전원노이즈에 강인한 전압 제어 발진기 및 그를 이용한 통신 장치 document_id A220623112322

일반적으로, 칩으로 제작되는 통신용 송수신기 회로는, 외부의 열악한 전자파 환경으로 인해 전원선을 타고 전자파 간섭신호(ElectroMagnetic Interference: EMI)가 들어오거나, 칩 내/외부의 온도변화로 인해 동작을 방해받을 수 있다. 특히, 이러한 전원전압 변화에 따른 전도성 EMI 노이즈로 인해, 집적회로 내 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator: VCO)는 시스템 통신성능에 가장 큰 영향을 미친다. 이는 전압 제어 발진기의 주파수 품질에 따라 주파수 변환용 믹서에서 발생하는 신호의 변/복조 성능이 좌우되고, 발진신호의 위상잡음(phase noise) 또는 지터(jitter)가 커짐에 따라 결국 시스템 전체의 에러 벡터 크기(Error Vector Magnitude: EVM)나 비트 에러율(Bit Error Rate: BER)이 높아져 통신성능이 저하되기 때문이다. 한편, 전압 제어 발진기(VCO)는 튜닝전압에 기초하여 주파수를 가변하는 회로로서, 일반적으로 안정된 주파수를 유지하기 위해 도 1a와 같이 위상 동기 루프(Phase Locked Loop: PLL)를 구비한다. 도 1a는 일반적인 무선수신기에 대한 일실시예 구성도이고, 도 1b 및 도 1c는 상기 도 1a의 주파수 특성에 대한 예시도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 주파수 합성기(frequency synthesizer, 100)는 위상 동기 루프에 의해 전압 제어 발진기(110)의 주파수를 제어하는 회로이다. 전압 제어 발진기(VCO, 110)에서 생성된 발진주파수(fvco)는 디바이더(divider, 120)에 의해 fvco/N 주파수로 내려진 후, 위상/주파수 검출기(Phase-Frequency Detector: PFD, 130)에서 기준주파수(fref)와 비교된다. 여기서, 기준주파수(fref)는 온도 보상 수정 발진기(Temperature-Compensated Crystal Oscillator: TCXO)에 의해 발생된다. 이때, 위상/주파수 검출기(130)는 두 주파수의 위상/주파수 차이에 상응되는 제어신호를 발생시켜 전하펌프(140)의 전하량을 조절하고, 전하펌프(140)는 이러한 변위전류를 필터(150)로 보내 두 주파수의 위상/주파수 차이에 상응하는 만큼의 튜닝전압(Vc)의 증감을 발생시켜 전압 제어 발진기(110)의 주파수를 조절한다. 전술한 위상 동기 루프를 반복함에 따라, 전압 제어 발진기(110)에서는 튜닝전압(Vc)이 안정될 때까지 주파수가 조절된다. 궁극적으로, 전압 제어 발진기(110)는 기준주파수(fref)와 체배된 임의의 주파수(fvco/N)가 동일 또는 유사하도록 주파수를 조절하게 된다. 이와 같이 위상 동기 루프를 통해 전압 제어 발진기(110)는 중심주파수를 고정하게 된다. 이때, 잡음은 위상 동기 루프의 특성으로 인해 중심주파수를 중심으로 고역통과필터를 통해 필터링된다. 하지만, 외부로부터 EMI성 노이즈가 전압 제어 발진기(110)의 전원에 유입되면, 전압 제어 발진기(110)에서는 도 1b와 같이 점차 위상 동기 루프의 안정성이 떨어져 발진주파수의 위상잡음 또는 지터가 커지게 되는 한계가 있다. 따라서 전압 제어 발진기는 외부로부터 전원노이즈가 유입되더라도, 도 1c와 같이 저 위상잡음 특성과 저 지터특성을 갖는 발진주파수를 안정적으로 제공할 수 있는 방안이 더욱 요구된다.