JP2002111487A - 低スプリアスを達成するサンプル・アンド・ホールド位相検出方法及びサンプル・アンド・ホールド位相検出器 - Google Patents

低スプリアスを達成するサンプル・アンド・ホールド位相検出方法及びサンプル・アンド・ホールド位相検出器

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JP2002111487A
JP2002111487A JP2001248084A JP2001248084A JP2002111487A JP 2002111487 A JP2002111487 A JP 2002111487A JP 2001248084 A JP2001248084 A JP 2001248084A JP 2001248084 A JP2001248084 A JP 2001248084A JP 2002111487 A JP2002111487 A JP 2002111487A
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ベラオウアル アブデルラティフ
Ahmed R Fridi
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • 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
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
    • H03L7/085Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
    • H03L7/091Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal the phase or frequency detector using a sampling device
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03D13/00Circuits for comparing the phase or frequency of two mutually-independent oscillations
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サンプル・アンド・ホールド位相検出器にお
けるスプリアス出力を低下させた方法、及びその方法に
よる位相検出器を提供する。 【解決手段】 サンプル・アンド・ホールド位相検出器
(500)のサンプル期間(606)後にランプ・ノー
ド(502)を第1の電圧レベルに充電した後、ホール
ド期間(614)のプリチャージ期間(610)におい
て前記ランプ・ノード(502)を第2の電圧レベルに
プリチャージしてSHスイッチ(514)における漏洩
電流を減少させ、これによって電圧ドリフトを最小化さ
せてSH位相検出器(500)のスプリアスの軽減を達
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、サンプル・アンド
・ホールド位相検出方法、及びその方法による位相検出
器に関し、特にサンプル・アンド・ホールド位相検出器
のスプリアスを低下させるための方法、及びその方法に
よる検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】高性能の周波数シンセサイサ用のサンプ
ル・アンド・ホールド位相検出器の設計は、低スプリア
ス(sprious)(基準フィードスルー)周波数シ
ンセサイサ設計のキーである。図1には、SH位相検出
器102を使用した典型的なフェーズ・ロック・ループ
(PLL)100が示されている。SH位相検出器10
2が完全でないときは、出力信号(fout)104にス
プール(spur)が現れる。これらスプールのオフセ
ット周波数は、基準周波数(FR)106の倍数であ
る。
【0003】図2に、図1のPLLを使用した従来技術
のSH位相検出器200の電気的モデルのブロック図を
示す。図3に、VR、VSH及びVPRについて波形を示
し、一方、VR信号はランプ制御電圧であり、VSH信号
はサンプル・アンド・ホールド・パルスであり、VPR
号はプリチャージ信号である。図2には、これらの信号
を発生する通常のディジタル的なブロックが示されてい
ないことに注意すべきである。SH位相検出器200
は、ランプ電流源204、ランプ・コンデンサ(C R
206、サンプル・アンド・ホールド・スイッチ20
8、サンプル・アンド・ホールド・コンデンサ(CSH
210、及びバッファ212を含む。
【0004】例えば、ディープ・サブ・ミクロンCMO
Sプロセスを使い、相補性金属酸化膜半導体(CMO
S)においてSH位相検出器200を実施したときは、
SH位相検出器200は、ホールド期間において漏洩電
流がある。ノードN202において、図3の線302
は、理想的な一定電圧レベルを示し、一方、SH位相検
出器200は、ホールド即ちロック状態にある。しかし
ながら、漏洩電流のために、線304は、ノードN20
2における実際の電圧レベルを示す。この漏洩電流は、
電圧ドリフトを発生させ、これが、SH位相検出器20
0を使用しているシンセサイザによって好ましくないス
プールを発生させることになる。この漏洩電流は、SH
スイッチ208が高い温度で動作している低しきい値電
圧(VT)のデバイスを有するときに、典型的には、1
ナノアンペア程度の大きさとなり得る。
【0005】図4に、典型的な従来技術によるCMOS
スイッチの実施例を示す。図4に示す例では、位相検出
器のホールド期間306において漏洩電流(ILeak)が
発生する。PMOSデバイス402は、VGS=0かつ|
DS|=VCC−VNを有する。
【0006】典型的な従来技術のSH位相検出器は、典
型的には、長いホールド期間を有するので、例えば20
0KHZの比較周波数[R、Vsignals]のときは、コン
デンサ(CSH)=5pFを使用して、tholdが約5マイ
クロ秒となる。漏洩電流によるΔV308は、ΔV=
[I/C]X[t]=(1nA/5pF)X(5μS)
=1ミリボルトに等しい。ロック期間におけるこのΔV
は、(フィルタの減衰なしで)−20dBc程度のf
out±200KHZでスプールを発生することがある。図
4に示すNMOSデバイス402は、そのVGSが−VN
であって、漏洩電流が小さいので、発生するに至らな
い。漏洩電流404の問題は、CMOSスイッチのため
に、クロックのフィードスルー及びチャージ注入を含
む、SH位相検出器に関連した他の問題点よりも厳しく
なる恐れがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】更に、周波数シンセサ
イザに使用される通常のサンプル・アンド・ホールド
(SH)位相検出器は、しばしば、ロック期間における
電圧グリッチ(glitch)が問題となる。この問題に関す
る一つの理由は、サンプリング・スイッチの漏洩電流で
あり、これは、ホールディング・コンデンサにおけるチ
ャージ漏洩に帰結する。この技術において、SH位相検
出器における漏洩電流を減少させる方法、従ってSH位
相検出器を使用する周波数シンセサイザにおける基準フ
ィードスルーの問題点を改善する要求が存在する。
【0008】新規性があると信じる本発明の特徴は、付
記した請求の範囲に詳細に記載されている。本発明は、
添付する図面に関連させて下記の説明を参照することに
より最もよく理解できる。これらの図において、同一参
照番号は、同一要素を表す。
【0009】この明細書は、新規性があるとみなされる
本発明の特徴を定義する請求の範囲により結論付ける
が、本発明は、図面に関連して下記の説明を考慮するこ
とにより最もよく理解されるものと信ずる。
【0010】
【発明を解決するための手段】本発明は、SH位相検出
器における漏洩電流の問題を軽減させる手順を説明して
いる。この基本的な考えは、図6に示すホールド期間6
14においてそしてランプ(ランプ電圧信号VR)が始
まる(612)少し前に電圧(例えば、好ましい実施例
において図5に示すPMOSデバイス508のVGS)を
調整することである。
【0011】
【発明の実施の形態】図5に、本発明により提案された
SH位相検出器500の電気的なモデルの概要回路図を
示し、同時に図6に、対応する電圧波形を示す。ノード
(P)502のように図5に示すプリチャージ・ノード
(例えば、図4におけるノードP)がSHスイッチ51
4の入力に接続されている。SH位相検出器500は、
ランプ・ノードのサンプリングを終了した後(点616
でVSHがローに移行した後)、VREFプリチャージ期間
608においてスイッチ504を閉じることにより、ノ
ード(P)502をVREF(VREF<VCC)にプリチャー
ジする。実際の例では、VREF=VCC−0.3ボルトと
なる。この例では、PMOSスイッチ508のVG Sが正
となり、漏洩電流が劇的に減少する。期間618により
示す少し前、時点612で、ランプ制御電圧(VR)が
トリガされ、期間610(VPRが論理ハイ、スイッチ5
06が閉)において、ノード(P)502がVCCにプリ
チャージされて新しいランプ期間を開始する。
【0012】ここで、本発明の手順を使用したSH位相
検出器の一実施例を説明する。200KHZR及びVSH
周波数(周期5μs)を有するSH位相検出器のため
に、ランプ電圧(VR)602の立ち上がり端602
と、VSHの立ち上がり端604との間の時間600は、
約45ns(ナノ秒)である。VSHのパルス幅606
は、5nsになり得る。VCCへのプリチャージ期間61
0は、約100ナノ秒であり、一方、Vrefに対するプ
リチャージ時間608は、 [5μs−(45ns+5ns+100ns)]=4.
85μs に等しい。
【0013】漏洩電流は、典型的には、PMOSスイッ
チ508を介してのみ発生し、従って本発明のプリチャ
ージ技術は、スプールを軽減させるのに非常に効果的で
ある。このアプリケーションでは、ノードN(VN)5
12におけるSH位相検出器500用の電圧範囲は、
0.5V〜Vccの範囲にある。一特定例の設計では、本
発明のプリチャージ技術を使用していない同一のSH位
相検出器と比較して、スプールが20〜30dB低下し
た。
【0014】図7に本発明の好ましい実施例により実行
されるステップを説明する簡単なフロー・チャートを示
す。ステップ702において、サンプル期間が終了した
か否かを判断する。サンプル期間が終了したときは、直
ちに即ちその直ぐ後、ステップ704において、ランプ
・ノード(ノード(P)502)を第1の電圧レベルに
充電する。この特定例において、第1の電圧レベルは、
REFに等しい。ステップ706において、ランプ・ノ
ードを第2の電圧レベルにプリチャージする。この場合
の第2の電圧レベルは、VCCに等しい。
【0015】本発明の好ましい実施例を例示し、説明し
たが、本発明がこのようなものに限定されないことは、
明らかである。多数の改変、変更、変形、置換及び等価
なものは、付記した請求の範囲により定義された本発明
の精神及び範囲から逸脱することなく、当該技術分野に
習熟する者に明らかである。例えば、好ましい実施例を
SHスイッチ514においてPMOSデバイス508を
使用して示したが、他形式のデバイスを使用してプリチ
ャージ電圧レベルを異なったレベルにしてもよい。
【0016】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。
【0017】(1) サンプル・アンド・ホールド・ス
イッチに接続されたランプ・ノードを有するサンプル・
アンド・ホールド位相検出器におけるスプールを低下さ
せる方法において、(a)サンプル期間が発生した後に
ランプ・ノードを第1の電圧レベルに充電するステップ
と、(b)ステップ(a)の後にランプ・ノードを第2
の電圧レベルに充電するステップとを備えた方法。
【0018】(2) 前記第1の電圧レベルは、前記第
2の電圧レベルより低い第1項記載の方法。
【0019】(3) 更に、(c)ステップ(b)の後
に、新しいランプ期間を開始するステップを備えた第1
項記載の方法。
【0020】(4) ステップ(a)及び(b)は、前
記サンプル・アンド・ホールド位相検出器のホールド期
間において実行される第1項記載の方法。
【0021】(5) ステップ(a)は、期間がステッ
プ(b)より長い第4項記載の方法。
【0022】(6) ステップ(b)は、ステップ
(a)を完了した後に直ちに実行される第5項記載の方
法。
【0023】(7) サンプル・アンド・ホールド位相
検出器において、ランプ・ノードと、前記ランプ・ノー
ドに接続されたサンプル・アンド・ホールド・スイッチ
とを備え、前記ランプ・ノードは、サンプル期間が発生
した後、第1の電圧レベルに充電され、次いで前記ラン
プ・ノードが前記第1の電圧レベルに達した後、第2の
電圧レベルに充電されるサンプル・アンド・ホールド位
相検出器。
【0024】(8) 前記第1の電圧レベルは、前記第
2の電圧レベルより低い第7項記載のサンプル・アンド
・ホールド位相検出器。
【0025】(9) 前記サンプル・アンド・ホールド
位相検出器は、前記ランプ・ノードが前記第2の電圧レ
ベルに達した後、新しいランプ期間を開始する第7項記
載のサンプル・アンド・ホールド位相検出器。
【0026】(10) 前記ランプノードは、前記サン
プル・アンド・ホールド位相検出器のホールド期間にお
いて前記第1及び第2の電圧レベルに充電される第7項
記載のサンプル・アンド・ホールド位相検出器。
【0027】(11) サンプル期間(606)が発生
した後にランプ・ノード(502)を第1の電圧レベル
に充電するステップを含む、サンプル・アンド・ホール
ド位相検出器のスプリアス出力を低下させる方法。前記
ランプ・ノード(502)を前記第1の電圧レベルに充
電した後、プリチャージ期間(610)において前記ラ
ンプ・ノード(502)を第2の電圧レベルに充電させ
る。ホールド期間(614)において前記ランプ・ノー
ド(502)をプリチャージすることにより、SHスイ
ッチ(514)における漏洩電流を減少させ、これが電
圧ドリフトを最小化させ、これによってSH位相検出器
(500)のスプリアス・パフォーマンスを改善する。
【0028】(関連する出願に対するクロス・レファレ
ンス)この出願は、出願代理人文書番号第TI−315
15PS号を有し、西暦2000年8月18日に出願さ
れた「低スプリアス・パフォーマンスを有するサンプル
・アンド・ホールド(SH)位相検出器」(Sampl
e and Hold(SH) phase dete
ctor with low−spurious pe
rformance)と題する米国特許予備出願番号第
60/226,184号の恩恵を請求する。
【図面の簡単な説明】
【図1】SH位相検出器を使用した従来技術のフェーズ
・ロック・ループ(PLL)のブロック図を示す。
【図2】従来技術のSH位相検出器の回路図をを示す。
【図3】図2に示したSH位相検出器の信号波形図を示
す。
【図4】図2に示したSH位相検出器の漏洩電流を説明
する回路図を示す。
【図5】本発明によるSH位相検出器の電気的なモデル
の回路図を示す。
【図6】図5に示した本発明によるSH位相検出器の電
圧波形図を示す。
【図7】本発明により実行されるステップを説明する簡
単なフロー・チャートを示す。
【符号の説明】
500 SH位相検出器 502 ノードP 504、506 スイッチ 508 PMOSスイッチ 514 SHスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J106 AA04 CC01 CC25 CC41 CC53 DD08 GG04 JJ02 KK26

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サンプル・アンド・ホールド・スイッチ
    に接続されたランプ・ノードを有するサンプル・アンド
    ・ホールド位相検出器におけるスプールを低下させる方
    法において、(a)サンプル期間が発生した後にランプ
    ・ノードを第1の電圧レベルに充電するステップと、
    (b)ステップ(a)の後にランプ・ノードを第2の電
    圧レベルに充電するステップとを備えた方法。
  2. 【請求項2】 サンプル・アンド・ホールド位相検出器
    において、 ランプ・ノードと、 前記ランプ・ノードに接続されたサンプル・アンド・ホ
    ールド・スイッチとを備え、前記ランプ・ノードは、サ
    ンプル期間が発生した後、第1の電圧レベルに充電さ
    れ、次いで前記ランプ・ノードが前記第1の電圧レベル
    に達した後、第2の電圧レベルに充電されるサンプル・
    アンド・ホールド位相検出器。
JP2001248084A 2000-08-18 2001-08-17 低スプリアスを達成するサンプル・アンド・ホールド位相検出方法及びサンプル・アンド・ホールド位相検出器 Withdrawn JP2002111487A (ja)

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US22618400P 2000-08-18 2000-08-18
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US790377 2001-02-22
US226184 2001-02-22

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US6525521B2 (en) 2003-02-25
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