JP2001085994A - 電圧制御発振回路 - Google Patents

電圧制御発振回路

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義和 飯沼
Shinya Sumiyoshi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐ノイズ性を向上させ、最適な動作周波数範囲
に設定することが容易で各種のIC回路に共通なVCO
として使用可能なVCOを提供することにある。 【解決手段】共通の電力受給ラインに接続された複数の
差動増幅器の正相出力が次段の正相入力に、逆相出力が
次段の逆相入力にそれぞれ接続された多段従属接続の差
動増幅回路と、制御信号に応じてON/OFFして差動
増幅回路の各段の正相出力を初段の逆相入力に、逆相出
力を初段の正相入力に帰還させてリング発振回路を形成
するスイッチ回路とを備え、制御電圧信号を受けてこれ
に応じた電圧の電力を電力受給ラインに供給し、制御信
号に応じて多段従属接続の帰還段数が選択されるもので
ある。

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、電圧制御発振回
路(VCO)に関し、詳しくは、パーソナルコンピュー
タにおけるクロックの発生とか、オーディオ機器や映像
機器等の信号処理回路におけるPLL制御ループなどで
使用されるVCOにおいて、耐ノイズ性を向上させ、最
適な動作周波数範囲に設定することが容易で各種のIC
回路に共通なVCOとして使用可能なVCOに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、パーソナルコンピュータのクロッ
クの発生、オーディオ機器における周波数シンセサイ
ザ、FM検波回路、また、VTR等の映像機器における
映像検波回路、位相検波回路などでは、ICに内蔵され
る形でPLL制御ループにVCOが設けれている。その
VCOの一例を図2に示す。図において、1は、ICの
内部に設けられたVCOであって、発振周波数制御回路
2と、リング発振器3とから構成されている。なお、8
aは、VCO1の制御電圧端子であり、8bは、その出
力端子、そして9は、位相比較回路,低域フィルタ、デ
バイダーなどで構成されるPLLループ回路である。発
振周波数制御回路2は、電圧/電流変換回路であって、
入力端子8aの制御電圧に応じた電流値をリング発振器
3に供給する。これは、ゲートが接続されたp型のMO
SFET4a,4bからなるカレントミラー回路4と、
ダイオード接続されたMOSFET4aの下流に設けら
れたn型のMOSFET4c、そしてMOSFET4b
の下流に接続された発振回路3とからなる。なお、MO
SFET4a,4bは、そのソース側が電源ラインVDD
に接続され、FET4cのソースは接地され、そのゲー
トに入力端子8aを介して制御電圧信号を受ける。
【0003】リング発振器3は、MOSFET4bの出
力であるドレインから導出された電力受給ラインVpと
グランドGND間に接続された3段のインバータからな
る。各インバータは、p型のMOSFETとn型のMO
SFETとを積上げ接続したCMOSのインバータ5,
6,7であって、これらが3段従属接続(カスケード接
続)されてその出力端子8b(最終段インバータ7の出
力端子)が入力側の初段インバータ5の入力端子に接続
され、これにより発振回路が形成されている。この種の
VCOとして出願人による、特開平10−200382
号「低電圧駆動の電圧制御発振回路」の出願がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】パーソナルコンピュー
タをはじめとしてオーディオ機器や映像機器では、携帯
型や省電力化が進み、電源電圧が5Vから3.3Vへと
低下し、さらに最近では、その動作クロック周波数も高
くなる傾向にある。そのために、高周波ノイズにより誤
動作してクロックの周期が一時的にずれ、安定性に欠け
る問題がある。さらに、ICにVCOを内蔵する都度、
そのときの用途に応じて発振周波数に対応した段数のリ
ング発振回路を設計することが必要となり、実際に動作
したときには設計値とにずれが生じて、その動作範囲を
調整しなければならない問題がある。この発明は、この
ような従来技術の問題点を解決するものであって、耐ノ
イズ性を向上させ、最適な動作周波数範囲に設定するこ
とが容易で各種のIC回路に共通なVCOとして使用可
能なVCOを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明のVCOの特徴は、共通の電力受給ラインに
接続された複数の差動増幅器の正相出力が次段の正相入
力に、逆相出力が次段の逆相入力にそれぞれ接続された
多段従属接続の差動増幅回路と、制御信号に応じてON
/OFFして差動増幅回路の各段のうち選択された段の
正相出力を初段の逆相入力に、逆相出力を初段の正相入
力に帰還させてリング発振回路を形成するスイッチ回路
とを備え、制御電圧信号を受けてこれに応じた電圧の電
力を電力受給ラインに供給し、制御信号に応じて多段従
属接続の帰還段数が選択されるものである。
【0006】
【発明の実施の形態】このように、正相、逆相の2位相
で入出力を従属接続した多段の差動増幅器によりリング
発振回路を構成してその電力受給ラインの電圧で発振周
波数を制御するようにする。これにより2位相での循環
ループが形成されるので、耐ノイズ性が向上する。しか
も、制御信号に応じてフィードバックする接続段数の切
換えができるので、電圧−周波数特性を特定のステップ
刻みで変更できる。その結果、用途に応じて発振周波数
を最適な動作周波数範囲に容易に設定することができ、
低い電源電圧の回路であっても、ノイズに影響されにく
く、各種の回路に共通に使用可能で、IC化に適したP
LL回路を実現することができる。
【0007】
【実施例】図1は、この発明のVCOを適用した一実施
例のPLL回路の説明図である。図1において、10
は、PLL回路であり、11は、その発振周波数制御回
路、12は、VCOのリング発振回路、13は、位相比
較回路、14は、チャージポンプ回路、15は、ローパ
スフィルタ(LPF)、そして、16は、コントローラ
である。発振周波数制御回路11は、ボルテージフォロ
アであって、その出力は、リング発振回路12の電源ラ
インVDDに接続されている。リング発振回路12は、差
動増幅器12a,12,…12nをn段(ただしnは2
以上の整数)従属接続した回路からなる。各段の正相出
力は、次段正相入力に入力され、各段の逆相出力は、次
段逆相入力に入力されている。そして、各段の正相出力
は、伝送ゲート(アナログスイッチ)17a,17b,
…17nを介して初段の差動増幅器12aの逆相入力に
入力され、各段の逆相出力は、伝送ゲート(アナログス
イッチ)18a,18b,…18nを介して初段の差動
増幅器12aの正相入力に入力されている。ここで、差
動増幅器12a,12,…12nは、それぞれ増幅率1
の全帰還アンプであって、その各アンプの構成は、MO
SFETにより構成されても、また、バイポーラトラン
ジスタにより構成されてもよい。
【0008】伝送ゲート17a,17b,…17nのO
N/OFFは、コントローラ16から出力される、総接
続段数に対応するnビットの制御信号Sにより制御され
る。この制御信号Sのうちの帰還段数に対応する段のビ
ットが“1”に、その他のビットが“0”に設定される
ことでリング発振回路としての帰還段数が決定される。
これにより、その帰還段数に対応する周波数での発振が
行われ、初段の差動増幅器12aの出力が接続された出
力端子10aから発振出力が取り出されてVCOの出力
の一部としてそれが位相比較回路13に入力される。位
相比較回路13においては、VCOの出力を入力端子1
3aに受け、基準となるリファレンスクロックCLKあ
るいはPLLロックすべき入力信号を入力端子13bに
受ける。この位相比較回路13において得られた位相比
較の結果信号はチャージポンプ回路14に加えられ、チ
ャージポンプ回路14が動作して充放電信号を発生し、
この充放電信号がローパスフィルタ(LPF)15で積
分されて制御電圧信号となる。この制御電圧信号は、発
振周波数制御回路11に加えられてリング発振回路12
の電源ラインVDDに供給される。これにより位相比較回
路13の入力端子13bの信号(CLK)に同期するよ
うにリング発振回路12の発振が制御される。
【0009】このリング発振回路12の発振周波数の範
囲は、その差動増幅器の接続段数をコントローラ16か
らの制御信号により選択することで設定できる。そこ
で、このVCOでは用途に応じて外部からこの制御信号
を設定するようにすることで最適な動作周波数範囲にV
COの発振周波数を選択することができる。この選択さ
れた動作周波数範囲において供給される電源電圧に応じ
てリング発振回路12はその発振周波数が制御される。
なお、図1のPLL回路においては、必要に応じて、入
力端子13a、13bの手前に分周回路を設けてもよ
い。ここでは、用途に応じて最適周波数が選択できるの
で、 その分周比率を低減できる効果がある。その分、
発振周波数を安定化させることができる。ところで、こ
の実施例では、リング発振回路12の接続形態が正相側
と逆相側との二重のフィードバックループとなって発振
動作がなされる。これにより、図2に示すような1本の
フィードバックループで発振するリング発振回路よりも
耐ノイズ性が向上し、低電圧駆動であっても、安定した
発振周波数の出力が得られる。
【0010】以上説明したきたが、実施例では、発振周
波数の範囲を決定するリング発振回路の帰還段数をコン
トローラからの制御信号に応じて設定しているが、これ
は、不揮発性メモリあるいは不揮発性のレジスタ、ディ
ップスイッチ等により帰還段数を設定するデータを用途
に応じて外部から発生するようにすることができる。
【0011】
【発明の効果】以上説明してきたが、この発明にあって
は、正相、逆相の2位相で入出力を従属接続した多段の
差動増幅器によりリング発振回路を構成してその電力受
給ラインの電圧で発振周波数を制御するようにする。こ
れにより2位相での循環ループが形成されるので、耐ノ
イズ性が向上する。しかも、制御信号に応じてフィード
バックする接続段数の切換えができるので、電圧−周波
数特性を特定のステップ刻みで変更できる。その結果、
用途に応じて発振周波数を最適な動作周波数範囲に容易
に設定することができ、低い電源電圧の回路であって
も、ノイズに影響されにくく、各種の回路に共通に使用
可能で、IC化に適したPLL回路を実現することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明のVCOを適用した一実施例
のPLL回路の説明図である。
【図2】図2は、従来の他のIC化されたVCOの回路
図である。
【符号の説明】
1…VCO、2,11…発振周波数制御回路、4…カレ
ントミラー回路、5、6、7…インバータ、9…PLL
ループ回路、10…PLL回路、3,12…リング発振
器、12a,12,12n…差動増幅器、17a,17
b,17n,18a,187b,18n…伝送ゲート、
13…位相比較回路、14…チャージポンプ回路、15
…ローパスフィルタ(LPF)、16…コントローラ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】共通の電力受給ラインに接続された複数の
    差動増幅器の正相出力が次段の正相入力に、逆相出力が
    次段の逆相入力にそれぞれ接続された多段従属接続の差
    動増幅回路と、制御信号に応じてON/OFFして前記
    差動増幅回路の各段のうち選択された段の正相出力を初
    段の逆相入力に、逆相出力を初段の正相入力に帰還させ
    てリング発振回路を形成するスイッチ回路とを備え、制
    御電圧信号を受けてこれに応じた電圧の電力を前記電力
    受給ラインに供給し、前記制御信号に応じて前記多段従
    属接続の帰還段数が選択されることを特徴とする電圧制
    御発振回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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