JP2000196416A - デジタル電圧制御発振回路及びpll回路 - Google Patents

デジタル電圧制御発振回路及びpll回路

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JP2000196416A
JP2000196416A JP10367058A JP36705898A JP2000196416A JP 2000196416 A JP2000196416 A JP 2000196416A JP 10367058 A JP10367058 A JP 10367058A JP 36705898 A JP36705898 A JP 36705898A JP 2000196416 A JP2000196416 A JP 2000196416A
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JP
Japan
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circuit
voltage controlled
cmos
ring oscillator
digital voltage
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Mamoru Tanitsu
守 谷津
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変化する出力クロックの電圧波形が滑らかで
回路規模が小さなデジタル電圧制御発振回路、及び、こ
れを備えたPLL回路を提供する。 【構成】 デジタル電圧制御発振回路は、リングオシレ
ータ回路1とデコーダ回路3とで構成され、PLL回路
は、デジタル電圧制御発振回路と位相比較器2とで構成
される。位相比較器2は、外部からの基準周波数と出力
周波数とを比較し位相差情報をデコーダ回路3に送る。
デコーダ回路3は、位相差情報に従ってリングオシレー
タ回路1に切替え信号を送る。リングオシレータ回路1
は、CMOSインバータ回路I1〜In、第1の可変抵
抗部、及び、第2の可変抵抗部で構成され、この可変抵
抗部が切り替わることでリングオシレータの出力周波数
は、滑らかに変化する。

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(Phase Lo
cked Loop)を構成する回路の一部として用いられる電
圧制御発振回路及びこれを備えるPLLに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】PLLは、外部から入力される基準周波
数を分周して、内部クロックを発生する回路であり、基
準周波数と内部で発振する出力周波数とを比較し、その
間の位相差がゼロになるようにフィードバック制御す
る。電圧制御発振回路は、PLL回路内で利用され、基
準周波数と出力周波数との位相差情報に基づいて出力周
波数を制御する。ここでは、位相差情報が、デジタル信
号として扱われる電圧制御発振回路を、デジタル電圧制
御発振回路と呼ぶ。
【0003】リングオシレータを利用したデジタル電圧
制御発振回路について、図4を参照して説明する。図4
は、インバータ回路で構成された基本的なデジタル電圧
制御発振回路である。リングオシレータ回路1Aは、カ
スケード接続された複数のインバータ回路21と、イン
バータ回路21の何れか1つの出力を選択するマルチプ
レクサ22とで構成され、マルチプレクサ22の出力を
インバータ回路21の入力側に帰還することで発振す
る。位相比較器2は、基準周波数と出力周波数の位相を
比較し、その比較結果を位相差情報として、マルチプレ
クサ22に送る。マルチプレクサ22は、位相差情報か
らスイッチS1〜Snの中から何れか1つをオンするよ
うに切り替え、直列に接続するインバータ回路21の数
を変更して、リングオシレータ回路1Aの合計遅延時間
を調節することで、出力周波数を制御する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図5は、リングオシレ
ータ回路1AがノードC2を選択して運転中に、位相比
較器2の検出出力に基づいてノードC2よりも後段のイ
ンバータの出力ノードであるノードC3に、その選択を
切り替える際の様子を示す各部の信号波形である。マル
チプレクサ22のS2がオン、S3がオフの状態から、
S2がオフ、S3がオンとなるように切り替えられる。
ここで、この切替えが、図示のようにノードC2の電圧
波形の立下り直後であって且つノードC3の電圧波形の
立下り以前に行われると、ノードC2とノードC3との
電圧レベルが異なるため、出力クロックの電圧波形が不
連続となる。
【0005】出力クロックの電圧波形に上記のような不
連続を発生させないためには、切り替えられる双方の電
圧レベル(H又はL)が等しい時にのみインバータ回路
21を切り替えるための制御回路が別に必要となる。こ
の制御回路は、リングオシレータを利用するPLL回路
の回路規模を増大させる。
【0006】本発明は、上記したような従来の技術が有
する問題点を解決するためになされたものであり、変化
する出力クロックの電圧波形が滑らかで回路規模が小さ
なデジタル電圧制御発振回路、及び、これを備えたPL
L回路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のデジタル電圧制御発振回路は、基準周波数
が入力される初段のゲートを含む複数のCMOSゲート
がカスケード接続され、該複数のCMOSゲートの内の
最終段のゲートの出力が初段のゲートの入力に接続され
るリングオシレータを有するデジタル電圧制御発振回路
において、前記各CMOSゲートの出力の信号変化時間
を個別に制御可能にしたことを特徴とする。
【0008】また、本発明のPLL回路は、基準周波数
が入力されるリングオシレータと、前記基準周波数の位
相とリングオシレータの出力周波数の位相とを比較して
比較結果を出力する位相比較器と、該比較結果に基づい
てリングオシレータを制御する制御回路とを有するPL
L回路において、前記リングオシレータが複数のCMO
Sゲートから構成され、前記制御回路が各CMOSゲー
トの信号変化時間を個別に制御することを特徴とする。
【0009】本発明のデジタル電圧制御発振回路、及
び、PLL回路によると、各インバータの信号伝達時間
を制御することによってリングオシレータの遅延時間を
制御できるので、遅延時間の切替えの際に出力クロック
に不連続が生じないため、別に制御回路を必要としな
い。このため、全体の回路規模を小さくできる。
【0010】本発明のデジタル電圧制御発振回路、及
び、PLL回路の好ましい態様では、各CMOSゲート
と、該各CMOSゲートに電源を供給する各電源ライン
との間に夫々複数のMOSトランジスタを接続し、該複
数のMOSトランジスタの夫々を独立にオン・オフ制御
して前記信号変化時間を制御する。このことから、信号
伝達時間の制御が容易である。
【0011】また、前記複数のCMOSゲートが夫々に
異なる信号伝達時間を有することも本発明の好ましい態
様である。この場合、異なる信号伝達を任意に選択する
ことによって、遅延時間を細かく調節できるので出力周
波数を細かく制御できる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態例のデジタル電圧制御発振回路に基づいて本発
明を更に詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施
形態例のデジタル電圧制御発振回路を有するPLLの回
路図である。デジタル電圧制御発振回路は、リングオシ
レータ回路1とデコーダ回路3とで構成される。位相比
較器2は、外部からの基準周波数と出力周波数とを比較
し位相差情報をデコーダ回路3に送る。デコーダ回路3
は、リングオシレータの各インバータに対応してO1〜
OnとO1B〜OnBの出力を有し、出力O1B〜On
Bは、出力O1〜Onに対する反転出力である。
【0013】リングオシレータ回路1は、各CMOSイ
ンバータ回路I1〜Inをカスケード接続し、最終段の
インバータ回路の出力を入力段のインバータ回路の入力
にフィードバックすることによってリングオシレータを
構成する。
【0014】CMOSインバータ回路I1〜Inの夫々
は、CMOSインバータと第1の可変抵抗部と第2の可
変抵抗部とを有する。CMOSインバータは、チャネル
幅W1を有するPチャネルMOSトランジスタ5とチャ
ネル幅がW2を有するNチャネルMOSトランジスタ6
とで構成される。第1の可変抵抗部は、第1のPチャネ
ルMOSトランジスタ71〜7nとチャネル幅がW1を
有する第2のPチャネルMOSトランジスタ8とで構成
される。各段の第1の可変抵抗部の第1のPチャネルM
OSトランジスタ71〜7nは夫々異なったチャネル幅
を有し、第i段の第1のPチャネルMOSトランジスタ
はW1/iのチャネル幅を有する(ただし1≦i≦
n)。第2の可変抵抗部は、第1のNチャネルMOSト
ランジスタ91〜9nとチャネル幅がW2を有する第2
のNチャネルMOSトランジスタ10とで構成される。
各段の第2の可変抵抗部の第1のNチャネルMOSトラ
ンジスタ91〜9nは夫々異なったチャネル幅を有し、
第i段の第1のNチャネルMOSトランジスタはW2/
iのチャネル幅を有する。チャネル幅がW1を有するP
チャネルMOSトランジスタと、チャネル幅がW2を有
するNチャネルMOSトランジスタとは、同じオン抵抗
を有する。
【0015】デコーダ回路3の出力O1〜Onの夫々
は、NチャネルMOSトランジスタ10のゲート、及び
インバータ4を介してPチャネルMOSトランジスタ8
のゲートへ夫々接続されている。さらにデコーダ回路3
の出力O1B〜OnBは、CMOSインバータ回路I1
〜Inの制御入力である、NチャネルMOSトランジス
タ91〜9nのゲート、及びインバータ4を介してPチ
ャネルMOSトランジスタ71〜7nのゲートへも夫々
接続されている。
【0016】各MOSトランジスタのオン抵抗は、チャ
ネル幅に依存するので、各段においてCMOSインバー
タのPチャネルMOSトランジスタ5と第2のPチャネ
ルMOSトランジスタ8のオン抵抗は等しく、Nチャネ
ルMOSトランジスタ6とNチャネルMOSトランジス
タ10のオン抵抗は、等しい。また各段の第1のPチャ
ネルMOSトランジスタ71〜7nと第1のNチャネル
MOSトランジスタ91〜9nは、いずれも異なるオン
抵抗を有し、この例では段番号iに反比例したオン抵抗
を有する。
【0017】CMOSインバータ回路の信号伝達時間
は、可変抵抗部のオン抵抗によって異なる。このため、
各可変抵抗部に入力される信号O1〜On、O1B〜O
nBを切り替えることにより、信号伝達時間を制御でき
る。
【0018】次に、出力周波数の制御について説明す
る。ここでは、デコーダ回路3の出力O2をLからHに
切り替えて、CMOSインバータ回路I2の信号伝達時
間を増加させる例について、図3を参照して説明する。
図3は、図1のデコーダ回路3の出力O2をLからHに
切替えを行う際の様子を示すリングオシレータ回路1内
の第2段のインバータ回路I2の入力であるノードA
1、及び、第2段のインバータ回路I2の出力であるノ
ードA2での信号波形を示すタイムチャートである。切
替え以前には、第2段のインバータ回路I2の立上がり
の信号伝達時間はtDH1であり、立下がりの信号伝達
時間はtDL1である。
【0019】しかし時間t0に、デコーダ回路3の出力
O2がLからHに切り替わると、信号伝達時間は、tD
L1からtDL2へと増加する。
【0020】上記のようにデコーダ回路3は、出力O1
〜Onのうちi番目の出力OiをHにすれば、i番目の
インバータ回路Iiの信号伝達時間が増加することで、
リングオシレータ回路1の遅延時間は大きくなり、逆
に、出力OiをLにすれば、遅延時間は小さくなる。さ
らに、段番号iの値に対応して切り替わるリングオシレ
ータ回路1の遅延時間の変化量も大きくなるので、指定
するiの値、及び、指定する個数を任意に選択すること
によって、リングオシレータ回路1の遅延時間をきめ細
かく調節できる。
【0021】図2は、本発明の第2の実施形態例のデジ
タル電圧制御発振回路を有するPLLの回路図である。
本実施形態例のデジタル電圧制御発振回路では、デコー
ダ回路3Aが、第1の出力X1〜Xnと第2の出力Y1
〜Ynの独立した出力を有し、第1の出力と第2の出力
とを独立に制御できる点において、先の実施形態例とは
異なる。
【0022】本実施形態例のデコーダ回路3Aは、遅延
時間の調節のために行う、リングオシレータ回路1への
設定パターンが増える。このため、遅延時間のきめ細か
な調節が可能である。上記実施形態例は、本発明PLL
回路に適用した例を説明したが、デジタル電圧制御発振
回路を他の用途の可変発振回路として使用することもで
きる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のデジタル
電圧制御発振回路によると、個々のCMOSインバータ
回路の信号伝達時間を切り替えるため、不連続が生じな
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態例のデジタル電圧制御
発振回路を有するPLLの回路図である。
【図2】本発明の第2の実施形態例のデジタル電圧制御
発振回路を有するPLLの回路図である。
【図3】図1のデジタル電圧制御発振回路の信号波形を
示すタイミングチャートである。
【図4】インバータ回路で構成された従来のデジタル電
圧制御発振回路である。
【図5】図4のデジタル電圧制御発振回路の信号波形を
示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 リングオシレータ回路 2 位相比較器 3 デコーダ回路 4 インバータ回路 5 PチャネルMOSトランジスタ 6 NチャネルMOSトランジスタ 71〜7n 第1のPチャネルMOSトランジスタ 8 第2のPチャネルMOSトランジスタ 91〜9n 第1のNチャネルMOSトランジスタ 10 第2のNチャネルMOSトランジスタ I1〜In CMOSインバータ回路 A1〜An リングオシレータ回路1内のノード O1〜On デコーダ回路3の出力端子 O1B〜OnB デコーダ回路3の反転出力端子 X1〜Xn デコーダ回路3Aの第1の出力端子 Y1〜Yn デコーダ回路3Aの第2の出力端子 21 インバータ回路 22 マルチプレクサ C1〜Cn リングオシレータ回路1A内のノード S1〜Sn スイッチ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準周波数が入力される初段のゲートを
    含む複数のCMOSゲートがカスケード接続され、該複
    数のCMOSゲートの内の最終段のゲートの出力が初段
    のゲートの入力に接続されるリングオシレータを有する
    デジタル電圧制御発振回路において、 前記各CMOSゲートの出力の信号変化時間を個別に制
    御可能にしたことを特徴とするデジタル電圧制御発振回
    路。
  2. 【請求項2】 各CMOSゲートと、該各CMOSゲー
    トに電源を供給する各電源ラインとの間に夫々複数のM
    OSトランジスタを接続し、該複数のMOSトランジス
    タの夫々を独立にオン・オフ制御して前記信号変化時間
    を制御することを特徴とする、請求項1に記載のデジタ
    ル電圧制御発振回路。
  3. 【請求項3】 前記複数のCMOSゲートが夫々に異な
    る信号伝達時間を有する、請求項1又は2に記載のデジ
    タル電圧制御発振回路。
  4. 【請求項4】 基準周波数が入力されるリングオシレー
    タと、前記基準周波数の位相とリングオシレータの出力
    周波数の位相とを比較して比較結果を出力する位相比較
    器と、該比較結果に基づいてリングオシレータを制御す
    る制御回路とを有するPLL回路において、 前記リングオシレータが複数のCMOSゲートから構成
    され、前記制御回路が各CMOSゲートの信号変化時間
    を個別に制御することを特徴とするPLL回路。
  5. 【請求項5】 各CMOSゲートと、該各CMOSゲー
    トに電源を供給する各電源ラインとの間に夫々複数のM
    OSトランジスタを接続し、前記制御回路が該複数のM
    OSトランジスタを独立にオン・オフ制御することを特
    徴とする、請求項4に記載のPLL回路。
  6. 【請求項6】 前記複数のCMOSゲートが夫々に異な
    る信号伝達時間を有する、請求項4又は5に記載のPL
    L回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006093748A (ja) * 2004-09-16 2006-04-06 Renesas Technology Corp 半導体集積回路装置のタイミング制御回路
KR100723463B1 (ko) * 1999-12-24 2007-05-30 삼성전자주식회사 디지털 가변 저항 및 이를 구비하는 디지털 위상 합성기
CN105406863A (zh) * 2015-12-09 2016-03-16 无锡中感微电子股份有限公司 环形振荡器

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