• 정보와 통신
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• 제28권11호
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• pp.9-15
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• 2011

CMOS 집적회로기술의 발달로 인해 디지털회로는 속도향상 소모전력 감소로 성능이 매우 많이 향상되었지만, Analog/RF 회로는 동작전압감소, 공정변화심화 등으로 인해 심각한 성능저하가 나타나고 있다. 이에 기존의 전하펌프 기반 아날로그 PLL에 대한 대안으로 All Digital PLL(ADPLL)이 개발되고 이미 상용제품에 적용되고 있다. 하지만 그 성능은 데이터변환 회로인 TDC와 DCO의 제한된 해상도로 인해 개선이 많이 필요하다. 이 두 회로는 ADPLL의 성능에 가장 큰 영향을 미치므로 본 논문에서는 지금까지 발표된 TDC와 DCO 구현사례를 중심으로 ADPLL의 연구개발동향을 살펴보고자 한다.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제11권1호
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• pp.157-166
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• 2016

In this paper, a new sag and peak voltage detector is proposed for a single-phase inverter using delta square operation. The conventional sag detector is from a single-phase digital phase-locked loop (DPLL) that is based on d-q transformations using an all-pass filter (APF). The d-q transformation is typically used in the three-phase coordinate system. The APF generates a virtual q-axis voltage component with a 90° phase delay, but this virtual phase cannot reflect a sudden change in the grid voltage at the instant the voltage sag occurs. As a result, the peak value is drastically distorted, and it settles down slowly. A modified APF generates the virtual q-axis voltage component from the difference between the current and the previous values of the d-axis voltage component in the stationary reference frame. However, the modified APF cannot detect the voltage sag and peak value when the sag occurs around the zero crossing points such as 0° and 180°, because the difference voltage is not sufficient to detect the voltage sag. The proposed algorithm detects the sag voltage through all regions including the zero crossing voltage. Moreover, the exact voltage drop can be acquired by calculating the q-axis component that is proportional to the d-axis component. To verify the feasibility of the proposed system, the conventional and proposed methods are compared using simulations and experimental results.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제13권2호
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• pp.145-151
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• 2013

In this paper, a low power, small area cyclic time-to-digital converter in All-Digital PLL for DVB-S2 application is presented. Coarse and fine TDC stages in the two-step TDC are shared to reduce the area and the current consumption maintaining the resolution since the area of the TDC is dominant in the ADPLL. It is implemented in a 0.13 ${\mu}m$ CMOS process with a die area of 0.12 $mm^2$. The power consumption is 2.4 mW at a 1.2 V supply voltage. Furthermore, the resolution and input frequency of the TDC are 5 ps and 25 MHz, respectively.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제14권4호
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• pp.484-494
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• 2014

We describe a digitally controlled oscillator (DCO) which compensates the frequency variations for process, voltage, and temperature (PVT) variations with an accuracy of ${\pm}2.6%$ at 2.5 GHz. The DCO includes an 8 phase current-controlled ring oscillator, a digitally controlled current source (DCCS), a process and temperature (PT)-counteracting voltage regulator, and a bias current generator. The DCO operates at a center frequency of 2.5 GHz with a wide tuning range of 2.2 GHz to 3.0 GHz. At 2.8 GHz, the DCO achieves a phase noise of -112 dBc/Hz at 10 MHz offset. When it is implemented in an all-digital phase-locked loop (ADPLL), the ADPLL exhibits an RMS jitter of 8.9 ps and a peak to peak jitter of 77.5 ps. The proposed DCO and ADPLL are fabricated in 65 nm CMOS technology with supply voltages of 2.5 V and 1.0 V, respectively.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제15권7호
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• pp.1543-1551
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• 2011

기존에 ADPLL(All Digital Phase Locked Loop)에서는 DCO(Digitally Controlled Oscillator)의 해상도를 향상시키기 위해 주로 디더링(dithering) 기법이 사용되었다. 본 논문에서는 디더링 방식에서 발생하는 문제점을 보안하고자 DAC(Digital-to-Analog Converter)를 이용한 DCO의 해상도 확보 방법을 제안하였다. 주파수 컨트롤은 coarse와 fine 바랙터(varactor) bank 그리고 DAC 바랙터에 의해서 이루어지며, coarse와 fine bank는 PMOS 바랙터로, DAC 바랙터는 NMOS 바랙터로 구현하였다. 각 바랙터 bank는 8비트의 디지털 입력으로 컨트롤된다. $0.13{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 설계된 DCO는 약 2.8GHz~3.5GHz의 주파수 범위에서 발진하며 660MHz의 대역폭을 갖는다. DCO의 출력 주파수를 측정한 결과 해상도는 2.8GHz대역에서 73Hz이다. 설계된 DCO는 1M 옵셋(offset)에서 -119dBc/Hz의 위상 잡음 특성을 보이며, 1.2V 전원에서 4.2mA의 전류를 소모한다. 칩 면적은 PAD를 포함하여 $1.3mm{\times}1.3mm$이다.

• 전자공학회논문지
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• 제50권2호
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• pp.122-133
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• 2013

올-디지털 위상 고정 루프에 사용되는 고해상도 위상-디지털 변환기 설계에 있어서, 위상-주파수 검출기와 시간-디지털 변환기로 이루어진 위상-디지털 변환기에 활용될 수 있는 간단한 구조의 아비터 기반 위상 결정 회로를 제안한다. 제안한 위상 결정 회로는 기존에 개발된 위상 결정 회로보다 적은 전력소모와 보다 작은 입력-출력 지연 시간을 가지면서도 두 펄스 사이의 매우 작은 위상 차이도 구별할 수 있다. 제안한 위상 결정 회로는 130um CMOS 공정을 사용하여 구현되었고, 트랜지스터 레벨에서 시뮬레이션으로 검증되었다. 제안한 위상 결정 회로를 이용한 오프셋과 데드존이 없는 5비트의 위상-디지털 변환기도 검증되었다. 또한 배수주기 고정 문제가 없고 위상 오프셋이 매우 적은 지연 고정 루프를 제안하였다. 제안한 지연 고정 루프는 위상-디지털 변환기의 해상도를 PVT 변화에 무관하게 항상 원하는 대로 정확히 고정시키는 용도로 활용된다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제14권5호
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• pp.1103-1108
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• 2010

주파수 도약 대역확산시스템에서의 광대역 주파수 도약을 위해 주파수 합성기가 널리 이용된다. 이와 같은 주파수 도약 대역확산 송수신기에서의 도약 주파수를 발생시키는 주파수 합성기는 PLL에 의해 실현된다. 따라서 논문에서는 정교한 반송파 발생, 수신기에서의 반송파동기 등을 위해 널리 이용되는 디지털 위상고정루프를 설계하고 결과를 분석하였다. 디지털 위상비교기, 루프필터, DCO 등 디지털 위상고정루프를 구성하는 기본 요소를 소개하였다. 또한 구현된 각 구성요소에 대한 시뮬레이션 결과와 특성들에 대한 분석이 이루어 졌다. 기준입력신호와 DCO의 출력신호의 위상차에 의한 특성을 분석하였다. 루프가 고정이 되었을 때 루프필터의 N값이 이웃하는 값 사이에서 토글되는 현상을 나타내며 이는 출력신호에 위상 지터를 초래한다. 이는 DCO의 클럭인 fc를 증가시키므로 해결이 가능하다.

• 전자공학회논문지
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• 제52권2호
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• pp.195-200
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• 2015

본 논문에서는 ADPLL의 잡음 개선을 위해 8비트 SVBS-TDC (Semi-Vernier Binary-Search Time-to-Digital Converter)를 제안했다. TDC의 동작 속도를 높이기 위해 인코더 등 디지털 블록을 사용하지 않는 BS-TDC (Binary-Search TDC) 구조를 사용했으며, 버니어 구조를 적용하여 기존의 BS-TDC에 비해 해상도를 10배 이상 증가시켰다. TDC의 단점인 좁은 입력범위를 개선하기 위해 버니어 구조를 절반만 적용하여 510ps의 넓은 입력 범위를 확보했다. 제안하는 SVBS-TDC는 65nm CMOS 공정으로 설계하였고, 모의실험 결과 1.2V 전원 전압에서 동작 속도는 200MHz이고 해상도는 4ps로서 ADPLL의 잡음 특성을 효과적으로 개선함을 확인하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제15권1호
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• pp.29-36
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• 2011

기존에 ADPLL(All Digital Phase Locked Loop)에서는 DCO(Digitally Controlled Oscillator)의 해상도를 향상시키기 위해 주로 dithering 기법이 사용되었다. 본 논문에서는 dithering 방식에서 발생하는 문제점을 보안하고자 DAC를 이용한 DCO의 해상도 확보 방법을 제안하였다. $0.13{\mu}m$ CMOS 공정을 이용하여 고해상도의 2.4GHz LC DCO를 무선 로컬 네트워크 통신에 적용 가능하도록 설계하였다. 설계된 DCO는 900MHz의 주파수 튜닝 범위를 가지고 발진하며 58.8Hz의 해상도를 보여준다. 주파수 컨트롤은 coarse, fine, DAC 배랙터 bank에 의해서 이루어지며, coarse와 fine bank는 PMOS 배랙터로, DAC bank는 NMOS 배랙터로 구성되었다. 각 배랙터 bank는 8비트의 디지털 입력으로 컨트롤된다. 설계된 DCO의 위상잡음은 1MHz 옵셋에서 -123.8dBc/Hz이다. 설계된 DCO는 공급전압 1.2V에서 4.2mA의 전류를 소모한다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제49권7호
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• pp.23-29
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• 2012

디지털 PLL의 핵심블록이 되는 디지털 제어 발진기를 LC 구조를 기반으로 설계하고 $0.18{\mu}m$ RF CMOS 공정을 사용하여 제작하였다. 2개의 교차쌍 구조의 NMOS 코어를 이용하여 광대역 특성을 구현하였으며, PMOS 배랙터쌍을 이용하여 수 aF의 작은 캐패시터값의 변화를 얻을 수 있었다. 캐패시터 축퇴 기법을 사용하여 캐패시턴스 값을 감소시키어 고해상도 주파수 특성을 구현하였다. 또한, 노이즈 필터링 기법을 바이어스 회로 등에 적용하여 위상잡음에 강한 구조로 설계를 하였다. 측정결과 중심주파수 2.7GHz에서 2.5GHz의 주파수 대역의 출력이 가능하였으며 2.9 ~ 7.1kHz의 높은 주파수해상도를 얻을 수 있었다. 미세튜닝범위와 코어의 전류 바이어스는 4개의 PMOS 배열을 통하여 제어가 가능하도록 하여 유연성을 높였다. 1.8V 전원에서 전류는 17~26mA 정도를 소모하였다. 설계한 DCO는 다양한 통신시스템에 응용이 가능하다.