JP2001053601A - 位相同期発振回路 - Google Patents

位相同期発振回路

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JP2001053601A
JP2001053601A JP11227520A JP22752099A JP2001053601A JP 2001053601 A JP2001053601 A JP 2001053601A JP 11227520 A JP11227520 A JP 11227520A JP 22752099 A JP22752099 A JP 22752099A JP 2001053601 A JP2001053601 A JP 2001053601A
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phase comparator
charge
type transistor
digital phase
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Yukio Kawamura
幸雄 川村
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Oki Micro Design Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
Oki Micro Design Co Ltd
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    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
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    • H03L7/0895Details of the current generators
    • H03L7/0898Details of the current generators the source or sink current values being variable

Abstract

(57)【要約】 【課題】 PLL回路の安定動作を損なうことなくロッ
ク時間を短縮する。 【解決手段】 PLL回路11は、第1ディジタル位相
比較器13と、これよりも不感帯の広い第2ディジタル
位相比較器15とを有する。よって、第1ディジタル位
相比較器および第2ディジタル位相比較器から出力され
る誤差信号は、位相差が大きい場合および小さい場合に
異なる組合せで出力される。したがって、これらの誤差
信号を用いてチャージポンプ回路17を駆動することに
より、PLL回路のループ時定数を位相差に応じて制御
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、位相同期発振回
路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、位相同期発振回路(以下、PLL
回路と略称する。)が、標準信号発生器や同調回路とし
て携帯電話やCPUなどに幅広く利用されている。PL
L回路によれば、周波数または位相の安定した発振信号
が出力できる。
【0003】従来の典型的なPLL回路では、位相比較
器、チャージポンプ回路、ループフィルタおよび電圧制
御発振器(以下、VCOと称する。)が閉ループ回路を
構成している。所望の発振周波数の基準信号と、VCO
の発振信号の一部である帰還信号とが入力されると、位
相比較器は基準信号および帰還信号の位相差に応じた誤
差信号(一般に差信号電圧とも言われる。)を出力す
る。チャージポンプ回路は、入力された誤差信号に基づ
いてループフィルタへ電流を流したりループフィルタか
ら電流を吸い込んだりすることにより、ループフィルタ
中のキャパシタの充電或いは放電をさせて制御電圧を発
生させる。この制御電圧は、VCOの制御端子に入力さ
れて発振信号の周波数(位相)を制御する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】通常のPLL回路で
は、発振信号は、減衰振動しながら基準信号に収束し
て、やがてロックされる。ロックに要する時間(以下、
ロック時間と称する。)は、PLL回路のループ時定数
に依存する。例えば、高速で発振周波数を切り替えたい
場合、ロック時間を短くすなわち閉ループの時定数を小
さくする必要がある。
【0005】しかしながら、周知のごとく、ループ時定
数がある程度の大きさを有しない場合、長時間経過後で
あってもロック状態にならずPLL回路の動作は不安定
となる。すなわち、ロック時間の短縮と、動作安定性を
向上させることとは互いにトレードオフの関係にある。
よって、単純にループ時定数を小さくしたのでは、PL
L回路の動作安定性が損なわれる。
【0006】そのため、PLL回路の動作安定性を損な
うことなくロック時間を短縮でき、かつ、容易に設計で
きるPLL回路が望まれていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】したがって、この目的の
達成を図るため、この発明のPLL回路は、基準信号お
よび帰還信号が入力されるとこれらの位相差に依存した
第1誤差信号を出力する第1ティジタル位相比較器と、
第1ディジタル位相比較器に比べて広い不感帯を有しか
つ基準信号および帰還信号が入力されるとこれらの位相
差に依存した第2誤差信号を出力する第2ディジタル位
相比較器と、第1誤差信号および第2誤差信号に基づい
て駆動して出力電流を発生するチャージポンプ回路と、
この出力電流を積分することによって制御電圧を出力す
るループフィルタと、制御電圧によって制御されかつ発
振信号を帰還信号として出力する電圧制御発振器とを具
える。
【0008】なお、ここでいう不感帯(dead zo
ne)とは、ディジタル位相比較器内における信号の伝
搬遅延によって生じる帯域であって、誤差信号を実質的
に出力しない程度に小さい位相差の帯域を意味する。言
い換えると、不感帯に含まれる程度に位相差が小さい場
合、誤差信号は実質的に出力されない。例えば、この伝
搬遅延は、信号がディジタル位相比較器の構成素子の容
量を充電するのに僅かな時間を要するために発生する。
また、誤差信号によって例えばトランジスタを駆動する
際、このトランジスタのゲート容量をしきい値電圧まで
充電できない誤差信号であれば、誤差信号は実質的に出
力されていないと見なせる。近年のPLL回路技術で
は、このような不感帯を積極的に減少させる傾向にあ
り、不感帯を実質的に有しない位相比較器が広く用いら
れている。
【0009】それに対して、この発明のPLL回路は、
不感帯が異なる少なくとも二つのディジタル位相比較
器、すなわち不感帯の狭い第1ディジタル位相比較器
と、それに比べて不感帯の広い第2ディジタル位相比較
器とを有するため、位相差が大きい場合には第1ディジ
タル位相比較器および第2ディジタル位相比較器が能動
となって第1誤差信号および第2誤差信号を出力し、位
相差が小さい場合には第1ディジタル位相比較器が能動
となって第1誤差信号を出力する。よって、これら誤差
信号を利用してチャージポンプ回路を駆動させれば、位
相差の大小に応じてPLL回路のループ時定数を変化さ
せることができる。したがって、この発明のPLL回路
によれば、動作安定性を損なうことなくロック時間を短
縮することができる。
【0010】また、第1ディジタル位相比較器が主にロ
ック時間の短縮に寄与し、第2ディジタル位相比較器が
主に動作安定性に寄与するため、ロック時間短縮および
動作安定性のそれぞれを個別に考慮してPLL回路が設
計できる。よって、この発明のPLL回路では容易に設
計を行うことができる。
【0011】また、この発明の実施に当たり、より好適
には、次のような構成とするのがよい。この構成では、
前述のチャージポンプ回路が、ループフィルタに接続さ
れた出力端と、電位の高い高定電位端と、電位の低い低
定電位端とを有する。このチャージポンプ回路は、第1
誤差信号の入力によって第1駆動状態となり、かつ、第
1誤差信号および第2誤差信号の入力によって第2駆動
状態となる。更に、このチャージポンプ回路において、
第1駆動状態における出力端と、高定電位端または低定
電位端の一方の定電位端との間のインピーダンスが、第
2駆動状態における出力端と当該一方の定電位端との間
のインピーダンスよりも大きいことが望ましい。
【0012】このように構成すれば、PLL回路のルー
プ時定数は、位相差が小さいときに大きくなり、位相差
が大きいときに小さくなる。よって、このPLL回路に
よれば、第2駆動状態で急速に発振信号を変化させ、第
1駆動状態で緩やかに位相差を小さくする制御が可能と
なる。したがって、動作安定性を損なうことなくロック
時間を短縮することができる。
【0013】また、この発明の実施に当たり、典型的に
は、前述の第1誤差信号は第1チャージアップ信号およ
び第1チャージダウン信号からなり、第2誤差信号は第
2チャージアップ信号および第2チャージダウン信号か
らなり、および、チャージポンプ回路は、第1チャージ
アップ信号によって制御される第1p型トランジスタ
と、第1チャージダウン信号によって制御される第1n
型トランジスタと、第2チャージアップ信号によって制
御される第2p型トランジスタと、第2チャージダウン
信号によって制御される第2n型トランジスタとを有す
るのが望ましい。
【0014】また、この発明の実施に当たり、より好適
には、第2ディジタル位相比較器が不感帯を広くするた
めの遅延素子を有するのが望ましい。
【0015】このように遅延素子を用いて不感帯を形成
すれば、遅延時間が精度良く設定できる。よって、不感
帯の広さを厳密にかつ容易に設定することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
PLL回路の実施の形態につき説明する。なお、この説
明に用いる各図は、この発明を理解できる程度に、各構
成成分やそれらの接続関係を概略的に示してあるに過ぎ
ない。また、各図において同様な構成成分については、
同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略する
ことがある。また、以下で述べる数値条件等はこの発明
の範囲内の一例に過ぎない。
【0017】図1は、この発明の実施の形態のPLL回
路の主な構成成分を示すブロック図である。図1に示す
PLL回路11は、基準信号および帰還信号が入力され
ると第1誤差信号up1およびdn1を出力する第1デ
ィジタル位相比較器13と、基準信号および帰還信号が
入力されると第2誤差信号up2およびdn2を出力す
る第2ディジタル位相比較器15と、第1誤差信号up
1およびdn1と第2誤差信号up2およびdn2とに
基づいて駆動するチャージポンプ回路17と、チャージ
ポンプ回路17の出力電流を積分することによって制御
電圧を発生するループフィルタ19と、制御電圧によっ
て制御されるVCO21とを具える。
【0018】なお、実施の形態では、特に第1誤差信号
を第1チャージアップ信号up1および第1チャージダ
ウン信号dn1とし、第2誤差信号を第2チャージアッ
プ信号up2および第2チャージダウン信号dn2とし
ている。
【0019】ループフィルタ19は、例えば、キャパシ
タを有する公知のループフィルタである。チャージポン
プ回路17の出力電流によってキャパシタの蓄積電荷を
増減させて電圧を昇降させることにより、ループフィル
タは制御電圧を発生する。
【0020】VCO21は、制御電圧に応じて周波数成
分を制御して発振信号を出力する。この発振信号の一部
が帰還信号となり、帰還信号および基準信号は第1ディ
ジタル位相比較器13および第2ディジタル位相比較器
15の双方にそれぞれ入力される。このVCO21とし
て自走発振型或いは非自走発振型のVCO、若しくはそ
の他の公知のVCOが利用できる。
【0021】このPLL回路11の特徴の一つは、第2
ディジタル位相比較器15が、第1ディジタル位相比較
器13の不感帯よりも広い不感帯を有する点にある。よ
って、位相差が大きい場合および小さい場合において、
誤差信号は異なる組合せで出力される。すなわち、位相
差が大きい場合には第1誤差信号および第2誤差信号が
出力され、位相差が小さい場合には第1誤差信号のみが
出力される。
【0022】もちろん、チャージポンプ回路の回路構成
によっては、チャージアップ信号やチャージダウン信号
の正信号や反転信号を用いる場合がある。なお、図1の
PLL回路11は2つのディジタル位相比較器13およ
び15を具えるが、3つ以上のディジタル位相比較器を
具えてもよい。
【0023】チャージポンプ回路17は、このように位
相差の大小を反映した第1誤差信号および第2誤差信号
によって駆動される。このチャージポンプ回路17は、
第1誤差信号のみが入力された場合には第1駆動状態と
なり、第1誤差信号および第2誤差信号が入力された場
合には第2駆動状態となる。位相差が小さいとき第1誤
差信号のみが入力されるため、チャージポンプ回路17
はこの第1駆動状態でPLL回路のループ時定数が大き
くなるように設計される。位相差が大きいとき第1誤差
信号および第2誤差信号が入力されるため、チャージポ
ンプ回路17は第2駆動状態でPLL回路のループ時定
数が小さくなるように設計される。
【0024】図2は、このように設計されたチャージポ
ンプ回路の構成例を示す回路図である。図2のチャージ
ポンプ回路31は、例えば定電圧電源23に接続された
高定電位端33と、例えば接地された低定電位端35
と、ループフィルタに接続された出力端37と、第1チ
ャージアップ信号up1によって制御される第1p型ト
ランジスタ39と、第1チャージダウン信号dn1によ
って制御される第1n型トランジスタ41と、第2チャ
ージアップ信号up2によって制御される第2p型トラ
ンジスタ43と、第2チャージダウン信号dn2によっ
て制御される第2n型トランジスタ45とを有する。な
お、第1p型トランジスタ39、第1n型トランジスタ
41、第2p型トランジスタ43および第2n型トラン
ジスタ45としては、例えば、導通または非導通の2つ
の状態をとるスイッチトランジスタが用いられる。
【0025】このチャージポンプ回路31では、第1p
型トランジスタ39および抵抗R1が高定電位端33お
よび出力端37間に直列に配置され、第1n型トランジ
スタ41および抵抗R2 が低定電位端35および出力端
37間に直列に配置され、第2p型トランジスタ43お
よび抵抗R3 が高定電位端33および出力端37間に直
列配置され、第2n型トランジスタ45および抵抗R4
が低定電位端35および出力端37間に直列に配置され
る。なお、図2のチャージポンプ回路の駆動状態につい
ては、後述のPLL回路の動作説明と同時に説明する。
【0026】図3は、ループフィルタの構成例を示す回
路図である。図3(A)にはラグリードフィルタ型、図
3(B)にはアクティブフィルタ型のループフィルタを
示す。各図には最も簡単なループフィルタの回路構成を
示してある。
【0027】図3(A)のループフィルタ51は、チャ
ージポンプ回路からの出力電流が入力される入力端53
と、VCOへ制御電圧を出力する出力端55と、接地お
よび入力端53間に接続された、キャパシタ57および
抵抗59の直列回路とを有する。一方、図3(B)のル
ープフィルタ61は、チャージポンプ回路からの出力信
号が入力される入力端53と、VCOへ制御電圧を出力
する出力端55と、入力端53および出力端55間に配
置された増幅器63と、増幅器63に対して並列に配置
された、キャパシタ65および抵抗67の直列回路とを
有する。
【0028】図3の各図に示すように、ループフィルタ
51および61は、チャージポンプ回路の出力電流によ
ってキャパシタ57および65を充電或いは放電させる
ことにより、制御電圧を発生させる。アクティブ型のフ
ィルタであるループフィルタ61では、ラグリード型の
ループフィルタ51よりも高いフィルタ特性が得られ
る。また、ラグリード型やアクティブ型以外にも、様々
な構造のループフィルタが適用可能である。
【0029】図4および図5は、実施の形態のPLL回
路の駆動中における各部の出力信号を模式的に示す図で
ある。これらの図において、横軸方向が時間方向を示
し、縦軸方向が電圧レベル(能動或いは非能動の二値)
を示している。図4および図5では、第1ディジタル位
相比較器13および第2ディジタル位相比較器15の出
力信号が示されている。以下、図4および図5を参照し
て実施の形態のPLL回路の動作につき説明する。な
お、ここでは基準信号および帰還信号がパルス信号であ
り、各パルス信号が降下し始める時間を比較し、その時
間差に応じたパルス幅の誤差信号を出力するディジタル
位相比較器を用いた例につき説明する。
【0030】ここで、第1ディジタル位相比較器13が
位相差−τ1 からτ1 の範囲の不感帯を有し、第2ディ
ジタル位相比較器15が位相差−τ2 からτ2 の範囲の
不感帯を有し、および、τ1 <τ2 (ただし、0<τ
1 、τ2 )であるとする。また、帰還信号および基準信
号の位相差をδで示し、帰還信号が基準信号よりも進ん
でいる状態がδ>0に対応すると仮定する。よって、図
4(A)が−τ2 <δ<−τ1 の場合、図4(B)がτ
1 <δ<τ2 の場合、図5(A)がδ<−τ2 の場合お
よび図5(B)がτ2 <δの場合の出力信号をそれぞれ
示すことになる。
【0031】図4(A)に示すように、帰還信号が基準
信号よりも遅れておりその位相差の絶対値が小さい場合
(すなわち位相差δが−τ2 <δ<−τ1 の場合)に
は、第1ディジタル位相比較器13が能動となりかつ第
2ディジタル位相比較器15が非能動となる。よって、
第1チャージダウン信号dn1のみが出力される。
【0032】この場合、図2のチャージポンプ回路31
では、第1n型トランジスタ41が能動となりかつ第1
p型トランジスタ39、第2p型トランジスタ43およ
び第2n型トランジスタ45が非能動となる。したがっ
て、高定電位端33および出力端37間のインピーダン
スはR1 となる。
【0033】また、図4(B)に示すように、帰還信号
が基準信号よりも進んでおりその位相差の絶対値が小さ
い場合(すなわち位相差δがτ1 <δ<τ2 の場合)に
は、第1ディジタル位相比較器13が能動となりかつ第
2ディジタル位相比較器15が非能動となる。よって、
第1チャージアップ信号up1のみが出力される。
【0034】この場合、図2のチャージポンプ回路31
では、第1p型トランジスタ39が能動となりかつ第1
n型トランジスタ41、第2p型トランジスタ43およ
び第2n型トランジスタ45が非能動となる。したがっ
て、低定電位端35および出力端37間のインピーダン
スはR2 となる。
【0035】また、図5(A)に示すように、帰還信号
が基準信号よりも遅れておりその位相差の絶対値が大き
い場合(すなわち位相差δがδ<−τ2 の場合)には、
第1ディジタル位相比較器13および第2ディジタル位
相比較器15が能動となる。よって、第1チャージダウ
ン信号dn1および第2チャージダウン信号dn2が出
力される。
【0036】この場合、図2のチャージポンプ回路31
では、第1n型トランジスタ41および第2n型トラン
ジスタ45が能動となりかつ第1p型トランジスタ39
および第2p型トランジスタ43は非能動となる。した
がって、高定電位端33および出力端37間のインピー
ダンスはR13 /(R1 +R3 )となる。
【0037】また、図5(B)に示すように、帰還信号
が基準信号よりも進んでおりその位相差の絶対値が大き
い場合(すなわち位相差δがδ>τ2 の場合)には、第
1ディジタル位相比較器13および第2ディジタル位相
比較器15が能動となる。よって、第1チャージアップ
信号up1および第2チャージアップ信号up2が出力
される。
【0038】この場合、図2のチャージポンプ回路31
では、第1p型トランジスタ39および第2p型トラン
ジスタ43が能動となりかつ第1n型トランジスタ41
および第2n型トランジスタ45が非能動となる。した
がって、低定電位端35および出力端37間のインピー
ダンスはR24 /(R2 +R4 )となる。
【0039】以上のように、図2のチャージポンプ回路
31では、高定電位端33および出力端37間のインピ
ーダンスは、R1 >R13 /(R1 +R3 )であるか
ら、第2駆動状態よりも第1駆動状態で高くなる。同様
に、低定電位端35および出力端37間のインピーダン
スは、R2 >R24 /(R2 +R4 )であるから、第
2駆動状態よりも第1駆動状態で高い。したがって、チ
ャージポンプ回路31の出力電流は第1駆動状態よりも
第2駆動状態で大きくなる。
【0040】なお、−τ2 <δ<−τ1 の場合またはτ
1 <δ<τ2 の場合でも、第2ディジタル位相比較器1
5は微小なパルス幅の誤差信号を出力することがある。
しかしながら、誤差信号が図2のトランジスタ39、4
1、43および45のゲート容量をしきい値電圧まで充
電できない程度に小さいならば、誤差信号は出力されて
いないと見なせる。
【0041】図6は、実施の形態のPLL回路における
VCOの制御電圧の時間変化を模式的に示す図である。
図6では、実施の形態のPLL回路の制御電圧を実線で
示し、比較のため従来構成のPLL回路の制御電圧を破
線で示す。
【0042】図6に示すように、従来構成のPLL回路
では、制御電圧が初期状態からロック状態となるまでキ
ャパシタの充電および放電によって緩やかに減衰振動し
ながら変化しロック状態に達する。
【0043】それに対して、実施の形態のPLL回路に
よれば、位相差の大きい初期状態ではチャージポンプ回
路が第2駆動状態となり制御電圧は急速に収束する。そ
の後、位相差が小さくなるとチャージポンプ回路が第1
駆動状態となり、制御電圧は緩やかに制御される。よっ
て、図に示すように、初期状態から第1駆動状態に遷移
する瞬間にロック状態が達成されると考えた場合、実施
の形態のPLL回路のロック時間はt1 となる。一方、
従来構成ではロック時間はt2 となる。すなわち、実施
の形態のPLL回路によればロック時間をt2 からt1
へと短縮することができる。しかも、このPLL回路で
は、動作の安定性を実現する構成と、ロック時間を実現
する構成とを別々に考慮しつつ全体の回路構成を設計す
ることができる。したがって、動作安定性を損なうこと
なくロック時間を短縮でき、しかも容易に設計できるP
LL回路が実現できる。
【0044】ところで、第1ディジタル位相比較器13
の不感帯が広すぎると、PLL回路11の安定動作が損
なわれる場合がある。そのため、第1ディジタル位相比
較器13は、PLL回路11の安定動作を維持できる程
度に狭い不感帯を有するのが望ましい。一方、第2ディ
ジタル位相比較器15の不感帯は、第1駆動状態および
第2駆動状態間の遷移点を決定する。そのため、第2デ
ィジタル位相比較器15は、所望の安定動作領域(第1
駆動状態となる位相差の範囲)が確保できる程度に広い
不感帯を有するのが望ましい。例えば、第1ディジタル
位相比較器13および第2ディジタル位相比較器15の
不感帯は、それぞれ±10ピコ秒以内、±100ピコ秒
以上とすればよい。
【0045】ところで、第2ディジタル位相比較器15
は、第1ディジタル位相比較器13の不感帯よりも広い
不感帯を有する必要がある。前述したように、不感帯は
ディジタル位相比較器中の信号の伝搬遅延によって発生
する。したがって、ディジタル位相比較器を構成するト
ランジスタのゲート容量を調節することにより、所望の
不感帯を有するディジタル位相比較器が実現できる。ま
た、ディジタル位相比較器の回路中に遅延素子を挿入し
て意図的に遅延を発生させることにより、所望の不感帯
を有するディジタル位相比較器が実現できる。
【0046】図7は、第1ディジタル位相比較器および
第2ディジタル位相比較器の具体的な構成例を示すNA
NDゲート回路図である。以下、図7を参照して、第1
ディジタル位相比較器および第2ディジタル位相比較器
につき説明する。
【0047】図7(A)には第1ディジタル位相比較器
の構成例を示す。図7(A)の第1ディジタル位相比較
器71は、2NANDゲート73xおよび73yと、3
NANDゲート75xおよび75yと、4NANDゲー
ト77と、フリップフロップ79xおよび79yと、イ
ンバータ81w、81x、81yおよび81zとを有す
る(なお、2NANDなどは2入力などの反転論理積の
演算を示す。)。
【0048】また、出力端up、出力端upb、出力端
dnおよび出力端dnbは、誤差信号を出力する端子で
ある。出力端upbは、出力端upにインバータ81x
を介して接続されており出力端upの正信号に対する反
転信号を出力する。また、出力端dnbは、出力端dn
にインバータ81zを介して接続されており出力端dn
の正信号に対する反転信号を出力する。そのため、例え
ば、第1チャージアップ信号を出力端upbから取り出
し、第1チャージダウン信号を出力端dnから取り出す
ことができる。
【0049】一方、図7(B)は第2ディジタル位相比
較器の構成例を示すNANDゲート回路図である。図7
(B)の第2ディジタル位相比較器83は、2NAND
ゲート73xおよび73yと、3NANDゲート75x
および75yと、4NANDゲート77と、フリップフ
ロップ79xおよび79yと、インバータ81w、81
x、81yおよび81zとを有する。
【0050】特に、第2ディジタル位相比較器83は、
第1ディジタル位相比較器71と異なり、2NANDゲ
ート73xおよび3NANDゲート75xの間に遅延素
子としての2段のインバータ85wおよび85xと、2
NANDゲート73yおよび3NANDゲート75yの
間に遅延素子としての2段のインバータ85yおよび8
5zを有する。よって、3NANDゲート75xの3つ
の入力端のうちインバータ85xが接続された入力端、
或いは3NANDゲート75yの3つの入力端のうちイ
ンバータ85zが接続された入力端で、信号の反転する
タイミングが遅れる。したがって、基準信号および帰還
信号の反転するタイミングの差が小さい場合、3NAN
Dゲート75xおよび75yの他の入力端における信号
が先に反転してしまう。その結果、タイミング差は検出
されなくなるため、第2ディジタル位相比較器83には
不感帯が形成される。
【0051】このように遅延素子として2段のインバー
タを用いれば、遅延時間を精度良く設定できるため、不
感帯の広さを厳密にかつ容易に設定することができる。
よって、第1駆動状態および第2駆動状態の境界となる
べき位相差を厳密にかつ容易に設定することができる。
【0052】以上説明した図示例のディジタル位相比較
器の形態以外にも様々な形態で、不感帯を調節すること
ができる。例えば、図7(B)の第2ディジタル位相比
較器83から2段のインバータ85wおよび85xを取
り除くことによって不感帯は狭くなる。或いは、図7
(A)の第1ディジタル位相比較器71の4NANDゲ
ート77の4つの入力端のうち、2NANDゲート73
xに接続された入力端のトランジスタのゲート容量を小
さくすることにより、不感帯は狭くなる。
【0053】続いて、図8および図9を参照して、図2
のチャージポンプ回路と同様、実施の形態のPLL回路
に適用できるチャージポンプ回路の構成例につき説明す
る。
【0054】図8および図9は、チャージポンプ回路の
構成例を示す回路図である。図8および図9には、図2
と同様に、第1駆動状態における高(或いは低)電位の
定電位端および出力端間のインピーダンスを第2駆動状
態における高(或いは低)電位の定電位端および出力端
間のインピーダンスよりも高くしたチャージポンプ回路
を示してある。
【0055】図8(A)には、図2の4つの抵抗R1
抵抗R4 を2つの抵抗R1 および抵抗R2 で置き換えた
チャージポンプ回路の構成例を示す。このチャージポン
プ回路101は、高定電位端33、低定電位端35、出
力端37、第1p型トランジスタ39、第1n型トラン
ジスタ41、第2p型トランジスタ43および第2n型
トランジスタ45を有しており、これらが図2と同様に
接続されて成る。
【0056】特に、チャージポンプ回路101では、第
1p型トランジスタ39、抵抗R1および抵抗R2 が高
電位端33および出力端37間に直列に配置され、第1
n型トランジスタ41、抵抗R1 および抵抗R2 が低電
位端35および出力端37間に直列に配置され、第2p
型トランジスタ43および抵抗R2 が高電位端33およ
び出力端37間に直列に配置され、第2n型トランジス
タ45および抵抗R2が低電位端35および出力端37
間に直列に配置される。
【0057】チャージポンプ回路101は、図2の構成
例に比べて少ない素子数で構成できるため好適である。
【0058】図8(B)には、第2p型トランジスタ4
3または第2n型トランジスタ45が能動となるとき、
第1p型トランジスタ39または第1n型トランジスタ
41は少なくとも能動状態にあることを利用したチャー
ジポンプ回路の構成例を示してある。図8(B)に示す
チャージポンプ回路103は、高定電位端33、低定電
位端35、出力端37、第1p型トランジスタ39、第
1n型トランジスタ41、第2p型トランジスタ43お
よび第2n型トランジスタ45を有する。
【0059】このチャージポンプ回路103では、第1
p型トランジスタ39および抵抗R1 が高定電位端33
および出力端37間に直列に配置され、第1n型トラン
ジスタ41および抵抗R1 が低定電位端35および出力
端37間に直列に配置され、抵抗R1 に並列に抵抗R2
および第2p型トランジスタ43の直列回路が挿入さ
れ、抵抗R1 に並列に抵抗R3 および第2n型トランジ
スタ45の直列回路が挿入されている。
【0060】よって、このチャージポンプ回路103
は、図2の構成例に比べて少ない素子数で構成できるた
め好適である。
【0061】図9の各図に示すチャージポンプ回路は、
図2および図8の構成例とは異なり、抵抗素子としてト
ランジスタを用いた構成例である。
【0062】図9(A)には、図2の4つの抵抗R1
抵抗R4 をトランジスタで置き換えたチャージポンプ回
路を示してある。図9(A)に示すチャージポンプ回路
105は、高定電位端33、低定電位端35、出力端3
7、第1p型トランジスタ39、第1n型トランジスタ
41、第2p型トランジスタ43および第2n型トラン
ジスタ45を有しており、これらが図2と同様に配置さ
れて成る。
【0063】このチャージポンプ回路105では、第1
p型トランジスタ39および抵抗用p型トランジスタ1
07が高定電位端33および出力端37間に直列に配置
され、第1n型トランジスタ41および抵抗用n型トラ
ンジスタ109が低定電位端35および出力端37間に
直列に配置され、第2p型トランジスタ43および抵抗
用p型トランジスタ111が高定電位端33および出力
端37間に直列に配置され、第2n型トランジスタ45
および抵抗用n型トランジスタ113が低定電位端35
および出力端37間に直列に配置される。また、図中に
示すように、抵抗用p型トランジスタ107および11
1には同一のバイアス電圧V1 が印加されても良いが、
例えば、しきい値電圧を異ならせることによって抵抗用
p型トランジスタ107および111で異なる抵抗値が
得られる。抵抗用n型トランジスタ109および113
についても同様にして異なる抵抗値が得られる。
【0064】このチャージポンプ回路105によれば、
図2の抵抗R1 〜抵抗R4 に代えて抵抗用のトランジス
タ107、109、111および113が用いられる。
よって、小さい素子で抵抗を形成できるため、チャージ
ポンプ回路の小型化が図れる。
【0065】図9(B)には、図9(A)とほぼ同様の
構造を有するチャージポンプ回路を示してある。図9
(B)に示すチャージポンプ回路115は、高定電位端
33、低定電位端35、出力端37、第1p型トランジ
スタ39、第1n型トランジスタ41、第2p型トラン
ジスタ43および第2n型トランジスタ45を有してお
り、これらが図2と同様に配置されて成る。
【0066】このチャージポンプ回路115では、抵抗
用p型トランジスタ107および111と抵抗用n型ト
ランジスタ109および113とが図9(A)と同様に
接続されている。ただし、図9(B)の抵抗用トランジ
スタ107、109、111および113には、この記
載順にバイアス電圧V1 、V2 、V3 およびV4 が印加
されている。
【0067】このチャージポンプ回路115によれば、
図9(A)の構成例とは異なり、各抵抗値をバイアス電
圧V1 〜V4 によって制御できる。よって、各抵抗用ト
ランジスタ107、109、111および113のしき
い値電圧を設定しておく必要がない。
【0068】図9(C)には、誤差信号によってバイア
ス回路を駆動するチャージポンプ回路を示してある。図
9(C)のチャージポンプ回路116は、第1バイアス
発生回路117と、第2バイアス発生回路119と、第
1バイアス発生回路117によって抵抗値が変化するp
型トランジスタ121と、第2バイアス発生回路119
によって抵抗値が変化するn型トランジスタ123とを
有する。このチャージポンプ回路116は、第1チャー
ジアップ信号および第2チャージアップ信号が第1バイ
アス発生回路117の出力電圧を変化させてp型トラン
ジスタ121の抵抗値を制御し、第1チャージダウン信
号および第2チャージダウン信号が第2バイアス発生回
路119の出力電圧を変化させてn型トランジスタ12
3の抵抗値を制御する。
【0069】例えば、第1バイアス発生回路117は、
第1チャージアップ信号up1と、第2チャージアップ
信号の正信号up2とが入力したときバイアス電圧V1
を出力し、第1チャージアップ信号up1と、第2チャ
ージアップ信号の反転信号upb2とが入力したときバ
イアス電圧V2 を出力する回路構成で実現できる。同様
に、第2バイアス発生回路119は、第1チャージダウ
ン信号dn1と、第2チャージダウン信号の正信号dn
2とが入力したときバイアス電圧V3 を出力し、第1チ
ャージダウン信号dn1と、第2チャージダウン信号の
反転信号dnb2とが入力したときバイアス電圧V4
出力する回路構成で実現できる。
【0070】このチャージポンプ回路116では、誤差
信号は第1バイアス回路117および第2バイアス回路
119を介してチャージポンプ回路116を制御してい
る。このように、誤差信号が間接的にチャージポンプ回
路を駆動することもできる。
【0071】
【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明によれば、不感帯の狭い第1ディジタル位相比較器
と、それに比べて不感帯の広い第2ディジタル位相比較
器とを有するため、位相差の大きい場合および小さい場
合で異なる誤差信号が出力される。よって、これら誤差
信号を利用してチャージポンプ回路を駆動させれば、位
相差の大小に応じてPLL回路のループ時定数を変化さ
せることができる。したがって、この発明のPLL回路
によれば、動作安定性を損なうことなくロック時間を短
縮することができる。
【0072】また、第1ディジタル位相比較器が主にロ
ック時間の短縮に寄与し、第2ディジタル位相比較器が
主に動作安定性に寄与するため、ロック時間短縮および
動作安定性のそれぞれを個別に考慮してPLL回路が設
計できる。よって、この発明のPLL回路では容易に設
計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態のPLL回路の主な構成を示すブロ
ック図である。
【図2】チャージポンプ回路の構成例を示す回路図であ
る。
【図3】ループフィルタの構成例を示す回路図である。
【図4】第1駆動状態における実施の形態のPLL回路
の各部の出力信号を模式的に示す図である。
【図5】第2駆動状態における実施の形態のPLL回路
の各部の出力信号を模式的に示す図である。
【図6】実施の形態のPLL回路におけるVCOの制御
電圧の時間変化を模式的に示す図である。(実施の形態
のPLL回路については実線で、従来のPLL回路につ
いては破線で示す。)
【図7】第1ディジタル位相比較器および第2ディジタ
ル位相比較器の具体的な構成例を示すNANDゲート回
路図である。
【図8】チャージポンプ回路の他の構成例を示す図であ
る。
【図9】チャージポンプ回路の他の構成例を示す図であ
る。特にバイアスを用いた例を示す。
【符号の説明】
11:PLL回路 13、71:第1ディジタル位相比較器 15、83:第2ディジタル位相比較器 17、31、101、103、105、115、11
6:チャージポンプ回路 19、51、61:ループフィルタ 21:VCO 23:定電圧電源 33:高定電位端 35:低定電位端 37:出力端 39:第1p型トランジスタ 41:第1n型トランジスタ 43:第2p型トランジスタ 45:第2n型トランジスタ 53:入力端 55:出力端 57、65:キャパシタ 59、67:抵抗 63:増幅器 73x、73y:2NANDゲート 75x、75y:3NANDゲート 77:4NANDゲート 79x、79y:フリップフロップ 81w〜81z、85w〜85z:インバータ 107、111:抵抗用p型トランジスタ 109、113:抵抗用n型トランジスタ 117:第1バイアス発生回路 119:第2バイアス発生回路 121:p型トランジスタ 123:n型トランジスタ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準信号および帰還信号が入力されると
    これらの位相差に依存した第1誤差信号を出力する第1
    ディジタル位相比較器と、前記第1ディジタル位相比較
    器に比べて広い不感帯を有しかつ前記基準信号および前
    記帰還信号が入力されるとこれらの位相差に依存した第
    2誤差信号を出力する第2ディジタル位相比較器と、前
    記第1誤差信号および前記第2誤差信号に基づいて駆動
    して出力電流を発生するチャージポンプ回路と、前記出
    力電流に基づいて制御電圧を出力するループフィルタ
    と、前記制御電圧によって制御されかつ発振信号を前記
    帰還信号として出力する電圧制御発振器とを具えること
    を特徴とする位相同期発振回路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の位相同期発振回路にお
    いて、 前記チャージポンプ回路は、ループフィルタに接続され
    た出力端と、電位の高い高定電位端と、電位の低い低定
    電位端とを有し、 前記第1誤差信号の入力によって第1駆動状態となり、
    かつ、前記第1誤差信号および第2誤差信号の入力によ
    って第2駆動状態となり、および、 前記第1駆動状態における前記出力端と、前記高定電位
    端または前記低定電位端のうち一方の定電位端との間の
    インピーダンスが、前記第2駆動状態における前記出力
    端と当該一方の定電位端との間のインピーダンスよりも
    大きいことを特徴とする位相同期発振回路。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の位相同期発振回路にお
    いて、 前記第1誤差信号は第1チャージアップ信号および第1
    チャージダウン信号からなり、前記第2誤差信号は第2
    チャージアップ信号および第2チャージダウン信号から
    なり、および、 前記チャージポンプ回路は、前記第1チャージアップ信
    号によって制御される第1p型トランジスタと、前記第
    1チャージダウン信号によって制御される第1n型トラ
    ンジスタと、前記第2チャージアップ信号によって制御
    される第2p型トランジスタと、前記第2チャージダウ
    ン信号によって制御される第2n型トランジスタとを有
    することを特徴とする位相同期発振回路。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の位相同期発振回路にお
    いて、 前記第2ディジタル位相比較器が、不感帯を広くするた
    めの遅延素子を有することを特徴とする位相同期発振回
    路。
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