Int ern at i onal  Journ al of  El e ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   8 , No .   6 Decem ber   201 8 , p p.   4120 ~ 4132   IS S N: 20 88 - 8708 DOI: 10 .11 591/ ijece . v8 i 6 . pp 4120 - 41 32          4120       Journ al h om e page http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Phase   F requ ency  D ete ctor and  C h arge  P u mp  fo L ow   J itt er   PLL  A p pli ca ti ons       Sun Sik  Pa r k J S ang   Le e S ang  Da e  Yu   School  of El ec tr onic s E ng ine e rin g,   K y ungpook  N at ion al   Univ ersity ,   Repub li c   of   Korea       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb   12 , 201 8   Re vised  Ju l   2 5 ,  201 8   Accepte Aug   1 2 , 201 8       In  t his  pap er  n ew  technique   is  pre sente d   to  imp rove   the  jitte r   pe rform anc of  conve nti on al  phase   fre quen c y   d et e ct ors   b y   complet ely   re m ov ing  the  unnec essar y   on e - shot  pulse .   T h is  technique  u ses  var ia b le   pulse - hei gh t   ci rcu it   to  cont rol   the  unne ce ss ar one - shot  pu lse  hei ght .   In   additi on,   a   nove l   cha rge - pum c ir cui with   per fe ct  cur ren t - m atchin cha ra cteri sti cs  is  used  to   i m prove   the   out put  ji tter  per for m anc of  conventiona ch arg p um ps.  Th is   ci rcu it   is  compos ed  of  pai of  s y m m et ric a pum ci rcu it to   o bta in   goo d   cur ren t   m at ch in g .   As   a   result,  t he  proposed   charge - pum ci rcu it  has  per fec t   cur ren t - m atchin cha ra ct e ristics ,   wide  output   ran ge,   no  glitch  ou t put  cur ren t,  and  no  jump  output   voltage .   In  orde to  ver i f y   such  oper at i on,   c ir cuit   sim ula ti on  is pe r form ed  using 0. 1 μm   CMO S pro ce ss   par amete rs.   Ke yw or d:   C harge  pu m p   Jit te reducti on   P hase  freq ue nc y detec tor   Ph ase - loc ked loop   V oltage - c on tr ol le os ci ll at or   Copyright   ©   201 8   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e   Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Sang  Dae  Yu,   School  of Elec tro nics E ng i ne erin g,     Kyu ngpook  Na ti on al  Univ ersi ty ,   80 D ae ha k - ro,  Buk - gu,  D ae gu   4156 6 Re publ ic  o f   K or ea .   Em a il sd yu @ m ai l.kn u. a c. kr       1.   INTROD U CTION     Ph ase - loc ked  loops  (P L Ls)  a re  wi dely   us e for  cl ock   syn chro nizat ion   i m ic ro proces so rs dig it al   sign al   proces s or s an wirele ss  com m un ic ation   syst em s   [1 ] An   increasi ng  num ber   of   P LL  app li cat ions  fo r   high - s pee dat transm issi on   are  dem and in lowe j it te an highe r   op e rati ng   fr e qu e ncy  to  im p rove   ov e rall  syst em   perform ance.    On e   of  t he  ess entia buil ding   blo c ks  of  PL is  the   phase   fr e quen cy   det ect or   (P F D ) T his  m on it or s   the  phase  a nd  freq ue ncy  dif fe ren ce betwee the  ref e re nce  f r equ e ncy  ( Fr e f)  and   t he  div ide volt age - co ntr olled   os ci ll at or  ( VC O)  outp ut ( F ba ck).  T her e f or e,   the PF m igh ge ner at a up  si gn al  (UP)  i the   F ref  sig na le ads   the  F back  sig nal  an a   do wn  sig nal  ( D O WN )   if  t he  Fr ef   sig nal  la gs   the   F back  sign al .   H ow e ve r,   a unnecessa ry  one - s hot  pu lse   associat ed  with  the  delay   ti m of   the  res et   path  is  ge ne rated  at   the  UP   a nd  DOWN   outp ut,  wh ic in  tur create current  m is m at ch  between   the  UP   an D O W curre nt  path   of   the   charge  pu m p.   Th us the  s pec tral   purity   of   t he  VC outp ut   is  deg ra de d,   and   j it t ers  are  gen e rated  i th PLL.   Var i ou m et ho ds   ha ve  al r eady  bee de velo ped   t im pr ov the  ji tt er  per f or m ance  of  co nve ntion al     PFD [ 2] - [7 ] We  pro pose  new   arc hitec tu re  to  m ini m iz e   su ch  j it te pro blem In   this  a rch it ect ure,  va riable  pu lse - hei gh t   ci rcu it   is  a dded   to  the   PF D   out pu node   to   co ntr ol  the  unnec essary  on e - s hot  pu lse   hei gh t   du e   t the in pu sig na l.     The  cha r ge  pu m us es  switch es  to  co ntr ol  the  vo lt age  c onnecti on  to  the   capaci tor.   A resu lt the  charge - pum t un e the  con t r ol  vo lt age  of   the  VCO  b c hargin or  dis chargin the  loop  filt er  cap aci tor  accor ding  to   th pu lse   widt of   t he  U or   D O WN   si gn al I ad diti on,  t he   m ai prob le m of   t he  c onve ntion al   charge  pum ps   are  c urren t   m is m at ches,  glit ch   outp ut  c urren t an jum outpu volt age .   T hey  al so  de g ra de  t he   sp ect ral  purity   of   the  VCO  ou t pu a nd   ca use   j it te rs  in  th PLL  [ 8] - [ 15 ] Acc ordin gly,  we  pro pose  a   novel  charge - pum ci rcu it  w it h al m os perfect  curr ent - m at ching  c har act erist ic s t m ini m iz su c h   pro blem s.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ph as e Fre quen cy Detect or a nd C ha r ge Pu m fo r L ow Jit te   ( Sung  Sik  Park)   4121   The  orga nizat ion   of   this  pa pe is  as  fo ll o w s.  The  pro pose ci rcu it   i m plem entat ion   is  descr ibe in   Sect ion   2.  Sim ulati on   res ults  validat in the  pro po se st rategy  are  presen te an discu s sed  in   Sect io 3,   a nd   Sect ion   4 p rese nts the  conclus ion s .       2.       P HASE - LO CKED L OO P   D ESI GN   2.1.       PF D desi gn   2.1.1.   S tand ard  PF ( s - P FD )   Figure  1   (a s hows  the  sc he m at ic  of   the  s - PF D It  co ns i sts  of   six  rese paths   whose   delay   tim es   gen e rate  an  unnecessa ry  on e - sh ot  pu lse   at   the  UP   a nd  D O WN   ou t put T ypic al ly   this  reset  delay   tim of   the   internal  node  a ff ect s t he  P FD  sp ee d.     2.1.2.   Conv e nt i on al   Prechar ged P FD (cp - PF D)   schem at ic  of   cp - PF ci r cuit  is  sh own  in  Fig ur ( b) .   The  reset  path  of   the  c p - P F is  sh ort er   than  that  of   th s - PF beca use   the  reset  process  of  the  cp - P FD   is  com po s ed  of  thr ee - gate  fee db a ck  path This   m eans  th at   the  cp - PF D   can  ov e rco m the  sp eed  li m it a ti on   of   th s - PFD   a nd   reduce s   dea zon e s.  Nonetheless a ccordin t in pu si gn al s   Fre an Fb ac k,  two  t ru e   sin gl e - phase  cl oc ke flip - fl ops  ar e   i m m ediat el y re set  thr ou gh  t he  N OR  gate w he the in put si gn al of  t he  N OR g at e are l ogic  “low.” M ea nwhile ,   an  unneces sary   on e - shot  pu ls is  gen erated  equ i valent  to  the  delay   tim e   at   the  UP   and   DOWN   outp ut  du to   the  delay   tim e   of   t he  reset  pa th.  T he  pe rio of  the  reset  pu lse   la sts  fro m   the  rising   e dg of  the  la tt er  in put   sign al   betw een   the  Fr ef  an Fb ac to  the  f al li ng   edg of   the  reset  pu lse Thus,  the  wi dth   an hei gh t   of   the  unnecessa ry  one - shot  pu lse  ar e also sim il ar t th os e  of the  re set  pulse .       D e l a y D e l a y D e l a y D e l a y D e l a y U P D O W N F r e f F b a c k D e l a y   1 D e l a y   2 D e l a y   3 D e l a y   4 D e l a y   5 D e l a y   6         U P D O W N F r e f F b a c k 1 2 D e l a y   1 R E S E T D e l a y   2 D e l a y   3   (a)   (b)     Figure  1. (a S chem at ic  o s - PFD .     (b) Sche m at ic  o cp - PF D       2.1.3.   Prop os ed  PF D   To  s olv e t he  c p - PF D prob le m s,  an  im pr ove d PFD  is  prop ose d   in  Fig ur e  2   (a) Pf fee dbac tra ns ist ors  are  inse rted   to   preve nt  a ny  charge  l os du to  le a kag e   c urren ts   at   n od es  A   an B.   I a dd it io n,  PFD - i m pr oved   bl oc k,   w hich  c onsist of  m od if ie in ver te r a   volt age - div i de resist or   ( V DR),   an bu ff e r,   is  config ur e i t he  e xisti ng   UP  an D O WN  node s.  Fi rst,  m od ifie in vert er  is  inse rted  betwee n odes   a nd  and   betwee n od e an t re du ce  the  w idth  an hei ght  of   the  unnec essary  one - s ho pu lse Fig ur e   (a)   sh ows   that  ide ntica PMOS  M2  an M 2'   transisto rs  are   c onnected   in  s er ie s.  Th us ,   w he the   tran sist ors  are  on,   their  resist anc e   can  be  a ppr ox im at ed   as    1 This  resist a nc a nd   V DR  m ake  up   vo lt age  div id er  f or   adjustin t he  l evel  of  sig na l.  Su c div i der  can  i ncr ease   the  rise   tim and  m ake  the  unnece ssary  on e - shot  pu lse   w hose  w idth  is  a ppr ox i m at ely  two  ti m es  sh ort er  t ha that  of  the   r eset   pulse In  Figure  (b) ,   this  on e - sh o t   pulse   doe not  a rr ive   at   t he  e xisti ng  pe a po i nt  becau s of  the   ef fects   of  the   f ollo wing  phase   bu ff e r,   a nd  it   sta rts  to  decre ase  fr om   the  10.3 - ns   tim e   po int  al ong  wit the  reset  pu l se  that  has  al read reache th peak   po i nt.  As  a   res ult,  the w i dth   a nd  he i gh t o th unnece ssary o ne - s ho t p ulse are  re duce to  less  than   th os e o f   th e   reset p ulse.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4120   -   4132   4122   Seco nd,  V DR1  and   V DR2   c onnecte at   n od es  and   are  op e rated  by  inp ut  sig nals  Fr e an Fb ac k,  resp ect ively .   E ach  V DR  co nsi sts  of   f our  ide ntica NMOS   t ran sist or c onn ect ed  in  series .   W he VD is  on it resist ance  can  be  e xpresse as    2 Using  the   vo lt age   div i si on   betwee th m od ifie i nverter  an VDR the volt age s   of  n odes  3 an d 4 i s appro xim a te as     3 , 4 =    2     1 +  2   .         (1)     T h ese   vo lt age s   al so   re du ce  t he   width   a nd  he igh of  the  unne cessary  one - s ho pu lse Th us,  the  hei gh t   of   the  unneces sary  one - s hot  pu lse   ca be  r edu ce to  point  belo the  m axi m u m   low  input  vo lt age  that  is  interp reted  by  the  first  inv e rter  of   the  f ollo wing  phase  bu ff e r.   As  res ul t,  the  unnecess ary  on e - shot  pulse   has   no  e ff ect  on the  f ollo wing cha rg pu m bec ause of   the buffer   act io n . Fur t her, this tec hn i qu e is o nly ap pl ie to  unnecessa ry  one - s hot  pulse s   and   does  not   hav a ny  ef f ect   on   the  outpu data  sig na ls.  Wh en  t he  “h ig h”  gen e rated   outp ut  data   are   eq ui valent  to   the   di ff ere nce  betw een  t he  tw o   ris ing   e dges  of  th input  si gn al s   from   n odes  a nd   4,   the  volt age - divi der   the orem   is   al so   ap plied.  The  heig ht  of  the  outp ut  data  is  reduced   to  po i nt   above  the  m inim u m   hig in put  volt age  that   is  interpr et e by  the  first  in ve rter  of  the  fo l lowing  ph as buff e r.  In ad diti on, th e  outp ut d at a  ar e com plete ly  r est or e d by the  buff e r.        U P D O W N F r e f F b a c k 1 2 D e l a y   1 R E S E T D e l a y   2 D e l a y   3 B u f f e r B u f f e r F r e f V D R 1 F b a c k V D R 2 M 2 ` M 2 M 1 1 - 2 3 / 4 M o d i f i e d   I n v e r t e r F r e f - F b a c k 3 - 4 V o t a g e _ D i v i d e r   _ R e s i s t e r g n d M r 3 4 P f A B P f     Figure   2 (a ) .   Sc hem atic o t he pr opos e d PF D           Figure   2 (b) .   Sim ula ti on  r e su lt s of the  r eset   pulse  a nd un nec essary  on e - s hot pu lse   f or   the  pro po se d PF D   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ph as e Fre quen cy Detect or a nd C ha r ge Pu m fo r L ow Jit te   ( Sung  Sik  Park)   4123   2.2.       C h arage  pu mp desi gn   2.2.1.   St and ard Ch ar ge  P ump   Figure  (a )   s hows  the  basic  structu re  of   conven ti onal   charge  pum that  has   PMOS  an an   NMOS   tra ns ist or   at   the  to and   bo tt om resp ect ively .   H oweve r,   the  us e   of   s uch   pu m pin MO as  current   so urce  te nds  to  pro duce  glit ches  w he nev e r   the  pu m pin MOS  is  turned   on   or  off The se  glit ches   are   du to   the  cha rg i nj e ct ion   of  tra ns is tor  c hannel  ch arg a nd  the  cl ock   fee dth r ough   bet ween   t he  gate  an the  drai n This  process   pro du ces   hi gh e c urre nt  t han  inte nd e wh e t he  pu m pin MOS   is  init ia ll opened.   Fu rt her m or e,  i m os charge  pu m ps the   ci r cuits  are  desig ned  to  respo nd  to  the  UP   a nd  DOWN  outp ut   of   t he   PFD,  w hic in   tur a re  di rectl connecte t the   outp ut  st ru ct ur of  the  PMOS  a nd  N MOS  s witc hes Th us,   these  switc hes   cause  the  m is m at ches   betwe en  the  cu rr e nt  so urc ing   an c urren sin king ,   and   the ge ne rate  disco rd a nt  switc hing  tim e.   The  design   of   the   char ge  pu m sh oul enab le   the  sourc i ng   an sink i ng   c urre nts  to   hav e   the  sam e   am ou nt  of  c urre nt  f or  the  s a m le ng th  of  UP   a nd  DOW f r om   the  PF D.   T he   phase  offset  cause d by a c urre nt m is m at ch  eve ntu al ly  inc reases t he ou t put t i m ing   j it te r.     2.2.2.   Prop os ed  Cha rge P ump   To  so l ve  the  glit ch   pro blem s,  novel  cha rg e - pum ci rcu it   with  near l per fect  curr ent - m at ching   char act e risti cs,  no  glit ch  out pu c urre nt,  a nd  no  jum outp ut  volt age   is  pro po s ed   in  Fig ur e   ( b) ,   w hich  include sym m et rical   pair  of   pum p - up  an pu m p - do wn   c ircuit s.  Th is  c ha rg p um can   hav th ree  ty pe of  input  sta tus  de pendin on  U or  DOWN  of  the  PF D.   Fir st,  w hen  U is   “hig h”  a nd  D O WN   is  “l ow, ”  M12  tur ns   off w hich  cause M8  a nd   M to  sto op e rati ng.  When  M1  tu rn on Am plifie r_A  tur ns   int casc o de   a m plifie that  enab le M t op e rate  as  current  s ource and   it cu rr e nt   flows   t hro ugh   the  casco de  c urren t   m irro r   to   the  ou t pu t   no de.   S uch   casc od i ng  m ini m iz es  the  glit ch   a nd  hi gh  out pu resi sta nce  pro vid e s   go od  current  sourci ng.   The  volt age  gain o the  UP  casco de  a m plifie r   can  b e  a pp r ox im at ed  as     |  | = 1   ( 2 +  2 )   3   1 + 2 +  2   .           (2)     Seco nd,  w hen   UP   an D O W are  both  “l ow,”  M1  an M 12   tu r off w hich  cau ses  M5  an M8  to   stop   ope rati ng.   As  resu lt th con tr ol  volt age  Vc on t ro l   no de  m a intai ns   const ant  volt ag and   ente rs  high - i m ped ance  sta t us .   Finall y,  w he U is  “l ow ”  an D O WN   is  “hig h, ”  M tur ns   off w hich  ca us es  M4   a nd   M to  stop   op e rati ng.  Wh en  M 12   tur ns   on A m pl ifie r_ tur ns   into  casc od am plifie r   that  al lows   M10   t fu nctio as a cu r ren t s ource . a nd  it cu rr e nt   flo ws   t hro ugh   the casco de  cu r ren t m irro to the output n od e . S uc h   casco ding  al so  m ini m iz es  the  glit ch   and   high  outp ut  resist ance  pro vid e s   good  cu rr e nt  sink in g.   T he  vo lt age   gain o the  DO WN casc od e  a m pl ifie r   can   be  appr oxim a te as     |  | = 12   ( 11 +  11 )   10   1 + 11 +  11   .       (3)     M2  an M1 a dju st  c on tr ol  volt age  Vc ontr ol   to  the  desir ed   le vel  us in V bias1  a nd  V bia s2 wh e reas   M13   an M 14  con t ro l t he  ti m ing   of the  UP i nput to  con for m   to that of t he  DO WN  i nput.       R C 1 C 2 I p V c ( t ) L o o p   F i l l t e r U P D O W N I p I p F ( s ) I p ( U P ) I p ( D O W N )     Figure  3 (a ) .   S tr uctu re  of  t he  c onve ntion al  cha rg e   pum p   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4120   -   4132   4124   V c o n t r o l V b i a s 1 U P D O W N V b i a s 2 M 1 M 2 M 3 M 9 M 1 0 M 1 1 M 1 2 M 8 M 7 M 6 M 5 M 4 M 1 3 M 1 4 A m p l i f i e r _ A A m p l i f i e r _ B I p ( U P ) I p ( D O W N )     Figure  3 (b) .   Sc hem atic o t he pr opos e c ha rge p um p       2.3.   Loo p  f il ter , V CO, and  freq uency di vider       The  in put  volt age  of   t he  VC is  co ntr olled  in  t he  ti m do m ai accor di ng   t the  am ount  of   t he   so urci ng  or   si nk i ng   c urre nt  of   the  c ha rg pu m an the   values  of   and   of   the  loop  filt er   sho wn   i n     Figure  4 (a) .       C h a r g e P u m p C 1 C 2 V C O I p V c ( t ) L o o p   F i l t e r R z                     C r o s s - o v e r   f r e q u e n c y P h a s e   M a r g i n                                                    (a)                                                                                                 (b)     Figure  4.   (a T he  sec ond - orde lo op f il te r .     (b)  T he  c ro s s - over fre qu e ncy  a nd phase  m ar gin       Using  t he  c ross - ove fr e que ncy  the  el e m ent  values   1 an 2   of   t he  l oop  filt er   ca be   expresse as     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ph as e Fre quen cy Detect or a nd C ha r ge Pu m fo r L ow Jit te   ( Sung  Sik  Park)   4125   =  , 1 = 1 , 2 = 1         (4 )     w he re   N   is   the   value   of   f reque ncy  div ide r,    is  the   cu rr e nt  gai n   of  c harge   pu m p    is  t he  gai n   of  t he  VCO   is  the  ze ro  f re qu e ncy,  a nd    is  the  po le   fr e qu ency.   An  integ rated - ci rcu it   V CO  is  im ple m e nted  a the   rin os ci ll at or   sho wn   in  Fi gure  (a) Ty pical ly   the  VCO  ou tpu ts  sign al   with  fr e quen cy   pr op or ti ona to  the   con t ro volt age .   Fig ure  ( b)   s hows  a  del ay  cell  u sed  in  t he oscil la tor.       V C O   + V C O   - f o u t V c o n t r o l + 1     Figure  5 (a ) .   V CO s tr uctu re  usi ng the   dual - outp ut r i ng o sci l la tor wit h diff e ren ti al  d el ay   ce ll s       M 4 M 5 M 2 M 1 M 3 M 6 M 7 V o u t m V o u t p V i n p V i n m V c o n t r o l                                                                                                                   Figure  5 (b) .   S c hem atic o di ff e ren ti al  d el ay  cell           The  f reque ncy  d ivide co ns ist of   synch ronous  4/ fr e qu ency  div ide th at   req uire high  fr e quenc y   op e rati on  an an  asy nc hro nous   16/3 f re qu e ncy  di vid e that  operate at   low  f requen cy It  is  operate accor ding  t t he   val ue  of  Mo de  a nd  S W,  an is  s el ect ed  as   ÷  or  ÷  acc ordin t the  sel ect ed   va lue  of   Mod e . Acco rd i ng to  t he  sel ect ion   sig nal of S W,  t he value  of ÷ N  to N is  a dju ste to  64 o r 128.       T able 1.   Divid i ng r at io  acco r di ng  t the  val ue  of SW   a nd   M od e   SW   Mod e   Fo u t   0   0   1   0   1   0   VCO/1 2 8   VCO/1 2 9   VCO/6 4   1   1   VCO/6 5       Figure   (a)   sh ows   tr ue   sin gle  phase   cl ipp i ng  (T S PC)  flip - flop  str uctu re  us e in   the   asy nchron ous  16 / 32   f re qu e nc div ider  op e rati ng   at   low  fr e qu e ncy .   Fig ur e   (b)   sho ws  com ple m entary   cl ock in D   (C CD)  flip - flo s tructu re  us e i the   f re qu e nc div ide r T he  M4  a nd  M8   ar ad ded  to   pre ven t he  current  dr i ving   capab il it fro m   decr eases  w hen   node   a nd  no de  are  c onduct ing  at   hi gh   sp ee in  TS PC  flip  flo str uct ur e It   is  a pp li e to   sync hro nous  4/ fr e quency  div ide w hich   re qu i res  s ta ble  an high - sp ee op e rati on at  hig h f reque ncy.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4120   -   4132   4126   D C L K C L K _ B a r Q Q _ B a r D C L K C L K _ B a r Q Q _ B a r D C L K C L K _ B a r Q Q _ B a r V C O   + V C O   - D i v i d e   B y   4 / 5   S y n c h r o n o u s   D i v i d e r C C D C C D C C D D C L K Q Q _ B a r T S P C D C L K Q Q _ B a r T S P C D C L K Q Q _ B a r T S P C D C L K Q Q _ B a r T S P C D C L K Q Q _ B a r T S P C f o u t S W M o d e D i v i d e   B y   1 6 / 3 2   A s y n c h r o n o u s   D i v i d e r D i v i d e   B y   4   o r   5     Figure  6.   Str uc ture of   d i vid e - by - 64 / 65 / 128/ 129 d ual - m od ul us   pr escal er       M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 M 9 M 1 0 M 1 1 A B D C L K Q _ B a r Q                 M 1 M 2 M 3 M 5 M 6 M 7 M 9 M 1 0 M 1 1 M 1 2 D C L K Q _ B a r Q M 4 M 8 C L K _ B a r   (a)   (b)     Figure  7 .   (a )   S chem at ic  o TS PC D fli p - flo p   ( b) Sc hem at ic  of c om ple m en ta ry clocki ng  fli p - flo p       3.   SIMULATI O N RESULTS   3.1.   P roposed  PF simul at i on   resul ts   Figure  8   (a s hows  the  sim ulati on   resu lt of  the  s - P FD.  Wh e the  in pu sign al wer in  ph a se,  the   width  of  the   unnece ssary  on e - shot  pu lse   w as  456.8 ps   at   0.9  V,   a nd  the  m axi m u m   heig ht  wa 1. 81  V .     Figure  8   (b)  s hows   the  sim ula ti on   resu lt of  the  cp - PF D.  Wh en   the  i nput  s ign al wer e   in  ph a se,  t he  wi dt of  the  un necessa r on e - s ho pulse   was  223.1 ps   at   0.9  V,   a nd  the  m axi m um   heigh was   1.8 V Me a nwhile Figure  8   (c)   s hows  t he  sim ulati on   res ults  of  the   pro pose PF D.   When   the  in put  sig nal we re  in   phas e,  the  width  of  t he  unnece ssary  on e - shot  pu lse   w as  13. ps   at   0.98  µV a nd  the  m axi m u m   heig ht  wa 1.9 µ V,   wh ic w ould  preve nt  an  UP   a nd   D O WN   cu r ren m is m at ch  in  the  cha rg e - pum ci rcu it More over,  t he  po wer   consum ed  at   100  MHz   wa 77. 36  µ with  1.8 - V   s upply  volt age.   Fig ur 9   (a - e)   sho w the  f ull  sim u la ti on   resu lt of the  pro posed  PFD.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ph as e Fre quen cy Detect or a nd C ha r ge Pu m fo r L ow Jit te   ( Sung  Sik  Park)   4127   ( U n n e c e s s a r y   P u l s e )     ( a)   s - P FD   ( U n n e c e s s a r y   P u l s e )     (b)   cp - PFD           ( c )   Pro po se d P FD     Figure  8 .   Sim ulati on  r es ults  of the  outp ut sig nals  wh e t he  i nput si gn al s a r e in  ph a se           Figure  9 (a ) .   Fre a nd F back h ave th e  sam e p hase a nd  fr e qu e ncy       Figure  9 (b) .   W hen F ref  is  a  phase  faster t ha F bac for  the   sam frequ e ncy   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4120   -   4132   4128       Figure  9 (c ) .   W hen F back is a  ph a se f a ste th an  F ref  for  the   sam frequ e ncy       Figure  9 (d) .   Fbac k fr e qu e ncy  is hig her tha n Fref  fr e qu e ncy           Figure  9 (e ) .   Fre f re qu e ncy is  h ig he tha n Fb ack  fr e qu e ncy       3.2.   Prop os ed  ch ar ge  p ump  sim ulat i on   res ults   Figure 10   sho ws  the sim ulati on  r e su lt s of the  sta nd ar cha r ge  pum p.   Figure 1 1   s hows  th e w avefo rm of   s ource  cu rrent  Ip   (up)   a nd  sin king  cu rrent  Ip   (do wn)   of   the  pr opose cha rg pum wh en  10 0 - M Hz   sq ua re  wav is   us ed al ong  wi th  the  co ntr ol  vo lt age   Vc on t r ol  up/d own  ou t pu wav e form   gen e rated  by  I ( up)   and   Ip   ( dow n).   As  show n,   s ource  c urren I (up)   is  +1 00   µA w herea sin king  cu rr e nt  Ip  (down)   is  - 100  µA Figure  12   sho ws  the  res ulti ng  wa vefor m   of  cur re nt  I an con tr ol  volt ag Vcontr ol  of   t he  cha rg e   pu m w hen   the  up   an do wn  in pu t   sig na ls  wer e   bot “l ow.”  In  this  ca se,  wh e Vc ontrol  was  fixe at   0.9  V,  cu rr e nt  I was  A,  causi ng  it   to  st op  operati ng.   Fig ur 13   s hows   tha the  ou t pu w aveform of  f ul Vcontr ol  ( up a nd  fu ll   V co ntr ol  ( dow n)   of  the   c on t ro volt age  Vcontr ol  are   pe rf ect ly   sym metri cal   at   0.9  V F ur the rm or e,  it   can  be  see t hat th ere ar e   no  glit ch  in  the c urre nt  w a vefor m  an d n o ju m phe nom eno i th vo lt age  w a ve form .           Figure  10.   O utp ut c urre nt Ip  ( up) wa vefor m  o f  the sta nd a r d cha r ge   pum p   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Ph as e Fre quen cy Detect or a nd C ha r ge Pu m fo r L ow Jit te   ( Sung  Sik  Park)   4129       (a)       (b)         (c)     Figure  11.   Sim ulati on   res ults  of the  pro pose c harge  pum p.  ( a S ource  curre nt outp ut  wa vefor m . (b)   I p and  Vcontr ol  ou t put wav e f or m  w he n UP  a nd  DOWN are  zer o.   ( c) S i nk i ng curr ent outp ut  waveform           Figure  12 .   O utp ut  volt age a nd c urren wa ve form s w he th e up a nd do wn  input sig nals a r low .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.