KR101136948B1 - 저 지터 특성을 갖는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치는 입력 클럭 신호를 변조 프로파일에 상응하는 주파수를 갖도록 변조하여 출력 클럭 신호를 생성한다. 본 발명의 실시예들은 출력 클럭 신호의 전자기 방해(EMI: Electromagnetic Interference)를 줄이고, 동시에 출력 클럭 신호의 지터를 줄이는 특징이 있으므로, 전자기 방해가 적고 저 지터 특성 갖는 클럭 신호를 제공할 수 있다.
Description
본 발명의 실시예들은 클럭 신호 발생 기술에 관련된 것으로, 보다 자세하게는 변조 프로파일에 따라 출력 클럭 신호의 주파수를 변조하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 전자공학 및 여타 관련된 과학 및 공학기술의 급속한 발전에 따라, 디지털 정보화 기기, 디지털 디스플레이 기기 및 디지털 컴퓨팅 기기들이 모두 빠르게 소형화되고, 이동이 간편해지고, 고 집적화되고, 데이터 처리속도가 고속화 되고 있다. 이러한 고속 디지털 전기 및 전자기기들은 일반적으로 매우 정밀한 고속의 클럭 신호들을 많이 사용하며, 이들 클럭 신호로부터 전자파(electromagnetic interference)가 방사되는데, 이 전자파에 의해 발생한 전자기 방해(EMI: Electromagnetic Interference)의 영향으로 기기의 오작동이 발생할 가능성이 있다.
이러한 전자기 방해를 감쇄시키기 위해, 클럭 신호의 주파수를 변조 비율(modulation ratio)과 변조 주파수(modulation frequency) 로 특징 지어지는 변조 프로파일(modulation profile)에 따라 변조하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 기술이 제안되어 사용되고 있다.
일반적으로 변조 비율이 증가하면, 변조된 클럭 신호의 전자기 방해가 감소하는 장점이 있는 반면, 지터(jitter)가 커지는 단점이 있다.
본 발명의 실시예들은 매 변조 주기내에서 중심 주파수 이상 또는 미만의 주파수를 2회 이상 번갈아 가며 나타내는 변조 프로파일을 이용하여 클럭 신호를 변조함으로써, 변조된 클럭 신호의 전자기 방해가 감소하는 장점을 얻으면서도 동시에 변조된 클럭 신호의 지터를 줄이는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치를 제공하고자 한다.
본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 입력 클럭 신호를 변조 프로파일에 상응하는 주파수를 갖도록 변조하여 출력 클럭 신호를 생성하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치에 있어서, 상기 변조 프로파일은 매 변조 주기마다 고주파수와 저주파수간 전환이 2번 이상이며 디지털 파형을 갖는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치가 클럭을 발생하는 방법에 있어서, 변조 프로파일을 생성하는 단계; 및 입력 클럭 신호를 상기 변조 프로파일에 상응하는 주파수를 갖도록 변조하는 단계를 포함하되, 상기 변조 프로파일은 매 변조 주기마다 고주파수와 저주파수간 전환이 2번 이상이며 디지털 파형을 갖는 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예들은 변조된 클럭 신호의 지터를 줄임으로써, 전자기 방해가 감소되고 동시에 저 지터 특성을 가지는 클럭 신호를 제공 할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치를 예시한 도면.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 세부적인 기능부를 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치에서 이용하는 변조 프로파일을 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 변조 프로파일을 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 변조 프로파일을 예시한 도면.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 세부적인 기능부를 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치에서 이용하는 변조 프로파일을 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 변조 프로파일을 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 변조 프로파일을 예시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치를 예시한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치는 스프레드 스펙트럼 주파수 변조부(110) 및 변조 프로파일 생성부(120)를 포함한다.
스프레드 스펙트럼 주파수 변조부(110)는 입력 클럭 신호를 변조 프로파일 생성부(120)로부터 입력받은 변조 프로파일에 상응하는 주파수를 갖도록 변조하여 출력 클럭 신호를 생성한다. 본 발명에 따르는 변조 프로파일은 디지털 방식의 변조 프로파일이며, 이러한 디지털 방식의 변조 프로파일에 상응하도록 주파수 변조하는 스프레드 스펙트럼 주파수 변조부(110)는 일반적으로 디지털 조정 오실레이터(DCO: digital controlled oscillator) 또는 디지털 조정 딜레이 셀(digital controlled delay cell)을 이용하여 구현된다.
변조 프로파일 생성부(120)는 내부 클럭 신호를 입력 받아 변조 프로파일을 생성한다. 이때 변조 프로파일은 디지털 방식의 변조 프로파일이며, 변조 비율(modulation ratio)과 변조 주파수(modulation frequency)로 특징 지어진다. 일반적으로 변조 비율이 증가하면, 변조된 출력 클럭 신호의 전자기 방해(EMI)가 감소하는 장점이 있는 반면, 지터(jitter)가 커지는 단점이 있다. 이 때, 내부 클럭 신호는 입력 클럭 신호가 분주된 신호이거나, 외부 장치로부터 출력된 클럭 신호일 수 있다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 세부적인 기능부를 예시한 도면이다. 도 1(b)는 따라서 도 1a와 같이 스프레드 스펙트럼 주파수 변조부(110) 및 변조 프로파일 생성부(120)를 포함한다. 스프레드 스펙트럼 주파수 변조부(110)는 주파수 위상 검출기(111), 챠지 펌프(112), 루프 필터(113), 오실레이터(114), 클럭 디바이더(115, 116)를 포함한다.
주파수 위상 검출기(111)는 클럭 디바이더(116)가 입력 클럭 신호를 분주한 제1 클럭 신호와 오실레이터(114)로부터 출력 클럭 신호를 피드백 받아 분주한 제2 클럭 신호를 입력 받는다. 주파수 위상 검출기(111)는 입력된 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호의 주파수 및 위상 차이를 검출하며, 챠지 펌프(112)는 검출된 주파수 및 위상 차이를 전류 신호로 변환하여 루프 필터(113)로 출력한다. 루프 필터(113)는 입력 받은 전류 신호를 오실레이터 조정 전압으로 변환함으로써, 오실레이터의 출력 클럭 신호의 중심 주파수를 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 입력 클럭 신호의 주파수의 정확히 N/K배가 되도록 한다. 도 1(b)에 도시된 오실레이터(114)는 루프 필터(113)로부터 오실레이터 조정 전압을 입력 받을 뿐만 아니라 변조 프로파일 생성부(120)로부터 n 비트의 변조 프로파일을 입력 받는다. 스프레드 스펙트럼 주파수 변조부(110)의 루프 밴드위스(loop bandwidth)를 변조 프로파일의 변조 주파수보다 1/10 이하로 설정함으로써, 출력 클럭 신호의 중심 주파수를 입력 클럭 신호의 주파수와 정확히 N/K배가 되도록 유지하면서도, 동시에 출력 클럭 신호의 주파수를 n 비트의 변조 프로파일에 상응하도록 변조 할 수 있다. 변조 프로파일 생성부(120)는 입력 클럭 신호를 클럭 디바이더(130)으로 나누어 생성한 내부 클럭 신호를 입력받아 n 비트의 변조 프로파일을 생성한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치에서 이용하는 변조 프로파일을 예시한 도면이다. 즉, 도 2의 변조 프로파일은 변조된 출력 클럭 신호의 시간에 따른 주파수를 나타낸다.
우선 도 2에서 출력 클럭 신호의 중심 주파수를 fOUT이라고 정의하고, 변조 비율을 fOUTd이라고 정의하고, 변조 주파수를 fMOD라고 정의하고, 변조 주기를 1/fMOD라고 정의한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치는 매 변조 주기(1/fMOD)마다 지정된 시간 구간 동안 출력 클럭 신호의 주파수가 유지되고, 상기 시간 구간이 경과하면 곧바로 다른 주파수로 출력 클럭 신호의 주파수가 바뀌는 디지털 방식의 변조 프로파일을 이용한다. 이 때, 변조 프로파일은 중심 주파수(fOUT)보다 큰 주파수(즉, fOUT부터 fOUT+fOUTd까지 구간내의 주파수: 이하 고주파수라 지칭)와 중심 주파수(fOUT)보다 작은 주파수(즉, fOUT부터 fOUT-fOUTd까지 구간내의 주파수: 이하 저주파수라 지칭)가 번갈아가며 격순으로 위치하는 변조 프로파일이다. 상기 지정된 시간 구간은 변조 프로파일의 한 변조 주기(1/fMOD)내에서 출력 클럭 신호의 주파수가 동일한 주파수로 유지되는 시간을 의미한다.
이하 제n 주파수는 도 2에 도시한 바와 같이 한 변조 주기(1/fMOD)내의 n번째 구간에서 유지되는 주파수를 지칭하도록 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 변조 프로파일은 제n 주파수가 고주파수인 경우, 제n+1 주파수는 저주파수이고, 반대로 상기 제n 주파수가 저주파수인 경우, 제n+1 주파수는 고주파수이되, 상기 n은 자연수인 변조 프로파일이다. 또한 상기 변조 프로파일은 제n 주파수와 중심 주파수(fOUT) 간의 차이의 절대값이 제n+1 주파수와 중심 주파수(fOUT) 간의 차의 절대값과 동일하거나, 또는 제n 주파수와 중심 주파수(fOUT) 간의 차이의 절대값이 제n-1 주파수와 중심 주파수(fOUT) 간의 차의 절대값과 동일한 변조 프로파일일 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 제1 실시예에 따른 제n 주파수가 fOUT+A인 경우, 제n+1 주파수는 fOUT-A일 수 있다. 이때 A는 0보다 같거나 크고 변조 비율(fOUTd)보다 같거나 작은 실수이다.
본 발명에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치가 한 변조 주기내에서 고주파수와 저주파수를 2회 이상 번갈아가며 출력 클럭 신호의 주파수를 변조하려는 목적은 출력 클럭 신호의 지터(jitter)를 줄이기 위함이다. 출력 클럭 신호의 지터(jitter)는 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
이 때, t는 특정 시점의 시각이며, f(t)는 시각 t에서 출력 클럭 신호의 주파수이며, Jitter(t)는 시각 t에서 출력 클럭 신호의 지터이다. 이러한 지터는 시간 t에 따라 음수일 수도 있고 양수일 수도 있다. 출력 클럭 신호의 지터를 줄이기 위해서는 도 2에 도시한 바와 같이 한 변조 주기내에서 고주파수와 저주파수를 번갈아가며 출력 클럭 신호의 주파수를 변조하면 된다.
수학식 1에 따르면, 도 2에 예시된 변조 프로파일에 따라 변조된 출력 클럭 신호의 지터는 첫 번째 구간 동안 증가하다가 두 번째 구간 동안 감소하며, 세 번째 구간 동안 다시 증가한다. 즉, 주파수 차이의 적분값인 Jitter(t)는 매 구간 마다 음수와 양수인 주파수[f(t)-fOUT]를 번갈아 가며 적분하므로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 변조 프로파일의 최대 지터는 7번째 구간이 종료하는 시점의 지터이며 도2의 색칠한 면적에 해당한다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 변조 프로파일은 한 변조 주기 동안 지터의 상승과 감소를 반복하므로, 출력 클럭 신호의 지터는 종래의 삼각형 형태의 변조 프로파일(triangular modulation profile) 또는 허쉬키스 형태의 변조 프로파일(Hershey-Kiss modulation profile) 등에 비해 현저히 낮게 산출될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 변조 프로파일을 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 변조 프로파일은 지정된 개수의 구간이 고주파수 또는 저주파수이고, 이후 지정된 개수의 구간은 이전 지정된 개수의 구간에 상응하는 주파수와 중심 주파수를 기준으로 대칭인 주파수를 유지하는 변조 프로파일이다. 예를 들면, 도 3에 도시한 변조 프로파일은 제1 주파수 및 제2 주파수는 고주파수이고, 제3 주파수 및 제4 주파수는 저주파수일 수 있다. 이 때, 제3 주파수와 중심 주파수(fOUT)의 차이의 절대값은 제1 주파수 및 제2 주파수와 중심 주파수(fOUT)의 차이의 절대값 중 어느 하나와 동일할 수 있다. 또한 제4 주파수와 중심 주파수(fOUT)의 차이의 절대값은 제1 주파수 및 제2 주파수와 중심 주파수(fOUT)의 차이의 절대값 중 제3 주파수에 상응하는 절대값 외의 나머지 하나와 동일할 수 있다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 변조 프로파일은 제n 주파수 내지 제n+a 주파수가 고주파수인 경우, 제n+a+1 주파수 내지 제n+a+1+b 주파수는 저주파수이고, 반대로 제n 주파수 내지 제n+a 주파수가 저주파수인 경우, 제n+a+1 주파수 내지 제n+a+1+b 주파수는 고주파수이되, 상기 n은 자연수이며, 상기 a 및 b 는 0 이상의 정수이다. 도 3에 예시된 변조 프로파일은 간단히 a=b=1인 경우이다.
또한 도 2 및 도 3을 참조하여 상술한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 변조 프로파일은 도면상 출력 클럭 신호의 주파수가 유지되는 각 구간의 시간이 동일한 것으로 예시되었으나, 각 구간의 시간이 상이하도록 설정될 수 있음은 자명하다.
도 2 및 도 3을 참조하여 상술한 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 변조 프로파일은 n번째 이전의 구간의 주파수가 고주파수 또는 저주파수인 것에 따라 해당 구간의 주파수가 저주파수 또는 고주파수로 설정되는 것으로 설명하였다. 하지만 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않고, 이전 구간의 주파수가 고주파수인 여부에 상관없이 해당 구간의 주파수를 고주파수 또는 저주파수로 설정할 수 있음은 자명하다. 이하 도 4를 참조하여, 이전 구간의 주파수가 고주파수인 여부에 상관없이 해당 구간의 주파수가 설정된 변조 프로파일을 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 변조 프로파일을 예시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치의 변조 프로파일은 각 구간의 주파수가 고주파수 또는 저주파수로 임의로 선택되는 변조 프로파일이다. 이 경우 출력 클럭 신호의 지터의 최대값은 색칠한 면적에 해당하며, 이러한 주파수 선택의 임의성 때문에 출력 클럭 신호의 전자기 방해(EMI)는 일반적인 삼각형 형태의 변조 프로파일(triangular modulation profile)을 사용할 경우보다 낮아지게 된다.
즉, 일반적인 삼각형 형태의 변조 프로파일(triangular modulation profile)이 고주파수와 저주파수 간의 전환이 한 변조 주기당 1회 일어나는 것에 비해, 본 발명의 실시예들에 따른 변조 프로파일은 도2 내지 도4에 도시한 바와 같이 한 변조 주기당 2회 이상의 고주파수와 저주파수 간의 전환이 되는 변조 프로파일이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 전술한 실시 예 외의 많은 실시 예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (12)
- 입력 클럭 신호를 변조 프로파일에 상응하는 주파수를 갖도록 변조하여 출력 클럭 신호를 생성하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치에 있어서,
상기 변조 프로파일은 매 변조 주기마다 고주파수와 저주파수간 전환이 2번 이상이며 디지털 파형을 갖는 것이되,
상기 변조 프로파일은 제n 주파수 내지 제n+a 주파수가 고주파수인 경우, 제n+a+1 주파수 내지 제n+a+1+b 주파수는 저주파수이고,
제n 주파수 내지 제n+a 주파수가 저주파수인 경우, 제n+a+1 주파수 내지 제n+a+1+b 주파수는 고주파수이되,
상기 n은 자연수이며, 상기 a 및 b 는 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 변조 프로파일은 출력 클럭 신호의 주파수가 유지되는 시간 구간들이 동일한 시간 간격인 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 변조 프로파일의 각 주파수는 이웃한 주파수와의 차이가 일정한 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치.
- 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 장치가 클럭을 발생하는 방법에 있어서,
변조 프로파일을 생성하는 단계; 및
입력 클럭 신호를 상기 변조 프로파일에 상응하는 주파수를 갖도록 변조하는 단계를 포함하되,
상기 변조 프로파일은 매 변조 주기마다 고주파수와 저주파수간 전환이 2번 이상이며 디지털 파형을 갖는 것이되,
상기 변조 프로파일은 제n 주파수 내지 제n+a 주파수가 고주파수인 경우, 제n+a+1 주파수 내지 제n+a+1+b 주파수는 저주파수이고,
제n 주파수 내지 제n+a 주파수가 저주파수인 경우, 제n+a+1 주파수 내지 제n+a+1+b 주파수는 고주파수이되,
상기 n은 자연수이며, 상기 a 및 b 는 0 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제7 항에 있어서,
상기 변조 프로파일은 출력 클럭 신호의 주파수가 유지되는 시간 구간들이 동일한 시간 간격인 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 변조 프로파일의 각 주파수는 이웃한 주파수와의 차이가 일정한 것을 특징으로 하는 스프레드 스펙트럼 클럭 발생 방법.
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US9544012B2 (en) | 2014-11-12 | 2017-01-10 | Hyundai Autron Co., Ltd. | Method and apparatus for controlling power source semiconductor |
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