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전하펌프를 이용한 루프 필터 전압변화 보상 위상고정루프
Loop Filter Voltage Variation Compensated PLL with Charge Pump 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.20 no.10, 2016년, pp.1935 - 1940  

안성진 (Department of Electronic Engineering, Pukyong National University) ,  최영식 (Department of Electronic Engineering, Pukyong National University)

초록
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본 논문에서는 RC 시정수 회로를 포함하는 비교기를 이용해 보조 전하펌프를 제어하여 루프 필터 출력 전압 변동 폭을 최소화 하는 위상고정루프(PLL)를 제안하였다. 루프 필터의 출력 전압변화는 작은 시정수 값을 가지는 RC와 큰 시정수 값을 가지는 RC를 통해 비교기의 입력으로 각각 전달된다. 작은 시정수를 가지는 RC는 루프 필터의 신호의 변화를 빠르게 전달하는 반면 큰 시정수를 가지는 RC는 루프 필터의 신호를 매우 느리게 전달하여 일정한 크기의 전압과 같이 동작한다. 비교기의 출력 신호는 보조 전하펌프를 제어하고, 이는 전압제어발진기(VCO)의 입력 전압 변동 폭을 줄여준다. 그러므로 제안한 위상고정루프는 위상 잡음이 많이 제거된 신호를 생성한다. 제안된 위상고정 루프는 1.8V의 공급전압에서 0.18um CMOS 공정파라미터를 이용하여 Hspice로 시뮬레이션을 수행하고, 동작을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a phase-locked loop (PLL) to minimize the loop filter output voltage fluctuation by using a comparator including RC time constant circuits. The voltage variation of loop filter is inputted to RC time constant circuits which have two RC time constants, large and small. While a sma...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 시정수 차이를 이용한 전압 비교기와 보조 전하 펌프를 통해 루프필터의 전압 변동 폭을 최소화 하였다. 따라서 위상 잡음 특성과 기준신호 의사 잡음 특성을 개선하였다.
  • 본 논문에서는 기존 위상고정루프의 형태에 RC 시정수 차이를 감지하는 시정수 비교기 회로와 추가적인 보조 전하펌프를 이용하여 전압제어발진기의 입력인 루프 필터 전압 변동 폭을 억제하는 위상고정 루프를 제안하였다. 시뮬레이션 결과는 기존 구조의 위상고정 루프의 전압 변동 폭을 줄이며 우수한 특성을 보여주고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
위상고정루프에서 루프 필터를 더 높은 차수로 구성했을 때 나타나는 특징은 무엇인가? 이러한 안정적인 신호 처리를 위해 위상고정루프의 동작의 안정성을 개선하기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 루프 필터를 더 높은 차수로 구성했을 때 낮은 기준 신호 스퍼를 얻을 수 있지만, 높은 차수의 루프필터는 위상 여유를 감소시켜 전체 위상고정루프 동작을 불안하게 할수 있다[3, 4]. 신호 스퍼를 높은 주파수로 옮겨가도록 하여 기준 신호 주파수에 발생하는 스퍼를 억제하였으나 위상 잡음 특성이 나빠질 수 있다[5].
안정적인 신호 처리를 위해 위상고정루프의 동작의 안정성을 개선하기 위한 연구들 중 비선형성에의해 발생하는 위상잡음을 줄일 수 있는 선형화 기법의 문제점은 무엇인가? 위상주파수검출기나 전하펌프에서 발생되는 데드존 문제나 전류 부정합과 같은 비선형성에의해 발생하는 위상잡음을 줄일 수 있는 선형화 기법을 제안하였다. 하지만 전하펌프의 비선형성 개선에 따른 트랜지스터의 늘어난 동작시간에 의해 잡음이 증가하는 문제점이 있다[8]. 주파수 위상 검출기에서 발생하는 신호가 전하 펌프에 임의로 전달하게 하여 기준 신호 의사 잡음 크기를 줄였으나 회로가 복잡해진다[9]. 2개의 Ring-Oscillator를 제어하는 VCO 구조를 통해 지터 특성을 개선하여 안정적인 클록 파형을 출력하였다.
본 논문에서 제안한 루프 필터 전압 변동 폭을 억제하는 위상고정 루프는 어떻게 구성되어 있는가? 그림 1은 제안한 위상고정루프의 전체 회로 그림이다. 제안한 위상고정루프는 기존의 위상고정루프가 구성하고 있는 위상주파수비교기(PFD), 전하 펌프 (CP), 전압제어발진기(VCO), 분주기(DIV) 외에도 보조 전하펌프, RC 시정수 비교 회로(RC time constant comparison circuit), 위상고정상태 표시기(LSI :Locking Stats Indicator))로 구성되어있다. RC 시정수 비교 회로는 RC 시정수 차이를 감지하여 보조 전하펌프 제어 신호를 만든다.
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참고문헌 (10)

  1. N. Nouri, S. Mirabbassi, "A 900MHz - 2GHz Low-Swing Low-Power 0.18um PLL," Canadian Conf. on Electrical and Computer Engineering, pp.1566-1569, 2005. 

  2. H.W. Choi, Y.S. Choi, "A Reference Spur Suppressed PLL with Two-Symmetrical Loops," IEEK, vol. 51, no. 5, May 2014. 

  3. C. M. Hung and K. K. O, "A fully integrated 1.5-V 5.5-GHz CMOS phase-locked loop," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 37, pp. 521-525, Apr. 2002. 

  4. S. Pellerano, S. Laventino, C. Samori, and A. Lacaita, "A 13.5-mW 5-GHz Frequency Synthesizer With Dynamic-Logic Frequency Divider," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 39, pp. 378-383, Feb. 2004. 

  5. M. M. Elsayed, M. Abdul-Latif, E. Sanchez-Sinencio, "A Spur-Frequency-Boosting PLL With a -74 dBc Reference-Spur Suppression in 90 nm Digital CMOS," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 48, no. 9, pp. 2104-2117, Sept. 2013. 

  6. A. Rao, M. Mansour, G. Singh, C. Lim, R. Ahmed, and D. R. Johnson, "A 4-6.4 GHz LC PLL With Adaptive Bandwidth Control for a Forwarded Clock Link," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 43, no. 9, pp. 2099-2108, Sept. 2008. 

  7. S. J. Yun, H. D. Lee, K. D. Kim, and J. K. Kwon, "Differentially-tuned low-spur PLL using 65 nm CMOS process," ELECTRONICS LETTERS, vol. 47 no. 6, pp.369-371, 17th March 2011. 

  8. S. Ye, L. Jansson, I. Galton, "A multiple-crystal interface PLL with VCO realignment to reduce phase noise," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 37, no. 12, pp. 1795-1803, December 2002. 

  9. T.W. Liao, C. M. Chen, J. R. Su, C. C. Hung, " Random Pulsewidth Matching Frequency Synthesizer With Sub-Sampling Charge Pump," IEEE Transactions on Circuits and Systems I : Regular Paper, vol. 59, no. 12, pp.2815-2824, December 2012. 

  10. G. Blasco, E. Isern, E. Martin, "Design of a stable pulse generator system based on a Ring-VCO Phase-Locked Loop using 180nm CMOS technology," IEEE Design of Circuits and Integrated Systems (DCIS), pp. 25-27, Nov. 2015. 

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