JP2006222939A - Pll回路 - Google Patents

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秀明 木間
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Abstract

【課題】広い入力周波数レンジに対し、最適なロック動作をし、かつ低ジッタ化に有利なPLL回路を提供する。
【解決手段】この発明は、位相比較器11、可変チャージポンプ回路12、可変ローパスフィルタ13、電圧制御発振回路14、可変分周器15、および周波数判定回路16を備えている。周波数判定回路16は、入力信号の周波数の変化を判定したときに、PLLループのダンピング因子を一定のままでPLLループの帯域周波数を変更するように、可変チャージポンプ回路12から出力される電流信号の電流値、可変ローパスフィルタ13のフィルタ特性値、および可変分周器15の分周比のうちの少なくとも2つの値を、所定値に可変させるようになっている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、広い周波数帯域で安定した動作を行うことができるPLL(Phase Locked Loop)回路に関するものである。
近年、広い周波数帯域に対応し安定した動作を行うPLL回路が必要とされている。例えば、オーディオデバイス分野においては、通常の速度の録音再生機能に加えて、その2倍の速度の録音再生やその4倍の速度の録音再生等の機能が付加されている。このように複数の周波数を持つ信号を扱うアプリケーションに対応するためには、特定の周波数帯域をもつPLL回路を複数個使用し、全ての周波数帯域をカバーする方法がある。
しかし、携帯機器に搭載する場合には、内蔵するデバイスを小さくすることや部品点数を少なくすることが求められており、PLL回路に関しては、1個でこれらの全ての周波数帯域をカバーできるような広帯域対応のものが必要とされている。
図10は、従来のPLL回路の一例を示すブロック図である。
この従来のPLL回路は、図示のように、位相比較器1と、チャージポンプ回路2と、ローパスフィルタ(LPF)3と、電圧制御発振回路(VCO)4と、分周器5とを備えている。
位相比較器1は、入力データである入力信号と、分周器5から出力される再生クロックである再生クロック信号との位相を比較し、アップ信号(位相進み信号)UPまたはダウン信号(位相遅れ信号)DNを生成してチャージポンプ回路2に出力する。
チャージポンプ回路2は、入力されたアップ信号UPまたはダウン信号DNに基づいて電流を入出力する機能を有し、図11に示すように、電源電圧VDDから電流を出力する第1電流源21と、アップ信号UPでオンし電流を出力ノードに出力する第1スイッチ22と、ダウン信号DNでオンする第2スイッチ23と、第2スイッチ23がオンのとき出力ノードから電流を流し込む第2電流源24と、を備えている。
LPF3は、チャージポンプ回路2の出力信号を平滑化して制御電圧を生成出力する。このLPF3は、固定抵抗31と容量が固定の第1キャパシタ32とが直列接続された直列回路と、この直列回路に並列接続され容量が固定の第2キャパタ33とを備え、ローパスフィルタ特性を有する。
VCO4は、LPF3からの制御電圧の電圧値に基づく固有周波数をもつ出力信号を生成して出力する。分周器5は、VCO4からの出力信号を所定の固定分周数で分周して再生クロック信号を出力する。
なお、この例のPLL回路は、周波数比較器を含まない場合である。
次に、このような構成からなる従来のPLL回路において、PLLループの帯域周波数とダンピング因子の関係を説明する。
PLLの特性を示す指標である、PLLループの帯域周波数ω0、ダンピング因子ζは以下の式(1)および式(2)で表される。
Figure 2006222939
ここで、式(2)において、ωnは次の式(3)である。
Figure 2006222939
上式において、Icpはチャージポンプ回路2の出力であるチャージポンプ電流の電流値、RはLPF3を構成する固定抵抗31の抵抗値、C1はLPF3を構成する第1キャパシタ32の容量値、Nは分周器5の分周数、KvcoはVCO4のゲインである。これらIcp、R、C1、N、Kvcoは、PLLループの回路定数と呼ばれる。
PLLループの帯域周波数ω0は、ある入力信号の周波数レンジに対応するようにPLLループを構成した場合、その周波数レンジの最低周波数であるリファレンス周波数frに対して最適な特性が得られるように決まる周波数である。
また、ダンピング因子ζは、PLLループの安定性の目安であって、その値が高いほどPLLループは安定であるが、高すぎても制動が利き過ぎロックするのに時間がかかるため、1. 0前後の値が適正とされている。
ここで、図10に示すPLL回路の場合、一般的に、入力信号の周波数レンジの広い入力信号に対してPLL回路の出力が発振してしまうという問題があった。
この問題を解決する為には、すなわち、発振を防止してPLLループの安定性を損なわないようにする為には、PLLループの帯域周波数ω0を適切に設定する必要がある。そして、その帯域周波数ω0の設定は、入力信号の周波数レンジの最低周波数(リファレンス周波数fr)に対して、その1/10〜1/100程度に抑えれば良いことが知られている。
例えば、入力信号の周波数レンジが1〔MHz〕〜10〔MHz〕である場合は、PLLループの帯域周波数ω0は、周波数レンジの最低周波数(リファレンス周波数fr)である1〔MHz〕の1/10〜1/100程度に、つまり、10〔kHz〕〜100〔kHz〕程度にする必要がある。したがって、PLLループの帯域周波数ω0を例えば100〔kHz〕にすればよい。
しかし、帯域周波数ω0が入力信号の周波数レンジの最低周波数(リファレンス周波数fr)に対してその1/10〜1/100程度となるように、Icp、R、C1、N、Kvcoの回路定数の値を一通りに固定してPLL回路を組むと、以下の(a)(b)ような問題が発生する。
(a)PLL回路が位相比較器1のみを備え、それにより周波数をロックしようとする場合には、入力信号の入力周波数に対しては帯域周波数ω0がかなり低い為、ロックできない。特に、入力信号の周波数が高い場合は顕著である。仮に、PLL回路が位相比較器の他に周波数比較器を備え、それらにより周波数をロックしようとする場合であっても、入力信号の入力周波数に対しては帯域周波数ω0がかなり低い為、ロックするのに時間がかかる。
(b)入力信号の周波数レンジが広い為、VCO4の動作レンジを広く取らなければならない。その結果、電圧変化に対して周波数変動も大きくなりVCO4のゲインKvcoは高く設定されることになるが、そのためにノイズに有感となり再生クロックのジッタ特性を劣化させる。
そこで、(a)の対策として、高い周波数をもつ入力信号が入力された場合にかぎり簡単に帯域周波数ω0を上げる方法として、ローパスフィルタに供給するチャージポンプからの電流信号の電流値Icp(フィードバックされた位相情報)のみを増やすという手法がよく利用されている(例えば、特許文献1参照)。
また、(b)の対策としては、ノイズを受けないようにノイズ源からの距離を離したりしている。
特開2000−13220号公報
しかし、上記のような対策を実施した場合でも、高い周波数をもつ入力信号が入力された時には、チャージポンプ回路2の電流値Icpを増加させ帯域周波数ω0を上げている一方で、PLLループの安定性の目安でもあるダンピング因子ζが適正値よりも大きくなりすぎてしまい、ロックの時間が長くなる、あるいは周波数比較器を持たない場合には引き込み能力不足によりロックできない、といった問題が発生する。
さらに、回路の微細化のため、ノイズ源からの距離を離す等の対策も困難になってきている。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、広帯域のPLL回路において、安定かつ十分な速度をもった周波数及び位相の引き込み特性を得られ、かつノイズ耐性も良いPLL回路を提供することにある。
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、請求項1〜請求項6に係る各発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、請求項1に係る発明は、入力信号と分周信号との位相差を比較し、位相進み信号または位相遅れ信号を出力する位相比較器と、前記位相比較器から出力される位相進み信号または位相遅れ信号に応じた電流信号を出力するチャージポンプ回路と、抵抗およびキャパシタを有し、前記チャージポンプ回路から出力される電流信号を平滑化して電圧信号に変換するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタから出力される電圧信号に応じた周波数の発振信号を生成する電圧制御発振回路と、前記電圧制御発振回路から出力される発振信号を所定の分周比により分周して前記分周信号を生成する分周器と、前記入力信号の周波数の変化を判定する周波数判定手段と、前記周波数判定手段の判定に従って、前記チャージポンプ回路から出力される電流信号の電流値、前記抵抗の抵抗値、前記キャパシタの容量値、および前記分周器の分周比のうちの少なくとも2つの回路定数を切り替える切替手段と、を備え、前記切替手段は、前記回路定数を切り替えるときには、PLLループのダンピング因子を一定のままでPLLループの帯域周波数を変更するように、前記回路定数を同時に切り替えるようにした。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のPLL回路において、前記切替手段は、前記周波数判定手段が前記入力信号の周波数が基準周波数のn倍(nは2以上の整数)になったと判定した場合に、前記電流値をn倍、前記抵抗値を1/n倍、前記分周比を1/n倍にそれぞれ切り替えるようにした。
請求項3に係る発明は、請求項1に記載のPLL回路において、前記切替手段は、前記周波数判定手段が前記入力信号の周波数が基準周波数のn倍(nは2以上の整数)になったと判定した場合に、前記容量値を1/n倍、前記分周比を1/n倍にそれぞれ切り替えるようにした。
請求項4に係る発明は、請求項1に記載のPLL回路において、前記切替手段は、前記周波数判定手段が前記入力信号の周波数が基準周波数のn倍(nは2以上の整数)になったと判定した場合に、前記抵抗値を1/n倍、前記分周比を1/(2×n)倍にそれぞれ切り替えるようにした。
請求項5に係る発明は、請求項1に記載のPLL回路において、前記切替手段は、前記周波数判定手段が前記入力信号の周波数が基準周波数のn倍(nは2以上の整数)になったと判定した場合に、前記電流値をn倍、前記容量値を1/n倍にそれぞれ切り替えるようにした。
請求項6に係る発明は、PLL回路を備えたデジタル・オーディオ受信装置において、前記PLL回路を請求項1乃至請求項5のうちの何れかに記載のPLL回路としたものである。
本発明によれば、ダンピング因子を一定のままで帯域周波数を変更することにより、ループの安定性を保ちつつ十分な収束速度で良好な位相引き込み特性を持つことができ、且つノイズ耐性も良い。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明に係るPLL回路の第1実施形態の構成を示すブロック図である。
この第1実施形態は、図1に示すように、位相比較器11と、可変チャージポンプ回路12と、可変ローパスフィルタ(可変LPF)13と、電圧制御発振回路(VCO)14と、可変分周器15と、周波数判定回路16と、を備えている。
位相比較器11は、入力信号と、可変分周器15から出力される分周信号との位相を比較し、アップ信号(位相進み信号)UPまたはダウン信号(位相遅れ信号)DNを生成して可変チャージポンプ回路12に出力するようになっている。
可変チャージポンプ回路12は、位相比較器11からのアップ信号UPまたはダウン信号DNに基づいて電流を入出力するとともに、そのチャージポンプ電流Icpの電流値を任意の値に設定できるようになっている。
このため、可変チャージポンプ回路12は、図2に示すように、電源電圧VDDから電流を出力する可変電流源121と、アップ信号UPでオンして可変電流源121の電流を出力ノードに出力するスイッチ122と、ダウン信号DNでオンするスイッチ123と、スイッチ123がオンのときに出力ノードから電流を流し込む可変電流源124と、を備えている。可変電流源121、124は、周波数判定回路16からの制御信号によりその各電流値を設定できるようになっている。
可変ローパスフィルタ13は、可変チャージポンプ回路12の出力信号を平滑化して制御電圧を生成して出力するとともに、周波数判定回路16からの制御信号により可変抵抗131の抵抗値を可変することにより、任意のローパスフィルタ特性を設定できるようになっている。
このため、可変ローパスフィルタ13は、図1に示すように、可変抵抗131と固定キャパシタ132とを直列接続する直列回路と、この直列回路に並列に接続する固定キャパシタ133とからなる回路で形成され、その回路が可変チャージポンプ回路12の出力ラインとグランドとの間に接続されている。
電圧制御発振回路14は、可変ローパスフィルタ13からの制御電圧の電圧値に基づく固有周波数をもつ発振信号を生成して出力するようになっている。
可変分周器15は、電圧制御発振回路14からの出力信号を分周数Nで1/Nに分周して分周信号を出力するものであり、その分周数N(または分周比)を周波数判定回路16からの制御信号により任意の値に設定できるようになっている。
周波数判定回路16は、入力信号の周波数が所定値に変化したことを判定するものであり、その判定は分周器15から出力される分周信号を参照して行うようになっている。また、周波数判定回路16は、入力信号の周波数が所定値に変化したことを判定したときには、その判定に応じて後述のように、可変チャージポンプ回路12のチャージポンプ電流Icpの電流値、可変ローパスフィルタ13の可変抵抗131の抵抗値、および可変分周器15の分周数Nを、同時に各所定値に可変(設定)するようになっている。
次に、このような構成からなる第1実施形態の動作例について、図1などを参照して説明する。
いま、ある周波数レンジの最低周波数であるリファレンス周波数fr=fr0に対し最適化した、可変分周器15の分周数N、可変チャージポンプ回路12のチャージポンプ電流Icp、可変ローパスフィルタ13の可変抵抗131の抵抗値R、および固定キャパタの容量値Cの基準となる値を、それぞれN=N0、Icp=Icp0、R=R0、C=C10とする。
次に、周波数判定回路16が、可変分周器15からの分周信号を参照することにより、入力信号の周波数が基準(リファレンス周波数fr0)の2倍になったと判断した場合には、リファレンス周波数frも2倍になる。
そこで、周波数判定回路16は、分周数N、チャージポンプ電流Icp、および可変抵抗131の抵抗値Rを、N=N0/2、Icp=2×Icp0、R=R0/2に切り替えるために(図4のパターン1)、その各値を切り替えるための制御信号を各部に同時に供給する(図1参照)。
また、周波数判定回路16が、可変分周器15からの分周信号を参照することにより、入力信号の周波数が基準の4倍になったと判断した場合には、リファレンス周波数frも4倍になる。
そこで、周波数判定回路16は、分周数N、チャージポンプ電流Icp、および可変抵抗131の抵抗値Rを、N=N0/4、Icp=4×Icp0、R=R0/4に切り替えるために、その各値を切り替えるための制御信号を各部に同時に供給する。
このように、この第1実施形態では、入力信号の周波数が基準のn倍になった場合には、リファレンス周波数frもn倍になるので、これに応じて、周波数判定回路16は、N=N0/n、Icp=n×Icp0、R=R0/nに切り替えるための制御信号を各部に出力する。
ここで、入力信号の周波数が分周信号の周波数の2倍になった場合には、帯域周波数ω01、およびダンピング因子(ダンピングファクタ)ζ1は、以下の式(4)および式(5)でそれぞれ表される。
Figure 2006222939
ここで、式(5)において、ωn1は次の式(6)である。
Figure 2006222939
式(4)によれば、帯域周波数ω01は基準の帯域周波数ω00の2倍に変更されるが、ダンピング因子ζ1は基準のダンピング因子ζ0と値は変わらない。
また、ボード線図上でPLLループのオープンループ特性を簡易的に表すと、図3のようになるが、上述した回路定数の操作により、オープンループ特性は帯域周波数がω00、ω01=2×ω00、ω02=4×ω00・・・と変化するのみでその形状を保ちつつ周波数軸上を平行移動することになり、リファレンス周波数fr0、fr1=2×fr0、fr2=4×fr0・・・に応じたスケーリングがなされている。リファレンス周波数に対する帯域周波数の比(fr0/ω00、fr1/ω01・・・)は一定に保たれていることが確認できる。
このように、第1実施形態では、上述した制御をリファレンス周波数の帯域に応じて繰り返すことで、ダンピング因子を一定値に保ちつつ、帯域周波数を変更することができ、電圧制御発振回路14の動作レンジを広く取る必要がないのでノイズ耐性も良い。
(第2実施形態)
図5は、本発明に係るPLL回路の第2実施形態の構成を示すブロック図である。
この第2実施形態は、図5に示すように、位相比較器11と、可変チャージポンプ回路12と、可変ローパスフィルタ13Aと、電圧制御発振回路14と、可変分周器15と、周波数判定回路16Aと、を備えている。
この第2実施形態は、図1に示す可変ローパスフィルタ13および周波数判定回路16を、図5に示す可変ローパスフィルタ13Aおよび周波数判定回路16Aに置き換えるようにしたものである。従って、他の部分の構成要素は同一であるので、同一の構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。
可変ローパスフィルタ13Aは、可変チャージポンプ回路12の出力信号を平滑化して制御電圧を生成して出力する回路であり、周波数判定回路16Aからの制御信号により可変キャパシタ135、136の各容量値を可変することにより、任意のローパスフィルタ特性を設定するようになっている。
このため、可変ローパスフィルタ13Aは、図5に示すように、固定抵抗134と可変キャパシタ135とを直列接続する直列回路と、この直列回路に並列に接続する可変キャパシタ136とからなる回路で形成され、その回路が可変チャージポンプ回路12の出力ラインとグランドとの間に接続されている。なお、可変キャパシタ136は省略するようにしても良い。
周波数判定回路16Aは、入力信号の周波数が所定値に変化したことを判定するものであり、その判定は分周器15から出力される分周信号を参照して行うようになっている。また、周波数判定回路16Aは、入力信号の周波数が所定値に変化したことを判定したときには、その判定に応じて後述のように、可変チャージポンプ回路12のチャージポンプ電流Icpの電流値、可変ローパスフィルタ13Aの可変キャパシタの容量値、および可変分周器15の分周数Nを、同時に各所定値に可変(設定)するようになっている。
次に、このような構成からなる第2実施形態の動作例について、図5を参照して説明する。
図1に示す第1実施形態では可変ローパスフィルタ13の可変抵抗131の抵抗値Rを可変としたが、図5に示す第2実施形態では可変抵抗131に変えて可変キャパシタ135、136の各容量値を変更するようにした。
ここで、第2実施形態において、2つの可変キャパシタ135、136を有する場合には、可変キャパシタ135のみの容量値C1を変更するだけでも良いが、オープンループ特性のスケーリングの観点からは 可変キャパシタ135、136の各容量値C1,C2を変更するのが好ましい。
以下の説明では、その説明を容易にするために、帯域周波数ω0の計算式に可変キャパシタ136の容量値C2を含まないものとし、可変キャパシタ135の容量値C1だけを変更する場合について説明する。
いま、ある周波数レンジの最低周波数であるリファレンス周波数fr=fr0に対し最適化した、可変分周器15の分周数N、可変チャージポンプ回路12のチャージポンプ電流Icp、固定抵抗134の抵抗値R、可変キャパシタ135の容量値C1、および可変キャパシタ135の容量値C2の基準となる各値を、それぞれN=N0、Icp=Icp0、R=R0、C1=C10、C2=C20とする。
次に、周波数判定回路16Aが、可変分周器15からの分周信号を参照することにより、入力信号の周波数が基準(リファレンス周波数fr0)の2倍になったと判断した場合には、リファレンス周波数frも2倍になる。
そこで、周波数判定回路16Aは、分周数Nおよび可変キャパシタ135の容量値C1を、N=N0/2、C1=C10/2に切り替えるために、その各値を切り替えるための制御信号を各部に同時に供給する(図5参照)。
また、周波数判定回路16Aが、可変分周器15からの分周信号を参照することにより、入力信号の周波数が基準の4倍になったと判断した場合には、リファレンス周波数frも4倍になる。
そこで、周波数判定回路16Aは、分周数Nおよび可変キャパシタ135の容量値C1を、N=N0/4、C1=C10/4に切り替えるために、その各値を切り替えるための制御信号を各部に同時に供給する。
このように、この第2実施形態では、入力信号の周波数が基準のn倍になった場合には、リファレンス周波数frもn倍になるので、これに応じて、周波数判定回路16Aは、N=N0/n、C1=C10/nに切り替えるための制御信号を各部に出力する。
ここで、入力信号の周波数が分周信号の周波数の2倍になった場合には、帯域周波数ω01、およびダンピング因子ζ1は、以下の式(7)および式(8)で表される。
Figure 2006222939
ここで、式(8)において、ωn1は次の式(9)である。
Figure 2006222939
式(7)によれば、帯域周波数ω01は基準の帯域周波数ω00の2倍に変更されるが、ダンピング因子ζ1は基準のダンピング因子ζ0と値は変わらない。
また、ボード線図上でPLLループのオープンループ特性を簡易的に表すと、図3のようになるが、上述した回路定数の操作により、オープンループ特性は帯域周波数がω00、ω01=2×ω00、ω02=4×ω00・・・と変化するのみでその形状を保ちつつ周波数軸上を平行移動することになり、リファレンス周波数fr0、fr1=2×fr0、fr2=4×fr0・・・に応じたスケーリングがなされている。リファレンス周波数に対する帯域周波数の比(fr0/ω00、fr1/ω01・・・)は一定に保たれていることが確認できる。
このように、第2実施形態では、上述した制御をリファレンス周波数の帯域に応じて繰り返すことで、ダンピング因子を一定値に保ちつつ、帯域周波数を変更することができ、電圧制御発振回路14の動作レンジを広く取る必要がないのでノイズ耐性も良い。
(その他の実施形態)
上述したように、第1実施形態では、チャージポンプ電流値Icp、抵抗値R、および分周数Nを変更するようにした(図4のパターン1を参照)。また、第2実施形態では、容量値C1、容量値C2、および分周数Nを変更するようにした(図4のパターン2を参照)。
そこで、第3実施形態として、入力信号の周波数が基準のn倍になった場合には、N=N0/(2×n)、R=R0/nに切り替えても良く、同様の効果が得られる(図4のパターン1´を参照)。また、第4の実施形態として、入力信号の周波数が基準のn倍になった場合には、Icp=n×Icp、C1=C1/n、C2=C2/nに切り替えても良く、同様の効果が得られる(図4のパターン2´を参照)。
このように、PLLのオープンループ特性において、チャージポンプ電流値Icpを2倍にすることと分周数Nを2分の1にすることは同様の効果があるため、図4のパターン1、2、1’、2’の様な4種類の回路定数の操作パターンが可能である。しかし、実際にはパターン1’、2’よりパターン1、2の方が回路的にはより好ましい。
以下に、パターン2とパターン2’を比較して、その理由を図6および図7を用いて説明する。
図6(a)は、電圧制御発振回路14の発振クロック信号を可変分周器15で分周して分周信号を生成する構成において、分周数Nを固定して使う場合の、電圧制御発振回路14に入力される制御電圧vと発振周波数fとの関係を示す。
図6(a)に示すように、電圧制御発振回路14の発振周波数fは制御電圧vに比例し、可変分周器15の分周数Nが固定であるので、入力信号の周波数帯域に応じて発振周波数fのレンジf1a〜f2aを広く取る必要がある。発振周波数fのレンジf1a〜f2aを広く取るには、制御電圧vのレンジv1a〜v2aも広く取る必要がある。このとき、傾きf/vは電圧制御発振回路14のゲインKvcoを表しており、ゲインKvcoが大きくなってしまっていることがわかる。
図6(b)は、電圧制御発振回路14の発振クロック信号を可変分周器15で分周して分周信号を生成する構成において、分周数Nを可変にして使う場合の、電圧制御発振回路14に入力される制御電圧vと発振周波数fとの関係を示す。
図6(b)に示すように、電圧制御発振回路14の発振周波数fは制御電圧vに比例するが、可変分周器15の分周数Nを入力信号の周波数帯域に応じて変更することができるので、図6(a)と同じ制御電圧vのレンジv1a〜v2aに対しても、発振周波数fの周波数レンジf1b〜f2bは狭くて良い。
このとき、傾きf/vは電圧制御発振回路14のゲインKvcoを表しており、ゲインKvcoが小さくてすむことが分かる。一般に、電圧制御発振回路14の制御電圧vの入力範囲は動作電源電圧VDDにより制限されている。また、図6(a)、(b)を比較すると、発振周波数fの可変範囲(レンジ)が広くなるほど、ゲインKvcoを大きく取らなければならない。
したがって、パターン2´の場合には、電圧制御発振回路14は制御電圧v上のノイズに対して有感になってしまい、再生クロックのジッタ特性を劣化させる要因となる。
また、図7に示すように、パターン2´の分周数Nを固定としチャージポンプ電流Icpを変更する場合は、電圧制御発振回路14の入力信号には位相引き込み項であるIcp×Rなる電圧波形の項が現れる。この波高Vは、入力信号の周波数帯域によりチャージポンプ電流Icpはn倍にスケーリングされることになるので、低周波数側では波高V1=Icp×Rとなり、高周波数側では波高V2=n×Icp×Rとなり、高周波数側のほうが大きな振幅となり、電圧制御発振回路14の入力感度の影響が周波数帯により異なってしまうとともに、周波数レンジがさらに広く必要となってしまう。
次に、パターン1とパターン1’を比較して、パターン1が好ましい理由を図8および図9を用いて説明する。
図8(a)は、電圧制御発振回路14の発振クロック信号を分周して分周信号を生成する構成において、入力周波数が2倍になる毎に分周数Nを1/4にして使う場合(図4のパターン1’参照)の、電圧制御発振回路14に入力される制御電圧vとその発振周波数fとの関係を示す。入力周波数が2倍になる毎に使用する発振周波数は1/2になる。
したがって、前述のパターン2’と同様に発振周波数のレンジを広く取る必要がある。パターン1 では、パターン2と同様に、入力周波数の2倍のときに分周数Nは1/2にして使用するので、電圧制御発振回路14の発振周波数は入力周波数の1倍のときと同じである。
また、パターン1’では、入力周波数の2倍のときに、分周数Nを1/4にするとともに、可変ローパスフィルタ13中の可変抵抗131の抵抗値Rを1/2にしている。この場合、電圧制御発振回路14の入力信号に現れるIcp×Rなる電圧波形の波高Vは、入力信号の周波数帯に応じて抵抗値Rが1/n倍にスケーリングされることにより、同様にスケーリングされるため、高周波数側の方が波高Vが小さくなってしまう。
図9において、低周波側での波高V1=Icp×Rに対し高周波側でV2=Icp×R/nと小さくなる。前述のパターン2’と同様、電圧制御発振回路14の入力感度の影響が周波数帯により異なってしまう。
以上のような理由により、パターン1及びパターン2の様な回路定数の変更を行うことにより、広い入力周波数レンジに対し、より最適なロック動作をし、かつ低ジッタ化に有利なPLL回路を提供することが出来る。
特に、数KHzから数百KHzにわたる広範囲なサンプリング周波数のデジタルオーディオ信号(SPDIF)から低ジッタのクロックを再生することが求められているデジタル・オーディオ受信装置の用途において有効である。
本発明に係るPLL回路は、入力信号の周波数範囲が広帯域に渡る位相同期回路に適している。
このため、位相同期のためにPLL回路を備えたりまたは含んでいるデジタル・オーディオ受信装置では、そのPLL回路としてこの実施形態に係る各種のPLL回路を使用すると、本発明の長所を活かすことができる。
本発明の第1実施形態の構成を示すブロック図である。 図1に示す可変チャージポンプ回路の具体例を示す回路図である。 第1実施形態において、リファレンス周波数に応じてその帯域が変化する様子を説明する図である。 各実施形態の動作パターンを説明する図である。 本発明の第2実施形態の構成を示すブロック図である。 (a)は動作パターン2’のときの電圧制御発振回路の特性を示す図、(b)は動作パターン2のときの電圧制御発振回路の特性を示す図である。 動作パターン2’による制御のときの不利益を説明する図である。 (a)は動作パターン1’のときの電圧制御発振回路の特性を示す図、(b)は動作パターン1のときの電圧制御発振回路の特性を示す図である。 動作パターン1’による制御のときの不利益を説明する図である。 従来のPLL回路の構成例を示すブロック図である。 図10に示すチャージポンプ回路の具体例を示す回路図である。
符号の説明
11 位相比較器
12 可変チャージポンプ回路
13 可変ローパスフィルタ(可変LPF)
14 電圧制御発振回路
15 可変分周器
16 周波数判定回路
121、124 可変電流源
131 可変抵抗
135、136 可変キャパシタ

Claims (6)

  1. 入力信号と分周信号との位相差を比較し、位相進み信号または位相遅れ信号を出力する位相比較器と、
    前記位相比較器から出力される位相進み信号または位相遅れ信号に応じた電流信号を出力するチャージポンプ回路と、
    抵抗およびキャパシタを有し、前記チャージポンプ回路から出力される電流信号を平滑化して電圧信号に変換するローパスフィルタと、
    前記ローパスフィルタから出力される電圧信号に応じた周波数の発振信号を生成する電圧制御発振回路と、
    前記電圧制御発振回路から出力される発振信号を所定の分周比により分周して前記分周信号を生成する分周器と、
    前記入力信号の周波数の変化を判定する周波数判定手段と、
    前記周波数判定手段の判定に従って、前記チャージポンプ回路から出力される電流信号の電流値、前記抵抗の抵抗値、前記キャパシタの容量値、および前記分周器の分周比のうちの少なくとも2つの回路定数を切り替える切替手段と、を備え、
    前記切替手段は、前記回路定数を切り替えるときには、PLLループのダンピング因子を一定のままでPLLループの帯域周波数を変更するように、前記回路定数を同時に切り替えることを特徴とするPLL回路。
  2. 前記切替手段は、前記周波数判定手段が前記入力信号の周波数が基準周波数のn倍(nは2以上の整数)になったと判定した場合に、前記電流値をn倍、前記抵抗値を1/n倍、前記分周比を1/n倍にそれぞれ切り替えることを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。
  3. 前記切替手段は、前記周波数判定手段が前記入力信号の周波数が基準周波数のn倍(nは2以上の整数)になったと判定した場合に、前記容量値を1/n倍、前記分周比を1/n倍にそれぞれ切り替えることを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。
  4. 前記切替手段は、前記周波数判定手段が前記入力信号の周波数が基準周波数のn倍(nは2以上の整数)になったと判定した場合に、前記抵抗値を1/n倍、前記分周比を1/(2×n)倍にそれぞれ切り替えることを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。
  5. 前記切替手段は、前記周波数判定手段が前記入力信号の周波数が基準周波数のn倍(nは2以上の整数)になったと判定した場合に、前記電流値をn倍、前記容量値を1/n倍にそれぞれ切り替えることを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。
  6. PLL回路を備えたデジタル・オーディオ受信装置において、
    前記PLL回路を請求項1乃至請求項5のうちの何れかに記載のPLL回路とすることを特徴とするデジタル・オーディオ受信装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009188811A (ja) * 2008-02-07 2009-08-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Ponシステムの局側装置、受信方法及びクロックデータ再生回路
JP2009194902A (ja) * 2008-02-14 2009-08-27 Hynix Semiconductor Inc 位相同期装置
JP2009267775A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Renesas Technology Corp Pll回路およびシリアルインターフェース回路
DE102009046398A1 (de) 2008-11-12 2010-05-20 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki, Kariya PLL-Schaltung
JP2011509060A (ja) * 2008-01-07 2011-03-17 クゥアルコム・インコーポレイテッド 位相ロックループ(pll)のループ帯域幅を較正するシステムおよび方法
US8085071B2 (en) 2008-01-29 2011-12-27 Fujitsu Semiconductor Limited Phase-locked loop circuit and delay-locked loop circuit

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01215122A (ja) * 1988-02-24 1989-08-29 Hitachi Ltd 位相同期信号発生回路
JPH0537370A (ja) * 1991-07-03 1993-02-12 Hitachi Ltd 周波数シンセサイザ
JPH09153795A (ja) * 1995-11-28 1997-06-10 Sony Corp 位相同期ループ回路、信号処理装置及び集積回路
JPH1022824A (ja) * 1996-07-02 1998-01-23 Toshiba Corp 位相同期回路
JPH1084279A (ja) * 1996-09-06 1998-03-31 Sony Corp Pll回路およびこれを用いた記録再生装置
JP2001135038A (ja) * 1999-11-01 2001-05-18 Nec Corp Pll回路及びデータ読み取り装置
JP2004235688A (ja) * 2003-01-28 2004-08-19 Seiko Epson Corp 半導体集積回路

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01215122A (ja) * 1988-02-24 1989-08-29 Hitachi Ltd 位相同期信号発生回路
JPH0537370A (ja) * 1991-07-03 1993-02-12 Hitachi Ltd 周波数シンセサイザ
JPH09153795A (ja) * 1995-11-28 1997-06-10 Sony Corp 位相同期ループ回路、信号処理装置及び集積回路
JPH1022824A (ja) * 1996-07-02 1998-01-23 Toshiba Corp 位相同期回路
JPH1084279A (ja) * 1996-09-06 1998-03-31 Sony Corp Pll回路およびこれを用いた記録再生装置
JP2001135038A (ja) * 1999-11-01 2001-05-18 Nec Corp Pll回路及びデータ読み取り装置
JP2004235688A (ja) * 2003-01-28 2004-08-19 Seiko Epson Corp 半導体集積回路

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011509060A (ja) * 2008-01-07 2011-03-17 クゥアルコム・インコーポレイテッド 位相ロックループ(pll)のループ帯域幅を較正するシステムおよび方法
JP2014096819A (ja) * 2008-01-07 2014-05-22 Qualcomm Incorporated 位相ロックループ(pll)のループ帯域幅を較正するシステムおよび方法
US8085071B2 (en) 2008-01-29 2011-12-27 Fujitsu Semiconductor Limited Phase-locked loop circuit and delay-locked loop circuit
US8264259B2 (en) 2008-01-29 2012-09-11 Fujitsu Semiconductor Limited Phase-locked loop circuit and delay-locked loop circuit
JP2009188811A (ja) * 2008-02-07 2009-08-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Ponシステムの局側装置、受信方法及びクロックデータ再生回路
JP2009194902A (ja) * 2008-02-14 2009-08-27 Hynix Semiconductor Inc 位相同期装置
JP2009267775A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Renesas Technology Corp Pll回路およびシリアルインターフェース回路
DE102009046398A1 (de) 2008-11-12 2010-05-20 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki, Kariya PLL-Schaltung

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