본 논문에서는 광대역 수신기에서 고속으로 동작하며, 위상 잡음의 크기와 형태를 개선한 이중 PLL 구조 주파수 합성기를 제안한다. 위상 잡음 및 불요신호의 개선을 위해 두 번째 PLL의 기준 주파수로 사용되는 첫 번째 PLL의 출력주파수를 변경하였다. 6.5~8.5 GHz에서 동작하며, 디지털 NCO(Numerically Controlled Oscillator)와 연계하여 주파수 해상도 1 Hz를 만족하는 주파수 합성기를 설계하였고, 제작된 주파수 합성기는 동조속도 60 us 이내로 동작하며, 출력 전력은 약 -3 dBm 이상, 위상 잡음은 10 kHz offset에서 -95 dBc/Hz 이하를 만족한다.
주파수 도약 대역확산시스템에서의 광대역 주파수 도약을 위해 주파수 합성기가 널리 이용된다. 따라서 본 논문에서는 효과적인 무선 디지털 데이터 전송 성능을 얻기 위한 FH-FSK 통신에 미치는 주파수 합성기의 영향을 분석하였다. 이를 위해 PLL의 성능을 좌우하는 위상 변화, 스퓨리어스의 발생, PLL의 과도응답 특성에 의해 영향을 받는 주파수 도약율 등 여러 가지 파라미터들에 따른 성능을 분석하였다. 전형적인 PLL을 사용한 주파수 도약 시스템에서는 주파수 도약을 위한 반송파 신호를 국부 발진기에서 만들어낸다. 반송파 간격이 협대역인 협대역 무선 통신 시스템일 경우에는 빠른 주파수 도약을 위한 PLL의 구현이 어렵다. 본 논문에서는 이런 문제점을 해결하기 위해 디지털 주파수 합성기/CPM 변조기를 사용하여 빠른 주파수 도약을 위한 PLL 구현이 가능함을 Matlab tool를 사용한 시뮬레이션 결과를 통해 분석할 수 있었다.
For the first time, PLL frequency synthesizer using DDS was adapted for the data link communication system which should fast transmit and receive each other with the correct information and fast Hopping System. It is inevitable to lost the synchronization by slow lock time about PLL and no cut off the noise. This paper propose the design of PLL frequency synthesizer which can make 800MHz frequency range. The PLL frequency synthesizer has three high qualities those are frequency accuracy, fast lock time and outstanding phase noise.
본 논문에서는 위상잡음 해석을 이용하여 RSSI(receiver signal strength indicator)용 PLL 주파수 합성기를 설계한다. PLL의 위상잡음, 잠금시간(lock time) 및 스퍼(spur) 억제 능력은 루프 요소의 성능과 루프 필터에 의하여 결정되므로, 합성기의 요구 성능은 PLL 요소의 잡음 성능과 루프 전달함수를 최적화함으로써 구할 수 있다. 이의 응용 예로써, 2.288GHz에서 동작하는 RSSI용 PLL 주파수 합성기를 위상잡음 해석을 이용하여 설계하며, 실험을 통하여 설계의 타당성을 입증한다.
본 논문에서는, 구조를 간략히 한 3중 조절형의 DDFS 구동PLL 주파수 합성기를 이용하여 주파수 합성 조절법에 의한 광대역 무선통신시스템으로의 응용을 연구하였다. 제안된 DDFS 구동PLL주파수 합성기는 DDFS에서 위상누적기만을 이용하는 매우 단순화된 구조이므로, 기존 DDFS 구동PLL 주파수 합성기의 경우보다 스위칭 속도가 높으며, 전력소모를 개선시킨다. 그리고 이 제안된 3중 조절형 주파수 합성기는 3가지 주파수 조절 파라미터를 이용하여 넓은 대역의 주파수 범위의 동작이 가능하므로, 광대역 저전력 고속 특성을 갖는 응용에 적합하다. 주파수 조절 파라미터 할당 방법과 그의 결과를 제시하였으며, CSM, IMT-2000, Bluetooth 틴 PCS 시스템, 등 여러 주파수 대역에 응용하는 경우를 보였다.
다중 주파수 클럭 신호를 사용하는 시스템 온 칩(SoC: system on a chip)를 위해 위상 고정 루프(PLL: phase-locked loop) 기반 주파수 합성기가 제안된다. 제안하는 PLL 기반 주파수 합성기는 위상 주파수 검출기(PFD: phase frequency detector), 전하 펌프(CP: charge pump), 루프 필터, 전압 제어 발진기(VCO: voltage-controlled oscillator), 그리고 주파수 분주기로 구현되는 전하 펌프 위상 고정 루프와 에지 컴바이너로 구성된다. PLL은 6개의 차동 지연 셀을 사용하여 VCO에 의해 12 위상 클록을 출력하며, 에지 컴바이너는 PLL의 12상 출력 클럭의 에지 컴바이닝과 주파수 분주를 통해 출력 클럭의 주파수를 합성한다. 제안된 PLL 기반 주파수 합성기는 1.2V 공급전압을 사용하는 55nm CMOS 공정에서 설계된다. 설계된 PLL 기반 주파수 합성기는 주파수가 20.75MHz인 기준 클록에 대해 166MHz, 83MHz 및 124.5MHz의 세 클록 신호를 출력한다.
In this paper, for phase lock loop(PLL) synthesizer, we introduce a novel but simple and low cost frequency modulation(FM) circuit of a flat peak frequency deviation for modulation signal from high to very low frequency penetrating into the loop-bandwidth of PLL. The FM circuit was basically designed to compensate an amount of feedback of the loop filter in PLL. The circuit also includes the capability of the adjustment of peak frequency deviation and blocking the interference with the loop filter. The designed circuit was successfully implemented and showed the flat frequency deviation as expected in the design.
Ku-Band주파수 합성기를 PLL과 주파수 체배 방법을 이용하여 설계 및 제작하였다. 안정된 약 1 GHz의 주파수를 합성하기 위해 PLL 회로의 설계 과정 및 동작 특성을 제어이론을 바탕으로 고찰하였다. 안정된 약 1 GHz PLL 회로에 주파수 2 체배기, 주파수 8 체배기를 연결하여 Ku-Band 주파수를 합성하였다. 실험결과를 통하여 Ku-Band 주파수 합성기 설계 방법의 타당성을 확인하였다.
본 논문은 GSM(Global System for Mobile communications)에서 주로 사용되는 Offset-PLL(Phase Locked Loop) 방식을 사용하여 낮은 위상 잡음과 빠른 위상 고정 시간, 우수한 불요파 특성을 갖는 주파수 합성기를 설계 제작하였다. 제안된 주파수 합성기의 구조는 3번의 주파수 하향 변환을 통해 낮은 위상 잡음 갖도록 하였으며, 높은 주파수 해상도를 갖도록 세 개의 offset 주파수중 최종 offset 주파수를 DDS(Direct Digital Synthesizer)를 이용하여 생성하였다. 또한, 빠른 스위칭 속도를 가질 수 있도록 DAC(Digital to Analog Converter)를 사용하였다. DAC 사용에 따른 위상 잡음 열화를 줄이기 위해 DAC 노이즈 제거를 위한 필터를 설계하여 성능을 개선하였다.
OFDM/FH 시스템 등 고속 호핑을 요구하는 통신 시스템에서는 빠른 스위칭 속도와 낮은 위상잡음을 갖는 주파수 합성기가 필요하다. 본 논문에서는 기존의 PLL 주파수 합성기와 DH-PLL 주파수 합성기의 위상잡음과 스위칭 속도를 비교하고, OFDM/FH 시스템에 미치는 영향을 분석하였다. DH-PLL 주파수 합성기는 기존의 PLL 주파수 합성기에 비해 회로의 복잡도와 많은 전력 소모를 갖지만, 빠른 스위칭 속도를 갖고 있다. 일정한 루프필터 대역 하에서 위상잡음과 스위칭 속도가 반비례 관계를 갖고 있는 기존의 PLL 주파수 합성기와는 달리 DH-PLL 주파수 합성기는 매우 빠른 스위칭 속도와 낮은 위상잡음을 동시에 얻을 수 있다. 결과적으로 동일한 호핑 속도 요구를 만족해야 하는 경우 DH-PLL 주파수 합성기는 기존의 PLL 주파수 합성기보다 더 빠른 스위칭 속도와 더 적은 SNS손실을 얻을 수 있어 OFDM/FH 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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