두 개의 입력을 가진 VCO를 이용하여 루프필터와 스퍼 크기를 줄인 위상고정루프

최영식,문대현,Choi, Young-Shig,Moon, Dae-Hyun 한국정보통신학회 2018 한국정보통신학회논문지 Vol.22 No.8

본 논문에서는 위상고정 상태에 따라 활성화 되는 루프가 다르게 설정하고, 두 개의 입력을 가지는 전압제어발진기를 사용하여 스퍼를 억제함과 동시에 루프필터의 크기를 줄이는 위상고정루프를 제안하였다. 동작 상태에 따른 안정도 분석을 통하여 위상고정 후에는 위상고정루프가 안정적으로 동작되게 설계하였다. 일반적으로 루프 필터의 커패시터는 위상고정루프에서 큰 면적을 차지한다. 두 개의 전하펌프에 의한 동시 충 방전 동작을 통해 커패시터의 유효커패시턴스를 증가시켜 루프필터 크기를 줄일 수 있으며, 서로 반대 위상으로 동작하는 두 개의 신호를 입력으로 가지는 전압제어발진기로 스퍼의 크기를 억제할 수 있었다. 위상고정 상태를 알려주는 LSI(Locking Status Indicator)를 사용하여 위상고정 시간은 $80{\mu}s$가 되도록 하였다. 제안된 위상고정루프는 1.8V의 공급전압과 $0.18{\mu}m$ CMOS공정을 사용하여 설계하였다. In this paper, a novel PLL has been proposed that reduces the size of the loop filter while suppressing spur by using a VCO with two inputs. Through the stability analysis according to the operating status, the PLL is designed to operate stably after the phase fixing. The capacitor of loop filter usually occupies larger area of PLL. It is a VCO that can reduce the size of the loop filter by increasing the effective capacitance of the capacitor through the simultaneous charge and discharge operation by two charge pumps and has two signals operating in opposite phases. The settling time of set to $80{\mu}s$ approximately by using a LSI(Locking Status Indicator) indicating the phase locking status. The proposed PLL is designed using a supply voltage of 1.8V and a $0.18{\mu}m$ CMOS process.

추가적인 부궤환 루프를 가지는 연속 미세 조절 위상 고정루프

최영식,Choi, Young-Shig 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.4

A continuous fine-tuning phase locked loop with an additional negative feedback loop has been proposed. When the phase locked loop is out-of-lock, the phase locked loop has a fast locking characteristic using the continuous band-selection loop. When the phase locked loop is near in-lock, the bandwidth is narrowed with the fine loop. The additional negative feedback loop consists of a voltage controlled oscillator, a frequency voltage converter and its internal loop filter. It serves a negative feedback function to the main phase locked loop, and improves the phase noise characteristics and the stability of the proposed phase locked loop. The additional negative feedback loop makes the continuous fine-tuning loop work stably without any voltage fluctuation in the loop filter. Measurement results of the fabricated phase locked loop in $0.18{\mu}m$ CMOS process show that the phase noise is -109.6dBc/Hz at 2MHz offset from 742.8MHz carrier frequency. 추가적인 부궤환 루프를 가지는 연속 미세 조절 위상 고정루프를 소개하였다. 위상고정루프가 위상이 고정되지 않았을 때 위상고정루프는 연속적인 밴드 선택 루프를 통하여 빠르게 위상을 고정시키는 특성을 가지고 있다. 위상고정루프가 고정 상태에 다다랐을 때 밴드 폭은 미세한 루프를 통해서 좁아진다. 추가적인 부궤환 루프는 안정성과 위상여유 성능을 향상시킨다. 0.18um CMOS 공정으로 제작한 위상고정루프의 결과 측정은 위상 잡음이 742.8MHz 캐리어 주파수로부터 2MHz 오프셋 주파수에서 -109.6dBc/Hz을 보여준다.

Fractional 스퍼 감쇄 위상/주파수검출기를 이용한 fractional-N 주파수 합성기

최영식,최혁환,Choi, Young-Shig,Choi, Hyek-Hwan 한국정보통신학회 2011 한국정보통신학회논문지 Vol.15 No.11

본 논문에서는 다중 위상주파수검출기를 사용하여 fractional 스퍼를 줄이는 주파수 합성기를 제안하였다. 기존의 fractional-N 위상고정루프에서 발생하는 스퍼를 줄여주는 구조의 위상주파수 검출기를 사용하여 fractional-N 위상고정루프에서 fractional 스퍼를 억제할 수 있는 주파수 합성기를 설계하였다. 제안된 구조는 두 가지의 에지 검출 방식을 갖는 새로운 구조의 위상주파수검출기를 사용하여 위상주파수검출기의 출력 신호의 최대 폭을 제한하여 fractional 스퍼의 크기를 줄이도록 하였다. 제안된 주파수 합성기는 $0.35{\mu}m$ CMOS 공정 파라미터들을 사용하여 HSPICE로 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션의 결과는 제안된 형태의 주파수 합성기는 빠른 위상고정시간을 가지고 fractional 스퍼를 감소시킬 수 있음을 보여준다. In this paper, we propose the low fractional spur phase-locked loop(PLL) with multiple phase-frequency detector(PFD). The fractional spurs are suppressed by using a new PFD. The new PFD architecture with two different edge detection methods is used to suppress the fractional spur by limiting a maximum width of the output signals of PFD. The proposed PLL was simulated by HSPICE using a 0.35m CMOS parameters. The simulation results show that the proposed PLL is able to suppress fractional spurs with fast locking.

낮은 잡음 특성을 가지기 위해 이중 루프의 구조를 가지는 위상고정루프 구현

최영식,안성진,Choi, Young-Shig,Ahn, Sung-Jin 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.4

본 논문에서는 기존의 위상 고정 루프를 병렬 형태로 이중 루프를 구성하였다. 두 개의 루프를 통해서 전달 특성에 따라 원하는 크기의 대역폭을 만든다. 대역 폭의 형태는 동작하는 주파수 대역에서 잡음을 최소화 할 수 있는 위상 고정 루프를 설계하였다. 제안한 위상고정루프는 두 가지 필터를 제어하기 위하여 두 개의 기울기 값을 가지는 전압제어 발진기를 사용하였다. 또한 정확한 위상 고정을 위하여 위상 고정 상태 표시기를 사용하였다. 전체적인 위상 고정 루프가 안정적인 동작하기 위하여 각 각의 루프가 각각 $58.2^{\circ}$, $49.4^{\circ}$의 위상 여유를 가지고 있으며 두 개의 루프를 합쳤을 때에도 $45^{\circ}$이상의 안정적인 위상 여유를 가지는 것을 확인 할 수 있다. 제안된 위상 고정 루프는 1.8V 0.18um CMOS 공정을 이용하여 설계 되었다. 시뮬레이션 결과는 이중 루프를 가지고 위상고정루프의 구조가 원하는 출력 주파수를 생성하며 안정적으로 동작하는 것을 보여 주었다. In this paper, a phase locked loop structure with parallel dual loop which have a different bandwidth has been proposed. The bandwidths depending on transfer functions are obtained through dual loops. Two different bandwidths of each loop are used to suppress noise on the operating frequency range. The proposed phase locked loop has two different voltage controlled oscillator gains to control two different wide and narrow loop filters. Furthermore, it has the locking status indicator to achieve an accurate locking condition. The phase margin of $58.2^{\circ}$ for wide loop and $49.4^{\circ}$ for narrow loop is designed for stable operation and the phase margin of $45^{\circ}$ is maintained during both loops work together. It has been designed with a 1.8V 0.18um complementary metal oxide semiconductor (CMOS) process. The simulation results show that the proposed phase locked loop works stably and generates a target frequency.

Cain-boosting 전하펌프를 이용한 저잡음 위상고정루프

최영식,한대현,Choi Young-Shig,Han Dae-Hyun 한국정보통신학회 2005 한국정보통신학회논문지 Vol.9 No.2

In this paper, a gain-boosting charge pump(CP) and a latch type voltage controlled oscillato.(VCO) with voltage controlled resistor(VCR) were proposed. The gain-boosting CP achieves good .current matching of less than 11$mu$V voltage difference between 43$mu$V and 32$mu$V in its output range from 0.8V to 2.3V. The VCO with VCR shows good linear characteristics over the range from 1V to 3V. The fabricated VCO exhibits -108dBc/Hz phase noise at a 100kHz and is comparable to that of the integrated LC-tank oscillator. The phase locked loop(PLL) with new circuits was simulated in a 0.35$mu$m CMOS process and showed 150$mu$s locking time. 본 논문에서는 gain-boosting 회로를 이용하여 전류 미스매치를 줄일 수 있는 전하펌프와 전압제어 저항기를 사용하여 선형성이 우수한 래치 구조의 전압제어발생기를 제안하여 위상고정루프를 설계하였다. Cain-boosting 전하펌프를 사용한 위상고정루프는 루프필터 출력 전압 구간에서 11$mu$V(최대 43$mu$V, 최소 32$mu$V)의 전압 흔들림 차이를 나타내었다. 전압제어저항기를 이용한 전압제어발진기는 입력전압 동작 구간에서 우수한 선형성을 나타내었다. 또한 제작된 전압제어발진기의 위상 잡음 특성은 -1084Bc/Hz(a)100kHz이며 CMOS 공정으로 만들어진 LC 전압제어발진기와 비슷한 성능을 가진다. 0.35$mu$m CMOS 공정으로 시뮬레이션 하였으며 록킹 시간은 150$mu$s이다.

Locking 상태 표시기를 이용한 저잡음 고속 위상고정 루프

최영식,한대현,Choi Young-Shig,Han Dae-Hyun 한국정보통신학회 2005 한국정보통신학회논문지 Vol.9 No.3

본 논문은 locking 상태에 따라서 루프대역폭이 변화하는 Phase Locked Loop (PLL)의 구조를 제안하였다. 제안한 PLL은 기본적인 PLL 블록과 NOR Gate, Inverter, Capacitor, 그리고 Schmitt trigger로 이루어진 Locking Status Indicator(LSI) 블록으로 구성되었다. LSI는 Loop Fille.(LF)에 공급되는 전류와 저항 값을 locking 상태에 따라 변화시켜서 unlock이 되면 넓은 루프대역폭 가지는 PLL로, lock이 되면 좁은 루프대역폭을 가지는 PLL로 동작하도록 한다. 이러한 구조의 PLL은 짧은 locking 시간과 저 잡음의 특성을 동시에 만족시킬 수 있다. 제안된 PLL은 Hynix CMOS $0.35{\mu}m$ 공정으로 Hspice 시뮬레이션 하였으며 40us의 짧은 locking 시간과 -76.1dBc 크기의 spur를 가진다. This paper presents a new structure of Phase Locked Loop(PLL) which changes its loop bandwidth according to the locking status. The proposed PLL consists of a conventional PLL and, Locking Status Indicator(LSI). The LSI decides the operating bandwidth of loop filler. When the PLL becomes out of lock, the PLL increases the loop bandwidth and achieves fast locking. When the PLL becomes in-lock, this PLL decreases the loop bandwidth and minimizes phase noise output. The PLL can achieve fast locking and low phase noise output at the same time. Proposed PLL's locking time is less than $40{\mu}s$ and spur is 76.1dBc. It is simulated by HSPICE in a Hynix CMOS $0.35{\mu}m$ Process.

이중루프 위상.지연고정루프 설계

최영식,최혁환,Choi, Young-Shig,Choi, Hyek-Hwan 한국정보통신학회 2011 한국정보통신학회논문지 Vol.15 No.7

본 논문에서는 전압제어지연단(Voltage Controlled Delay Line : VCDL)을 이용하여 기존의 위상고정루프와 다른 형태의 위상 지연고정루프(Phase Delay Locked Loop)를 제안하였다. 이 구조를 이용하여 기존의 위상고정루프의 2차 또는 3차 루프필터(Loop Filter)를 단하나의 커패시터로 구현하여 칩의 크기를 크게 줄였다. 새로이 제안하는 듀얼루프 위상 자연고정루프에서는 전압제어지연단 경로의 커패시터와 전하펌프의 전류 크기를 조절함으로서 작은 이득 값을 가지는 전압제어지연단을 사용할 수 있다. 제안된 회로는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정의 파라미터를 이용하여 Hspice로 시뮬레이션을 수행하고 회로의 동작을 검증하였다. In this paper, a dual-loop Integer-N phase-delay locked loop(P DLL) architecture has been proposed using a low power consuming voltage controlled delay line(VCDL). The P DLL can have the LF of one small capacitance instead of the conventional second or third-order LF which occupies a large area. The proposed dual-loop P DLL can have a small gain VCDL by controlling the magnitude of capacitor and charge pump current on the loop of VCDL. The proposed dual-loop P DLL has been designed based on a 1.8V $0.18{\mu}m$ CMOS process and proved by Hspice simulation.

A Jitter Suppressed DLL-Based Clock Generator

최영식,고기영,Choi, Young-Shig,Ko, Gi-Yeong The Korea Institute of Information and Commucation 2017 한국정보통신학회논문지 Vol.21 No.7

지연 시간 전압 분산 변환기 (DVVC) 및 평균 회로 (AC)가 있는 지터 억제 지연 고정 루프 (DLL) 기반 클록 발생기를 제안하였다. 제안한 클록 발생기는 지연고정루프에서 무작위로 발생하는 지터와 회로의 구조에 의해 발생하는 지터를 억제하도록 하였다. 지연 시간 전압 분산 변환기는 각 지연단의 지연 차이를 감지하고 출력 전압을 생성한다. 평균회로는 두개의 연속되는 지연 시간 전압 분산 변환기의 출력 전압을 평균화 한다. 지연 시간 전압 분산 변환기 및 평균 회로는 연속적인 지연단의 지연 시간을 평균화하고 모든 지연단의 지연 시간을 동일하게 만든다. 또한 루프필터 출력 전압의 변동을 줄이기 위해 부궤환 기능으로 효과적인 작동을 하는 스위치가 있는 커패시터가 도입되었다. One-poly six-metal $0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 제작 된 DLL 기반 클록 발생기의 측정 결과는 13.4 ps rms 지터특성을 보여준다. A random and systematic jitter suppressed delay locked loop (DLL)-based clock generator with a delay-time voltage variance converter (DVVC) and an averaging circuit (AC) is presented. The DVVC senses the delay variance of each delay stage and generates a voltage. The AC averages the output voltages of two consecutive DVVCs to suppress the systematic and random delay variance of each delay stage in the VCDL. The DVVC and AC averages the delay time of successive delay stages and equalizes the delay time of all delay stages. In addition, a capacitor with a switch working effectively as a negative feedback function is introduced to reduce the variation of the loop filter output voltage. Measurement results of the DLL-based clock generator fabricated in a one-poly six-metal $0.18{\mu}m$ CMOS process shows 13.4-ps rms jitter.

래치구조의 드라이브 증폭단을 이용한 2단 전력 증폭기

최영식,최혁환,Choi Young-Shig,Choi Heyk-Hwan 한국정보통신학회 2005 한국정보통신학회논문지 Vol.9 No.2

본 논문에서는 블루투스 Class-1에 응용 가능한 중심주파수 2.4CHz의 2단 Class E 전력 증폭기를 설계하였다. 전력 증폭기는 고효율 특성을 위해 소프트-스위칭을 하는 Class E로 설계하였다. 증폭기 가 포함된 래치-구조의 구동증폭기는 다음단의 전력 증폭기를 소프트-스위칭 모드로 동작시키기 위해 빠른 상승시간과 하강시간의 출력신호를 만든다. 이 구조는 전력 증폭기의 효율특성을 개선시킨다. 제안한 전력 증폭기는 65.8$\%$의 전력부가효율, 20dBm의 출력전력과 20dB의 전력이득을 나타낸다. In this paper we have designed a two-stage Class I power amplifier operated at 2.4CHz for Class-1 Bluetooth application. The power amplifier employs class-I topology to exploit its soft-switching property for high efficiency. The latch-structured pre-amplifier with amplifiers makes its output signal as sharp as possible for soft switching of the next power amplifier. It improves the overall efficiency of the proposed power amplifier. It shows 65.8$\%$ PAE, 20dB power gain and 20dBm output power.

위상지연을 이용한 Integer-N 방식의 위상 · 지연고정루프 설계

최영식(Young-shig Choi),손상우(Sang-woo Son) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.47 No.6

본 논문에서는 전압제어위상지연단(Voltage Controlled Delay Line : VCDL)을 이용하여 기존의 위상고정루프와 다른 형태의 위상 · 지연고정루프(Phase · Delay Locked Loop)를 제안 하였다. 이 구조는 기존의 위상고정루프의 2차 또는 3차 루프필터 (Loop Filter)를 단하나의 커패시터로 구현하여 넓은 면적을 차지하던 루프필터의 면적을 크게 줄여 전체 칩을 255㎛ × 935.5㎛ 크기로 집적하였다. 제안된 회로는 1.8V 0.18㎛ CMOS 공정의 파라미터를 이용하여 HSPICE로 시뮬레이션을 수행하고 회로의 동작을 검증하였다. In this paper, a novel Integer-N phase-delay locked loop(P · DLL) architecture has been proposed using a voltage controlled delay line(VCDL). The P · DLL can have the LF of one small capacitance instead of the conventional second or third-order LF. The size of chip is 255㎛ × 935.5㎛ including the LF. The proposed P · DLL has been designed based on a 1.8V 0.18㎛ CMOS process and proved by HSPICE simulation.