Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR20050011316A - Differential voltage-to-current converter with improved linearity and voltage controlled oscillator including the same - Google Patents

Differential voltage-to-current converter with improved linearity and voltage controlled oscillator including the same Download PDF

Info

Publication number
KR20050011316A
KR20050011316A KR1020030050344A KR20030050344A KR20050011316A KR 20050011316 A KR20050011316 A KR 20050011316A KR 1020030050344 A KR1020030050344 A KR 1020030050344A KR 20030050344 A KR20030050344 A KR 20030050344A KR 20050011316 A KR20050011316 A KR 20050011316A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
voltage
pair
transistor pair
current mirror
Prior art date
Application number
KR1020030050344A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김주형
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020030050344A priority Critical patent/KR20050011316A/en
Publication of KR20050011316A publication Critical patent/KR20050011316A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45183Long tailed pairs
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45273Mirror types
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/027Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of logic circuits, with internal or external positive feedback
    • H03K3/03Astable circuits
    • H03K3/0315Ring oscillators
    • H03K3/0322Ring oscillators with differential cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

PURPOSE: A differential voltage-current converter and a voltage-controlled oscillator having the same are provided to reduce a gain of the voltage-controlled oscillator by using a differential voltage-current converter having improved linearity. CONSTITUTION: A differential voltage-current converter includes an input transistor pair(51), a control transistor pair(52), a first current mirror(53), a second current mirror(54), and a third current mirror(55). The input transistor pair receives a differential input signal pair. The control transistor pair is cross-coupled with each other and is coupled with the input transistor pair in parallel. The first current mirror duplicates the current flowing through one of the transistors in the input transistor pair. The second current mirror duplicates the duplicated current to an output terminal. The third current mirror duplicates the current flowing through the other of the transistors in the input transistor pair to the output terminal.

Description

향상된 선형성을 갖는 차동 전압 전류 변환기 및 이를 구비하는 전압제어 발진기{Differential voltage-to-current converter with improved linearity and voltage controlled oscillator including the same}Differential voltage-to-current converter with improved linearity and voltage controlled oscillator including the same}

본 발명은 반도체 집적회로에 관한 것으로, 특히 차동 전압 전류 변환기(differential voltage-to-current converter) 및 이를 이용하는 전압제어 발진기(voltage controlled oscillator, VCO)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor integrated circuits, and more particularly, to differential voltage-to-current converters and voltage controlled oscillators (VCOs) using the same.

전압 전류 변환기(voltage-to-current converter, VIC)는 위상고정 루프(phase-locked loop, PLL)의 가장 중요한 블럭인 전압제어 발진기(voltage controlled oscillator, VCO)에 사용되는 회로로서 전압을 전류로 변환시키는 회로이다. 위상고정 루프(PLL)는 클럭 복원, 주파수 합성, 신호의 변조나 복조 등을 포함하여 통신 시스템이나 제어 시스템에 광범위하게 사용되고 있다. PLL에서 가장 중요한 블럭중의 하나인 전압제어 발진기(VCO)는 PLL의 특성에 큰 영향을 끼친다.A voltage-to-current converter (VIC) is a circuit used in a voltage controlled oscillator (VCO), the most important block of a phase-locked loop (PLL), to convert voltage into current. It is a circuit. Phase locked loops (PLLs) are widely used in communication and control systems, including clock recovery, frequency synthesis, signal modulation and demodulation, and the like. One of the most important blocks in a PLL, the voltage controlled oscillator (VCO), has a great influence on the characteristics of the PLL.

VCO의 기본적인 특성은 입력 전압 대비 주파수의 기울기이다. 즉, 이 기울기는 입력 전압이 변할 때 주파수가 얼마나 변하는가의 민감도를 말하며, 이것을 VCO의 이득이라고 한다. 일반적으로 PLL의 잡음(noise)에 대한 특성은 VCO의 이득이 작을수록 향상된다. VCO의 입력 전압 범위는 1.8볼트(Volt) 전원전압의 경우 대략 1.0볼트 정도로 제한된다. 요구되는 주파수 범위가 좁을 경우에는 VCO의 이득을 작게할 수 있지만, 요구되는 주파수 범위가 넓을 경우에는 VCO의 이득을 증가시킬 수 밖에 없으며 이로 인해 PLL의 특성은 저하된다.The basic characteristic of a VCO is the slope of the frequency with respect to the input voltage. In other words, this slope is the sensitivity of how the frequency changes when the input voltage changes, which is called the gain of the VCO. In general, the noise characteristics of the PLL improve as the gain of the VCO decreases. The input voltage range of the VCO is limited to approximately 1.0 volts for a 1.8 volt supply voltage. If the required frequency range is narrow, the gain of the VCO can be reduced. However, if the required frequency range is wide, the gain of the VCO must be increased, which degrades the characteristics of the PLL.

도 1은 VCO의 구성을 나타내는 회로도이며, 이를 참조하면 VCO는 차동 입력신호 쌍(INP, INN)의 전압을 전류(IOUT)로 변환하여 출력하는 차동 전압 전류 변환기(VIC)(11), 직렬로 연결되고 최종단의 출력이 첫단으로 피드백되며 각각이 상기 차동 전압 전류 변환기(11)에 의해 변환된 전류(IOUT)에 의해 제어되는 복수개의 지연셀들(12-15), 및 최종단(15)의 출력신호 쌍을 버퍼링하여 출력하는 버퍼(16)를 구비한다.FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a VCO. Referring to this, the VCO is a series of differential voltage current converters (VICs) 11 for converting and outputting voltages of differential input signal pairs INP and INN into current IOUT. A plurality of delay cells 12-15 connected and fed back to the first stage, each controlled by a current IOUT converted by the differential voltage current converter 11, and a final stage 15. And a buffer 16 for buffering and outputting a pair of output signals.

상술한 VCO에서 VCO의 이득을 조절하는 부분은 차동 전압 전류 변환기(VIC)(11)이며, 일반적인 종래의 VIC가 도 2에 도시되어 있다.In the above-described VCO, a part of controlling the gain of the VCO is a differential voltage current converter (VIC) 11, and a general conventional VIC is shown in FIG.

도 2를 참조하면, 종래의 VIC는, 입력 트랜지스터 쌍(21), 제1전류 미러(current mirror)(22), 제2전류 미러(23), 제3전류 미러(24), 제4전류 미러(25), 제1전류원(I1), 및 제2전류원(I2)를 구비한다.Referring to FIG. 2, the conventional VIC includes an input transistor pair 21, a first current mirror 22, a second current mirror 23, a third current mirror 24, and a fourth current mirror. 25, a first current source I1, and a second current source I2.

입력 트랜지스터 쌍(21)은 차동 입력신호 쌍(INP, INN)을 수신한다. 제1전류 미러(22)는 상기 입력 트랜지스터 쌍의 하나(211)를 통해 흐르는 전류를 반사(mirroring)시키고, 제2전류 미러(23)는 상기 제1전류 미러(22)에 의해 반사되어 발생된 전류를 다시 반사시켜 출력단(Iout)으로 제공한다.The input transistor pair 21 receives the differential input signal pairs INP and INN. The first current mirror 22 mirrors the current flowing through one of the input transistor pairs 211, and the second current mirror 23 is reflected by the first current mirror 22. The current is reflected back to the output (Iout).

제3전류 미러(24)는 상기 입력 트랜지스터 쌍의 다른 하나(212)를 통해 흐르는 전류를 반사시켜 출력단(Iout)으로 제공한다. 제1전류원(I1)은 전원전압(VCC)에 연결되고 입력 트랜지스터 쌍(21)에 전류를 공급한다. 제2전류원(I2)도 전원전압(VCC)에 연결되고 전류를 공급하며 제4전류 미러(25)는 제2전류원(I2)에 의해 공급되는 전류를 반사시켜 상기 출력단(Iout)으로 제공한다.The third current mirror 24 reflects the current flowing through the other 212 of the input transistor pair and provides it to the output terminal Iout. The first current source I1 is connected to the power supply voltage VCC and supplies a current to the input transistor pair 21. The second current source I2 is also connected to the power supply voltage VCC and supplies a current, and the fourth current mirror 25 reflects the current supplied by the second current source I2 and provides it to the output terminal Iout.

좀더 설명하면, INP가 INN 보다 높을 경우에는 입력 트랜지스터(211) 쪽으로 많은 전류가 흐르게 되어 출력단(Iout)의 전류는 증가한다. 반대로, INP가 INN 보다 낮을 경우에는 입력 트랜지스터(212) 쪽으로 많은 전류가 흘러 출력단(Iout)의 전류는 감소한다.In more detail, when INP is higher than INN, a large amount of current flows toward the input transistor 211 so that the current at the output terminal Iout increases. On the contrary, when INP is lower than INN, a large amount of current flows toward the input transistor 212 so that the current at the output terminal Iout decreases.

도 3은 도 2에 도시된 종래의 VIC를 모의 실험(simulation)한 결과이다. 여기에서 X-축은 입력 신호들 간의 전압차이(INP-INN)를 나타내고 Y-축은 출력단의 전류(Iout)을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 입력 신호들 간의 전압차이(INP-INN)가 -0.6볼트에서 0.6볼트 정도까지는 출력단의 전류(Iout)의 변화가 선형적으로 나타나고 있지만, 그 이상의 전압에서는 포화 상태에 이르러 더 이상 전류가 증가 또는 감소하지 않는다.3 is a simulation result of the conventional VIC shown in FIG. Here, the X-axis represents the voltage difference INP-INN between the input signals and the Y-axis represents the current Iout of the output terminal. Referring to FIG. 3, although the voltage difference (INP-INN) between the input signals is -0.6 volts to 0.6 volts, the current Iout of the output stage is linearly expressed, but at higher voltages, the saturation state is reached. The abnormal current does not increase or decrease.

도 4는 도 2에 도시된 종래의 VIC를 채용한 VCO의 전압 대비 주파수의 변화를 모의 실험한 것이다. 여기에서 X-축은 입력 신호들 간의 전압차이(INP-INN)를 나타내고 Y-축은 VCO의 출력 주파수를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 VIC 모의실험 결과에서와 같이 VCO의 주파수 변화 선형성이 제한적이며 이득은 대략 150MHz/V 정도이다.FIG. 4 simulates a change in frequency versus frequency of a VCO employing the conventional VIC shown in FIG. 2. Here the X-axis represents the voltage difference (INP-INN) between the input signals and the Y-axis represents the output frequency of the VCO. Referring to FIG. 4, as in the VIC simulation results shown in FIG. 3, the frequency change linearity of the VCO is limited and the gain is about 150 MHz / V.

그런데 VIC의 선형성이 떨어지면 VCO의 선형성이 떨어지게 되고 결국 VCO의 이득이 증가되어 PLL의 잡음 특성이 나빠지게 된다.However, if the linearity of the VIC is reduced, the linearity of the VCO is reduced, and eventually the gain of the VCO is increased, resulting in poor noise characteristics of the PLL.

따라서 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 향상된 선형성을 갖는 차동 전압 전류 변환기(VIC)를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a differential voltage current converter (VIC) having improved linearity.

본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는, 향상된 선형성을 갖는 차동 전압 전류 변환기(VIC)를 구비함으로써 이득을 감소시키는 전압제어 발진기(VCO)를 제공하는 데 있다.Another technical object of the present invention is to provide a voltage controlled oscillator (VCO) which reduces gain by providing a differential voltage current converter (VIC) having improved linearity.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order to better understand the drawings cited in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.

도 1은 일반적인 전압제어 발진기(VCO)의 구성을 나타내는 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of a general voltage controlled oscillator (VCO).

도 2는 종래의 차동 전압 전류 변환기(VIC)를 나타내는 회로도이다.2 is a circuit diagram showing a conventional differential voltage current converter (VIC).

도 3은 도 2에 도시된 종래의 차동 전압 전류 변환기를 모의 실험(simulation)한 결과이다.3 is a simulation result of the conventional differential voltage current converter shown in FIG. 2.

도 4는 도 2에 도시된 종래의 VIC를 채용한 VCO의 전압 대비 주파수의 변화를 모의 실험한 결과이다.FIG. 4 is a simulation result of a change in frequency vs. voltage of a VCO employing the conventional VIC shown in FIG. 2.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차동 전압 전류 변환기(VIC)를 나타내는 회로도이다.5 is a circuit diagram illustrating a differential voltage current converter (VIC) according to an embodiment of the present invention.

도 6은 도 5에 도시된 본 발명에 따른 VIC에 대한 모의실험 결과와 도 2에 도시된 종래의 VIC에 대한 모의실험 결과를 함께 나타낸 것이다.FIG. 6 shows a simulation result for the VIC according to the present invention shown in FIG. 5 and a simulation result for the conventional VIC shown in FIG. 2.

도 7은 도 5에 도시된 본 발명에 따른 VIC를 채용한 VCO의 전압 대비 주파수 변화에 대한 모의실험 결과와 도 2에 도시된 종래의 VIC를 채용한 VCO의 전압 대비주파수 변화에 대한 모의실험 결과를 함께 도시한 것이다.7 is a simulation result of the frequency change of the frequency of the VCO employing the VIC according to the present invention shown in Figure 5 and a simulation result of the voltage change frequency of the VCO employing the conventional VIC shown in Figure 2 It is shown together.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 차동 전압 전류 변환기(VIC)는, 차동 입력신호 쌍을 수신하는 입력 트랜지스터 쌍, 상기 입력 트랜지스터 쌍에 병렬로 연결되고 서로 크로스 커플(cross coupled)되는 제어 트랜지스터 쌍, 상기 입력 트랜지스터 쌍의 하나를 통해 흐르는 전류를 반사(mirroring)시키는 제1전류 미러(current mirror), 상기 제1전류 미러에 의해 반사되어 발생된 전류를 다시 반사시켜 출력단으로 제공하는 제2전류 미러, 및 상기 입력 트랜지스터 쌍의 다른 하나를 통해 흐르는 전류를 반사시켜 상기 출력단으로 제공하는 제3전류 미러를 구비하는 것을 특징으로 한다.In accordance with an aspect of the present invention, a differential voltage current converter (VIC) includes an input transistor pair for receiving a differential input signal pair, and a control transistor connected to the input transistor pair in parallel and cross coupled to each other. A first current mirror for mirroring a current flowing through one of the pair of input transistors, and a second current for reflecting the current generated by the first current mirror again to provide to an output terminal. A mirror, and a third current mirror for reflecting a current flowing through the other of the pair of input transistors to provide to the output terminal.

상기 본 발명에 따른 차동 전압 전류 변환기(VIC)는, 전원전압에 연결되고 상기 입력 트랜지스터 쌍 및 상기 제어 트랜지스터 쌍에 전류를 공급하는 제1전류원, 전원전압에 연결되고 전류를 공급하는 제2전류원, 및 상기 제2전류원에 의해 공급되는 전류를 반사시켜 상기 출력단으로 제공하는 제4전류 미러를 더 구비한다.The differential voltage current converter (VIC) according to the present invention includes a first current source connected to a power supply voltage and supplying current to the input transistor pair and the control transistor pair, a second current source connected to a power supply voltage and supplying current, And a fourth current mirror configured to reflect the current supplied by the second current source to provide to the output terminal.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전압제어 발진기(VCO)는, 차동 입력신호 쌍의 전압을 전류로 변환하여 출력하는 차동 전압 전류 변환기, 및 직렬로 연결되고 최종단의 출력이 첫단으로 피드백되며 각각이 상기 차동 전압 전류 변환기에 의해 변환된 전류에 의해 제어되는 복수개의 지연셀들을 구비하고,The voltage controlled oscillator (VCO) according to the present invention for achieving the above another technical problem, the differential voltage current converter for converting the voltage of the differential input signal pair to output the current, and connected in series and the output of the final stage is first A plurality of delay cells, each of which is fed back and controlled by a current converted by the differential voltage current converter,

상기 차동 전압 전류 변환기는, 차동 입력신호 쌍을 수신하는 입력 트랜지스터 쌍, 상기 입력 트랜지스터 쌍에 병렬로 연결되고 서로 크로스 커플(cross coupled)되는 제어 트랜지스터 쌍, 상기 입력 트랜지스터 쌍의 하나를 통해 흐르는 전류를 반사(mirroring)시키는 제1전류 미러(current mirror), 상기 제1전류 미러에 의해 반사되어 발생된 전류를 다시 반사시켜 출력단으로 제공하는 제2전류 미러, 및 상기 입력 트랜지스터 쌍의 다른 하나를 통해 흐르는 전류를 반사시켜 상기 출력단으로 제공하는 제3전류 미러를 구비하는 것을 특징으로 한다.The differential voltage current converter includes an input transistor pair receiving a differential input signal pair, a control transistor pair connected in parallel to the input transistor pair and cross coupled to each other, and a current flowing through one of the input transistor pair. A first current mirror for mirroring, a second current mirror for reflecting back the current generated by the first current mirror and providing it to an output terminal, and flowing through the other of the pair of input transistors And a third current mirror that reflects current and provides the output to the output terminal.

상기 차동 전압 전류 변환기는, 전원전압에 연결되고 상기 입력 트랜지스터 쌍 및 상기 제어 트랜지스터 쌍에 전류를 공급하는 제1전류원, 전원전압에 연결되고 전류를 공급하는 제2전류원, 및 상기 전류원에 의해 공급되는 전류를 반사시켜 상기 출력단으로 제공하는 제4전류 미러를 더 구비한다.The differential voltage current converter is provided by a first current source connected to a power supply voltage and supplying current to the input transistor pair and the control transistor pair, a second current source connected to a power supply voltage and supplying current, and supplied by the current source. And a fourth current mirror that reflects current and provides the output to the output terminal.

본 발명과 본 발명의 동작 상의 잇점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차동 전압 전류 변환기(VIC)를 나타내는 회로도이다.5 is a circuit diagram illustrating a differential voltage current converter (VIC) according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 입력 트랜지스터 쌍(51), 제어 트랜지스터 쌍(52), 제1전류 미러(53), 제2전류 미러(54), 제3전류 미러(55), 제4전류 미러(56), 제1전류원(I1), 및 제2전류원(I2)을 구비한다. 즉 본 발명의 일실시예에 따른 차동 전압 전류 변환기(VIC)는 도 2에 도시된 종래의 VIC에 비하여 제어 트랜지스터 쌍(52)를 더 구비한다.5, an input transistor pair 51, a control transistor pair 52, a first current mirror 53, a second current mirror 54, a third current mirror 55, and a fourth current mirror 56. ), A first current source I1, and a second current source I2. That is, the differential voltage current converter VIC according to the embodiment of the present invention further includes a control transistor pair 52 as compared to the conventional VIC shown in FIG. 2.

입력 트랜지스터 쌍(51)은 차동 입력신호 쌍(INP, INN)을 수신하며 두 개의 피모스 트랜지스터(511,512)로 구성된다. 제어 트랜지스터 쌍(52)은 입력 트랜지스터 쌍(51)에 병렬로 연결되고 서로 크로스 커플(cross coupled)되는 두 개의 피모스 트랜지스터(521,522)로 구성된다.The input transistor pair 51 receives the differential input signal pairs INP and INN and consists of two PMOS transistors 511 and 512. The control transistor pair 52 is composed of two PMOS transistors 521 and 522 connected in parallel to the input transistor pair 51 and cross coupled to each other.

제1전류 미러(53)는 상기 입력 트랜지스터 쌍의 하나(511)를 통해 흐르는 전류를 반사(mirroring)시키고, 제2전류 미러(54)는 상기 제1전류 미러(53)에 의해 반사되어 발생된 전류를 다시 반사시켜 출력단(Iout)으로 제공한다. 제1전류 미러(53)는 두 개의 엔모스 트랜지스터(531,532)로 구성되고 제2전류 미러(54)는 두 개의 피모스 트랜지스터(541,542)로 구성된다.The first current mirror 53 mirrors the current flowing through one of the input transistor pairs 511, and the second current mirror 54 is reflected by the first current mirror 53. The current is reflected back to the output (Iout). The first current mirror 53 is composed of two NMOS transistors 531, 532 and the second current mirror 54 is composed of two PMOS transistors 541, 542.

제3전류 미러(55)는 상기 입력 트랜지스터 쌍의 다른 하나(512)를 통해 흐르는 전류를 반사시켜 출력단(Iout)으로 제공한다. 제3전류 미러(55)는 두 개의 엔모스 트랜지스터(551,552)로 구성된다.The third current mirror 55 reflects the current flowing through the other one 512 of the input transistor pair and provides it to the output terminal Iout. The third current mirror 55 is composed of two NMOS transistors 551 and 552.

제1전류원(I1)은 전원전압(VCC)에 연결되고 입력 트랜지스터 쌍(51) 및 제어 트랜지스터 쌍(52)에 전류를 공급한다. 제2전류원(I2)도 전원전압(VCC)에 연결되고 전류를 공급하며 제4전류 미러(56)는 제2전류원(I2)에 의해 공급되는 전류를 반사시켜 상기 출력단(Iout)으로 제공한다.The first current source I1 is connected to the power supply voltage VCC and supplies current to the input transistor pair 51 and the control transistor pair 52. The second current source I2 is also connected to the power supply voltage VCC and supplies a current, and the fourth current mirror 56 reflects the current supplied by the second current source I2 and provides it to the output terminal Iout.

좀더 설명하면, 상기 본 발명에 따른 VIC가 도 2의 종래 기술과 다른점은 입력신호 쌍(INP, INN)을 수신하는 입력 트랜지스터 쌍(51)과 병렬로 크로스 커플되는 제어 트랜지스터 쌍(52)이 추가된 점이다.More specifically, the VIC according to the present invention differs from the prior art of FIG. 2 in that the control transistor pair 52 cross-coupled in parallel with the input transistor pair 51 receiving the input signal pairs INP and INN is provided. This is an added point.

종래 기술의 경우 도 3의 모의 실험에서와 같이 -0.6볼트 이하 0.6볼트 이상에서 출력단의 전류(Iout)가 더 이상 증가하지 않거나 감소하지 않는다. 즉, VIC가 입력 신호에 대해서 반응하기 위해서는 어느 정도 이상의 차동 입력 전압이 가해져야 한다는 것이다.In the prior art, as in the simulation of FIG. 3, the current Iout of the output stage no longer increases or decreases below -0.6 volts and 0.6 volts or more. In other words, a certain amount of differential input voltage must be applied for the VIC to respond to the input signal.

따라서 본 발명에서는 입력단에 크로스 커플된 제어 트랜지스터 쌍(52)을 추가하여 이 영역을 줄이고자 한 것이다. 예컨대 입력 트랜지스터(511)를 통해 전류가 흐르지 않을 경우 제어 트랜지스터(521)를 통해 전류가 흐름으로써 두 전류의 합은 입력 신호(INP)의 전압변화에 대해 넓은 영역에서 선형적인 특성을 가진다.Therefore, the present invention aims to reduce this area by adding a cross-coupled control transistor pair 52 to the input terminal. For example, when no current flows through the input transistor 511, the current flows through the control transistor 521 so that the sum of the two currents is linear in a wide range with respect to the voltage change of the input signal INP.

도 6은 도 5에 도시된 본 발명에 따른 VIC에 대한 모의실험 결과와 도 2에 도시된 종래의 VIC에 대한 모의실험 결과를 함께 나타낸 것이다. 여기에서 X-축은 입력 신호들 간의 전압차이(INP-INN)를 나타내고 Y-축은 출력단의 전류(Iout)을 나타낸다.FIG. 6 shows a simulation result for the VIC according to the present invention shown in FIG. 5 and a simulation result for the conventional VIC shown in FIG. 2. Here, the X-axis represents the voltage difference INP-INN between the input signals and the Y-axis represents the current Iout of the output terminal.

도 6을 참조하면, 종래기술(B)에서는 입력 신호들 간의 전압차이(INP-INN)가 -0.6볼트에서 0.6볼트 정도까지는 출력단의 전류(Iout)의 변화가 선형적으로 나타나고 있지만, 그 이상의 전압에서는 포화 상태에 이르러 더 이상 전류가 증가 또는 감소하지 않는다. 반면에 본 발명(A)에서는 입력 신호들 간의 전압차이(INP-INN)가대략 -1.2볼트에서 1.2볼트까지 변하는 동안 출력단의 전류(Iout)가 선형적으로 변함을 확인할 수 있다. 이 결과는 본 발명에 따른 VIC의 선형성이 종래기술 대비 2배 정도 향상되었음을 의미한다.Referring to FIG. 6, in the prior art B, although the voltage difference INP-INN between the input signals is about -0.6 volts to about 0.6 volts, a change in the current Iout of the output terminal is linear, but more than that voltage. At saturation, the current no longer increases or decreases. On the other hand, in the present invention (A), it can be seen that the current (Iout) of the output stage changes linearly while the voltage difference (INP-INN) between the input signals varies from about -1.2 volts to 1.2 volts. This result means that the linearity of the VIC according to the present invention is improved by about 2 times compared to the prior art.

도 7은 도 5에 도시된 본 발명에 따른 VIC를 채용한 VCO의 전압 대비 주파수 변화에 대한 모의실험 결과와 도 2에 도시된 종래의 VIC를 채용한 VCO의 전압 대비 주파수 변화에 대한 모의실험 결과를 함께 도시한 것이다. 여기에서 X-축은 입력 신호들 간의 전압차이(INP-INN)를 나타내고 Y-축은 VCO의 출력 주파수를 나타낸다.7 is a simulation result of the frequency change of the frequency of the VCO employing the VIC according to the present invention shown in FIG. 5 and a simulation result of the frequency change of the frequency of the VCO employing the conventional VIC shown in FIG. It is shown together. Here the X-axis represents the voltage difference (INP-INN) between the input signals and the Y-axis represents the output frequency of the VCO.

도 7을 참조하면, 본 발명(C)에서 VCO의 이득은 대략 80MHz/V로서 종래기술(D)에서의 VCO의 이득 150MHz/V에 비하여 절반 수준으로 감소하였음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the gain of the VCO in the present invention (C) is approximately 80 MHz / V, which is reduced by half compared to the gain of the VCO in the prior art (D) of 150 MHz / V.

따라서 도 5에 도시된 본 발명에 따른 VIC를 채용하는 VCO는, 종래의 VIC를 채용하는 VCO와 비교하여 VCO의 제어 가능한 주파수 범위를 동일하게 유지한다면 이득을 반으로 줄일 수 있는 장점이 있고, 같은 이득을 유지한다면 제어 가능한 주파수 범위를 두 배로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Therefore, the VCO employing the VIC according to the present invention shown in FIG. 5 has the advantage of reducing the gain in half if the same controllable frequency range of the VCO is maintained as compared with the conventional VIC. Maintaining the gain has the advantage of doubling the controllable frequency range.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The best embodiment has been disclosed in the drawings and specification above. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차동 전압 전류 변환기(VIC)에서는 선형성이 향상되는 장점이 있다. 따라서 본 발명에 따른 차동 전압 전류 변환기(VIC)를 채용하는 전압제어 발진기(VCO)는, 종래의 VIC를 채용하는 VCO와 비교하여 VCO의 제어 가능한 주파수 범위를 동일하게 유지한다면 이득을 반으로 줄일 수 있는 장점이 있으며, 또한 같은 이득을 유지한다면 제어 가능한 주파수 범위를 두 배로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, in the VIC according to the present invention, linearity is improved. Therefore, the voltage controlled oscillator (VCO) employing the differential voltage current converter (VIC) according to the present invention can reduce the gain in half if the controllable frequency range of the VCO remains the same as that of the conventional VCO. It also has the advantage of doubling the controllable frequency range if the same gain is maintained.

Claims (6)

차동 입력신호 쌍을 수신하는 입력 트랜지스터 쌍;An input transistor pair for receiving a differential input signal pair; 상기 입력 트랜지스터 쌍에 병렬로 연결되고 서로 크로스 커플(cross coupled)되는 제어 트랜지스터 쌍;A control transistor pair coupled in parallel to the input transistor pair and cross coupled to each other; 상기 입력 트랜지스터 쌍의 하나를 통해 흐르는 전류를 반사(mirroring)시키는 제1전류 미러(current mirror);A first current mirror for mirroring current flowing through one of the input transistor pairs; 상기 제1전류 미러에 의해 반사되어 발생된 전류를 다시 반사시켜 출력단으로 제공하는 제2전류 미러; 및A second current mirror which reflects the current generated by the first current mirror and reflects it back to an output terminal; And 상기 입력 트랜지스터 쌍의 다른 하나를 통해 흐르는 전류를 반사시켜 상기 출력단으로 제공하는 제3전류 미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 차동 전압 전류 변환기.And a third current mirror for reflecting a current flowing through the other of the pair of input transistors and providing it to the output terminal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 전원전압에 연결되고 상기 입력 트랜지스터 쌍 및 상기 제어 트랜지스터 쌍에 전류를 공급하는 전류원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차동 전압 전류 변환기.And a current source coupled to a supply voltage and supplying current to the pair of input transistors and to the pair of control transistors. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 전원전압에 연결되고 전류를 공급하는 전류원; 및A current source connected to the power supply voltage and supplying current; And 상기 전류원에 의해 공급되는 전류를 반사시켜 상기 출력단으로 제공하는 제4전류 미러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차동 전압 전류 변환기.And a fourth current mirror which reflects the current supplied by the current source and provides it to the output terminal. 차동 입력신호 쌍의 전압을 전류로 변환하여 출력하는 차동 전압 전류 변환기; 및A differential voltage current converter for converting and outputting a voltage of a differential input signal pair into a current; And 직렬로 연결되고 최종단의 출력이 첫단으로 피드백되며 각각이 상기 차동 전압 전류 변환기에 의해 변환된 전류에 의해 제어되는 복수개의 지연셀들을 구비하고,Having a plurality of delay cells connected in series and having an output of the last stage fed back to the first stage, each controlled by a current converted by the differential voltage current converter, 상기 차동 전압 전류 변환기는,The differential voltage current converter, 차동 입력신호 쌍을 수신하는 입력 트랜지스터 쌍;An input transistor pair for receiving a differential input signal pair; 상기 입력 트랜지스터 쌍에 병렬로 연결되고 서로 크로스 커플(cross coupled)되는 제어 트랜지스터 쌍;A control transistor pair coupled in parallel to the input transistor pair and cross coupled to each other; 상기 입력 트랜지스터 쌍의 하나를 통해 흐르는 전류를 반사(mirroring)시키는 제1전류 미러(current mirror);A first current mirror for mirroring current flowing through one of the input transistor pairs; 상기 제1전류 미러에 의해 반사되어 발생된 전류를 다시 반사시켜 출력단으로 제공하는 제2전류 미러; 및A second current mirror which reflects the current generated by the first current mirror and reflects it back to an output terminal; And 상기 입력 트랜지스터 쌍의 다른 하나를 통해 흐르는 전류를 반사시켜 상기 출력단으로 제공하는 제3전류 미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압제어 발진기.And a third current mirror configured to reflect current flowing through the other of the pair of input transistors to provide to the output terminal. 제4항에 있어서, 상기 차동 전압 전류 변환기는,The method of claim 4, wherein the differential voltage current converter, 전원전압에 연결되고 상기 입력 트랜지스터 쌍 및 상기 제어 트랜지스터 쌍에 전류를 공급하는 전류원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전압제어 발진기.And a current source coupled to a power supply voltage for supplying current to the input transistor pair and the control transistor pair. 제4항에 있어서, 상기 차동 전압 전류 변환기는,The method of claim 4, wherein the differential voltage current converter, 전원전압에 연결되고 전류를 공급하는 전류원; 및A current source connected to the power supply voltage and supplying current; And 상기 전류원에 의해 공급되는 전류를 반사시켜 상기 출력단으로 제공하는 제4전류 미러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전압제어 발진기.And a fourth current mirror which reflects the current supplied by the current source and provides it to the output terminal.
KR1020030050344A 2003-07-22 2003-07-22 Differential voltage-to-current converter with improved linearity and voltage controlled oscillator including the same KR20050011316A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030050344A KR20050011316A (en) 2003-07-22 2003-07-22 Differential voltage-to-current converter with improved linearity and voltage controlled oscillator including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030050344A KR20050011316A (en) 2003-07-22 2003-07-22 Differential voltage-to-current converter with improved linearity and voltage controlled oscillator including the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20050011316A true KR20050011316A (en) 2005-01-29

Family

ID=37223389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030050344A KR20050011316A (en) 2003-07-22 2003-07-22 Differential voltage-to-current converter with improved linearity and voltage controlled oscillator including the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20050011316A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7521977B2 (en) 2007-05-02 2009-04-21 Tli Inc. Voltage-controlled oscillator generating output signal finely tunable in wide frequency range and variable delay circuits included therein

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7521977B2 (en) 2007-05-02 2009-04-21 Tli Inc. Voltage-controlled oscillator generating output signal finely tunable in wide frequency range and variable delay circuits included therein

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7176737B2 (en) Phase-locked loop and delay-locked loop including differential delay cells having differential control inputs
KR100877300B1 (en) VCO generating output signal with wide-range and fine-tuning and Variable delay circuit using therefor
KR100367110B1 (en) A variable delay cell with a self-biasing load
US6445211B1 (en) Circuit technique for improved current matching in charge pump PLLS
US6777991B2 (en) Method and apparatus for stable phase-locked looping
US5563553A (en) Method and apparatus for a controlled oscillation that may be used in a phase locked loop
US6385265B1 (en) Differential charge pump
US6531913B1 (en) Low voltage charge pump
US5952892A (en) Low-gain, low-jitter voltage controlled oscillator circuit
US7737795B2 (en) Voltage controlled oscillator
KR20020011342A (en) Delay circuit, voltage controlled delay circuit, voltage controlled oscilating circuit, delay adjustment circuit, dll circuit and pll circuit
US20050068073A1 (en) Regulated adaptive-bandwidth PLL/DLL using self-biasing current from a VCO/VCDL
US6107889A (en) Phase locked loop charge pump circuit
US7154352B2 (en) Clock generator and related biasing circuit
US20030117202A1 (en) Delay circuit with current steering output symmetry and supply voltage insensitivity
US7902935B2 (en) Bias circuit and voltage-controlled oscillator
KR100657839B1 (en) Delay cell tolerant of power noise
US7012473B1 (en) Current steering charge pump having three parallel current paths preventing the current sources and sinks to turn off and on
US5714912A (en) VCO supply voltage regulator
US5585765A (en) Low power RC oscillator using a low voltage bias circuit
JP2001326560A (en) Semiconductor integrated circuit and phase locked loop circuit
US7498885B2 (en) Voltage controlled oscillator with gain compensation
US6642799B2 (en) Phase lock loop destress circuit
CN113765515B (en) Open loop fractional divider
US20050156678A1 (en) Voltage control oscillator

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid