JP2011239226A - Synchronous circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synchronous circuit capable of achieving broadband characteristics and low phase noise characteristics with a small area.SOLUTION: A phase detector 11 detects a phase difference between a reference signal and a feedback signal. Voltage generators 12 and 13 generate voltages based on an output signal of the phase detector 11. A pulse generator 16 generates a pulse signal based on the reference signal. A voltage control oscillator 14 generates an oscillation signal in synchronization with the pulse signal. A frequency divider 15 divides the signal from the voltage control oscillator and generates the feedback signal. The voltage control oscillator 14 comprises: a level shift circuit 14c to shift a voltage level supplied by a voltage generation circuit and a ring oscillator consisting of a plurality of inverter circuits 14a and 14b driven by the voltage supplied by the voltage generation circuit as well as the voltage with the voltage level shifted by the level shift circuit. The pulse signal is supplied to one of the inverter circuits.

Description

本発明は、例えば半導体集積回路に適用される注入同期型リング電圧制御発振器(VCO)を用いた同期回路に関する。   The present invention relates to a synchronous circuit using an injection locked ring voltage controlled oscillator (VCO) applied to, for example, a semiconductor integrated circuit.

半導体集積回路の微細化に伴う無線通信回路のコスト増大を防ぐため、回路面積を縮小可能なスケーラブルアナログ回路の実現が期待されている。例えば無線通信回路に適用される位相同期回路(PLL)に用いるVCOは、インダクタ(L)と容量(C)の共振特性を利用した回路が多く用いられている。LC回路のQ値を高く設定することで周波数精度が高く、位相雑音特性の低い性能を実現できる。このため、近年、集積回路上にLC共振回路を用いたVCOが多く用いられている。   In order to prevent an increase in cost of a wireless communication circuit due to miniaturization of a semiconductor integrated circuit, it is expected to realize a scalable analog circuit capable of reducing a circuit area. For example, as a VCO used for a phase locked loop (PLL) applied to a wireless communication circuit, a circuit using the resonance characteristics of an inductor (L) and a capacitor (C) is often used. By setting the Q value of the LC circuit high, performance with high frequency accuracy and low phase noise characteristics can be realized. For this reason, in recent years, a VCO using an LC resonance circuit on an integrated circuit is often used.

しかし、半導体集積回路の微細化に伴い、トランジスタ回路部が小面積化されるのに対して、LC共振回路部は、回路定数が決まっているため小面積化できない。したがって、チップコストを制限してしまう状況になっている。また、LC共振型回路は、0.1μm未満のプロセスを適用した場合、システムの位相雑音の仕様を満たすことが難しくなってきている。   However, with the miniaturization of the semiconductor integrated circuit, the transistor circuit portion is reduced in area, whereas the LC resonant circuit portion cannot be reduced because the circuit constant is determined. Therefore, the chip cost is limited. In addition, when a process of less than 0.1 μm is applied to the LC resonance type circuit, it has become difficult to satisfy the phase noise specification of the system.

このため、LC共振回路を用いた発振回路に代わる回路技術として、リング発振回路が注目されている。しかし、現状のリング発振回路は、本質的に位相雑音が大きい。このため、リング発振回路を用いた高性能PLL回路の研究開発が精力的に進められており、例えば非特許文献1,2のような研究成果が報告されている。   For this reason, a ring oscillation circuit has attracted attention as a circuit technique that replaces an oscillation circuit using an LC resonance circuit. However, the current ring oscillator circuit has essentially a large phase noise. For this reason, research and development of a high-performance PLL circuit using a ring oscillation circuit has been vigorously advanced. For example, research results such as Non-Patent Documents 1 and 2 have been reported.

非特許文献1は、リング発振回路の位相雑音特性を改善するため、リング発振回路を要素回路とするPLLシンセサイザ回路の構成法を提案している。この文献1に開示された技術は、位相雑音のプリ増幅技術を用いて、ループ帯域内のノイズをフィードバックすることにより位相雑音を抑制している。この文献1の技術は、発振周波数から0.6MHz離調した周波数における位相雑音が、−124dBc/Hzと、LC共振回路を用いたVCO並みの位相雑音特性を0.07mmの小面積で達成している。 Non-Patent Document 1 proposes a configuration method of a PLL synthesizer circuit having a ring oscillation circuit as an element circuit in order to improve the phase noise characteristics of the ring oscillation circuit. The technique disclosed in this document 1 uses a phase noise preamplification technique to suppress phase noise by feeding back noise in the loop band. In the technique of this document 1, the phase noise at a frequency detuned by 0.6 MHz from the oscillation frequency is -124 dBc / Hz, and a phase noise characteristic similar to a VCO using an LC resonance circuit is achieved in a small area of 0.07 mm 2. is doing.

非特許文献2も文献1と同様に、PLLシンセサイザのループ帯域を最適化し、位相雑音特性を改善している。この文献2の技術は、110MHz−180MHzの周波数範囲で、発振周波数から10kHz離調した周波数における位相雑音が、−90dBc/Hzであり、これを0.64mmの小面積で達成している。 Similarly to Reference 1, Non-Patent Document 2 also optimizes the loop band of the PLL synthesizer and improves phase noise characteristics. In the technique of Reference 2, the phase noise at a frequency detuned by 10 kHz from the oscillation frequency in the frequency range of 110 MHz to 180 MHz is −90 dBc / Hz, and this is achieved with a small area of 0.64 mm 2 .

Cao, et al. “A 04 ps-RMS-Jitter 1-3GHz Ring-Oscillator PLL Using Phase Noise Preamplification”, IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 43, No. 9, pp.2079-2089, Sep., 2008.Cao, et al. “A 04 ps-RMS-Jitter 1-3GHz Ring-Oscillator PLL Using Phase Noise Preamplification”, IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 43, No. 9, pp.2079-2089, Sep. , 2008. T. Morie, et al. “A -90dBc@10kHz Phase Noise Fractional-N Frequency synthesizer with Accurate Loop Bandwidth Control Circuit”, IEEE Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp.52-55, 2005.T. Morie, et al. “A -90dBc @ 10kHz Phase Noise Fractional-N Frequency synthesizer with Accurate Loop Bandwidth Control Circuit”, IEEE Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp.52-55, 2005.

しかしながら、上記文献1及び2は、ループ帯域内のノイズをフィードバックして抑制したり、PLLシンセサイザのループ帯域を最適化し、位相雑音特性を改善したりするものである。   However, Documents 1 and 2 described above provide feedback and suppression of noise within the loop band, or optimize the loop band of the PLL synthesizer to improve the phase noise characteristics.

一方、発振回路を含むPLL回路全体の構成により低位相雑音化を図るには、ループ帯域を広く設定する必要がある。しかし、ループ帯域を広く設定した場合、フィードバックがかかりにくくなり、安定した位相同期動作が困難となる。このため、位相同期動作の安定性とのトレードオフにより、広いループ帯域を安定に実現し、位相雑音特性を向上することが困難であった。   On the other hand, in order to reduce the phase noise by the configuration of the entire PLL circuit including the oscillation circuit, it is necessary to set a wide loop band. However, when the loop band is set wide, it becomes difficult to apply feedback, and stable phase synchronization operation becomes difficult. For this reason, it has been difficult to stably realize a wide loop band and improve the phase noise characteristics by a trade-off with the stability of the phase synchronization operation.

本発明は、小面積で広帯域特性及び低位相雑音特性を得ることが可能な同期回路を提供しようとするものである。   An object of the present invention is to provide a synchronous circuit capable of obtaining a broadband characteristic and a low phase noise characteristic with a small area.

本発明は、同期回路の第1の態様は、参照信号と帰還信号との位相差を検出する位相検出器と、前記位相検出器の出力信号に基づき電圧を発生する電圧生成器と、前記参照信号に基づきパルス信号を生成するパルス発生器と、前記パルス発生器から供給されるパルス信号に同期して、前記電圧生成器から供給される電圧に基づき発振信号を発振する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器から供給される前記発振信号を分周し、前記帰還信号を生成する分周器と、を具備し、前記電圧制御発振器は、前記電圧発生回路から供給される電圧のレベルをシフトするレベルシフト回路と、前記電圧発生回路から供給される電圧と前記レベルシフト回路から供給されるレベルシフトされた電圧により駆動される負荷回路を有する複数のインバータ回路からなるリング発振器と、により構成され、前記複数のインバータ回路の1つに、前記パルス発生器から供給されるパルス信号が供給されることを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, the first aspect of the synchronization circuit includes a phase detector that detects a phase difference between a reference signal and a feedback signal, a voltage generator that generates a voltage based on an output signal of the phase detector, and the reference A pulse generator that generates a pulse signal based on a signal; a voltage-controlled oscillator that oscillates an oscillation signal based on a voltage supplied from the voltage generator in synchronization with the pulse signal supplied from the pulse generator; A frequency divider that divides the oscillation signal supplied from the voltage controlled oscillator and generates the feedback signal, and the voltage controlled oscillator shifts the level of the voltage supplied from the voltage generation circuit. A plurality of inverter circuits having a level shift circuit, and a load circuit driven by a voltage supplied from the voltage generation circuit and a level shifted voltage supplied from the level shift circuit And Ranaru ring oscillator is constituted by, in one of the plurality of inverter circuits, the pulse signal supplied from the pulse generator is characterized in that it is supplied.

本発明は、同期回路の第2の態様は、参照信号を遅延検波する第1の遅延検波器と、信号を遅延検波する第2の遅延検波器と、前記第1の遅延検波器の出力信号から電圧を生成する第1の電圧発生回路と、前記第2の遅延検波器の出力信号から電圧を生成する第2の電圧発生回路と、前記第1、第2の電圧発生回路から供給される電圧の差電圧を出力する差動増幅器と、前記参照信号に基づきパルス信号を生成するパルス発生器と、前記パルス発生器から供給されるパルス信号に同期して、前記差動増幅器から供給される電圧に基づき発振信号を発振する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器から供給される前記発振信号を分周し、前記帰還信号を生成する分周器と、を具備し、前記電圧制御発振器は、前記差動増幅器から供給される電圧のレベルをシフトするレベルシフト回路と、前記差動増幅器から供給される電圧と、前記レベルシフト回路から供給されるレベルシフトされた電圧とにより駆動される複数のインバータ回路からなるリング発振器と、により構成され、前記複数のインバータ回路の1つに、前記パルス発生器から供給されるパルス信号が供給されることを特徴とする。   According to the second aspect of the present invention, the second aspect of the synchronous circuit includes a first delay detector that delay-detects a reference signal, a second delay detector that delay-detects a signal, and an output signal of the first delay detector. Supplied from the first voltage generating circuit, the second voltage generating circuit generating the voltage from the output signal of the second delay detector, and the first and second voltage generating circuits. A differential amplifier that outputs a voltage difference voltage; a pulse generator that generates a pulse signal based on the reference signal; and a pulse generator that is supplied from the differential amplifier in synchronization with the pulse signal supplied from the pulse generator A voltage-controlled oscillator that oscillates an oscillation signal based on a voltage; and a frequency divider that divides the oscillation signal supplied from the voltage-controlled oscillator and generates the feedback signal. Voltage supplied from the differential amplifier A level shift circuit for shifting the level, a ring oscillator including a plurality of inverter circuits driven by a voltage supplied from the differential amplifier and a level shifted voltage supplied from the level shift circuit The pulse signal supplied from the pulse generator is supplied to one of the plurality of inverter circuits.

本発明は、小面積で広帯域特性及び低位相雑音特性を得ることが可能な同期回路を提供できる。   The present invention can provide a synchronous circuit capable of obtaining a broadband characteristic and a low phase noise characteristic with a small area.

本発明の第1の実施形態に係る位相同期回路を示す構成図。1 is a configuration diagram showing a phase synchronization circuit according to a first embodiment of the present invention. 図1に示すリングVCOの一例を示す構成図。The block diagram which shows an example of the ring VCO shown in FIG. 図2に示すリングVCOを構成する差動インバータ回路の一例を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a differential inverter circuit constituting the ring VCO shown in FIG. 2. 図3に示すインバータ回路の一例を示す回路図。FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of an inverter circuit illustrated in FIG. 3. 図5(a)は図2に示すレベルシフタの動作を示す図、図5(b)は、図4に示すPチャネルMOSトランジスタの抵抗値を示す図。5A is a diagram showing the operation of the level shifter shown in FIG. 2, and FIG. 5B is a diagram showing the resistance value of the P-channel MOS transistor shown in FIG. 図2に示すレベルシフタの一例を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a level shifter illustrated in FIG. 2. 図7(a)は、第1の実施形態に係る同期回路を含む半導体集積回路を示す顕微鏡写真、図7(b)は、リングVCOの発振特性を示す図、図7(c)は、リングVCOのスプリアスレベル、位相雑音特性を示す図、図7(d)は、第1の実施形態に係るリングVCOの位相雑音特性を他の位相雑音特性と比較して示す図。7A is a photomicrograph showing a semiconductor integrated circuit including a synchronous circuit according to the first embodiment, FIG. 7B is a diagram showing oscillation characteristics of the ring VCO, and FIG. FIG. 7D is a diagram showing the spurious level and phase noise characteristics of the VCO, and FIG. 7D is a diagram showing the phase noise characteristics of the ring VCO according to the first embodiment in comparison with other phase noise characteristics. 本発明の第2の実施形態に係る周波数及び位相同期回路を示す図。The figure which shows the frequency and phase locked loop circuit concerning the 2nd Embodiment of this invention. リングVCOの変形例を示す回路図。The circuit diagram which shows the modification of a ring VCO.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る位相同期回路(PLL回路)を示している。第1の実施形態は、位相同期動作と注入同期型リングVCOを用いた注入同期動作を同時に行うことにより、低位相雑音の同期信号を生成可能としている。   FIG. 1 shows a phase locked loop (PLL circuit) according to a first embodiment of the present invention. In the first embodiment, a phase-locked operation and an injection-locked operation using an injection-locked ring VCO are simultaneously performed, so that a low-phase noise synchronization signal can be generated.

図1において、位相検出器(位相比較器)11の一方入力端には、参照信号refが供給され、他方入力端には分周器15から出力される帰還信号が供給される。参照信号は、例えばデューティ比が50%の矩形波である。しかし、矩形波に限定されるものではなく、正弦波でもよい。位相検出器11は、参照信号refと帰還信号との位相差を検出する。この位相検出器11の出力信号は、チャージポンプ回路(CP)12に供給される。   In FIG. 1, a reference signal ref is supplied to one input terminal of a phase detector (phase comparator) 11, and a feedback signal output from the frequency divider 15 is supplied to the other input terminal. The reference signal is, for example, a rectangular wave with a duty ratio of 50%. However, it is not limited to a rectangular wave, and may be a sine wave. The phase detector 11 detects the phase difference between the reference signal ref and the feedback signal. The output signal of the phase detector 11 is supplied to a charge pump circuit (CP) 12.

チャージポンプ回路12は、例えば電源VDDが供給されるノードと接地間に直列接続されたPチャネルMOSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタと称す)P1と、NチャネルMOSトランジスタ(以下、NMOSトランジスタと称す)N1とにより構成されている。チャージポンプ回路12は、位相検出器11の出力信号に応じてパルス信号を発生し、このパルス信号をPMOSトランジスタP1とNMOSトランジスタN1の接続ノードから出力する。この接続ノードには、低域通過フィルタ(LPF)13が接続されている。   The charge pump circuit 12 includes, for example, a P-channel MOS transistor (hereinafter referred to as a PMOS transistor) P1 and an N-channel MOS transistor (hereinafter referred to as an NMOS transistor) N1 connected in series between a node to which a power supply VDD is supplied and the ground. It is comprised by. The charge pump circuit 12 generates a pulse signal according to the output signal of the phase detector 11, and outputs this pulse signal from the connection node between the PMOS transistor P1 and the NMOS transistor N1. A low-pass filter (LPF) 13 is connected to this connection node.

LPF13は、例えば接続ノードと接地間に直列接続された抵抗R1とキャパシタC1、及び接続ノードと接地間に接続されキャパシタC2とにより構成されている。LPF13は、チャージポンプ回路12から供給されるパルス信号を積分し、直流の制御電圧biasを生成する。この制御電圧biasは、リングVCO14に供給される。このリングVCO14は、注入同期型リングVCOであり、パルス信号が注入される注入同期端子を有している。   The LPF 13 includes, for example, a resistor R1 and a capacitor C1 connected in series between the connection node and the ground, and a capacitor C2 connected between the connection node and the ground. The LPF 13 integrates the pulse signal supplied from the charge pump circuit 12 and generates a DC control voltage bias. This control voltage bias is supplied to the ring VCO 14. This ring VCO 14 is an injection locking type ring VCO, and has an injection locking terminal into which a pulse signal is injected.

一方、参照信号refは、パルス発生器16に供給される。このパルス発生器16は、参照信号refから、参照信号refと同一周波数で、デューティ比が例えば10〜20%のパルス信号を生成する。パルス発生器16から出力された立ち上がり、立ち下りの早いパルス信号は遅延回路17を介してリングVCO14の注入同期端子に供給される。   On the other hand, the reference signal ref is supplied to the pulse generator 16. The pulse generator 16 generates, from the reference signal ref, a pulse signal having the same frequency as the reference signal ref and a duty ratio of, for example, 10 to 20%. The pulse signal output from the pulse generator 16 that rises and falls quickly is supplied to the injection locking terminal of the ring VCO 14 via the delay circuit 17.

遅延回路17は、リングVCO14に対するパルス信号の注入タイミングを調整するものである。すなわち、遅延回路17は、参照信号refが位相検出器11に供給されてからリングVCO14にbiasが供給されるまでの時間(ΔT)だけ、パルス発生器16から出力されたパルス信号injを遅延する。本構成では、PLLによる同期動作とVCOへの信号注入による同期動作を競合させている。PLLのみで位相雑音特性を改善するには、PLLのループ帯域(利得)を大きく取る必要があるが、動作が不安定になってしまい実現が難しい。そこで、本構成では、PLLのループ帯域を狭め、ラフな位相同期をPLLに担わせ、参照信号を直接VCOへ注入することにより低位相雑音特性の実現を可能としている。遅延回路17は、PLLのラフな位相同期状態のVCOの位相に注入信号の位相を合わせ、注入同期を効果的に行うためのものである。これにより、PLL動作とパルス信号の注入同期動作との競合を避け、安定な低位相雑音動作を可能としている。   The delay circuit 17 adjusts the injection timing of the pulse signal to the ring VCO 14. That is, the delay circuit 17 delays the pulse signal inj output from the pulse generator 16 by a time (ΔT) from when the reference signal ref is supplied to the phase detector 11 to when bias is supplied to the ring VCO 14. . In this configuration, the synchronization operation by the PLL and the synchronization operation by the signal injection to the VCO are made to compete. In order to improve the phase noise characteristics with only the PLL, it is necessary to increase the loop band (gain) of the PLL, but the operation becomes unstable and difficult to realize. Therefore, in this configuration, a low phase noise characteristic can be realized by narrowing the PLL loop band, causing the PLL to perform rough phase synchronization, and injecting the reference signal directly into the VCO. The delay circuit 17 is for effectively performing injection locking by matching the phase of the injection signal with the phase of the VCO in the rough phase locking state of the PLL. This avoids competition between the PLL operation and the pulse signal injection locking operation, and enables a stable low phase noise operation.

リングVCO14は、遅延回路17から供給されたパルス信号injに同期して発振し、発振周波数がLPF13から供給される制御電圧biasにより制御される。リングVCO14から出力される発振信号は、バッファアンプ18を介して出力されるともに、分周器15に供給される。分周器15は、発振信号を1/Nに分周し、帰還信号を生成する。この帰還信号は、位相検出器11の他方入力端に供給される。   The ring VCO 14 oscillates in synchronization with the pulse signal inj supplied from the delay circuit 17, and the oscillation frequency is controlled by the control voltage bias supplied from the LPF 13. The oscillation signal output from the ring VCO 14 is output via the buffer amplifier 18 and supplied to the frequency divider 15. The frequency divider 15 divides the oscillation signal by 1 / N to generate a feedback signal. This feedback signal is supplied to the other input terminal of the phase detector 11.

図2は、リングVCO14の一例を示している。リングVCO14は前述したように、注入同期型リングVCOであり、I/Q出力を可能とすること、及び電源電圧範囲において低位相雑音化を図るため、遅延セルとして2つの差動インバータ回路14a、14bを用いている。さらに、電源電圧範囲において、広帯域特性を有するリングVCO14を実現するため、差動インバータ回路14a、14bを構成するインバータ回路の負荷抵抗を制御するバイアスレベルシフタ14cを有している。   FIG. 2 shows an example of the ring VCO 14. As described above, the ring VCO 14 is an injection-locked ring VCO, and in order to enable I / Q output and to reduce phase noise in the power supply voltage range, two differential inverter circuits 14a, 14b is used. Further, a bias level shifter 14c for controlling the load resistance of the inverter circuits constituting the differential inverter circuits 14a and 14b is provided in order to realize the ring VCO 14 having a broadband characteristic in the power supply voltage range.

差動インバータ回路14a、14bは直列接続され、差動インバータ回路14bの出力端out3、out4が差動インバータ回路14aの反転入力端、非反転入力端にそれぞれ接続され、正帰還がかかるように構成されている。   The differential inverter circuits 14a and 14b are connected in series, and the output terminals out3 and out4 of the differential inverter circuit 14b are connected to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the differential inverter circuit 14a, respectively, so that positive feedback is applied. Has been.

差動インバータ回路14aは、注入同期端子14a−1を有し、この注入同期端子14a−1に遅延回路17から出力されたパルス信号injが供給される。差動インバータ回路14aは、パルス信号injの注入に同期して発振する。   The differential inverter circuit 14a has an injection locking terminal 14a-1, and the pulse signal inj output from the delay circuit 17 is supplied to the injection locking terminal 14a-1. The differential inverter circuit 14a oscillates in synchronization with the injection of the pulse signal inj.

バイアスレベルシフタ14cは、VCOの発振周波数を制御するための回路であり、LPF13から供給される制御電圧biasをスルーするとともに、制御電圧biasからレベルシフトされた制御電圧biasnを生成し、これらbias、biasnを差動インバータ回路14a、14bにそれぞれ供給する。リングVCO14は、制御電圧bias、biasnに基づき、発振周波数が可変される。   The bias level shifter 14c is a circuit for controlling the oscillation frequency of the VCO. The bias level shifter 14c passes through the control voltage bias supplied from the LPF 13 and generates a control voltage biasn level-shifted from the control voltage bias. These biases, biasn Are supplied to the differential inverter circuits 14a and 14b, respectively. The ring VCO 14 has an oscillation frequency variable based on the control voltages bias and biasn.

図3は、図2に示すリングVCOの遅延セルとしての差動インバータ回路14aの一例を示している。差動インバータ回路14aは、例えば4つのインバータ回路I1、I2、I3、I4と、NMOSトランジスタN11とにより構成されている。インバータ回路I1の入力端には信号out4が供給され、インバータ回路I2の入力端には信号out3が供給される。   FIG. 3 shows an example of the differential inverter circuit 14a as a delay cell of the ring VCO shown in FIG. The differential inverter circuit 14a includes, for example, four inverter circuits I1, I2, I3, and I4 and an NMOS transistor N11. A signal out4 is supplied to the input terminal of the inverter circuit I1, and a signal out3 is supplied to the input terminal of the inverter circuit I2.

インバータ回路I1、I2の出力端間には、インバータ回路I3、I4により構成されたラッチ回路LTが接続されている。   A latch circuit LT composed of inverter circuits I3 and I4 is connected between the output terminals of the inverter circuits I1 and I2.

さらに、インバータ回路I1、I2の出力端間には、NMOSトランジスタN11の電流通路が接続されている。このNMOSトランジスタN11のゲートは、注入同期端子14a−1に接続され、この注入同期端子14a−1にパルス信号injが供給されている。NMOSトランジスタN11は、パルス信号injが注入されると、オンとされ、インバータ回路I1、I2の出力端間は一瞬短絡される。このため、遅延セルとしての差動インバータ回路14aは、パルス信号injに同期してリセットされ、発振動作を開始する。   Further, the current path of the NMOS transistor N11 is connected between the output terminals of the inverter circuits I1 and I2. The gate of the NMOS transistor N11 is connected to the injection locking terminal 14a-1, and the pulse signal inj is supplied to the injection locking terminal 14a-1. The NMOS transistor N11 is turned on when the pulse signal inj is injected, and the output terminals of the inverter circuits I1 and I2 are short-circuited for a moment. For this reason, the differential inverter circuit 14a as a delay cell is reset in synchronization with the pulse signal inj and starts an oscillation operation.

尚、差動インバータ回路14bは、例えば差動インバータ回路14aでNMOSトランジスタN11を省略した同様の構成を採用している。   For example, the differential inverter circuit 14b employs a similar configuration in which the NMOS transistor N11 is omitted from the differential inverter circuit 14a.

図4は、差動インバータ回路14a、14bを構成するインバータ回路I3の一例を示している。インバータ回路I4もインバータ回路I3と同一構成とされている。インバータ回路I1、I2は、例えば通常のCMOSインバータ回路である。   FIG. 4 shows an example of the inverter circuit I3 constituting the differential inverter circuits 14a and 14b. The inverter circuit I4 has the same configuration as the inverter circuit I3. The inverter circuits I1 and I2 are, for example, normal CMOS inverter circuits.

インバータ回路I3は、CMOSインバータを構成するPMOSトランジスタP21とNMOSトランジスタN21、及び負荷回路を構成するPMOSトランジスタP22、P23とにより構成されている。PMOSトランジスタP22、P23は、電源電圧VDDが供給されるノードと、PMOSトランジスタP21の電流通路との間に並列接続されている。PMOSトランジスタP22、P23のゲートには、バイアスレベルシフタ14cから出力された制御電圧bias、biasnがそれぞれ供給されている。   The inverter circuit I3 includes a PMOS transistor P21 and an NMOS transistor N21 that form a CMOS inverter, and PMOS transistors P22 and P23 that form a load circuit. The PMOS transistors P22 and P23 are connected in parallel between the node to which the power supply voltage VDD is supplied and the current path of the PMOS transistor P21. Control voltages bias and biasn output from the bias level shifter 14c are supplied to the gates of the PMOS transistors P22 and P23, respectively.

図5(a)は、制御電圧bias、biasnの関係を示している。電圧baisは、電源電圧と同様に0Vから単調に増加する電圧である。これに対して、電圧baisnは、電圧baisが、例えばPMOSトランジスタの閾値電圧Vthpを越えた時点から増加する電圧である。   FIG. 5A shows the relationship between the control voltages bias and biasn. The voltage bais is a voltage that monotonously increases from 0 V, like the power supply voltage. On the other hand, the voltage baisn is a voltage that increases from the time when the voltage bais exceeds the threshold voltage Vthp of the PMOS transistor, for example.

図5(b)は、制御電圧bias、biasnと、PMOSトランジスタP22、P23のソース・ドレイン間の抵抗値(resistance)の関係を示している。PMOSトランジスタP22の抵抗値は、制御電圧biasの増加に従って増加する。biasがPMOSトランジスタの閾値電圧Vthpより大きくなると、PMOSトランジスタP22はオフし、抵抗値は一定となる。このため、PMOSトランジスタを制御電圧biasのみにより制御した場合、biasがPMOSトランジスタの閾値電圧Vthpより大きくなってもリングVCO14の発振周波数の増加は望めない。   FIG. 5B shows the relationship between the control voltages bias and biasn and the resistance values (resistance) between the sources and drains of the PMOS transistors P22 and P23. The resistance value of the PMOS transistor P22 increases as the control voltage bias is increased. When bias becomes larger than the threshold voltage Vthp of the PMOS transistor, the PMOS transistor P22 is turned off and the resistance value becomes constant. For this reason, when the PMOS transistor is controlled only by the control voltage bias, even if bias becomes larger than the threshold voltage Vthp of the PMOS transistor, an increase in the oscillation frequency of the ring VCO 14 cannot be expected.

しかし、PMOSトランジスタP23のソース・ドレイン間の抵抗値は、制御電圧biasがPMOSトランジスタの閾値電圧Vthp以下である場合変化せず、biasがPMOSトランジスタの閾値電圧Vthpより大きくなると、制御電圧biasnにより増加し始める。つまり、リングVCO14の発振周波数は、制御電圧biasが閾値電圧Vthpを越えた場合、制御電圧biasnに従って増加する。すなわち、PMOSトランジスタP22、P23のトータルの抵抗値totalは、制御電圧biasが0VからPMOSトランジスタの閾値電圧Vthpまでは、PMOSトランジスタP22の抵抗値に従って増加し、制御電圧biasがPMOSトランジスタの閾値電圧Vthpを越えると、PMOSトランジスタP23の抵抗値に従って増加する。このため、CMOSインバータの負荷抵抗の値は、制御電圧baisが0Vから電源電圧、例えば1.8Vの間でほぼ単調に増加する。したがって、リングVCO14は、LPF13から供給される直流の制御電圧biasの0Vから電源電圧1.8Vの変化に対して発振周波数を広帯域に変化させることができる。   However, the resistance value between the source and the drain of the PMOS transistor P23 does not change when the control voltage bias is equal to or lower than the threshold voltage Vthp of the PMOS transistor, and increases with the control voltage biasn when the bias becomes larger than the threshold voltage Vthp of the PMOS transistor. Begin to. That is, the oscillation frequency of the ring VCO 14 increases according to the control voltage biasn when the control voltage bias exceeds the threshold voltage Vthp. That is, the total resistance value total of the PMOS transistors P22 and P23 increases according to the resistance value of the PMOS transistor P22 when the control voltage bias is from 0 V to the threshold voltage Vthp of the PMOS transistor, and the control voltage bias is the threshold voltage Vthp of the PMOS transistor. Exceeds the value, it increases according to the resistance value of the PMOS transistor P23. For this reason, the value of the load resistance of the CMOS inverter increases almost monotonically when the control voltage bais is between 0V and a power supply voltage, for example, 1.8V. Therefore, the ring VCO 14 can change the oscillation frequency in a wide band with respect to a change in the power supply voltage 1.8 V from 0 V of the DC control voltage bias supplied from the LPF 13.

また、インバータ回路を用いて発振信号を接地電位から電源電圧までのフル振幅での制御(Rail to Rail制御)ができる。このため、発振信号の周波数変化を大きくすることが可能となり、より広帯域な動作が可能となる。また、発振信号もインバータ回路を用いているため、接地電位から電源電圧までのフル振幅出力となる。位相雑音は大振幅ほど小さくなるため、低位相雑音化にも有効となる。すなわち、第1の実施形態に係る注入同期型リングVCOによれば、広帯域特性が良好で、低位相雑音を実現することができる。   Further, the oscillation signal can be controlled with full amplitude from the ground potential to the power supply voltage (Rail to Rail control) using the inverter circuit. For this reason, it is possible to increase the frequency change of the oscillation signal, and a wider band operation is possible. Further, since the oscillation signal also uses an inverter circuit, a full amplitude output from the ground potential to the power supply voltage is obtained. Since the phase noise becomes smaller as the amplitude becomes larger, it is effective for lowering the phase noise. That is, according to the injection locking type ring VCO according to the first embodiment, the broadband characteristic is good and low phase noise can be realized.

図6は、バイアスレベルシフタ14cの一例を示している。このバイアスレベルシフタ14cは、制御電圧biasからシフトされた制御電圧biasnを生成する回路であり、NMOSトランジスタN31〜N38と、定電流源I31及び抵抗R31により構成されている。   FIG. 6 shows an example of the bias level shifter 14c. The bias level shifter 14c is a circuit that generates a control voltage biasn that is shifted from the control voltage bias, and includes NMOS transistors N31 to N38, a constant current source I31, and a resistor R31.

すなわち、NMOSトランジスタN31の電流通路の一端は、電源電圧VDDが供給されるノードに接続され、電流通路の他端は、NMOSトランジスタN32、N33を介して接地されている。また、NMOSトランジスタN31のゲートには、LPF13から出力される制御電圧biasが供給される。   That is, one end of the current path of the NMOS transistor N31 is connected to a node to which the power supply voltage VDD is supplied, and the other end of the current path is grounded via the NMOS transistors N32 and N33. The control voltage bias output from the LPF 13 is supplied to the gate of the NMOS transistor N31.

NMOSトランジスタN31、N32の接続ノードは、NMOSトランジスタN34のゲートに接続されている。NMOSトランジスタN34の電流通路の一端は電源電圧VDDが供給されるノードに接続され、電流通路の他端はNMOSトランジスタN35、N36を介して接地されている。NMOSトランジスタN34、N35の接続ノードからbiasnが出力される。   The connection node of the NMOS transistors N31 and N32 is connected to the gate of the NMOS transistor N34. One end of the current path of the NMOS transistor N34 is connected to a node to which the power supply voltage VDD is supplied, and the other end of the current path is grounded via NMOS transistors N35 and N36. Biasn is output from the connection node of the NMOS transistors N34 and N35.

定電流源I31及び抵抗R31、NMOSトランジスタN37、N38は、バイアス回路を構成している。NMOSトランジスタN38のゲートには電源電圧VDDが供給され、NMOSトランジスタN37のゲートには、抵抗R31とNMOSトランジスタN37の接続ノードの電圧が供給されている。   The constant current source I31, the resistor R31, and the NMOS transistors N37 and N38 constitute a bias circuit. The power supply voltage VDD is supplied to the gate of the NMOS transistor N38, and the voltage of the connection node between the resistor R31 and the NMOS transistor N37 is supplied to the gate of the NMOS transistor N37.

NMOSトランジスタN32、N33、及びN35、N36は、それぞれカスコード接続型の定電流源回路を構成している。NMOSトランジスタN33、N36のゲートには、電源電圧VDDが供給され、NMOSトランジスタN32、N35のゲートには、抵抗R31とNMOSトランジスタN37の接続ノードの電圧が供給されている。   The NMOS transistors N32, N33, and N35, N36 each constitute a cascode-connected constant current source circuit. The power supply voltage VDD is supplied to the gates of the NMOS transistors N33 and N36, and the voltage at the connection node of the resistor R31 and the NMOS transistor N37 is supplied to the gates of the NMOS transistors N32 and N35.

上記構成において、NMOSトランジスタN31は、ゲートに供給される制御電圧biasに応じてN31のソース電圧が制御され、NMOSトランジスタN34は、NMOSトランジスタN31とN32の接続ノードの電位がPMOSトランジスタの閾値電圧以上となった場合、baiasnの電位が発生するように設定されている。このため、図5(a)に示す電圧特性を得ることができる。   In the configuration described above, the source voltage of N31 is controlled in the NMOS transistor N31 according to the control voltage bias supplied to the gate, and the NMOS transistor N34 has a potential at the connection node between the NMOS transistors N31 and N32 equal to or higher than the threshold voltage of the PMOS transistor. In this case, the bias potential is set to be generated. For this reason, the voltage characteristic shown to Fig.5 (a) can be acquired.

尚、バイアスレベルシフタ14cは、図6に示す回路に限定されるものでははい。   The bias level shifter 14c is not limited to the circuit shown in FIG.

上記構成において、図1に示す参照信号refが位相検出器11に供給され、分周器15から供給される帰還信号と比較される。位相検出器11は、参照信号refと帰還信号との位相差を検出し、検出信号を出力する。チャージポンプ回路12は、位相検出器11から供給された検出信号に基づき電圧を発生する。LPF13は、チャージポンプ回路12から供給される電圧を平滑し、直流の制御電圧biasを出力する。リングVCO14は、遅延回路17から供給される注入同期パルス信号injに同期して発振が開始され、制御電圧biasに応じた周波数の信号を出力する。すなわち、制御電圧biasが差動インバータ回路14a、14bを構成するインバータ回路I3、I4の負荷としてのPMOSトランジスタP22、P23の閾値電圧Vthp以下である場合、PMOSトランジスタP22のソース・ドレイン間の抵抗値が変化して発振し、制御電圧biasがPMOSトランジスタP22、P23の閾値電圧Vthpを越えた場合、PMOSトランジスタP23のソース・ドレイン間の抵抗値が変化して発振する。リングVCO14の出力信号は、分周器15によって分周され、帰還信号として位相検出器11に供給され、発振が継続される。   In the above configuration, the reference signal ref shown in FIG. 1 is supplied to the phase detector 11 and compared with the feedback signal supplied from the frequency divider 15. The phase detector 11 detects the phase difference between the reference signal ref and the feedback signal and outputs a detection signal. The charge pump circuit 12 generates a voltage based on the detection signal supplied from the phase detector 11. The LPF 13 smoothes the voltage supplied from the charge pump circuit 12 and outputs a DC control voltage bias. The ring VCO 14 starts oscillating in synchronization with the injection locking pulse signal inj supplied from the delay circuit 17 and outputs a signal having a frequency corresponding to the control voltage bias. That is, when the control voltage bias is equal to or lower than the threshold voltage Vthp of the PMOS transistors P22 and P23 as loads of the inverter circuits I3 and I4 constituting the differential inverter circuits 14a and 14b, the resistance value between the source and drain of the PMOS transistor P22 Changes and oscillates, and when the control voltage bias exceeds the threshold voltage Vthp of the PMOS transistors P22 and P23, the resistance value between the source and drain of the PMOS transistor P23 changes and oscillates. The output signal of the ring VCO 14 is frequency-divided by the frequency divider 15 and supplied to the phase detector 11 as a feedback signal, and oscillation is continued.

上記第1の実施形態によれば、位相同期回路を構成するリングVCO14を差動インバータ回路14a、14b、及びバイアスレベルシフタ14cにより構成している。このため、位相同期回路は、従来のように、インダクタを含まないため、チップ面積の増大を防止できる。   According to the first embodiment, the ring VCO 14 constituting the phase synchronization circuit is constituted by the differential inverter circuits 14a and 14b and the bias level shifter 14c. For this reason, since the phase synchronization circuit does not include an inductor as in the prior art, an increase in the chip area can be prevented.

図7(a)は、第1の実施形態に示す位相同期回路を含むチップの一例を示している。このチップには、図1に破線Aで示す範囲の位相検出器11、チャージポンプ回路12、LPF13、リングVCO14、分周器15が含まれている。このチップは、インダクタを含まないため、例えば0.1mmの小面積により位相同期回路を実現している。 FIG. 7A shows an example of a chip including the phase synchronization circuit shown in the first embodiment. This chip includes a phase detector 11, a charge pump circuit 12, an LPF 13, a ring VCO 14, and a frequency divider 15 in a range indicated by a broken line A in FIG. Since this chip does not include an inductor, a phase locked loop is realized with a small area of, for example, 0.1 mm 2 .

また、第1の実施形態に係る位相同期回路は、インダクタを含まないため、集積回路の微細化がさらに進んだ場合においても、設計変更が容易である。すなわち、インダクタを含む回路の場合、集積回路の最小寸法が縮小された場合、インダクタに対する仕様を満たすため、回路設計をやり直す必要がある。しかし、インダクタを含まない第1の実施形態に係る位相同期回路は、集積回路の最小寸法が縮小された場合においても基本的な回路設計の変更が不要である。   In addition, since the phase locked loop according to the first embodiment does not include an inductor, the design can be easily changed even when the integrated circuit is further miniaturized. That is, in the case of a circuit including an inductor, when the minimum dimension of the integrated circuit is reduced, it is necessary to redesign the circuit in order to satisfy the specifications for the inductor. However, the phase locked loop according to the first embodiment that does not include an inductor does not require a basic circuit design change even when the minimum size of the integrated circuit is reduced.

さらに、リングVCO14は、差動インバータ回路14a、14b、及びバイアスレベルシフタ14cにより構成され、差動インバータ回路14a、14bを構成するインバータ回路I1〜I4のうち、インバータ回路I3、I4のPMOSトランジスタにより構成された負荷回路がバイアスレベルシフタ14cから供給される制御電圧baisと、baisから電圧の変化範囲がシフトされた制御電圧biasnとにより制御されている。このため、LPF14から出力されるbiasの広い変化範囲において、発振動作が可能である。   Further, the ring VCO 14 includes differential inverter circuits 14a and 14b and a bias level shifter 14c. Of the inverter circuits I1 to I4 constituting the differential inverter circuits 14a and 14b, the ring VCO 14 includes PMOS transistors of the inverter circuits I3 and I4. The load circuit thus controlled is controlled by a control voltage bais supplied from the bias level shifter 14c and a control voltage biasn having a voltage change range shifted from bais. Therefore, an oscillation operation is possible in a wide change range of bias output from the LPF 14.

図7(b)は、図7(a)に示す試作したリングVCO14の特性を示している。試作したチップは、0.18μmのCMOSプロセスにより製造されている。このため、電源電圧VDDは、例えば1.8Vである。図7(b)から明らかなように、発振動作の制御範囲は、制御電圧biasが0Vから電源電圧1.8Vの範囲であり、電源電圧の全範囲において発振動作が可能であることが分かる。   FIG. 7B shows the characteristics of the prototype ring VCO 14 shown in FIG. The prototyped chip is manufactured by a 0.18 μm CMOS process. For this reason, the power supply voltage VDD is, for example, 1.8V. As apparent from FIG. 7B, the control range of the oscillation operation is in the range where the control voltage bias is 0 V to the power supply voltage 1.8 V, and it can be seen that the oscillation operation is possible in the entire range of the power supply voltage.

また、発振周波数の範囲は、例えば1.65GHz〜0.65GHzであり、広周波数帯域の発振が可能であることが分かる。   The range of the oscillation frequency is, for example, 1.65 GHz to 0.65 GHz, and it can be seen that oscillation in a wide frequency band is possible.

さらに、図7(b)から明らかなように、バイアスレベルシフタ14cによってインバータ回路I3、I4のPMOSトランジスタP22、P23のソース・ドレイン間の抵抗値を制御することにより、制御電圧biasが0Vから1.8Vに変化する範囲において、発振周波数の変化をほぼ一定とすることができる。具体的には、リングVCO14の周波数の変化を微分した値、つまり、リングVCO14の変換利得(VCOのゲイン)としてのKVCOの値を−380〜−640という比較的狭い範囲に収めることができる。 Further, as apparent from FIG. 7B, by controlling the resistance value between the source and drain of the PMOS transistors P22 and P23 of the inverter circuits I3 and I4 by the bias level shifter 14c, the control voltage bias is changed from 0V to 1. In the range where the voltage changes to 8V, the change of the oscillation frequency can be made almost constant. Specifically, the value obtained by differentiating the change in the frequency of the ring VCO 14, that is, the value of K VCO as the conversion gain (VCO gain) of the ring VCO 14 can be within a relatively narrow range of −380 to −640. .

PLLを構成する際、理想的にはKVCOの値が一定であることが好ましい。第1の実施形態に示す回路によれば、KVCOの値が−380〜−640という比較的狭い範囲に収まっているため、電源電圧0V〜1.8Vの範囲において安定した発振動作が可能である。 When configuring the PLL, ideally, the value of K VCO is preferably constant. According to the circuit shown in the first embodiment, since the value of K VCO is within a relatively narrow range of −380 to −640, stable oscillation operation is possible in the range of power supply voltage 0 V to 1.8 V. is there.

図7(c)は、参照信号refの周波数(90〜50MHz)に対する高調波(スプリアス)信号と、位相雑音特性の関係を示している。図7(c)から分かるように、高調波信号は、参照周波数91MHz〜50MHzの範囲(制御電圧のモニタ範囲0.25V〜1.55V)において、−30dBc〜−40dBcの範囲であり、位相雑音は、参照周波数91MHz〜50MHzの範囲(制御電圧のモニタ範囲0.25V〜1.55V)において、ほぼ−110dBc一定である。具体的には、例えば発振周波数1.44GHz、参照信号周波数90MHz(N=16分周)において、高調波信号−30dBc、位相雑音−105dBcという特性が得られていることが分かる。   FIG. 7C shows the relationship between the harmonic (spurious) signal with respect to the frequency (90 to 50 MHz) of the reference signal ref and the phase noise characteristic. As can be seen from FIG. 7C, the harmonic signal is in the range of −30 dBc to −40 dBc in the range of the reference frequency 91 MHz to 50 MHz (control voltage monitor range 0.25 V to 1.55 V), and phase noise. Is substantially constant at −110 dBc in the reference frequency range of 91 MHz to 50 MHz (control voltage monitor range of 0.25 V to 1.55 V). Specifically, it can be seen that, for example, characteristics of harmonic signal −30 dBc and phase noise −105 dBc are obtained at an oscillation frequency of 1.44 GHz and a reference signal frequency of 90 MHz (N = 16 division).

このように、ループ帯域内において位相雑音と高調波信号成分が一定に保持されることが分かる。   Thus, it can be seen that the phase noise and the harmonic signal component are kept constant within the loop band.

また、リングVCO14は、第1の実施形態のように、注入同期動作により、PLL動作のみの場合に比べて位相雑音を改善することができる。   Further, the ring VCO 14 can improve the phase noise by the injection locking operation as compared with the case of only the PLL operation as in the first embodiment.

すなわち、図7(d)は、離調(オフセット)周波数に対するVCO単体の位相雑音特性(free−runnig)、注入同期を行わないリングVCOを用いたPLL回路の位相雑音特性(PLL)、注入同期を行なったリングVCOを用いたPLL回路の位相雑音特性(PLL+inj)、参照信号の位相雑音特性(ref.(90MHz))を示している。図7(d)から明らかなように、第1の実施形態に係る注入同期を行なったリングVCOを用いたPLL回路の位相雑音は、0.2MHzのオフセット周波数において−122dBc/Hz@0.2MHzであり、注入同期を行わないリングVCOを用いたPLL回路の位相雑音−108dBc/Hz@0.2MHzに対して−14dBcほど改善されている。図7(d)に示すように、0.2MHz以上のオフセット周波数において、位相雑音−122dBcという値は、例えば携帯電話などの電子機器に好適な値である。   That is, FIG. 7D shows a phase noise characteristic (free-running) of a single VCO with respect to a detuning (offset) frequency, a phase noise characteristic (PLL) of a PLL circuit using a ring VCO that does not perform injection locking, and injection locking. 2 shows the phase noise characteristic (PLL + inj) of the PLL circuit using the ring VCO subjected to the above and the phase noise characteristic (ref. (90 MHz)) of the reference signal. As is apparent from FIG. 7D, the phase noise of the PLL circuit using the ring VCO subjected to injection locking according to the first embodiment is −122 dBc/Hz@0.2 MHz at an offset frequency of 0.2 MHz. The phase noise of a PLL circuit using a ring VCO that does not perform injection locking is improved by about −14 dBc with respect to −108 dBc/Hz@0.2 MHz. As shown in FIG. 7D, at an offset frequency of 0.2 MHz or higher, the value of phase noise −122 dBc is a value suitable for an electronic device such as a mobile phone.

(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態を示すものであり、図1と同一部分には、同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 8 shows a second embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described.

第1の実施形態は、位相同期回路に本発明を適用した場合について説明した。これに対して、第2の実施形態は、周波数同期回路に本発明を適用した場合について示している。   In the first embodiment, the case where the present invention is applied to the phase synchronization circuit has been described. On the other hand, the second embodiment shows a case where the present invention is applied to a frequency synchronization circuit.

図8において、参照信号refは、例えば矩形波であり、この参照信号refは、遅延検波回路21に供給される。この遅延検波回路21は、例えば遅延回路と排他的論理和回路により構成され、参照信号refと、参照信号refを遅延した信号refdとの排他的論理和をとる回路である。この遅延検波回路21の出力信号はLPF23に供給される。このLPF23は、遅延検波回路21の出力信号を例えば積分し、直流電圧を生成する。   In FIG. 8, the reference signal ref is, for example, a rectangular wave, and this reference signal ref is supplied to the delay detection circuit 21. The delay detection circuit 21 is configured by, for example, a delay circuit and an exclusive OR circuit, and is an exclusive OR circuit of a reference signal ref and a signal refd obtained by delaying the reference signal ref. The output signal of the delay detection circuit 21 is supplied to the LPF 23. The LPF 23 integrates, for example, the output signal of the delay detection circuit 21 to generate a DC voltage.

また、分周器15から出力される帰還信号は遅延検波回路22に供給される。この遅延検波回路は、遅延検波回路21と同様の構成であり、帰還信号と、遅延された帰還信号の排他的論理和をとる回路である。この遅延検波回路22の出力信号はLPF24に供給され、直流電圧が生成される。   The feedback signal output from the frequency divider 15 is supplied to the delay detection circuit 22. This delay detection circuit has the same configuration as the delay detection circuit 21, and is a circuit that obtains an exclusive OR of the feedback signal and the delayed feedback signal. The output signal of the delay detection circuit 22 is supplied to the LPF 24, and a DC voltage is generated.

LPF23、24の出力電圧は差動増幅器25に供給される。差動増幅器25は、LPF23、24から供給された直流電圧の差電圧を検出する。この差動増幅器25の出力電圧はLPF26を介してリングVCO14に供給される。このリングVCO14は、LPF26の出力電圧を制御電圧biasとして周波数に同期した発振動作を行う。この際、リングVCO14の発振動作は、遅延回路17から注入されるパルス信号injに同期される。すなわち、リングVCO14は、参照信号refの位相に同期して発振する。このため、リングVCO14は、周波数と位相に同期して発振する。   Output voltages of the LPFs 23 and 24 are supplied to the differential amplifier 25. The differential amplifier 25 detects a difference voltage between the DC voltages supplied from the LPFs 23 and 24. The output voltage of the differential amplifier 25 is supplied to the ring VCO 14 via the LPF 26. The ring VCO 14 oscillates in synchronization with the frequency using the output voltage of the LPF 26 as a control voltage bias. At this time, the oscillation operation of the ring VCO 14 is synchronized with the pulse signal inj injected from the delay circuit 17. That is, the ring VCO 14 oscillates in synchronization with the phase of the reference signal ref. For this reason, the ring VCO 14 oscillates in synchronization with the frequency and phase.

第2の実施形態によれば、周波数同期型回路を構成するVCOとして注入同期型リングVCO14を設けている。このため、この周波数同期回路は、参照信号refの位相にも同期し、低位相雑音特性を実現することが可能である。   According to the second embodiment, the injection locked ring VCO 14 is provided as the VCO constituting the frequency locked circuit. For this reason, this frequency synchronization circuit is also synchronized with the phase of the reference signal ref, and can realize low phase noise characteristics.

また、第2の実施形態の周波数同期回路は、インダクタを使用せず、CMOS回路により構成されているため、チップの占有面積を低減することができる。   Further, since the frequency synchronization circuit of the second embodiment is configured by a CMOS circuit without using an inductor, the occupied area of the chip can be reduced.

しかも、リングVCOは、差動インバータ回路により構成され、この差動インバータ回路を構成するインバータ回路の負荷回路を構成する2つのPMOSトランジスタは、制御電圧bias、及びbaisからシフトされたbiasnにより制御されている。このため、電源電圧VDDの広い範囲において、発振動作が可能であり、広い周波数帯域を得ることができる。   In addition, the ring VCO is constituted by a differential inverter circuit, and the two PMOS transistors constituting the load circuit of the inverter circuit constituting the differential inverter circuit are controlled by the control voltage bias and biasn shifted from bais. ing. Therefore, an oscillation operation can be performed in a wide range of the power supply voltage VDD, and a wide frequency band can be obtained.

(変形例)
図9は、リングVCOの変形例を示している。第1、第2の実施形態において、リングVCO14は、差動インバータ回路により構成した。しかし、差動インバータ回路に限定されるものではなく、シングルリングVCOにより構成することも可能である。
(Modification)
FIG. 9 shows a modification of the ring VCO. In the first and second embodiments, the ring VCO 14 is configured by a differential inverter circuit. However, the present invention is not limited to the differential inverter circuit, and can be configured by a single ring VCO.

図9は、変形例に係るシングルリングVCO31を示している。このリングVCO31は、奇数個、例えば3個の直列接続されたインバータ回路I21、I22、I23と、NMOSトランジスタN41と、により構成されている。インバータ回路I23の出力端は、インバータ回路I21の入力端に接続され、正帰還ループが形成されている。インバータ回路I21とI22の接続ノードと、例えば接地間には、NMOSトランジスタN41の電流通路が接続されている。このNMOSトランジスタN41のゲートにはパルス信号injが供給されている。   FIG. 9 shows a single ring VCO 31 according to a modification. The ring VCO 31 includes an odd number, for example, three inverter circuits I21, I22, I23 connected in series, and an NMOS transistor N41. The output terminal of the inverter circuit I23 is connected to the input terminal of the inverter circuit I21 to form a positive feedback loop. The current path of the NMOS transistor N41 is connected between the connection node of the inverter circuits I21 and I22 and, for example, the ground. A pulse signal inj is supplied to the gate of the NMOS transistor N41.

このリングVCO31は、パルス信号injがNMOSトランジスタN41のゲートに注入されると、NMOSトランジスタN41がオンとされ、インバータ回路I22の入力端が一瞬接地される。このようにして、参照信号refと同期されて発振が開始される。   In this ring VCO 31, when the pulse signal inj is injected into the gate of the NMOS transistor N41, the NMOS transistor N41 is turned on and the input terminal of the inverter circuit I22 is momentarily grounded. In this way, oscillation is started in synchronization with the reference signal ref.

尚、NMOSトランジスタN41の接続位置は、インバータ回路I21とI22の接続ノードと接地間に限定されるものではなく、インバータ回路I21とI22の接続ノードと電源電圧VDDが供給されるノードとの間に設けることも可能である。   The connection position of the NMOS transistor N41 is not limited between the connection node of the inverter circuits I21 and I22 and the ground, but between the connection node of the inverter circuits I21 and I22 and the node to which the power supply voltage VDD is supplied. It is also possible to provide it.

上記変形例によっても、低位相雑音でチップに対する占有面積を削減した同期回路を構成することが可能である。   Also according to the above modification, it is possible to configure a synchronous circuit with low phase noise and a reduced area occupied by the chip.

また、各インバータ回路I21、I23、I23を、図4に示す構成とすることにより、接地電位から電源電圧の広い範囲に亘り安定した制御が可能となり、広帯域な発振を実現できる。   Further, by adopting the configuration shown in FIG. 4 for each of the inverter circuits I21, I23, and I23, stable control can be performed over a wide range from the ground potential to the power supply voltage, and broadband oscillation can be realized.

その他、本発明は、第1、第2の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変えない範囲において、種々変形実施可能なことは勿論である。   In addition, the present invention is not limited to the first and second embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

11…位相検出器、12…チャージポンプ回路、13…LPF、14…注入同期型リングVCO、15…分周器、16…パルス発生器、17…遅延回路、14a、14b…差動インバータ回路、14c…バイアスレベルシフタ、I1〜I4…インバータ回路、N11…NチャネルMOSトランジスタ、P22、P23…PチャネルMOSトランジスタ、21、22…遅延検波回路、23、24…LPF、25…差動増幅器、31…シングルリングVCO。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Phase detector, 12 ... Charge pump circuit, 13 ... LPF, 14 ... Injection locked ring VCO, 15 ... Frequency divider, 16 ... Pulse generator, 17 ... Delay circuit, 14a, 14b ... Differential inverter circuit, 14c ... Bias level shifter, I1-I4 ... Inverter circuit, N11 ... N channel MOS transistor, P22, P23 ... P channel MOS transistor, 21, 22 ... Delay detection circuit, 23, 24 ... LPF, 25 ... Differential amplifier, 31 ... Single ring VCO.

Claims (9)

参照信号と帰還信号との位相差を検出する位相検出器と、
前記位相検出器の出力信号に基づき電圧を発生する電圧発生器と、
前記参照信号に基づきパルス信号を生成するパルス発生器と、
前記パルス発生器から供給されるパルス信号に同期して、前記電圧発生器から供給される電圧に基づき信号を発振する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器から供給される前記信号を分周し、前記帰還信号を生成する分周器と、
を具備し、
前記電圧制御発振器は、
前記電圧発生回路から供給される電圧のレベルをシフトするレベルシフト回路と、
前記電圧発生回路から供給される電圧と前記レベルシフト回路から供給されるレベルシフトされた電圧により駆動される負荷回路を有する複数のインバータ回路からなるリング発振器と、により構成され、
前記複数のインバータ回路の1つに、前記パルス発生器から供給されるパルス信号が供給されることを特徴とする同期回路。
A phase detector for detecting a phase difference between the reference signal and the feedback signal;
A voltage generator for generating a voltage based on an output signal of the phase detector;
A pulse generator for generating a pulse signal based on the reference signal;
A voltage controlled oscillator that oscillates a signal based on a voltage supplied from the voltage generator in synchronization with a pulse signal supplied from the pulse generator;
A frequency divider that divides the signal supplied from the voltage controlled oscillator and generates the feedback signal;
Comprising
The voltage controlled oscillator is:
A level shift circuit for shifting the level of the voltage supplied from the voltage generation circuit;
A ring oscillator including a plurality of inverter circuits having a load circuit driven by a voltage supplied from the voltage generation circuit and a level shifted voltage supplied from the level shift circuit;
A synchronization circuit, wherein a pulse signal supplied from the pulse generator is supplied to one of the plurality of inverter circuits.
参照信号を遅延検波する第1の遅延検波器と、
信号を遅延検波する第2の遅延検波器と、
前記第1の遅延検波器の出力信号から電圧を生成する第1の電圧発生回路と、
前記第2の遅延検波器の出力信号から電圧を生成する第2の電圧発生回路と、
前記第1、第2の電圧発生回路から供給される電圧の差電圧を出力する差動増幅器と、
前記参照信号に基づきパルス信号を生成するパルス発生器と、
前記パルス発生器から供給されるパルス信号に同期して、前記差動増幅器から供給される電圧に基づき信号を発振する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器から供給される前記信号を分周し、前記帰還信号を生成する分周器と、
を具備し、
前記電圧制御発振器は、
前記差動増幅器から供給される電圧のレベルをシフトするレベルシフト回路と、
前記差動増幅器から供給される電圧と、前記レベルシフト回路から供給されるレベルシフトされた電圧とにより駆動される複数のインバータ回路からなるリング発振器と、
により構成され、
前記複数のインバータ回路の1つに、前記パルス発生器から供給されるパルス信号が供給されることを特徴とする同期回路。
A first delay detector for delay-detecting the reference signal;
A second delay detector for delay detecting the signal;
A first voltage generation circuit for generating a voltage from an output signal of the first delay detector;
A second voltage generating circuit for generating a voltage from the output signal of the second delay detector;
A differential amplifier that outputs a voltage difference between the voltages supplied from the first and second voltage generation circuits;
A pulse generator for generating a pulse signal based on the reference signal;
A voltage controlled oscillator that oscillates a signal based on a voltage supplied from the differential amplifier in synchronization with a pulse signal supplied from the pulse generator;
A frequency divider that divides the signal supplied from the voltage controlled oscillator and generates the feedback signal;
Comprising
The voltage controlled oscillator is:
A level shift circuit for shifting the level of the voltage supplied from the differential amplifier;
A ring oscillator comprising a plurality of inverter circuits driven by a voltage supplied from the differential amplifier and a level shifted voltage supplied from the level shift circuit;
Composed of
A synchronization circuit, wherein a pulse signal supplied from the pulse generator is supplied to one of the plurality of inverter circuits.
前記リング発振器は、出力信号が入力端に正帰還される直列接続された複数の差動インバータ回路により構成され、
前記複数の差動インバータ回路の1つに前記パルス信号が供給されることを特徴とする請求項1又は2記載の同期回路。
The ring oscillator is composed of a plurality of differential inverter circuits connected in series in which an output signal is positively fed back to an input terminal,
3. The synchronous circuit according to claim 1, wherein the pulse signal is supplied to one of the plurality of differential inverter circuits.
前記差動インバータ回路は、
入力信号が供給される第1のインバータ回路と、
反転された前記入力信号が供給される第2のインバータ回路と、
前記第1、第2のインバータ回路の出力端間に接続され、前記第1、第2のインバータ回路の出力信号をラッチする第3、第4のインバータ回路により構成されたラッチ回路と、
前記第1、第2のインバータ回路の出力端間に接続され、ゲートに前記パルス信号が供給される第1導電型の第1のトランジスタと、
を具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の同期回路。
The differential inverter circuit is:
A first inverter circuit to which an input signal is supplied;
A second inverter circuit supplied with the inverted input signal;
A latch circuit connected between output terminals of the first and second inverter circuits and configured by third and fourth inverter circuits for latching output signals of the first and second inverter circuits;
A first transistor of a first conductivity type connected between the output terminals of the first and second inverter circuits and having the pulse signal supplied to the gate;
The synchronization circuit according to claim 1, further comprising:
前記第3、第4のインバータ回路のそれぞれは、
第2導電型の第2のトランジスタと、
ゲート及び電流通路が前記第2のトランジスタのゲートと電流通路に共通接続された第1導電型の第3のトランジスタと、
電流通路が前記第2のトランジスタの電流通路に接続され、ゲートに前記電圧発生回路の出力電圧が供給される第2導電型の第4のトランジスタと、
電流通路が前記第2のトランジスタの電流通路に接続され、ゲートに前記レベルシフト回路から出力されるレベルシフトされた電圧が供給される第2導電型の第5のトランジスタと、
を具備することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の同期回路。
Each of the third and fourth inverter circuits is
A second transistor of the second conductivity type;
A third transistor of the first conductivity type having a gate and a current path commonly connected to the gate and the current path of the second transistor;
A fourth transistor of a second conductivity type having a current path connected to a current path of the second transistor and a gate supplied with an output voltage of the voltage generation circuit;
A fifth transistor of a second conductivity type having a current path connected to the current path of the second transistor and having a gate supplied with a level shifted voltage output from the level shift circuit;
The synchronization circuit according to claim 1, further comprising:
前記レベルシフト回路は、
前記電圧生成器の出力電圧が前記第2導電型の第4、第5のトランジスタの閾値電圧を越えてから電源電圧まで前記レベルシフトされた電圧を出力する構成とされていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の同期回路。
The level shift circuit includes:
The output voltage of the voltage generator exceeds the threshold voltage of the second and fourth transistors of the second conductivity type, and the level-shifted voltage is output from the power supply voltage to the power supply voltage. The synchronization circuit according to claim 1.
前記パルス発生器は、前記参照信号に基づき、前記参照信号のデューティ比より、小さいデューティ比のパルス信号を発生することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の同期回路。   The synchronization circuit according to claim 1, wherein the pulse generator generates a pulse signal having a duty ratio smaller than a duty ratio of the reference signal based on the reference signal. 前記パルス発生器から出力されたパルス信号を遅延する遅延回路をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の同期回路。   The synchronization circuit according to claim 1, further comprising a delay circuit that delays a pulse signal output from the pulse generator. 前記リング発振器は、
出力信号が入力端に正帰還される直列接続された複数のインバータ回路と、
前記複数のインバータ回路の1つの出力端と第1の電源との間に電流通路が接続され、ゲートに前記パルス信号が供給される第1導電型の第6のトランジスタと、
を具備することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の同期回路。
The ring oscillator is
A plurality of inverter circuits connected in series in which an output signal is positively fed back to the input terminal;
A sixth transistor of a first conductivity type in which a current path is connected between one output terminal of the plurality of inverter circuits and a first power supply, and the pulse signal is supplied to a gate;
The synchronization circuit according to claim 1, further comprising:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015100006A (en) * 2013-11-19 2015-05-28 日本電信電話株式会社 Injection-type phase synchronization circuit
CN106452437A (en) * 2015-08-06 2017-02-22 索尼公司 Injection-locked oscillator and method for controlling jitter and/or phase noise
JP2017123613A (en) * 2016-01-08 2017-07-13 国立大学法人北海道大学 A/d (analog/digital) conversion circuit and a/d conversion method
CN115987083A (en) * 2023-03-14 2023-04-18 合肥乘翎微电子有限公司 Control circuit for reducing electromagnetic radiation, control method thereof and isolated power supply system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03189966A (en) * 1989-09-29 1991-08-19 Toshiba Corp Optical disk device
US6188291B1 (en) * 1999-06-30 2001-02-13 Lucent Technologies, Inc. Injection locked multi-phase signal generator
WO2007074577A1 (en) * 2005-12-27 2007-07-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Phase synchronizing circuit
JP2008236557A (en) * 2007-03-22 2008-10-02 Toshiba Corp Frequency synthesizer and radio communication apparatus using same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03189966A (en) * 1989-09-29 1991-08-19 Toshiba Corp Optical disk device
US6188291B1 (en) * 1999-06-30 2001-02-13 Lucent Technologies, Inc. Injection locked multi-phase signal generator
WO2007074577A1 (en) * 2005-12-27 2007-07-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Phase synchronizing circuit
JP2008236557A (en) * 2007-03-22 2008-10-02 Toshiba Corp Frequency synthesizer and radio communication apparatus using same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015100006A (en) * 2013-11-19 2015-05-28 日本電信電話株式会社 Injection-type phase synchronization circuit
CN106452437A (en) * 2015-08-06 2017-02-22 索尼公司 Injection-locked oscillator and method for controlling jitter and/or phase noise
JP2017092940A (en) * 2015-08-06 2017-05-25 ソニー株式会社 Injection-locked oscillator and method for controlling jitter and/or phase noise
JP2017123613A (en) * 2016-01-08 2017-07-13 国立大学法人北海道大学 A/d (analog/digital) conversion circuit and a/d conversion method
CN115987083A (en) * 2023-03-14 2023-04-18 合肥乘翎微电子有限公司 Control circuit for reducing electromagnetic radiation, control method thereof and isolated power supply system

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