KR100269293B1

KR100269293B1 - Control frequency control apparatus of OTA filter

Info

Publication number: KR100269293B1
Application number: KR1019970011825A
Authority: KR
Inventors: 김양균
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 2000-10-16
Also published as: KR19980075584A

Abstract

반도체 칩상에 형성된 OTA필터의 중심주파수를 제어하는 장치에 관한 것이다.An apparatus for controlling the center frequency of an OTA filter formed on a semiconductor chip.

본 발명에 따르는 장치는 공정 변수에 의존하여 결정되는 비교 전압들(V_PLL1,V_PLL2)을 출력하는 PLL; 상기 비교 전압들(V_PLL1,V_PLL2)의 차에 상응하여 OTA필터의 중심 중심주파수를 제어하는 제어 출력을 발생하는 레벨 비교기를 포함한다.The apparatus according to the invention comprises a PLL for outputting comparison voltages V_PLL1, V_PLL2, which are determined in dependence on a process variable; And a level comparator for generating a control output for controlling the center center frequency of the OTA filter corresponding to the difference between the comparison voltages V_PLL1 and V_PLL2.

본 발명에 따른 OTA필터의 중심 주파수 조정 장치는 PLL을 사용하여 공정 변수의 크기를 검출하고, 이에 상응하여 OTA필터의 중심 주파수를 보상함으로써 공정 변수에 상관없이 OTA필터의 중심 주파수를 정확하게 유지시키는 이점을 가진다.An apparatus for adjusting the center frequency of an OTA filter according to the present invention uses the PLL to detect the magnitude of a process variable and correspondingly compensates for the center frequency of the OTA filter, thereby accurately maintaining the center frequency of the OTA filter regardless of the process variable. Has

Description

Control frequency control apparatus of OTA filter

본 발명은 연산 상호 콘덕턴스 증폭기(Operational Transconductance Amplier; 이하 OTA필터라 함)에 관한 것으로서 특히, 반도체 칩상에 형성된 OTA필터의 중심 주파수를 제어하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an operational transconductance amplifier (hereinafter referred to as an OTA filter), and more particularly, to an apparatus for controlling the center frequency of an OTA filter formed on a semiconductor chip.

OTA필터의 중심 주파수는 일반적으로 G_m/C(여기서, G_m은 트랜스콘덕턴스(transconductance)이고, C는 캐패시티를 나타냄)로 표현된다. OTA필터가 반도체 칩상에 형성될 경우 OTA필터의 중심 주파수를 결정하는 G_m 및 캐패시터의 절대값이 공정 변수에 의해 변화되기 때문에 OTA필터의 중심 주파수를 정확하게 조정할 수가 없다. 따라서, 정확한 중심 주파수를 가지는 OTA필터를 요구하는 분야에서는 스위치드 캐패시터 필터(SWITCHED CAPACITOR FILTER)를 사용한다. 그러나, 스위치드 캐패시터 필터는 기준 클록을 생성하기 위한 별도의 수단을 필요로 하고 또한, 기준 클록에 대한 노이즈 문제를 수반한다. 더욱이 이 기준 클록의 주파수는 필터링하고자 하는 신호의 주파수보다 최소 20배 정도로 높아야 하므로 신호의 주파수가 높은 경우에는 스위치드 캐패시터 필터를 사용하기 어렵다.The center frequency of the OTA filter is generally expressed as G_m / C, where G_m is transconductance and C is capacity. When the OTA filter is formed on a semiconductor chip, the center frequency of the OTA filter cannot be accurately adjusted because G_m and the absolute value of the capacitor, which determine the center frequency of the OTA filter, are changed by process variables. Therefore, a switch capacitor filter (SWITCHED CAPACITOR FILTER) is used in the field requiring an OTA filter having an accurate center frequency. However, switched capacitor filters require a separate means for generating a reference clock and also entail a noise problem for the reference clock. Moreover, the frequency of this reference clock must be at least 20 times higher than the frequency of the signal to be filtered, making it difficult to use a switched capacitor filter when the frequency of the signal is high.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 공정 변수가 변화하는 것에 대응하여 OTA필터의 중심 주파수를 정확하게 결정할 수 있는 OTA 필터의 중심 주파수 제어 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus for controlling the center frequency of an OTA filter which can accurately determine the center frequency of the OTA filter in response to a change in process variables.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 실시예를 보이는 블록도이다.1 is a block diagram showing one embodiment of an apparatus according to the invention.

도 2는 도 1에 도시된 저역 통과 필터에서 출력되는 비교 전압의 변화를 보이는 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing a change in the comparison voltage output from the low pass filter shown in FIG. 1.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따르는 장치는 공정 변수에 의존하여 결정되는 비교 전압들(V_PLL1,V_PLL2)을 출력하는 PLL; 상기 비교 전압들(V_PLL1,V_PLL2)의 차에 상응하여 OTA필터의 중심 주파수를 제어하는 제어 출력을 발생하는 레벨 비교기를 포함하며; 여기서, 상기 PLL은 그에 인가되는 제어 전압에 상응하는 발진 출력을 제공하는 전압 제어 발진기; 상기 발진 출력과 입력 주파수 신호와의 차성분을 나타내는 위상차 신호를 출력하는 위상 검출기; 기준 전압 및 공정 변수에 의해 결정되는 오프세트를 가지며 상기 위상차 신호 및 오프세트에 근거하는 출력을 제공하는 저역 통과 필터를 포함하며; 상기 레벨 비교기는 상기 위상 검출기에 입력 주파수 신호가 인가되지 않을 때 상기 저역 통과 필터에서 출력되는 제1비교 전압과 상기 위상 검출기에 공정 변수에 영향되지 않았을 때 나타나는 오프세트에 상응하는 자주 발진 주파수와 동등한 주파수를 가지는 입력 주파수 신호가 인가될 때 상기 저역 통과 필터에서 출력되는 제2비교 전압의 차성분에 상응하는 제어 출력을 출력함을 특징으로 한다.An apparatus according to the present invention for achieving the above object comprises a PLL for outputting the comparison voltages (V_PLL1, V_PLL2) determined depending on the process variable; A level comparator for generating a control output for controlling a center frequency of an OTA filter corresponding to the difference of the comparison voltages V_PLL1 and V_PLL2; Wherein the PLL comprises a voltage controlled oscillator providing an oscillation output corresponding to a control voltage applied thereto; A phase detector for outputting a phase difference signal representing a difference component between the oscillation output and an input frequency signal; A low pass filter having an offset determined by a reference voltage and a process variable and providing an output based on the phase difference signal and the offset; The level comparator is equivalent to a first oscillation frequency corresponding to a first comparison voltage output from the low pass filter when no input frequency signal is applied to the phase detector and an offset that appears when the process variable is not affected by the phase detector. And a control output corresponding to a difference component of a second comparison voltage output from the low pass filter when an input frequency signal having a frequency is applied.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 실시예를 보이는 블록도이다. 도 1에는 기준 전압V_REF과 PLL(22)에서 출력되는 공정 변수에 상응하는 비교 전압 V_PLL을 입력하여 OTA필터(20)의 중심 주파수를 제어하는 레벨 비교기(10)가 보여진다. 여기서 비교 전압은 기준 전압 및 공정 변수에 의존하는 오프세트에 의해 결정되는 전압이다.1 is a block diagram showing one embodiment of an apparatus according to the invention. FIG. 1 shows a level comparator 10 for controlling a center frequency of the OTA filter 20 by inputting a reference voltage V_REF and a comparison voltage V_PLL corresponding to a process variable output from the PLL 22. The comparison voltage here is a voltage determined by an offset depending on the reference voltage and the process variable.

도 1에 도시된 장치의 동작을 상세히 설명한다.The operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described in detail.

PLL(22)의 입력단자(22a)에 입력 신호(PLL IN)가 인가되지 않으면 그것은 자주 발진 상태(free run)에 있게 되며, 이때 전압 제어 발진기(Voltage Coltrolled Oscillator; VCO)(22d)는 저역 통과 필터(22c)에서 출력되는 오프세트 전압 V_PLL의 크기에 상응하는 자주 주파수로 발진한다. 입력 단자(22a)에 입력 신호(PLL IN)가 인가되면 PLL(22)은 입력 신호(PLL IN)의 주파수에 추종하여 로크 상태에 들어가게 되고, PLL(22)이 로크되면 전압 제어 발진기(22d)의 발진 주파수와 입력 신호(PLL IN)의 주파수는 동일하게 된다.If the input signal PLL IN is not applied to the input terminal 22a of the PLL 22, it is often in a free run, and the voltage controlled oscillator (VCO) 22d is low pass. The oscillation is performed at a frequency frequently corresponding to the magnitude of the offset voltage V_PLL output from the filter 22c. When the input signal PLL IN is applied to the input terminal 22a, the PLL 22 follows the frequency of the input signal PLL IN and enters the locked state. When the PLL 22 is locked, the voltage controlled oscillator 22d is locked. The oscillation frequency of is equal to the frequency of the input signal PLL IN.

여기서, 입력 신호(PLL IN)의 주파수가 저역 통과 필터(22c)가 설계된 오프세트 값 즉, 공정 변수에 영항되지 않았을 때 나타나는 오프세트 값에 상응하는 것이라면 전압 제어 발진기(22d)의 발진 주파수와 자주 주파수의 차이는 공정 변수의 크기를 나타내게 된다.Here, if the frequency of the input signal PLL IN corresponds to the offset value that the low pass filter 22c is designed for, that is, the offset value that appears when it is not affected by the process variable, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 22d is often used. The difference in frequency will indicate the magnitude of the process variable.

전압 제어 발진기(22d)의 발진 주파수와 자주 주파수의 차이는 각각 그들에 상응하여 저역 통과 필터(22c)에서 출력되는 전압들 V_PLL1, V_PLL2의 차이에 의해 파악될 수 있다.The difference between the oscillation frequency and the frequent frequency of the voltage controlled oscillator 22d can be grasped by the difference between the voltages V_PLL1 and V_PLL2 output from the low pass filter 22c, respectively.

예를 들면, 저역 통과 필터(22c)를 구성하는 저항 및 캐패시터의 인덕턴스가 공정 변수에 의해 변화되지 않았다면 전압 제어 발진기(22d)의 자주 주파수와 발진 주파수는 동등하므로 V_PLL1와 V_PLL2는 동일하다.For example, if the inductance of the resistor and capacitor constituting the low pass filter 22c is not changed by the process variable, the frequency of oscillation and the frequency of oscillation of the voltage controlled oscillator 22d are equal, so that V_PLL1 and V_PLL2 are the same.

만일, 저역 통과 필터(22c)를 구성하는 저항 및 캐패시터의 인덕턴스가 공정 변수에 의래 증가하였다면, 전압 제어 발진기(22d)의 자주 주파수가 발진 주파수보다 낮게 되므로 V_PLL1이 V_PLL2보다 작다.If the inductance of the resistor and capacitor constituting the low pass filter 22c is increased due to the process variable, V_PLL1 is smaller than V_PLL2 because the frequency of the voltage controlled oscillator 22d is lower than the oscillation frequency.

또한, 저역 통과 필터(22c)를 구성하는 저항 및 캐패시터의 인덕턴스가 공정 변수에 의래 감소하였다면, 전압 제어 발진기(22d)의 자주 주파수가 발진 주파수보다 높게 되므로 V_PLL1이 V_PLL2보다 크다.In addition, if the inductance of the resistor and capacitor constituting the low pass filter 22c is reduced due to process variables, V_PLL1 is larger than V_PLL2 because the frequency of the voltage controlled oscillator 22d is higher than the oscillation frequency.

공정 변수와 비교 전압 V_PLL의 관계가 도 2의 그래프에 도시된다. 도 2는 비교 전압 V_PLL의 변화를 시간축 상에서 보이는 것이다. 도 2에 있어서, V_PLL1은 도 1에 도시된 PLL(22)이 자주 발진 상태에 있을 때 저역 통과 필터(22c)에서 출력되는 제1비교 전압을 나타내고, ~V_{PLL2"_"H}~ 및 V_{PLL2"_"L}~는 로크 상태에 있을 때 저역 통과 필터(22c)에서 출력되는 제2비교 전압을 나타낸다.The relationship between the process variable and the comparison voltage V_PLL is shown in the graph of FIG. 2 shows the change in the comparison voltage V_PLL on the time axis. In Fig. 2, V_PLL1 represents the first comparison voltage output from the low pass filter 22c when the PLL 22 shown in Fig. 1 is in a frequent oscillation state, and ~ V_ {PLL2 "_" H} ~ and V_ {PLL2 "_" L} ... represents the second comparative voltage output from the low pass filter 22c when in the locked state.

한편, OTA필터(10)도 공정 변수에 의해 중심 주파수가 변화되게 되는 데 저항 및 캐패시터의 인덕턴스가 증가하면 필터의 중심 주파수가 낮아지고, 반대로 저항 및 캐패시터의 인덕턴스가 감소하면 필터의 중심 주파수가 높아진다.On the other hand, the OTA filter 10 also changes its center frequency due to process variables. When the inductance of the resistor and capacitor increases, the center frequency of the filter decreases. On the contrary, the center frequency of the filter increases when the inductance of the resistance and capacitor decreases. .

상기한 바에 의하면 공정 변수에 의해 저항 및 캐패시터의 인덕턴스가 증가하면 저역 통과 필터(22c)에서 출력되는 제2비교 전압V_PLL2은 제1비교 전압보다 높아지고(도 2의 V_{PLL2"_"H}~에 해당하는 경우), OTA필터(10)의 중심 주파수는 원래의 설정값보다 낮아지게 된다. 이에 따라 레벨 비교기(20)는 제1비교 전압과 제2비교 전압V_PLL2의 차이에 상응하여 OTA필터(10)의 G_m의 값을 제어하는 제어 출력을 증가시켜 그의 중심 주파수가 설계된 값이 되게 한다.According to the above, when the inductance of the resistor and the capacitor is increased by the process variable, the second comparison voltage V_PLL2 output from the low pass filter 22c becomes higher than the first comparison voltage (V_ {PLL2 "_" H} ~ in FIG. 2). In this case, the center frequency of the OTA filter 10 is lower than the original set value. Accordingly, the level comparator 20 increases the control output for controlling the value of G_m of the OTA filter 10 corresponding to the difference between the first comparison voltage and the second comparison voltage V_PLL2 so that its center frequency is the designed value.

반대로, 공정 변수에 의해 저항 및 캐패시터의 인덕턴스가 감소하면 저역 통과 필터(22c)에서 출력되는 제2비교 전압 V_PLL2은 제1비교 전압 V_PLL1보다 낮아지고(도 2의 V_{PLL2"_"L}~에 해당하는 경우), OTA필터(10)의 중심 주파수는 원래의 설정값보다 높아지게 된다. 이에 따라 레벨 비교기(20)는 제1비교 전압V_PLL1과 제2비교 전압V_PLL2의 차이에 상응하여 OTA필터(10)의 G_m의 값을 제어하는 제어 출력을 감소시켜 그의 중심 주파수가 설계된 값이 되게 한다.On the contrary, when the inductance of the resistor and the capacitor are reduced by the process variable, the second comparison voltage V_PLL2 output from the low pass filter 22c is lower than the first comparison voltage V_PLL1 (V_ {PLL2 "_" L}-in FIG. 2). In this case, the center frequency of the OTA filter 10 is higher than the original set value. Accordingly, the level comparator 20 reduces the control output for controlling the value of G_m of the OTA filter 10 corresponding to the difference between the first comparison voltage V_PLL1 and the second comparison voltage V_PLL2 so that the center frequency thereof becomes the designed value. .

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 OTA필터의 중심 주파수 제어 장치는 PLL을 사용하여 공정 변수의 크기를 검출하고, 이에 상응하여 OTA필터의 중심 주파수를 보상함으로써 공정 변수에 상관없이 OTA필터의 중심 주파수를 정확하게 유지시키는 이점을 가진다.As described above, the apparatus for controlling the center frequency of the OTA filter according to the present invention detects the magnitude of the process variable using a PLL, and compensates the center frequency of the OTA filter accordingly, thereby adjusting the center frequency of the OTA filter regardless of the process variable. Has the advantage of keeping accurate.

Claims

In the center frequency control device for maintaining the center frequency of the OTA filter provided on the semiconductor chip irrespective of the process variable,

A PLL for outputting comparison voltages V_PLL1 and V_PLL2 determined depending on a process variable;

A level comparator for generating a control output for controlling a center frequency of an OTA filter corresponding to the difference of the comparison voltages V_PLL1 and V_PLL2;

Wherein the PLL comprises a voltage controlled oscillator providing an oscillation output corresponding to a control voltage applied thereto; A phase detector for outputting a phase difference signal representing a difference component between the oscillation output and an input frequency signal; A low pass filter having an offset determined by a reference voltage and a process variable and providing an output based on the phase difference signal and the offset;

The level comparator may include a first oscillation frequency corresponding to a first comparison voltage V_PLL1 output from the low pass filter when an input frequency signal is not applied to the phase detector and an offset appearing when the process variable is not affected by the phase detector. And a control output corresponding to the difference component of the second comparison voltage V_PLL2 output from the low pass filter when an input frequency signal having an equal frequency is applied.