Wide Range Analog Dual-Loop Delay-Locked Loop

This paper presents a new dual-loop Delay Locked Loop(DLL) to expand the delay lock range of a conventional DLL. The proposed dual-loop DLL contains a Coarse_loop and a Fine_loop, and its operation utilizes one of the loops selected by comparing the initial time-difference among the reference clock and 2 internal clocks. The 2 internal clock signals are taken, respectively, at the midpoint and endpoint of a VCDL and thus are $180^{\circ}$ separated in phase. When the proposed DLL is out of the conventional lock range, the Coarse_loop is selected to push the DLL in the conventional lock range and then the Fine_loop is used to complete the locking process. Therefore, the proposed DLL is always stably locked in unless it is harmonically false-locked. Since the VCDL employed in the proposed DLL needs two control voltages to adjust the delay time, it uses TG-based inverters, instead of conventional, multi-stacked, current-starved inverters, to compose the delay line. The new VCDL provides a wider delay range than a conventional VCDL In overall, the proposed DLL demonstrates a more than 2 times wider lock range than a conventional DLL. The proposed DLL circuits have been designed, simulated and proved using 0.18um, 1.8V TSMC CMOS library and its operation frequency range is 100MHz${\sim}$1GHz. Finally, the maximum phase error of the DLL locked in at 1GHz is less than 11.2ps showing a high resolution and the simulated power consumption is 11.5mW.

광대역 아날로그 이중 루프 Delay-Locked Loop

본 논문에서는 기존의 DLL 지연 시간 잠금 범위를 확장하기 위해 새로운 이중 루프 DLL을 제안하였다. 제안한 DLL은 Coarse_loop와 Fine_loop를 포함하고 있으며, 와부 클럭과 2개의 내부 클럭 사이의 초기 시간차를 비교하여 하나의 루프를 선택하여 동작하게 된다. 2개의 내부 클럭은 VCDL의 중간 출력 클럭과 최종 출력 클럭이며 두 클럭의 위상차는 $180^{\circ}$이다. 제안한 DLL은 일반적인 잠금 범위 밖에 있을 경우 Coarse_loop를 선택하여 잠금 범위 안으로 이전 시킨 후 Fine_loop에 의하여 잠금 상태가 일어난다. 따라서 제안한 DLL은 harmonic lock이 일어나지 않는 한 항상 안정적으로 잠금 과정이 일어날 수 있게 된다. 제안한 DLL이 사용하는 VCDL은 두 개의 제어 전압을 받아 지연 시간을 조절함으로 일반적인 다 적층 currentstarved 형태의 인버터 대신에 TG 트랜지스터를 이용하는 인버터를 사용하여 지연 셀을 구성하였다. 새로운 VCDL은 종래의 VCDL에 비하여 지연시간 범위가 더욱 확장되었으며, 따라서 제안한 DLL의 잠금 범위는 기존의 DLL의 잠금 범위보다 2배 이상 확장되었다. 본 논문에서 제안한 DLL 회로는 0.18um, 1.8V TSMC CMOS 라이브러리를 기본으로 하여 설계, 시뮬레이션 및 검증하였으며 동작 주파수 범위가 100MHz${\sim}$1GHz이다. 또한, 1GHz에서 제안한 DLL의 잠금 상태에서의 최대 위상 오차는 11.2ps로 높은 해상도를 가졌으며, 이때 소비 전력은 11.5mW로 측정되었다.