JP2004080357A - Lock discrimination circuit and pll frequency synthesizer - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はロック判定回路及びPLL周波数シンセサイザに関し、特に外部基準信号を用いて電圧制御発振器の出力信号から生成される比較信号と前記外部基準信号から生成される基準信号との位相が揃ったか否かを判定するロック判定回路及びPLL周波数シンセサイザに関する。
【0002】
【従来の技術】
テレビジョン受信機やビデオテープレコーダ(VTR;Video Tape Recorder)等の放送受信機器、あるいは携帯電話等の無線通信機器には、所望の受信周波数あるいは送信周波数を得ることを目的としたPLL(Phase−Locked Loop)周波数シンセサイザが使用されている。このPLL周波数シンセサイザは、水晶発振器等が発生する所定の周波数の発振信号である外部基準信号OSCinを分周して生成される基準信号frと比較信号fpの位相が揃ったか否かを検出するロック判定回路を備えている。ロック判定回路の判定結果は、機器全体を制御するマイクロプロセッサ等の制御部に出力され、受信や送信動作等を開始するか否かの判断基準に用いられる。図6は、従来のロック判定回路の構成図である。
【0003】
従来のロック判定回路は、前段の位相比較器により検出された基準信号frと比較信号fpとの位相誤差信号LOCKと、基準信号DXとを入力する。基準信号DXは基準信号frと同位相、同周波数の信号である。データフリップフロップ(以下、FFと表記する)1は、データ入力端子Dにインバータ61により反転された位相誤差信号LOCKを入力し、基準信号DXの立ち上がりでインバータ61の出力をラッチして出力する。アンド62は、FF1とインバータ61の出力との論理積をとる。FF2は、アンド62の出力を基準信号DXの立ち上がりでラッチしたレベル値の反転出力(A)をFF3へ出力する。FF3はFF2の出力(A)、FF4はFF3の出力、及びFF5はFF4の出力をデータ入力端子Dに入力し、インバータ61の立ち上がりで入力信号をラッチし、出力する。アンド63は、FF3、FF4及びFF5の出力値の論理積をとり、ロック判定出力信号LDとして出力する。
【0004】
ロック判定回路の動作をタイムチャートで説明する。図7は、従来のロック判定回路のタイムチャートである。(1)はロック判定の場合、(2)はアンロック判定の場合を示している。
【0005】
FF2の出力信号(A)は、基準信号DXをクロック信号として検出される位相誤差信号LOCKのパルス幅が基準信号DXの2倍以下の幅であるかどうかを示す信号である。FF3、FF4、FF5が順次データを保持することにより、アンド63の出力は、位相誤差信号LOCKのパルス幅が基準信号DXの2倍以下の幅である状態が3回以上継続された場合に“H(ロック)”となる。また、位相誤差が発生した場合に“L(アンロック)”となる。このように、ロック判定回路は、外部基準信号OSCinから生成される基準信号DXに基づいてロック判定出力信号LDを変化させている。
【0006】
ここで、外部基準信号OSCinを入力する基準信号入力回路について説明する。図8は、従来の基準信号入力回路の構成図である。(1)は、CMOS+フィードバック抵抗を具備する回路の一例であり、(2)はフィードバック抵抗のないその他の回路の一例である。
【0007】
基準信号入力回路(1)は、外部基準信号OSCinの入力端子とキャパシタを介して接続するインバータにフィードバック抵抗Rが並列に接続される回路構成であり、従来のロック判定回路に多く採用されてきた。一方、基準信号入力回路(2)は、フィードバック抵抗Rを具備せず、外部基準信号OSCinの入力端子とキャパシタを介して接続するインバータと、キャパシタとの間にバイアス電圧が印加されている。この基準信号入力回路(2)の回路構成は、基準信号入力回路(1)に比べて外部基準信号OSCinが小振幅でも安定して動くことができるため、消費電力を少なくすることができ、近年、広く採用されるようになってきている。
【0008】
このように、基準信号入力回路(1)または(2)により入力された外部基準信号OSCinに基づいて生成される基準信号DXがロック判定回路に供給され、ロック判定回路は、基準信号DXに同期して動作を行なう。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のロック判定回路では、基準信号入力回路において外部基準信号が停止すると、PLLがアンロックにも拘わらず、ロック判定が「ロック」になる場合が発生するという問題がある。
【0010】
上記の説明のように、ロック判定回路による判定結果は、システムの動作を決定するための重要な情報である。このロック判定回路は外部基準信号OSCinより生成される基準信号DXに同期して動作を行なっているため、水晶発振器の故障等により外部基準信号OSCinが停止した場合のロック判定回路の出力値がシステム的に重要な問題となる。特に、ロック判定出力信号LDが誤って「ロック」に固定されてしまった場合、システム的に誤動作を招く等の問題が発生する。
【0011】
外部基準信号OSCinが停止した場合のロック判定回路の動作は、基準信号入力回路の構成により違いがあるため、基準信号入力回路(1)及び(2)の各々の場合について説明する。
【0012】
まず、フィードバック抵抗を具備する基準信号入力回路(1)について説明する。基準信号入力回路(1)の場合は、ロック判定出力信号LDがロック状態で外部基準信号OSCinが停止しても、フィードバック抵抗Rがあるため、インバータの入力である、外部基準信号OSCinと出力のレベルが一定になるまで任意の周波数で発振が継続する。このため、ロック判定回路にはクロック信号である基準信号DXが入力される。この基準信号DXは、通常時の信号とは異なる周波数であるため、結果としてロック判定がアンロックの判定となる。
【0013】
次に、近年採用されつつあるフィードバック抵抗を具備しない基準信号入力回路(2)の場合について説明する。この基準信号入力回路(2)の場合は、外部基準信号OSCinが停止した段階で基準信号入力回路の出力も停止する。この場合、PLLがロックしている状態で外部基準信号OSCinが停止すると、PLLはアンロックにも拘わらず、ロック判定回路は「ロック:LD=H」のままになってしまう。
【0014】
これをそれぞれの動作波形を用いて説明する。図9は、外部基準信号OSCinが停止した場合の動作波形を示している。(1)は、基準信号入力回路(1)の「CMOS+フィードバック抵抗」における動作波形である。(2)は、基準信号入力回路(2)の「その他の回路」における動作波形である。
【0015】
基準信号入力回路(1)の場合は、外部基準信号OSCinが停止すると、外部基準信号OSCinの停止から少しの間フィードバック抵抗Rにより生じる発振信号を基準信号DXとして動作し、その結果としてロック判定出力は、ロック(H)からアンロック(L)になる。しかしながら、結果としてアンロックの判定とはなるが、外部基準信号OSCinの停止を直接監視しているわけではないため、停止と同時にアンロックと判定されることはない。上記の説明のように、機器の制御を行なう制御部が用いる信号であるため、誤動作を防止するためには迅速かつ確実にアンロック判定となることが望ましい。
【0016】
一方、基準信号入力回路(2)の場合は、外部基準信号OSCinが停止すると、ロック検出用のクロック信号である基準信号DXが停止し、ロック判定回路が停止してしまう。このため、ロック判定出力信号LDは最終の値(ロック)に固定される。この結果、アンロックの状態であるにも拘わらず、制御部がロック状態であると判断して処理を行なうため、機器の誤動作を招く可能性がある。
【0017】
このような外部基準信号の停止によるロック状態の固定を防止するため、例えば、特開平10−322199公報記載の「半導体集積回路装置及びPLL周波数シンセサイザ」では、基準信号frと比較信号fpとからロック判定回路のクロック信号を生成し、外部基準信号より生成される基準信号frが停止した場合には、比較信号fpをロック検出のための基準信号とすることによってロック判定回路を動作させ、ロック判定回路がロック状態に固定されるのを防止している。
【0018】
しかしながら、このような構成のPLL周波数シンセサイザは、基準信号frが停止してもロック判定回路を正常に動作させ、結果としてアンロックにさせるものである。このため、上記の説明の基準信号入力回路(1)の場合と同様の問題が生じる。
【0019】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、外部基準信号が停止した場合の動作状態とロック判定回路の判定結果不一致を確実に防止することが可能なロック判定回路及びこのロック判定回路を備えた周波数シンセサイザを提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図2に示すような、電圧制御発振器の出力信号を設定周波数に分周した比較信号と所定の周波数の外部基準信号を基準周波数に分周した基準信号との位相誤差と、前記基準信号とに基づいて前記比較信号の位相が前記基準信号にロックしたか否かを判定するロック判定回路において、前記ロック判定回路に入力する前記基準信号を監視し、前記基準信号が停止したか否かに応じた所定の出力信号を生成する基準信号検出部と、前記基準信号検出部の出力信号に基づいて前記基準信号が停止したことを検出した場合にはロック判定をアンロックに設定するロック検出部と、を具備することを特徴とするロック判定回路、が提供される。
【0021】
このような構成のロック判定回路は、電圧制御発振器の出力信号を設定周波数に分周した比較信号と所定の周波数の外部基準信号を基準周波数に分周した基準信号との間の位相誤差信号LOCKを入力し、基準信号DXをクロック信号としてロック判定を行なう。基準信号検出部を構成する、例えば電圧加算器51は、ロック判定回路に入力する基準信号DXを入力して監視し、基準信号DXが停止したか否かに応じた所定の基準信号検出信号DXAを生成する。基準信号検出部である電圧加算器51は、例えば、基準信号DXが正常に入力する場合は電圧レベル“H”を出力し、基準信号DXが停止した場合は電圧レベル“L”を出力する。この電圧加算器51の出力信号は、位相が合っている状態が一定時間継続するロック状態となったか否かを検出するロック検出部を構成するFF3(66)、FF4(67)及びFF5(68)のクリア端子に接続される。ロック検出部は、FF3(66)、FF4(67)、FF5(68)及びアンド63より構成されており、基準信号検出部である電圧加算器51の基準信号検出信号DXAが、“L”(基準信号DX停止)となった場合、FF回路がクリアされ、出力端子Qから0が出力される。この結果、ロック判定出力信号LDが“L”(アンロック状態)になる。
【0022】
さらに、このようなロック判定回路を具備するPLL周波数シンセサイザは、基準信号検出回路を具備し、基準信号検出回路において基準信号DXを監視し、基準信号DXが停止したか否かに応じた基準信号検出信号DXAをロック判定回路に出力する。ロック判定回路は、基準信号検出回路の基準信号検出信号DXAが“基準信号停止”となった場合、強制的にアンロック判定を出力する。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施の形態であるPLL周波数シンセサイザの構成図である。
【0024】
本発明に係るPLL周波数シンセサイザは、入力される制御電圧信号の電圧値に応じた周波数(fin)の信号を発生させる電圧制御発振器(以下、VCO(Voltage Controlled Oscillator)とする)の出力信号を入力し、所定の周波数に分周するプリスケーラ11と、プリスケーラ11によって分周された発振信号をさらに設定周波数に分周して比較信号fpを生成する比較分周器12と、水晶発振器等の発生する所定の周波数の外部基準信号OSCinを入力する基準信号入力回路21と、基準信号入力回路21の入力した外部基準信号OSCinを基準周波数に分周して基準信号fr、DXを生成する基準分周器22と、比較信号fpと基準信号frの位相を比較して位相誤差信号LOCKを生成する位相比較器30と、位相比較器30の検出する位相誤差信号に応じた出力電流Doを出力するチャージポンプ(以下、C/Pとする)40と、基準分周器22の生成する基準信号DXを入力して基準信号が停止したか否かを監視して基準信号検出信号DXAを生成する基準信号検出回路50と、位相誤差信号LOCK、基準信号DX及び基準信号検出信号DXAを入力し比較信号fpの位相が基準信号frの位相にロックしたか否かを検出してロック判定出力信号LDを生成するロック判定回路60と、から構成される。
【0025】
VCOは、制御電圧信号の電圧値に応じた周波数finの発振信号を生成し、プリスケーラ11に出力する。VCOによって生成された高周波数の発振信号は、プリスケーラ11によって所定の周波数まで分周され、比較分周器12に出力される。比較分周器12は、さらに、プリスケーラ11により分周された発振信号を予め設定された設定周波数に分周して比較信号fpを生成する。このようにしてVCOの生成した発振信号(周波数fin)から比較信号fpが生成され、位相比較器30に出力される。
【0026】
基準信号入力回路21は、水晶発振器等が発生する固有周波数の外部基準信号OSCinを入力し、基準分周器22に出力する。
基準分周器22は、基準信号入力回路21から入力する外部基準信号OSCinを基準周波数に分周して基準信号frを生成し、位相比較器30に出力する。また、同様の基準信号DXを生成し、ロック検出用のクロック信号としてロック判定回路60へ出力する。
【0027】
位相比較器30は、比較信号fpと基準信号frとの位相を比較し、その比較結果に基づく第1、第2の位相誤差信号をC/P40へ出力する。また、基準信号frの立ち上がりと比較信号fpの立ち上がりの位相差に応じたパルス信号である位相誤差信号LOCKを生成し、ロック判定回路60へ出力する。
【0028】
C/P40は、位相比較器30の検出した第1、第2の位相誤差信号を入力し、これらの位相誤差信号に対応する時間、出力電流Doを出力する。さらに、C/P40の出力電流Doに応じてVCOの制御電圧信号が生成され、この制御電圧信号に従ってVCOの出力周波数が制御される。
【0029】
基準信号検出回路50は、基準分周器22の生成する基準信号DXを入力し、基準信号DXを監視し、基準信号DXが停止したか否かに応じて基準信号検出信号DXAを生成し、ロック判定回路60へ出力する。基準信号検出回路50は、例えば、基準信号DXが動作している(基準周波数の発振信号が入力する)間は、基準信号検出信号DXAとして所定の電位を維持し、基準信号DXが停止すると基準信号検出信号DXAの電位を維持できなくなるような回路で構成する。このような回路は、電圧加算回路、昇圧回路、あるいは積分回路等により構成することができる。
【0030】
ロック判定回路60は、位相比較器30の生成する位相誤差信号LOCK、基準分周器22の生成する基準信号DX、基準信号検出回路50の生成する基準信号検出信号DXAを入力し、比較信号fpの位相が基準信号frにロックしたか否かの判定を行なう。ロック判定回路60では、基準信号検出信号DXAを監視し、基準信号検出信号DXAが基準信号DXの入力を示している場合は、基準信号DXと位相誤差信号LOCKとに基づいて、比較信号fpの位相が基準信号frにロックしたか否かの判定を行ない、「ロック」または「アンロック」のロック判定出力信号LDを出力する。また、基準信号検出信号DXAが基準信号DXの停止を示している場合は、ロック判定出力信号LDを強制的に「アンロック」にする。
【0031】
このような構成のPLL周波数シンセサイザの動作について説明する。
VCOが生成する周波数finの発振信号は、プリスケーラ11に入力し、所定の周波数に分周された後、さらに比較分周器12によって設定周波数まで分周される。これにより、周波数finの入力信号から設定周波数の比較信号fpが生成され、位相比較器30に出力される。また、水晶発振器等が発生する一定周波数の発振信号に基づく外部基準信号OSCinが基準信号入力回路21より入力し、基準分周器22で基準周波数まで分周され、基準信号fr、DXが生成される。基準周波数の基準信号frは位相比較器30、基準信号DXは基準信号検出回路50及びロック判定回路60へ出力される。
【0032】
位相比較器30では、VCOの出力信号に基づく比較信号fpと、外部基準信号OSCinに基づく基準信号frの位相を比較し、比較した結果検出された位相差をC/P40へ出力する。また、比較信号fpと基準信号frの位相誤差信号LOCKをロック判定回路60へ出力する。
【0033】
C/P40は、位相差を入力し、位相差に応じた時間出力電流Doを出力する。さらに、出力電流Doに応じてVCOの制御電圧信号が生成され、この制御電圧信号に従ってVCOの出力周波数が制御される。このように、VCOの生成する発振信号(周波数fin)は、比較信号fpと基準信号frに基づいて位相比較器30、C/P40、VCO、プリスケーラ11及び比較分周器12からなる閉ループのPLL回路で帰還制御される。
【0034】
また、基準信号検出回路50は、基準信号DXを監視し、基準信号DXが入力されているか否かを示す基準信号検出信号DXAを生成し、ロック判定回路60へ出力する。ロック判定回路60は、基準信号検出信号DXAを監視し、基準信号検出信号DXAが基準信号DXの停止を示している場合は、ロック判定出力信号LDを強制的に「アンロック」にする。一方、基準信号検出信号DXAが基準信号DXの入力を示している場合は、基準信号DXと位相誤差信号LOCKとに基づいて、比較信号fpの位相が基準信号frにロックしたか否かの判定を行ない判定結果に応じたロック判定出力信号LDを出力する。このようにして生成されたロック判定出力信号LDは、システムを制御するマイクロプロセッサ等の制御部に送られ、処理の開始や終了等の動作制御時の判断に用いられる。
【0035】
このような構成のPLL周波数シンセサイザでは、基準信号DXが入力しているか否かを監視する基準信号検出回路50を設け、基準信号DXの検出有無に応じて基準信号検出信号DXAをロック判定回路60へ出力する。ロック判定回路60は、基準信号検出信号DXAに基づいて基準信号DXの停止が検出された場合、ロック検出出力信号を強制的に「アンロック」にする。このように、基準信号の停止によりPLLがアンロックの状態になった場合、ロック判定回路60の出力結果を確実に一致させることが可能となる。この結果、ロック判定出力信号LDを参照する制御部の誤動作等を確実に防止することができる。
【0036】
上記の説明では、基準信号検出回路50をロック判定回路60の外部に設けるとしたが、ロック判定回路60内部に設けることもできる。
次に、基準信号検出回路50を含むロック判定回路60の回路構成について説明する。図2は、本発明の一実施の形態であるロック判定回路の構成図である。
【0037】
本発明に係るロック判定回路は、基準信号DXと位相誤差信号LOCKを入力信号とし、基準信号DXの入力有無に応じて基準信号検出信号DXAの出力値を変化させる電圧加算器51、位相誤差信号LOCKを反転出力するインバータ61、インバータ61出力をラッチするFF1(64)、インバータ61出力とFF1(64)の論理積を算出するアンド62、アンド62出力をラッチするFF2(65)、FF2出力をラッチするとともに基準信号検出信号DXAに応じて出力をクリアするFF3(66)、FF3出力をラッチするとともに基準信号検出信号DXAに応じて出力をクリアするFF4(67)、FF4出力をラッチするとともに基準信号検出信号DXAに応じて出力をクリアするFF5(68)及びFF3(66)、FF4(67)及びFF5(68)の出力信号の論理積を算出し、ロック判定出力信号LDを生成するアンド63から構成される。
【0038】
インバータ61は、入力端子は位相比較器30の位相誤差信号LOCK出力端子に、出力端子はFF1(64)及びアンド62の入力端子に接続し、位相誤差信号LOCKの反転信号を生成する。すなわち、位相誤差信号LOCKが“H”出力の期間が位相誤差の発生している期間になる。
【0039】
FF1(64)は、データ入力端子Dはインバータ61の出力端子に、クロック端子CLKは基準信号DXの出力端子に接続し、出力端子Qはアンド62の入力端子に接続する。FF1(64)は、基準信号DXの立ち上がりでラッチしたインバータ61の出力値をアンド62へ出力するとともに、1クロック間保持する。
【0040】
アンド62は、入力端子は、インバータ61出力とFF1(64)出力に接続し、出力端子はFF2(65)のデータ入力端子Dに接続する。インバータ61出力値とFF1(64)出力値との論理積を出力信号としてFF2(65)へ出力する。
【0041】
FF2(65)は、データ入力端子Dはアンド62の出力端子に、クロック端子CLKは基準信号DXの出力端子に接続し、出力端子XQはFF3(66)のデータ入力端子Dに接続する。FF2(65)は、基準信号DXの立ち上がりでラッチしたインバータ61の出力値を反転し、反転信号(A)としてFF3(66)へ出力するとともに、1クロック間保持する。
【0042】
FF3(66)は、データ入力端子DはFF2(65)の出力端子に、クロック端子CLKはインバータ61の出力端子に、クリア端子CLRは基準信号検出信号DXAの出力端子に接続し、出力端子QはFF4(67)のデータ入力端子Dとアンド63の入力端子とに接続する。FF3(66)は、位相誤差信号LOCKの反転信号の立ち上がりでラッチしたFF2(65)の出力信号(A)をFF4(67)へ出力するとともに、1クロック間保持する。また、クリア端子CLRへの入力信号が0になった場合は、出力信号を0にクリアする。
【0043】
FF4(67)は、データ入力端子DはFF3(66)の出力端子に、クロック端子CLKはインバータ61の出力端子に、クリア端子CLRは基準信号検出信号DXAの出力端子に接続し、出力端子QはFF5(68)のデータ入力端子Dとアンド63の入力端子に接続する。FF4(67)は、位相誤差信号LOCKの反転信号の立ち上がりでラッチしたFF3(66)の出力信号をFF5(68)へ出力するとともに、1クロック間保持する。FF4(67)は、FF3(66)の1クロック(インバータ61の出力信号の生成するクロック)前の出力信号をラッチすることになる。また、クリア端子CLRへの入力信号が0になった場合は、出力信号を0にクリアする。
【0044】
FF5(68)は、データ入力端子DはFF4(67)の出力端子Qに、クロック端子CLKはインバータ61の出力端子に、クリア端子CLRは基準信号検出信号DXAの出力端子に接続し、出力端子Qはアンド63の入力端子に接続する。FF5(68)は、位相誤差信号LOCKの反転信号の立ち上がりでラッチしたFF4(67)の出力信号をアンド63へ出力するとともに、1クロック間保持する。FF4(67)は、FF3(66)の2クロック前の出力信号をラッチすることになる。また、クリア端子CLRへの入力信号が0になった場合は、出力信号を0にクリアする。
【0045】
アンド63は、FF3(66)、FF4(67)及びFF5(68)の出力信号を入力し、その論理積をロック判定出力信号LDとして出力する。FF3(66)、FF4(67)及びFF5(68)の出力信号が全て1となった場合、すなわち、位相誤差信号LOCKのパルス幅が基準信号DXの2倍以下の幅である状態が3回以上連続して維持された場合、ロック判定出力信号LDが「ロック」、LD=“1”となる。この状態が維持されなくなった場合と、FF3(66)、FF4(67)及びFF5(68)の出力信号が基準信号停止によりクリアされた場合には、ロック判定出力信号LDは、LD=“0”となる。
【0046】
このような構成のロック判定回路の動作について説明する。
ロック判定回路に入力する位相誤差信号LOCKは、位相比較器30の生成した基準信号frと比較信号fpの立ち上がりの位相誤差に応じたパルス幅信号である。一方、基準信号DXは、基準分周器22が生成した基準信号frと同一のクロック信号であり、基準信号検出回路50が生成した基準信号検出信号DXAである。
【0047】
インバータ61は、位相誤差信号LOCKの反転出力で、パルス幅が大きいほど比較信号fpと基準信号frの位相誤差が大きいことを表す。FF1(64)は、基準信号DXの立ち上がりエッジで、インバータ61の出力信号である位相誤差信号LOCKの反転信号をラッチし、ラッチした信号のレベルをアンド62へ出力する。アンド62では、インバータ61の出力信号とFF1(64)の出力信号の論理積をとりFF2(65)へ出力する。FF2(65)では、基準信号DXの立ち上がりエッジでアンド62の出力信号をラッチし、ラッチした信号の反転信号を出力信号(A)としてFF3(66)へ出力する。出力信号(A)は、位相誤差信号LOCKのパルス幅が基準信号DXの2倍以下の幅であるかどうかを示しており、位相誤差信号LOCKのパルス幅が基準信号DXの2倍以下の場合は“1”が、それ以外の場合は“0”が出力される。
【0048】
FF3(66)は、インバータ61の立ち上がり、すなわち位相誤差信号LOCKの立ち下がりエッジに同期してFF2(65)の出力信号(A)をラッチし、ラッチした信号のレベルをFF4(67)及びアンド63へ出力する。これにより、位相誤差が発生している期間が基準信号DXの立ち上がりエッジの2つ以上にかかる場合、“0”が出力され、かからない場合“1”が出力される。また、クリア端子CLRから入力する基準信号検出信号DXAが“0”であれば、出力信号をクリアする。FF4(67)は、同様にインバータ61の立ち上がりエッジに同期してFF3(66)の出力信号をラッチし、ラッチした信号のレベルをFF5(68)及びアンド63へ出力する。これにより、前クロックにおいて位相誤差が発生している期間が基準信号DXの立ち上がりエッジの2つ以上にかかる場合、“0”が出力され、かからない場合“1”が出力される。また、クリア端子CLRから入力する基準信号検出信号DXAが“0”であれば、出力信号をクリアする。FF5(68)も同様に、インバータ61の立ち上がりエッジに同期してFF4(67)の出力信号をラッチし、アンド63へ出力する。これにより、前々周期のクロックにおいて位相誤差が発生している期間が基準信号DXの立ち上がりエッジの2つ以上にかかる場合、“0”が出力され、かからない場合“1”が出力される。また、クリア端子CLRから入力する基準信号検出信号DXAが“0”であれば、出力信号をクリアする。
【0049】
アンド63は、FF3(66)、FF4(67)及びFF5(68)の出力信号を入力し、これらの論理積をロック判定出力信号LDとして出力する。これにより、基準信号検出信号DXAが“0”(基準信号停止)であれば、「アンロック」と判定してLD=“L”が出力される。基準信号検出信号DXAが“1”(基準信号正常)であり、位相誤差信号LOCKのパルス幅が基準信号DXの2倍以下である状態が3回以上連続維持されると「ロック」と判定してLD=“H”、位相誤差信号LOCKの幅はDXの信号パルス幅以上になると「アンロック」と判定しLD=“L”を出力する。
【0050】
この動作をタイムチャートで説明する。図3は、本発明の一実施の形態であるロック判定回路のタイムチャートである。
基準信号入力回路の出力信号(OUT)が正常の状態では、この信号に基づいて基準信号DXが正常に生成され、電圧加算器51の出力(DXA)も正常“1”を示す所定の電位が維持される。これに伴って、ロック判定回路60は、比較信号fpと基準信号frの位相が合っているかどうかの判定を行ない、ロック判定出力信号LDを出力する。何らかの事情で基準信号入力回路の出力信号(OUT)が停止すると、基準信号DXも停止する。電圧加算器51では、基準信号DXが停止したことにより、基準信号検出信号DXAの電位が維持できず、出力値が基準信号停止を示す“0”へ変化する。ロック判定回路60では、基準信号検出信号DXAが“0”に立ち下がったことにより、FF3(66)、FF4(67)及びFF5(68)の出力が“0”になり、アンド63の出力信号であるロック判定出力信号LDも“0”になる。
【0051】
このように、本発明のロック判定回路によれば、基準信号が停止した場合、直ちにロック判定をアンロックにすることができる。
次に、基準信号検出回路の実施の態様である電圧加算器を用いた回路構成について説明する。
【0052】
第1に、最も簡単に回路を構成する場合について説明する。図4は、本発明の一実施の形態であるPLL周波数シンセサイザにおけるパッシブ型の電圧加算器の回路図である。
【0053】
パッシブ型の電圧加算器は、受動素子だけで構成される電圧加算器で、基準信号DXが入力する入力端子と、基準信号検出信号を出力する出力端子とに接続する抵抗R1と、抵抗R1と出力端子との間とグランドに接続するキャパシタC1と、キャパシタC1と同様に抵抗R1と出力端子との間とグランドに接続する抵抗R2とから構成される。このような構成の電圧加算器は、フィルタとして動作し、キャパシタC1の容量、抵抗R1、R2の抵抗値を基準信号DXの周波数に対して適当に選択すれば、基準信号DXが入力している間、基準信号検出信号DXAの電圧レベルは所定の電位以上を維持することができる。
【0054】
第2に、出力信号である基準信号検出信号DXAの出力値を所定のレベルにする回路構成の場合について説明する。図5は、本発明の一実施の形態であるPLL周波数シンセサイザにおけるアクティブ型の電圧加算器の回路図である。
【0055】
アクティブ型の電圧加算器は、能動素子も用いて構成される電圧加算器で、基準信号DXが入力する入力端子と、基準信号検出信号を出力する出力端子間に演算増幅器(OP−amp)が設けられている。OP−ampの反転入力端子には抵抗R1を介して基準信号DXの入力端子が接続し、非反転入力端子には電源が接続する。また、OP−ampと並列にキャパシタC1と抵抗R2が設けられている。このような構成の電圧加算器は、積分回路として動作し、回路の伝達特性は上記のパッシブ型の電圧加算器と同様の特性を持つ。すなわち、基準信号DXが入力している間、基準信号検出信号DXAの電圧レベルは所定の電位以上を維持することができる。ただし、パッシブ型の電圧加算器では増幅はできないが、アクティブ型の電圧加算器は増幅が可能である。
【0056】
このように基準信号検出回路は、上記の説明のような比較的簡単な回路構成によって実現することが可能である。この基準信号検出回路で検出された基準信号の入力有無をロック判定に用いることにより、迅速かつ確実に「アンロック」を制御部へ伝達することができる。この結果、ロック判定と実際の状態の不一致により生じる誤動作を確実に防止することができる。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のロック判定回路及びPLL周波数シンセサイザでは、外部基準信号から生成される基準信号が停止したか否かを監視し、基準信号の停止が検出された場合には直ちにロック判定出力信号をアンロックにする。これにより、基準信号の停止によりPLLがアンロックの状態になった場合、ロック判定回路の出力結果を確実に一致させることが可能となる。この結果、ロック判定出力信号をシステム制御信号に使用しても誤動作等の不都合を生じることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態であるPLL周波数シンセサイザの構成図である。
【図2】本発明の一実施の形態であるロック判定回路の構成図である。
【図3】本発明の一実施の形態であるロック判定回路のタイムチャートである。
【図4】本発明の一実施の形態であるPLL周波数シンセサイザにおけるパッシブ型の電圧加算器の回路図である。
【図5】本発明の一実施の形態であるPLL周波数シンセサイザにおけるアクティブ型の電圧加算器の回路図である。
【図6】従来のロック判定回路の構成図である。
【図7】従来のロック判定回路のタイムチャートである。
【図8】従来の基準信号入力回路の構成図である。
【図9】外部基準信号OSCinが停止した場合の動作波形を示している。
【符号の説明】
11 プリスケーラ
12 比較分周器
21 基準信号入力回路
22 基準分周器
30 位相比較器
40 チャージポンプ(C/P)
50 基準信号検出回路
60 ロック判定回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lock determination circuit and a PLL frequency synthesizer, and more particularly to whether a comparison signal generated from an output signal of a voltage controlled oscillator using an external reference signal and a reference signal generated from the external reference signal have the same phase. And a PLL frequency synthesizer.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A broadcast receiver such as a television receiver or a video tape recorder (VTR), or a wireless communication device such as a mobile phone has a PLL (Phase-Phase) for obtaining a desired reception frequency or transmission frequency. Locked Loop frequency synthesizers are used. This PLL frequency synthesizer detects whether or not the phase of a reference signal fr generated by dividing the frequency of an external reference signal OSCin, which is an oscillation signal of a predetermined frequency generated by a crystal oscillator or the like, and the comparison signal fp are aligned. A determination circuit is provided. The determination result of the lock determination circuit is output to a control unit such as a microprocessor that controls the entire device, and is used as a criterion for determining whether to start a reception or transmission operation or the like. FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional lock determination circuit.
[0003]
The conventional lock determination circuit inputs a phase error signal LOCK between a reference signal fr and a comparison signal fp detected by a preceding-stage phase comparator, and a reference signal DX. The reference signal DX is a signal having the same phase and the same frequency as the reference signal fr. The data flip-flop (hereinafter referred to as FF) 1 inputs the phase error signal LOCK inverted by the
[0004]
The operation of the lock determination circuit will be described with a time chart. FIG. 7 is a time chart of the conventional lock determination circuit. (1) shows the case of the lock determination, and (2) shows the case of the unlock determination.
[0005]
The output signal (A) of the FF2 is a signal indicating whether the pulse width of the phase error signal LOCK detected using the reference signal DX as a clock signal is equal to or less than twice the width of the reference signal DX. Since the FF3, FF4, and FF5 sequentially hold data, the output of the
[0006]
Here, a reference signal input circuit for inputting the external reference signal OSCin will be described. FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional reference signal input circuit. (1) is an example of a circuit including a CMOS + feedback resistor, and (2) is an example of another circuit without a feedback resistor.
[0007]
The reference signal input circuit (1) has a circuit configuration in which a feedback resistor R is connected in parallel to an inverter connected to an input terminal of an external reference signal OSCin via a capacitor, and has been often used in a conventional lock determination circuit. . On the other hand, the reference signal input circuit (2) does not include the feedback resistor R, and a bias voltage is applied between the capacitor and the inverter connected to the input terminal of the external reference signal OSCin via the capacitor. In the circuit configuration of the reference signal input circuit (2), since the external reference signal OSCin can operate stably even with a small amplitude as compared with the reference signal input circuit (1), power consumption can be reduced, and , Has become widely adopted.
[0008]
As described above, the reference signal DX generated based on the external reference signal OSCin input by the reference signal input circuit (1) or (2) is supplied to the lock determination circuit, and the lock determination circuit synchronizes with the reference signal DX. And perform the operation.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional lock determination circuit has a problem that when the external reference signal is stopped in the reference signal input circuit, the lock determination may be "locked" despite the PLL being unlocked.
[0010]
As described above, the determination result by the lock determination circuit is important information for determining the operation of the system. Since the lock determination circuit operates in synchronization with the reference signal DX generated from the external reference signal OSCin, the output value of the lock determination circuit when the external reference signal OSCin is stopped due to a failure of the crystal oscillator or the like is output from the system. Is an important issue. In particular, when the lock determination output signal LD is erroneously fixed to “lock”, a problem such as a malfunction of the system occurs.
[0011]
Since the operation of the lock determination circuit when the external reference signal OSCin stops is different depending on the configuration of the reference signal input circuit, each case of the reference signal input circuits (1) and (2) will be described.
[0012]
First, a reference signal input circuit (1) having a feedback resistor will be described. In the case of the reference signal input circuit (1), even if the external reference signal OSCin is stopped while the lock determination output signal LD is in the locked state, the feedback resistance R exists, so that the external reference signal OSCin, which is the input of the inverter, and the output are output. Oscillation continues at an arbitrary frequency until the level becomes constant. Therefore, the reference signal DX which is a clock signal is input to the lock determination circuit. Since the reference signal DX has a frequency different from that of the normal signal, the lock determination results in the unlock determination.
[0013]
Next, a case of a reference signal input circuit (2) having no feedback resistor, which has been adopted recently, will be described. In the case of the reference signal input circuit (2), the output of the reference signal input circuit stops when the external reference signal OSCin stops. In this case, if the external reference signal OSCin stops while the PLL is locked, the lock determination circuit remains “locked: LD = H” despite the PLL being unlocked.
[0014]
This will be described using respective operation waveforms. FIG. 9 shows operation waveforms when the external reference signal OSCin is stopped. (1) is an operation waveform in “CMOS + feedback resistance” of the reference signal input circuit (1). (2) is an operation waveform in the “other circuit” of the reference signal input circuit (2).
[0015]
In the case of the reference signal input circuit (1), when the external reference signal OSCin stops, the oscillation signal generated by the feedback resistor R operates for a short time from the stop of the external reference signal OSCin as the reference signal DX. Changes from lock (H) to unlock (L). However, although unlocking is determined as a result, the stop of the external reference signal OSCin is not directly monitored, so that unlocking is not determined at the same time as the stop. As described above, since the signal is used by the control unit that controls the device, it is desirable to perform the unlock determination quickly and reliably in order to prevent a malfunction.
[0016]
On the other hand, in the case of the reference signal input circuit (2), when the external reference signal OSCin stops, the reference signal DX, which is a clock signal for lock detection, stops, and the lock determination circuit stops. Therefore, the lock determination output signal LD is fixed at the final value (lock). As a result, since the control unit determines that the locked state has been established and performs processing in spite of the unlocked state, a malfunction of the device may be caused.
[0017]
In order to prevent the lock state from being fixed by stopping the external reference signal, for example, in “Semiconductor Integrated Circuit Device and PLL Frequency Synthesizer” described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-322199, a lock is performed based on a reference signal fr and a comparison signal fp. When the clock signal of the determination circuit is generated and the reference signal fr generated from the external reference signal stops, the lock determination circuit is operated by setting the comparison signal fp as a reference signal for lock detection. This prevents the circuit from being locked in the locked state.
[0018]
However, in the PLL frequency synthesizer having such a configuration, even if the reference signal fr is stopped, the lock determination circuit operates normally, and as a result, the lock determination circuit is unlocked. For this reason, the same problem as in the case of the reference signal input circuit (1) described above occurs.
[0019]
The present invention has been made in view of such a point, and a lock determination circuit and a lock determination circuit capable of reliably preventing a mismatch between an operation state when an external reference signal is stopped and a determination result of the lock determination circuit. An object of the present invention is to provide a frequency synthesizer including a circuit.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above problem, as shown in FIG. 2, a comparison signal obtained by dividing an output signal of a voltage controlled oscillator to a set frequency and a reference signal obtained by dividing an external reference signal having a predetermined frequency to a reference frequency In a lock determination circuit that determines whether the phase of the comparison signal has locked to the reference signal based on the phase error of the reference signal and the reference signal, the reference signal input to the lock determination circuit is monitored. A reference signal detection unit that generates a predetermined output signal according to whether or not the reference signal is stopped; and locks when the reference signal is stopped based on an output signal of the reference signal detection unit. And a lock detection circuit for setting the determination to unlock.
[0021]
The lock determination circuit having such a configuration provides a phase error signal LOCK between a comparison signal obtained by dividing the output signal of the voltage controlled oscillator to a set frequency and a reference signal obtained by dividing an external reference signal having a predetermined frequency by a reference frequency. Is input, and lock determination is performed using the reference signal DX as a clock signal. The reference signal detection unit, for example, the
[0022]
Further, a PLL frequency synthesizer including such a lock determination circuit includes a reference signal detection circuit, monitors the reference signal DX in the reference signal detection circuit, and determines whether or not the reference signal DX has stopped. The detection signal DXA is output to the lock determination circuit. The lock determination circuit forcibly outputs an unlock determination when the reference signal detection signal DXA of the reference signal detection circuit is “reference signal stopped”.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a PLL frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.
[0024]
A PLL frequency synthesizer according to the present invention receives an output signal of a voltage controlled oscillator (hereinafter, referred to as a VCO (Voltage Controlled Oscillator)) that generates a signal having a frequency (fin) corresponding to the voltage value of an input control voltage signal. Then, a
[0025]
The VCO generates an oscillation signal having a frequency fin according to the voltage value of the control voltage signal, and outputs the oscillation signal to the
[0026]
The reference
The
[0027]
The
[0028]
The C /
[0029]
The reference
[0030]
The
[0031]
The operation of the PLL frequency synthesizer having such a configuration will be described.
The oscillation signal of the frequency fin generated by the VCO is input to the
[0032]
The
[0033]
The C /
[0034]
Further, the reference
[0035]
In the PLL frequency synthesizer having such a configuration, the reference
[0036]
In the above description, the reference
Next, the circuit configuration of the
[0037]
The lock determination circuit according to the present invention includes a
[0038]
The
[0039]
In the FF 1 (64), the data input terminal D is connected to the output terminal of the
[0040]
The AND terminal has an input terminal connected to the output of the
[0041]
In the FF2 (65), the data input terminal D is connected to the output terminal of the AND 62, the clock terminal CLK is connected to the output terminal of the reference signal DX, and the output terminal XQ is connected to the data input terminal D of the FF3 (66). The FF2 (65) inverts the output value of the
[0042]
In the FF3 (66), the data input terminal D is connected to the output terminal of the FF2 (65), the clock terminal CLK is connected to the output terminal of the
[0043]
In the FF4 (67), the data input terminal D is connected to the output terminal of the FF3 (66), the clock terminal CLK is connected to the output terminal of the
[0044]
In the FF5 (68), the data input terminal D is connected to the output terminal Q of the FF4 (67), the clock terminal CLK is connected to the output terminal of the
[0045]
The AND 63 receives the output signals of the FF3 (66), FF4 (67), and FF5 (68), and outputs the logical product as a lock determination output signal LD. When the output signals of FF3 (66), FF4 (67), and FF5 (68) all become 1, that is, the state where the pulse width of the phase error signal LOCK is twice or less the width of the reference signal DX three times. When the above is continuously maintained, the lock determination output signal LD becomes “locked” and LD = "1". When this state is not maintained, and when the output signals of FF3 (66), FF4 (67) and FF5 (68) are cleared by stopping the reference signal, the lock determination output signal LD becomes LD = "0". ".
[0046]
The operation of the lock determination circuit having such a configuration will be described.
The phase error signal LOCK input to the lock determination circuit is a pulse width signal corresponding to the rising phase error between the reference signal fr and the comparison signal fp generated by the
[0047]
The
[0048]
The FF3 (66) latches the output signal (A) of the FF2 (65) in synchronization with the rising edge of the
[0049]
The AND 63 receives the output signals of the FF3 (66), FF4 (67), and FF5 (68), and outputs the logical product of them as a lock determination output signal LD. As a result, if the reference signal detection signal DXA is “0” (reference signal is stopped), it is determined to be “unlocked” and LD = “L” is output. If the reference signal detection signal DXA is "1" (reference signal is normal) and the state in which the pulse width of the phase error signal LOCK is not more than twice as large as the reference signal DX is continuously maintained at least three times, it is determined as "lock". When LD = “H” and the width of the phase error signal LOCK is equal to or larger than the signal pulse width of DX, it is determined to be “unlocked” and LD = “L” is output.
[0050]
This operation will be described with reference to a time chart. FIG. 3 is a time chart of the lock determination circuit according to one embodiment of the present invention.
When the output signal (OUT) of the reference signal input circuit is normal, the reference signal DX is normally generated based on this signal, and the output (DXA) of the
[0051]
As described above, according to the lock determination circuit of the present invention, when the reference signal stops, the lock determination can be immediately unlocked.
Next, a circuit configuration using a voltage adder, which is an embodiment of the reference signal detection circuit, will be described.
[0052]
First, the case where the circuit is configured most simply will be described. FIG. 4 is a circuit diagram of a passive voltage adder in a PLL frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.
[0053]
The passive type voltage adder is a voltage adder including only passive elements, and includes a resistor R1 connected to an input terminal for inputting a reference signal DX, an output terminal for outputting a reference signal detection signal, and a resistor R1. A capacitor C1 is connected between the output terminal and the ground, and a resistor R2 is connected between the resistor R1 and the output terminal and the ground like the capacitor C1. The voltage adder having such a configuration operates as a filter. If the capacitance of the capacitor C1 and the resistance values of the resistors R1 and R2 are appropriately selected with respect to the frequency of the reference signal DX, the reference signal DX is input. During this time, the voltage level of the reference signal detection signal DXA can be maintained at a predetermined potential or higher.
[0054]
Second, a description will be given of a circuit configuration in which the output value of the reference signal detection signal DXA, which is an output signal, is set to a predetermined level. FIG. 5 is a circuit diagram of an active voltage adder in a PLL frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.
[0055]
The active type voltage adder is a voltage adder including active elements. An operational amplifier (OP-amp) is provided between an input terminal for inputting a reference signal DX and an output terminal for outputting a reference signal detection signal. Is provided. The input terminal of the reference signal DX is connected to the inverting input terminal of OP-amp via the resistor R1, and the power supply is connected to the non-inverting input terminal. Further, a capacitor C1 and a resistor R2 are provided in parallel with the OP-amp. The voltage adder having such a configuration operates as an integrating circuit, and the transfer characteristics of the circuit have characteristics similar to those of the above-mentioned passive type voltage adder. That is, while the reference signal DX is being input, the voltage level of the reference signal detection signal DXA can be maintained at a predetermined potential or higher. However, the passive type voltage adder cannot amplify, but the active type voltage adder can amplify.
[0056]
As described above, the reference signal detection circuit can be realized by a relatively simple circuit configuration as described above. By using the presence / absence of the reference signal detected by the reference signal detection circuit for the lock determination, “unlock” can be quickly and reliably transmitted to the control unit. As a result, it is possible to reliably prevent a malfunction caused by a mismatch between the lock determination and the actual state.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, the lock determination circuit and the PLL frequency synthesizer of the present invention monitor whether or not the reference signal generated from the external reference signal has stopped, and immediately determine the lock when the stop of the reference signal is detected. Unlock the output signal. Thus, when the PLL is unlocked due to the stop of the reference signal, it is possible to reliably match the output results of the lock determination circuit. As a result, even if the lock determination output signal is used as the system control signal, no inconvenience such as malfunction occurs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a PLL frequency synthesizer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a lock determination circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a time chart of a lock determination circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a passive voltage adder in the PLL frequency synthesizer according to one embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a circuit diagram of an active voltage adder in the PLL frequency synthesizer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional lock determination circuit.
FIG. 7 is a time chart of a conventional lock determination circuit.
FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional reference signal input circuit.
FIG. 9 shows an operation waveform when the external reference signal OSCin is stopped.
[Explanation of symbols]
11 Prescaler
12 Comparison divider
21 Reference signal input circuit
22 Reference frequency divider
30 phase comparator
40 charge pump (C / P)
50 Reference signal detection circuit
60 Lock judgment circuit
Claims (5)
前記ロック判定回路に入力する前記基準信号を監視し、前記基準信号が停止したか否かに応じた所定の出力信号を生成する基準信号検出部と、
前記基準信号検出部の出力信号に基づいて前記基準信号が停止したことを検出した場合にはロック判定をアンロックに設定するロック検出部と、
を具備することを特徴とするロック判定回路。A phase error between a comparison signal obtained by dividing the output signal of the voltage controlled oscillator to a set frequency and a reference signal obtained by dividing an external reference signal having a predetermined frequency by a reference frequency, and a phase of the comparison signal based on the reference signal In a lock determination circuit that determines whether or not is locked to the reference signal,
A reference signal detection unit that monitors the reference signal input to the lock determination circuit and generates a predetermined output signal depending on whether or not the reference signal has stopped;
A lock detection unit that sets a lock determination to unlock when detecting that the reference signal has stopped based on an output signal of the reference signal detection unit,
A lock determination circuit comprising:
前記外部基準信号を基準周波数に分周する基準分周器によって生成された前記基準信号を監視し、前記基準信号が停止したか否かに応じた所定の出力信号を生成する基準信号検出回路と、
前記基準信号をクロック信号として入力して前記比較信号の位相が前記基準信号にロックしたか否かを判定するとともに、前記基準信号検出回路の出力信号に基づいて前記基準信号が停止したことを検出した場合にはロック判定を強制的にアンロックに設定するロック判定回路と、
を具備することを特徴とするPLL周波数シンセサイザ。A comparison signal obtained by dividing the output signal of the voltage controlled oscillator that outputs a frequency signal according to the voltage value of the input control voltage signal to a set frequency, and a reference signal obtained by dividing an external reference signal having a predetermined frequency by a reference frequency. A lock determination circuit that determines whether or not the phase of the comparison signal is locked to the reference signal based on the phase error of the control voltage signal according to a result of the lock determination circuit. In a PLL frequency synthesizer that controls
A reference signal detection circuit that monitors the reference signal generated by a reference frequency divider that divides the external reference signal to a reference frequency, and generates a predetermined output signal depending on whether the reference signal has stopped. ,
The reference signal is input as a clock signal to determine whether the phase of the comparison signal is locked to the reference signal and to detect that the reference signal has stopped based on the output signal of the reference signal detection circuit. A lock determination circuit that forcibly sets the lock determination to unlock when the
A PLL frequency synthesizer comprising:
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