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문제 정의
- 본 논문에서는 대역폭 가변 조절기와 △£방식의 fractional-N PLL의 두 구조를 결합하여 새로운 구조의 fractional-N PLL을 설계하였다. 만약 낮은 차수의 변조기 로도 fractional-N PLL이 높은 차수의 △£변조기가 가지는 특성을 가질 수 있다면 △£ 방식의 fractional-N PLL의 설계는 더욱 간단해 질 수 있고 전력 소모 또한 줄일 수 있을 것이다.
제안 방법
- MASH 구조의 변조기는 설계가 간단하기 때문에 본연구에서는 MASH 구조의 변조기를 사용하였다. MASH 구조는 1차의 변조기가 캐스케이드 형태로 연결된 것으로 첫 번째 변조기에서 발생된 양자와 오차가 다음 단의 입 력으로 들어가는 형 태 이다.
- 시 뮬 레 이 션에서 는 2차, 3차의 MASH 구조의 AE 변조기를 사용하였고, 전하펌프의 전류를 50 泌, 100/zA, 500泌로 고정 시 켜 시뮬레 이 션 하였다. 본 시뮬레이션에서 전하펌프 전류가 스퍼의 크기에 미치는 영향을 측정하기 위하여 한 번의 시뮬레이션에서 하나의 전류 값만가지게 하여 시뮬레이션 하였다.
- 제안한 PLLe 전류의 변화를 통해 록 이전에는 루프의 대역폭이 넓어지고, 록 이후에는 대역폭이 좁아진다. 본 연구에서 제안한 대 역 폭 가변 PLLe 전하펌 프 전류가 50風에서 500//A까지 변하도록 설계하였고, 디바이더의 분주비는 32~39까지 변화하도록 설계하였다. 제안된 PLLe 전하펌프 전류가 50泌 일 때 위상 여유는 41.
- 그림 2에 대한 Simulink 모델이 그림4이고, PLLe 록 상태로 가정 하였다. 시 뮬 레 이 션에서 는 2차, 3차의 MASH 구조의 AE 변조기를 사용하였고, 전하펌프의 전류를 50 泌, 100/zA, 500泌로 고정 시 켜 시뮬레 이 션 하였다. 본 시뮬레이션에서 전하펌프 전류가 스퍼의 크기에 미치는 영향을 측정하기 위하여 한 번의 시뮬레이션에서 하나의 전류 값만가지게 하여 시뮬레이션 하였다.
- 전하펌프의 전류를 점 점 낮추어 가면서 AZ 변조기의 차수에 대해 시뮬레이션을 하였다. 그림6ePLL의 출력에 대한 Power Spectral Density (PSD) 결과이고, 그림 에나 타나 있는 숫자는 첫 번째 fractional spur의 크기를 나타낸다.
- 크기에 의존하는 것을 알 수 있다. 제안된 PLLe주기적인 전하펌프의 전류 미스매치로 발생된 AV의 크기 를 조절하는 방식이 다. 작은 전하펌프 전류는 VCO의 입 력 전압의 변화량을 감소시 켜 낮은 크기의 스퍼를 가지게 한다.
대상 데이터
- 있다. 시뮬레이션 조건은琨가25.6Mfe이며 전하펌프의 전류는 록이 되지 않은 상태 일 때는 50011A이고, 록 상태 일때의 5011A이며 분주비는 35.003, 그리고 대역폭은 34KHz이다. 록 시간은 그림에서 보여주는 것과 같이 약 40ps 이다.
이론/모형
- 제안된 대 역폭 가변 방식의 hactional-NPLL이 A S 변조기의 차수를 낮출 수 있는지 검증하기 위해서 Matlab의 Simulink를 사용하여 시뮬레이션을 하였다. 그림 2에 대한 Simulink 모델이 그림4이고, PLLe 록 상태로 가정 하였다.
성능/효과
- 제안된 PLL에서 AZ변조기의 차수는 2차이고, 전하펌프의 전류는 50//A인 경우가 3차의 △£변조기에서 전하펌프 전류가 500小인 경우보다 더 나은 성능을 보였다. 그리고 3차의 AZ변조기, 전하펌프 전류는50必일 때가 전류가500泌일 때보다 약20EB의 성능이 향상되었다. 따라서 이 제안된 대역폭 기■변 AZ변조 방식의 firactional-N PLLe 높은 해 상도(resolution)의 DAC 또는 다른 복잡한구조 없이 PLL의 성능을 개선시 킬 수 있다.
- 선도로 나타낸 것이다. 그림 에서 알 수 있듯이 제안한 PLLe 록 상태와 록이 되지 않은 상태 모두 충분한 위상 여유를 가짐으로 안정한 동작을 할 수 있다. 제안한 PLLe 전류의 변화를 통해 록 이전에는 루프의 대역폭이 넓어지고, 록 이후에는 대역폭이 좁아진다.
- 그리고 3차의 AZ변조기, 전하펌프 전류는50必일 때가 전류가500泌일 때보다 약20EB의 성능이 향상되었다. 따라서 이 제안된 대역폭 기■변 AZ변조 방식의 firactional-N PLLe 높은 해 상도(resolution)의 DAC 또는 다른 복잡한구조 없이 PLL의 성능을 개선시 킬 수 있다. 이러한 결과는 △£변조기의 차수를 낮출 수 있고, 따라서 전체 칩의 면적과, 전력소모를 줄일 있고, 같은 AZ변조기의 차수라도 성능을 개선시킬 수 있음을 보여준다.
- 반대로PLL이 록상태에 가까이 가면PLLe전하펌프의 전류를 감소시 켜 루프 대역 폭을 줄어 들게 하여 fractional spur를 감소시킨다. 따라서 제안된 PLL의 구조는 전하펌프의 전류를 적 절하게 줄 일 수 있으므로 낮은 차수의 △ £변조기를 이용하여도 높은 차수의 △、변조기가 가지는 특성과 같거나 더 좋은 특성을 얻을 수 있는 것이다.
- 이러한 결과는 같은 스퍼 특성을 가지면서, 혹은 더 좋은 스퍼 특성을 가지면서 동시에 AE변조기의 차수를 낮출 수 있음을 보여준다. 따라서 제안된 대역폭 가변 AZ변조 방식의 ftactional-NPLLe 기존에 연구되었던 PLL과 비교하여 더 낮은 차수의 △£변조기로도 같은 결과를 얻을 수 있고, 전하펌프의 전류에 따라 더 좋은 결과도 얻을 수 있음을 알 수 있다.
- 본 연구에서 제안된 PLL 구조는 낮은 차수의 △£변조기를 사용하여도 빠른 록과 함께 기존의 PLL의 성능을 유지하거나, 더욱 개선된 특성을 얻을 수 있었다. 제안된 PLL에서 AZ변조기의 차수는 2차이고, 전하펌프의 전류는 50//A인 경우가 3차의 △£변조기에서 전하펌프 전류가 500小인 경우보다 더 나은 성능을 보였다.
- 그림6ePLL의 출력에 대한 Power Spectral Density (PSD) 결과이고, 그림 에나 타나 있는 숫자는 첫 번째 fractional spur의 크기를 나타낸다. 시뮬레이션 결과를 보면 같은 차수에 대해 수식 (3)에 나타난 것처 럼 첫 번째 스퍼에 대해 약 20dB의 개선 효과가 있음을 알 수 있다. 표 2는 시뮬레이션 결과이다.
- 따라서 이 제안된 대역폭 기■변 AZ변조 방식의 firactional-N PLLe 높은 해 상도(resolution)의 DAC 또는 다른 복잡한구조 없이 PLL의 성능을 개선시 킬 수 있다. 이러한 결과는 △£변조기의 차수를 낮출 수 있고, 따라서 전체 칩의 면적과, 전력소모를 줄일 있고, 같은 AZ변조기의 차수라도 성능을 개선시킬 수 있음을 보여준다.
- 제안된 PLL에서 AZ변조기의 차수는 2차이고, 전하펌프의 전류는 50//A인 경우가 3차의 △£변조기에서 전하펌프 전류가 500小인 경우보다 더 나은 성능을 보였다. 그리고 3차의 AZ변조기, 전하펌프 전류는50必일 때가 전류가500泌일 때보다 약20EB의 성능이 향상되었다.
- 전하 펌프 전류 값은 트랜지스터의 크기에 따라 변화시켜 원하는 값을 얻을 수 있다. 제안된 대역폭 가변 구조는 작은 전 하펌 프 전류로 fractional spur를 감소시 키 고 동시 에록 시 간도 줄일 수 있다.
- 그림 에서 알 수 있듯이 제안한 PLLe 록 상태와 록이 되지 않은 상태 모두 충분한 위상 여유를 가짐으로 안정한 동작을 할 수 있다. 제안한 PLLe 전류의 변화를 통해 록 이전에는 루프의 대역폭이 넓어지고, 록 이후에는 대역폭이 좁아진다. 본 연구에서 제안한 대 역 폭 가변 PLLe 전하펌 프 전류가 50風에서 500//A까지 변하도록 설계하였고, 디바이더의 분주비는 32~39까지 변화하도록 설계하였다.
후속연구
- PLL을 설계하였다. 만약 낮은 차수의 변조기 로도 fractional-N PLL이 높은 차수의 △£변조기가 가지는 특성을 가질 수 있다면 △£ 방식의 fractional-N PLL의 설계는 더욱 간단해 질 수 있고 전력 소모 또한 줄일 수 있을 것이다. 대 역 폭 가변 fractional-N 방식의 PLL 의 루프 대 역폭은 록 상태에 따라 변하는 전하펌프의 전류에 의해 바뀌 게 된다.
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