In this paper, we propose a phase-locked loop (PLL) with dual loops in which advantages of both loops can be combined. Frequency-locked loop (FLL) which is composed of two frequency-to-voltage converters (FVC) and an amplifier makes the frequency synchronize very fast and output signal is synchronized in phase with the input reference signal by charge pump PLL. This structure can improve the trade-off between acquisition behavior and locked behavior.
Phase-locked loops (PLLs) are among the most important mixed-signal building blocks of modern communication and control circuits, where they are used for frequency and phase synchronization, modulation, and demodulation as well as frequency synthesis. The growing popularity of PLLs has increased the need to test these devices during prototyping and production. The problem of distinguishing and classifying the responses of analog integrated circuits containing catastrophic faults has aroused recent interest. This is because most analog and mixed signal circuits are tested by their functionality, which is both time consuming and expensive. The problem is made more difficult when parametric variations are taken into account. Hence, statistical methods and techniques can be employed to automate fault classification. As a possible solution, we use the back propagation neural network (BPNN) to classify the faults in the designed charge-pump PLL. In order to classify the faults, the BPNN was trained with various training algorithms and their performance for the test structure was analyzed. The proposed method of fault classification gave fault coverage of 99.58%.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제17권2호
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pp.98-104
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2017
This work describes the development and comparison of two phase-locked loops (PLLs) based on a 65-nm CMOS technology. The PLLs incorporate two different topologies for the output voltage-controlled oscillator (VCO): LC cross-coupled and differential Colpitts. The measured locking ranges of the LC cross-coupled VCO-based phase-locked loop (PLL1) and the Colpitts VCO-based phase-locked loop (PLL2) are 119.84-122.61 GHz and 126.53-129.29 GHz, respectively. Th e output powers of PLL1 and PLL2 are -8.6 dBm and -10.5 dBm with DC power consumptions of 127.3 mW and 142.8 mW, respectively. Th e measured phase noise of PLL1 is -59.2 at 10 kHz offset and -104.5 at 10 MHz offset, and the phase noise of PLL2 is -60.9 dBc/Hz at 10 kHz offset and -104.4 dBc/Hz at 10 MHz offset. The chip sizes are $1,080{\mu}m{\times}760{\mu}m$ (PLL1) and $1,100{\mu}m{\times}800{\mu}m$ (PLL2), including the probing pads.
This paper studies the performances of five typical Phase-locked Loops (PLLs) for distorted and unbalanced grid, which are the Decoupled Double Synchronous Reference Frame PLL (DDSRF-PLL), Double Second-Order Generalized Integrator PLL (DSOGI-PLL), Double Second-Order Generalized Integrator Frequency-Lock Loop (DSOGI-FLL), Double Inverse Park Transformation PLL (DIPT-PLL) and Complex Coefficient Filter based PLL (CCF-PLL). Firstly, the principles of each method are meticulously analyzed and their unified small-signal models are proposed to reveal their interior relations and design control parameters. Then the performances are compared by simulations and experiments to investigate their dynamic and steady-state performances under the conditions of a grid voltage with a negative sequence component, a voltage drop and a frequency step. Finally, the merits and drawbacks of each PLL are given. The compared results provide a guide for the application of current control, low voltage ride through (LVRT), and unintentional islanding detection.
본 논문에서는 고속 주파수 스위칭 특성을 갖는 디지탈 하이브리드 위상고정루프(DH-PLL: Digital Hybrid Phase-Locked Loops)의 위상잡음을 분석하였다. 기존 위상고정루프에 비하여, 디지탈 하이브리드 위상고정루프는 D/A 변환기에서 발생하는 잡음이 전체 출력위상잡음에 추가되므로 위상잡음이 증가되는 문제점이 있다. 입력기준신호, D/A 변환기, 그리고 전압제어발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)를 주요 잡음원으로 고려하여, 이것에 의한 위상잡음을 해석적으로 분석하였다. 또한 폐루프 대역과 주파수 합성 분주비(hi)에 따른 위상잡음의 변화를 연구하여 디지탈 하이브리드 위상고정루프의 위상잡음을 최소화하는 최적 폐루프 대역을 결정할 수 있다. 또한, 해석적 방법에 의한 분석 결과와 회로 시뮬레이션에 의한 결과가 동일함을 확인하였다.
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.
Sun, Nan;Andress, William F.;Woo, Kyoung-Ho;Ham, Don-Hee
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제8권3호
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pp.210-220
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2008
We review three examples (an on-chip transmission line resonator [1], a phase-locked loop [2], and an analog-to-digital converter [3]) of design tradeoffs which can in fact be circumvented; the key in each case is that the parameters that seem to trade off with each other are actually separated in time or space. This paper is an attempt to present these designs in such a way that this common approach can hopefully be applied to other circuits. We note reader that this paper is not a new contribution, but a review in which we highlight the common theme from our published works [1-3]. We published a similar paper [4], which, however, used only two examples from [1] and [2]. With the newly added content from [3] in the list of our examples, the present paper offers an expanded scope.
In this paper, we develop design procedures for carrier tracking loop for orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems or other systems of blocked data. In such communication systems, phase error measurements are made infrequent enough to invalidate the traditional loop design methodology which is based on analog loop design. We analyze the degradation in the OFDM schemes caused by the tracking loop and show how the performance is dependent on the rms phase error, where we distinguished between the effect of the variance in the average phase over the symbol and the effect of the phase change over the symbol. We derive the optimal tracking loop including optional delay in the loop caused by processing time. Our solution is general and includes arbitrary phase noise apd additive noise spectrums. In order to guarantee a well behaved solution, we have to check the design against margin constraints subject to uncertainties. In case the optimal loop does not meet the required margin constraints subjected to uncertainties, it is shown how to apply a method taken from control theory to find a controller. Alternatively, if we restrict the solution to first or second order loops, we give a simple loop design procedure which may be sufficient in many cases. Extensions of the method are shown for using both pilot symbols and data symbols in the OFDM receiver for phase tracking. We compare our results to other methods commonly used in OFDM receivers and we show that a large improvement can be gained.
Grid-interactive power converters are normally synchronized with the grid using phase-locked loops (PLLs). The performance of the PLLs is affected by the non-ideal conditions in the sensed grid voltage such as harmonics, frequency deviations and the dc offsets in single-phase systems. In this paper, a single-phase PLL is presented to mitigate the effects of these non-idealities. This PLL is based on the popular second order generalized integrator (SOGI) structure. The SOGI structure is modified to eliminate the effects of input dc offsets. The resulting SOGI structure has a high-pass filtering property. Hence, this PLL is termed as a high-pass generalized integrator based PLL (HGI-PLL). It has fixed parameters which reduces the implementation complexity and aids in the implementation in low-end digital controllers. The HGI-PLL is shown to have the lowest resource utilization among the SOGI based PLLs with dc cancelling capability. Systematic design methods are evolved leading to a design that limits the unit vector THD to within 1% for given non-ideal input conditions in terms of frequency deviation and harmonic distortion. The proposed designs achieve the fastest transient response. The performance of this PLL has been verified experimentally. The results agree with the theoretical prediction.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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