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KR20080024896A - Method of gain estimation for vco and frequency synthesizer using the method - Google Patents

Method of gain estimation for vco and frequency synthesizer using the method Download PDF

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KR20080024896A
KR20080024896A KR1020060089628A KR20060089628A KR20080024896A KR 20080024896 A KR20080024896 A KR 20080024896A KR 1020060089628 A KR1020060089628 A KR 1020060089628A KR 20060089628 A KR20060089628 A KR 20060089628A KR 20080024896 A KR20080024896 A KR 20080024896A
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South Korea
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frequency
oscillation signal
magnitude
oscillator
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Inventor
조성환
이준희
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한국과학기술원
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Publication date
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Abstract

A method for measuring a gain of a VCO(Voltage Controlled Oscillator) and a frequency synthesizer are provided to decrease power consumption of the frequency synthesizer by stopping the operation of a measuring loop and a calibration unit at a normal mode. A frequency synthesizer includes an oscillator(240), a main loop(210), and a measuring loop(220). The oscillator generates an oscillation signal having a frequency corresponding to a magnitude of a control signal. The main loop is activated at a normal mode, and receives the oscillation signal. The main loop compares the oscillation signal with a first reference signal, generates the control signal according to the compared result, and provides the control signal to the oscillator. The measuring loop is activated at a measuring mode, and receives the oscillation signal. The measuring loop sequentially changes the frequency of the oscillation signal by a predetermined amount and provides the control signal to the oscillator according to the frequency of the oscillation signal.

Description

전압 제어 발진기의 이득 측정 방법 및 이를 이용하는 주파수 합성기{Method Of Gain Estimation For VCO And Frequency Synthesizer Using The Method}Method of measuring gain of voltage controlled oscillator and frequency synthesizer using same

도 1은 주파수 합성기의 대표적인 예인 위상 고정 루프의 블록도이다. 1 is a block diagram of a phase locked loop that is a representative example of a frequency synthesizer.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 합성기를 예시한 블록도이다. 2 is a block diagram illustrating a frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.

도 3은 발진기의 이득을 측정하기 위해 제어 전압의 크기를 근사적으로 측정하는 방법을 예시한 것이다. 3 illustrates a method of approximating the magnitude of a control voltage to measure the gain of an oscillator.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 교정이 가능한 주파수 합성기가 포함하는 차지 펌프 내의 풀다운 전류원을 예시한 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating a pull-down current source in a charge pump including a frequency synthesizer that can be calibrated according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프에서 고비율 피드백 분주기를 공유하는 구성을 예시한 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a configuration of sharing a high rate feedback divider in a phase locked loop according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 합성기 내의 발진기 이득을 측정하고 주파수 합성기의 특성을 교정하는 방법을 예시한 순서도이다. 6 is a flowchart illustrating a method of measuring oscillator gain in a frequency synthesizer and calibrating a characteristic of the frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

210 : 메인 루프210: main loop

220 : 측정 루프220: measurement loop

230 : 교정부230: correction unit

240 : 발진기240: oscillator

본 발명은 주파수 합성기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주파수 합성기 내의 전압 제어 발진기에 관한 것이다. The present invention relates to a frequency synthesizer, and more particularly to a voltage controlled oscillator in a frequency synthesizer.

최근의 많은 전자 장치들은 고주파수의 신호를 필요로 하는 경우가 많다. 예를 들어, 거의 모든 디지털 시스템들은 고주파의 클럭 신호를 필요로 하고, 많은 아날로그 시스템들은 무선 주파수(radio frequency, RF) 신호, 국부 발진 신호 등을 필요로 한다. 이러한 고주파 신호들은 안정적으로 공급되어야 할 뿐만 아니라, 경우에 따라서 다양한 주파수를 가지고 공급되어야 할 필요도 있다. 이렇게 고주파 신호들을 공급하는 회로를 주파수 합성기 또는 클럭 발생기 등으로 부르는데, 위상 고정 루프가 그 대표적인 예이다.Many modern electronic devices often require high frequency signals. For example, almost all digital systems require high frequency clock signals, and many analog systems require radio frequency (RF) signals, local oscillation signals, and the like. These high frequency signals not only need to be stably supplied, but also need to be supplied with various frequencies in some cases. Such a circuit for supplying high frequency signals is called a frequency synthesizer or a clock generator, and a phase locked loop is a representative example.

일반적으로, 위상 고정 루프와 같은 주파수 합성기는 전압 또는 전류로 제어되는 발진기를 이용하여 고주파 신호를 생성한다. 주파수 합성기가 넓은 범위의 다양한 주파수의 신호를 안정적으로 생성하려면, 상기 발진기가 그러한 특성을 가져야 한다. In general, frequency synthesizers, such as phase locked loops, generate high frequency signals using oscillators controlled by voltage or current. In order for a frequency synthesizer to stably generate a wide range of signals of various frequencies, the oscillator must have such characteristics.

종래에 사용되어 온 대표적인 발진기는 링 발진기와 엘씨(LC) 발진기가 있다. 링 발진기는 동일한 지연 특성을 갖는 여러 개의 지연 셀(delay cell)을 환형으로 연결한 것으로, 어느 한 지연 셀의 출력에서 발진 신호를 추출하는 발진기이다. 링 발진기는 지연 셀에 공급되는 전원 전압 또는 전원 전류에 따라 지연 셀의 지연 특성이 바뀌는 성질을 이용하여 발진 신호의 주파수를 조절할 수 있다. 엘씨 발진기는 인덕터(L)와 커패시터(C)를 포함하고, 인덕터와 커패시터의 공진 특성을 이용하여 발진 신호를 생성하는 발진기이다. Representative oscillators that have been used conventionally are ring oscillators and LC (LC) oscillators. The ring oscillator is an annular coupling of a plurality of delay cells having the same delay characteristics and is an oscillator extracting an oscillation signal from the output of any one of the delay cells. The ring oscillator may adjust the frequency of the oscillation signal by using a property in which a delay characteristic of the delay cell changes according to a power supply voltage or a supply current supplied to the delay cell. The LC oscillator includes an inductor L and a capacitor C, and generates an oscillation signal by using the resonance characteristics of the inductor and the capacitor.

일반적으로, 링 발진기는 생성할 수 있는 발진 신호의 주파수 범위(튜닝 범위)가 넓지만 위상 노이즈 특성이 좋지 않다. 이에 반해, 엘씨 발진기는 튜닝 범위는 좁지만 위상 노이즈 특성이 좋다. 하지만, 엘씨 발진기의 좁은 튜닝 범위는 커패시턴스를 디지털 방식으로 조절할 수 있도록 구성된 커패시터 어레이를 이용하면 극복할 수 있다. In general, a ring oscillator has a wide frequency range (tuning range) of oscillation signals that can be generated, but poor phase noise characteristics. In contrast, the LC oscillator has a narrow tuning range but good phase noise characteristics. However, the narrow tuning range of the LC oscillator can be overcome by using a capacitor array configured to digitally adjust the capacitance.

디지털 시스템에서는 클럭 신호의 위상이 중요하기 때문에 발진 신호의 위상 노이즈 특성이 더 좋은 엘씨 발진기가 더 적합하다고 할 수 있다. 그런데, 커패시터 어레이의 커패시턴스는 공정의 변화에 상당히 민감하게 변하고, 커패시터 어레이 내의 커패시터들도 각각 오차를 갖기 때문에 서로 정합되지 않을 수 있다. 따라서, 커패시터 어레이의 주파수 특성이 원하는 특성과 달라질 수 있다. 주파수 특성이 달라지면 발진기의 이득이 달라지고, 주파수 합성기의 루프 특성도 달라지며, 결국 원하는 주파수의 발진 신호를 얻지 못할 수도 있다. 이러한 점은 공정상 피할 수 없는 문제인데, 일반적으로 회로가 제작된 후에 루프 특성을 측정하고 회로 내 소자들의 특성을 교정하여 원하는 주파수의 발진 신호를 얻을 수 있다.In a digital system, the phase of the clock signal is important, so the LC oscillator with better phase noise characteristics of the oscillation signal is more suitable. By the way, the capacitance of the capacitor array changes considerably sensitive to process changes, and because the capacitors in the capacitor array also have errors, they may not match each other. Thus, the frequency characteristics of the capacitor array may differ from the desired characteristics. Different frequency characteristics can result in different gains of the oscillator, different loop characteristics of the frequency synthesizer, and may result in an oscillation signal of the desired frequency. This is an unavoidable problem in the process. In general, after the circuit is manufactured, the loop characteristics can be measured and the characteristics of the elements in the circuit can be calibrated to obtain an oscillation signal of a desired frequency.

도 1은 주파수 합성기의 대표적인 예인 위상 고정 루프의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 위상 고정 루프(10)는 위상/주파수 검출기(phase/frequency detector, PFD)(11), 차지 펌프(12), 루프 필터(13), 전압 제어 발진기(14) 및 분 주기(frequency divider)(15)를 포함한다. 상기 위상/주파수 검출기(11)는 발진 신호(VCO_OUT)를 분주한 분주 신호(VCO_N)와 기준 신호(REF)의 천이 구간을 비교하여 분주 신호(VCO_N)의 위상이 빠른지 또는 느린지 여부를 검출하고 그 검출 결과를 업/다운 신호(UP, DN)로 출력한다. 상기 차지 펌프(12)는 풀업 전류원(121)과 풀다운 전류원(122)을 포함하고, 상기 업/다운 신호(UP, DN)에 기초하여 제어 전압(VCON)을 조절한다. 상기 루프 필터(13)는 상기 차지 펌프(12)의 스위칭 노이즈 등의 영향을 억제하고 제어 전압(VCON)의 크기를 유지한다. 상기 전압 제어 발진기(14)는 제어 전압(VCON)에 따라 가변되는 주파수를 가지는 발진 신호(VCO_OUT)를 생성한다. 전압 제어 발진기(14)는 전류 제어 발진기로 대체될 수 있는데, 제어 전압(VCON)을 제어 전류로 변환한다는 점을 제외하면 전류 제어 발진기도 마찬가지 기능을 한다. 상기 분주기(15)는 이러한 발진 신호(VCO_OUT)의 주파수를 소정의 분주비(1/N)로 분주한다. 발진 신호(VCO_OUT)의 주파수가 낮은 경우에는 분주기(15)가 반드시 필요하지는 않다.1 is a block diagram of a phase locked loop that is a representative example of a frequency synthesizer. Referring to FIG. 1, a typical phase locked loop 10 includes a phase / frequency detector (PFD) 11, a charge pump 12, a loop filter 13, a voltage controlled oscillator 14 and a minute. A frequency divider 15. The phase / frequency detector 11 detects whether the phase of the divided signal VCO_N is fast or slow by comparing the transition period of the divided signal VCO_N in which the oscillation signal VCO_OUT is divided with the reference signal REF. The detection result is output as up / down signals UP and DN. The charge pump 12 includes a pull-up current source 121 and a pull-down current source 122, and adjusts a control voltage V CON based on the up / down signals UP and DN. The loop filter 13 suppresses the influence of switching noise and the like of the charge pump 12 and maintains the magnitude of the control voltage V CON . The voltage controlled oscillator 14 generates an oscillation signal VCO_OUT having a frequency that varies according to the control voltage V CON . The voltage controlled oscillator 14 may be replaced with a current controlled oscillator, except that the current controlled oscillator converts the control voltage V CON into a control current. The divider 15 divides the frequency of the oscillation signal VCO_OUT at a predetermined division ratio 1 / N. When the frequency of the oscillation signal VCO_OUT is low, the divider 15 is not necessarily required.

상기 위상 고정 루프(10)의 특성은 루프 대역폭(loop bandwidth)과 댐핑율(damping factor)로 나타낼 수 있는데, 상기 루프 대역폭 및 댐핑율은 다음 수식 1과 같이 표현될 수 있다. The characteristics of the phase locked loop 10 may be represented by a loop bandwidth and a damping factor. The loop bandwidth and the damping rate may be expressed by Equation 1 below.

[수식 1][Equation 1]

Figure 112006066812823-PAT00001
Figure 112006066812823-PAT00001

여기서, KVCO는 전압 제어 발진기의 이득이고, ICP는 차지 펌프에서 공급하는 전류, N은 분주기의 분주비, CP는 루프 필터 내의 커패시터의 크기, RP는 루프 필터 내의 저항의 크기를 각각 나타내는 변수들이다.Where K VCO is the gain of the voltage controlled oscillator, I CP is the current supplied by the charge pump, N is the division ratio of the divider, C P is the size of the capacitor in the loop filter, and R P is the size of the resistance in the loop filter. Each of these variables is represented.

현실적으로 엘씨(LC) 발진기를 사용할 경우에, 반도체 공정을 통해 구현되는 발진기의 이득은 설계된 특성을 갖지 않는 경우가 많아, 애초에 설계시부터 이득이 일정하지 않을 것임을 고려하여야 한다. 또, 발진 신호의 주파수가 높을수록 상기 분주기의 분주비는 커져야 하고 발진기의 이득도 커져야 하는데, 이런 경우일수록 이득의 변화가 위상 고정 루프의 특성에 미치는 영향은 커진다.In reality, in the case of using an LC oscillator, the gain of the oscillator realized through the semiconductor process often does not have a designed characteristic, and it should be considered that the gain will not be constant from the beginning. In addition, the higher the frequency of the oscillation signal, the larger the frequency division ratio of the frequency divider and the larger the gain of the oscillator. In this case, the influence of the gain change on the characteristics of the phase locked loop increases.

따라서, 위상 고정 루프가 원하는 특성의 발진 신호를 생성하기 위해서는 내부의 발진기의 이득의 변화를 정확히 알아내는 것이 매우 중요하다.Therefore, in order for the phase locked loop to generate an oscillation signal having a desired characteristic, it is very important to accurately know the change in gain of the internal oscillator.

본 발명의 목적은 내부에 포함된 발진기의 이득을 측정할 수 있는 수단을 가지는 주파수 합성기를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a frequency synthesizer having means for measuring the gain of an oscillator contained therein.

본 발명의 다른 목적은 주파수 합성기 내에 포함된 발진기의 이득을 측정할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for measuring the gain of an oscillator included in a frequency synthesizer.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 주파수 합성기 내에 포함된 발진기의 이득을 측정하여, 원하는 주파수의 발진 신호를 생성하는 방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method for measuring the gain of an oscillator included in a frequency synthesizer to generate an oscillation signal of a desired frequency.

본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 합성기는 발진기, 메인 루프 및 측정 루프를 포함한다. 상기 발진기는 제어 신호의 크기에 상응하는 주파수를 가지는 발진 신호를 생성한다. 상기 메인 루프는 정상 모드일 때 동작하며, 상기 발진 신호를 피드백받아 제1 기준 신호와 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 제어 신호를 생성하여 상기 발진기에 제공한다. 상기 측정 루프는 측정 모드일 때 동작하며, 상기 발진 신호를 피드백받아 상기 발진 신호의 주파수를 소정의 크기만큼 차례로 변경시키고, 상기 발진 신호의 주파수의 변경 결과에 따라 변경되는 상기 제어 신호를 상기 발진기에 제공한다.The frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention includes an oscillator, a main loop and a measurement loop. The oscillator generates an oscillation signal having a frequency corresponding to the magnitude of the control signal. The main loop operates in a normal mode, receives the oscillation signal, compares it with a first reference signal, generates the control signal according to the comparison result, and provides the oscillation signal to the oscillator. The measurement loop operates in a measurement mode, receives the oscillation signal and changes the frequency of the oscillation signal in order by a predetermined magnitude, and transmits the control signal to the oscillator according to a change result of the frequency of the oscillation signal. to provide.

실시예에 따라서, 상기 메인 루프는 교정 모드일 때 교정 신호에 따라 차지 펌프 전류의 크기가 교정되고, 정상 모드일 때 상기 비교 결과에 따라 상기 교정된 차지 펌프 전류를 생성하는 차지 펌프를 포함할 수 있으며, 상기 주파수 합성기는 측정 모드일 때에 상기 변경되는 제어 신호의 크기를 측정하고, 교정 모드일 때에 그 측정 결과로부터 산출한 상기 발진기의 이득을 기초로 상기 교정 신호를 생성하여 상기 메인 루프에 제공하는 교정부를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the main loop may include a charge pump in which the magnitude of the charge pump current is corrected according to the calibration signal in the calibration mode, and generates the corrected charge pump current according to the comparison result in the normal mode. The frequency synthesizer measures the magnitude of the control signal to be changed in the measurement mode, and generates and provides the calibration signal to the main loop based on the gain of the oscillator calculated from the measurement result in the calibration mode. It may further include a calibration unit.

이때, 상기 교정부는 상기 변경되는 제어 신호의 크기를 측정하여 디지털 측정치로 변환하는 아날로그-디지털 변환기와, 상기 디지털 측정치를 기초로 상기 교정 신호를 m 비트의 디지털 코드로 생성하는 디지털 처리기를 포함할 수 있고, 이 경우에 상기 차지 펌프는 각각 기준 전류에 대해 2의 거듭 제곱 배로 표현되는 전류를 출력하는 m 개의 전류유닛들과, 상기 m 개의 전류유닛들을 각각 상기 교정 신호에 따라 활성화할 수 있는 m 개의 스위치들을 포함하고, 활성화된 전류유닛들로부터 전류들을 합산하여 상기 차지 펌프 전류로 출력하도록 구성될 수 있다.In this case, the calibration unit may include an analog-to-digital converter for measuring the magnitude of the control signal to be changed into a digital measurement value, and a digital processor for generating the m-bit digital code of the calibration signal based on the digital measurement value. In this case, the charge pump has m current units each outputting a current represented by a power of 2 with respect to the reference current, and m current units capable of activating the m current units according to the calibration signal, respectively. And switches to sum the currents from the activated current units and output the sum pump current.

실시예에 따라서, 상기 메인 루프는 제1 분주비를 가지고 상기 발진 신호를 분주하여 상기 제1 기준 신호와 비교하도록 구성될 수 있고, 상기 측정 루프는 제2 분주비를 가지고 상기 발진 신호를 분주하고, 상기 제2 분주비를 1만큼씩 변경시켜 상기 발진 신호의 주파수를 변경시키도록 구성될 수 있다. 상기 메인 루프는 상기 발진 신호를 고분주비 및 제1 저분주비로 차례로 분주하도록 구성될 수 있고, 상기 측정 루프는 상기 메인루프에서 고분주비로 분주된 발진 신호를 제2 저분주비로 분주하도록 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 고분주비와 제1 저분주비를 곱한 값은 상기 제1 분주비와 동일하고, 상기 고분주비와 제2 저분주비를 곱한 값은 상기 제2 분주비와 동일하다.According to an embodiment, the main loop may be configured to divide the oscillation signal with a first division ratio and compare it with the first reference signal, wherein the measurement loop divides the oscillation signal with a second division ratio and The frequency division of the oscillation signal may be changed by changing the second division ratio by one. The main loop may be configured to sequentially divide the oscillation signal into a high division ratio and a first low division ratio, and the measurement loop may be configured to divide an oscillation signal divided into a high division ratio in the main loop at a second low division ratio. In this case, a value obtained by multiplying the high division ratio by the first low division ratio is the same as the first division ratio, and a value obtained by multiplying the high division ratio by the second low division ratio is the same as the second division ratio.

본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 합성기 내의 발진기의 이득 측정 방법은 발진기를 포함하는 주파수 합성기에서, 상기 발진기에 제어 신호를 인가하여 상기 제어 신호의 크기에 따라 변하는 주파수를 가지는 발진 신호를 상기 발진기로부터 생성하는 단계; 상기 발진 신호의 주파수를 소정의 크기만큼 반복적으로 변경시키면서 상기 제어 신호의 크기를 측정하는 단계; 및 상기 발진 신호의 주파수의 변화량과 측정한 상기 제어 신호의 크기의 변화량의 비로부터 상기 발진기의 이득을 구하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a gain of an oscillator in a frequency synthesizer. Generating; Measuring the magnitude of the control signal while repeatedly changing the frequency of the oscillation signal by a predetermined magnitude; And obtaining a gain of the oscillator from the ratio of the change amount of the frequency of the oscillation signal and the change amount of the magnitude of the control signal measured.

실시예에 따라서, 상기 제어 신호의 크기를 측정하는 단계는 소정의 분주비를 가지고 상기 발진 신호를 분주하는 단계; 및 상기 소정의 분주비를 1만큼 변경시켜 상기 발진 신호의 주파수를 변경시키는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, measuring the magnitude of the control signal may include: dividing the oscillation signal with a predetermined division ratio; And changing the frequency of the oscillation signal by changing the predetermined division ratio by one.

본 발명의 다른 실시예에 따른 주파수 합성기의 구동 방법은 인가되는 제어 신호의 크기에 따라 변하는 주파수를 가지는 발진 신호를 생성하는 단계; 상기 발진 신호의 주파수를 소정의 크기만큼 차례로 변경시키면서 상기 제어 신호를 변경시켜가며 상기 제어 신호의 크기를 측정하고, 상기 측정 결과를 바탕으로 주파수 합성기를 교정하는 단계; 및 교정된 상기 주파수 합성기로 상기 발진 신호를 생성하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a frequency synthesizer, the method comprising: generating an oscillation signal having a frequency varying according to a magnitude of a control signal applied; Measuring the magnitude of the control signal by changing the control signal while sequentially changing the frequency of the oscillation signal by a predetermined magnitude, and calibrating a frequency synthesizer based on the measurement result; And generating the oscillation signal with the calibrated frequency synthesizer.

실시예에 따라서, 상기 주파수 합성기는 교정 가능한 전류원을 가지는 차지 펌프를 포함할 수 있는데, 이때 상기 주파수 합성기를 교정하는 단계는 상기 발진 신호의 주파수를 소정의 크기만큼 반복적으로 변경시키면서 상기 제어 신호의 크기를 측정하는 단계; 상기 발진 신호의 주파수의 변화량과 측정한 상기 제어 신호의 크기의 변화량의 비로부터 상기 발진기의 이득을 구하는 단계; 및 상기 발진기의 이득을 이상적인 이득과 비교하여 교정 신호를 생성하는 단계; 상기 차지 펌프가 교정된 전류를 생성하도록 상기 교정 신호를 기초로 상기 전류원을 교정하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어 신호는 디지털 값으로 측정되고, 상기 교정 신호는 m 비트의 디지털 코드일 수 있다.According to an embodiment, the frequency synthesizer may include a charge pump having a calibrated current source, wherein calibrating the frequency synthesizer may change the amplitude of the control signal while repeatedly changing the frequency of the oscillation signal by a predetermined magnitude. Measuring; Obtaining a gain of the oscillator from the ratio of the change amount of the frequency of the oscillation signal and the change amount of the magnitude of the control signal measured; Generating a calibration signal by comparing the gain of the oscillator to an ideal gain; And calibrating the current source based on the calibration signal such that the charge pump generates a calibrated current. In this case, the control signal is measured as a digital value, the calibration signal may be a digital code of m bits.

실시예에 따라서, 상기 제어 신호의 크기를 측정하는 단계는 소정의 분주비를 가지고 상기 발진 신호를 분주하는 단계; 및 상기 소정의 분주비를 1만큼 변경 시켜 상기 발진 신호의 주파수를 변경시키는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, measuring the magnitude of the control signal may include: dividing the oscillation signal with a predetermined division ratio; And changing the frequency of the oscillation signal by changing the predetermined division ratio by one.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.With respect to the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural to functional descriptions are merely illustrated for the purpose of describing embodiments of the present invention, embodiments of the present invention may be implemented in various forms and It should not be construed as limited to the embodiments described in.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for the components.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이 해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between," or "neighboring to," and "directly neighboring to" should be interpreted as well.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is described, and that one or more other features or numbers are present. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and duplicate descriptions of the same elements are omitted.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 합성기를 예시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 위상 고정 루프(200)는 상기 주파수 합성기의 대표적인 예로서, 메인 루프(210), 측정 루프(220), 교정부(230) 및 전압 제어 발진기(240)를 포함한다. 2 is a block diagram illustrating a frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the phase locked loop 200 includes a main loop 210, a measurement loop 220, a calibrator 230, and a voltage controlled oscillator 240 as a representative example of the frequency synthesizer.

상기 위상 고정 루프(200)는 측정 모드, 교정 모드 및 정상 모드의 동작 모드를 가진다. 측정 모드에서는 상기 측정 루프(220), 교정부(230) 및 전압 제어 발진기(240)가 동작하며, 교정 모드에서는 상기 교정부(230)만 동작하며, 정상 모드에서는 상기 메인 루프(210)와 전압 제어 발진기(240)가 동작한다.The phase locked loop 200 has an operation mode of measurement mode, calibration mode and normal mode. In the measurement mode, the measurement loop 220, the calibrator 230, and the voltage controlled oscillator 240 operate. In the calibration mode, only the calibrator 230 operates, and in the normal mode, the main loop 210 and the voltage are operated. The control oscillator 240 is operated.

상기 메인 루프(210)는 제1 기준 분주기(211), 제1 위상/주파수 검출기(212), 제1 차지 펌프(213), 제1 루프 필터(214) 및 제1 피드백 분주기(215)를 포함한다. 상기 메인 루프(210)는 상기 위상 고정 루프(200)가 측정 모드 및 교정 모드로 동작하는 동안에는 동작하지 않는다. 상기 제1 기준 분주기(211)는 외부에서 입력되는 입력 신호(IN)를 소정의 제1 기준 분주비(M1)로 분주하고, 제1 기준 주파수를 가지는 제1 기준 신호(REF1)로 출력한다. 상기 제1 위상/주파수 검출기(212)는 발진 신호(VCON_OUT)를 분주한 제1 분주 신호(VCO_N1)와 제1 기준 신호(REF1)의 천이 구간을 비교하여, 제1 분주 신호(VCO_N1)의 위상이 빠른지 또는 느린지 여부를 검출하고 그 검출 결과를 제1 업/다운 신호(UP1, DN1)로 출력한다. 상기 제1 차지 펌프(213)는 풀업(pull-up) 전류원(213a)과 풀다운(pull-down) 전류원(213b)을 포함하며, 상기 제1 업/다운 신호(UP1, DN1)에 기초하여 제어 전압(VCON)을 조절한다. 상기 풀업 전류원(213a)과 풀다운 전류원(213b)은 상기 제1 업/다운 신호(UP1, DN1)에 따라 상보적으로 동작하여, 각각 동일한 크기의 차지 펌프 전류(ICP)를 생성한다. 상기 제1 루프 필터(214)는 회로 내에서 생성되어 전파되는 스위칭 노이즈 등의 영향을 억제하고 제어 전압(VCON)을 유지한다. The main loop 210 includes a first reference divider 211, a first phase / frequency detector 212, a first charge pump 213, a first loop filter 214, and a first feedback divider 215. It includes. The main loop 210 does not operate while the phase locked loop 200 operates in the measurement mode and the calibration mode. The first reference divider 211 divides an input signal IN input from the outside at a predetermined first reference division ratio M 1 and outputs the first reference signal REF1 having a first reference frequency. do. The first phase / frequency detector 212 compares the transition period of the first divided signal VCO_N1 in which the oscillation signal VCON_OUT is divided with the first reference signal REF1 to compare the phase of the first divided signal VCO_N1. It detects whether it is fast or slow and outputs the detection result as the first up / down signals UP1 and DN1. The first charge pump 213 includes a pull-up current source 213a and a pull-down current source 213b and is controlled based on the first up / down signals UP1 and DN1. Adjust the voltage (V CON ). The pull-up current source 213a and the pull-down current source 213b operate complementarily according to the first up / down signals UP1 and DN1 to generate charge pump currents I CP having the same magnitude. The first loop filter 214 suppresses the influence of switching noise generated and propagated in the circuit and maintains the control voltage V CON .

이때, 상기 제1 차지 펌프(213)의 풀업 전류원(213a) 및 풀다운 전류원(213b)은 측정 모드 및 교정 모드에서는 동작 하지 않으며, 다만 교정 모드에서 각각이 공급하는 상기 차지 펌프 전류(ICP)의 설정치가 교정 신호(CAL)에 따라 교정되는 구성을 가진다.At this time, the pull-up current source 213a and the pull-down current source 213b of the first charge pump 213 do not operate in the measurement mode and the calibration mode, except that each of the charge pump currents I CP supplied by each of them in the calibration mode. The setpoint has a configuration in which the setpoint is calibrated according to the calibration signal CAL.

상기 전압 제어 발진기(240)는 상기 제어 전압(VCON)에 따라 가변되는 주파수를 가지는 발진 신호(VCO_OUT)를 생성한다. 실시예에 따라, 전압 제어 발진기는 전류 제어 발진기로 대체될 수도 있는데, 제어 전압을 제어 전류로 변환한다는 점을 제외하면 전류 제어 발진기도 마찬가지 기능을 한다. The voltage controlled oscillator 240 generates an oscillation signal VCO_OUT having a frequency that varies according to the control voltage V CON . In some embodiments, the voltage controlled oscillator may be replaced with a current controlled oscillator, which functions in the same manner except that the control voltage is converted into a control current.

수식 1을 잠시 참고하면, 수식 1의 변수들은 전압 제어 발진기(240)의 이득인 KVCO을 제외할 때, 회로가 완성된 후에도 설계자에 의해 임의대로 어렵지 않게 조절될 수 있다. 따라서, 상기 전압 제어 발진기(240)의 이득 KVCO이 원하는 특성을 갖지 않더라도 다른 변수들을 조절함으로써 전체적으로는 원하는 특성을 얻을 수 있다. Referring to Equation 1 for a while, the variables of Equation 1 may be arbitrarily adjusted by the designer without difficulty even after the circuit is completed, excluding the K VCO which is the gain of the voltage controlled oscillator 240. Therefore, even if the gain K VCO of the voltage controlled oscillator 240 does not have a desired characteristic, the desired characteristic can be obtained as a whole by adjusting other variables.

그런데, 수식 1의 루프 대역폭과 댐핑율을 잘 살펴보면, 제1 루프 필터(214)의 커패시턴스(CP)는 루프 대역폭 ωn에서는 분모에, 댐핑율 ξ에서는 분자에 있다. 따라서, 상기 커패시턴스(CP)를 조절하는 것으로는 상기 전압 제어 발진기(240)의 이득의 오차를 교정할 수 없다. 반면, 차지 펌프 전류(ICP)는 루프 대역폭 ωn과 댐핑율 ξ 모두의 분자에 나타나 있기 때문에, 이를 조절하면 상기 전압 제어 발진기의 이득의 오차를 교정할 수 있다. 상기 측정 루프(220)와 교정부(230)가 상기 전압 제어 발진기(240)의 이득 오차를 검출하고, 차지 펌프 전류(ICP)를 교정함으로써, 상기 위상 고정 루프(200)는 원하는 루프 대역폭 ωn과 댐핑율 ξ을 가질 수 있다.However, when the loop bandwidth and the damping rate of Equation 1 are well discussed, the capacitance CP of the first loop filter 214 is in the denominator at the loop bandwidth ω n and in the numerator at the damping ratio ξ. Therefore, adjusting the capacitance CP cannot correct the error of the gain of the voltage controlled oscillator 240. On the other hand, since the charge pump current (ICP) is present in the molecules of both the loop bandwidth ω n and the damping ratio ξ, adjusting this can correct the error of the gain of the voltage controlled oscillator. The measuring loop 220, and calibration unit 230 by correcting the detected gain error, and the charge pump current (I CP) of the voltage controlled oscillator 240, the phase-locked loop 200 is the desired loop bandwidth ω n may have a damping ratio ξ.

상기 측정 루프(220)는 제2 기준 분주기(221), 제2 위상/주파수 검출기(222), 제2 차지 펌프(223), 제2 루프 필터(224) 및 제2 피드백 분주기(225)를 포함한다. 상기 측정 루프(220)는 상기 위상 고정 루프(2200)가 측정 모드로 동작하는 동안에만 동작한다. 상기 제2 기준 분주기(221)는 상기 입력 신호(IN)를 소정의 제2 기준 분주비(M2)로 분주하고, 분주된 입력 신호를 제2 기준 주파수를 가지는 제2 기준 신호(REF2)로 출력한다. 상기 제2 위상/주파수 검출기(222)는 발진 신호(VCO_OUT)를 분주한 제2 분주 신호(VCO_N2)와 제2 기준 신호(REF2)의 천이 구간을 비교하여, 제2 발진 신호(VCO_N2)의 위상이 빠른지 또는 느린지 여부를 검출하고 그 검출 결과를 제2 업/다운 신호(UP2, DN2)로 출력한다. 상기 제2 차지 펌프(223)는 상기 제2 업/다운 신호(UP2, DN2)에 기초하여 제어 전압(VCON)을 조절한다. 상기 제2 루프 필터(223)는 회로 내에서 생성되어 전파되는 스위칭 노이즈 등 의 영향을 억제하고 제어 전압(VCON)을 유지한다. The measurement loop 220 includes a second reference divider 221, a second phase / frequency detector 222, a second charge pump 223, a second loop filter 224, and a second feedback divider 225. It includes. The measurement loop 220 operates only while the phase locked loop 2200 operates in the measurement mode. The second reference divider 221 divides the input signal IN at a predetermined second reference division ratio M 2 , and divides the divided input signal with a second reference frequency REF2. Will output The second phase / frequency detector 222 compares the transition period of the second divided signal VCO_N2 in which the oscillation signal VCO_OUT is divided with the second reference signal REF2 to compare the phase of the second oscillation signal VCO_N2. It detects whether it is fast or slow and outputs the detection result as the second up / down signals UP2 and DN2. The second charge pump 223 adjusts the control voltage V CON based on the second up / down signals UP2 and DN2. The second loop filter 223 suppresses the influence of switching noise generated and propagated in the circuit and maintains the control voltage V CON .

상기 위상 고정 루프(200)가 측정 모드로 동작하는 동안, 상기 교정부(230)는 상기 전압 제어 발진기(240)의 이득을 측정한다. 상기 위상 고정 루프(200)가 교정 모드로 동작할 때, 상기 교정부(230)는 상기 측정된 제어 전압(VCON)을 기초로 교정 신호(CAL)를 생성하여, 이를 상기 제1 차지 펌프(213)에 상기 차지 펌프 전류(ICP)의 교정을 위해 제공한다. 실시예에 따라, 전압 제어 발진기는 전류 제어 발진기로 대체될 수도 있는데, 전류 제어 발진기는 제어 전압을 전압-전류 변환하여 생성한 제어 전류를 인가받는다. 따라서, 이런 경우라도 상기 교정부(230)는 마찬가지 방법으로 상기 전압 제어 발진기(240)의 이득을 측정할 수 있다.While the phase locked loop 200 operates in the measurement mode, the calibrator 230 measures the gain of the voltage controlled oscillator 240. When the phase locked loop 200 operates in the calibration mode, the calibrator 230 generates a calibration signal CAL based on the measured control voltage V CON , and generates the calibration signal CAL. 213 to provide for calibration of the charge pump current I CP . According to an embodiment, the voltage controlled oscillator may be replaced with a current controlled oscillator, which receives a control current generated by voltage-to-current conversion of the control voltage. Therefore, even in this case, the calibration unit 230 may measure the gain of the voltage controlled oscillator 240 in the same manner.

이때, 전압 제어 발진기(240)의 이득은 입력되는 제어 전압(VCON)과 발진 신호(VCO_OUT)의 주파수 사이의 비이므로, 결국 전압 제어 발진기(240)의 전압-주파수 특성을 뜻한다. 실시예에 따라, 전압-주파수 특성을 얻기 위해, 상기 측정 루프(220)에서 제어 전압(VCON)의 크기를 시간에 따라 변경하고, 교정부(230)에서 그에 따라 발진 신호(VCO_OUT)의 주파수가 어떻게 변하는 지를 측정할 수도 있다. 한편, 도 2의 위상 고정 루프(200)에서는, 상기 측정 루프(220)가 발진 신호(VCO_OUT)의 주파수를 시간에 따라 변경시키고, 교정부(230)에서 그에 따라 제어 전압(VCON)의 크기가 어떻게 변하는 지를 측정함으로써, 전압-주파수 특성을 얻는다. In this case, since the gain of the voltage controlled oscillator 240 is a ratio between the input control voltage V CON and the frequency of the oscillation signal VCO_OUT, it means a voltage-frequency characteristic of the voltage controlled oscillator 240. According to an embodiment, in order to obtain a voltage-frequency characteristic, the magnitude of the control voltage V CON in the measurement loop 220 is changed over time, and the calibration unit 230 accordingly changes the frequency of the oscillation signal VCO_OUT. You can also measure how. On the other hand, in the phase locked loop 200 of FIG. 2, the measurement loop 220 changes the frequency of the oscillation signal VCO_OUT with time, and accordingly, the correction unit 230 adjusts the magnitude of the control voltage V CON . By measuring how is changed, the voltage-frequency characteristic is obtained.

이때, 상기 발진 신호(VCO_OUT)의 주파수를 연속적으로 변경시키면서 실시간으로 제어 전압(VCON)의 변화를 측정하여 전압 제어 발진기(240)의 이득 곡선을 얻을 수도 있겠지만, 현실적으로 정확한 이득 값을 얻기 위해 제어 전압의 변화량을 실시간으로 측정하는 회로를 구현하는 것이 합리적이지는 않다. At this time, the gain curve of the voltage controlled oscillator 240 may be obtained by measuring the change of the control voltage V CON in real time while continuously changing the frequency of the oscillation signal VCO_OUT, but in order to obtain a realistic gain value It is not reasonable to implement a circuit that measures the change in voltage in real time.

도 3은 전압 제어 발진기의 이득을 측정하기 위해 제어 전압의 크기를 근사적으로 측정하는 방법을 예시한 것이다. 3 illustrates a method of approximating the magnitude of the control voltage to measure the gain of the voltage controlled oscillator.

도 2의 제2 위상/주파수 검출기(222)는 상기 제2 기준 신호(REF2)의 주파수와 제2 분주 신호(VCO_N2)의 주파수를 비교하며, 결과적으로 상기 제2 분주 신호(VCO_N2)의 주파수와 위상을 상기 제2 기준 신호(REF2)의 주파수와 위상에 동기시킨다. 만약 상기 제2 피드백 분주비(N2)가 정수이고 그 크기를 1만큼 변경시키면, 상기 발진 신호(VCO_OUT)의 주파수는 이전의 값보다 상기 제2 기준 신호(REF2)의 주파수만큼 변한다. The second phase / frequency detector 222 of FIG. 2 compares the frequency of the second reference signal REF2 with the frequency of the second divided signal VCO_N2, and as a result, the frequency of the second divided signal VCO_N2. The phase is synchronized with the frequency and phase of the second reference signal REF2. If the second feedback division ratio N 2 is an integer and its magnitude is changed by 1, the frequency of the oscillation signal VCO_OUT is changed by the frequency of the second reference signal REF2 than the previous value.

도 3을 참조하면, 제1 시점에서 제2 피드백 분주비가 N2이고 이에 따라, 발진 신호의 주파수는 f1이다. 이때, 상기 교정부가 측정한 제어 전압의 크기는 V1이다. 제2 시점에서 제2 피드백 분주비가 N2+1이 되면 발진 신호의 주파수는 f2이고, f1+fREF의 값을 가진다. 이때, 상기 교정부가 측정한 제어 전압의 크기는 V2이다. 전압 제어 발진기의 이득은 주파수/전압의 값이기 때문에, 이 값은 주파수의 변화량/전압의 변화량의 값으로 구해도 오차가 크지 않다. 전압 제어 발진기의 이득은 다음 수식 2와 같이 얻을 수 있다. Referring to FIG. 3, the second feedback division ratio at the first time point is N 2 , and accordingly, the frequency of the oscillation signal is f 1 . At this time, the magnitude of the control voltage measured by the calibration unit is V 1 . When the second feedback division ratio becomes N 2 +1 at the second time point, the frequency of the oscillation signal is f 2 and has a value of f 1 + fREF. At this time, the magnitude of the control voltage measured by the calibration unit is V 2 . Since the gain of the voltage controlled oscillator is a value of frequency / voltage, this value is not largely error even if it is obtained as the value of the frequency change / voltage change. The gain of the voltage controlled oscillator can be obtained as shown in Equation 2 below.

[수식 2][Formula 2]

Figure 112006066812823-PAT00002
Figure 112006066812823-PAT00002

이때, △V는 제어 전압의 측정치들의 차이를 나타낸다.DELTA V represents the difference between the measured values of the control voltages.

상기 제2 피드백 분주비를 계속 변경해가면서 제어 전압의 크기를 계속 측정하면 이 측정치들로부터 전압 제어 발진기의 이득 특성을 측정할 수 있다.By continuously measuring the magnitude of the control voltage while continuously changing the second feedback division ratio, the gain characteristics of the voltage controlled oscillator can be measured from these measurements.

도 2를 다시 참조하면, 상기 교정부(230)는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(231) 및 디지털 처리기(DSP)(232)를 포함한다. 상기 ADC는 상기 제어 전압(VCON)의 아날로그 측정치를 n 비트의 디지털 측정 데이터로 변환하고, 이를 디지털 처리기(232)에 제공한다. 상기 ADC는 높은 정밀도 및 빠른 속도를 요구하지 않는다. Referring back to FIG. 2, the calibration unit 230 includes an analog-to-digital converter (ADC) 231 and a digital processor (DSP) 232. The ADC converts the analog measurement of the control voltage (V CON ) into n bits of digital measurement data and provides it to the digital processor 232. The ADC does not require high precision and high speed.

상기 ADC(231)의 해상도(Resolution)는 다음 수식 3과 같이 표현될 수 있다. The resolution of the ADC 231 may be expressed as Equation 3 below.

[수식 3][Equation 3]

Figure 112006066812823-PAT00003
Figure 112006066812823-PAT00003

수식 3의 분자는 상기 제어 전압(VCON)이 가질 수 있는 최대값, 즉 전원 전압(VDD)에서 제2 차지 펌프(223) 내의 전류원들에 걸리는 동작 전압(VOV)을 뺀 범위 내의 값을 나타낸다. 분모인 ΔV는 측정해야 하는 제어 전압(VCON)의 최소 변화량을 나타낸다.The numerator of Equation 3 is the maximum value that the control voltage V CON can have, that is, a value within a range obtained by subtracting the operating voltage V OV applied to the current sources in the second charge pump 223 from the power supply voltage V DD . Indicates. The denominator ΔV represents the minimum change in the control voltage V CON to be measured.

예를 들어, 전원 전압이 5V이고, 제2 차지 펌프(223) 내의 전류원들에 걸리는 전압이 0.7V일 때, 7 내지 8비트의 해상도를 가진 저속 ADC으로도 충분히 정확하게 전압 제어 발진기(240)의 이득 곡선을 얻을 수 있다. For example, when the power supply voltage is 5V and the voltage across the current sources in the second charge pump 223 is 0.7V, even a low speed ADC with a resolution of 7 to 8 bits may cause the voltage controlled oscillator 240 to be sufficiently accurate. A gain curve can be obtained.

상기 디지털 처리기(232)는 상기 n 비트의 디지털 측정 데이터를 제공받아 m 비트의 교정 신호(CAL)를 생성한다. The digital processor 232 receives the n-bit digital measurement data and generates an m-bit calibration signal CAL.

실시예에 따라, 상기 교정부(230)를 상기 위상 고정 루프(200)와 함께 구현하지 않고, 독립된 ADC와 DSP를 사용할 수도 있다.According to an exemplary embodiment, independent ADC and DSP may be used without implementing the calibrator 230 together with the phase locked loop 200.

상기 위상 고정 루프(200)의 성능은 수식 1에서 나타난 루프 대역폭 ωn과 댐핑율 ξ을 얼마나 일정하게 유지하느냐에 달려 있다. 만약 전압 제어 발진기(240)의 이득이 이상적인 값보다 크게 측정되면, 차지 펌프 전류(ICP)의 크기를 줄임으로써, 정상 모드에서 동작 시에 상기 위상 고정 루프(200)의 상기 루프 대역폭 ωn과 댐핑율 ξ을 원하는 값으로 만들 수 있다. 반대로, 전압 제어 발진기(240)의 이득이 이상적인 값보다 작게 측정되면, 차지 펌프 전류(ICP)의 크기를 늘림으로써 상기 루프 대역폭 ωn과 댐핑율 ξ을 원하는 값으로 만들 수 있다. 상기 디지털 처리기(232)는 이처럼 제1 차지 펌프(213)가 적절한 크기의 차지 펌프 전류(ICP)를 생성하도록 상기 교정 신호(CAL)를 생성한다.The performance of the phase locked loop 200 depends on how constant the loop bandwidth ω n shown in Equation 1 and the damping ratio ξ are maintained. If the gain of the voltage controlled oscillator 240 is measured to be greater than the ideal value, the magnitude of the charge pump current I CP is reduced, thereby reducing the loop bandwidth ω n of the phase locked loop 200 when operating in the normal mode. The damping ratio ξ can be made to the desired value. Conversely, if the gain of the voltage controlled oscillator 240 is measured smaller than the ideal value, the loop bandwidth ω n and the damping ratio ξ can be made desired by increasing the magnitude of the charge pump current I CP . The digital processor 232 thus generates the calibration signal CAL such that the first charge pump 213 generates a charge pump current I CP of an appropriate magnitude.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 교정이 가능한 주파수 합성기가 포함하 는 차지 펌프 내의 풀다운 전류원을 예시한 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating a pull-down current source in a charge pump including a frequency synthesizer that can be calibrated according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 차지 펌프 내의 풀다운 전류원(40)은 기준 전류(I0)를 생성하는 전류원(41), 상기 전류원(41)에 직렬 연결된 미러 트랜지스터(42), 상기 미러 트랜지스터(42)에 대해 각각 2의 거듭 제곱의 면적비를 가지고 전류 미러 구조를 형성하는 m 개의 NMOS 트랜지스터들(43, 44, 45), 상기 교정 신호(CAL)의 각 비트에 따라 상기 NMOS 트랜지스터들(43, 44, 45)의 드레인 전류를 단속하는 m 개의 스위치들(46, 47, 48)로 구성되어 있다. 3 and 4, the pull-down current source 40 in the charge pump includes a current source 41 for generating a reference current I 0 , a mirror transistor 42 connected in series with the current source 41, and the mirror transistor. M NMOS transistors 43, 44, 45 having an area ratio of two powers of 42 to form a current mirror structure, and the NMOS transistors 43 according to each bit of the calibration signal CAL. M, switches 46, 47, and 48 are used to control the drain currents.

상기 m 개의 NMOS 트랜지스터들(43, 44, 45)의 드레인들은 모두 연결되어 있고, 드레인 전류들이 합산되어 차지 펌프 전류(ICP)로 출력된다. 상기 교정 신호(CAL)에 의해 상기 스위치들(46, 47, 48)이 온/오프되고 그에 따라 상응하는 NMOS 트랜지스터가 턴온/턴오프되면, 그만큼 차지 펌프 전류(ICP)도 줄어들거나 늘어난다. The drains of the m NMOS transistors 43, 44, and 45 are all connected, and the drain currents are summed and output as the charge pump current I CP . When the switches 46, 47, and 48 are turned on / off by the calibration signal CAL and the corresponding NMOS transistor is turned on / off, the charge pump current I CP is reduced or increased by that amount.

측정 모드에서 전압 제어 발진기(240)의 이득의 측정이 끝나면, 교정 모드에서 상기 스위치들(46, 47, 48)은 상기 교정 신호(CAL)에 따라 결정된 온/오프 상태가 설정된다. 정상 모드에서는 상기 제1 차지 펌프(213)는 교정된 크기의 차지 펌프 전류(ICP)를 출력할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 스위치들(46, 47, 48)은 한번 입력된 교정 신호(CAL)에 따라 그 온/오프 상태가 고정되도록 구현될 수도 있고, 교정 신호(CAL)가 인가될 때마다 온/오프 상태가 갱신되도록 구현될 수도 있다.After the measurement of the gain of the voltage controlled oscillator 240 in the measurement mode is finished, the switches 46, 47, and 48 in the calibration mode are set to an on / off state determined according to the calibration signal CAL. In the normal mode, the first charge pump 213 may output a charge pump current I CP having a corrected magnitude. According to an embodiment, the switches 46, 47, and 48 may be implemented such that their on / off state is fixed according to the calibration signal CAL once input, and is turned on whenever the calibration signal CAL is applied. The on / off state may be implemented to be updated.

도 2를 다시 참조하면, 상기 위상 고정 루프(200)는 두 개의 피드백 분주 기(215, 225)를 포함하고, 각각의 분주비(N1, N2)도 크기 때문에 칩 면적을 많이 차지할 수 있다. 다음과 같이 고비율 피드백 분주기를 공유하는 방법을 이용하면 칩 면적을 줄일 수 있다.Referring back to FIG. 2, the phase locked loop 200 includes two feedback dividers 215 and 225, and may occupy a large chip area because each division ratio N 1 and N 2 is also large. . The chip area can be reduced by using a method of sharing a high rate feedback divider as follows.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프에서 고비율 피드백 분주기를 공유하는 구성을 예시한 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a configuration of sharing a high rate feedback divider in a phase locked loop according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 고비율 피드백 분주기(51) 하나와, 메인 루프를 위한 제1 저비율 피드백 분주기(52) 및 측정 루프를 위한 제2 저비율 피드백 분주기(53)가 나타나 있다. 도 2와 비교하면, 상기 고비율 피드백 분주기(51)와 제1 저비율 피드백 분주기(52)를 거쳐 분주된 발진 신호(VCO_OUT)는 도 2의 제1 피드백 분주기(215)를 거쳐 분주된 발진 신호(VCO_OUT)와 동일하다(즉, NHㅧNL1 = N1). 마찬가지로, 상기 고비율 피드백 분주기(51)와 제2 저비율 피드백 분주기(53)를 거쳐 분주된 발진 신호(VCO_OUT)는 도 2의 제2 피드백 분주기(225)를 거쳐 분주된 발진 신호(VCO_OUT)와 동일하다(즉, NHㅧNL2 = N2). Referring to FIG. 5, there is shown one high rate feedback divider 51, a first low rate feedback divider 52 for the main loop, and a second low rate feedback divider 53 for the measurement loop. 2, the oscillation signal VCO_OUT divided through the high rate feedback divider 51 and the first low rate feedback divider 52 is divided through the first feedback divider 215 of FIG. 2. Is equal to the oscillated signal VCO_OUT (ie, N H ㅧ N L1 = N 1 ). Similarly, the oscillation signal VCO_OUT divided through the high rate feedback divider 51 and the second low rate feedback divider 53 is divided by the second feedback divider 225 of FIG. 2. VCO_OUT) (ie, N H ㅧ N L2 = N 2 ).

상기 측정 루프(220) 및 교정부(230)는 메인 루프(210)에 비해 많은 면적을 차지하지 않고 구현될 수 있고, 정상 모드에서는 동작하지 않기 때문에 추가적인 전력 소모는 없다.The measurement loop 220 and the calibration unit 230 may be implemented without taking up a larger area than the main loop 210, and do not operate in a normal mode, and thus there is no additional power consumption.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 합성기 내의 발진기 이득을 측정하고 주파수 합성기의 특성을 교정하는 방법을 예시한 순서도이다. 도 6을 참조하면, 주파수 합성기는 측정 모드, 교정 모드 및 정상 모드의 세 동작 모드를 가지 며, 상기 주파수 합성기는 도 2의 구조를 가지는 회로를 예로 들어 설명한다. 6 is a flowchart illustrating a method of measuring oscillator gain in a frequency synthesizer and calibrating a characteristic of the frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the frequency synthesizer has three operation modes, a measurement mode, a calibration mode, and a normal mode, and the frequency synthesizer will be described using a circuit having the structure of FIG. 2 as an example.

상기 측정 모드일 동안에는 측정 루프에서 발진기의 이득 곡선이 측정된다(S61, S62). 이때, 상기 이득이란 상기 발진기에 입력되는 제어 신호와 상기 제어 신호에 따라 발진기에서 출력되는 발진 신호의 주파수의 비이다. 발진 신호의 주파수를 변경해 가면서 제어 신호의 크기를 측정한다(S61). 측정한 제어 신호의 크기로부터 발진기의 이득 특성을 얻는다(S62). While in the measurement mode, the gain curve of the oscillator is measured in the measurement loop (S61, S62). In this case, the gain is a ratio of the frequency of the control signal input to the oscillator and the oscillation signal output from the oscillator according to the control signal. The amplitude of the control signal is measured while changing the frequency of the oscillation signal (S61). The gain characteristic of the oscillator is obtained from the magnitude of the measured control signal (S62).

상기 교정 모드일 때에는 교정부에서 상기 이득 곡선의 측정값이 설계치와 어떻게 차이가 나느냐에 따라 교정 신호가 생성되고(S63), 상기 교정 신호에 따라 메인 루프의 제1 차지 펌프 내 풀다운 및 풀업 전류원들이 교정된다(S64). 교정이 끝나면, 측정 루프와 교정부는 더 이상 동작하지 않는다(S65). 상기 정상 모드에서는, 메인 루프에서 발진 신호가 상기 교정된 제1 차지 펌프를 이용하여 생성된다(S66).In the calibration mode, a calibration signal is generated according to how the measured value of the gain curve differs from the designed value in the calibration unit (S63), and pull-down and pull-up current sources in the first charge pump of the main loop are generated according to the calibration signal. It is corrected (S64). After the calibration, the measurement loop and the calibration unit no longer operate (S65). In the normal mode, an oscillation signal is generated in the main loop using the calibrated first charge pump (S66).

위에서는 정수비 주파수 합성기를 예로 설명하였지만, 본 발명은 분수비 주파수 합성기(fractional-N frequency synthesizer)에도 적용할 수 있다. 본 발명은 차지 펌프에 의해 조절되는 제어 신호에 따라 전압 제어 발진기 또는 전류 제어 발진기가 발진 신호를 생성하는 구조를 가지는 회로에 적용할 수 있다.Although the above-described integer ratio frequency synthesizer has been described as an example, the present invention can be applied to a fractional-N frequency synthesizer. The present invention can be applied to a circuit having a structure in which a voltage controlled oscillator or a current controlled oscillator generates an oscillation signal according to a control signal controlled by a charge pump.

본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 합성기는 내부에 포함된 발진기의 이득을 측정할 수 있다. 주파수 합성기 내에 포함되는 측정 루프 및 교정부는 메인 루프에 비해 많은 면적을 차지하지 않고 구현될 수 있고, 정상 모드에서는 상기 측정 루프 및 교정부가 동작하지 않기 때문에 전력이 추가적으로 소모되지 않는다.The frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention may measure the gain of an oscillator included therein. The measurement loop and the calibration unit included in the frequency synthesizer may be implemented without taking up more area than the main loop, and since the measurement loop and the calibration unit do not operate in the normal mode, no additional power is consumed.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.

Claims (11)

제어 신호의 크기에 상응하는 주파수를 가지는 발진 신호를 생성하는 발진기;An oscillator for generating an oscillation signal having a frequency corresponding to the magnitude of the control signal; 정상 모드일 때 동작하며, 상기 발진 신호를 피드백받아 제1 기준 신호와 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 제어 신호를 생성하여 상기 발진기에 제공하는 메인 루프; 및A main loop operated in a normal mode, receiving the oscillation signal and comparing the oscillation signal with a first reference signal, and generating and providing the control signal to the oscillator according to the comparison result; And 측정 모드일 때 동작하며, 상기 발진 신호를 피드백받아 상기 발진 신호의 주파수를 소정의 크기만큼 차례로 변경시키고, 상기 발진 신호의 주파수의 변경 결과에 따라 변경되는 상기 제어 신호를 상기 발진기에 제공하는 측정 루프를 포함하는 주파수 합성기.A measurement loop which is operated in a measurement mode, receives a feedback signal of the oscillation signal and sequentially changes the frequency of the oscillation signal by a predetermined magnitude, and provides the oscillator with the control signal which is changed according to a change result of the frequency of the oscillation signal; Frequency synthesizer comprising a. 제1항에 있어서, 상기 메인 루프는 The method of claim 1, wherein the main loop 교정 모드일 때 교정 신호에 따라 차지 펌프 전류의 크기가 교정되고, 정상 모드일 때 상기 비교 결과에 따라 상기 교정된 차지 펌프 전류를 생성하는 차지 펌프를 포함하며,A charge pump for correcting the magnitude of the charge pump current in the calibration mode according to the calibration signal, and generating the calibrated charge pump current according to the comparison result in the normal mode, 상기 주파수 합성기는 The frequency synthesizer 측정 모드일 때에 상기 변경되는 제어 신호의 크기를 측정하고, 교정 모드일 때에 그 측정 결과로부터 산출한 상기 발진기의 이득을 기초로 상기 교정 신호를 생성하여 상기 메인 루프에 제공하는 교정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주 파수 합성기.And a calibrating unit configured to measure the magnitude of the control signal to be changed in the measurement mode, and generate and provide the calibration signal to the main loop based on the gain of the oscillator calculated from the measurement result in the calibration mode. A frequency synthesizer characterized by the above. 제2항에 있어서, 상기 교정부는The method of claim 2, wherein the correction unit 상기 변경되는 제어 신호의 크기를 측정하여 디지털 측정치로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 및 상기 디지털 측정치를 기초로 상기 교정 신호를 m 비트의 디지털 코드로 생성하는 디지털 처리기를 포함하고,An analog-to-digital converter that measures the magnitude of the changed control signal and converts the magnitude into a digital measurement value; And a digital processor for generating the calibration signal into an m-bit digital code based on the digital measurement; 상기 차지 펌프는 The charge pump is 각각 기준 전류에 대해 2의 거듭 제곱 배로 표현되는 전류를 출력하는 m 개의 전류유닛들; 및 상기 m 개의 전류유닛들을 각각 상기 교정 신호에 따라 활성화할 수 있는 m 개의 스위치들을 포함하고, 활성화된 전류유닛들로부터 전류들을 합산하여 상기 차지 펌프 전류로 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 주파수 합성기.M current units each outputting a current represented by a power of 2 with respect to the reference current; And m switches each capable of activating the m current units according to the calibration signal, and summing the currents from the activated current units to output the charge pump current. 제1항에 있어서, 상기 메인 루프는 제1 분주비를 가지고 상기 발진 신호를 분주하여 상기 제1 기준 신호와 비교하도록 구성되고, 2. The apparatus of claim 1, wherein the main loop is configured to divide the oscillation signal with a first division ratio to compare with the first reference signal, 상기 측정 루프는 제2 분주비를 가지고 상기 발진 신호를 분주하고, 상기 제2 분주비를 1만큼씩 변경시켜 상기 발진 신호의 주파수를 변경시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 주파수 합성기.And the measurement loop is configured to divide the oscillation signal with a second division ratio and change the frequency of the oscillation signal by changing the second division ratio by one. 제4항에 있어서, 상기 메인 루프는 상기 발진 신호를 고분주비 및 제1 저분 주비로 차례로 분주하도록 구성되고, 상기 측정 루프는 상기 메인루프에서 고분주비로 분주된 발진 신호를 제2 저분주비로 분주하도록 구성되며, 상기 고분주비와 제1 저분주비를 곱한 값은 상기 제1 분주비와 동일하고, 상기 고분주비와 제2 저분주비를 곱한 값은 상기 제2 분주비와 동일한 것을 특징으로 하는 주파수 합성기.The method of claim 4, wherein the main loop is configured to sequentially divide the oscillation signal into a high division ratio and a first low division ratio, and the measurement loop divides the oscillation signal divided into a high division ratio in the main loop at a second low division ratio. And a value obtained by multiplying the high division ratio by the first low division ratio is the same as the first division ratio, and a value obtained by multiplying the high division ratio by the second low division ratio is the same as the second division ratio. . 발진기를 포함하는 주파수 합성기에서, 상기 발진기에 제어 신호를 인가하여 상기 제어 신호의 크기에 따라 변하는 주파수를 가지는 발진 신호를 상기 발진기로부터 생성하는 단계;In a frequency synthesizer comprising an oscillator, applying a control signal to the oscillator to generate an oscillator signal having a frequency that varies according to the magnitude of the control signal from the oscillator; 상기 발진 신호의 주파수를 소정의 크기만큼 반복적으로 변경시키면서 상기 제어 신호의 크기를 측정하는 단계; 및Measuring the magnitude of the control signal while repeatedly changing the frequency of the oscillation signal by a predetermined magnitude; And 상기 발진 신호의 주파수의 변화량과 측정한 상기 제어 신호의 크기의 변화량의 비로부터 상기 발진기의 이득을 구하는 단계를 포함하는 주파수 합성기 내의 발진기의 이득 측정 방법.And obtaining a gain of the oscillator from a ratio of the change amount of the frequency of the oscillation signal and the change amount of the magnitude of the control signal measured. 제6항에 있어서, 상기 제어 신호의 크기를 측정하는 단계는The method of claim 6, wherein measuring the magnitude of the control signal 소정의 분주비를 가지고 상기 발진 신호를 분주하는 단계; 및 상기 소정의 분주비를 1만큼 변경시켜 상기 발진 신호의 주파수를 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기의 이득 측정 방법.Dividing the oscillation signal with a predetermined division ratio; And changing the frequency of the oscillation signal by changing the predetermined division ratio by one. 인가되는 제어 신호의 크기에 따라 변하는 주파수를 가지는 발진 신호를 생 성하는 단계;Generating an oscillation signal having a frequency that varies according to the magnitude of the applied control signal; 상기 발진 신호의 주파수를 소정의 크기만큼 차례로 변경시키면서 상기 제어 신호를 변경시켜가며 상기 제어 신호의 크기를 측정하고, 상기 측정 결과를 바탕으로 주파수 합성기를 교정하는 단계; 및Measuring the magnitude of the control signal by changing the control signal while sequentially changing the frequency of the oscillation signal by a predetermined magnitude, and calibrating a frequency synthesizer based on the measurement result; And 교정된 상기 주파수 합성기로 상기 발진 신호를 생성하는 단계를 포함하는 주파수 합성기의 구동 방법.Generating the oscillation signal with the calibrated frequency synthesizer. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 주파수 합성기는 교정 가능한 전류원을 가지는 차지 펌프를 포함하고,The frequency synthesizer comprises a charge pump having a calibrated current source, 상기 주파수 합성기를 교정하는 단계는Calibrating the frequency synthesizer 상기 발진 신호의 주파수를 소정의 크기만큼 반복적으로 변경시키면서 상기 제어 신호의 크기를 측정하는 단계;Measuring the magnitude of the control signal while repeatedly changing the frequency of the oscillation signal by a predetermined magnitude; 상기 발진 신호의 주파수의 변화량과 측정한 상기 제어 신호의 크기의 변화량의 비로부터 상기 발진기의 이득을 구하는 단계;Obtaining a gain of the oscillator from the ratio of the change amount of the frequency of the oscillation signal and the change amount of the magnitude of the control signal measured; 상기 발진기의 이득을 이상적인 이득과 비교하여 교정 신호를 생성하는 단계; 및Generating a calibration signal by comparing the gain of the oscillator to an ideal gain; And 상기 차지 펌프가 교정된 전류를 생성하도록 상기 교정 신호를 기초로 상기 전류원을 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 합성기의 구동 방법.And calibrating the current source based on the calibration signal such that the charge pump produces a calibrated current. 제9항에 있어서, 상기 제어 신호는 디지털 값으로 측정되고, 상기 교정 신호는 m 비트의 디지털 코드인 것을 특징으로 하는 주파수 합성기의 구동 방법.10. The method of claim 9, wherein the control signal is measured as a digital value and the calibration signal is an m-bit digital code. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 제어 신호의 크기를 측정하는 단계는Measuring the magnitude of the control signal 소정의 분주비를 가지고 상기 발진 신호를 분주하는 단계; 및 상기 소정의 분주비를 1만큼 변경시켜 상기 발진 신호의 주파수를 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 합성기의 구동 방법.Dividing the oscillation signal with a predetermined division ratio; And changing the frequency of the oscillation signal by changing the predetermined division ratio by one.
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