JP2000013222A - Pll回路 - Google Patents

Pll回路

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JP2000013222A
JP2000013222A JP10171087A JP17108798A JP2000013222A JP 2000013222 A JP2000013222 A JP 2000013222A JP 10171087 A JP10171087 A JP 10171087A JP 17108798 A JP17108798 A JP 17108798A JP 2000013222 A JP2000013222 A JP 2000013222A
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Hiroyuki Aoki
博行 青木
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NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
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NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロック時間を短縮すると共にジッタを低減し、
さらにハードウェア規模の増大を抑制する。 【解決手段】基準信号Rと帰還信号Dの位相を比較して
比較信号UP1/DN1を出力する位相比較回路11
と、逓倍基準信号RMと中間帰還信号DMの位相を比較
して比較信号UP2/DN2を出力する位相比較回路1
Aと、信号UP1/DN1,UP2/DN2をそれぞれ
チャージポンプ信号PC1,PC2に変換するチャージ
ポンプ回路12,2Aと、信号PC1,PC2を加算及
び積分して制御信号COを出力するLPF3と、信号C
Oに応じて周波数が制御され発振信号POを出力するV
CO4と、信号POを分周し信号D,DMを出力する分
周回路5Aと、信号Rを逓倍し逓倍基準信号RMを出力
する逓倍回路6とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はPLL回路に関し、
特にマイクロプロセッサ等のクロック生成用に好適な高
速ロック低ジッタ性能のPLL回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的な従来の第1のPLL回路をブロ
ックで示す図11を参照すると、この従来の第1のPL
L回路は、入力された基準信号Rと発振信号POを分周
した帰還信号Dとを位相周波数比較し比較結果に対応す
る比較信号UP/DNを出力する位相比較回路(PF
D)1と、比較信号UP/DNの供給に応答して対応す
る直流信号であるチャージポンプ信号PCを出力するチ
ャージポンプ回路(CP)2と、チャージポンプ信号P
Cを平滑化して不要高周波成分を除去するとともに所定
のループ時定数を与えた発振制御信号COを出力する低
域通過フィルタ(LPF)3と、発振制御信号COによ
り周波数が制御され発振信号POを出力する電圧制御発
振器(VCO)4と、発振信号POを所定分周比Nで分
周し帰還信号Dを出力する分周回路(DIV)5とを備
える。
【0003】次に、図11及び各部波形をタイムチャー
トで示す図12を参照して、従来の第1のPLL回路の
動作について説明すると、位相比較回路1は、入力端子
を経由して入力した基準信号Rと分周回路5で出力発振
信号POを分周した帰還信号Dとの供給を受け、これら
信号RとDとの位相・周波数を比較する。基準信号Rに
対して帰還信号Dの位相が進んでいる(周波数が高い)
ときは位相差に比例したパルス幅の比較信号DNを出力
し、反対に帰還信号Dの位相が遅れている(周波数が低
い)場合は位相差に比例したパルス幅の比較信号UPを
出力する。
【0004】チャージポンプ回路2は、供給を受けた比
較信号がUPの場合は正の、DNの場合は負のそれぞれ
のパルス幅に対応する電圧のチャージポンプ信号PCを
出力する。
【0005】LPF3は、チャージポンプ信号PCを平
滑化し、また、PLL回路全体のループ応答を適切に設
定して、発振制御信号COを生成する。
【0006】VCO4は、発振制御信号COの大きさに
応じた発振周波数で発振し、発振信号POを出力する。
【0007】分周回路5は、発振信号POを所定分周比
Nで分周し帰還信号Dを生成して、位相比較回路1に供
給する。
【0008】このように、従来の第1のPLL回路は、
位相比較回路1とチャージポンプ回路2とをそれぞれ1
個ずつ搭載していた。
【0009】しかしながら、一般に、PLL回路では、
ロック後も、電源や接地の各電位に含まれるノイズ、L
PFのリーク等によりチャージポンプ信号PCが変化し
てしまい、VCOの発振周波数の変化や、位相の進み/
遅れが生じてしまう。この場合の微少な変化に対しても
十分追従可能とし、出力周波数位相を補正するため、位
相比較回路1は不感帯(デッドゾーン)を小さく、チャ
ージポンプ回路の入力パルス幅に対する出力電圧特性す
なわち相互コンダクタンス(gm)を小さくしている。
【0010】この場合の基準信号Rと帰還信号Dと比較
信号UP及びチャージポンプ信号PCの関係をタイムチ
ャートで示す図12を再度参照すると、この図12は、
いずれも帰還信号Dの位相が進んでいる場合の例であ
り、(A)はロック前の位相差が大きい場合でA点はそ
の場合のチャージポンプ信号PCを、(B)は位相差が
小さい場合でB点はその場合のチャージポンプ信号PC
をそれぞれ示す。A点とB点とを比較すると、ロック前
の位相差が大きい場合と小さい場合では、チャージポン
プ信号PCの大きさが殆ど変わらず、したがって、制御
信号の変化も非常に小さいのでロックまでの時間が長く
なってしまう。この状態で、チャージポンプ回路2のg
mを大きくすると、入力パルス毎のチャージポンプ信号
PCの大きさは大きくなるため、ロック時間は短くなる
が、ロック後の微少な補正が出来ず、出力発振信号PO
のジッタが大きくなってしまう。
【0011】近年のマイクロプロセッサ用のPLL回路
では、動作クロックの高周波数化に伴い、ジッタの一層
の低減が要求されており、この対策としてチャージポン
プ回路のgmを小さくしている。このためロック時間は
さらに長くなるという結果になってしまう。このような
ロック時間の短縮とジッタの低減という相反する事項を
解決するため、例えば、特開平9−93122号公報
(文献1)記載の従来の第2のPLL回路は、入力基準
信号と帰還信号の位相及び周波数を比較して、位相差が
所定の値より大きく、周波数差が所定の値以下と判定す
ると、チャージポンプ回路の動作を停止させる。
【0012】従来の第2のPLL回路を図11と共通の
構成要素には共通の参照文字/数字を付して同様にブロ
ックで示す図13を参照すると、この図に示す従来の第
2のPLL回路の従来の第1のPLL回路との相違点
は、分周回路5Aの前段のプリスケーラ51の出力信号
であるプリスケーラ信号PFと分周基準信号RDとの比
較を行い比較信号FHを出力する周波数比較部101
と、基準信号Rと帰還信号Dとの比較を行い比較信号F
Qを出力する周波数比較部101と、比較信号FHから
周波数差DHを検出する周波数差検出部103と、比較
信号FQから周波数差DQを検出する周波数差検出部1
04と、基準信号Rを分周して分周基準信号RDを出力
する基準分周器105と、周波数差DH,DQが所定値
より小さく位相比較器1の出力の比較信号UP/DNが
所定値より大きい場合にチャージポンプ回路2の動作を
停止させる判定信号CHを出力する判定制御回路106
とを備えることである。
【0013】この従来の第2のPLL回路は、チャージ
ポンプ回路制御用の周波数比較部101,102や周波
数差判定部103,104及び判定制御部106等が新
たに必要であり、ハードウェア規模が大きくなる。
【0014】また、ジッタについては、入力基準信号を
逓倍せずに分周しているためジッタが大きくなる。
【0015】また、ジッタを低減し高精度化を図った、
特開平9−289446号公報(文献2)記載の従来の
第3のPLL回路は、比較的デッドゾーンの大きい従っ
て安価な位相比較回路を2個用い、そのうちの1個の入
力信号を両者の不感帯が重ならないよう一定時間遅延さ
せ並列使用し、これら両者の出力比較信号を加算積分し
てVCOの制御信号を生成するというものである。
【0016】この従来の第3のPLL回路は、ジッタは
低減できるが、ロック時間の短縮については特に考慮し
ていない。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の第1の
PLL回路は、ジッタ低減のため位相比較回路の不感帯
を小さくするとともに、チャージポンプ回路の入力パル
ス幅に対する出力電圧特性である相互コンダクタンスg
mを小さく設定しているため、ロック時間の短縮が困難
であるという欠点があった。
【0018】ジッタ低減とロック時間の短縮の両立を図
るため、入力基準信号と帰還信号の位相及び周波数を比
較して、位相差が所定の値より大きく、周波数差が所定
の値以下の場合にチャージポンプ回路の動作を停止させ
ることにより、ロック速度を高速化した従来の第2のP
LL回路は、チャージポンプ回路制御用の周波数比較部
や周波数差判定部及び判定制御部等が新たに必要であ
り、ハードウェア規模が大きくなるという欠点があっ
た。
【0019】さらに、比較的デッドゾーンの大きい位相
比較回路を複数個並列使用することによりジッタを低減
し高精度化を図った従来の第3PLL回路は、位相比較
回路1個の場合よりジッタの低減は達成できるものの、
ロック時間の短縮については期待できないという欠点が
あった。
【0020】本発明の目的は、上記欠点を解消し、ロッ
ク時間を短縮すると共にジッタを低減し、さらにハード
ウェア規模の増大を抑制したPLL回路を提供すること
にある。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明のPLL回路は、
基準信号と発振信号を第1の分周比で分周した第1の帰
還信号の位相とを比較してこれら両者の位相差である第
1の位相差に応じた第1の比較信号を出力する第1の位
相比較手段と、前記基準信号を所定数倍に逓倍した逓倍
基準信号と前記発振信号を前記第1の分周比より小さい
第2の分周比で分周し前記逓倍基準信号とほぼ同一周波
数の第2の帰還信号の位相とを比較してこれら両者の位
相差である第2の位相差に応じた第2の比較信号を出力
する第2の位相比較手段と、前記第1の比較信号をその
レベル及び極性に応じた第1の直流信号に変換する第1
の直流変換手段と、前記第2の比較信号をそのレベル及
び極性に応じた第2の直流信号に変換する第2の直流変
換手段と、前記第1及び第2の直流信号を加算及び積分
して発振制御信号を出力する加算積分手段と、前記発振
制御信号のレベルに応じて発振周波数が制御され前記発
振信号を出力する電圧制御発振回路と、前記発振信号を
前記第1及び第2の分周比でそれぞれ分周して前記第1
及び第2の帰還信号を出力する分周手段と、前記基準信
号を逓倍して前記逓倍基準信号を出力する逓倍手段とを
備えて構成されている。
【0022】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図1
1と共通の構成要素には共通の参照文字/数字を付して
同様にブロックで示す図1を参照すると、この図に示す
本実施の形態のPLL回路は、従来と共通のチャージポ
ンプ信号PC1,PC2を平滑化して発振制御信号CO
を出力する低域通過フィルタ(LPF)3と、発振制御
信号COにより周波数が制御され発振信号POを出力す
る電圧制御発振器(VCO)4とに加えて、逓倍基準信
号RMと帰還信号DMとを位相周波数比較し比較結果に
対応する比較信号UP2/DN2を出力しデッドゾーン
が狭い位相比較回路(PFD)1Aと、比較信号UP2
/DN2の供給に応答してチャージポンプ信号PC2を
出力するチャージポンプ回路(CP)2Aと、基準信号
Rと帰還信号Dとを位相周波数比較し比較結果に対応す
る比較信号UP1/DN1を出力しデッドゾーンが位相
比較回路1より広い位相比較回路(PFD)11と、比
較信号UP1/DN1の供給に応答してチャージポンプ
信号PC1を出力するチャージポンプ回路(CP)12
と、発振信号POを所定分周比Nで分周し帰還信号Dと
逓倍基準信号RMと等しい途中の分周信号である中間帰
還信号DMを出力する分周回路(DIV)5Aと、基準
信号Rを所定倍数Mの逓倍を行い逓倍基準信号RMを出
力する逓倍回路6とを備える。
【0023】位相比較回路1A,11を代表して位相比
較回路1Aの構成例をブロックで示す図2を参照する
と、この図で示す位相比較回路1Aは、一方の入力に基
準信号Rの他方の入力に信号Uの各々の供給を受ける2
入力のNAND回路A1と、相互に入力の一方を他方の
論理回路出力とたすき掛け接続し入力の他方にNAND
回路A1の出力及び信号Wの各々を入力する2入力のN
AND回路A2,A3と、一方の入力に帰還信号Dの他
方の入力に信号DDの各々の供給を受ける2入力のNA
ND回路A6と、相互に入力の一方を他方の論理回路出
力とたすき掛け接続し入力の他方にNAND回路A6の
出力及び信号Wの各々を入力する2入力のNAND回路
A5,A4と、NAND回路A1の出力を遅延する遅延
回路D1と、NAND回路A6の出力を遅延する遅延回
路D2と、遅延回路D1の出力とNAND回路A2の出
力と信号Wとを入力とし信号Uを出力する3入力のNA
ND回路A7と、遅延回路D2の出力とNAND回路A
5の出力と信号Wとを入力とし信号DDを出力する3入
力のNAND回路A8と、NAND回路A1,A2,A
5,A6の出力を入力とし信号Wを出力する4入力のN
AND回路A9と、信号Uを2回反転して信号UPを出
力する直列接続したインバータI1,I2と、信号DD
を反転して信号DNを出力するインバータI3とを備え
る。
【0024】位相比較回路11の動作について説明する
と、NAND回路A1〜A3は基準信号Rの立ち下がり
エッジでセットされ信号Wの立ち下がりエッジでリセッ
トされるフリップフロップを構成し、NAND回路A4
〜A6は帰還信号Dの立ち下がりエッジでセットされ信
号Wの立ち下がりエッジでリセットされるフリップフロ
ップを構成する。これらフリップフロップの各々の出力
(NAND回路A2,A5の出力)はNAND回路A9
に供給される。NAND回路A9はこれら、すなわち、
基準信号R及び帰還信号Dの各々の立ち下がりエッジ対
応のフリップフロップの各々の出力及びNAND回路A
1,A6のいずれかがLレベルとなったときHレベルの
信号Wを出力し、全てがHレベルのときのみ信号WをL
レベルとする。
【0025】このようにして、基準信号R及び帰還信号
Dの各々の立ち下がりエッジを比較して、基準信号Rの
立ち下がりエッジに対する帰還信号Dの立ち下がりエッ
ジの進み/遅れを検出する。この検出した進み/遅れの
分のパルス幅のUP1信号/DN1信号を生成する。こ
の位相比較回路中に遅延素子D1,D2を挿入すること
により、信号R,Dの立ち下がりエッジの進み/遅れを
検出しない不感期間すなわちデッドゾーンを生成・調整
することが可能である。
【0026】チャージポンプ回路12,2Aの各々の構
成例を回路図で示す図3(A),(B)を参照すると、
図3(A)で示すチャージポンプ回路12は、ソースを
電源VDに接続しゲートに比較信号UP1の供給を受け
大サイズすなわち相互コンダクタンスgmが大きいPチ
ャネル型のトランジスタP11と、ドレインをトランジ
スタP11のドレインにソースを接地にそれぞれ接続し
ゲートに比較信号DN1の供給を受けトランジスタP1
1と同一サイズすなわち大相互コンダクタンスgmのN
チャネル型のトランジスタN11とを備え、これらトラ
ンジスタP11,N11のドレイン共通接続点からチャ
ージポンプ信号PC1を出力する。
【0027】図3(B)で示すチャージポンプ回路2A
は、ソースを電源VDに接続しゲートに比較信号UP2
の供給を受け小サイズすなわち相互コンダクタンスgm
が小さいPチャネル型のトランジスタP21と、ドレイ
ンをトランジスタP21のドレインにソースを接地にそ
れぞれ接続しゲートに比較信号DN2の供給を受けトラ
ンジスタP11と同一サイズすなわち大相互コンダクタ
ンスgmのNチャネル型のトランジスタN21とを備
え、これらトランジスタP21,N21のドレイン共通
接続点からチャージポンプ信号PC2を出力する。
【0028】LPF3の構成例を回路図で示す図4を参
照すると、この図で示すLPF3は、一端にチャージポ
ンプ信号PC1/PC2の供給を受ける抵抗R1と、一
端を抵抗R1の他端に他端を接地にそれぞれ接続したコ
ンデンサC1とを備える。
【0029】チャージポンプ回路12及びLPF3の動
作について説明すると、チャージポンプ回路12は、位
相比較回路11から出力される比較信号UP1/DN1
により駆動される。入力信号が比較信号UP1の場合
は、この信号UP1のアクティブ期間にトランジスタP
11を導通状態とし、正のチャージポンプ信号PCを生
成し、LPF3のコンデンサC1をチャージアップ(充
電)する。逆に、比較信号DN1の場合は、この信号D
N1のアクティブ期間にトランジスタN11を導通状態
とし、負のチャージポンプ信号PCを生成し、LPF3
のコンデンサC1をチャージダウン(放電)する。LP
F3は上記充放電を抵抗R1とコンデンサC1とで決ま
る時定数で行うことによりャージポンプ信号PC1を積
分して、制御信号COを出力する。
【0030】このチャージポンプ回路12は、トランジ
スタP11,N11のサイズすなわちgmを調整するこ
とにより比較信号UP1/DN1の単位パルス幅当たり
の導通電流を変更することが可能である。
【0031】VCO4は、制御信号COの電圧により出
力発振信号POの発振周波数を変化する。本実施の形態
では、説明の便宜上、制御信号COの電圧上昇にしたが
い発振信号POの発振周波数が増加するものとする。
【0032】次に、図1,図2,図3,図4及び帰還信
号Dが基準信号Rより遅れている場合の各部波形をタイ
ムチャートで示す図5を参照して本実施の形態の動作に
ついて説明すると、まず、位相差が大きく帰還信号Dが
入力基準信号Rに対して、位相比較回路11及び位相比
較回路1Aの各々の設定デッドゾーン以上に遅れている
場合(図5(A))、位相比較回路11は入力基準信号
Rの立ち下がりA点から帰還信号Dの立ち下がりB点ま
での遅れを検出して比較信号UP1(E点)を出力す
る。同様に位相比較回路1Aは逓倍基準信号RMの立ち
下がりC点から分周回路4からの中間帰還信号DMの立
ち下がりD点までの遅れを検出して比較信号UP2(F
点)を出力する。
【0033】この場合、位相比較回路11,1Aは比較
信号UP1,UP2を共に出力し、それぞれ対応するチ
ャージポンプ回路12,2Aに供給するので、これらチ
ャージポンプ回路12,2Aの各々の出力チャージポン
プ信号PC1,PC2はLPF3で加算され、急速にコ
ンデンサC1を充電することにより、制御信号COを急
速に立ち上がらせる(G点)。
【0034】次に、位相差が小さく帰還信号Dが入力基
準信号Rに対して位相比較回路11の設定デッドゾーン
以下であり、位相比較回路1Aの設定デッドゾーン以上
の遅れの場合(図5(B))、位相比較回路11は動作
せず、比較信号UP1はHレベルを保持している。位相
比較回路1Aは、逓倍基準信号RMの立ち下がりH点か
ら中間帰還信号DMの立ち下がりI点までの遅れを検出
して対応の比較信号UP2(J点)を出力する。
【0035】この場合、位相比較回路1Aに対応するチ
ャージポンプ回路2のみのチャージポンプ信号PC2に
より、LPF3のコンデンサC1を充電するため、制御
信号COは緩やかに立ち上がる(K点)。さらに、位相
差が小さく帰還信号Dが入力基準信号Rに対して位相比
較回路11及び位相比較回路1Aの各々の設定デッドゾ
ーン以下の遅れの場合は、PLLはロック状態となり、
位相比較回路11及び位相比較回路1Aの両方とも動作
せずこれらの出力比較信号UP1,UP2はHレベル状
態を保持する。
【0036】また、上述の帰還信号Dが入力基準信号に
対して遅れている場合の動作と反対に、帰還信号Dが入
力基準信号Rに対して進んでいる場合は、位相比較回路
11及び位相比較回路1Aの各々は、比較信号UP1,
UP2に代わり比較信号DN1,DN2を出力し、それ
ぞれ対応するチャージポンプ回路12,2Aに供給する
ので、チャージポンプ回路12,2Aはこれら比較信号
DN1,DN2の供給に応答して負のチャージポンプ信
号PC1,PC2を出力し、LPF3のコンデンサC1
を放電させる。これにより、制御信号COのレベルを低
下させる。
【0037】以上述べたように、本実施の形態では、基
準信号と帰還信号の位相差が大きい場合には、デッドゾ
ーンが異なる2つの位相比較回路の出力する比較信号対
応のチャージポンプ信号を加算してロック時間を短縮す
ると共に、両者の位相差が小さいロック状態では、デッ
ドゾーンが小さい方の位相比較回路に対し基準信号より
高周波の逓倍基準信号を使うことによって、ジッタを従
来より小さくしている。
【0038】逓倍基準信号RMの逓倍数を2とした場合
の本実施の形態の全体動作を従来と比較してタイムチャ
ートで示す図6を参照すると、図6(A)に示す本実施
の形態の位相比較回路1Aの比較信号UP2は逓倍基準
信号RM毎、すなわち基準信号Rの半周期毎に出力し、
対応するチャージポンプ信号PCの変動幅Aは図示のよ
うに小振幅となる。一方、図6(B)に示す従来の位相
比較回路1は基準信号R毎に比較信号UPを出力するの
で、対応するチャージポンプ信号PCの変動幅Bは図示
のように大振幅となり、その分ジッタが増大する。
【0039】また、本実施の形態では、基本構成を変え
ずに遅延素子D1,D2の遅延時間を変えるだけで、デ
ッドゾーンの異なる2個の位相比較回路1A,11を構
成することが可能である。したがって、設計期間は基本
的なPLLの設計期間に対し殆ど変わらない程度に短縮
することができる。
【0040】次に、本発明の第2の実施の形態を図1と
共通の構成要素には共通の参照文字/数字を付して同様
にブロックで示す図7を参照すると、この図に示す本実
施の形態の前述の第1の実施の形態との相違点は、逓倍
基準信号の逓倍数を2逓倍とし分周数を4分周とした場
合の構成例であり、したがって、逓倍回路6の代わりに
逓倍回路6Aを、分周回路5Aの代わりに4分周の分周
回路5Bを備えることである。
【0041】逓倍回路6Aは、遅延器61と基準信号R
と遅延器61の出力信号である遅延信号DRとの排他的
論理和演算し逓倍基準信号RMを出力するEXOR回路
E61とを備える。
【0042】分周回路5Bは、発振信号POに同期して
動作し発振信号POを2分周し2分周信号D2を出力す
るフリップフロップF51と、発振信号POに同期して
動作し2分周信号D2をさらに2分周して帰還信号Dを
出力するフリップフロップF52と、2分周信号D2を
反転して中間帰還信号DMを出力するインバータI51
とを備える。
【0043】図7及び各部波形をタイムチャートで示す
図8を参照すると、本実施の形態の動作は、逓倍数及び
分周数の各々を具体的に2及び4とし、これにより必要
とする逓倍基準信号RM及び中間帰還信号DMの生成及
び基準信号Rと逓倍基準信号RMとの相互間及び帰還信
号Dと中間帰還信号DMとの相互間の位相合わせの機能
をそれぞれ逓倍回路6A及び分周回路5Bで行うほかは
第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【0044】次に、本発明の第3の実施の形態を特徴付
ける位相比較回路1Bを図2と共通の構成要素には共通
の参照文字/数字を付して同様にブロックで示す図9を
参照すると、この図に示す本実施の形態の位相比較回路
1Bの第1の実施の形態の位相比較回路1Aとの相違点
はデッドゾーン生成用の2つの遅延回路D1,D2の代
わりにNAND回路A9の出力を遅延して信号Wを出力
する1つの遅延回路D3を備えることである。
【0045】動作については第1の実施の形態と同様で
ある。
【0046】次に、本発明の第4の実施の形態を特徴付
けるチャージポンプ回路2Bを図3と共通の構成要素に
は共通の参照文字/数字を付して同様にブロックで示す
図10を参照すると、この図に示す本実施の形態のチャ
ージポンプ回路2Bの第1の実施の形態のチャージポン
プ回路2A,12との相違点は、2つのチャージポンプ
回路2A,12の各々の能動素子であるトランジスタP
11,N11,P21,N21に加えて、ソースを接地
に接続しゲートに制御電圧CCの供給を受けるNチャネ
ル型のトランジスタN31と、ソースを接地にドレイン
をトランジスタN21,N21のソースにそれぞれ接続
しゲートに制御電圧CCの供給を受けるNチャネル型の
トランジスタN32と、ソースを電源にドレインをゲー
トとトランジスタN31のドレインにそれぞれ接続した
Pチャネル型のトランジスタP31と、ソースを電源に
ドレインをトランジスタP11,P21の各々のソース
にゲートをトランジスタP31のゲートにそれぞれ接続
したPチャネル型のトランジスタP32とを備え、これ
らトランジスタP31,P32,N31,N32がトラ
ンジスタP11,N11,P21,N21に電流を供給
する制御用電流源を構成することである。
【0047】これにより、単位比較信号パルス幅当たり
のチャージポンプ信号PC、すなわち、制御信号COの
正確な調整が容易となる。また、制御回路のトランジス
タP31,P32,N31,N32を変更せずに、チャ
ージポンプ回路12,2Aの各々のトランジスタP1
1,N11及びトランジスタP21,N21のgmを変
更することにより、gmが異なる2個のチャージポンプ
回路12,2Aを作成できる。したがって、設計期間を
短縮することができる。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のPLL回
路は、基準信号と第1の帰還信号の位相を比較して第1
の比較信号を出力する第1の位相比較手段と、逓倍基準
信号と第2の帰還信号の位相と比較して第2の比較信号
を出力する第2の位相比較手段と、第1の比較信号を第
1の直流信号に変換する第1の直流変換手段と、第2の
比較信号を第2の直流信号に変換する第2の直流変換手
段と、発振信号を第1及び第2の分周比でそれぞれ分周
して第1及び第2の帰還信号を出力する分周手段と、基
準信号を逓倍して逓倍基準信号を出力する逓倍手段とを
備え、基準信号と帰還信号の位相差が大きい場合には、
デッドゾーンが異なる2つの位相比較回路の出力する比
較信号対応のチャージポンプ信号を加算してロック時間
を短縮すると共に、両者の位相差が小さいロック状態で
は、デッドゾーンが小さい方の位相比較回路に対し基準
信号より高周波の逓倍基準信号を使うことによって、ジ
ッタを小さくできるという効果がある。
【0049】また、所要の2つの位相比較回路ではデッ
ドゾーンの相違に対応する遅延回路の変更以外は同一の
基本構成を用いるので、基本的なPLL回路に対する設
計期間の増加が少なくて済むという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のPLL回路の第1の実施の形態を示す
ブロック図である。
【図2】図1の位相比較回路の構成を示すブロック図で
ある。
【図3】図1のチャージポンプ回路の構成を示すブロッ
ク図である。
【図4】図1のLPFの構成を示すブロック図である。
【図5】本実施の形態のPLL回路における動作の一例
を示すタイムチャートである。
【図6】本実施の形態のPLL回路の全体動作を従来と
比較して示すタイムチャートである。
【図7】本発明のPLL回路の第2の実施の形態を示す
ブロック図である。
【図8】本実施の形態のPLL回路における動作の一例
を示すタイムチャートである。
【図9】本発明のPLL回路の第3の実施の形態を特徴
付ける位相比較回路の構成を示すブロック図である。
【図10】本発明のPLL回路の第4の実施の形態を特
徴付けるチャージポンプ回路の構成を示すブロック図で
ある。
【図11】従来の第1のPLL回路の一例を示すブロッ
ク図である。
【図12】従来の第1のPLL回路における動作の一例
を示すタイムチャートである。
【図13】従来の第2のPLL回路の一例を示すブロッ
ク図である。
【符号の説明】
1,1A,1B,11 位相比較回路(PFD) 2,2A,2B,12 チャージポンプ回路(CP) 3 低域通過フィルタ(LPF) 4 電圧制御発振器(VCO) 5,5A,5B 分周回路(DIV) 6,6A 逓倍回路 61 遅延器 101,102 周波数比較部 103,104 周波数差検出部 105 基準分周器 106 判定制御回路 A1〜A9 NAND回路 C1 コンデンサ D1〜D3 遅延回路 E61 EXOR回路 F51,F52 フリップフロップ I1〜I3,I51 インバータ P11,P21,P31,N11,N21,N31
トランジスタ R1 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J060 AA04 BB03 CC01 CC24 CC26 CC30 CC52 CC54 CC58 DD13 DD32 DD43 DD47 FF06 KK03 KK25 LL02

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準信号と発振信号を第1の分周比で分
    周した第1の帰還信号の位相とを比較してこれら両者の
    位相差である第1の位相差に応じた第1の比較信号を出
    力する第1の位相比較手段と、 前記基準信号を所定数倍に逓倍した逓倍基準信号と前記
    発振信号を前記第1の分周比より小さい第2の分周比で
    分周し前記逓倍基準信号とほぼ同一周波数の第2の帰還
    信号の位相とを比較してこれら両者の位相差である第2
    の位相差に応じた第2の比較信号を出力する第2の位相
    比較手段と、 前記第1の比較信号をそのレベル及び極性に応じた第1
    の直流信号に変換する第1の直流変換手段と、 前記第2の比較信号をそのレベル及び極性に応じた第2
    の直流信号に変換する第2の直流変換手段と、 前記第1及び第2の直流信号を加算及び積分して発振制
    御信号を出力する加算積分手段と、 前記発振制御信号のレベルに応じて発振周波数が制御さ
    れ前記発振信号を出力する電圧制御発振回路と、 前記発振信号を前記第1及び第2の分周比でそれぞれ分
    周して前記第1及び第2の帰還信号を出力する分周手段
    と、 前記基準信号を逓倍して前記逓倍基準信号を出力する逓
    倍手段とを備えることを特徴とするPLL回路。
  2. 【請求項2】 前記第1の位相比較手段の第1の位相差
    の不感帯が前記第2の位相比較手段の第2の位相差の不
    感帯より大きく設定されていることを特徴とする請求項
    1記載のPLL回路。
  3. 【請求項3】 前記第1及び第2の位相比較手段が、前
    記第1及び第2の比較信号として前記第1及び第2の位
    相差の各々にそれぞれ対応する第1及び第2のパルス幅
    を持ち前記第1及び第2の位相差の各々の極性の正負に
    対応する第1及び第2の正極性比較信号及び負極性比較
    信号をそれぞれ出力することを特徴とする請求項1記載
    のPLL回路。
  4. 【請求項4】 前記第1の位相比較手段が、一方の入力
    に前記基準信号の他方の入力に第1の信号の各々の供給
    を受ける2入力の第1のNAND回路と、 相互に入力の一方を他方の論理回路出力とたすき掛け接
    続し入力の他方に前記第1のNAND回路の出力及び第
    2の信号の各々を入力する2入力の第2,第3のNAN
    D回路と、 一方の入力に前記帰還信号の他方の入力に第3の信号の
    各々の供給を受ける2入力の第6のNAND回路と、 相互に入力の一方を他方の論理回路出力とたすき掛け接
    続し入力の他方に前記第6のNAND回路の出力及び前
    記第2の信号の各々を入力する2入力の第5,第4のN
    AND回路と、 前記第1のNAND回路A1の出力を遅延する第1の遅
    延回路と、 前記第6のNAND回路の出力を遅延する第2の遅延回
    路と、 前記第1の遅延回路の出力と前記第2のNAND回路の
    出力と前記第2の信号とを入力とし前記第1の信号を出
    力する3入力の第7のNAND回路と、 前記第2の遅延回路の出力と前記第5のNAND回路の
    出力と前記第2の信号とを入力とし前記第3の信号を出
    力する3入力の第8のNAND回路と、 前記第1,第2,第5,第6のNAND回路の出力を入
    力とし前記第2の信号を出力する4入力の第9のNAN
    D回路と、 前記第1の信号を2回反転して正極性比較信号を出力す
    る直列接続した第1及び第2のインバータと、 前記第3の信号を反転して負極性比較信号を出力する第
    3のインバータとを備えることを特徴とする請求項1記
    載のPLL回路。
  5. 【請求項5】 前記第1の位相比較手段が、一方の入力
    に前記基準信号の他方の入力に第1の信号の各々の供給
    を受ける2入力の第1のNAND回路と、 相互に入力の一方を他方の論理回路出力とたすき掛け接
    続し入力の他方に前記第1のNAND回路の出力及び第
    2の信号の各々を入力する2入力の第2,第3のNAN
    D回路と、 一方の入力に前記帰還信号の他方の入力に第3の信号の
    各々の供給を受ける2入力の第6のNAND回路と、 相互に入力の一方を他方の論理回路出力とたすき掛け接
    続し入力の他方に前記第6のNAND回路の出力及び前
    記第2の信号の各々を入力する2入力の第5,第4のN
    AND回路と、 前記第1及び第2のNAND回路の出力と前記第2の信
    号とを入力とし前記第1の信号を出力する3入力の第7
    のNAND回路と、 前記第2及び第5のNAND回路の出力と前記第2の信
    号とを入力とし前記第3の信号を出力する3入力の第8
    のNAND回路と、 前記第1,第2,第5,第6のNAND回路の出力を入
    力とする4入力の第9のNAND回路と、 前記第9のNAND回路の出力を遅延し前記第2の信号
    を出力する遅延回路と、 前記第1の信号を2回反転して正極性比較信号を出力す
    る直列接続した第1及び第2のインバータと、 前記第3の信号を反転して負極性比較信号を出力する第
    3のインバータとを備えることを特徴とする請求項1記
    載のPLL回路。
  6. 【請求項6】 前記第1の直流変換手段の前記第1の比
    較信号のレベルに応じて発生する前記第1の直流信号に
    対する第1の変換感度が前記第2の直流変換手段の前記
    第2の比較信号のレベルに応じて発生する前記第2の直
    流信号に対する第2の変換感度より大きく設定されてい
    ることを特徴とする請求項1記載のPLL回路。
  7. 【請求項7】 基準信号と発振信号を第1の分周比で分
    周した第1の帰還信号の位相とを比較してこれら両者の
    位相差である第1の位相差に応じた第1の比較信号を出
    力する第1の位相比較手段と、 前記基準信号を所定数倍に逓倍した逓倍基準信号と前記
    発振信号を前記第1の分周比より小さい第2の分周比で
    分周し前記逓倍基準信号とほぼ同一周波数の第2の帰還
    信号の位相とを比較してこれら両者の位相差である第2
    の位相差に応じた第2の比較信号を出力する第2の位相
    比較手段と、 前記第1の比較信号をそのレベル及び極性に応じた第1
    の直流信号に変換する第1の直流変換手段と、 前記第2の比較信号をそのレベル及び極性に応じた第2
    の直流信号に変換する第2の直流変換手段とを備えるP
    LL回路において、 前記第1及び第2の位相比較手段が、前記第1及び第2
    の比較信号として前記第1及び第2の位相差の各々にそ
    れぞれ対応する第1及び第2のパルス幅を持ち前記第1
    及び第2の位相差の各々の極性の正負に対応する第1及
    び第2の正極性比較信号及び負極性比較信号をそれぞれ
    出力し、 前記第1の直流変換手段が、前記第1の正又は負極性比
    較信号の供給に応答して第1の正又は負極性のチャージ
    ポンプ信号を出力し、 前記第2の直流変換手段が、前記第2の正又は負極性比
    較信号の供給に応答して第2の正又は負極性のチャージ
    ポンプ信号を出力することを特徴とするPLL回路。
  8. 【請求項8】 前記第1の直流変換手段が、ソースを第
    1の電源に接続しゲートに前記第1の正極性比較信号の
    供給を受けるPチャネル型の第1のトランジスタと、 ドレインを前記第1のトランジスタのドレインにソース
    を第2の電源にそれぞれ接続しゲートに前記第1の負極
    性比較信号の供給を受け前記第1のトランジスタP11
    と同一サイズのNチャネル型の第2のトランジスタとを
    備え、これら第1及び第2のトランジスタのドレイン共
    通接続点から前記第1のチャージポンプ信号を出力し、 前記第2の直流変換手段が、ソースを第1の電源に接続
    しゲートに前記第2の正極性比較信号の供給を受けサイ
    ズが前記第1のトランジスタより小さいPチャネル型の
    第3のトランジスタと、 ドレインを前記第3のトランジスタのドレインにソース
    を第2の電源にそれぞれ接続しゲートに前記第2の負極
    性比較信号の供給を受け前記第3のトランジスタと同一
    サイズのNチャネル型の第4のトランジスタとを備え、
    これら第3及び第4のトランジスタのドレイン共通接続
    点から前記第2のチャージポンプ信号を出力することを
    特徴とする請求項7記載のPLL回路。
  9. 【請求項9】 前記第1及び第2の直流変換手段が、ゲ
    ートに前記第1の正極性比較信号の供給を受けるPチャ
    ネル型の第1のトランジスタと、 ドレインを前記第1のトランジスタのドレインに接続し
    ゲートに前記第1の負極性比較信号の供給を受け前記第
    1のトランジスタP11と同一サイズのNチャネル型の
    第2のトランジスタと、 ゲートに前記第2の正極性比較信号の供給を受けサイズ
    が前記第1のトランジスタより小さいPチャネル型の第
    3のトランジスタと、 ドレインを前記第3のトランジスタのドレインに接続し
    ゲートに前記第2の負極性比較信号の供給を受け前記第
    3のトランジスタと同一サイズのNチャネル型の第4の
    トランジスタと、 ソースを第2の電源に接続しゲートに制御電圧の供給を
    受けるNチャネル型の第5のトランジスタと、 ソースを第2の電源にドレインを前記第2,第4のトラ
    ンジスタの各々のソースにそれぞれ接続しゲートに前記
    制御電圧の供給を受けるNチャネル型の第6のトランジ
    スタと、 ソースを第1の電源にドレインをゲートと前記第5のト
    ランジスタのドレインにそれぞれ接続したPチャネル型
    の第7のトランジスタと、 ソースを前記第1の電源にドレインを前記第1,第2の
    トランジスタの各々のソースにゲートを前記第7のトラ
    ンジスタのゲートにそれぞれ接続したPチャネル型の第
    8のトランジスタとを備え、 前記第1〜第4のトランジスタの各々のドレイン共通接
    続点から前記第1,第2のチャージポンプ信号を出力す
    ることを特徴とする請求項7記載のPLL回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN111194413A (zh) * 2017-10-06 2020-05-22 奥斯兰姆奥普托半导体股份有限两合公司 用于飞行时间测量的信号处理单元和方法

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