JP2004015088A - 小数点分周方式pll周波数シンセサイザ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位相比較器内に、所定の周波数にロックしょうとする時にはリングオシレータとして動作し、小数点分周動作のときは不感帯防止用遅延素子として動作するゲート遅延素子、を備えた小数点分周方式PLL周波数シンセサイザ。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、スプリアス成分を抑えた小数点分周方式PLL周波数シンセサイザに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
小数点分周方式PLL周波数シンセサイザは、可変分周器の分周数を周期的に切り替えることにより、平均の分周数として、小数点以下の分周数を設定可能とした周波数シンセサイザである。この小数点分周方式PLL周波数シンセサイザのメリットとしては、(1)チャンネル間隔よりも高い基準周波数(位相比較周波数)を設定でき、可変分周器の分周数を小さくできる。そのためPLLのループゲインは大きくなり、周波数切替時間を高速にすることが可能となる。(2)可変分周器の分周数を小さくできるため、位相雑音が小さくなる。という二点があげられる。
【0003】
図3に従来の小数点分周方式PLL周波数シンセサイザの基本構成を示す。ここで1は基準発振器、2は基準周波数用分周器、3は位相比較器、4aはチャージポンプ回路、5はループフィルタ、6は電圧制御発振器、7は可変分周器、8は分周数切替回路、9はシフトレジスタ、10は加算器、11はアキュムレータ、13aはチャージポンプバイアス回路である。
【0004】
次に、図3、図4により従来の小数点分周方式PLL周波数シンセサイザの動作を説明する。図3において、基準発振器1は信号Foscを基準周波数用分周器2に出力し、基準周波数用分周器2は信号Foscを分周した基準周波数信号Frefを位相比較器3に出力する。位相比較器3は可変分周器7の出力と前記の基準周波数信号Frefを比較し、チャージポンプ回路4aにUP信号またはDOWN信号を出力する。ループフィルタ5はチャージポンプ回路4aの出力電流を受けて電圧に変換し電圧制御発振器6に出力し、電圧制御発振器6からは信号Fvcoが可変分周器7に出力されPLLループが構成される。
【0005】
ここで、整数分周PLLの場合は、整数分周数が直接可変分周器7に入力されるのに対して、小数点分周PLLの場合は、シフトレジスタ9に接続された分周数切替回路8が構成され、可変分周器7に分周数NまたはN+1を周期的に出力することにより等価的に小数点分周を可能にしている。ここでシフトレジスタ9には可変分周器7の分周数値があらかじめ設定されており、整数分周値は分周数切替回路8中の加算器10に入力され、小数分周値はアキュムレータ11に入力される。具体的には、分周数切替回路8は基準周波数信号Frefパルスの2k回のうちm回だけ分周数をN+1に切替え、残りの2k−m回を分周数Nに切り替える動作をすることにより、平均の分周数として等価的に(N+m)/2kの分周数を設定することができる。
【0006】
図4に一例として、m=1,k=2の場合について、すなわち(N+1)/4分周の時の基準周波数Frefと可変分周器7の出力と位相誤差出力の関係を示す。この例において、4回の可変分周器7の出力のうち3回を分周数N、残り1回を分周数N+1にすることにより、4回の平均分周数は(N+1)/4となる。しかし、基準周波数Frefとの位相誤差が発生し、位相誤差量(この例の場合位相進み)が位相比較器3から信号として出力される。この信号の周期性は基準周波数Frefの周期の4倍になるため、基準周波数の1/4の周波数スプリアスが発生することになる。
【0007】
このため従来においては、図5に示すようにアキュムレータ11の出力値を入力とし、チャージポンプ回路4に出力するチャージポンプバイアス回路13aを設けていた。このチャージポンプバイアス回路13aは、ICPMBIASを基準バイアス電流とし、ミラー電流が1:21:22:…:2k−1となるようにトランジスタサイズを変化させたK段のカレントミラー回路で構成され、またNチャンネルMOSトランジスタのドレインを共通接続出力とし、チャージポンプ回路4aのソース基準バイアス電流源となるPチャンネルMOSトランジスタのドレインと接続されている。またさらにアキュムレータ11(図5の場合Kビット)の出力はNチャンネルMOSトランジスタのゲート部に接続されるが、ここでビット数の小さいものはミラー比の小さいもの、ビット数の大きいものはミラー比の大きいものと接続されている。
【0008】
このように構成されたチャージポンプバイアス回路13aは、アキュムレータ11からの入力値に比例したバイアス電流を発生し、チャージポンプ回路4aのソース電流にのみ加算されるようになっている。
【0009】
一方チャージポンプ回路4aは、ICPBIASを基準バイアス電流とし、カレントミラー回路のミラー比により電流値をN倍にして、位相比較器3からのUP信号によりPMOSトランジスタからはソース電流が出力され、また位相比較器3からのDOWN信号によりNMOSトランジスタからはシンク電流が流れるように構成されている。
このような構成により、小数点分周動作に用いるアキュムレータ11の出力信号値に比例した位相誤差補償電流(スプリアスキャンセル電流)をチャージポンプ回路4aのソース電流に加算することにより、小数点分周方式PLLの位相誤差をキャンセルしていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来の構成による位相誤差補償電流を印加する時間は、図6に示すような従来の位相比較器3において、不感帯防止のために生成しているゲート遅延時間であり、従ってチャージポンプ電流のシンク・ソースが同時にオンする時間であった。
しかしながら、位相比較器3のゲート遅延時間は、素子の製造時のバラツキや、動作温度、動作電源電圧等により変化するため、スプリアス信号の抑圧量もバラツキが生じることになり、特に携帯電話等の無線機器に用いる場合には、そのスプリアス信号が妨害信号として作用し問題であった。
【0011】
そのため、従来はスプリアス信号の抑圧度の変動を抑えるために、遅延ゲートと同一素子を用いた図7に示すようなリングオシレータ回路を別途設け、その発振周期をモニタし、スプリアスキャンセル電流を発振周期に比例したバイアス源として発生させることも行われていた。
しかしながら、その場合においても、製造バラツキ等により遅延素子間のバラツキは吸収できず、そのバラツキ量が大きい時、スプリアス信号の抑圧度が低下してしまうという問題があった。
【0012】
本発明の目的は、以上説明したようにゲート素子が製造バラツキを生じても、所望のスプリアス信号の抑圧が可能な小数点分周方式PLL周波数シンセサイザを得る事をその目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る小数点分周方式PLL周波数シンセサイザは、所定の周波数にロックしょうとする時にはリングオシレータとして動作し、小数点分周動作のときは不感帯防止用遅延素子として動作するゲート遅延素子、を位相比較器内に備えたものである。
【0014】
また、ゲート遅延素子は、トランスミッションゲートによりスイッチングされるものである。
【0015】
また、トランスミッションゲートは、分周数の更新に用いられるセット信号により制御されるものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1に本発明の小数点分周方式PLL周波数シンセサイザに用いられる位相比較器を示す。ここで、Q1〜Q(2N−1)、およびTR1〜TR6はNANDゲート、また、INV1、INV2はインバータ、TRM1〜TRM4はトランスミッションゲート、RON、ROMB、ROSCは信号をそれぞれ表わす。
図1において、図6に示す従来の位相比較器と異なる点は、ゲート遅延素子(Q1、Q2、・・・、Q(2N−1)で構成される)の前段および後段にトランスミッションゲートTRM1、およびTRM2を接続し、かつトランスミッションゲートTRM1、TRM2は同一形状の素子で構成されていることである。ここで位相比較器の遅延時間はトランスミッションゲートTRM1とNANDゲートQ1〜Q(2N−1)の合計遅延時間で決定する。
また、トランスミッションゲートTRM3、およびTRM4が設けられているが、これらは常にON固定である。ここでトランスミッションゲートTRM3はFvco/Nの位相進み、遅れにかかわらず、常に同時ON幅を一定に保つために挿入している。一方トランスミッションゲートTRM4はトランスミッションゲートTRM2と同一形状であり寄生容量が同じになるように接続されている。
【0017】
ここで、CONT信号は、トランスミッションゲートTRM1およびNANDゲートQ1〜Q(2N−1)をゲート遅延素子として動作するか、または、リングオシレータとして動作するかを制御する信号であり、PLLの分周数を更新する際に用いるセット信号を用いることができる。CONT信号の同相信号がRON信号であり、逆相がRONB信号である。
CONT=Lの時、RON=LおよびRONB=H信号になり、トランスミッションゲートTRM1がONし、トランスミッションゲートTRM2がOFFする。この時、位相比較器としては従来の位相比較器と同様な動作を行い、Fref信号とFvco/N信号の位相差に相当する時間だけ、UP信号がL出力するか、もしくは、DN信号(DOWN信号)がH出力する。
【0018】
図2にCONT=L時の位相比較器の動作説明をする。Fref信号と比べて、Fvco/N信号の位相がΔTだけ進んで入力された時、UP信号より先にDN信号がH出力し、それにΔTだけ遅れてDN信号がL出力される。
逆に、Fref信号に比べて、Fvco/N信号がΔTだけ遅れて入力された時、UP信号と比べて、DN信号が遅れてH出力し、遅れ時間はΔTになる。
【0019】
また、ここでUP信号、DN信号ともにONする時間Δtがあるが、位相比較器の不感帯防止のためであり、遅延時間は、トランスミッションゲートTRM1、およびNANDゲートQ1〜Q(2N−1)で決まる。
【0020】
次にCONT=Hの時は、RON=HおよびRONB=L信号になり、トランスミッションゲートTRM1がOFFし、TRM2がONする。また、NANDゲートTR1およびTR2の出力信号は、RONB信号がLになるためH固定になり、インバータINV1とINV2により極性が反転し、NANDゲートTR3、TR4の片側の入力がLに確定するため、NANDゲートTR3、TR4、の出力がH固定になる。また、NANDゲートTR6の片側入力はRONB(L)であるため出力はH固定になる。このようにして、トランスミッションゲートTRM1、NANDゲートQ1、〜Q(2N−1)、トランスミッションゲートTRM2はループ状に接続され、トランジスタの接続段数が奇数段で位相が反転するためリングオシレータとして動作する。発振周波数は、ゲート遅延時間の2倍の逆数になるため、このリングオシレータの発振周期をモニタすることは、遅延時間を測定することと等しくなる。
【0021】
このように構成することにより、ゲート遅延素子は位相比較器内に構成されているために、素子間の製造バラツキの影響を受けにくく、所望のスプリアス信号の抑圧が可能な位相比較器を得ることができる。
また図1においては、ゲート遅延素子はNAND素子とインバータから成るが、インバータのみで構成してもよい。
【0022】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【0023】
第1の発明においては、小数点分周方式PLLループを構成する位相比較器において、所定の周波数にロックしょうとする時にはリングオシレータとして動作し、小数点分周動作のときは不感帯防止用遅延素子として動作するゲート遅延素子、を備えたことにより、小数点分周方式PLL周波数シンセサイザ特有の小数点補償により発生するスプリアス周波数レベルの抑圧度のバラツキを抑えることができる。
【0024】
第2の発明においては、ゲート遅延素子は、トランスミッションゲートによりスイッチングされるため、簡単な構成とすることができる。
【0025】
第3の発明においては、トランスミッションゲートは、分周数の更新に用いられるセット信号により制御されることにより、特に新たな制御信号を発生させることなく、簡単な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1における位相比較器の回路図。
【図2】実施の形態1における位相比較器の出力波形図。
【図3】従来の小数点分周方式PLLシンセサイザの構成図
【図4】従来の小数点分周方式PLLシンセサイザにおける基準周波数信号と可変分周器の出力信号と位相誤差出力の関係を示す図。
【図5】従来のチャージポンプ回路およびチャージポンプバイアス回路を示す回路図。
【図6】従来の位相比較器を示す回路図。
【図7】従来のリングオシレータを示す回路図。
【符号の説明】
1 基準発振器、2 基準周波数用分周器、3 位相比較器、4a チャージポンプ回路、8 分周数切替回路、13a チャージポンプバイアス回路。
Claims (3)
- 小数点分周方式PLLループを構成する位相比較器において、所定の周波数にロックしょうとする時にはリングオシレータとして動作し、小数点分周動作のときは不感帯防止用遅延素子として動作するゲート遅延素子、を備えたことを特徴とする小数点分周方式PLL周波数シンセサイザ。
- 前記ゲート遅延素子は、トランスミッションゲートによりスイッチングされることを特徴とする請求項1に記載の小数点分周方式PLL周波数シンセサイザ。
- 前記トランスミッションゲートは、分周数の更新に用いられるセット信号により制御されることを特徴とする請求項2に記載の小数点分周方式PLL周波数シンセサイザ。
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