according to an embodiment of the present invention includes an auxiliary phase locked loop 500 having a divider instead of a large separate VCXO to limit the frequency value according to the VCXO. It is possible to provide an output clock signal TXCLK having various frequencies without receiving.
결론적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프(10a)는 VCXO(400)를 구비하여 지터가 없는 수정 발진 신호(SRCLK)를 제공하여 보조 위상 고정 루프(500)의 기준 클럭으로 사용하게 하여 출력 클럭 신호(TXCLK)의 지터를 줄일 수 있으며, VCXO(400)에서 제공되는 수정 발진 신호(SRCLK)의 주파수 범위에 제한되지 않는 출력 클럭 신호(TXCLK)를 제공할 수 있다.In conclusion, the phase locked loop 10a according to the embodiment of the present invention includes a VCXO 400 to provide a jitter-free crystal oscillation signal SRCLK to be used as a reference clock of the auxiliary phase locked loop 500. The jitter of the output clock signal TXCLK may be reduced, and the output clock signal TXCLK may be provided without being limited to the frequency range of the crystal oscillation signal SRCLK provided by the VCXO 400.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프를 나타내는 블록도이다. 3 is a block diagram illustrating a phase locked loop according to an embodiment of the present invention.
도 1의 위상 고정 루프(10a)와 비교하였을 경우, 도 3의 위상 고정 루프(10b)는 제3 분주기(600) 및 제4 분주기(700)를 더 포함할 수 있다.Compared with the phase locked loop 10a of FIG. 1, the phase locked loop 10b of FIG. 3 may further include a third divider 600 and a fourth divider 700.
도 3에서 도 1과 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 나타내며, 실질적으로 동일한 구성 및 동작을 수행하기 때문에 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.In FIG. 3, the same reference numerals as used in FIG. 1 denote the same components, and thus detailed description thereof will be omitted since the same components and operations are substantially performed.
도 3을 참조하면, 제3 분주기(600)는 기준 클럭 신호(RCLK)를 기 설정된 제3 분주 값으로 분주하여 메인 클럭 신호(MCLK)를 생성한다. 제4 분주기(700)는 출력 클럭 신호(TXCLK)를 기 설정된 제4 분주 값으로 분주하여 분주된 출력 클럭 신호(DTXCLK)로 생성한다.Referring to FIG. 3, the third divider 600 divides the reference clock signal RCLK into a preset third division value to generate a main clock signal MCLK. The fourth divider 700 divides the output clock signal TXCLK into a preset fourth division value to generate a divided output clock signal DTXCLK.
위상 감지기(100))는 메인 클럭 신호(MCLK)와 분주된 출력 클럭 신호(DTXCLK)의 위상 차이를 감지하여 위상 감지 신호(PD)를 생성하고, 차지 펌프(200)는 위상 감지 신호(PD)에 기초하여 펌핑된 전류(PC)로 제공하며, 루프 필터(300)는 펌핑된 전류(PC)에 기초하여 필터링된 펌핑 전압(FPC)를 생성한다.The phase detector 100 detects a phase difference between the main clock signal MCLK and the divided output clock signal DTXCLK to generate a phase detection signal PD, and the charge pump 200 generates the phase detection signal PD. Based on the pumped current PC, and the loop filter 300 generates the filtered pumping voltage FPC based on the pumped current PC.
VCXO(400)는 필터링된 펌핑 전압(FPC)에 기초하여 지터가 없는 수정 발진 신호(SRCLK)를 생성하여 보조 위상 고정 루프(500)에 기준 클럭으로 제공하며, 보조 위상 고정 루프(500)는 수정 발진 신호(SRCLK)에 기초하여 출력 클럭 신호(TXCLK)와의 위상 고정 과정을 거쳐 일정한 주파수의 출력 클럭 신호(TXCLK)를 제공한다.The VCXO 400 generates a jitter free crystal oscillation signal SRCLK based on the filtered pumping voltage FPC and provides it to the auxiliary phase locked loop 500 as a reference clock, and the auxiliary phase locked loop 500 corrects. Based on the oscillation signal SRCLK, the output clock signal TXCLK of a constant frequency is provided through a phase fixing process with the output clock signal TXCLK.
도 3의 위상 고정 루프(10b)에서 제3 분주기(600)와 제4 분주기(700)를 더 포함함에 따라, 기준 클럭 신호(RCLK)와 출력 클럭 신호(TXCLK)의 주파수가 상이한 경우에도 별도의 주파수 합성기(Synthesizer)를 포함하지 않아도 동작이 가능하다.In the phase locked loop 10b of FIG. 3, the third divider 600 and the fourth divider 700 are further included, so that the frequency of the reference clock signal RCLK and the output clock signal TXCLK is different. Operation is possible even without a separate frequency synthesizer.
구체적으로 설명하면, 제3 분주기(600)의 기 설정된 제3 분주 값을 P, 제4 분주기(700)의 기 설정된 제4 분주 값을 Q라고 하면 기준 클럭 신호(RCLK)의 주파수를 나타내는 fRCLK, 수정 발진 신호(SRCLK)의 주파수를 나타내는 fSRCLK, 및 출력 클럭 신호(TXCLK)의 주파수를 나타내는 fTXCLK는 아래의 수학식 2와 같은 관계를 가진다.Specifically, if the preset third division value of the third divider 600 is P and the preset fourth division value of the fourth divider 700 is Q, this indicates the frequency of the reference clock signal RCLK. f RCLK, f represents the frequency of f SRCLK, and the output clock signal (TXCLK) indicating the frequency of the crystal oscillating signal (SRCLK) TXCLK has the relationship such as expression (2) below.
[수학식 2][Equation 2]
Figure PCTKR2012005527-appb-I000002
Figure PCTKR2012005527-appb-I000002
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프(10b)에서 출력되는 출력 클럭 신호(TXCLK)의 주파수는 수정 발진 신호(SRCLK)의 주파수와 기준 클럭 신호(RCLK)의 주파수의 정수 배일 필요가 없으며, 제1 내지 제3 분주기들(510, 560, 600, 700)의 분주 값들의 조합에 기초하여 다양한 주파수를 가지는 출력 클럭 신호(TXCLK)를 제공할 수 있다.Therefore, the frequency of the output clock signal TXCLK output from the phase locked loop 10b according to an embodiment of the present invention does not need to be an integer multiple of the frequency of the crystal oscillation signal SRCLK and the frequency of the reference clock signal RCLK. The output clock signal TXCLK having various frequencies may be provided based on a combination of the divided values of the first to third dividers 510, 560, 600, and 700.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프(10b)는 지터를 포함하지 않는 동시에 각 기준 클럭 신호의 주파수의 정수 배 혹은 정수로 나눈 값들에 한정되지 않고 다양한 주파수를 가질 수 있다.That is, the phase locked loop 10b according to an embodiment of the present invention may have various frequencies without including jitter and not limited to integer multiples or divided by integers of frequencies of the respective reference clock signals.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프를 캐스케이드 형태로 연결한 클럭 발생 시스템을 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a clock generation system in which a phase locked loop is cascaded according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 클럭 발생 시스템(20)은 복수 개의 위상 고정 루프들(10_1, 10_2, 10_3, ..., 10_n)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the clock generation system 20 may include a plurality of phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n.
도 4에 도시된 복수 개의 위상 고정 루프들(10_1, 10_2, 10_3, ..., 10_n) 각각은 도 1 및 도 3에 도시한 구성을 포함할 수 있으며, 위상 고정 루프들(10_1, 10_2, 10_3, ..., 10_n)에 포함된 보조 위상 고정 루프는 도 2에 도시된 것과 같은 구성을 포함할 수 있다.Each of the plurality of phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n shown in FIG. 4 may include the configuration shown in FIGS. 1 and 3, and the phase locked loops 10_1, 10_2, The auxiliary phase locked loop included in 10_3,..., 10_n) may include a configuration as shown in FIG. 2.
제1 위상 고정 루프(10_1)은 기준 클럭 신호(RCLK)를 수신하여 제1 출력 클럭 신호(TXCLK1)를 생성하고, 제2 위상 고정 루프(10_2)은 제1 출력 클럭 신호(TXCLK1)를 수신하여, 제1 출력 클럭 신호(TXCLK1)를 기준 클럭으로 하여 제2 출력 클럭 신호(TXCLK2)를 생성한다. 마찬가지로 제3 위상 고정 루프(10_3)은 제2 출력 클럭 신호(TXCLK2)를 기준 클럭으로 하여 제3 출력 클럭 신호(TXCLK3)를 생성한다.The first phase locked loop 10_1 receives the reference clock signal RCLK to generate the first output clock signal TXCLK1, and the second phase locked loop 10_2 receives the first output clock signal TXCLK1. The second output clock signal TXCLK2 is generated using the first output clock signal TXCLK1 as a reference clock. Similarly, the third phase locked loop 10_3 generates the third output clock signal TXCLK3 using the second output clock signal TXCLK2 as a reference clock.
클럭 발생 시스템(20)에서는 복수 개의 위상 고정 루프들(10_1, 10_2, 10_3, ..., 10_n)이 서로 출력을 입력 신호로 수신함으로써 최종적으로 제n 출력 클럭 신호(TXCLKn)를 생성하거나, 제1 내지 제 n 출력 클럭 신호들(TXCLK1, TXCLK2, TXCLK3, ..., TXCLKn-1, TXCLKn) 각각에 대하여 출력을 연결함으로써 다양한 주파수를 가지는 출력 클럭 신호(TXCLK)를 제공할 수도 있다.In the clock generation system 20, the plurality of phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n finally receive outputs as input signals, thereby finally generating the nth output clock signal TXCLKn, or The output clock signal TXCLK having various frequencies may be provided by connecting an output to each of the first through nth output clock signals TXCLK1, TXCLK2, TXCLK3,..., TXCLKn-1, TXCLKn.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 위상 고정 루프들(10_1, 10_2, 10_3, ..., 10_n) 각각은 도 2에 도시된 바와 같은 보조 위상 고정 루프(500)을 포함하여 지터가 발생하지 않으면서도 다양한 주파수를 가지는 출력 클럭 신호(TXCLK)를 생성할 수 있다. As described above, each of the plurality of phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n according to an embodiment of the present invention includes an auxiliary phase locked loop 500 as shown in FIG. 2. It is possible to generate an output clock signal TXCLK having various frequencies without generating jitter.
예를 들어, 본 발명과 같이 각각의 위상 고정 루프들(10_1, 10_2, 10_3, ..., 10_n)이 보조 위상 고정 루프 (500)을 포함하지 않은 상태에서 도 4와 같이 서로 캐스케이드 연결되었을 경우, 제1 위상 고정 루프(10_1)에서 발생한 지터가 제2 위상 고정 루프(10_2)에 영향을 주기 때문에 제2 출력 클럭 신호(TXCLK)는 제1 위상 고정 루프(10_1)에서 발생한 지터와 제2 위상 고정 루프(10_2)에서 발생한 지터가 합해져 더 큰 지터가 발생할 수 있으며, 결과적으로 제n 위상 고정 루프(10_n)에서 출력되는 제n 출력 클럭 신호(TXCLKn)는 복수 개의 위상 고정 루프들에서 발생한 모든 지터들이 누적되어 매우 큰 값의 지터를 포함하게 된다.For example, when each of the phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n does not include the auxiliary phase locked loop 500 and is cascaded with each other as shown in FIG. 4. Since the jitter generated in the first phase locked loop 10_1 affects the second phase locked loop 10_2, the second output clock signal TXCLK may generate the jitter and the second phase generated in the first phase locked loop 10_1. The jitter generated in the fixed loop 10_2 may be added to generate larger jitter. As a result, the n-th output clock signal TXCLKn output from the n-th phase locked loop 10_n may cause all the jitter generated in the plurality of phase locked loops. Can accumulate and contain very large jitter.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프들(10_1, 10_2, 10_3, ..., 10_n)은 VCXO에서 출력되어 지터가 없는 수정 발진 신호(SRCLK)를 기준 클럭으로 수신하여 출력 클럭 신호(TXCLK)를 생성하는 보조 위상 고정 루프를 포함하여 지터가 없는 출력 클럭 신호(TXCLK)를 제공하기 때문에 도 4와 같이 복수 개가 캐스케이드 연결되더라도 지터의 발생을 최소화할 수 있다.However, the phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n according to an embodiment of the present invention are output from the VCXO to receive the jitter-free crystal oscillation signal SRCLK as a reference clock and output an output clock signal ( Since the jitter-free output clock signal TXCLK is provided by including an auxiliary phase-locked loop that generates TXCLK, the generation of jitter can be minimized even when a plurality of cascaded circuits are connected as shown in FIG. 4.
또한 위상 고정 루프들(10_1, 10_2, 10_3, ..., 10_n)은 제1 내지 제4 분주기들을 선택적으로 더 포함할 수 있어, 기준 클럭의 주파수의 정수 배에 한정되는 출력 클럭 신호(TXCLK)만을 생성하지 않고 분주기들의 분주 값들의 조합에 따른 다양한 주파수들을 가지는 출력 클럭 신호(TXCLK)를 생성할 수 있다.In addition, the phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n may further include first to fourth dividers, so that the output clock signal TXCLK is limited to an integer multiple of the frequency of the reference clock. It is possible to generate the output clock signal TXCLK having various frequencies according to the combination of the divided values of the dividers without generating only).
또한, 도 4와 같이 복수 개의 위상 고정 루프들(10_1, 10_2, 10_3, ..., 10_n)이 캐스케이드 연결되는 경우에는 각 위상 고정 루프들(10_1, 10_2, 10_3, ..., 10_n)에 포함된 분주기들의 조합에 따라 더욱 다양한 값의 출력 클럭 신호(TXCLK)가 제공될 수 있다.In addition, when the plurality of phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,..., 10_n are cascaded as shown in FIG. 4, each of the phase locked loops 10_1, 10_2, 10_3,. The output clock signal TXCLK of more various values may be provided according to a combination of included dividers.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 및 이를 포함하는 클럭 발생 시스템은 지터가 거의 발생하지 않는 VCXO의 출력 신호를 기준 클럭으로 사용하는 보조 위상 고정 루프를 포함하여 출력 클럭 신호(TXCLK)를 생성하기 때문에 지터 발생을 최소화할 수 있다. Therefore, a phase locked loop and a clock generation system including the same according to an embodiment of the present invention may include an output clock signal TXCLK including an auxiliary phase locked loop that uses the output signal of the VCXO that generates little jitter as a reference clock. This minimizes jitter generation.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 및 이를 포함하는 클럭 발생 시스템은 최종적으로 출력되는 출력 클럭 신호(TXCLK)를 생성하는 보조 위상 고정 루프 내에 발진 주파수의 범위가 넓은 VCO를 포함하여 지터가 발생하지 않으면서도 다양한 주파수를 가지는 출력 클럭 신호(TXCLK)를 생성할 수 있다.In addition, a phase locked loop and a clock generation system including the same according to an embodiment of the present invention include a VCO having a wide range of oscillation frequency in an auxiliary phase locked loop for generating an output clock signal TXCLK. The output clock signal TXCLK having various frequencies can be generated without generating.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 및 이를 포함하는 클럭 발생 시스템은 적어도 하나 이상의 분주기를 포함하여 기준 클럭의 주파수의 정수 배에 구애되지 않는 출력 클럭 신호(TXCLK)를 생성할 수 있다. Furthermore, a phase locked loop and a clock generation system including the same according to an embodiment of the present invention may generate an output clock signal TXCLK that includes at least one frequency divider and is not tied to an integer multiple of the frequency of the reference clock. have.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have the knowledge of.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 및 이를 포함하는 시스템은 하나의 VCXO만을 포함하면서도 지터를 최소화하고 다양한 주파수를 가지는 출력 클럭을 제공할 수 있기 때문에 소형 장치에 유용하게 사용될 수 있다.The phase locked loop and the system including the same according to an embodiment of the present invention can be usefully used in a small device because it can provide an output clock having various frequencies while minimizing jitter while including only one VCXO.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 및 이를 포함하는 시스템은 다수의 위상 고정 루프들을 종속적으로 연결하더라도 지터가 누적되지 않기 때문에 설계 시에 지터에 대한 고려를 최소화할 수 있어, 설계 편의성을 향상시키며 다양한 기기에 적용될 수 있다.In addition, the phase locked loop and the system including the same according to an embodiment of the present invention can minimize the consideration of jitter in the design because the jitter does not accumulate even when a plurality of phase locked loops are connected in a cascade, thereby simplifying design. It can be applied to various devices.

Claims (9)

  1. 기준 클럭 신호 및 출력 클럭 신호의 위상 차이를 감지하여 위상 감지 신호를 생성하는 위상 감지기;A phase detector for detecting a phase difference between the reference clock signal and the output clock signal to generate a phase detection signal;
    상기 위상 감지 신호에 기초하여 펌핑 전류를 제공하는 차지 펌프;A charge pump providing a pumping current based on the phase sense signal;
    상기 펌핑 전류에 상응하는 필터링된 펌핑 전압을 제공하는 루프 필터;A loop filter providing a filtered pumping voltage corresponding to the pumping current;
    수정 진동자를 포함하며, 상기 필터링된 펌핑 전압에 기초하여 수정 발진 신호를 생성하는 전압 제어 수정 발진기; 및A voltage controlled crystal oscillator including a crystal oscillator, the crystal oscillator generating a crystal oscillation signal based on the filtered pumping voltage; And
    상기 수정 발진 신호에 기초하여 상기 출력 클럭 신호의 위상을 고정시켜 제공하는 보조 위상 고정 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 고정 루프.And an auxiliary phase locked loop for fixing and providing a phase of the output clock signal based on the crystal oscillation signal.
  2. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 보조 위상 고정 루프는,The auxiliary phase locked loop,
    상기 수정 발진 신호를 기 설정된 제1 분주 값으로 분주하여 분주된 수정 발진 신호로 제공하는 제1 분주기;A first divider which divides the crystal oscillation signal into a preset first division value and provides it as a divided crystal oscillation signal;
    분주된 수정 발진 신호 및 분주된 보조 출력 클럭 신호의 위상 차이를 감지하여 보조 위상 감지 신호를 생성하는 보조 위상 감지기;An auxiliary phase detector for detecting a phase difference between the divided crystal oscillation signal and the divided auxiliary output clock signal to generate an auxiliary phase detection signal;
    상기 보조 위상 감지 신호에 상응하는 보조 펌핑 전류를 제공하는 보조 차지 펌프;An auxiliary charge pump providing an auxiliary pumping current corresponding to the auxiliary phase sensing signal;
    상기 보조 펌핑 전류에 상응하는 필터링된 보조 펌핑 전압을 생성하는 보조 루프 필터;An auxiliary loop filter for generating a filtered auxiliary pumping voltage corresponding to the auxiliary pumping current;
    보조 펌핑 전압에 기초하여 출력 클럭 신호를 생성하는 전압 제어 발진기; 및A voltage controlled oscillator for generating an output clock signal based on the auxiliary pumping voltage; And
    상기 출력 클럭 신호를 기 설정된 제2 분주 값으로 분주하여 상기 분주된 보조 출력 클럭 신호를 생성하는 제2 분주기를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 고정 루프.And a second divider for dividing the output clock signal into a preset second divided value to generate the divided auxiliary output clock signal.
  3. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2,
    상기 전압 제어 발진기는 링 오실레이터 또는 LC 오실레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 고정 루프.The voltage controlled oscillator comprises a ring oscillator or an LC oscillator.
  4. 기준 클럭 신호를 기 설정된 제3 분주 값으로 분주하여 메인 클럭 신호로 제공하는 제3 분주기;A third divider dividing the reference clock signal into a preset third divided value to provide the main clock signal;
    출력 클럭 신호를 기 설정된 제4 분주 값으로 분주하여 분주된 출력 클럭 신호로 제공하는 제4 분주기;A fourth divider which divides the output clock signal into a preset fourth divided value and provides the divided output clock signal as a divided output clock signal;
    상기 메인 클럭 신호 및 분주된 출력 클럭 신호의 위상 차이를 감지하여 위상 감지 신호를 생성하는 위상 감지기;A phase detector configured to detect a phase difference between the main clock signal and the divided output clock signal to generate a phase detection signal;
    상기 위상 감지 신호에 기초하여 펌핑 전류를 제공하는 차지 펌프;A charge pump providing a pumping current based on the phase sense signal;
    상기 펌핑 전류에 상응하는 필터링된 펌핑 전압을 제공하는 루프 필터;A loop filter providing a filtered pumping voltage corresponding to the pumping current;
    수정 진동자를 포함하며 상기 필터링된 펌핑 전압에 기초하여 수정 발진 신호를 생성하는 전압 제어 수정 발진기; 및A voltage controlled crystal oscillator comprising a crystal oscillator and generating a crystal oscillation signal based on the filtered pumping voltage; And
    수정 발진 신호에 기초하여 상기 출력 클럭 신호의 위상을 고정시켜 제공하는 보조 위상 고정 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 고정 루프.And an auxiliary phase locked loop for fixing and providing a phase of the output clock signal based on a crystal oscillation signal.
  5. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4,
    상기 출력 클럭 신호의 주파수는 상기 기준 클럭 신호 및 상기 제3 분주 값과 상기 제4 분주 값의 비율에 상응하는 것을 특징으로 하는 위상 고정 루프.The frequency of the output clock signal is a phase locked loop, characterized in that corresponding to the ratio of the third divided value and the fourth divided value.
  6. 복수 개의 위상 고정 루프들이 캐스케이드(cascade) 연결된 클럭 발생 시스템에 있어서,In a clock generation system in which a plurality of phase locked loops are cascaded,
    상기 복수 개의 위상 고정 루프들 각각은,Each of the plurality of phase locked loops,
    수정 진동자를 포함하며, 기준 클럭 및 출력 클럭 신호에 기초하여 수정 발진 신호를 생성하는 전압 제어 수정 발진기; 및A voltage controlled crystal oscillator comprising a crystal oscillator, the voltage controlled crystal oscillator generating a crystal oscillation signal based on a reference clock and an output clock signal; And
    상기 수정 발진 신호에 기초하여 상기 출력 클럭 신호의 위상을 고정시켜 제공하는 보조 위상 고정 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 클럭 발생 시스템.And an auxiliary phase locked loop configured to fix a phase of the output clock signal based on the crystal oscillation signal.
  7. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6,
    상기 보조 위상 고정 루프는,The auxiliary phase locked loop,
    상기 수정 발진 신호를 기 설정된 제1 분주 값으로 분주하는 제1 분주기; 및A first divider which divides the crystal oscillation signal into a first divided frequency value; And
    상기 출력 클럭 신호를 기 설정된 제2 분주 값으로 분주하는 제2 분주기를 더 포함하여,A second divider for dividing the output clock signal into a preset second divider value;
    상기 수정 발진 신호와 상기 출력 클럭 신호는 상기 제1 분주 값 및 제2 분주 값의 비율에 따라 상이한 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 클럭 발생 시스템.And the crystal oscillation signal and the output clock signal have different frequencies according to a ratio of the first division value and the second division value.
  8. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6,
    상기 복수 개의 위상 고정 루프들 각각은,Each of the plurality of phase locked loops,
    상기 기준 클럭 신호를 기 설정된 제3 분주 값으로 분주하여 메인 클럭 신호로 제공하는 제3 분주기;A third divider for dividing the reference clock signal into a preset third divided value to provide a main clock signal;
    상기 출력 클럭 신호를 기 설정된 제4 분주 값으로 분주하여 분주된 출력 클럭 신호로 제공하는 제4 분주기;A fourth divider for dividing the output clock signal into a preset fourth divided value to provide a divided output clock signal;
    상기 메인 클럭 신호 및 분주된 출력 클럭 신호의 위상 차이를 감지하여 위상 감지 신호를 생성하는 위상 감지기;A phase detector configured to detect a phase difference between the main clock signal and the divided output clock signal to generate a phase detection signal;
    상기 위상 감지 신호에 기초하여 펌핑 전류를 제공하는 차지 펌프; 및A charge pump providing a pumping current based on the phase sense signal; And
    상기 펌핑 전류에 상응하는 필터링된 펌핑 전압을 제공하는 루프 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클럭 발생 시스템.And a loop filter for providing a filtered pumping voltage corresponding to the pumping current.
  9. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8,
    상기 기준 클럭 신호와 상기 출력 클럭 신호는 상기 제3 분주 값 및 상기 제4 분주 값의 비율에 따라 상이한 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 클럭 발생 시스템.And the reference clock signal and the output clock signal have different frequencies according to a ratio of the third division value and the fourth division value.
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