WO2023140532A1 - 전압 제어 발진기 - Google Patents

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WO2023140532A1
WO2023140532A1 PCT/KR2023/000020 KR2023000020W WO2023140532A1 WO 2023140532 A1 WO2023140532 A1 WO 2023140532A1 KR 2023000020 W KR2023000020 W KR 2023000020W WO 2023140532 A1 WO2023140532 A1 WO 2023140532A1
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WO
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controlled oscillator
voltage controlled
electronic device
tank
switches
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/000020
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이동수
권대훈
김동인
김천석
노이주
박인혁
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020220011631A external-priority patent/KR20230114142A/ko
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device

Definitions

  • Various embodiments of the present disclosure relate to a voltage controlled oscillator. Specifically, it relates to a switched inductor voltage controlled oscillator including a decoupled GM cell and an electronic device including the same.
  • a mixer was used to lower the frequency to a low frequency, and signal processing was performed using a low-speed data converter.
  • signal processing is possible using only a high-speed data converter. Therefore, a low-noise, high-frequency phase-locked loop (PLL) is required to secure the performance of these data converters, and since the optimal sampling frequency for each application frequency band must be set, it must be variable in a wide range.
  • PLL phase-locked loop
  • a voltage controlled oscillator which is a core block, must provide multi-band and low jitter.
  • a general voltage controlled oscillator is composed of an LC resonator and a cross-coupled FET that generates a negative Gm component.
  • VCO voltage controlled oscillator
  • Embodiments are intended to provide a voltage controlled oscillator capable of maintaining a high Q-factor of an LC tank for each band by configuring the inductance in a variable form.
  • Embodiments attempt to provide a core structure capable of maintaining a high Q factor of the LC tank by adding a decoupling capacitor between the LC tank and the drain of the Gm cell.
  • Embodiments are intended to provide a voltage controlled oscillator that can be spherical with a small area by using a method of changing an inductance value by switching a change in mutual inductance of a transformer.
  • a voltage controlled oscillator includes an LC tank and one or more GM cells connected to the LC tank, the LC tank includes a variable capacitor and a switched inductor connected in parallel to the variable capacitor, and the GM cell includes one or more decoupling capacitors inserted between one or more drain nodes of the GM cell and the LC tank.
  • An electronic device includes a memory, a voltage controlled oscillator that generates an oscillating VCO output signal, and a processor that controls operations of the memory and the voltage controlled oscillator.
  • the voltage controlled oscillator includes an LC tank including a variable capacitor and a switched inductor connected in parallel to the variable capacitor, and one or more GM cells connected to the LC tank.
  • Embodiments may provide a voltage controlled oscillator capable of maintaining a high Q-factor of an LC tank for each band by configuring the inductance in a variable form.
  • Embodiments may provide a core structure capable of maintaining a high Q factor of the LC tank by adding a decoupling capacitor between the LC tank and the drain of the Gm cell.
  • Embodiments may provide a voltage controlled oscillator that can be spherical with a small area by using a method of changing an inductance value by switching a change in mutual inductance of a transformer.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 101 within a network environment 100 according to various embodiments.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the structure of a conventional voltage controlled oscillator.
  • FIG. 3 is a block diagram of a voltage controlled oscillator according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an LC tank according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the structure of a GM cell according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a voltage controlled oscillator according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of controlling an LC tank according to a plurality of modes according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a graph illustrating simulation results of a voltage controlled oscillator according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram for describing an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 101 within a network environment 100 according to various embodiments.
  • an electronic device 101 may communicate with the electronic device 102 through a first network 198 (eg, a short-distance wireless communication network) or may communicate with at least one of the electronic device 104 and the server 108 through a second network 199 (eg, a long-distance wireless communication network). According to an embodiment, the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108 .
  • a first network 198 eg, a short-distance wireless communication network
  • a second network 199 eg, a long-distance wireless communication network
  • the electronic device 101 includes a processor 120, a memory 130, an input module 150, a sound output module 155, a display module 160, an audio module 170, a sensor module 176, an interface 177, a connection terminal 178, a haptic module 179, a camera module 180, a power management module 188, a battery 189, and a communication module 1. 90), a subscriber identification module 196, or an antenna module 197.
  • at least one of these components eg, the connection terminal 178) may be omitted or one or more other components may be added.
  • some of these components eg, sensor module 176, camera module 180, or antenna module 197) may be integrated into one component (eg, display module 160).
  • the processor 120 may, for example, execute software (eg, program 140) to control at least one other component (eg, hardware or software component) of the electronic device 101 connected to the processor 120, and may perform various data processing or calculations. According to an embodiment, as at least part of data processing or operation, the processor 120 may store commands or data received from other components (e.g., the sensor module 176 or the communication module 190) in the volatile memory 132, process the commands or data stored in the volatile memory 132, and store the resulting data in the non-volatile memory 134.
  • software eg, program 140
  • the processor 120 may store commands or data received from other components (e.g., the sensor module 176 or the communication module 190) in the volatile memory 132, process the commands or data stored in the volatile memory 132, and store the resulting data in the non-volatile memory 134.
  • the processor 120 may include a main processor 121 (eg, a central processing unit or an application processor) or a secondary processor 123 (eg, a graphics processing unit, a neural processing unit (NPU), an image signal processor, a sensor hub processor, or a communication processor) that may operate independently or together with the main processor 121.
  • a main processor 121 eg, a central processing unit or an application processor
  • a secondary processor 123 eg, a graphics processing unit, a neural processing unit (NPU), an image signal processor, a sensor hub processor, or a communication processor
  • the secondary processor 123 may be implemented separately from or as part of the main processor 121 .
  • the auxiliary processor 123 functions related to at least one of the components of the electronic device 101 (eg, the display module 160, the sensor module 176, or the communication module 190) along with the main processor 121 while the main processor 121 is in an active (eg, application execution) state or instead of the main processor 121 while the main processor 121 is in an inactive (eg, sleep) state. Alternatively, at least some of the states may be controlled.
  • the auxiliary processor 123 eg, an image signal processor or a communication processor
  • the auxiliary processor 123 may include a hardware structure specialized for processing an artificial intelligence model.
  • AI models can be created through machine learning. Such learning may be performed, for example, in the electronic device 101 itself where the artificial intelligence model is performed, or may be performed through a separate server (eg, the server 108).
  • the learning algorithm may include, for example, supervised learning, unsupervised learning, semi-supervised learning, or reinforcement learning, but is not limited to the above examples.
  • the artificial intelligence model may include a plurality of artificial neural network layers.
  • the artificial neural network may be one of a deep neural network (DNN), a convolutional neural network (CNN), a recurrent neural network (RNN), a restricted boltzmann machine (RBM), a deep belief network (DBN), a bidirectional recurrent deep neural network (BRDNN), deep Q-networks, or a combination of two or more of the above, but is not limited to the above examples.
  • the artificial intelligence model may include, in addition or alternatively, a software structure in addition to a hardware structure.
  • the memory 130 may store various data used by at least one component (eg, the processor 120 or the sensor module 176) of the electronic device 101 .
  • the data may include, for example, input data or output data for software (eg, program 140) and commands related thereto.
  • the memory 130 may include volatile memory 132 or non-volatile memory 134 .
  • the program 140 may be stored as software in the memory 130 and may include, for example, an operating system 142 , middleware 144 , or an application 146 .
  • the input module 150 may receive a command or data to be used by a component (eg, the processor 120) of the electronic device 101 from the outside of the electronic device 101 (eg, a user).
  • the input module 150 may include, for example, a microphone, a mouse, a keyboard, a key (eg, a button), or a digital pen (eg, a stylus pen).
  • the sound output module 155 may output sound signals to the outside of the electronic device 101 .
  • the sound output module 155 may include, for example, a speaker or a receiver.
  • the speaker can be used for general purposes such as multimedia playback or recording playback.
  • a receiver may be used to receive an incoming call. According to one embodiment, the receiver may be implemented separately from the speaker or as part of it.
  • the display module 160 may visually provide information to the outside of the electronic device 101 (eg, a user).
  • the display module 160 may include, for example, a display, a hologram device, or a projector and a control circuit for controlling the device.
  • the display module 160 may include a touch sensor configured to detect a touch or a pressure sensor configured to measure the intensity of force generated by the touch.
  • the display module 160 may include a screen whose size is changed to be exposed to the outside.
  • the display module 160 may be an expandable display such as a foldable display, a rollable display, or a slidable display.
  • such an expandable display may be implemented through a flexible display.
  • the audio module 170 may convert sound into an electrical signal or vice versa. According to an embodiment, the audio module 170 may obtain sound through the input module 150, output sound through the sound output module 155, or an external electronic device (e.g., electronic device 102) (e.g., speaker or headphone) connected directly or wirelessly to the electronic device 101.
  • an external electronic device e.g., electronic device 102
  • speaker or headphone e.g., speaker or headphone
  • the sensor module 176 may detect an operating state (eg, power or temperature) of the electronic device 101 or an external environmental state (eg, a user state), and generate an electrical signal or data value corresponding to the detected state.
  • the sensor module 176 may include, for example, a gesture sensor, a gyro sensor, an air pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a proximity sensor, a color sensor, an infrared (IR) sensor, a bio sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, or an illuminance sensor.
  • the interface 177 may support one or more designated protocols that may be used to directly or wirelessly connect the electronic device 101 to an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the interface 177 may include, for example, a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, an SD card interface, or an audio interface.
  • HDMI high definition multimedia interface
  • USB universal serial bus
  • SD card interface Secure Digital Card interface
  • audio interface audio interface
  • connection terminal 178 may include a connector through which the electronic device 101 may be physically connected to an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the connection terminal 178 may include, for example, an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, or an audio connector (eg, a headphone connector).
  • the haptic module 179 may convert electrical signals into mechanical stimuli (eg, vibration or motion) or electrical stimuli that a user may perceive through tactile or kinesthetic senses.
  • the haptic module 179 may include, for example, a motor, a piezoelectric element, or an electrical stimulation device.
  • the camera module 180 may capture still images and moving images. According to one embodiment, the camera module 180 may include one or more lenses, image sensors, image signal processors, or flashes.
  • the power management module 188 may manage power supplied to the electronic device 101 .
  • the power management module 188 may be implemented as at least part of a power management integrated circuit (PMIC), for example.
  • PMIC power management integrated circuit
  • the battery 189 may supply power to at least one component of the electronic device 101 .
  • the battery 189 may include, for example, a non-rechargeable primary battery, a rechargeable secondary battery, or a fuel cell.
  • the communication module 190 may support establishment of a direct (e.g., wired) communication channel or wireless communication channel between the electronic device 101 and an external electronic device (e.g., the electronic device 102, the electronic device 104, or the server 108), and communication through the established communication channel.
  • the communication module 190 may include one or more communication processors that operate independently of the processor 120 (eg, an application processor) and support direct (eg, wired) communication or wireless communication.
  • the communication module 190 may include a wireless communication module 192 (eg, a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module) or a wired communication module 194 (eg, a local area network (LAN) communication module or a power line communication module).
  • a wireless communication module 192 eg, a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module
  • GNSS global navigation satellite system
  • wired communication module 194 eg, a local area network (LAN) communication module or a power line communication module.
  • a corresponding communication module among these communication modules may communicate with an external electronic device 104 through a first network 198 (eg, a short-range communication network such as Bluetooth, wireless fidelity (WiFi) direct, or an infrared data association (IrDA)) or a second network 199 (eg, a legacy cellular network, a 5G network, a next-generation communication network, a long-distance communication network such as the Internet, or a computer network (eg, a LAN or a WAN)).
  • a first network 198 eg, a short-range communication network such as Bluetooth, wireless fidelity (WiFi) direct, or an infrared data association (IrDA)
  • a second network 199 eg, a legacy cellular network, a 5G network, a next-generation communication network, a long-distance communication network such as the Internet, or a computer network (eg, a LAN or a WAN)
  • a first network 198 eg,
  • the wireless communication module 192 may identify or authenticate the electronic device 101 within a communication network such as the first network 198 or the second network 199 using subscriber information (eg, International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)) stored in the subscriber identification module 196.
  • subscriber information eg, International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)
  • IMSI International Mobile Subscriber Identifier
  • the wireless communication module 192 may support a 5G network after a 4G network and a next-generation communication technology, for example, NR access technology (new radio access technology).
  • NR access technology can support high-speed transmission of high-capacity data (enhanced mobile broadband (eMBB)), minimization of terminal power and access to multiple terminals (massive machine type communications (mMTC)), or high reliability and low latency (URLLC (ultra-reliable and low-latency communications)).
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • mMTC massive machine type communications
  • URLLC ultra-reliable and low-latency communications
  • the wireless communication module 192 may support various technologies for securing performance in a high frequency band, such as beamforming, massive multiple-input and multiple-output (MIMO), full dimensional MIMO (FD-MIMO), an array antenna, analog beam-forming, or a large scale antenna.
  • the wireless communication module 192 may support various requirements defined for the electronic device 101, an external electronic device (eg, the electronic device 104), or a network system (eg, the second network 199).
  • the wireless communication module 192 may support a peak data rate (e.g., 20 Gbps or more) for realizing eMBB, a loss coverage (e.g., 164 dB or less) for realizing mMTC, or a U-plane latency (e.g., 0.5 ms or less for downlink (DL) and uplink (UL), or 1 ms or less for round trip) for realizing URLLC.
  • a peak data rate e.g., 20 Gbps or more
  • a loss coverage e.g., 164 dB or less
  • U-plane latency e.g., 0.5 ms or less for downlink (DL) and uplink (UL), or 1 ms or less for round trip
  • the antenna module 197 may transmit or receive signals or power to the outside (eg, an external electronic device).
  • the antenna module 197 may include an antenna including a radiator formed of a conductor or a conductive pattern formed on a substrate (eg, PCB).
  • the antenna module 197 may include a plurality of antennas (eg, an array antenna). In this case, at least one antenna suitable for a communication method used in a communication network such as the first network 198 or the second network 199 may be selected from the plurality of antennas by, for example, the communication module 190. A signal or power may be transmitted or received between the communication module 190 and an external electronic device through the selected at least one antenna.
  • other components eg, a radio frequency integrated circuit (RFIC) may be additionally formed as a part of the antenna module 197 in addition to the radiator.
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • the antenna module 197 may form a mmWave antenna module.
  • the mmWave antenna module may include a printed circuit board, an RFIC disposed on or adjacent to a first surface (eg, lower surface) of the printed circuit board and capable of supporting a designated high frequency band (eg, mmWave band), and a plurality of antennas (eg, array antennas) disposed on or adjacent to a second surface (eg, upper surface or side surface) of the printed circuit board and capable of transmitting or receiving signals of the designated high frequency band.
  • peripheral devices e.g., a bus, general purpose input and output (GPIO), serial peripheral interface (SPI), or mobile industry processor interface (MIPI)
  • signals e.g., commands or data
  • commands or data may be transmitted or received between the electronic device 101 and the external electronic device 104 through the server 108 connected to the second network 199 .
  • Each of the external electronic devices 102 or 104 may be the same as or different from the electronic device 101 .
  • all or part of operations executed in the electronic device 101 may be executed in one or more external electronic devices among the external electronic devices 102 , 104 , or 108 .
  • the electronic device 101 may request one or more external electronic devices to perform the function or at least part of the service, instead of or in addition to executing the function or service by itself.
  • One or more external electronic devices receiving the request may execute at least a part of the requested function or service or an additional function or service related to the request, and deliver the execution result to the electronic device 101 .
  • the electronic device 101 may provide the result as at least part of a response to the request as it is or additionally processed.
  • cloud computing distributed computing, mobile edge computing (MEC), or client-server computing technology may be used.
  • the electronic device 101 may provide an ultra-low latency service using, for example, distributed computing or mobile edge computing.
  • the external electronic device 104 may include an internet of things (IoT) device.
  • Server 108 may be an intelligent server using machine learning and/or neural networks. According to an embodiment, the external electronic device 104 or server 108 may be included in the second network 199 .
  • the electronic device 101 may be applied to intelligent services (eg, smart home, smart city, smart car, or health care) based on 5G communication technology and IoT-related technology.
  • a voltage controlled oscillator according to an embodiment is advantageous in improving jitter and can implement multi-band with a low area.
  • a structure of a conventional voltage controlled oscillator will be first described.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the structure of a conventional voltage controlled oscillator.
  • the voltage controlled oscillator may include cross-coupled transistors M1 , M2 , M5 , and M6 , a varactor diode C var providing a variable capacitance, and an inductor L.
  • a voltage-controlled oscillator can generate oscillating VCO output signals (V OUT- , V OUT+ ).
  • the frequency of the oscillating VCO output signal may be determined by the capacitance value of the varactor diode (C var ) and the inductance value of the inductor (L), and the capacitance value of the varactor diode (C var ) may be controlled by a control signal V TUNE .
  • the voltage controlled oscillator cannot maintain the Q factor of the LC tank in multi bands, there may be performance limitations as a low noise high frequency voltage controlled oscillator.
  • FIG. 3 is a block diagram of a voltage controlled oscillator according to an embodiment.
  • the voltage controlled oscillator includes an LC tank 310 and one or more GM cells 320 connected to the LC tank 310 .
  • the voltage controlled oscillator may operate as a frequency source source generating a specific frequency source, and the LC tank 310 according to an embodiment may be a frequency selection circuit capable of selecting and oscillating a desired frequency.
  • the LC tank 310 according to an embodiment is a circuit capable of storing energy composed of an inductor and a capacitor, and may be referred to as an LC tank circuit, a tank circuit, or a parallel resonance circuit.
  • An oscillation frequency of the LC tank 310 may be determined based on an inductance value of an inductor and a capacitance value of a capacitor.
  • the LC tank 310 may adjust the inductance value of the inductor and the capacitance value of the capacitor in order to select a desired oscillation frequency (below, the oscillation frequency may be referred to as a VCO frequency or an operating frequency).
  • the LC tank 310 may adjust a capacitance value using a variable capacitor.
  • the capacitance value of the LC tank 310 may be adjusted using a varactor, which is a variable capacitance diode capable of varying capacitance according to voltage. That is, the LC tank 310 may change the capacitance value of the varactor by adjusting the control voltage, and through this, a desired oscillation frequency value may be set.
  • the LC tank 310 may also adjust an inductance value by using a switched inductor.
  • a method of operating a switched inductor according to an exemplary embodiment will be described in detail below with reference to FIGS. 4 and 7A to 7B.
  • the GM cell 320 may be a decoupled GM cell. More specifically, the GM cell 320 according to an embodiment may include a decoupling capacitor inserted between the drain of the LC tank 310 and the Gm cell 320, and through this, the drain of the LC tank 310 and the Gm cell 320 may be separated to prevent deterioration of the Q factor of the LC tank 310.
  • a specific structure of the GM cell 320 according to an embodiment will be described in detail with reference to FIG. 5 below.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an LC tank according to an embodiment.
  • the LC tank 400 of FIG. 4 may be the LC tank 310 described with reference to FIG. 3, and the description of FIG. 3 may be equally applicable to FIG.
  • an LC tank 400 includes a switched inductor 410 and a variable capacitor 420 .
  • the switched inductor 410 and the variable capacitor 420 according to an embodiment may be connected in parallel.
  • the LC tank 400 may further include a capacitor bank 430.
  • the capacitor bank 430 may be connected in parallel with the variable capacitor 420 and the switched inductor 410 .
  • the capacitor bank 430 may include a plurality of capacitors that may be enabled/disabled through a switch, and an optimized frequency value may be found by initially finding a frequency change according to a process and voltage change through the capacitor bank 430.
  • a capacitance value of the capacitor bank 430 according to an embodiment may be adjusted based on a control signal received from automatic frequency calibration (AFC).
  • AFC automatic frequency calibration
  • the AFC may adjust the effective capacitance value of the capacitor bank by switching the capacitor bank.
  • variable capacitor 420 may be a varactor, and in this case, a capacitance value may be adjusted by the control voltage V CTRL .
  • the variable capacitor 420 according to an embodiment may perform more precise frequency control through a phase locking circuit (PLL) operation at a frequency optimized through the capacitor bank 430 .
  • PLL phase locking circuit
  • the LC tank 400 can adjust not only the capacitance value but also the inductance value by using the switched inductor 410, and through this, the Q factor of the LC tank 400 can be maintained high for each frequency band.
  • the switched inductor 410 may include a first inductor 411, a second inductor 413, and a plurality of switches 415-1 to 415-4.
  • a controller (not shown) according to an embodiment may control each of the plurality of switches to adjust an effective inductance value of the switched inductor.
  • the controller according to an embodiment may operate in a plurality of modes and adjust the VCO frequency to a plurality of bands by changing an effective inductance value.
  • the controller may synchronize and adjust the first switch 415-1 and the fourth switch 415-4, and synchronize and adjust the second switch 415-2 and the third switch 415-3.
  • the controller may control the LC tank 400 in two modes.
  • the controller may control the first switch 415-1 and the fourth switch 415-4 to be closed and the second switch 415-2 and the third switch 415-3 to be open, and the corresponding control state may be referred to as a first mode (or high band mode).
  • the controller may control the first switch 415-1 and the fourth switch 415-4 to be open and the second switch 415-2 and the third switch 415-3 to be closed, and the control state may be referred to as a second mode (or low band mode).
  • the controller may adjust the direction of mutual inductance between the inductor 411 and the second inductor 413 by controlling the plurality of switches 415 - 1 to 415 - 4 .
  • the controller controls the plurality of switches 415-1 to 415-4 in the first mode to couple the first inductor 411 and the second inductor 413 in phase, thereby adjusting the mutual inductance in a positive direction.
  • the controller controls the plurality of switches 415-1 to 415-4 in the second mode to couple the first inductor 411 and the second inductor 413 in anti phase to adjust the mutual inductance in a negative direction.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the structure of a GM cell according to an embodiment.
  • a voltage controlled oscillator may include a GM cell 510 and an LC tank 520.
  • the GM cell 510 of FIG. 5 may be the GM cell 320 described with reference to FIG. 3, and the LC tank 520 of FIG. 5 may be the LC tank 310 and the LC tank 400 described with reference to FIGS. 3 and 4, and the description of FIGS. 3 to 4 may be equally applicable to FIG.
  • FIG. 5 shows that the voltage controlled oscillator includes one GM cell 320 for convenience of explanation, the voltage controlled oscillator may include a plurality of GM cells.
  • the GM cell 510 includes a plurality of transistors 511-1 to 511-4 and decoupling capacitors 512-1 and 512-2.
  • the transistors M1 and M2 of the first voltage controlled oscillator 210 of FIG. 2 are cross-coupled (the gate of M1 and the drain of M2 are connected, and the gate of M2 and the drain of M1 are connected), whereas the transistors 511-1 to 511-4 of the GM cell 510 according to the embodiment of FIG. 5 are decoupled from each other.
  • the decoupling capacitor 512-1 may be inserted between the gate nodes of the transistors 511-2 and 511-4 and the drain nodes of the transistors 511-1 and 511-3.
  • the decoupling capacitor 512-2 may be inserted between the drain nodes of the transistors 511-2 and 511-4 and the gate nodes of the transistors 511-1 and 511-3.
  • the LC tank 520 may be connected to the gate nodes of the transistors 511-2 and 511-4 and the gate nodes of the transistors 511-1 and 511-3.
  • the GM cell 510 may further include a plurality of resistors 513-1 and 513-2.
  • the resistor 513-1 according to an embodiment may be connected in parallel with the decoupling capacitor 512-1, and the resistor 513-2 according to an embodiment may be connected in parallel with the decoupling capacitor 512-2.
  • the resistor 513-1 may provide bias voltages to the gates of the transistors 511-2 and 511-4, and the resistor 513-2 may provide bias voltages to the gates of the transistors 511-1 and 511-3.
  • the resistors 513-1 and 513-2 may prevent a floating phenomenon.
  • resistors 513-1 and 513-2 according to an embodiment may be referred to as first resistors.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a voltage controlled oscillator according to an exemplary embodiment.
  • a voltage controlled oscillator may include an LC tank 610 and a GM cell 620.
  • the GM cell 620 of FIG. 6 may be the GM cell 320 or the GM cell 510 described with reference to FIGS. 3 and 5
  • the LC tank 610 of FIG. 6 may be the LC tank 310, LC tank 400, and LC tank 520 described with reference to FIGS. 3 to 5
  • descriptions of FIGS. 3 to 5 may be equally applied to FIG. You can.
  • the voltage controlled oscillator may further include a resistor 630 connected to a source node of the GM cell 620 .
  • the resistor 630 may be a variable resistor, and the voltage controlled oscillator may reduce substrate noise through the resistor 630 and optimize performance by adjusting the amount of current.
  • the resistor 630 according to an embodiment may be referred to as a second resistor.
  • the Q factor of the LC tank 610 of the voltage controlled oscillator can be maintained high by adjusting the inductance value of the LC tank 610 using a switched inductor and adding a decoupling capacitor between the LC tank 610 and the drain of the GM cell 620.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of controlling an LC tank according to a plurality of modes according to an embodiment.
  • FIGS. 3 to 6 can be equally applied to FIG. 7 , so duplicated content can be omitted.
  • the voltage controlled oscillator may include a GM cell 710 and an LC tank 720, and the LC tank 720 may include a capacitor bank 721, a variable capacitor 723, a plurality of switches 725-1 to 725-4, and inductors 727-1 and 727-2.
  • a controller (not shown) according to an embodiment controls each of the plurality of switches 725-1 to 725-4, so that the controller can control the LC tank in two modes.
  • the controller according to an embodiment may adjust the effective inductance value of the switched inductor.
  • the controller according to an embodiment may operate in a plurality of modes and adjust the VCO frequency to a plurality of bands by changing an effective inductance value.
  • the controller may control the plurality of switches 725-1 to 725-4 in a first mode (the first switch 725-1 and the fourth switch 725-4 are closed, and the second switch 725-2 and the third switch 725-3 are open).
  • the controller controls the plurality of switches 725-1 to 725-4 in the first mode to couple the first inductor 727-1 and the second inductor 727-2 in phase to adjust mutual inductance in a positive direction.
  • the controller may adjust a value obtained by adding a mutual inductance value to a self inductance value of each of the plurality of inductors as an effective inductance value by controlling the plurality of switches in the first mode.
  • the controller controls the plurality of switches 725-1 to 725-4 in the second mode (the first switch 725-1 and the fourth switch 725-4 are open, and the second switch 725-2 and the third switch 725-3 are closed).
  • the controller controls the plurality of switches 725-1 to 725-4 in the second mode to couple the first inductor 727-1 and the second inductor 727-2 in an anti-phase to adjust mutual inductance in a positive direction.
  • the controller may adjust a value obtained by subtracting a mutual inductance value from a self inductance value of each of the plurality of inductors as an effective inductance value by controlling the plurality of switches in the second mode.
  • the voltage controlled oscillator according to an embodiment is advantageous in improving jitter and can implement multi-band with a low area.
  • FIG. 8 is a graph illustrating simulation results of a voltage controlled oscillator according to an exemplary embodiment.
  • a graph 810 is a graph showing phase noise according to a mode switch, and the x-axis of the graph 810 denotes an automatic frequency calibration (AFC) code value, and the y-axis denotes a phase noise value.
  • AFC automatic frequency calibration
  • the graph 820 is a graph showing a change in frequency according to a mode switch, and the x-axis of the graph 820 may mean an automatic frequency calibration (AFC) code value, and the y-axis may mean a VCO frequency value.
  • AFC automatic frequency calibration
  • a voltage controlled oscillator may provide two bands. The voltage controlled oscillator may provide a frequency band of 15.668 GHz to 17.332 GHz when operating in the first mode and a frequency band of 11.328 GHz to 12.473 GHz when operating in the second mode.
  • FIG. 9 is a block diagram for describing an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • an electronic device 900 may include a processor 910, a memory 920, and a voltage controlled oscillator 930.
  • Processor 910 , memory 920 and voltage controlled oscillator 930 may communicate with each other via communication bus 905 .
  • the voltage controlled oscillator 930 may include the voltage controlled oscillator described with reference to FIGS. 3 to 7 .
  • the processor 910 may control operations of the memory 920 and the voltage controlled oscillator 930 .
  • the memory 920 may be a volatile memory or a non-volatile memory, and the processor 910 may execute a program and control the electronic device 900 . Program codes executed by the processor 910 may be stored in the memory 920 .
  • the electronic device 900 may be connected to an external device (eg, a personal computer or network) through an input/output device (not shown) and exchange data.
  • the electronic device 900 may be installed in various computing devices and/or systems such as smart phones, tablet computers, laptop computers, desktop computers, televisions, wearable devices, security systems, and smart home systems.
  • the electronic device 900 may be an integral electronic device including the voltage controlled oscillator 930 .
  • the electronic device 900 may include a transceiver, a data converter, and a phase synchronization circuit.
  • the method according to various embodiments disclosed in this document may be included and provided in a computer program product.
  • Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities.
  • a computer program product may be distributed in the form of a device-readable storage medium (e.g., compact disc read only memory (CD-ROM)), or distributed (e.g., downloaded or uploaded) online, through an application store (e.g., Play StoreTM) or directly between two user devices (e.g., smartphones).
  • an application store e.g., Play StoreTM
  • at least part of the computer program product may be temporarily stored or temporarily created in a device-readable storage medium such as a manufacturer's server, an application store server, or a relay server's memory.
  • each component (eg, module or program) of the above-described components may include a single object or a plurality of objects, and some of the multiple objects may be separately disposed in other components.
  • one or more components or operations among the aforementioned components may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • a plurality of components eg modules or programs
  • the integrated component may perform one or more functions of each of the plurality of components identically or similarly to those performed by a corresponding component of the plurality of components prior to the integration.
  • the operations performed by a module, program, or other component may be executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the operations may be executed in a different order, may be omitted, or one or more other operations may be added.

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

전압 제어 발진기 및 이를 포함하는 전자 장치가 개시된다. 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기는 LC 탱크 및 LC 탱크에 연결되는 하나 이상의 GM 셀을 포함하고, LC 탱크는 가변 커패시터 및 가변 커패시터에 병렬로 연결되는 스위치드 인덕터(switched inductor)를 포함하고, GM 셀은 GM 셀의 하나 이상의 드래인 노드와 LC 탱크 사이에 삽입되는 하나 이상의 디커플링 커패시터를 포함한다.

Description

전압 제어 발진기
본 개시의 다양한 실시 예들은 전압 제어 발진기에 관한 것이다. 구체적으로, 디커플드 GM 셀(decoupled GM cell)를 포함하는 스위치드 인덕터(switched inductor) 전압 제어 발진기 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
이전의 송수신기는 믹서(mixer)를 이용하여, 낮은 주파수로 낮추고, 저속의 데이터 컨버터(data converter)를 이용하여 신호처리를 하였으나, 반도체공정의 향상을 통해서, 고속의 데이터 컨버터만 이용하여 신호처리가 가능한 수준이 되었다. 따라서, 이러한 데이터 컨버터의 성능을 확보할 수 있도록 저잡음 고주파의 위상 동기 회로(PLL; Phase-Locked Loop)이 필요하며, 응용 주파수대역 별 최적의 샘플링 주파수(sampling frequency)를 설정해야 하기 때문에 넓은 범위에서 가변할 수 있어야 한다. 이러한 위상 동기 회로의 성능향상을 위해서 핵심블록인 전압 제어 발진기가 멀티 밴드(multi-band)와 낮은 지터(low jitter)를 제공해야 한다.
일반적인 전압 제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)는 LC 공진기와 부컨덕턴스(Negative Gm) 성분을 발생시키는 크로스 커플드 FET(cross-coupled FET)로 구성된다. 그러나, 크로스 커플드 구조의 일반적인 전압 제어 발진기로는 수Gsps의 데이터 컨버터의 클락(clock)을 제공하기 어려울 수 있다.
실시예들은 인덕턴스(inductance)를 가변하는 형태로 구성함으로써 LC 탱크의 Q 인자(Q-factor)를 밴드 별로 높게 유지할 수 있는 전압 제어 발진기를 제공하고자 한다.
실시예들은 LC 탱크와 Gm 셀의 드래인(drain) 사이에 디커플링 커패시터(decoupling capacitor)를 추가하여, LC 탱크의 Q 인자를 높게 유지할 수 있는 코어 구조를 제공하고자 한다.
실시예들은 트랜스포머(transformer)의 상호 인덕턴스(mutual inductance) 변화를 스위칭하여 인덕턴스 값의 변화 방식을 이용하여 저면적으로 구형할 수 있는 전압 제어 발진기를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기는 LC 탱크 및 LC 탱크에 연결되는 하나 이상의 GM 셀(GM cell)를 포함하고, LC 탱크는 가변 커패시터 및 가변 커패시터에 병렬로 연결되는 스위치드 인덕터(switched inductor)를 포함하고, GM 셀은 GM 셀의 하나 이상의 드래인 노드와 LC 탱크 사이에 삽입되는 하나 이상의 디커플링 커패시터를 포함한다.
일 실시 예에 따른 전자 장치는 메모리, 발진 VCO 출력 신호를 생성하는 전압 제어 발진기 및 메모리와 전압 제어 발진기의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하고, 전압 제어 발진기는 가변 커패시터와 가변 커패시터에 병렬로 연결되는 스위치드 인덕터(switched inductor)를 포함하는 LC 탱크 및 LC 탱크에 연결되는 하나 이상의 GM 셀을 포함한다.
실시예들은 인덕턴스(inductance )를 가변하는 형태로 구성함으로써 LC 탱크의 Q 인자(Q-factor)를 밴드 별로 높게 유지할 수 있는 전압 제어 발진기를 제공할 수 있다.
실시예들은 LC 탱크와 Gm 셀의 드래인(drain) 사이에 디커플링 커패시터(decoupling capacitor)를 추가하여, LC 탱크의 Q 인자를 높게 유지할 수 있는 코어 구조를 제공할 수 있다.
실시예들은 트랜스포머(transformer)의 상호 인덕턴스(mutual inductance) 변화를 스위칭하여 인덕턴스 값의 변화 방식을 이용하여 저면적으로 구형할 수 있는 전압 제어 발진기를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 다양한 실시 예들에 따른 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다.
도 2는 종래의 전압 제어 발진기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기의 블록도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 LC 탱크의 일 례를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 GM 셀의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기의 일 례를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 복수의 모드에 따라 LC 탱크를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 전자 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
이하, 실시 예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 다양한 실시 예들에 따른 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시 예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시 예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(176), 카메라 모듈(180), 또는 안테나 모듈(197))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 저장하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능 모델이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 모듈(150)은, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
디스플레이 모듈(160)은 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 외부로 노출되는 크기가 변경되는 화면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 모듈(160)은 폴더블 디스플레이(foldable display), 롤러블 디스플레이(rollable display), 슬라이더블 디스플레이(slidable display)와 같은 확장 가능한 디스플레이일 수 있다. 예를 들어, 이러한 확장 가능한 디스플레이는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 통해 구현될 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰)를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(199)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.
무선 통신 모듈(192)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제2 네트워크(199))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 무선 통신 모듈(192)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 안테나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시 예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102 또는 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부의 전자 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제2 네트워크(199) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.
일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기는 지터 향상에 유리하고 저면적으로 멀티 밴드를 구현 가능하다. 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기의 구조에 대해 상세하게 설명하기에 앞서 이해의 편의를 위해, 종래의 전압 제어 발진기의 구조를 먼저 살펴본다.
도 2는 종래의 전압 제어 발진기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 전압 제어 발진기는 크로스 커플드 트랜지스터들(M1, M2, M5, M6), 가변 캐패시턴스를 제공하는 버랙터 다이오드(Cvar) 및 인덕터(L)를 포함할 수 있다.
전압 제어 발진기는 발진 VCO 출력 신호(VOUT-, VOUT+)를 생성할 수 있다. 발진 VCO 출력 신호의 주파수는 버랙터 다이오드(Cvar)의 커패시턴스 값과 인덕터(L)의 인덕턴스 값에 의해 결정될 수 있고, 버랙터 다이오드(Cvar)의 커패시턴스 값은 제어 신호 VTUNE에 의해 조절될 수 있다.
전압 제어 발진기는 멀티 밴드(multi band)에서 LC 탱크의 Q 인자를 유지할 수 없어, 저잡음 고주파 전압 제어 발진기로써의 성능 한계가 있을 수 있다.
나아가, 하나의 전압 제어 발진기로는 멀티 밴드를 구현하기 어렵기 때문에, 멀티 밴드를 구현하기 위해서 동일한 2개의 제1 전압 제어 발진기를 사용해야 하는 한계가 있을 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기는 LC 탱크(310) 및 LC 탱크(310)에 연결되는 하나 이상의 GM 셀(320)을 포함한다.
일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기는 특정 주파수원을 만들어내는 주파수원 소스로 동작할 수 있고, 일 실시 예에 따른 LC 탱크(310)는 원하는 주파수를 선택해서 발진 시킬 수 있는 주파수 선택 회로일 수 있다. 일 실시 예에 따른 LC 탱크(310)는 인덕터와 커패시터로 구성된 에너지 저장이 가능한 회로로, LC 탱크 회로, 탱크 회로, 병렬 공진 회로로 지칭될 수도 있다.
일 실시 예에 따른 LC 탱크(310)의 발진 주파수는 인덕터의 인덕턴스 값과 커패시터의 커패시턴스 값에 기초하여 결정될 수 있다. 일 실시 예에 따른 LC 탱크(310)는 원하는 발진 주파수(아래에서, 발진 주파수는 VCO 주파수, 동작 주파수로 지칭될 수도 있다)를 선택하기 위하여 인덕터의 인덕턴스 값과 커패시터의 커패시턴스 값을 조절할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 실시 예에 따른 LC 탱크(310)는 가변 커패시터를 사용하여, 커패시턴스 값을 조절할 수 있다. 예를 들어, LC 탱크(310)는 전압에 따라 커패시턴스를 가변할 수 있는 가변용량 다이오드인 버랙터(varactor)를 사용하여, 커패시턴스 값을 조절할 수 있다. 즉, LC 탱크(310)는 제어 전압을 조절하여 버랙터의 커패시턴스 값을 변화시킬 수 있고, 이를 통해 원하는 발진 주파수 값을 설정할 수 있다.
나아가, 일 실시 예에 따른 LC 탱크(310)는 스위치드 인덕터를 사용하여, 인덕턴스 값도 조절할 수 있다. 일 실시 예에 따른 스위치드 인덕터의 동작 방법은 아래에서 도 4 및 도 7a 내지 도 7b를 참조하여 상세히 설명된다.
일 실시 예에 따른 GM 셀(320)은 디커플드 GM 셀(decoupled GM cell)일 수 있다. 보다 구체적으로 일 실시 예에 따른 GM 셀(320)은 LC 탱크(310)와 Gm 셀(320)의 드래인 사이에 삽입되는 디커플링 커패시터를 포함할 수 있고, 이를 통해 LC 탱크(310)와 Gm 셀(320)의 드래인을 분리하여 LC 탱크(310)의 Q 인자 열화를 방지할 수 있다. 일 실시 예에 따른 GM 셀(320)의 구체적인 구조는 아래에서 도 5를 참조하여 상세히 설명된다.
도 4는 일 실시 예에 따른 LC 탱크의 일 례를 도시한 도면이다.
도 4의 LC 탱크(400)는 도 3을 참조하여 설명한 LC 탱크(310)일 수 있고, 도 3의 설명은 도 4에도 동일하게 적용될 수 있는 바 중복되는 내용은 생략할 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 LC 탱크(400)는 스위치드 인덕터(410) 및 가변 커패시터(420)를 포함한다. 일 실시예에 따른 스위치드 인덕터(410)와 가변 커패시터(420)는 병렬로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따른 LC 탱크(400)는 커패시터 뱅크(430)를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따른 커패시터 뱅크(430)는 가변 커패시터(420) 및 스위치드 인덕터(410)와 병렬로 연결될 수 있다. 커패시터 뱅크(430)는 스위치를 통해 인에이블/디스에이블될 수 있는 복수의 커패시터들을 포함할 수 있고, 커패시터 뱅크(430)를 통하여 프로세스(process), 전압(voltage) 변화에 따른 주파수 변화를 초기에 찾아 최적화된 주파수 값을 찾을 수 있다. 일 실시 예에 따른 커패시터 뱅크(430)의 커패시턴스 값은 AFC(automatic frequency calibration)로부터부터 수신한 제어 신호에 기초하여 조절될 수 있다. 일 실시 예에 따른 AFC는 캐패시터 뱅크를 스위칭 함으로써, 캐패시터 뱅크의 유효 캐패시턴스 값을 조절할 수 있다.
일 실시 예에 따른 가변 커패시터(420)는 버랙터일 수 있고, 이 경우 제어 전압(VCTRL)에 의해 커패시턴스 값이 조절될 수 있다. 일 실시 예에 따른 가변 커패시터(420)는 커패시터 뱅크(430)를 통해서 최적화된 주파수에서, 위상 동기 회로(PLL) 동작을 통해 보다 정밀한 주파수 제어를 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따른 LC 탱크(400)는 스위치드 인덕터(410)를 사용하여, 커패시턴스 값 뿐만 아니라 인덕턴스 값도 조절할 수 있고, 이를 통해 LC 탱크(400)의 Q 인자를 주파수 대역 별로 높게 유지할 수 있다.
일 실시 예에 따른 스위치드 인덕터(410)는 제1 인덕터(411), 제2 인덕터(413) 및 복수의 스위치들(415-1 내지 415-4)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따른 컨트롤러(미도시)는 복수의 스위치들 각각을 제어하여, 스위치드 인덕터의 이펙티브 인덕턴스(effective inductance) 값을 조절할 수 있다. 일 실시 예에 따른 컨트롤러는 복수의 모드로 동작하여, 이펙티브 인덕턴스 값을 변화시켜 VCO 주파수를 복수의 대역으로 조절할 수 있다.
일 실시 예에 따른 컨트롤러는 제1 스위치(415-1)와 제4 스위치(415-4)를 동기화하여 조정할 수 있고, 제2 스위치(415-2)와 제3 스위치(415-3)를 동기화하여 조정할 수 있다.
일 실시 예에 따른 컨트롤러는 LC 탱크(400)를 두 가지 모드로 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 제1 스위치(415-1)와 제4 스위치(415-4)는 닫힘, 제2 스위치(415-2)와 제3 스위치(415-3)는 열림으로 제어할 수 있고, 해당 제어 상태를 제1 모드(또는, 고대역(high band) 모드)로 지칭할 수 있다.
또는, 컨트롤러는 제1 스위치(415-1)와 제4 스위치(415-4)는 열림, 제2 스위치(415-2)와 제3 스위치(415-3)는 닫힘으로 제어할 수 있고, 해당 제어 상태를 제2 모드(또는, 저대역(low band) 모드)로 지칭할 수 있다.
보다 구체적으로, 컨트롤러는 복수의 스위치들(415-1 내지 415-4)을 제어하여, 인덕터(411)와 제2 인덕터(413) 사이의 상호 인덕턴스(mutual inductance)의 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 복수의 스위치들(415-1 내지 415-4)을 제1 모드로 제어하여, 제1 인덕터(411)와 제2 인덕터(413)를 동상(in phase)으로 커플링(coupling)하여 상호 인덕턴스를 양의 방향으로 조절할 수 있다.
또는, 컨트롤러는 복수의 스위치들(415-1 내지 415-4)을 제2 모드로 제어하여, 제1 인덕터(411)와 제2 인덕터(413)를 역상(anti phase)으로 커플링(coupling)하여 상호 인덕턴스를 음의 방향으로 조절할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 GM 셀의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기는 GM 셀(510) 및 LC 탱크(520)를 포함할 수 있다.
도 5의 GM 셀(510)은 도 3을 참조하여 설명한 GM 셀(320)일 수 있고, 도 5의 LC 탱크(520)는 도 3, 4를 참조하여 설명한 및 LC 탱크(310), 및 LC 탱크(400)일 수 있고, 도 3 내지 도 4의 설명은 도 5에도 동일하게 적용될 수 있는 바 중복되는 내용은 생략할 수 있다.
도 5에는 설명의 편의를 위하여 전압 제어 발진기가 하나의 GM 셀(320)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 전압 제어 발진기는 복수의 GM 셀들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 GM 셀(510)은 복수의 트랜지스터들(511-1 내지 511-4) 및 디커플링 커패시터(512-1, 512-2)를 포함한다.
도 2의 제1 전압 제어 발진기(210)의 트랜지스터들(M1, M2)은 서로 크로스 커플드(M1의 게이트와 M2의 드래인이 연결되어 있고, M2의 게이트와 M1의 드래인이 연결되어 있음) 되어있는 반면에, 도 5의 일 실시 예에 따른 GM 셀(510)의 트랜지스터들(511-1 내지 511-4)은 서로 디커플되어 있다.
보다 구체적으로, 일 실시 예에 따른 디커플링 커패시터(512-1)는 트랜지스터(511-2) 및 트랜지스터(511-4)의 게이트 노드와 트랜지스터(511-1) 및 트랜지스터(511-3)의 드래인 노드 사이에 삽입될 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따른 디커플링 커패시터(512-2)는 트랜지스터(511-2) 및 트랜지스터(511-4)의 드래인 노드와 트랜지스터(511-1) 및 트랜지스터(511-3)의 게이트 노드 사이에 삽입될 수 있다. 이 때, LC 탱크(520)는 트랜지스터(511-2) 및 트랜지스터(511-4)의 게이트 노드와 트랜지스터(511-1) 및 트랜지스터(511-3)의 게이트 노드에 연결될 수 있다. 이를 통해, 결과적으로 LC 탱크(520)와 Gm 셀(510)의 드래인을 분리하여 LC 탱크(520)의 Q 인자 열화를 방지할 수 있다.
나아가, 일 실시 예에 따른 GM 셀(510)은 복수의 저항들(513-1, 513-2)을 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따른 저항(513-1)은 디커플링 커패시터(512-1)와 병렬로 연결될 수 있고, 일 실시 예에 따른 저항(513-2)은 디커플링 커패시터(512-2)와 병렬로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따른 저항(513-1)은 트랜지스터(511-2) 및 트랜지스터(511-4)의 게이트에 바이어스(bias) 전압을 제공할 수 있고, 저항(513-2)은 트랜지스터(511-1) 및 트랜지스터(511-3)의 게이트에 바이어스(bias) 전압을 제공할 수 있다. 이를 통해, 일 실시 예에 따른 저항들(513-1, 513-2)은 플로팅(floating) 현상을 방지할 수 있다. 아래에서, 일 실시 예에 따른 저항들(513-1, 513-2)는 제1 저항으로 지칭될 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기의 일 례를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기는 LC 탱크(610) 및 GM 셀(620)을 포함할 수 있다.
도 6의 GM 셀(620)은 도 3, 도 5를 참조하여 설명한 GM 셀(320), GM 셀(510)일 수 있고, 도 6의 LC 탱크(610)는 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 및 LC 탱크(310), LC 탱크(400), LC 탱크(520)일 수 있고, 도 3 내지 도 5의 설명은 도 6에도 동일하게 적용될 수 있는 바 중복되는 내용은 생략할 수 있다.
일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기는 GM 셀(620)의 소스 노드에 연결되는 저항(630)을 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따른 저항(630)은 가변 저항일 수 있고, 전압 제어 발진기는 저항(630)을 통해 서브스트레이트 노이즈(substrate noise)를 줄여주고, 전류량을 조절하여 성능을 최적화할 수 있다. 일 실시 예에 따른 저항(630)은 제2 저항으로 지칭될 수 있다.
일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기의 LC 탱크(610)는 스위치드 인덕터를 사용하여 인덕턴스 값의 조절하고, LC 탱크(610)와 GM 셀(620)의 드래인 사이에 디커플링 커패시터를 추가하여, LC 탱크(610)의 Q 인자를 높게 유지할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 복수의 모드에 따라 LC 탱크를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 6의 설명은 도 7에도 동일하게 적용될 수 있는 바 중복되는 내용은 생략할 수 있다.
도 7를 참조하면, 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기는 GM 셀(710), LC 탱크(720)를 포함할 수 있고, LC 탱크(720)는 커패시터 뱅크(721), 가변 커패시터(723), 복수의 스위치들(725-1 내지 725-4) 및 인덕터들(727-1 및 727-2)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 컨트롤러(미도시)는 복수의 스위치들(725-1 내지 725-4) 각각을 제어하여, 컨트롤러는 LC 탱크를 두 가지 모드로 제어할 수 있다. 일 실시 예에 따른 컨트롤러는 스위치드 인덕터의 이펙티브 인덕턴스 값을 조절할 수 있다. 일 실시 예에 따른 컨트롤러는 복수의 모드로 동작하여, 이펙티브 인덕턴스 값을 변화시켜 VCO 주파수를 복수의 대역으로 조절할 수 있다.
보다 구체적으로, 컨트롤러는 복수의 스위치들(725-1 내지 725-4)을 제1 모드(제1 스위치(725-1)와 제4 스위치(725-4)는 닫힘, 제2 스위치(725-2)와 제3 스위치(725-3)는 열림)로 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 컨트롤러는 복수의 스위치들(725-1 내지 725-4)을 제1 모드로 제어하여, 제1 인덕터(727-1)와 제2 인덕터(727-2)를 동상(in phase)으로 커플링(coupling)하여 상호 인덕턴스를 양의 방향으로 조절할 수 있다
일 실시 예에 따른 컨트롤러는 복수의 스위치들을 제1 모드로 제어하여, 복수의 인덕터들 각각의 자기 인덕턴스 값에서 상호 인덕턴스 값을 더한 값을 이펙티브 인덕턴스 값으로 조절할 수 있다.
컨트롤러는 복수의 스위치들(725-1 내지 725-4)을 제2 모드(제1 스위치(725-1)와 제4 스위치(725-4)는 열림, 제2 스위치(725-2)와 제3 스위치(725-3)는 닫힘)로 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 컨트롤러는 복수의 스위치들(725-1 내지 725-4)을 제2 모드로 제어하여, 제1 인덕터(727-1)와 제2 인덕터(727-2)를 역상(anti phase)으로 커플링(coupling)하여 상호 인덕턴스를 양의 방향으로 조절할 수 있다
일 실시 예에 따른 컨트롤러는 복수의 스위치들을 제2 모드로 제어하여, 복수의 인덕터들 각각의 자기 인덕턴스 값에서 상호 인덕턴스 값을 뺀 값을 이펙티브 인덕턴스 값으로 조절할 수 있다.
이를 통해, 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기는 지터 향상에 유리하고 저면적으로 멀티 밴드를 구현할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기의 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 그래프(810)는 모드 스위치에 따른 위상 잡음(phase noise)을 도시한 그래프로, 그래프(810)의 x축은 AFC(automatic frequency calibration)의 코드 값을 의미하고, y축은 위상 잡음 값을 의미할 수 있다.
그래프(820)는 모드 스위치에 따른 주파수 변화를 도시한 그래프로, 그래프(820)의 x축은 AFC(automatic frequency calibration)의 코드 값을 의미하고, y축은 VCO 주파수 값을 의미할 수 있다. 그래프(820)를 참조하면, 일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기는 두 개의 대역을 제공할 수 있다. 전압 제어 발진기는 제1 모드로 동작할 경우 15.668GHz에서 17.332GHz 주파수 대역을, 제2 모드로 동작할 경우 11.328GHz에서 12.473GHz 주파수 대역을 제공할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 전자 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 전자 장치(900)는 프로세서(910), 메모리(920) 및 전압 제어 발진기(930)를 포함할 수 있다. 프로세서(910), 메모리(920) 및 전압 제어 발진기(930)는 통신 버스(905)를 통해 서로 통신할 수 있다.
일 실시 예에 따른 전압 제어 발진기(930)는 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한 전압 제어 발진기를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 프로세서(910)는 메모리(920)와 전압 제어 발진기(930)의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따른 메모리(920)는 휘발성 메모리 또는 비 휘발성 메모리일 수 있고, 프로세서(910)는 프로그램을 실행하고, 전자 장치(900)를 제어할 수 있다. 프로세서(910)에 의하여 실행되는 프로그램 코드는 메모리(920)에 저장될 수 있다.
일 실시 예에 따른 전자 장치(900)는 입출력 장치(미도시)를 통하여 외부 장치(예를 들어, 퍼스널 컴퓨터 또는 네트워크)에 연결되고, 데이터를 교환할 수 있다. 전자 장치(900)는 스마트 폰, 테블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 텔레비전, 웨어러블 장치, 보안 시스템, 스마트 홈 시스템 등 다양한 컴퓨팅 장치 및/또는 시스템에 탑재될 수 있다.
일 실시 예에 따른 전자 장치(900)는 전압 제어 발진기(930)를 포함하는 일체의 전자 장치일 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(900)는 송수신기, 데이터 컨버터, 위상 동기 회로를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (15)

  1. LC 탱크(310, 400, 520, 610, 720); 및
    상기 LC 탱크(310, 400, 520, 610, 720)에 연결되는 하나 이상의 GM 셀(GM cell)(320, 510, 620, 710);
    를 포함하고,
    상기 LC 탱크(310, 400, 520, 610, 720)는
    가변 커패시터(420, 723); 및
    상기 가변 커패시터(420, 723)에 병렬로 연결되는 스위치드 인덕터(switched inductor)(410)를 포함하고,
    상기 GM 셀(320, 510, 620, 710)은
    상기 GM 셀(320, 510, 620, 710)의 하나 이상의 드래인 노드와 상기 LC 탱크(310, 400, 520, 610, 720) 사이에 삽입되는 하나 이상의 디커플링 커패시터(512-1, 512-2)
    를 포함하는 전압 제어 발진기(VCO; Voltage Controlled Oscillator).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치드 인덕터(410)는
    복수의 인덕터들(411, 413); 및
    상기 복수의 인덕터들 사이에 삽입되는 복수의 스위치들(415-1, 415-2, 415-3, 415-4)
    을 포함하는, 전압 제어 발진기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스위치드 인덕터(410)는
    복수의 모드로 동작하여, 이펙티브 인덕턴스 값을 변화시켜 VCO 주파수를 복수의 대역으로 조절하는, 전압 제어 발진기.
  4. 제2항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 스위치들(415-1, 415-2, 415-3, 415-4) 각각을 제어하여, 상기 스위치드 인덕터(410)의 이펙티브 인덕턴스(effective inductance) 값을 조절하는 컨트롤러
    를 더 포함하는, 전압 제어 발진기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 복수의 스위치들(415-1, 415-2, 415-3, 415-4) 각각을 제어하여, 상기 복수의 인덕터들(411, 413) 사이의 상호 인덕턴스(mutual inductance)의 방향을 조절하는, 전압 제어 발진기.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 복수의 스위치들(415-1, 415-2, 415-3, 415-4)을 제1 모드로 제어하여, 상기 복수의 인덕터들(411, 413)을 동상(in phase)으로 커플링(coupling)하는, 전압 제어 발진기.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 복수의 스위치들(415-1, 415-2, 415-3, 415-4)을 제1 모드로 제어하여, 상기 복수의 인덕터들(411, 413) 각각의 자기 인덕턴스 값에서 상호 인덕턴스 값을 뺀 값을 상기 이펙티브 인덕턴스 값으로 조절하는, 전압 제어 발진기.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 복수의 스위치들(415-1, 415-2, 415-3, 415-4)을 제2 모드로 제어하여, 상기 복수의 인덕터들(411, 413)을 역상(anti phase)으로 커플링(coupling)하는, 전압 제어 발진기.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 복수의 스위치들(415-1, 415-2, 415-3, 415-4)을 제2 모드로 제어하여, 상기 복수의 인덕터들(411, 413) 각각의 자기 인덕턴스 값에서 상호 인덕턴스 값을 더한 값을 상기 이펙티브 인덕턴스 값으로 조절하는, 전압 제어 발진기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LC 탱크(310, 400, 520, 610, 720)는
    상기 가변 커패시터(420, 723) 및 상기 스위치드 인덕터(410)와 병렬로 연결되는 커패시터 뱅크(430, 721)
    를 더 포함하는, 전압 제어 발진기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 커패시터 뱅크(430, 721)의 커패시턴스 값은 AFC(automatic frequency calibration)로부터부터 수신한 제어 신호에 기초하여 조절되는, 전압 제어 발진기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 GM 셀(320, 510, 620, 710)은
    상기 디커플링 커패시터(512-1, 512-2)와 병렬로 연결되어, 상기 GM 셀(320, 510, 620, 710)의 하나 이상의 게이트에 바이어스(bias) 전압을 제공하는 하나 이상의 제1 저항
    을 더 포함하는, 전압 제어 발진기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 GM 셀(320, 510, 620, 710)의 소스 노드에 연결되어, 전류량을 조절하는 제2 저항
    을 더 포함하는, 전압 제어 발진기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변 커패시터(420, 723)는
    버랙터(varactor)를 포함하는, 전압 제어 발진기.
  15. 메모리(920);
    발진 VCO 출력 신호를 생성하는 전압 제어 발진기(930); 및
    상기 메모리(920)와 상기 전압 제어 발진기(930)의 동작을 제어하는 프로세서(910)
    를 포함하고,
    상기 전압 제어 발진기(930)는
    가변 커패시터(420, 723)와 상기 가변 커패시터(420, 723)에 병렬로 연결되는 스위치드 인덕터(switched inductor)(410)를 포함하는 LC 탱크(310, 400, 520, 610, 720); 및
    상기 LC 탱크(310, 400, 520, 610, 720)에 연결되는 하나 이상의 GM 셀(GM cell)(320, 510, 620, 710);
    를 포함하는 전자 장치.
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