JP2005020393A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

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JP2005020393A
JP2005020393A JP2003182695A JP2003182695A JP2005020393A JP 2005020393 A JP2005020393 A JP 2005020393A JP 2003182695 A JP2003182695 A JP 2003182695A JP 2003182695 A JP2003182695 A JP 2003182695A JP 2005020393 A JP2005020393 A JP 2005020393A
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delay
delay time
circuit
control voltage
ring oscillator
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Inventor
Toshihiko Kaneshige
敏彦 兼重
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Toshiba Corp
Toshiba Development and Engineering Corp
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Toshiba Corp
Toshiba Digital Media Engineering Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor integrated circuit provided with a voltage controlled oscillation circuit capable of suppressing jitters generated in oscillation signals and obtaining a stable oscillation frequency. <P>SOLUTION: The oscillation frequency of a ring oscillator 2 is decided by the delay time of the delay cell 10 of an odd-numbered stage. For the delay cell 10, the delay time becomes short when the voltage of signals S7 drops and the delay time becomes long when the voltage rises. The oscillation signals S1 of the ring oscillator 2 are inputted through a frequency divider 3 to a first delay circuit 2 and the output is inputted to a second delay circuit 5. The first delay time of the first delay circuit 4 and the second delay time of the second delay circuit 5 are compared, the voltage of the signals S7 is dropped in the case that the second delay time is longer than the first delay time, and the voltage of the signals S7 is raised in the case that it is shorter. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧制御型発振回路を含む半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電圧制御型発振回路として奇数段の反転回路を縦続接続し、最後段の反転回路の出力信号を最前段の反転回路に入力することにより発振信号を得るようにしたリングオシレータが知られている。
【0003】
リングオシレータの発振周波数は、反転回路の出力の遅延時間により決定される。そこで、これらの反転回路の出力端に遅延素子を接続し、その制御電圧を制御することによってリングオシレータの発振周波数を設定することができる(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−185290号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、何らかの要因によって反転回路に与える電源(VDD)に電圧変動が生じると反転回路内の信号伝播速度が変化して、生成する発振信号のジッタとなる。
【0006】
また、遅延素子の制御電圧にノイズが重畳されることによっても反転回路の遅延時間が変化して、発振信号のジッタとなる。
【0007】
そこで、本発明は発振信号に生じるジッタを抑制し、安定した発振周波数を得ることができる電圧制御型発振回路を含む半導体集積回路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の一態様によれば、制御電圧端子間に与えられる制御電圧により伝播遅延時間の制御が可能な遅延素子を用いて発振信号を生成するリングオシレータと、制御電圧端子間に与えられる制御電圧により伝播遅延時間の制御が可能な遅延素子を備え、前記発振信号に対して第1の遅延時間を与える第1の遅延回路と、この第1の遅延回路と実質的に同一機能を備え、前記第1の遅延時間が与えられた前記発振信号にさらに第2の遅延時間を与える第2の遅延回路と、前記第1の遅延時間と前記第2の遅延時間を比較し、前記第1の遅延時間よりも前記第2の遅延時間が長い場合は前記制御電圧を増加させ、前記第1の遅延時間よりも前記第2の遅延時間が短い場合は前記制御電圧を減少させる制御電圧生成部とを備えることを特徴とする半導体集積回路が提供される。
【0009】
また本発明の他の態様によれば、制御電圧端子間に与えられる制御電圧により伝播遅延時間の制御が可能な遅延素子を用いて発振信号を生成するリングオシレータと、このリングオシレータの出力端と接続され、伝播遅延時間の制御が可能な第1の遅延回路と、この第1の遅延回路の出力端と接続され、前記第1の遅延回路と実質的に同一機能を備えた第2の遅延回路と、前記第1の遅延回路の入力端に第1の入力端が接続され、前記第1の遅延回路の出力端に第2の入力端が接続された第1の排他的論理和回路と、前記第2の遅延回路の入力端に第1の入力端が接続され、前記第2の遅延回路の出力端に第2の入力端が接続された第2の排他的論理和回路と、入力端が前記第1の排他的論理和回路の出力端及び前記第2の排他的論理和回路の出力端と接続され、前記第1の排他的論理和回路の出力が1レベルの場合は第1の極性の電流を生成し、前記第2の排他的論理和回路の出力が1レベルの場合は前記第1の極性と反対の第2の極性の電流を生成するチャージポンプ素子と、このチャージポンプ素子の出力端と接続され、前記チャージポンプ素子で生成された電荷をチャージして前記制御電圧を与えるキャパシタとを備えることを特徴とする半導体集積回路が提供される。
【0010】
また本発明の他の態様によれば、第1の制御電圧端子に与えられる第1の制御電圧と、第2の制御電圧端子に与えられる第2の制御電圧との電圧差が増加した場合は伝播遅延時間が短くなり、前記電圧差が減少した場合は伝播遅延時間が長くなるように制御が可能な遅延素子を用いて発振信号を生成するリングオシレータと、第1の制御電圧端子に与えられる第1の制御電圧と、第2の制御電圧端子に与えられる第2の制御電圧との電圧差が増加した場合は伝播遅延時間が短くなり、前記電圧差が減少した場合は伝播遅延時間が長くなるように制御が可能な遅延素子を備え、前記発振信号に対して第1の遅延時間を与える第1の遅延回路と、この第1の遅延回路と実質的に同一機能を備え、前記第1の遅延時間が与えられた前記発振信号にさらに第2の遅延時間を与える第2の遅延回路と、前記第1の遅延時間と前記第2の遅延時間を比較し、前記第1の遅延時間よりも前記第2の遅延時間が長い場合は前記第1の制御電圧と第2の制御電圧の電圧差を増加させ、前記第1の遅延時間よりも前記第2の遅延時間が短い場合は前記電圧差を減少させる制御電圧生成部とを備えることを特徴とする半導体集積回路が提供される。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る電圧制御型発振回路を含む半導体集積回路について図面を参照しながら説明する。
【0012】
図1は本発明の実施の形態に係る電圧制御型発振回路を含む半導体集積回路1の回路図である。
【0013】
電圧制御型発振回路を含む半導体集積回路1は、リングオシレータ2、分周器3、第1及び第2の遅延回路4,5、第1及び第2の排他的論理和回路6,7、チャージポンプ素子8及びキャパシタ9から構成されている。
【0014】
ここで、第1及び第2の排他的論理和回路6,7、チャージポンプ素子8及びキャパシタ9から制御電圧生成部20を構成し、リングオシレータ2並びに第1及び第2の遅延回路に与える制御電圧を生成している。
【0015】
リングオシレータ2は、3個の遅延セル10を縦続接続したもので、最終段の遅延セル10から出力された信号を最前段の遅延セル10に入力している。
【0016】
遅延セル10は具体的には図2に示すように、インバータ回路11と遅延素子12から構成され、各遅延セル10は同一構造を有している。
【0017】
なお、図2に示すリングオシレータ2は、3個の遅延セル10を縦続接続しているが遅延セル10の個数はこれに限らず、遅延セル10内のインバータ回路11が奇数個の縦続接続であればよい。
【0018】
インバータ回路11は、PMOSトランジスタQ1のソース電極が電源(VDD)に、NMOSトランジスタQ2のソース電極が接地(GND)されている。
【0019】
遅延素子12は、制御電圧V1,V2によって遅延時間が制御されている。具体的には、制御電圧V1とV2との電圧差(V2−V1)に比例してリングオシレータ2の発振周波数が変化するように、すなわち遅延素子12の遅延時間は、電圧差(V2−V1)と逆比例するように制御されている。したがって、制御電圧V1を大きくすると遅延素子の遅延時間は長くなり、制御電圧V2を大きくすると遅延素子の遅延時間は短くなる。
【0020】
本実施の形態は説明の簡略化のため、制御電圧V2を一定電圧に固定して信号S7の電圧である制御電圧V1のみで遅延セル10の遅延時間を制御する。従って、信号S7の電圧V1が上昇すると遅延素子12の遅延時間が長くなり、下降すると遅延時間が短くなる。
【0021】
なお、本実施の形態では3段の遅延セル10の縦続接続によってリングオシレータ2を構成しているが、これに限らず奇数段の遅延セル10を縦続接続すればよい。また、遅延セル10の構成は本実施の形態に限らず、遅延時間を電圧制御することが可能で、かつ、入力信号を反転可能な機能を備えていればよい。
【0022】
分周器3は、前述したリングオシレータ2で生成された発振信号の周波数を1/Nの周波数に変換する回路である。ここでは、発振信号の周波数を1/4の周波数に変換している。
【0023】
第1及び第2の遅延回路4,5は、同一の回路構成を有しており、それぞれ前述したリングオシレータ2と同様に遅延セル10を縦続接続している。第1及び第2の遅延回路4,5の遅延セル10の回路構成は、リングオシレータ2の遅延セル10と同様で、図2に示すように、インバータ回路11と遅延素子12から構成されている。第1及び第2の遅延回路4,5の遅延素子12は、リングオシレータ2の遅延素子12と同じ制御電圧V1,V2によって遅延時間を制御さる。
【0024】
第1及び第2の遅延回路4,5の遅延セル10の個数は同一である。
【0025】
図1において、第1及び第2の排他的論理和回路6,7は、1ビット不一致回路であり、2入力信号がともに0レベル又は1レベルのときのみ出力を0レベル、2入力信号がそれぞれ異なるときの出力を1レベルとする回路である。
【0026】
チャージポンプ素子8は、入力信号によって出力電流を制御する回路である。チャージポンプ素子8から出力された電流をキャパシタ9にチャージすることにより制御電圧V1が決定されている。
【0027】
リングオシレータ2で生成された発振信号は、分周器3に入力されて4分周される。分周された発振信号は第1の遅延回路4及び第1の排他的論理和回路6の第1の入力端に入力される。
【0028】
第1の遅延回路4で遅延された発振信号は、第2の遅延回路5及び第1の排他的論理和回路6の第2の入力端及び第2の排他的論理和回路7の第1の入力端に入力される。
【0029】
第2の遅延回路5で遅延された発振信号は、第2の排他的論理和回路7の第2の入力端に入力される。
【0030】
第1及び第2の排他的論理和回路6,7の出力信号はそれぞれチャージポンプ素子8に入力される。
【0031】
第1及び第2の排他的論理和回路6,7の出力信号によってチャージポンプ素子8の出力電流が制御される。この出力電流をキャパシタ9にチャージすることによって信号S7の電圧が決定される。
【0032】
このように制御電圧生成部20は、第1及び第2の遅延回路4,5の遅延時間の比較を行い、その電圧差の増加又は減少に応じて制御電圧V1を増加又は下降させている。
【0033】
信号S7はリングオシレータ2並びに第1及び第2の遅延回路4,5内の遅延素子12に入力される。
【0034】
次に、図1に示す電圧制御回路1の動作を示す各信号のタイミング図を図3〜図5に参照しながら説明する。
【0035】
各図において、信号S1はリングオシレータ2から出力される発振信号、信号S2は信号S1が分周された信号、信号S3は信号S2を第1の遅延回路4によって遅延された信号、信号S4は信号S3を第2の遅延回路5によって遅延された信号を示している。また、信号S5は第1の排他的論理和回路6の出力信号、信号S6は第2の排他的論理和回路7の出力信号、CPIはチャージポンプ素子8からの出力電流、信号S7はチャージポンプ素子8の出力電流がキャパシタ9でチャージされて生ずる出力電圧V1を示している。
【0036】
信号S1はリングオシレータ2で生成された発振信号であるが、外部温度や外部電圧の変化によって周波数が変動してジッタが発生する場合がある。ここで信号S1の波長をTとする。なお、比較のためジッタのない発振信号として信号REFを示す。
【0037】
信号S2は信号S1を4分周しているので、信号S2の波長は4Tである。
【0038】
信号S3は信号S2に対してT/2だけ遅延している。これは、本実施の形態の第1の遅延回路4は、リングオシレータ2の遅延セル10と同一の3つの遅延セル10を縦続接続しているので、遅延時間がT/2となる。
【0039】
なお、第1の遅延回路4の遅延時間はT/2とする必要はない。従って、第1の遅延回路4の遅延セル10の個数は、リングオシレータ2の遅延セル10の個数と必ずしも同一にする必要はない。
【0040】
信号S4は信号S3に対してT/2だけ遅延している。これは第2の遅延回路5の遅延による遅れ時間であり、信号S3と信号S2との関係と同様に説明することができる。
【0041】
信号S5は信号S2と信号S3との排他的論理和をとった信号なので、両信号が不一致になった場合に1レベルになる。従って、第1の遅延回路4による遅延時間T/2分が1レベルになる。
【0042】
信号S6は信号S3と信号S4との排他的論理和をとった信号なので、両信号が不一致になった場合に1レベルになる。従って、第2の遅延回路5による遅延時間T/2分が1レベルとなる。
【0043】
CPIは、信号S6が1レベルの場合は正電流を出力し、信号S7が1レベルの場合は負電流を出力する。
【0044】
信号S7はチャージポンプ素子8の出力電流をキャパシタ9でチャージされて生じた電圧V1である。
【0045】
図3は、発振信号S1にジッタがなく、一定の周波数を保っている場合の動作タイミング図を示したものである。
【0046】
信号S5は第1の遅延回路4の遅延時間を示しており、遅延時間はtである。一方、信号S6は第2の遅延回路5の遅延時間を表わしており、遅延時間はtである。
【0047】
図3ではジッタがないので、遅延時間t1とt2は等しい。従って、チャージポンプ素子8からの出力される正電流と負電流の電流量は等しいので、キャパシタ9にチャージされる信号S7の電圧は一定値を維持することになる。
【0048】
この信号S7はリングオシレータ2並びに第1及び第2の遅延回路4,5の遅延時間を制御するが、信号S7の電圧は一定値なのでこれらの遅延時間を一定に維持することができる。
【0049】
図4は、何らかの影響でジッタが生じ、発振信号の周波数が小さく、すなわち発振信号が伸長傾向にある場合の動作タイミング図を示したものである。
【0050】
遅延時間が時間毎に延びているので、第1の遅延回路4の遅延時間tに比べて第2の遅延回路5の遅延時間tの方が長くなる。従って、チャージポンプ素子8からは正電流の方が負電流よりも長く出力されるので、キャパシタ9にチャージされる信号S7の電圧値が上昇することになる。
【0051】
この信号S7はリングオシレータ2並びに第1及び第2の遅延回路4,5の制御電圧V1である。チャージポンプ素子8によって信号S7は電圧が高くなったので、リングオシレータ2内の遅延素子12の遅延時間は短くなるように制御される。
【0052】
このように、遅延素子12の遅延時間の伸長傾向を感知してリングオシレータ2の遅延時間を短くすることによって元のジッタのない発振信号に戻すことができる。
【0053】
図5は、何らかの影響でジッタが生じ、発振信号の周波数が大きく、すなわち発振信号が短縮傾向にある場合の動作タイミング図を示したものである。
【0054】
遅延時間が時間毎に縮まっているので、第1の遅延回路4の遅延時間tに比べて第2の遅延回路5の遅延時間tの方が短くなる。従って、チャージポンプ素子8から負電流の方が正電流よりも長く出力されるので、キャパシタ9にチャージされる信号S7の電圧値は下降することになる。
【0055】
チャージポンプ素子8によって信号S7は電圧が低くなったので、リングオシレータ2内の遅延素子12の遅延時間は長くなるように制御される。
【0056】
このように、遅延素子12の遅延時間の短縮傾向を感知してリングオシレータ2の遅延時間を長くすることによって元のジッタのない発振信号に戻すことができる。
【0057】
上述のように、縦続接続した2つの同一構造を有した第1及び第2の遅延回路4,5を通過したそれぞれの信号の遅延時間を比較することによってリングオシレータ2の発振周波数を制御することができる。
【0058】
すなわち、第1の遅延回路4の遅延時間よりも第2の遅延回路5の遅延時間の方が長い場合は発振信号の周波数は小さくなっているとみなし、遅延素子12の遅延時間を長く制御することによってリングオシレータ2の発振周波数を大きくする。逆に、第1の遅延回路4の遅延時間よりも第2の遅延回路5の遅延時間のほうが短い場合は発振信号の周波数は大きくなっているとみなし、遅延素子12の遅延時間を短く制御することによってリングオシレータ2の発振周波数を小さくする。
【0059】
このようにリングオシレータ2の発振周波数の大小を遅延素子12の遅延時間が短い及び長いとして感知し、遅延時間を制御することによってリングオシレータ2のジッタを解消することができる。
【0060】
もし何らかの影響によって電源(VDD)に電圧変動が生じてインバータ回路11の伝播速度が変化した場合ジッタが発生するが、このジッタを第1及び第2の遅延回路4,5の遅延時間の差を相対的に比較することによって遅延素子12の伝播速度を制御するので、発生したジッタを抑制することができる。
【0061】
なお、上述した実施の形態においてリングオシレータ2から生成された発振信号を第1の遅延回路4に入力する前に分周器3によって発振周波数を4分周した。
【0062】
これは制御電圧生成部20の処理速度に時間的余裕をもたせて、第1の遅延回路4の遅延時間と第2の遅延回路5の遅延時間との比較の測定を容易にしている。他の手段によって遅延時間の測定が容易になれば分周器を必ずしも使用する必要はない。
【0063】
また、リングオシレータ2並びに第1及び第2の遅延回路4,5内の遅延素子12は制御電圧V2を固定し、制御電圧V1のみによって遅延時間を制御したが、これに限らない。例えば、本実施の形態の電圧制御型発振回路をPLL(Phase Locked Loop)回路で用いた場合は、制御電圧V2をループフィルタで制御を行うように構成される。2つの制御電圧V1,V2の電圧差が遅延時間を制御するので、電圧差を増減させて遅延時間を制御することができればよい。
【0064】
また、リングオシレータ2並びに第1及び第2の遅延回路4,5のそれぞれの遅延セル10は、完全に同一の構成でなくてもよく、少なくとも実質的に同一の遅延時間を与えるものであればよい。
【0065】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明は、発振信号に生じるジッタを抑制し、安定した発振周波数を有した電圧制御型発振回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の電圧制御型発振回路を含む半導体集積回路の構成図である。
【図2】図1に示すリングオシレータの回路図である。
【図3】遅延セルの遅延時間の変動がない場合の電圧制御型発振回路の動作タイミングを示した図である。
【図4】遅延セルの遅延時間が伸長傾向の場合の電圧制御型発振回路の動作タイミングを示した図である。
【図5】遅延セルの遅延時間が短縮傾向の場合の電圧制御型発振回路の動作タイミングを示した図である。
【符号の説明】
1・・・電圧制御型発振回路(VCO)
2・・・リングオシレータ
3・・・分周器
4・・・第1の遅延回路
5・・・第2の遅延回路
6・・・第1の排他的論理和回路
7・・・第2の排他的論理和回路
8・・・チャージポンプ素子
9・・・キャパシタ
10・・・遅延セル
11・・・インバータ回路
12・・・遅延素子
20・・・制御電圧生成部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit including a voltage controlled oscillation circuit.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there has been known a ring oscillator in which an odd number of inverting circuits are cascaded as a voltage controlled oscillation circuit and an oscillation signal is obtained by inputting the output signal of the last inverting circuit to the inverting circuit of the first stage. Yes.
[0003]
The oscillation frequency of the ring oscillator is determined by the delay time of the output of the inverting circuit. Therefore, it is possible to set the oscillation frequency of the ring oscillator by connecting a delay element to the output terminal of these inverting circuits and controlling the control voltage (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-185290
[Problems to be solved by the invention]
However, if a voltage fluctuation occurs in the power supply (VDD) supplied to the inverting circuit due to some factor, the signal propagation speed in the inverting circuit changes, resulting in jitter of the generated oscillation signal.
[0006]
In addition, when the noise is superimposed on the control voltage of the delay element, the delay time of the inverting circuit is changed and becomes jitter of the oscillation signal.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit including a voltage controlled oscillation circuit that can suppress jitter generated in an oscillation signal and obtain a stable oscillation frequency.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, according to one aspect of the present invention, a ring oscillator that generates an oscillation signal using a delay element that can control a propagation delay time using a control voltage applied between control voltage terminals, and a control voltage A delay element capable of controlling a propagation delay time by a control voltage applied between the terminals, a first delay circuit for giving a first delay time to the oscillation signal, and the first delay circuit substantially And a second delay circuit for providing a second delay time to the oscillation signal to which the first delay time is given, and comparing the first delay time with the second delay time. The control voltage is increased when the second delay time is longer than the first delay time, and the control voltage is decreased when the second delay time is shorter than the first delay time. Control voltage generator The semiconductor integrated circuit, wherein the obtaining is provided.
[0009]
According to another aspect of the present invention, a ring oscillator that generates an oscillation signal using a delay element capable of controlling a propagation delay time by a control voltage applied between control voltage terminals, an output terminal of the ring oscillator, A first delay circuit connected and capable of controlling a propagation delay time, and a second delay connected to the output terminal of the first delay circuit and having substantially the same function as the first delay circuit A first exclusive OR circuit having a first input terminal connected to an input terminal of the first delay circuit and a second input terminal connected to an output terminal of the first delay circuit; A second exclusive OR circuit having a first input terminal connected to the input terminal of the second delay circuit and a second input terminal connected to the output terminal of the second delay circuit; The terminal is the output terminal of the first exclusive OR circuit and the second exclusive OR circuit When the output of the first exclusive OR circuit is 1 level, the first polarity current is generated when the output of the first exclusive OR circuit is 1 level, and when the output of the second exclusive OR circuit is 1 level. A charge pump element that generates a current having a second polarity opposite to the first polarity, and an output terminal of the charge pump element. The charge generated by the charge pump element is charged to generate the control voltage. There is provided a semiconductor integrated circuit comprising a capacitor to be provided.
[0010]
According to another aspect of the present invention, when the voltage difference between the first control voltage applied to the first control voltage terminal and the second control voltage applied to the second control voltage terminal increases. When the propagation delay time is shortened and the voltage difference is reduced, a ring oscillator that generates an oscillation signal using a delay element that can be controlled so as to increase the propagation delay time and a first control voltage terminal are provided. When the voltage difference between the first control voltage and the second control voltage applied to the second control voltage terminal increases, the propagation delay time decreases, and when the voltage difference decreases, the propagation delay time increases. A delay element that can be controlled so as to have a first delay circuit that gives a first delay time to the oscillation signal, and a function that is substantially the same as the first delay circuit. The oscillation signal is given a delay time of A second delay circuit for providing a second delay time to the second delay circuit, and comparing the first delay time with the second delay time, and if the second delay time is longer than the first delay time, A control voltage generation unit that increases a voltage difference between the first control voltage and the second control voltage and decreases the voltage difference when the second delay time is shorter than the first delay time; A semiconductor integrated circuit is provided.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A semiconductor integrated circuit including a voltage controlled oscillation circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit 1 including a voltage controlled oscillation circuit according to an embodiment of the present invention.
[0013]
A semiconductor integrated circuit 1 including a voltage controlled oscillation circuit includes a ring oscillator 2, a frequency divider 3, first and second delay circuits 4 and 5, first and second exclusive OR circuits 6 and 7, charge It consists of a pump element 8 and a capacitor 9.
[0014]
Here, the first and second exclusive OR circuits 6, 7, the charge pump element 8 and the capacitor 9 constitute a control voltage generation unit 20, and the control given to the ring oscillator 2 and the first and second delay circuits. Generating voltage.
[0015]
The ring oscillator 2 has three delay cells 10 connected in cascade, and a signal output from the last-stage delay cell 10 is input to the front-stage delay cell 10.
[0016]
Specifically, as shown in FIG. 2, the delay cell 10 includes an inverter circuit 11 and a delay element 12, and each delay cell 10 has the same structure.
[0017]
The ring oscillator 2 shown in FIG. 2 has three delay cells 10 connected in cascade. However, the number of delay cells 10 is not limited to this, and the inverter circuit 11 in the delay cell 10 has an odd number of cascade connections. I just need it.
[0018]
In the inverter circuit 11, the source electrode of the PMOS transistor Q1 is grounded (GND) and the source electrode of the NMOS transistor Q2 is grounded (GND).
[0019]
The delay time of the delay element 12 is controlled by the control voltages V1 and V2. Specifically, the oscillation frequency of the ring oscillator 2 changes in proportion to the voltage difference (V2−V1) between the control voltages V1 and V2, that is, the delay time of the delay element 12 is the voltage difference (V2−V1). ) And is controlled in inverse proportion. Therefore, when the control voltage V1 is increased, the delay time of the delay element is increased, and when the control voltage V2 is increased, the delay time of the delay element is decreased.
[0020]
In this embodiment, for simplification of explanation, the control voltage V2 is fixed to a constant voltage, and the delay time of the delay cell 10 is controlled only by the control voltage V1 which is the voltage of the signal S7. Therefore, when the voltage V1 of the signal S7 increases, the delay time of the delay element 12 becomes longer, and when the voltage V1 decreases, the delay time becomes shorter.
[0021]
In the present embodiment, the ring oscillator 2 is configured by the cascade connection of the delay cells 10 in three stages. However, the present invention is not limited to this, and the delay cells 10 in the odd stages may be connected in cascade. The configuration of the delay cell 10 is not limited to this embodiment, and it is sufficient that the delay time can be voltage-controlled and has a function capable of inverting the input signal.
[0022]
The frequency divider 3 is a circuit that converts the frequency of the oscillation signal generated by the ring oscillator 2 described above to a frequency of 1 / N. Here, the frequency of the oscillation signal is converted to a quarter frequency.
[0023]
The first and second delay circuits 4 and 5 have the same circuit configuration, and the delay cells 10 are cascaded in the same manner as the ring oscillator 2 described above. The circuit configuration of the delay cell 10 of the first and second delay circuits 4 and 5 is the same as that of the delay cell 10 of the ring oscillator 2 and includes an inverter circuit 11 and a delay element 12 as shown in FIG. . The delay elements 12 of the first and second delay circuits 4 and 5 are controlled in delay time by the same control voltages V 1 and V 2 as the delay elements 12 of the ring oscillator 2.
[0024]
The number of delay cells 10 in the first and second delay circuits 4 and 5 is the same.
[0025]
In FIG. 1, first and second exclusive OR circuits 6 and 7 are 1-bit mismatch circuits, and output is 0 level only when 2 input signals are both 0 level or 1 level. This is a circuit for setting the output at different times to one level.
[0026]
The charge pump element 8 is a circuit that controls an output current according to an input signal. The control voltage V1 is determined by charging the capacitor 9 with the current output from the charge pump element 8.
[0027]
The oscillation signal generated by the ring oscillator 2 is input to the frequency divider 3 and divided by four. The frequency-divided oscillation signal is input to the first input terminal of the first delay circuit 4 and the first exclusive OR circuit 6.
[0028]
The oscillation signal delayed by the first delay circuit 4 is supplied to the second input terminal of the second delay circuit 5 and the first exclusive OR circuit 6 and the first input of the second exclusive OR circuit 7. Input to the input terminal.
[0029]
The oscillation signal delayed by the second delay circuit 5 is input to the second input terminal of the second exclusive OR circuit 7.
[0030]
The output signals of the first and second exclusive OR circuits 6 and 7 are input to the charge pump element 8, respectively.
[0031]
The output current of the charge pump element 8 is controlled by the output signals of the first and second exclusive OR circuits 6 and 7. By charging this output current to the capacitor 9, the voltage of the signal S7 is determined.
[0032]
In this way, the control voltage generator 20 compares the delay times of the first and second delay circuits 4 and 5, and increases or decreases the control voltage V1 according to the increase or decrease of the voltage difference.
[0033]
The signal S7 is input to the ring oscillator 2 and the delay element 12 in the first and second delay circuits 4 and 5.
[0034]
Next, timing charts of respective signals showing the operation of the voltage control circuit 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
[0035]
In each figure, signal S1 is an oscillation signal output from ring oscillator 2, signal S2 is a signal obtained by dividing signal S1, signal S3 is a signal obtained by delaying signal S2 by first delay circuit 4, and signal S4 is A signal obtained by delaying the signal S3 by the second delay circuit 5 is shown. The signal S5 is an output signal of the first exclusive OR circuit 6, the signal S6 is an output signal of the second exclusive OR circuit 7, CPI is an output current from the charge pump element 8, and a signal S7 is a charge pump. The output voltage V1 generated when the output current of the element 8 is charged by the capacitor 9 is shown.
[0036]
The signal S1 is an oscillation signal generated by the ring oscillator 2, but the frequency may fluctuate due to a change in external temperature or external voltage, and jitter may occur. Here, T is the wavelength of the signal S1. For comparison, the signal REF is shown as an oscillation signal without jitter.
[0037]
Since the signal S2 is obtained by dividing the signal S1 by 4, the wavelength of the signal S2 is 4T.
[0038]
Signal S3 is delayed by T / 2 with respect to signal S2. This is because the first delay circuit 4 of the present embodiment has three delay cells 10 that are the same as the delay cells 10 of the ring oscillator 2 connected in cascade, so that the delay time is T / 2.
[0039]
Note that the delay time of the first delay circuit 4 need not be T / 2. Therefore, the number of delay cells 10 in the first delay circuit 4 is not necessarily the same as the number of delay cells 10 in the ring oscillator 2.
[0040]
Signal S4 is delayed by T / 2 with respect to signal S3. This is a delay time due to the delay of the second delay circuit 5, and can be explained in the same manner as the relationship between the signal S3 and the signal S2.
[0041]
Since the signal S5 is an exclusive OR of the signal S2 and the signal S3, it becomes 1 level when the two signals do not match. Accordingly, the delay time T / 2 by the first delay circuit 4 becomes one level.
[0042]
Since the signal S6 is an exclusive OR of the signal S3 and the signal S4, the signal S6 becomes 1 level when the two signals do not match. Accordingly, the delay time T / 2 by the second delay circuit 5 becomes one level.
[0043]
The CPI outputs a positive current when the signal S6 is 1 level, and outputs a negative current when the signal S7 is 1 level.
[0044]
The signal S7 is a voltage V1 generated by charging the output current of the charge pump element 8 by the capacitor 9.
[0045]
FIG. 3 shows an operation timing chart when the oscillation signal S1 has no jitter and maintains a constant frequency.
[0046]
Signal S5 indicates a delay time of the first delay circuit 4, the delay time is t 1. On the other hand, signal S6 represents the delay time of the second delay circuit 5, the delay time is t 2.
[0047]
Since there is no jitter in FIG. 3, the delay times t1 and t2 are equal. Accordingly, since the positive and negative currents output from the charge pump element 8 are equal, the voltage of the signal S7 charged in the capacitor 9 maintains a constant value.
[0048]
This signal S7 controls the delay time of the ring oscillator 2 and the first and second delay circuits 4 and 5, but since the voltage of the signal S7 is a constant value, these delay times can be kept constant.
[0049]
FIG. 4 shows an operation timing chart when jitter occurs due to some influence and the frequency of the oscillation signal is small, that is, the oscillation signal tends to expand.
[0050]
Since the delay time is extended each time, towards the delay time t 2 of the second delay circuit 5 is longer than the delay time t 1 of the first delay circuit 4. Therefore, since the positive current is output from the charge pump element 8 longer than the negative current, the voltage value of the signal S7 charged in the capacitor 9 increases.
[0051]
This signal S7 is the control voltage V1 of the ring oscillator 2 and the first and second delay circuits 4 and 5. Since the voltage of the signal S7 is increased by the charge pump element 8, the delay time of the delay element 12 in the ring oscillator 2 is controlled to be shortened.
[0052]
In this way, by detecting the tendency of the delay time of the delay element 12 to increase and shortening the delay time of the ring oscillator 2, it is possible to return to the original oscillation signal without jitter.
[0053]
FIG. 5 shows an operation timing chart when jitter occurs due to some influence and the frequency of the oscillation signal is large, that is, the oscillation signal tends to be shortened.
[0054]
Since the delay time has shrunk every time, towards the delay time t 2 of the second delay circuit 5 is shorter than the delay time t 1 of the first delay circuit 4. Accordingly, since the negative current is output from the charge pump element 8 longer than the positive current, the voltage value of the signal S7 charged in the capacitor 9 decreases.
[0055]
Since the voltage of the signal S7 is lowered by the charge pump element 8, the delay time of the delay element 12 in the ring oscillator 2 is controlled to be longer.
[0056]
In this way, by detecting the tendency of the delay time of the delay element 12 to be shortened and increasing the delay time of the ring oscillator 2, it is possible to return to the original oscillation signal without jitter.
[0057]
As described above, the oscillation frequency of the ring oscillator 2 is controlled by comparing the delay times of the signals that have passed through the first and second delay circuits 4 and 5 having two identical structures connected in cascade. Can do.
[0058]
That is, when the delay time of the second delay circuit 5 is longer than the delay time of the first delay circuit 4, it is considered that the frequency of the oscillation signal is reduced, and the delay time of the delay element 12 is controlled to be longer. As a result, the oscillation frequency of the ring oscillator 2 is increased. On the contrary, when the delay time of the second delay circuit 5 is shorter than the delay time of the first delay circuit 4, it is considered that the frequency of the oscillation signal is increased, and the delay time of the delay element 12 is controlled to be short. As a result, the oscillation frequency of the ring oscillator 2 is reduced.
[0059]
As described above, the oscillation frequency of the ring oscillator 2 is detected as the delay time of the delay element 12 being short and long, and the jitter of the ring oscillator 2 can be eliminated by controlling the delay time.
[0060]
If voltage fluctuation occurs in the power supply (VDD) due to some influence and the propagation speed of the inverter circuit 11 changes, jitter is generated. This jitter is calculated as the difference between the delay times of the first and second delay circuits 4 and 5. Since the propagation speed of the delay element 12 is controlled by relatively comparing, the generated jitter can be suppressed.
[0061]
In the above-described embodiment, the oscillation frequency is divided by 4 by the frequency divider 3 before the oscillation signal generated from the ring oscillator 2 is input to the first delay circuit 4.
[0062]
This gives a time margin to the processing speed of the control voltage generator 20 and facilitates the measurement of the comparison between the delay time of the first delay circuit 4 and the delay time of the second delay circuit 5. If the delay time can be easily measured by other means, the frequency divider is not necessarily used.
[0063]
The ring oscillator 2 and the delay elements 12 in the first and second delay circuits 4 and 5 have the control voltage V2 fixed, and the delay time is controlled only by the control voltage V1, but the present invention is not limited to this. For example, when the voltage controlled oscillation circuit of the present embodiment is used in a PLL (Phase Locked Loop) circuit, the control voltage V2 is configured to be controlled by a loop filter. Since the voltage difference between the two control voltages V1 and V2 controls the delay time, it is sufficient that the delay time can be controlled by increasing or decreasing the voltage difference.
[0064]
Further, the ring oscillator 2 and the delay cells 10 of the first and second delay circuits 4 and 5 do not have to have completely the same configuration, as long as they provide at least substantially the same delay time. Good.
[0065]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention can provide a voltage-controlled oscillation circuit that suppresses jitter generated in an oscillation signal and has a stable oscillation frequency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor integrated circuit including a voltage controlled oscillation circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of the ring oscillator shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the operation timing of the voltage controlled oscillation circuit when there is no variation in the delay time of the delay cell.
FIG. 4 is a diagram showing the operation timing of the voltage-controlled oscillation circuit when the delay time of the delay cell tends to expand.
FIG. 5 is a diagram showing the operation timing of the voltage controlled oscillation circuit when the delay time of the delay cell tends to be shortened.
[Explanation of symbols]
1 Voltage controlled oscillator (VCO)
2 ... Ring oscillator 3 ... Frequency divider 4 ... First delay circuit 5 ... Second delay circuit 6 ... First exclusive OR circuit 7 ... Second Exclusive OR circuit 8 ... charge pump element 9 ... capacitor 10 ... delay cell 11 ... inverter circuit 12 ... delay element 20 ... control voltage generator

Claims (5)

制御電圧端子間に与えられる制御電圧により伝播遅延時間の制御が可能な遅延素子を用いて発振信号を生成するリングオシレータと、
制御電圧端子間に与えられる制御電圧により伝播遅延時間の制御が可能な遅延素子を備え、前記発振信号に対して第1の遅延時間を与える第1の遅延回路と、
この第1の遅延回路と実質的に同一機能を備え、前記第1の遅延時間が与えられた前記発振信号にさらに第2の遅延時間を与える第2の遅延回路と、
前記第1の遅延時間と前記第2の遅延時間を比較し、前記第1の遅延時間よりも前記第2の遅延時間が長い場合は前記制御電圧を増加させ、前記第1の遅延時間よりも前記第2の遅延時間が短い場合は前記制御電圧を減少させる制御電圧生成部とを備えることを特徴とする半導体集積回路。
A ring oscillator that generates an oscillation signal using a delay element capable of controlling a propagation delay time by a control voltage applied between control voltage terminals;
A delay element capable of controlling a propagation delay time by a control voltage applied between control voltage terminals, and a first delay circuit for giving a first delay time to the oscillation signal;
A second delay circuit having substantially the same function as the first delay circuit, and further giving a second delay time to the oscillation signal to which the first delay time is given;
The first delay time is compared with the second delay time, and if the second delay time is longer than the first delay time, the control voltage is increased, and the first delay time is longer than the first delay time. A semiconductor integrated circuit, comprising: a control voltage generation unit configured to decrease the control voltage when the second delay time is short.
制御電圧端子間に与えられる制御電圧により伝播遅延時間の制御が可能な遅延素子を用いて発振信号を生成するリングオシレータと、
このリングオシレータの出力端と接続され、伝播遅延時間の制御が可能な第1の遅延回路と、
この第1の遅延回路の出力端と接続され、前記第1の遅延回路と実質的に同一機能を備えた第2の遅延回路と、
前記第1の遅延回路の入力端に第1の入力端が接続され、前記第1の遅延回路の出力端に第2の入力端が接続された第1の排他的論理和回路と、
前記第2の遅延回路の入力端に第1の入力端が接続され、前記第2の遅延回路の出力端に第2の入力端が接続された第2の排他的論理和回路と、
入力端が前記第1の排他的論理和回路の出力端及び前記第2の排他的論理和回路の出力端と接続され、前記第1の排他的論理和回路の出力が1レベルの場合は第1の極性の電流を生成し、前記第2の排他的論理和回路の出力が1レベルの場合は前記第1の極性と反対の第2の極性の電流を生成するチャージポンプ素子と、
このチャージポンプ素子の出力端と接続され、前記チャージポンプ素子で生成された電荷をチャージして前記制御電圧を与えるキャパシタとを備えることを特徴とする半導体集積回路。
A ring oscillator that generates an oscillation signal using a delay element capable of controlling a propagation delay time by a control voltage applied between control voltage terminals;
A first delay circuit connected to the output terminal of the ring oscillator and capable of controlling a propagation delay time;
A second delay circuit connected to the output terminal of the first delay circuit and having substantially the same function as the first delay circuit;
A first exclusive OR circuit having a first input terminal connected to an input terminal of the first delay circuit and a second input terminal connected to an output terminal of the first delay circuit;
A second exclusive OR circuit having a first input terminal connected to an input terminal of the second delay circuit and a second input terminal connected to an output terminal of the second delay circuit;
When the input terminal is connected to the output terminal of the first exclusive OR circuit and the output terminal of the second exclusive OR circuit, and the output of the first exclusive OR circuit is 1 level, A charge pump element that generates a current having a polarity of 1 and generates a current having a second polarity opposite to the first polarity when the output of the second exclusive OR circuit is at a level of 1;
A semiconductor integrated circuit, comprising: a capacitor connected to an output terminal of the charge pump element, and charged with the charge generated by the charge pump element to give the control voltage.
第1の制御電圧端子に与えられる第1の制御電圧と、第2の制御電圧端子に与えられる第2の制御電圧との電圧差が増加した場合は伝播遅延時間が短くなり、前記電圧差が減少した場合は伝播遅延時間が長くなるように制御が可能な遅延素子を用いて発振信号を生成するリングオシレータと、
第1の制御電圧端子に与えられる第1の制御電圧と、第2の制御電圧端子に与えられる第2の制御電圧との電圧差が増加した場合は伝播遅延時間が短くなり、前記電圧差が減少した場合は伝播遅延時間が長くなるように制御が可能な遅延素子を備え、前記発振信号に対して第1の遅延時間を与える第1の遅延回路と、
この第1の遅延回路と実質的に同一機能を備え、前記第1の遅延時間が与えられた前記発振信号にさらに第2の遅延時間を与える第2の遅延回路と、
前記第1の遅延時間と前記第2の遅延時間を比較し、前記第1の遅延時間よりも前記第2の遅延時間が長い場合は前記第1の制御電圧と第2の制御電圧の電圧差を増加させ、前記第1の遅延時間よりも前記第2の遅延時間が短い場合は前記電圧差を減少させる制御電圧生成部とを備えることを特徴とする半導体集積回路。
When the voltage difference between the first control voltage applied to the first control voltage terminal and the second control voltage applied to the second control voltage terminal increases, the propagation delay time becomes shorter, and the voltage difference becomes smaller. A ring oscillator that generates an oscillation signal using a delay element that can be controlled so that the propagation delay time becomes longer when reduced,
When the voltage difference between the first control voltage applied to the first control voltage terminal and the second control voltage applied to the second control voltage terminal increases, the propagation delay time becomes shorter, and the voltage difference becomes smaller. A first delay circuit that includes a delay element that can be controlled to increase a propagation delay time when decreased, and that provides a first delay time to the oscillation signal;
A second delay circuit having substantially the same function as the first delay circuit, and further giving a second delay time to the oscillation signal to which the first delay time is given;
The first delay time and the second delay time are compared, and if the second delay time is longer than the first delay time, the voltage difference between the first control voltage and the second control voltage And a control voltage generator that reduces the voltage difference when the second delay time is shorter than the first delay time.
前記リングオシレータ並びに第1及び第2の遅延回路は、実質的に同一機能を備えた前記遅延素子の同一段数を縦続接続していることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導体集積回路。4. The ring oscillator and the first and second delay circuits are connected in cascade with the same number of stages of the delay elements having substantially the same function. The semiconductor integrated circuit according to Item. 前記リングオシレータで生成された発振信号を分周器により発振周波数をN分周し前記第1の遅延回路に入力することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導体集積回路。4. The oscillation signal generated by the ring oscillator is divided into N frequencies by a frequency divider and input to the first delay circuit. 5. Semiconductor integrated circuit.
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