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KR100665006B1 - Phase locked loop device - Google Patents

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KR100665006B1
KR100665006B1 KR1020040090329A KR20040090329A KR100665006B1 KR 100665006 B1 KR100665006 B1 KR 100665006B1 KR 1020040090329 A KR1020040090329 A KR 1020040090329A KR 20040090329 A KR20040090329 A KR 20040090329A KR 100665006 B1 KR100665006 B1 KR 100665006B1
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이수웅
이진택
문요섭
신성철
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Abstract

본 발명은 발진주파수의 변하율에 따라서 전하펌프의 전류량을 조정함으로서 루프의 안정도 및 루프의 대역폭을 최적화하여 동기속도를 최적화시킬 수 있는 위상 동기 루프 장치에 관한 것으로서, 그 기술적 구성은 입력 전압에 비례하는 주파수를 출력하는 전압제어발진기; 위상동기의 기준이 되는 기준신호를 발생시키는 기준신호발생기; 분주비 제어신호에 따라서 분주비가 가변되며 상기 전압제어발진기의 출력신호를 상기 설정된 분주비로 분주하여 저주파신호로 변환하는 출력분주기; 상기 출력분주기에서 분주된 출력신호와 상기 기준신호발생기로부터 출력된 기준신호의 위상을 비교하여 위상차에 해당하는 펄스신호를 출력하는 위상검출기; 상기 출력분주기에서 분주된 출력신호와 상기 기준신호발생기로부터 출력된 기준신호의 위상을 비교하여 동기여부를 판단하는 록 검출기; 상기 출력분주기로 인가되는 분주비 제어신호를 입력받아 발진주파수의 변화율에 대응하는 분주비 변화율을 검출하는 분주비 검출기; 상기 위상검출기에 검출된 위상차와, 록검출기에서 검출된 동기여부와, 상기 분주비검출기에서 검출된 발진주파수의 변화율에 따라서 전류량을 조정하여, 위상검출기의 위상차신호를 전류신호로 변환하는 전하펌프; 상기 전하펌프에서 변환된 전류신호를 전압신호로 변환하여 상기 전압제어발진기의 주파수제어전압으로 인가하면서 루프에 혼입된 잡음을 제거하는 루프필터를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a phase locked loop device capable of optimizing the synchronous speed by optimizing the stability of the loop and the bandwidth of the loop by adjusting the amount of current of the charge pump according to the rate of change of the oscillation frequency, the technical configuration of which is proportional to the input voltage. A voltage controlled oscillator for outputting a frequency; A reference signal generator for generating a reference signal as a reference for phase synchronization; An output divider for varying the division ratio according to the division ratio control signal and for dividing the output signal of the voltage controlled oscillator into the set division ratio and converting it into a low frequency signal; A phase detector for comparing a phase of an output signal divided by the output divider with a phase of a reference signal output from the reference signal generator and outputting a pulse signal corresponding to a phase difference; A lock detector for comparing synchronization with an output signal divided by the output divider and a phase of a reference signal output from the reference signal generator to determine whether to synchronize; A division ratio detector configured to receive a division ratio control signal applied to the output divider and detect a division ratio change rate corresponding to a change rate of an oscillation frequency; A charge pump for converting the phase difference signal of the phase detector into a current signal by adjusting the amount of current in accordance with the phase difference detected by the phase detector, whether or not synchronization is detected by the lock detector, and the rate of change of the oscillation frequency detected by the frequency division detector; And a loop filter converting the current signal converted by the charge pump into a voltage signal and applying the frequency control voltage of the voltage controlled oscillator to remove noise mixed in the loop.

전압제어발진기, 위상동기루프, 루프 대역폭, 동기속도, 잡음Voltage controlled oscillators, phase locked loops, loop bandwidth, sync speed, noise

Description

위상 동기 루프 장치{Apparatus for phase lock loop}Phase lock loop device {Apparatus for phase lock loop}

도 1은 위상 동기 루프의 기본 구성을 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram showing the basic configuration of a phase locked loop.

도 2는 종래 위상 동기 루프의 개선된 구조를 나타낸 블럭도이다.2 is a block diagram illustrating an improved structure of a conventional phase locked loop.

도 3은 본 발명에 의한 위상 동기 루프 장치를 나타낸 블럭도이다.3 is a block diagram showing a phase locked loop device according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 위상 동기 루프에 있어서, 분주비 검출부의 상세 구성을 나타낸 논리회로도이다.4 is a logic circuit diagram showing a detailed configuration of a frequency division detection unit in a phase locked loop according to the present invention.

도 5는 본 발명에 의한 위상 동기 루프에 있어서, 개선된 차지펌프의 회로구성을 보인 회로도이다.5 is a circuit diagram showing a circuit configuration of an improved charge pump in a phase locked loop according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

30 : 전압제어발진기 31 : 기준신호발생기30: voltage controlled oscillator 31: reference signal generator

32 : 출력분주기 33 : 위상검출기32: output divider 33: phase detector

34 : 록(lock) 검출기 35 : 분주비 검출기34: lock detector 35: dividing ratio detector

36 : 전하펌프 37 : 루프필터36: charge pump 37: loop filter

본 발명은 위상 동기 루프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발진주파수의 변화율에 따라서 전하펌프의 전류량을 조정함으로서 루프의 안정도 및 루프의 대역폭을 최적화하여 동기속도를 최적화시킬 수 있는 위상 동기 루프 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a phase-locked loop, and more particularly, to a phase-locked loop device capable of optimizing the synchronous speed by optimizing the stability of the loop and the bandwidth of the loop by adjusting the current amount of the charge pump according to the rate of change of the oscillation frequency. will be.

위상 동기 루프(phase locked loop)는 소정 주파수의 발진주파수를 발생시키는데 있어서, 전압제어발진기의 발진주파수의 위상과 기준주파수의 위상을 비교하여 발진주파수의 위상을 기준 클럭에 동기시켜, 주파수 가변을 수행하고, 위상이 고정된 안정된 발진주파수를 출력하는 것이다.A phase locked loop generates an oscillation frequency of a predetermined frequency, and compares the phase of the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator with the phase of the reference frequency to synchronize the phase of the oscillation frequency with the reference clock to perform frequency variation. It outputs a stable oscillation frequency with a fixed phase.

이런 위상 동기 루프 장치는 기본적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 입력 전압에 비례하는 주파수를 출력하는 전압제어발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)(10)와, 기준 주파수(예를 들어, 4MHz)의 기준클럭을 발생시키는 기준신호발생기(11)와, 선택된 발진주파수에 대응하는 분주비로 설정되어 상기 전압제어발진기(10)의 출력신호(fo)를 상기 설정된 분주비로 분주하여 저주파신호로 변환하는 출력분주기(12)와, 상기 출력분주기(12)에서 분주된 출력신호와 상기 기준신호발생기(11)로부터 출력된 기준신호의 위상을 비교하여 위상차에 해당하는 펄스신호를 출력하는 위상검출기(Phase Detector, PD)(13)와, 상기 위상검출기(13)로부터 출력되는 위상차에 대응하는 펄스신호에 따라서 전류량을 조정하여 위상차에 비례한 전류신호를 발생시키는 차지펌프(charge pump)(14)와, 루프에 포함된 잡음신호를 제거하며 상기 차지펌프(14)의 전류신호를 상기 VCO(10)에 주파수 제어전압으로 인가하는 루프필터(Loop Filter, LP)(15)로 이루어진다.Such a phase locked loop device basically includes a voltage controlled oscillator (VCO) 10 that outputs a frequency proportional to an input voltage and a reference frequency (for example, 4 MHz) as shown in FIG. 1. A reference signal generator 11 for generating a reference clock, and an output ratio for dividing the output signal fo of the voltage controlled oscillator 10 into the set division ratio by converting the output signal fo of the voltage controlled oscillator 10 into the divided frequency ratio and converting it into a low frequency signal; Phase detector for comparing the phase of the period 12, the output signal divided by the output divider 12 and the phase of the reference signal output from the reference signal generator 11 to output a pulse signal corresponding to the phase difference (Phase Detector) PD (13) and a charge pump (14) for generating a current signal proportional to the phase difference by adjusting the amount of current in accordance with the pulse signal corresponding to the phase difference output from the phase detector (13), A loop filter (LP) 15 removes a noise signal included in a loop and applies a current signal of the charge pump 14 to the VCO 10 as a frequency control voltage.

상기에서, 기준신호발생부(11)는 안정된 기준 클럭신호를 발생시키기 위하여, 안정된 동작특성을 나타내는 크리스탈 공진기(11a)와 연결되어 소정의 주파수신호를 발생시키는 발진기(11b)와, 상기 발진기(11b)에서 발생된 주파수 신호를 설정된 분주비로 분주하여 기준 주파수를 갖는 클럭신호를 출력하는 기준분주기(11c)로 이루어진다.In the above, the reference signal generator 11 is connected to a crystal resonator 11a exhibiting stable operation characteristics to generate a stable reference clock signal, and an oscillator 11b for generating a predetermined frequency signal, and the oscillator 11b. And a frequency divider 11c for dividing the frequency signal generated by the multiplier at a predetermined frequency division ratio and outputting a clock signal having a reference frequency.

그리고, 출력분주기(12)는 위상비교가 가능토록 하기 위하여 전압제어발진기(10)의 높은 출력 주파수(fo)를 기준 신호과 같은 주파수를 갖도록 분주하는 것으로서, 분주비 제어신호에 따라서 분주비가 조정되는 프로그래머블 분주기로 예를 들어 펄스 스왈로우 방식 분주기를 사용한다. 상기 출력분주기(12)로 인가되는 분주비 제어신호는 발진주파수의 가변에 따라서 변화된다.In addition, the output divider 12 divides the high output frequency fo of the voltage controlled oscillator 10 to have the same frequency as the reference signal in order to enable phase comparison, and the division ratio is adjusted according to the division ratio control signal. As a programmable divider, for example, a pulse swirl dispenser is used. The division ratio control signal applied to the output divider 12 is changed according to the variation of the oscillation frequency.

이러한 위상동기루프에 있어서, 빠른 발진주파수의 변화를 위하여 위상동기속도를 적절히 조절할 필요가 있다.In such a phase locked loop, it is necessary to appropriately adjust the phase locked speed in order to change the oscillation frequency quickly.

도 2는 이를 위해 개선된 종래 위상동기루프장치의 구성을 나타낸 것이다.Figure 2 shows the configuration of the conventional phase-locked loop device improved for this.

상기 도 2를 참조하면, 개선된 위상동기루프는 앞서 설명한 바와 같이 동작하는 VCO(20)와, 기준신호발생기(21)와, 출력분주기(22)와, 위상검출기(23)와, 전하펌프(25)와, 루프필터(26)로 이루어진 위상동기루프 장치에 있어서, 상기 위상검출기(23)의 위상 검출 결과로부터 동기가 이루어졌는지의 여부를 판단하는 록검출기(24)를 더 구비하고, 상기 록검출기(24)에서 검출된 동기여부에 따라서 상기 전하 펌프(25)의 전류량과 루프필터(26)의 필터대역폭을 조절함으로서, 루프의 전체 대역폭을 조절한다.Referring to FIG. 2, the improved phase locked loop includes a VCO 20, a reference signal generator 21, an output divider 22, a phase detector 23, and a charge pump operating as described above. (25) and a phase synchronous loop device comprising a loop filter (26), further comprising a lock detector (24) for determining whether or not synchronization is achieved from the phase detection result of the phase detector (23), and The total bandwidth of the loop is adjusted by adjusting the amount of current in the charge pump 25 and the filter bandwidth of the loop filter 26 according to the synchronization detected by the lock detector 24.

상기 구성에 있어서, 동기속도의 조절은 두가지 방식으로 이루어지는데, 첫번째는, 록검출기(24)의 검출결과 위상동기상태가 아니면, 전하펌프(25)에 가해지는 전류량을 증가시켜 전체 루프의 대역폭을 넓히고 그 결과 동기시간을 증가시며, 반대로 위상 동기상태라면, 전하 펌프(25)에 흐르는 전류량을 감소시켜 동기시간을 느리게 한다. 두번째는, 상기 록검출기(24)의 검출결과에 따라서, 루프필터(26)의 필터대역폭을 조절함으로서, 전체 루프의 대역폭을 조절하고, 그 결과 동기속도를 조절한다.In the above configuration, the synchronous speed is adjusted in two ways. First, if the detection of the lock detector 24 is not in the phase synchronous state, the amount of current applied to the charge pump 25 is increased to increase the bandwidth of the entire loop. As a result, the synchronizing time is increased, and conversely, in the case of phase synchronizing, the amount of current flowing through the charge pump 25 is reduced to slow the synchronizing time. Second, by adjusting the filter bandwidth of the loop filter 26 according to the detection result of the lock detector 24, the bandwidth of the entire loop is adjusted, and as a result, the synchronous speed is adjusted.

그런데, 상술한 종래의 구조는 단지 동기여부에 따라서만 동기속도를 조절하는 것이기 때문에, 동기가 이루지지 않은 상태에서 동기속도를 증가시켜 보다 빠른 동기가 이루어지도록 할 수는 있으나, 모든 발진주파수 대역에서 최적의 동기시간을 갖을 수 없다. By the way, since the above-described conventional structure adjusts the synchronous speed only according to synchronization, it is possible to increase the synchronous speed in the unsynchronized state so that faster synchronization can be achieved, but in all oscillation frequency bands. There is no optimal sync time.

예를 들어 설명하면, 고주파대역에서는 최적의 동기시간을 갖기 위해서는 전하펌프(25)에 높은 전류이득을 가져야 하는데, 이렇게 높은 전류 이득으로 설정하는 경우, 저주파 발진시 루프이득이 너무 커져 루프의 안정도를 벗어나고 그 결과 동기가 틀어질 수 있다.For example, in the high frequency band, in order to have an optimal synchronizing time, the charge pump 25 should have a high current gain. If this high current gain is set, the loop gain becomes too large during low frequency oscillation so that the stability of the loop is improved. And as a result, motivation can be out of sync.

따라서, 종래에는 위상동기가 이루어지지 않은 상태에서의 루프 대역폭을, 저주파수와 고주파수 각각에서 요구되는 루프대역폭의 평균값으로 설정함으로서, 루프 안정도를 벗어나지 않도록 하고 있으나, 이 경우, 최적의 동기속도를 갖지 못 하게 된다는 문제점이 있다.Therefore, conventionally, the loop bandwidth without phase synchronization is set to an average value of the loop bandwidth required at each of the low frequency and the high frequency so as not to deviate from the loop stability, but in this case, the optimum synchronization speed is not obtained. There is a problem.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 발진주파수의 변하율에 따라서 전하펌프의 전류량을 조정함으로서 루프의 안정도 및 루프의 대역폭을 최적화하여 동기속도를 최적화시킬 수 있는 위상 동기 루프 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and its object is to optimize the synchronous speed by optimizing the stability of the loop and the bandwidth of the loop by adjusting the current amount of the charge pump according to the rate of change of the oscillation frequency. It is to provide a phase locked loop device.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 의한 위상 동기 루프 장치는As a construction means for achieving the above object of the present invention, the phase locked loop device according to the present invention

입력 전압에 비례하는 주파수를 출력하는 전압제어발진기;A voltage controlled oscillator for outputting a frequency proportional to the input voltage;

위상동기의 기준이 되는 기준신호를 발생시키는 기준신호발생기;A reference signal generator for generating a reference signal as a reference for phase synchronization;

분주비 제어신호에 따라서 분주비가 가변되며 상기 전압제어발진기의 출력신호를 상기 설정된 분주비로 분주하여 저주파신호로 변환하는 출력분주기;An output divider for varying the division ratio according to the division ratio control signal and for dividing the output signal of the voltage controlled oscillator into the set division ratio and converting it into a low frequency signal;

상기 출력분주기에서 분주된 출력신호와 상기 기준신호발생기로부터 출력된 기준신호의 위상을 비교하여 위상차에 해당하는 펄스신호를 출력하는 위상검출기;A phase detector for comparing a phase of an output signal divided by the output divider with a phase of a reference signal output from the reference signal generator and outputting a pulse signal corresponding to a phase difference;

상기 출력분주기에서 분주된 출력신호와 상기 기준신호발생기로부터 출력된 기준신호의 위상을 비교하여 동기여부를 판단하는 록 검출기;A lock detector for comparing synchronization with an output signal divided by the output divider and a phase of a reference signal output from the reference signal generator to determine whether to synchronize;

상기 출력분주기로 인가되는 분주비 제어신호를 입력받아 발진주파수의 변화율에 대응하는 분주비 변화율을 검출하는 분주비 검출기;A division ratio detector configured to receive a division ratio control signal applied to the output divider and detect a division ratio change rate corresponding to a change rate of an oscillation frequency;

상기 위상검출기에 검출된 위상차와, 록검출기에서 검출된 동기여부와, 상기 분주비검출기에서 검출된 발진주파수의 변화율에 따라서 전류량을 조정하여, 위상검출기의 위상차신호를 전류신호로 변환하는 전하펌프;A charge pump for converting the phase difference signal of the phase detector into a current signal by adjusting the amount of current in accordance with the phase difference detected by the phase detector, whether or not synchronization is detected by the lock detector, and the rate of change of the oscillation frequency detected by the frequency division detector;

상기 전하펌프에서 변환된 전류신호를 전압신호로 변환하여 상기 전압제어발진기의 주파수제어전압으로 인가하면서 루프에 혼입된 잡음을 제거하는 루프필터를 포함하여 이루어진다.And a loop filter converting the current signal converted by the charge pump into a voltage signal and applying the frequency control voltage of the voltage controlled oscillator to remove noise mixed in the loop.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the annexed drawings, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

도 3은 본 발명에 의한 위상동기루프장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.3 is a block diagram showing the configuration of the phase-locked loop device according to the present invention.

상기 도 3을 참조하면, 본 발명의 위상 동기 루프 장치는, 입력 전압에 비례하는 주파수를 출력하는 전압제어발진기(30)와, 위상동기의 기준이 되는 기준 주파수(예를 들어, 4MHz)의 기준클럭을 발생시키는 기준신호발생기(31)와, 분주비 제어신호에 따라서 분주비가 가변되며 상기 전압제어발진기(30)의 출력신호(fo)를 상기 설정된 분주비로 분주하여 저주파신호로 변환하는 출력분주기(32)와, 상기 출력분주기(32)에서 분주된 출력신호와 상기 기준신호발생기(31)로부터 출력된 기준신호의 위상을 비교하여 위상차에 해당하는 펄스신호를 출력하는 위상검출기(33)와, 상기 출력분주기(32)에서 분주된 출력신호와 상기 기준신호발생기(31)로부터 출력된 기준신호의 위상을 비교하여 동기여부를 판단하는 록 검출기(34)와, 상기 출력분주 기(32)로 인가되는 분주비 제어신호를 입력받아 발진주파수의 변화율에 대응하는 분주비 변화율을 검출하는 분주비 검출기(35)와, 상기 위상검출기(33)에 검출된 위상차와 록검출기(34)에서 검출된 동기여부와 상기 분주비검출기(35)에서 분주비 변화율에 따라서 전류량을 조정하여, 위상차를 전류신호로 변환하는 전하펌프(36)와, 상기 전하펌프(36)에서 변환된 전류신호를 전압신호로 변환하여 상기 전압제어발진기(30)의 주파수제어전압으로 인가하면서 루프에 혼입된 잡음을 제거하는 루프필터(37)로 이루어진다.Referring to FIG. 3, the phase locked loop device of the present invention includes a voltage controlled oscillator 30 for outputting a frequency proportional to an input voltage and a reference frequency (for example, 4 MHz) as a reference for phase synchronization. The frequency division ratio is varied according to the reference signal generator 31 for generating a clock and the division ratio control signal, and an output divider for dividing the output signal fo of the voltage controlled oscillator 30 at the set division ratio and converting it into a low frequency signal. (32), and a phase detector (33) for outputting a pulse signal corresponding to a phase difference by comparing the phase of the output signal divided by the output divider (32) and the reference signal output from the reference signal generator (31); And a lock detector 34 for comparing synchronization with the phase of the output signal divided by the output divider 32 and the reference signal output from the reference signal generator 31, and the output divider 32. Dispensing costs authorized by A division ratio detector 35 that detects a division ratio change rate corresponding to the rate of change of the oscillation frequency by receiving the input signal, and whether the phase difference detected by the phase detector 33 and the synchronization detected by the lock detector 34 are equal to the division rate; The non-detector 35 adjusts the amount of current according to the division ratio change rate, converts a phase difference into a current signal, and converts the current signal converted by the charge pump 36 into a voltage signal to control the voltage. Loop filter 37 is applied to the frequency control voltage of the oscillator 30 to remove noise mixed in the loop.

즉, 상기 구성된 위상 동기 루프 장치는 발진주파수를 가변하고, 발진주파수의 위상을 고정시키는 동작을 수행하는데 있어서, 동기여부 및 발진주파수의 변화율에 따라서 동기속도를 최적으로 조정하면서 루프 안정도를 유지시킨다.That is, the configured phase-locked loop device varies the oscillation frequency and performs the operation of fixing the phase of the oscillation frequency, and maintains loop stability while optimally adjusting the synchronizing speed according to synchronization and the rate of change of the oscillation frequency.

이를 위하여, 상기 록검출기(34)는 출력되는 발진주파수의 위상이 동기되었는지의 여부를 검출하고, 분주비검출기(35)는 출력되는 발진주파수에 대응하는 출력분주기(32)의 분주비를 검출하며, 전하펌프(36)는 위상차, 동기여부 및 발진주파수의 변화율에 따라서 전류량을 조정하도록 구성된다.To this end, the lock detector 34 detects whether the phase of the oscillation frequency output is synchronized, and the divider ratio detector 35 detects the division ratio of the output divider 32 corresponding to the output oscillation frequency. The charge pump 36 is configured to adjust the amount of current according to the phase difference, synchronization, and rate of change of the oscillation frequency.

상기 위상동기루프장치의 구성을 더 상세하게 설명하면, 상기 전압제어발진기(30)는 버렉터다이오드와 같은 전압에 따른 캐패시턴스 가변소자를 구비하여, 전압제어신호에 따라서 발진주파수를 조정하는 것이다.The configuration of the phase-locked loop device will be described in more detail. The voltage controlled oscillator 30 is provided with a capacitance variable element corresponding to a voltage such as a varactor diode to adjust the oscillation frequency according to the voltage control signal.

그리고, 기준신호발생기(31)는 위상동기를 비교하기 위한 기준이 되는 소정 주파수의 기준클럭을 발생시키는 것으로서, 앞서 설명한 바와 같이, 특성이 안정된 크리스탈 공진기(31a)를 통해 소정의 주파수신호를 발생시키는 발진기(31b)와, 상기 발진기(31b)로부터 출력된 주파수신호를 분주하여 기설정된 주파수(예를 들어, 4MHz)의 기준 클럭신호를 출력하는 기준분주기(31c)로 이루어진다.The reference signal generator 31 generates a reference clock of a predetermined frequency as a reference for comparing phase synchronization. As described above, the reference signal generator 31 generates a predetermined frequency signal through the crystal resonator 31a having stable characteristics. An oscillator 31b and a reference divider 31c for dividing the frequency signal output from the oscillator 31b to output a reference clock signal of a predetermined frequency (for example, 4 MHz).

록검출기(34)는 종래와 마찬가지로, 기준신호(fr)와 분주된 출력신호(fvco)의 위상이 일치되는지를 비교하여 동기여부를 검출하는 것이므로, 그 상세 구성은 생략한다.Since the lock detector 34 compares the phases of the reference signal fr with the divided output signal fvco in the same manner as in the conventional art, the lock detector 34 detects synchronization, and thus the detailed configuration thereof is omitted.

다음으로, 분주비검출기(35)는 상기 출력분주기(32)로 인가되는 제어신호, 즉, 분주비 제어신호로부터 위상동기루프장치에서 출력하고자 하는 발진주파수의 고저를 검출하여 그에 대응하는 전하펌프(36)의 전류이득제어신호 Ndiff를 출력하기 위한 것으로서, 그 구성은 도 4에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.Next, the division ratio detector 35 detects the elevation of the oscillation frequency to be output from the phase synchronization loop device from the control signal applied to the output divider 32, that is, the division ratio control signal, and corresponds to the charge pump corresponding thereto. For outputting the current gain control signal Ndiff at 36, the configuration can be configured as shown in FIG.

도 4를 참조하면, 상기 분주비검출기(35)는 소정 비트(예를 들어, 3비트)의 분주비 제어신호 N[2:0]의 각 비트신호가 입력되는 복수의 D플립플롭(41~43)과, 상기 분주비 제어신호 N[2:0]의 각 비트신호와 해당 비트의 D플립플롭(41~43)의 출력신호를 논리조합하는 복수의 배타적 오어게이트(44~46)로 이루어진다.Referring to FIG. 4, the division ratio detector 35 includes a plurality of D flip-flops 41 to which bit signals of the division ratio control signal N [2: 0] of a predetermined bit (for example, three bits) are input. 43) and a plurality of exclusive orgates 44 to 46 which logically combine the bit signals of the division ratio control signal N [2: 0] and the output signals of the D flip-flops 41 to 43 of the corresponding bits. .

상기 분주비검출기(35)는 상기 분주비제어신호 N의 비트수와 전하펌프(36)에서 가변가능한 경우의 수에 따라서 달라진다.The division ratio detector 35 varies according to the number of bits of the division ratio control signal N and the number of cases where the charge pump 36 is variable.

도 5는 전하펌프(36)의 실시예를 나타낸 회로도이다.5 is a circuit diagram showing an embodiment of the charge pump 36.

이를 참조하면, 전하펌프(36)는 병렬로 연결되는 다수의 전류원과, 상기 전류원을 각각 온/오프 스위칭하는 다수의 스위칭소자로 이루어지는 전하펌프회로부(52)와, 상기 위상검출기(33)의 위상차신호(UPb,DN)와, 록검출기(34)의 동기상태(록상태 또는 언록상태)를 나타내는 신호(lock)와, 상기 분주비검출기(35)의 출력신호(Ndiff)에 따라서 상기 전하펌프회로부(52)의 스위칭소자를 온/오프제어하여 전류량을 조절하기 위한 스위칭제어부(51)로 이루어진다.Referring to this, the charge pump 36 is composed of a plurality of current sources connected in parallel, a plurality of switching elements for switching the current source on / off, respectively, the charge pump circuit unit 52 and the phase difference between the phase detector 33 The charge pump circuit part in accordance with the signals UPb and DN, a signal indicating a synchronous state (lock state or unlock state) of the lock detector 34, and an output signal Ndiff of the frequency division detector 35. A switching control unit 51 for controlling the amount of current by controlling the switching element of (52) on / off.

더 구체적으로, 전하펌프(36)의 스위칭제어부(51)는 상기 동기상태신호(lock)와 상기 위상검출기(33)의 업 위상차신호(UPb)를 논리합하여 인버팅하는 복수의 노어게이트(511~513)와, 상기 노어게이트(511~513)의 출력신호와 상기 분주비검출기(35)의 출력신호의 각 비트신호(Ndiff[2:0])을 논리곱하여 인버팅하는 복수의 낸드게이트(514~516)와, 상기 동기상태신호의 역신호(

Figure 112006046497358-pat00001
)와 위상검출기(33)의 다운 위상차신호(DN)을 논리곱하는 복수의 앤드게이트(517~519)와, 상기 복수의 앤드게이트(517~519)의 출력신호와 상기 분주비검출기(35)의 출력신호를 비트단위로 논리곱하는 복수의 앤드게이트(520~522)로 이루어진다.More specifically, the switching control unit 51 of the charge pump 36 includes a plurality of NOR gates 511 to invert and invert the synchronization state signal lock and the up phase difference signal UPb of the phase detector 33. 513 and a plurality of NAND gates 514 for inverting the bit signals Ndiff [2: 0] of the output signals of the NOR gates 511 to 513 and the output signal of the frequency division detector 35. 516) and an inverse signal of the synchronization state signal (
Figure 112006046497358-pat00001
) And a plurality of AND gates 517 to 519 for ANDing the down phase difference signal DN of the phase detector 33, output signals of the plurality of AND gates 517 to 519, and the frequency division detector 35. It consists of a plurality of AND gates 520 to 522 that logically multiply the output signal bit by bit.

그리고, 전하펌프회로부(52)는 전원단(VDD)에 동시에 연결되는 복수의 제1전류원(I1~I4)와, 상기 복수의 전류원(I1~I4)와 접지단사이에 구비되는 복수의 제2전류원(I5~I8)과, 상기 복수의 제1전류원(I1~I4)와 전원단(VDD) 사이 및 제2전류원(I5~I8)과 접지단사이에 구비되어 상기 스위칭제어부(51)의 제어신호에 따라서 온/오프 동작하는 복수의 스위칭소자(M1~M8)로 이루어진다.The charge pump circuit 52 includes a plurality of first current sources I1 to I4 connected to the power supply terminal VDD at the same time, and a plurality of second currents provided between the plurality of current sources I1 to I4 and the ground terminal. The current source I5 to I8 and the plurality of first current sources I1 to I4 and the power supply terminal VDD, and between the second current source I5 to I8 and the ground terminal to control the switching controller 51. It consists of a plurality of switching elements M1 to M8 that operate on / off in response to a signal.

상기 전하펌프(36)의 스위칭제어부(51)의 구성은 상기 분주비검출기(35)의 출력비트와 전하펌프회로부(52)의 제어대상 전류원의 수에 따라서 달라진다.The configuration of the switching control unit 51 of the charge pump 36 varies depending on the output bit of the frequency division detector 35 and the number of current sources to be controlled by the charge pump circuit unit 52.

상기 도 4 및 도 5에 보인 실시예는 가장 간단한 구조로서, 분주비 제어신호 가 3비트 신호로서, 상기 각 비트에 전하펌프(36)의 복수 전류원을 일대 일 대응시켜 제어하는 경우의 구성예를 보인 것이다.4 and 5 have the simplest structure, and the division ratio control signal is a 3-bit signal, and a configuration example in which a plurality of current sources of the charge pump 36 are controlled in one-to-one correspondence with each bit is shown. It is seen.

상기와 같이 구성된 위상 동기 루프 장치의 동작은 다음과 같다.The operation of the phase locked loop device configured as described above is as follows.

이하의 설명에서 기준주파수fr은 10MHz로 가정한다.In the following description, it is assumed that the reference frequency fr is 10 MHz.

이때, 첫번째의 경우는, 발진주파수 fvco를 10MHz(이때, 출력분주기(32)의 분주비 N 은 1이며, 분주비 제어신호는 3비트로 '001'이다)에서 70MHz(분주비 N은 7이고, 분주비 제어신호는 111이다)로 가변하고, 두번째의 경우, 10MHz에서 20MHz(분주비 N은 2이고, 분주비 제어신호는 010이다)로 가변한다고 한다.At this time, in the first case, the oscillation frequency fvco is 10 MHz (in this case, the division ratio N of the output divider 32 is 1, and the division ratio control signal is 3 bits '001') and 70 MHz (the division ratio N is 7). And the division ratio control signal is 111. In the second case, the division ratio is varied from 10 MHz to 20 MHz (the division ratio N is 2 and the division ratio control signal is 010).

상기 10MHz에서 70MHz로 가변하는 경우는, 10MHz에서 20MHz보다 주파수변화폭이 크므로, 동기속도를 더 향상시켜야 하며, 이를 위해 전하펌프(36)의 전류량을 더 많이 흘려주어야 하며, 이러한 작용은 다음과 같이 이루어진다.In the case of varying from 10MHz to 70MHz, since the frequency change is greater than 10MHz to 20MHz, the synchronous speed should be further improved, and for this purpose, the current amount of the charge pump 36 must be flowed more. Is done.

먼저, 10MHz에서 70MHz로 가변하는 경우, 분주비제어신호는 001에서 111로 변화된다. 따라서, 상기 분주비검출기(35)에서 복수의 D 플립플롭(41~43)은 분주비제어신호를 한주기 지연시켜 출력하게 됨으로서, 배타적 오어게이트(44~46)에서, 001과 111이 각 비트별로 논리조합된다. 따라서, 분주비검출기(35)의 출력신호 Ndiff는 110이 된다. 반대로, 10MHz에서 20MHz로 가변하는 경우, 분주비제어신호는 001에서 101으로 변화되어, 분주비검출기(25)의 출력신호 Ndiff가 100이 된다.First, when varying from 10 MHz to 70 MHz, the division ratio control signal is changed from 001 to 111. Therefore, the plurality of D flip-flops 41 to 43 output the divided ratio control signal by one period in the division ratio detector 35, so that in the exclusive or gates 44 to 46, 001 and 111 are bits. Not logically combined. Accordingly, the output signal Ndiff of the frequency division detector 35 is 110. On the contrary, in the case of varying from 10 MHz to 20 MHz, the division ratio control signal is changed from 001 to 101, so that the output signal Ndiff of the division ratio detector 25 becomes 100.

그리고, 상기 전화펌프(36)에서, 스위칭소자(M1,M5)는 각각 위상차신호(UPb, DN)에 의하여 서로 반대로 온/오프 동작하여, 전류원 I1 혹은 I5를 루프필터(37)에 연결시킨다. 즉, 전하펌프(36)에서 기본적으로 전류원 I1, I5에 의한 전류이득으로 위상차신호를 전류신호로 변환한다. 동시에, 상기 전화펌프(36)는, 동기상태가 아니고(lock=0), 분주비검출기(35)의 출력신호가 1이고, 위상차신호(UP=1 또는 DN=1)이 발생이 동시에 만족되면, 스위칭 제어신호(Isourcing, Isinking)가 로우레벨이 되어, 대응하는 스위칭소자(M2~M4,M6~M8)를 온시킨다. 즉, 위상동기가 안이루어진 경우, 상기 분주비검출기(35)에서 검출된 분주비에 따라서 전류량을 더 증가시킨다.In the telephone pump 36, the switching elements M1 and M5 operate on / off oppositely to each other by the phase difference signals UPb and DN, respectively, to connect the current source I1 or I5 to the loop filter 37. That is, the charge pump 36 basically converts the phase difference signal into a current signal by the current gain by the current sources I1 and I5. At the same time, when the telephone pump 36 is not synchronized (lock = 0), and the output signal of the frequency division detector 35 is 1 and the phase difference signal (UP = 1 or DN = 1) is generated at the same time, it is satisfied. The switching control signals (Isourcing, Isinking) are at a low level to turn on the corresponding switching elements M2 to M4 and M6 to M8. That is, when phase synchronization is not achieved, the amount of current is further increased according to the division ratio detected by the division ratio detector 35.

예를 들어, 분주비검출신호 Ndiff가 110인 경우, 위상동기가 이루어지지 않았을때, 스위칭제어신호(Isourcing 혹은 Isinking)은 001이 되어, 스위칭소자(M2,M3 혹은 M6,M7)을 온시켜, 전하펌프(36)의 전류량은 I1+I2+I3 혹은 I5+I6+I7로 증가된다. 반대로, 분주비검출신호 Ndiff가 100인 경우, 위상동기가 이루어지지 않았을때, 스위칭제어신호(Isourcing 혹은 Isinking)는 011이 되어, 스위칭 소자(M2 혹은 M6)을 온시켜, 전하펌프(36)의 전류량은 I1+I2 혹은 I5+I6로 된다. 이를 비교하면, 발진주파수가 10MHz에서 70MHz로 변화되는 경우가, 10MHz에서 20MHz로 변화되는 경우가 전하펌프(36)의 전류량이 더 큼을 알 수 있다. 따라서, 발진주파수가 더 크게 가변되는 경우, 루프 대역폭(loop bandwidth)을 증가시켜, 동기속도를 더 빨리할 수 있으며, 발진주파수가 작게 가변되는 경우, 루프대역폭을 감소시키고, 동기속도를 줄여, 루프안정도가 악화되지 않도록 할 수 있다.For example, when the division ratio detection signal Ndiff is 110, when phase synchronization is not performed, the switching control signal (Isourcing or Isinking) becomes 001, and the switching elements M2, M3 or M6, M7 are turned on, The amount of current in the charge pump 36 is increased to I1 + I2 + I3 or I5 + I6 + I7. On the contrary, when the division ratio detection signal Ndiff is 100, when phase synchronization is not achieved, the switching control signal (Isourcing or Isinking) becomes 011, the switching element M2 or M6 is turned on, and the charge pump 36 is turned on. The amount of current is I1 + I2 or I5 + I6. In comparison, when the oscillation frequency is changed from 10 MHz to 70 MHz, the current amount of the charge pump 36 is greater when the oscillation frequency is changed from 10 MHz to 20 MHz. Therefore, when the oscillation frequency is changed larger, the loop bandwidth can be increased to make the synchronization speed faster, and when the oscillation frequency is changed smaller, the loop bandwidth is reduced and the synchronization speed is reduced, the loop Stability can be prevented from deteriorating.

그리고, 상기 전하펌프(36)는 위상동기가 이루어진 경우, 최소한의 기본 전 류(I1 혹은 I5)가 흐르도록 함으로서, 잡음특성을 좋게 한다.In addition, when the charge pump 36 has a phase synchronization, the minimum basic current (I1 or I5) flows, thereby improving the noise characteristics.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 구성은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 범위에서 벗어나지 않은 한 여러가지 변형 및 응용이 이루어질 수 있다.On the other hand, in the above description of the present invention has been described with respect to specific embodiments, various modifications and applications can be made without departing from the scope of the present invention is not limited to the above embodiments and the configuration of the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명은 위상동기루프에 있어서 발진주파수의 변화율에 비례하여 전하펌프의 전류량을 증가시킬 수 있으며, 그 결과, 발진주파수가 큰 폭으로 가변되는 경우 루프대역폭을 증가시켜 고속동기를 가능케 하며, 발진주파수 변화폭이 작은 경우, 루프대역폭을 감소시켜 잡음특성을 개선하는 등에 의하여, 발진주파수의 변화율에 따라 최적의 동기속도를 제공할 수 있는 우수한 효과가 있다.As described above, the present invention can increase the amount of current of the charge pump in proportion to the rate of change of the oscillation frequency in the phase-locked loop. As a result, when the oscillation frequency is varied greatly, the loop bandwidth is increased to increase the high speed synchronization. When the oscillation frequency change is small, by reducing the loop bandwidth to improve the noise characteristic, there is an excellent effect of providing the optimum synchronous speed according to the rate of change of the oscillation frequency.

Claims (4)

입력 전압에 비례하는 주파수를 출력하는 전압제어발진기;A voltage controlled oscillator for outputting a frequency proportional to the input voltage; 위상동기의 기준이 되는 기준신호를 발생시키는 기준신호발생기;A reference signal generator for generating a reference signal as a reference for phase synchronization; 분주비 제어신호에 따라서 분주비가 가변되며 상기 전압제어발진기의 출력신호를 상기 설정된 분주비로 분주하여 저주파신호로 변환하는 출력분주기;An output divider for varying the division ratio according to the division ratio control signal and for dividing the output signal of the voltage controlled oscillator into the set division ratio and converting it into a low frequency signal; 상기 출력분주기에서 분주된 출력신호와 상기 기준신호발생기로부터 출력된 기준신호의 위상을 비교하여 위상차에 해당하는 펄스신호를 출력하는 위상검출기;A phase detector for comparing a phase of an output signal divided by the output divider with a phase of a reference signal output from the reference signal generator and outputting a pulse signal corresponding to a phase difference; 상기 출력분주기에서 분주된 출력신호와 상기 기준신호발생기로부터 출력된 기준신호의 위상을 비교하여 동기여부를 판단하는 록 검출기;A lock detector for comparing synchronization with an output signal divided by the output divider and a phase of a reference signal output from the reference signal generator to determine whether to synchronize; 상기 출력분주기로 인가되는 분주비 제어신호를 입력받아 발진주파수의 변화율에 대응하는 분주비 변화율을 검출하는 분주비 검출기;A division ratio detector configured to receive a division ratio control signal applied to the output divider and detect a division ratio change rate corresponding to a change rate of an oscillation frequency; 상기 위상검출기에 검출된 위상차와, 록검출기에서 검출된 동기여부와, 상기 분주비검출기에서 검출된 발진주파수의 변화율에 따라서 전류량을 조정하여, 위상검출기의 위상차신호를 전류신호로 변환하는 전하펌프;A charge pump for converting the phase difference signal of the phase detector into a current signal by adjusting the amount of current in accordance with the phase difference detected by the phase detector, whether or not synchronization is detected by the lock detector, and the rate of change of the oscillation frequency detected by the frequency division detector; 상기 전하펌프에서 변환된 전류신호를 전압신호로 변환하여 상기 전압제어발진기의 주파수제어전압으로 인가하면서 루프에 혼입된 잡음을 제거하는 루프필터를 포함하는 위상 동기 루프 장치.And a loop filter converting the current signal converted by the charge pump into a voltage signal and applying a frequency control voltage of the voltage controlled oscillator to remove noise mixed in the loop. 제 1 항에 있어서, 상기 분주비 검출기는 The method of claim 1, wherein the division ratio detector 소정 비트의 분주비 제어신호의 각 비트신호를 입력받아 한 클럭주기만큼 지연시키는 복수의 D플립플롭(41~43)과,A plurality of D flip-flops 41 to 43 that receive each bit signal of the division ratio control signal of a predetermined bit and delay by one clock period, 현재 분주비 제어신호와 상기 D플립플롭(41~43)으로부터 출력된 이전 분주비 제어신호를 비트단위로 비교하여 논리조합하는 복수의 배타적 오어게이트(44~46)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상 동기 루프 장치.A phase synchronization characterized in that it comprises a plurality of exclusive or gates (44 to 46) for comparing the current division ratio control signal and the previous division ratio control signal output from the D flip-flops (41 to 43) by bit unit and logically combine them. Loop device. 제 2 항에 있어서, 상기 전하펌프는The method of claim 2, wherein the charge pump 병렬로 연결되는 다수의 전류원과, 상기 전류원을 각각 온/오프 스위칭하는 다수의 스위칭소자로 이루어지는 전하펌프회로부(52)와,A charge pump circuit unit 52 including a plurality of current sources connected in parallel, and a plurality of switching elements for switching the current sources on and off, respectively; 상기 위상검출기(33)의 위상차신호(UPb,DN)와, 록검출기(34)의 동기상태(록상태 또는 언록상태를 나타내는 신호(lock)와, 상기 분주비검출기(35)의 분주비 변화율(Ndiff)에 비례하여 전류량이 증가되도록 상기 전하펌프회로부(52)의 각 스위칭소자를 온/오프제어하여 전류량을 조절하는 스위칭제어부(51)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상 동기 루프 장치.The phase difference signals UPb and DN of the phase detector 33, the synchronous state of the lock detector 34 (a signal indicating the locked state or the unlocked state), and the rate of change of the division ratio of the frequency division detector 35 ( And a switching control unit (51) for controlling the amount of current by turning on / off each switching element of the charge pump circuit unit (52) so that the amount of current increases in proportion to Ndiff. 제 3 항에 있어서, 상기 전하펌프의 스위칭제어부(51)는4. The switching controller 51 of the charge pump according to claim 3, 상기 동기상태신호(lock)와 상기 위상검출기(33)의 업 위상차신호(UPb)를 논리합하여 인버팅하는 복수의 노어게이트(511~513)와,A plurality of NOR gates 511 to 513 for logically inverting the synchronization state signal lock and the up phase difference signal UPb of the phase detector 33; 상기 노어게이트(511~513)의 출력신호와 상기 분주비검출기(35)의 출력신호의 각 비트신호(Ndiff[2:0])을 논리곱하여 인버팅하여 복수의 낸드게이트(514~516)와,Inverts the bit signals Ndiff [2: 0] of the output signals of the NOR gates 511 to 513 and the output signal of the frequency division detector 35, and inverts the plurality of NAND gates 514 to 516. , 상기 동기상태신호의 역신호(
Figure 112006046497358-pat00002
)와 위상검출기(33)의 다운 위상차신호(DN)을 논리곱하는 복수의 앤드게이트(517~519)와,
An inverse signal of the synchronization state signal (
Figure 112006046497358-pat00002
) And a plurality of AND gates 517 to 519 for ANDing the down phase difference signal DN of the phase detector 33,
상기 복수의 앤드게이트(517~519)의 출력신호와 상기 분주비검출기(35)의 출력신호를 비트별로 논리곱하는 복수의 앤드게이트(520~522)로 이루어지고,A plurality of AND gates 520 to 522 logically multiplying output signals of the plurality of AND gates 517 to 519 and output signals of the frequency division detector 35 bit by bit, 상기 전하펌프회로부(52)는 전원단(VDD)에 동시에 연결되는 복수의 제1전류원(I1~I4)와, 상기 복수의 전류원(I1~I4)와 접지단사이에 구비되는 복수의 제2전류원(I5~I8)과, 상기 복수의 제1전류원(I1~I4)와 전원단(VDD) 사이 및 제2전류원(I5~I8)과 접지단사이에 구비되어 상기 스위칭제어부(51)의 제어신호에 따라서 온/오프 동작하는 복수의 스위칭소자(M1~M8)로 구성하여,The charge pump circuit unit 52 includes a plurality of first current sources I1 to I4 connected to a power supply terminal VDD at the same time, and a plurality of second current sources provided between the plurality of current sources I1 to I4 and a ground terminal. (I5 to I8) and the plurality of first current sources (I1 to I4) and the power supply terminal (VDD) and between the second current source (I5 to I8) and the ground terminal are provided for the control signal of the switching control unit 51 In accordance with the configuration of the plurality of switching elements (M1 ~ M8) to turn on / off, 상기 업/다운 위상차신호(Pb,DN)에 따라서 스위칭소자(M1,M5)가 제어되고, 상기 복수 낸드게이트(514~516)의 출력신호에 따라서 스위칭소자(M2~M4)가 제어되고, 복수 앤드게이트(520~522)의 출력신호에 따라서 스위칭소자(M6~M8)이 제어되도록 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 위상 동기 루프 장치.The switching elements M1 and M5 are controlled according to the up / down phase difference signals Pb and DN, and the switching elements M2 to M4 are controlled according to the output signals of the plurality of NAND gates 514 to 516. And the switching elements M6 to M8 are controlled to be controlled according to the output signals of the AND gates 520 to 522.
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