JP2004235688A - 半導体集積回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入力信号の周波数が、20MHzより上又は下の帯域に属するかを表す制御信号を生成して出力する入力信号周波数判定回路2と、半導体集積回路1の出力信号を分周して出力する分周回路7と、入力信号と分周回路7の出力信号の位相差を表す信号を生成する位相検出回路3と、位相検出回路3の出力信号に基づく電位を、制御信号に応じた特性で生成して出力するチャージポンプ回路4と、チャージポンプ回路4の出力電位を、制御信号に応じた特性で濾波して出力するループフィルタ回路5と、ループフィルタ回路の出力電位に基づく周波数の信号を、制御信号に応じた特性で生成し、半導体集積回路1の出力信号として出力する電圧制御発振回路6とを具備する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、PLL(Phase Locked Loop)回路を含む半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、PLL回路が用いられている。PLL回路は、入力信号に位相又は周波数が同期した発振信号を発生する回路である。一般に、PLL回路は、分周回路と、位相検出回路と、チャージポンプ回路と、ループフィルタ回路と、電圧制御発振回路とを具備する。
PLL回路においては、入力信号の周波数が変わる場合に、ジッタ等を低減するため、ユーザが、分周回路、位相検出回路、チャージポンプ回路、ループフィルタ回路、又は、電圧制御発振回路の特性を調整する必要がある。これらの回路の特性調整は、各々の回路が有するアナログ調整ピンを操作することにより行う。
【0003】
しかしながら、従来のPLL回路においては、入力信号の周波数が変わる都度、ユーザが分周回路、位相検出回路、チャージポンプ回路、ループフィルタ回路、又は、電圧制御発振回路の特性を調整しなければならないため、操作が煩雑であった。また、従来のPLL回路においては、入力信号の周波数がダイナミックに変化する場合には対応できなかった。
【0004】
ところで、複数の入力クロック周波数に対しても自動的に内部クロック周波数を一定にできるクロック発生回路が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
特許文献1には、クロックの周波数を判定する周波数判定装置と、入力クロックとリファレンスクロックとの位相の比較を行なう位相比較器と、位相比較器から出力された位相差電圧から高周波成分を除去するループフィルタと、ループフィルタの出力電圧を入力とし入力クロックの2倍以上の周波数の内部クロックを出力する電圧制御発振器と、電圧制御発振器の出力を周波数判定装置で判定された結果に従って一定周波数に分周する第1の分周装置と、第1の分周装置の出力を周波数判定装置で判定された結果に従って入力クロック周波数と同じ周波数に分周する第2の分周装置とを備え、複数の入力クロック周波数に対しても内部クロック周波数を一定にすることを特徴とするクロック発生装置が掲載されている。
【0006】
しかしながら、特許文献1に掲載されているクロック発生装置は、第1の分周装置が、電圧制御発振器の出力を周波数判定装置で判定された結果に従って一定周波数に分周し、第2の分周装置が、第1の分周装置の出力を周波数判定装置で判定された結果に従って入力クロック周波数と同じ周波数に分周することにより、複数の入力クロック周波数に対しても内部クロック周波数を一定にするものではあるが、位相検出回路の出力信号に基づく電位を入力周波数に応じた特性で生成して出力するチャージポンプ回路、チャージポンプ回路の出力電位を入力周波数に応じた特性で濾波して出力するループフィルタ回路、及び、ループフィルタ回路の出力電位に基づく周波数の信号を入力周波数に応じた特性で生成し出力する電圧制御発振回路を具備するものではなく、入力クロック周波数に応じて回路の特性を最適化してジッタ等を低減するものでもない。
【0007】
【特許文献1】
特開平8−292216号公報(第2−5頁、図3)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、PLL回路を含む半導体集積回路であって、入力信号の周波数に応じてジッタ等を低減することができる半導体集積回路を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明に係る半導体集積回路は、入力信号の周波数が、入力信号の周波数がとり得る周波数帯域を分割したN個(Nは、2以上の自然数)の帯域のいずれの帯域に属するかを表す制御信号を生成して出力する入力信号周波数判定回路と、出力信号を分周して出力する分周回路と、入力信号と分周回路が出力する信号の位相差を表す信号を生成して出力する位相検出回路と、位相検出回路が出力する信号に基づく電位を、制御信号に応じた特性で生成して出力するチャージポンプ回路と、チャージポンプ回路が出力する電位を、制御信号に応じた特性で濾波して出力するループフィルタ回路と、ループフィルタ回路が出力する電位に基づく周波数の信号を、制御信号に応じた特性で生成し、出力信号として出力する電圧制御発振回路とを具備する。
【0010】
ここで、分周回路が、出力信号を制御信号に応じた特性で分周して出力し、位相検出回路が、分周回路が出力する信号と入力信号の位相差を、制御信号に応じた特性で出力することとしても良い。
【0011】
また、入力信号周波数判定回路が、所定の第1の電流、及び第1の電流に比例する第2の電流を出力する電流出力回路と、入力信号に基づいて、所定のタイミングでハイレベルとなる第1のタイミング信号、及び第1のタイミング信号がローレベルのときに所定のタイミングでハイレベルとなる第2のタイミング信号を出力するタイミング信号発生回路と、第1のタイミング信号がハイレベルのときに第1の電流を電流出力回路から受け取って出力するスイッチ回路と、ドレインがスイッチ回路の出力に接続され、ソースに所定の電位が供給され、ゲートに第2のタイミング信号が入力されるトランジスタと、一端がトランジスタのドレインに接続され、他端に所定の電位が供給されるキャパシタと、第2の電流に基づいて電位を生成し出力する電位生成回路と、キャパシタの一端の電位と電位生成回路が出力する電位とを比較し、比較結果としての信号を出力するコンパレータと、コンパレータが出力する信号を所定時間遅延させて出力する遅延回路と、第2のタイミング信号に同期して、遅延回路の出力信号をラッチし、ラッチした信号を反転させた信号を制御信号として出力するD型フリップフロップとを具備することとしても良い。
【0012】
さらに、電位生成回路が、一端に第2の電流が供給され、他端に所定の電位が供給され、一端の電位をコンパレータに出力する抵抗を具備することとしても良い。また、抵抗が、拡散抵抗、ポリ抵抗、又は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)抵抗であることとしても良い。
【0013】
上記の構成によれば、入力信号の周波数に応じてジッタ等を低減することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路を示す図である。図1に示すように、半導体集積回路1は、入力信号周波数判定回路2と、位相検出回路3と、チャージポンプ回路4と、ループフィルタ回路5と、電圧制御発振回路6と、分周回路7とを具備する。入力信号周波数判定回路2、位相検出回路3、チャージポンプ回路4、ループフィルタ回路5、電圧制御発振回路6、及び、分周回路7は、PLL(Phase Locked Loop)回路を構成する。
【0015】
半導体集積回路1には、所定の周波数のクロック信号である入力信号REFCKが外部から入力される。この入力信号REFCKは、入力信号周波数判定回路2及び位相検出回路3に供給される。
入力信号周波数判定回路2は、入力信号REFCKの周波数が所定の周波数(ここでは、20MHzとする)で分割された2つの周波数帯域のいずれの周波数帯域に属するかを表す制御信号HSを出力する回路である。入力信号周波数判定回路2は、入力信号REFCKの周波数が20MHzより下の帯域に属する場合にはローレベルの制御信号HSを出力し、入力信号REFCKの周波数が20MHzより上の帯域に属する場合にはハイレベルの制御信号HSを出力する。
【0016】
図2は、入力信号周波数判定回路2の内部構成を示す図である。図2に示すように、入力信号周波数判定回路2は、タイミング信号発生回路11と、スイッチ12と、定電流源13と、基準電位生成回路14と、NチャネルトランジスタQN1と、キャパシタC1と、コンパレータ15と、遅延回路16と、D型フリップフロップ17とを具備する。
【0017】
図3は、図2の定電流源13の内部構成を示す図である。図3に示すように、定電流源13は、電気的特性が比例する2個のPチャネルトランジスタQP1、QP2を具備する。
トランジスタQP1、QP2は、ソースが高電位側の電源電位(ここでは、VDD)に接続されており、ゲートに所定のバイアス電位VPBが供給されている。トランジスタQP1のドレインは、スイッチ12に接続されており、トランジスタQP1のソース〜ドレイン経路を流れる定電流R1は、スイッチ12に供給される。トランジスタQP2のドレインは、基準電位生成回路14に接続されており、トランジスタQP2のソース〜ドレイン経路を流れる定電流R2は、基準電位生成回路14に供給される。
なお、チャネルトランジスタQP1、QP2の電気的特性が比例するため、定電流R1、R2は比例することとなる。
【0018】
再び図2を参照すると、タイミング信号発生回路11には、入力信号REFCKが供給される。タイミング信号発生回路11は、この入力信号REFCKに基づいて、所定の第1のタイミングでハイレベル又はローレベルとなる第1のタイミング信号CC、及び所定の第2のタイミングでハイレベル又はローレベルとなる第2のタイミング信号DISCを生成する。なお、第1のタイミング信号CCと第2のタイミング信号DISCは、同時にハイレベルとはならないように生成される。
【0019】
第1のタイミング信号CCは、スイッチ12に供給される。スイッチ12は、第1のタイミング信号CCがハイレベルのときにオンとなり、定電流源13が出力する第1の定電流R1をトランジスタQN1のドレイン及びキャパシタC1の一端に供給する。スイッチ12は、第1のタイミング信号CCがローレベルのときにオフとなり、第1の定電流R1のトランジスタQN1及びキャパシタC1への供給を遮断する。
トランジスタQN1のソースは、低電位側の電源電位VSSに接続されており、ゲートには、第2のタイミング信号DISCが入力される。トランジスタQN1のドレインは、キャパシタC1の一端と接続されており、キャパシタC1の他端は、低電位側の電源電位VSSに接続されている。
【0020】
このように構成された結果、トランジスタQN1のドレイン及びキャパシタC1の一端の電位(以下、「電位V1」ともいう)は、第1のタイミング信号CCがハイレベルとなると、定電流R1によってキャパシタC1がチャージされるため、ランプ状に上昇する。また、電位V1は、第2のタイミング信号DISCがハイレベルとなると、キャパシタC1にチャージされた電荷がトランジスタQN1を介してディスチャージされるため、ローレベルとなる。
【0021】
図4は、図2の基準電位生成回路14の内部構成を示す図である。図4に示すように、基準電位生成回路14は、抵抗Rvを具備する。抵抗Rvの一端には、定電流R2が定電流源13から供給される。抵抗Rvの他端は、低電位側の電源電位(ここでは、VSS)に接続されている。抵抗Rvの一端の電位は、定電流R2の電流値に抵抗Rvの抵抗値を乗じ、さらにVSSを加えた電位となる。この電位が基準電位VREFとしてコンパレータ15の反転入力に供給される。なお、本実施形態においては、基準電位VREFは、およそ0.7V程度である。また、抵抗Rvとして、拡散抵抗、ポリ抵抗、又は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)抵抗を用いることができる。
コンパレータ15の非反転入力には、電位V1が入力され、反転入力には、基準電位VREFが入力される。コンパレータ15の出力信号(以下、「信号CMP」ともいう)は、V1>VREFの場合にハイレベルとなり、V1<VREFの場合にローレベルとなる。
【0022】
遅延回路16は、信号CMPを所定の遅延時間だけ遅延させて出力する。遅延回路16の出力信号は、D型フリップフロップ17のD入力に供給される。
フリップフロップ17のクロック入力には、第2のタイミング信号DISCが供給されており、フリップフロップ17は、第2のタイミング信号DISCの立ち上がりエッジで遅延回路16の出力信号をラッチする。フリップフロップ17の反転出力信号が、制御信号HSとして、チャージポンプ回路4、ループフィルタ5、及び、電圧制御発振回路6(図1参照)に供給される。
【0023】
図5は、周波数が10MHzの入力信号REFCKが入力される場合における、入力信号周波数判定回路2の動作タイミングを示すタイミングチャートである。図5に示すように、入力信号REFCKは、10MHzの周波数でハイレベル又はローレベルに変化する。初期時刻t0において、信号CMPは、過渡状態となっており、所定時間の後、ローレベルで安定する。また、制御信号HSは、ハイレベルとなっている。
時刻t1において、入力信号REFCKが立ち上がると、タイミング信号発生回路11の動作遅延時間の後、第1のタイミング信号CCが立ち上がるとともに、第2のタイミング信号DISCが立ち下がる。これにより、キャパシタC1のチャージが開始され、電位V1は、ランプ状に上昇する。
【0024】
一方、基準電位VREFは、0.7V程度で一定しており、時刻t2において、電位V1が基準電位VREFよりも高くなる。これにより、信号CMPは、コンパレータ15の動作遅延時間の後、時刻t3において、ハイレベルとなる。
時刻t4において、入力信号REFCKが立ち上がると、タイミング信号発生回路11の動作遅延時間の後、第1のタイミング信号CCが立ち下がる。これにより、キャパシタC1のチャージが停止され、電位V1の上昇は、停止する。
【0025】
さらに、時刻t5において、入力信号REFCKが立ち上がると、タイミング信号発生回路11の動作遅延時間の後、第2のタイミング信号DISCが立ち上がる。これにより、キャパシタC1がディスチャージされ、電位V1は、その後ローレベルとなる。これにより、信号CMPもローレベルとなる。
一方、第2のタイミング信号DISCの立ち上がりエッジにおいて、遅延回路16の出力信号はハイレベルとなっており、フリップフロップ17は、この遅延回路16の出力信号をラッチする。従って、時刻t5からフリップフロップ17の動作遅延時間の後、制御信号HSは、ローレベルとなる。これ以降、制御信号HSは、ローレベルで一定となる。
【0026】
図6は、周波数が30MHzの入力信号REFCKが入力される場合における、入力信号周波数判定回路2の動作タイミングを示すタイミングチャートである。図6に示すように、入力信号REFCKは、30MHzの周波数でハイレベル又はローレベルに変化する。初期時刻t10において、信号CMPは、過渡状態となっており、所定時間の後、ローレベルで安定する。また、制御信号HSは、ハイレベルとなっている。
時刻t11において、入力信号REFCKが立ち上がると、タイミング信号発生回路11の動作遅延時間の後、第1のタイミング信号CCが立ち上がるとともに、第2のタイミング信号DISCが立ち下がる。これにより、キャパシタC1のチャージが開始され、電位V1は、ランプ状に上昇する。
【0027】
時刻t12において、入力信号REFCKが立ち上がると、タイミング信号発生回路11の動作遅延時間の後、第1のタイミング信号CCが立ち下がる。これにより、キャパシタC1のチャージが停止され、電位V1の上昇は、停止する。
一方、基準電位VREFは、0.7V程度で一定であり、電位V1は、基準電位VREFよりも低い。従って、信号CMPは、ローレベルのまま変化しない。
【0028】
さらに、時刻t13において、入力信号REFCKが立ち上がると、タイミング信号発生回路11の動作遅延時間の後、第2のタイミング信号DISCが立ち上がる。これにより、キャパシタC1がディスチャージされ、電位V1は、その後ローレベルとなる。信号CMPは、ローレベルのまま変化しない。
一方、第2のタイミング信号DISCの立ち上がりエッジにおいて、遅延回路16の出力信号はローレベルとなっており、フリップフロップ17は、この遅延回路16の出力信号をラッチする。従って、制御信号HSは、ローレベルのまま変化しない。
【0029】
このように、入力信号周波数判定回路2は、入力信号REFCKの周波数が20MHzより下の帯域に属する場合にはローレベルの制御信号HSを出力し、入力信号REFCKの周波数が20MHzより上の帯域に属する場合にはハイレベルの制御信号HSを出力する。
なお、定電流源13の温度変化等により定電流R1、R2が変動しても、定電流R1、R2の比例関係は維持され、コンパレータ15の入力電位である電位V1、基準電位VREFは同じ比で変動する。従って、定電流源13の温度変化等が生じた場合であっても、制御信号HSは、その影響を受け難く、安定する。
【0030】
再び図1を参照すると、チャージポンプ回路4は、位相検出回路3の出力信号に基づく電位を、制御信号HSに応じた特性で生成して出力する。制御信号HSに応じた特性で電位を生成するために、例えば、チャージポンプ回路4のゲインが、制御信号HSに応じて切り換えられることとしても良い。
ループフィルタ回路5は、チャージポンプ回路4の出力電位を、制御信号HSに応じた特性で濾波して出力する。制御信号HSに応じた特性で濾波するために、例えば、ループフィルタ回路5の時定数が、制御信号HSに応じて切り換えられることとしても良い。
【0031】
電圧制御発振回路6は、ループフィルタ回路5の出力電位に基づく周波数の信号を、制御信号HSに応じた特性で生成し、半導体集積回路1の出力信号として出力する。制御信号HSに応じた特性で信号を生成するために、例えば、電圧制御発振回路6の時定数又はゲインが、制御信号HSに応じて切り換えられることとしても良い。
分周回路7は、電圧制御発振回路6の出力信号を分周して、位相検出回路3に出力する。位相検出回路3は、入力信号REFCKと分周回路7の出力信号の位相差を表す信号を生成して、チャージポンプ回路4に出力する。
【0032】
このように、半導体集積回路1によれば、入力信号REFCKの周波数が20MHzより下の帯域に属するか又は20MHzより上の帯域に属するかに応じて、チャージポンプ回路4が、位相検出回路3の出力信号に基づく電位を制御信号HSに応じた特性で生成し、ループフィルタ回路5が、チャージポンプ回路4の出力電位を制御信号HSに応じた特性で濾波して出力し、電圧制御発振回路6が、ループフィルタ回路5の出力電位に基づく周波数の信号を制御信号HSに応じた特性で生成する。これにより、半導体集積回路1の出力信号のジッタ等を入力信号の周波数に応じて低減することができる。
【0033】
なお、本実施形態においては、入力信号周波数判定回路2が、入力信号REFCKの周波数が2つの周波数帯域(20MHzより下の帯域又は20MHzより上の帯域)のいずれに属するかを表す制御信号HSを生成し出力することとしているが、入力信号周波数判定回路2が、入力信号REFCKの周波数が3つ以上の周波数帯域のいずれに属するかを表す制御信号を生成し出力することとしても良い。
【0034】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図7は、本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路の概要を示す図である。図7に示すように、半導体集積回路20は、入力信号周波数判定回路2と、チャージポンプ回路4と、ループフィルタ回路5と、電圧制御発振回路6と、位相検出回路21と、分周回路22とを具備する。入力信号周波数判定回路2、チャージポンプ回路4、ループフィルタ回路5、電圧制御発振回路6、位相検出回路21、及び、分周回路22は、PLL回路を構成する。
分周回路22は、電圧制御発振回路6の出力信号を制御信号HSに応じた特性で分周し、位相検出回路21に出力する。位相検出回路21は、入力信号REFCKと分周回路22の出力信号の位相差を表す信号を制御信号HSに応じた特性で生成し、チャージポンプ回路4に出力する。
【0035】
このように、分周回路22が、電圧制御発振回路6の出力信号を制御信号HSに応じた特性で分周し、位相検出回路21が、入力信号REFCKと分周回路22の出力信号の位相差を表す信号を制御信号HSに応じた特性で生成することにより、出力信号のジッタ等を入力信号の周波数に応じてより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路を示す図。
【図2】図1の入力信号周波数判定回路2の内部構成を示す図。
【図3】図2の定電流源13の内部構成を示す図。
【図4】図2の基準電位生成回路14の内部構成を示す図。
【図5】図1の入力信号周波数判定回路2のタイミングチャート。
【図6】図1の入力信号周波数判定回路2のタイミングチャート。
【図7】本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路を示す図。
【符号の説明】
1、20 半導体集積回路、2 入力信号周波数判定回路、3、21 位相検出回路、4 チャージポンプ回路、5 ループフィルタ回路、6 電圧制御発振回路、7、22 分周回路、11 タイミング信号発生回路、12 スイッチ、13 定電流源、14 基準電位生成回路、15 コンパレータ、16 遅延回路、17 D型フリップフロップ、C1 キャパシタ、Rv 抵抗、QN1 Nチャネルトランジスタ、QP1、QP2 Pチャネルトランジスタ、
Claims (5)
- 入力信号の周波数が、前記入力信号の周波数がとり得る周波数帯域を分割したN個(Nは、2以上の自然数)の帯域のいずれの帯域に属するかを表す制御信号を生成して出力する入力信号周波数判定回路と、
出力信号を分周して出力する分周回路と、
前記入力信号と前記分周回路が出力する信号の位相差を表す信号を生成して出力する位相検出回路と、
前記位相検出回路が出力する信号に基づく電位を、前記制御信号に応じた特性で生成して出力するチャージポンプ回路と、
前記チャージポンプ回路が出力する電位を、前記制御信号に応じた特性で濾波して出力するループフィルタ回路と、
前記ループフィルタ回路が出力する電位に基づく周波数の信号を、前記制御信号に応じた特性で生成し、前記出力信号として出力する電圧制御発振回路と、
を具備する半導体集積回路。 - 前記分周回路が、前記出力信号を前記制御信号に応じた特性で分周して出力し、前記位相検出回路が、前記分周回路が出力する信号と前記入力信号の位相差を、前記制御信号に応じた特性で出力することを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
- 前記入力信号周波数判定回路が、
所定の第1の電流、及び前記第1の電流に比例する第2の電流を出力する電流出力回路と、
前記入力信号に基づいて、所定のタイミングでハイレベルとなる第1のタイミング信号、及び前記第1のタイミング信号がローレベルのときに所定のタイミングでハイレベルとなる第2のタイミング信号を出力するタイミング信号発生回路と、
前記第1のタイミング信号がハイレベルのときに前記第1の電流を前記電流出力回路から受け取って出力するスイッチ回路と、
ドレインが前記スイッチ回路の出力に接続され、ソースに所定の電位が供給され、ゲートに前記第2のタイミング信号が入力されるトランジスタと、
一端が前記トランジスタのドレインに接続され、他端に所定の電位が供給されるキャパシタと、
前記第2の電流に基づいて電位を生成し出力する電位生成回路と、
前記キャパシタの一端の電位と前記電位生成回路が出力する電位とを比較し、比較結果としての信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータが出力する信号を所定時間遅延させて出力する遅延回路と、
前記第2のタイミング信号に同期して、前記遅延回路の出力信号をラッチし、ラッチした信号を反転させた信号を前記制御信号として出力するD型フリップフロップと、
を具備することを特徴とする請求項1又は2記載の半導体集積回路。 - 前記電位生成回路が、一端に前記第2の電流が供給され、他端に所定の電位が供給され、前記一端の電位を前記コンパレータに出力する抵抗を具備することを特徴とする請求項3記載の半導体集積回路。
- 前記抵抗が、拡散抵抗、ポリ抵抗、又は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)抵抗であることを特徴とする請求項4記載の半導体集積回路。
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