Constant Relative Gain DCO를 이용한 Adaptive Bandwidth PLL의 설계

Abstract

본 논문은 입력 디지털 코드 대 출력 주파수에 대한 이득이 동작주파수에 따라 비례하여 변화하는 디지털 제어 발진기(DCO)의 설계를 다룬다. 이득이 일정한 값으로 유지되는 기존의 많은 DCO들과 차이점을 가진다. 제안하는 DCO를 all digital PLL에 이용할 경우, 전체 시스템의 특성은 PVT 변화에 둔감하다. 그리고 별도의 calibration이나 adaptation없이 reference 클락의 주파수 변화에 따라 루프의 bandwidth가 비례하여 변화하도록 하는 adaptive bandwidth PLL을 간단하게 구현할 수 있다. 약 1:2 범위의 주파수 영역에서 동작하는 10bit 해상도의 DCO를 설계하였고, 설계 방법 및 그 결과를 논의하도록 한다. 이 DCO는 입력 디지털 코드가 한 단계 증가할 때마다 현재 출력 주파수 대비 1.0007배에 해당하는 주파수로 그 출력이 변화하며, 그 수치는 PVT 변화에 둔감하다. 또, 동작주파수가 1.66GHz일 때 약 1.22mW의 전력을 소모하며 device들의 잡음으로 인한 phase noise는 10MHz offset에서 약 -103dBC/Hz으로 나타났다. 설계한 DCO를 가지고 디지털 방식의 추가적인 회로나 calibration 과정이 전혀 없이 동작하는 adaptive bandwidth PLL을 설계하여 동작주파수나 회로의 PVT 조건과 관계없이 reference 클락의 주파수와 PLL의 bandwidth간의 비율이 항상 약 1/200으로 일정하게 유지됨을 확인하였다.