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다중 주파수 출력 범위를 가지는 전압 제어 발진기

阅读:401发布:2024-02-20

专利汇可以提供다중 주파수 출력 범위를 가지는 전압 제어 발진기专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且A ring type voltage controlled oscillator having multiple frequency output ranges is provided to maintain noises and jitter characters and have multiple frequency ranges by not changing a gain of a voltage control oscillator. In a ring type voltage control oscillator having multiple frequency ranges, a voltage-to-current converter(21) creates a frequency control current. A current controlled oscillator(23) creates a corresponding output signal in respond to the frequency control current. In the voltage-to-current converter(21), a current synthesizing unit creates the frequency control current with a composite current synthesized with a first current(I1), a second current(I2), and a third current. A first current source(211) provides the current synthesizing unit with the first current(I1). A second current source(213) provides the current synthesizing unit with the second current(I2). A third current source provides the current synthesizing unit with the third current in response to a dividing rate signal.,下面是다중 주파수 출력 범위를 가지는 전압 제어 발진기专利的具体信息内容。

  • 제어전압에 의해 가변되는 제1전류, 일정한 크기를 가지는 제2전류 및 외부에서 입력되는 분주비 신호에 응답하여 소정 크기의 전류 단위로 가변되는 제3전류를 합성하여 주파수 제어 전류를 생성하는 전압 전류 변환부; 및
    상기 주파수 제어 전류에 응답하여 대응하는 주파수를 가지는 출력 신호를 생성하는 전류 제어 발진부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 주파수 레인지 전압 제어 발진기.
  • 제1항에 있어서, 상기 전압 전류 변환부는,
    상기 제1전류, 제2전류 및 제3전류를 합성한 합성 전류로부터 상기 주파수 제어 전류를 생성하는 전류 합성부;
    상기 제어전압을 입력받아, 상기 제어전압에 응답하는 상기 제1전류를 상기 전류 합성부에 공급하는 제1전류원;
    상기 제2전류를 상기 전류 합성부에 공급하는 제2전류원; 및
    상기 분주비 신호에 응답하여 제3전류를 상기 전류 합성부에 공급하는 제3전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 주파수 레인지 전압 제어 발진기.
  • 제 1항에 있어서, 상기 제3 전류원은,
    각각 소정 단위 전류를 생성하는 하나 이상의 단위 전류원들; 및
    상기 단위 전류를 합성하여 상기 제3전류를 생성하도록 상기 각 단위 전류원마다 상기 분주비에 응답하여 스위칭하는 스위치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 주파수 레인지 전압 제어 발진기.
  • 제 3항에 있어서, 상기 전압 전류 변환부는 바이어스 전류원을 더 포함하고,
    상기 제1전류원, 제2전류원 및 상기 각 단위 전류원들은 상기 바이어스 전류원과 전류미러로 결합되는 것을 특징으로 하는 멀티 주파수 레인지 전압 제어 발진기.
  • 제 4항에 있어서, 상기 전류 합성부는 상기 합성전류로부터 상기 주파수 제어 전류를 생성하는 전류미러회로인 것을 특징으로 하는 멀티 주파수 레인지 전압 제어 발진기.
  • 제어전압을 생성하는 루프필터;
    전압 전류 변환기 및 전류 제어 발진기를 포함하는 전압제어 발진기; 및
    선택된 분주비를 디코딩하고, 디코딩된 분주비 신호를 출력하는 디코더를 포함하되,
    상기 전압 전류 변환기는,
    상기 제어전압에 의해 가변되는 제1전류, 일정한 크기를 가지는 제2전류 및 외부에서 입력되는 분주비 신호에 응답하여 소정 크기의 전류 단위로 가변되는 제3 전류를 합성하여 주파수 제어 전류를 생성하는 전압 전류 변환부; 및
    상기 주파수 제어 전류에 응답하여 대응하는 주파수를 가지는 출력 신호를 생성하는 전류 제어 발진부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    멀티 주파수 레인지 위상 고정 루프.
  • 제6항에 있어서, 상기 전압 전류 변환부는,
    상기 제1전류, 제2전류 및 제3전류를 합성한 합성 전류로부터 상기 주파수 제어 전류를 생성하는 전류 합성부;
    상기 제어전압을 입력받아, 상기 제어전압에 응답하는 상기 제1전류를 상기 전류 합성부에 공급하는 제1전류원;
    상기 제2전류를 상기 전류 합성부에 공급하는 제2전류원; 및
    상기 분주비 신호에 응답하여 제3전류를 상기 전류 합성부에 공급하는 제3전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 주파수 레인지 위상 고정 루프.
  • 제6항에 있어서, 상기 제3 전류원은,
    각각 소정 단위 전류를 생성하는 하나 이상의 단위 전류원들; 및
    상기 단위 전류를 합성하여 상기 제3전류를 생성하도록 상기 각 단위 전류원마다 상기 분주비에 응답하여 스위칭하는 스위치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 주파수 레인지 위상 고정 루프.
  • 제6항에 있어서, 상기 전압 전류 변환부는 바이어스 전류원을 더 포함하고,
    상기 제1전류원, 제2전류원 및 상기 각 단위 전류원들은 상기 바이어스 전류원과 전류미러로 결합되는 것을 특징으로 하는 멀티 주파수 레인지 위상 고정 루프.
  • 제 9항에 있어서, 상기 전류 합성부는 상기 합성전류로부터 상기 주파수 제어 전류를 생성하는 전류미러회로인 것을 특징으로 하는 멀티 주파수 레인지 위상 고정 루프.
  • 선택된 분주비를 디코딩하고, 디코딩된 분주비 신호를 출력하는 단계;
    제어전압에 의해 가변되는 제1전류, 일정한 크기의 제2전류 및 상기 디코딩된 분주비 신호에 따라 스위칭되는 다수의 단위 전류를 합성하여 주파수 제어 전류를 생성하는 단계; 및
    상기 주파수 제어 전류의 크기에 비례하는 주파수를 가지는 출력 전압 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 주파수 생성 방법.
  • 说明书全文

    다중 주파수 출력 범위를 가지는 전압 제어 발진기{Ring Type Voltage Controlled Oscillator Having Multiple Frequency Range}

    도 1은 종래 기술에 의한 위상 고정 루프의 블록도이다.

    도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 예시한 블록도이다.

    도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프를 예시한 회로도이다.

    도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 전류 변환기를 모의 실험한 결과이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 모의 실험한 결과이다.

    * 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

    21 : 전압 전류 변환기 211 : 제1전류원

    213 : 제2전류원 215, 217 : 부가전류원

    220 : 합성 전류 미러 23 : 전류 제어 발진기

    본 발명은 전압 제어 발진기에 대한 것으로 더욱 상세하게는 여러 개의 주파수 출력 범위를 가지는 전압 제어 발진기에 관한 것이다.

    위상 고정 루프(Phase locked loop, PLL)는 일정한 특성을 가지는 주파수의 신호가 필요하거나, 신호간의 동기(synchronization)가 필요한 응용분야에서 널리 쓰이고 있다. 특히, 생성하고자 하는 신호의 주파수 영역이 다수인 경우에는 위상 고정 루프의 주파수 동작 영역이 넓어야 하는데, 넓은 동작 영역을 가지면서도 지터 성능이 좋아야 할 필요가 있다.

    도 1은 종래 기술에 의한 위상 고정 루프의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 위상 고정 루프는 위상-주파수 검출기(110), 차지 펌프(120), 루프 필터(130), 전압 제어 발진기(140) 및 분주기(150)를 포함한다. 상기 위상-주파수 검출기(phase-frequency detector, PFD)(110)는 기준 입력 신호(Fin)와 궤환된 출력 신호(Fout)의 위상 및 주파수 차이를 검출한다. 출력 신호의 위상이 느리다면 업(up)신호를 생성하고, 출력 신호의 위상이 빠르면 다운(down)신호를 생성한다. 상기 업/다운 신호는 기준 입력 신호와 출력 신호간의 위상차에 해당하는 펄스폭 변조신호이다.

    상기 차지 펌프(charge pump)(120)는 상기 업/다운신호에 따라 각각 스위칭되는 업/다운 스위치(121 및 123)를 가지고 있고, 상기 업/다운 스위치와 각각 직렬 연결된 업/다운 전류원(122 및 124)을 포함한다. 상기 업 신호에 따라 상기 업 스위치(121)가 턴온되면 상기 업 전류원(122)에서 소스 전류(source current)가 상기 루프 필터(130)로 공급되고, 상기 다운 신호에 따라 상기 다운 스위치(123)가 턴온 되면 상기 다운 전류원(124)에서 싱크 전류(sink current)가 상기 루프 필터 (130)에 공급된다.

    상기 루프 필터(loop filter)(130)는 기본적으로 병렬 연결된 커패시터를 포함하며, 상기 커패시터에 충/방전되는 전하량에 따라 전압을 생성한다. 이 전압은 상기 전압 제어 발진기(140)에 제어 전압으로 입력되므로 일정할 필요가 있다. 따라서, 상기 루프 필터(130)는 저주파 필터(low pass filter, LPF)의 구조도 포함한다. 상기 소스 전류가 공급되면 상기 루프 필터(130)의 전압이 상승하며, 상기 싱크 전류가 공급될 때에는 상기 루프 필터(130)의 전압은 하강한다. 이러한 방식으로 상기 루프 필터(130)는 일정한 제어 전압을 생성한다.

    상기 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator, VCO)(140)는 상기 제어 전압의 크기에 비례하는 주파수를 가지는 신호를 생성한다. 상기 분주기(divider)(150)는 출력 신호의 주파수를 분주비(dividing ratio)만큼 낮추어 상기 위상-주파수 검출기의 입력으로 제공한다. 상기 분주기(150)는 낮은 주파수의 신호를 생성할 때에는 불필요할 수도 있으며, 고주파수 신호를 생성할 때에는 출력 고주파 신호를 분주기로 주파수를 낮춘 다음, 수정 진동자의 출력과 같은 주파수가 낮은 기준 입력 신호와 비교할 수 있으므로 분주기를 사용하는 것이 유리하다. 예를 들어, 외부 수정 진동자로부터 입력되는 기준 입력 주파수가 8MHz이고 궤환 분주비가 100이라면 위상 고정 루프에서 출력되는 주파수는 800MHz이다. 이때 궤환 분주비가 99로 바뀌면 위상 고정 루프에서 출력되는 주파수는 792MHz로 변화한다. 만약, 궤환 분주비가 101로 바뀌면 출력 주파수는 808MHz가 될 것이다.

    한편, 전압 전류 변환기 및 전류 제어 발진기를 이용하는 전압 제어 발진기 는 입력되는 제어 전압이 낮을 경우에 제어 전류가 형성되지 않아 발진이 일어나지 않는 경우가 있다.

    이러한 위상 고정 루프에서 요구되는 특성은 생성하는 주파수의 영역이 넓어야 하며, 잡음신호(noise) 또는 지터(jitter)에 강해야 한다. 예를 들어, 전압 제어 발진기의 이득을 증가시키면 주어진 동작 전압에서 고 주파수이면서 넓은 주파수 범위의 출력을 얻을 수 있으나, 제어 전압의 노이즈에 취약해지고 따라서 지터 성능이 나빠지게 된다. 한편, 여러 개의 주파수 출력을 필요로 하는 응용분야가 늘어남에 따라, 다중 출력 주파수를 생성하는 위상 고정 루프가 요구되고 있다.

    일본 특허 공개 번호 2003-229764는 주파수 범위를 선택할 수 있는 위상 고정 루프를 제시하고 있다. 상기 2003-229764는 기준 전압과 제어 전압을 비교하고, 비교 결과와 리셋 신호에 따라 제어 신호를 생성한다. 생성된 제어 신호를 바탕으로, 저주파 출력을 원할 때에는 링 오실레이터에 오프셋 전류를 공급하지 않다가, 고주파 출력을 원할 때에는 링 오실레이터에 오프셋 전류를 부가하여 공급한다. 상기 2003-229764는 원하는 주파수를 선택하기 위해 제어 신호를 이용하는데, 제어 신호는 기준 신호를 바탕으로 생성하므로 다중 주파수를 선택하려면 다중의 기준 전압 생성기와 비교기 회로가 필요하다. 따라서 장치를 소형화하기 어렵고 소모 전류도 크다. 한편, 오프셋 전류 공급 회로는 공정 변화에 취약하고 미세한 주파수 범위 설정이 어렵다.

    일본 특허 공개 번호 2003-152507은 주파수 범위를 선택할 수 있는 전압 제어 발진기를 제시하고 있다. 상기 2003-152507은 주파수 범위 선택을 위해 이득제 어 회로와 다수의 제어 신호 라인이 필요하다. 또, 전류 소모가 심하고 비선형성이 심한 Current-starved 구조의 전류 제어 발진기를 적용하였고, 주파수 범위의 상한을 제한하는 회로가 없다. 따라서 전류 소모, 비선형성이 문제될 뿐 아니라, 분주기 설계가 어려워지는 난점이 있다.

    본 발명의 목적은 다수의 주파수 출력 범위를 갖는 전압 제어 발진기 및 이를 이용한 위상 고정 루프를 제공하는데 있다.

    본 발명의 다른 목적은 다수의 주파수 출력 범위를 갖는 주파수 생성 방법을 제공하는데 있다.

    본 발명의 일 실시예에 따르는 전압 제어 발진기는 전압 전류 변환기 및 전류 제어 발진기를 포함한다. 상기 전압 전류 변환기는 바이어스 전류원과 전류 미러(mirror)를 이루고 제어전압에 의해 제1전류의 양을 제어하는 제1전류원 및 상기 바이어스 전류원과 전류 미러를 이루며 제2전류를 생성하는 제2전류원을 포함하며, 상기 제1전류 및 상기 제2전류를 합한 합성 전류는 상기 제어전압에 대하여 선형구간을 가진다. 상기 전류 제어 발진기는 상기 합성 전류의 크기에 비례하는 주파수를 가지는 출력 전압 신호를 생성한다.

    상기 전류 제어 발진기는 홀수개의 인버터를 포함하는 링 타입 발진기일 수 있다.

    상기 전압 전류 변환기는 상기 바이어스 전류원과 전류 미러를 이루어 부가 전류를 생성하는 다수의 부가 전류원을 더 포함하며, 상기 각각의 부가 전류는 상기 합성 전류에 합성된다. 이때, 상기 합성 전류의 크기가 상기 출력 전압 신호의 출력 주파수에 비례하도록 상기 다수의 부가 전류원이 스위칭된다. 상기 각각의 부가 전류의 크기가 동일할 수 있다.

    본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 고정 루프는 전압 전류 변환기 및 전류 제어 발진기를 포함하는 전압제어 발진기 및 선택된 궤환 분주비를 디코딩하고, 디코딩된 궤환 분주비 신호를 출력하는 디코더를 포함한다. 이때, 상기 전압 전류 변환기는 바이어스 전류원과 전류 미러(mirror)를 이루며 제어전압에 의해 제1전류의 양이 제어되는 제1전류원, 상기 바이어스 전류원과 전류 미러를 이루며 제2전류를 생성하는 제2전류원 및 각각 상기 바이어스 전류원과 전류 미러를 이루어 부가 전류를 생성하며, 상기 부가 전류를 상기 디코딩된 궤환 분주비 신호에 따라 스위칭하는 다수의 부가 전류원을 포함하고, 상기 제1, 제2전류 및 상기 스위칭된 각각의 부가 전류를 합한 합성 전류는 상기 제어전압에 대해 선형구간을 가진다. 한편, 상기 전류 제어 발진기는 상기 합성 전류의 크기에 비례하는 주파수를 가지는 출력 전압 신호를 생성한다.

    상기 전류 제어 발진기는 홀수개의 인버터를 포함하는 링 타입 발진기일 수 있다. 상기 전압 전류 변환기는 상기 합성 전류의 크기가 상기 출력 전압 신호의 출력 주파수에 비례하도록 상기 부가 전류원이 스위칭되며, 상기 각각의 부가 전류의 크기가 동일할 수 있다.

    본 발명의 또다른 실시예에 따른 전압 제어 주파수 생성 방법은, 선택된 궤 환 분주비를 디코딩하고, 디코딩된 궤환 분주비 신호를 출력하는 단계와 바이어스 전류원과 전류 미러를 이루어 생성되며 제어전압에 의해 제어되는 제1전류, 상기 바이어스 전류원과 또다른 전류 미러를 이루어 생성되는 제2전류 및 상기 바이어스 전류원과 또다른 전류 미러를 이루어 생성되며 상기 디코딩된 궤환 분주비 신호에 따라 스위칭되는 다수의 부가 전류를 합하여 합성 전류를 생성하는 단계 및 상기 합성 전류의 크기에 비례하는 주파수를 가지는 출력 전압 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

    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.

    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.

    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.

    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 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

    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.

    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 일 치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

    한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.

    이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

    도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 예시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 전압 제어 발진기는 바이어스 전류원(20), 전압 전류 변환기(Voltage-to-Current Converter, VIC)(21) 및 전류 제어 발진기(Current controlled oscillator, CCO)(23)를 포함한다. 상기 전압 전류 변환기는 제1전류원(211), 제2전류원(213), 다수의 부가 전류원(215 및 217) 및 합성 전류 미러(220)를 포함한다. 상기 전류 제어 발진기(23)는 전류에 따라 지연 시간을 제어할 수 있는 홀수개의 지연 소자를 직렬 연결한 후 궤환시켜 발진하게 한 것으로, 지연 소자는 예를 들어 인버터를 이용할 수 있다.

    상기 제1전류원(211)은 상기 바이어스 전류원(20)과 전류 미러를 이루며, 입력되는 제어 전압(VCTRL)을 바탕으로 상기 제1전류원(211)에 흐르는 제1전류(I1)를 제어한다. 상기 바이어스 전류원(20)은 바이어스 전류(IBIAS)를 공급한다. 상기 제어 전압(VCTRL)은 위상 고정 루프의 루프 필터의 전압 출력일 수 있다. 상기 제2전 류원(213)은 역시 상기 바이어스 전류원(20)과 전류 미러를 이루며 제2전류(I2)를 생성한다. 상기 부가 전류원(215 및 217)는, 각각 상기 바이어스 전류원(20)과 전류 미러를 이루며 부가 전류(Ios1 및 Iosn)를 생성한다. 상기 부가 전류(Ios1 및 Iosn)는 스위치(216 및 218)에 의해 스위칭된다.

    상기 제1전류(I1), 제2전류(I2) 및 스위칭된 부가 전류(Ios1 및 Iosn)는 합성되어 합성 전류(Is)를 생성하며, 상기 합성 전류(Is)는 상기 합성 전류 미러(220)에 의해 상기 전류 제어 발진기(23)의 입력에 나타난다.

    도 2의 전압-전류 변환기(21)의 동작을 더 자세히 살펴보겠다. 편의상 상기 부가 전류원(215 및 217)은 오프상태로 스위칭되어 있다고 가정한다. 상기 바이어스 전류원(20)과 전류 미러를 이루는 상기 제2전류원(213)은 제2전류(I2)를 생성한다. 상기 제2전류(I2)는 예를 들어 상기 바이어스 전류(IBIAS)와 동일한 크기일 수 있다. 트랜지스터(211a)의 게이트에 입력되는 상기 제어 전압(VCTRL)이 상기 트랜지스터(211b)를 턴온시키기 전까지는 상기 합성 전류(Is)의 크기는 상기 제2전류(I2)의 크기와 같다.

    상기 제어 전압(VCTRL)이 증가하여 상기 트랜지스터(211a)를 턴온시키면 트랜지스터(211b)에 흐르는 제1전류(I1)의 크기는 상기 제어 전압(VCTRL)의 크기에 실질적으로 비례하여 변화한다. 상기 제1전류(I1)는 상기 제어 전압(VCTRL)이 증가함에 따라 상기 트랜지스터(211b)가 포화 상태(saturation mode)에 이를 때까지 선형적으로 증가한다. 상기 트랜지스터(211b)가 저항 영역(triode mode)에서 동작하는 동안 상기 합성 전류(Is)는 선형적으로 증감한다.

    상기 제어 전압(VCTRL)이 더 증가하여 상기 트랜지스터(211b)를 포화 상태에 이르게 하면 상기 제1전류(I1)의 크기도 포화되어 더 이상 증가하지 않으며, 결과적으로 상기 합성 전류(Is)의 크기도 더 이상 증가하지 않는다. 따라서, 상기 합성 전류(Is)는 최저치와 최대치를 가지며 그 사이의 변화는 상기 제어 전압(VCTRL)에 의해 선형적으로 제어되는 형태를 갖는다.

    상기 제1 및 제2전류원(211 및 213)을 기본 구조로 하여 상기 부가 전류원(215)을 추가한 경우, 상기 부가 전류원(215)에 흐르는 부가 전류(Ios1)의 크기는 예를 들어 상기 바이어스 전류(IBIAS)와 같을 수 있다. 이 경우, 상기 제어 전압(VCTRL)은 상기 제1전류원(211)만을 제어하므로 합성 전류(Is)는 최소값이 상기 바이어스 전류(IBIAS)의 2배이고, 최대값은 상기 최소값에 상기 제1전류가 포화된 값을 더한 것과 같다. 최대값과 최소값 사이의 선형성은 유지된다.

    상기 제1 및 제2전류원(211 및 213)을 기본 구조로 하여 상기 부가 전류원(215 및 217)을 추가한 경우, 상기 부가 전류원(215 및 217)에 각각 흐르는 부가 전류(Ios1 및 Ios2)의 크기도 상기 바이어스 전류(IBIAS)와 같을 수 있다. 합성전류(Is)는 최소값이 상기 바이어스 전류(IBIAS)의 3배이고, 최대값은 상기 최소값에 상기 제1전류가 포화된 값을 더한 것과 같다. 최대값과 최소값 사이의 선형성은 여전히 유지된다.

    이러한 방식으로 다수의 부가 전류원을 추가하면 상기 전류 제어 발진기(23)에 공급되는 전류의 크기와 범위를 선택할 수 있고 결과적으로 다수의 주파수 범위를 선택하여 발생시킬 수 있다. 이때, 전압 제어 발진기의 이득을 증가시킨 것이 아니므로 노이즈에 대한 면역성을 유지할 수 있고 지터 특성도 열화되지 않는다.

    상기 제1 및 제2전류원(211 및 213)을 기본 구조로 하여 다수의 부가 전류원(215)들을 추가한 경우에, 상기 부가 전류원들을 스위칭함으로써 원하는 주파수 범위를 선택할 수 있다. 스위칭되어 턴온되는 부가 전류원의 수에 따라 주파수 범위가 변화하고, 출력 주파수 범위는 위상 고정 루프의 분주기의 분주비로 조절할 수 있다. 따라서, 상기 분주비를 근거로 부가 전류원을 스위칭하면 주파수 범위를 선택할 수 있다.

    한편, 전류의 크기 또는 출력 주파수의 크기가 최소값과 최대값을 가지기 때문에 첫째, 제어 전압이 낮더라도 상기 최소값의 전류로서 전류 제어 발진기를 동작시킬수 있고 발진이 실패하는 경우가 없으며, 둘째, 최대 출력 주파수가 제한되어 있으므로 분주기의 설계가 용이하다는 장점이 있다.

    도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프를 예시한 회로도이다. 도 3을 참조하면, 위상 고정 루프는 위상-주파수 검출기(310), 차지 펌프(320), 루프 필터(330), 전압 제어 발진기(340), 분주기(350) 및 디코더(360)를 포함한다. 도 3의 위상 고정 루프는 도 1의 위상 고정 루프에 비해 외부에서 설정된 궤환 분주비가 분주기에 입력되는 점, 상기 궤환 분주비를 디코딩하는 디코더를 더 구비한다. 상기 전압 제어 발진기(340)는 도 2의 전압 제어 발진기라는 점 및 상기 디코딩된 궤환 분주비가 상기 전압 제어 발진기(340)에 입력된다.

    상술하였듯이, 출력 주파수의 범위는 상기 궤환 분주비로 조절할 수 있다. 따라서, 상기 궤환 분주비를 디코딩한 신호에 따라 상기 전압 제어 발진기(340) 내 의 부가 전류원들을 스위칭하도록 구성하면 궤환 분주비에 따라 원하는 주파수 범위의 출력 신호를 생성할 수 있다.

    도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 전류 변환기를 모의 실험한 결과이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 발진기를 모의 실험한 결과이다.

    도 4a에서, 그래프1, 2 및 3은 도 2의 부가 전류원의 수가 각각 0개, 1개 및 2개일 때의 합성전류 크기를 나타낸다. 도 4a를 참조하면, 상기 합성 전류 크기는 상술한 바와 같이 최소값과 최대값을 가지며 그 사이에서 선형성을 가진다. 스위치의 숫자에 따른 상기 최소값 및 최대값은 각각 바이어스 전류만큼 증감하는 것을 알 수 있다.

    도 4b에서, 그래프1, 2 및 3은 도 2의 부가 전류원의 수가 각각 0개, 1개 및 2개일 때의 출력 주파수를 나타낸다. 도 4b를 참조하면, 상기 출력 주파수는 부가 전류원 수에 따라 주파수 범위를 선택할 수 있으며, 제어 전압에 의해 선형적으로 제어됨을 알 수 있다.

    본 발명의 실시예에 따르면, 전류 제어 발진기에 입력되는 전류의 크기 및 상기 전류의 크기에 따라 가변하는 출력 주파수의 크기가 각각 최소값과 최대값을 가진다. 따라서 첫째, 제어 전압이 낮더라도 상기 최소값의 전류로서 전류 제어 발진기를 동작시킬 수 있으므로 발진이 실패하는 경우가 없으며, 둘째, 최대 출력 주파수가 제한되어 있으므로 이를 기준으로 하여 분주기의 설계가 용이하다는 장점이 있다.

    또, 출력 주파수 범위 별로 별도의 기준 전압을 필요로 하지 않으며, 분주비를 제외하면 외부에서 출력 주파수를 변경하기 위해 별도의 제어 신호를 인가할 필요가 없다. 한편, 전압 제어 발진기의 이득을 변화시키지 않으므로 노이즈 및 지터 특성을 유지하면서 다양한 주파수 범위를 가질 수 있다.

    상기에서는 본 발명의 바람직한 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.

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