JP2007013898A - Pll frequency synthesizer, integrated circuit and communication apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電圧制御発振器を制御する構成のPLL周波数シンセサイザおよびこれを用いた集積回路ならびに通信装置に関するものである。 The present invention relates to a PLL frequency synthesizer configured to control a voltage controlled oscillator, an integrated circuit using the same, and a communication apparatus.
従来から、セルラー移動無線電話機、コードレス電話機、無線データ端末などの無線通信機や、衛星放送用チューナー、ケーブルテレビ用チューナーなどのチューナーには、局部発振源としてPLL(phase locked loop)周波数シンセサイザが広く使われている。PLL周波数シンセサイザは正確な周波数を発振し、周波数が等間隔ずつ異なった複数の周波数の信号を生成する回路である。 Conventionally, a PLL (phase locked loop) frequency synthesizer has been widely used as a local oscillation source in wireless communication devices such as cellular mobile wireless telephones, cordless telephones, wireless data terminals, and tuners such as satellite broadcast tuners and cable TV tuners. It is used. The PLL frequency synthesizer is a circuit that oscillates an accurate frequency and generates signals of a plurality of frequencies having different frequencies by equal intervals.
図5は、一般的なPLL周波数シンセサイザを示すもので、特許文献1の図1を引用するものである。 FIG. 5 shows a general PLL frequency synthesizer, which is cited from FIG.
PLL周波数シンセサイザを構成する一般的な構成要素として、図5に示すように、基準信号を出力する基準信号発振器11、当該基準信号と分周器15からの出力信号との位相を比較する位相比較器12、位相比較器12からの出力信号を平滑化し電圧制御発振器14へ制御電圧を出力するループフィルタ(ローパスフィルタ)13、入力された電圧により発振周波数が変化する電圧制御発振器14、電圧制御発振器14からの出力信号を外部制御信号に基づいて任意の分周比に分周する分周器15、PLL周波数シンセサイザがロック状態にあるか否かを、位相比較機12の位相が揃っているか否かで判断するロック検出回路16、電圧制御発振器14に出力する変換利得の切替信号17、分周比データを設定するCPU18などがある。
As a general component constituting the PLL frequency synthesizer, as shown in FIG. 5, a
また、位相比較器12には、ループフィルタ13を通して入力信号との位相差を電圧の形で出力するための図示しないチャージポンプ回路などが含まれる。
The
図6は、一般的なPLL周波数シンセサイザの電圧制御発振器の発振回路を示すもので、特許文献2の図18を引用するものである。 FIG. 6 shows an oscillation circuit of a voltage-controlled oscillator of a general PLL frequency synthesizer, and FIG. 18 of Patent Document 2 is cited.
電圧制御発振器の発振回路は、図6に示すように、主にインダクタLa・Lbと可変容量素子VCa1〜VCa3・VCb1〜VCb3とから構成される共振回路により発振周波数が決まる。可変容量素子の容量値を変更することにより、共振回路の発振周波数を変えることができる。 As shown in FIG. 6, the oscillation circuit of the voltage controlled oscillator has an oscillation frequency determined by a resonance circuit mainly composed of inductors La and Lb and variable capacitance elements VCa1 to VCa3 and VCb1 to VCb3. By changing the capacitance value of the variable capacitance element, the oscillation frequency of the resonance circuit can be changed.
電圧制御発振器は発振周波数を決定する重要な回路であるが、その位相雑音がPLL周波数シンセサイザの精度を大きく左右し、さらに送受信システムの変調精度に影響する。位相雑音は電圧制御発振器の感度が低いほうが良い値を示す。これは、電圧制御発振器の感度が高いと制御電圧ラインに入り込む外乱により位相雑音が増大するためである。なお、電圧制御発振器の感度とは、制御電圧の変化に対する発振周波数の変化割合のことである。 The voltage controlled oscillator is an important circuit that determines the oscillation frequency, but its phase noise greatly affects the accuracy of the PLL frequency synthesizer and further affects the modulation accuracy of the transmission / reception system. The phase noise shows a better value when the sensitivity of the voltage controlled oscillator is lower. This is because if the sensitivity of the voltage controlled oscillator is high, phase noise increases due to disturbance entering the control voltage line. The sensitivity of the voltage controlled oscillator is the change rate of the oscillation frequency with respect to the change of the control voltage.
広い周波数可変範囲の電圧制御発振器が必要な場合、容量変化の大きい可変容量素子を使用すればよい。または、複数の可変容量素子を並列接続して使用すればよい。しかし、周波数可変範囲が広がれば、電圧制御発振器の感度も高くなり、位相雑音特性の劣化の一因となる。 When a voltage controlled oscillator with a wide frequency variable range is required, a variable capacitance element having a large capacitance change may be used. Alternatively, a plurality of variable capacitance elements may be used in parallel connection. However, if the frequency variable range is widened, the sensitivity of the voltage controlled oscillator is also increased, which contributes to the deterioration of the phase noise characteristics.
位相雑音を軽減するため、狭い周波数可変範囲の電圧制御発振器を複数個つくり、所望の周波数可変範囲を低い位相雑音で網羅にする手法が知られている(例えば、特許文献2)。
しかしながら、上記従来の構成では、必要周波数可変範囲に応じて電圧制御発振器が複数個必要なため、回路上で電圧制御発振器の占める面積が増大するという問題が生じる。
具体的には、所望の周波数可変範囲を満たし、かつ、実用上の位相雑音内である電圧制御発振器を複数個用意して必要な周波数可変範囲を満たす必要がある。このため、位相雑音特性の良い周波数可変範囲の狭い電圧制御発振器を用いる場合、所望の周波数可変範囲を満たすために多数の電圧制御発振器が必要になってしまう。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、位相雑音を抑制しつつ電圧制御発振器の回路規模を小さくすることができるPLL周波数シンセサイザ、およびこれを含む集積回路ならびに通信装置を実現することにある。
However, the conventional configuration requires a plurality of voltage controlled oscillators in accordance with the necessary frequency variable range, which causes a problem that the area occupied by the voltage controlled oscillator on the circuit increases.
Specifically, it is necessary to prepare a plurality of voltage controlled oscillators that satisfy a desired frequency variable range and are within practical phase noise to satisfy a necessary frequency variable range. For this reason, when using a voltage controlled oscillator having a narrow frequency variable range with good phase noise characteristics, a large number of voltage controlled oscillators are required to satisfy the desired frequency variable range.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a PLL frequency synthesizer capable of reducing the circuit scale of a voltage controlled oscillator while suppressing phase noise, an integrated circuit including the PLL frequency synthesizer, and It is to realize a communication device.
本発明のPLL周波数シンセサイザは、制御電圧により発振周波数が変化する電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器からの出力信号を外部制御信号に基づいて任意の分周比に分周する分周器と、基準周波数を有する基準信号と前記分周器からの出力信号との位相を比較する位相比較器と、前記位相比較器からの出力信号を平滑化し前記電圧制御発振器へ前記制御電圧を出力するローパスフィルタとを備えるPLL周波数シンセサイザにおいて、ロック検出器と、基準電圧選択回路とをさらに備え、前記ロック検出器は、前記位相比較器の比較結果より前記PLL周波数シンセサイザがロックしていることを検出してロック信号を出力し、前記基準電圧選択回路は、前記ロック検出器から出力された前記ロック信号ならびに前記ローパスフィルタより出力された前記制御電圧をもとに、前記電圧制御発振器の、印加される前記制御電圧に従った発振周波数で発振する発振回路の接続状態を切り替える切替信号、ならびに、前記発振周波数の可変基準点を決めるために前記発振回路の所定点に印加される基準電圧を生成して、前記電圧制御発振器へ出力し、前記電圧制御発振器は、前記基準電圧選択回路からの前記基準電圧と前記切替信号とをもとに前記発振回路の発振周波数可変範囲を決定することを特徴としている。 The PLL frequency synthesizer of the present invention includes a voltage controlled oscillator whose oscillation frequency changes according to a control voltage, a frequency divider that divides an output signal from the voltage controlled oscillator into an arbitrary frequency dividing ratio based on an external control signal, A phase comparator for comparing the phase of a reference signal having a reference frequency with an output signal from the frequency divider, and a low-pass filter for smoothing the output signal from the phase comparator and outputting the control voltage to the voltage controlled oscillator The PLL frequency synthesizer further includes a lock detector and a reference voltage selection circuit, and the lock detector detects that the PLL frequency synthesizer is locked based on a comparison result of the phase comparator. The reference voltage selection circuit outputs the lock signal and the low-pass filter output from the lock detector. A switching signal for switching a connection state of an oscillation circuit that oscillates at an oscillation frequency according to the applied control voltage of the voltage-controlled oscillator based on the control voltage output from the data, and a variable oscillation frequency In order to determine a reference point, a reference voltage applied to a predetermined point of the oscillation circuit is generated and output to the voltage controlled oscillator, and the voltage controlled oscillator switches between the reference voltage from the reference voltage selection circuit and the switching The oscillation frequency variable range of the oscillation circuit is determined based on the signal.
上記の構成によれば、発振周波数の広い可変範囲と、狭い可変範囲とを切替信号および基準電圧をもとに切り替えることで、単一の電圧制御発振器を用いて、広い発振周波数可変範囲ではロックに要する時間を短縮し、狭い発振周波数可変範囲では位相雑音の少ない発振を実現することができる。単一の電圧制御発振器によって上記の特性を持たせることが出来るため、位相雑音を抑制しつつ、同種の回路を複数構成する場合にくらべて設置面積が少ないPLL周波数シンセサイザを実現できるという効果を奏する。 According to the above configuration, by switching between a wide variable range of the oscillation frequency and a narrow variable range based on the switching signal and the reference voltage, a single voltage-controlled oscillator can be used to lock the wide oscillation frequency variable range. Thus, it is possible to realize oscillation with less phase noise in a narrow oscillation frequency variable range. Since the above-mentioned characteristics can be provided by a single voltage controlled oscillator, it is possible to realize a PLL frequency synthesizer with a small installation area compared to the case where a plurality of the same type of circuits are configured while suppressing phase noise. .
また、本発明のPLL周波数シンセサイザでは、前記ロック検出器は、前記PLL周波数シンセサイザがアンロックしていることを検出するとアンロック信号を出力し、、前記基準電圧選択回路は、電圧制御発振器が発振を始める初期状態において、前記アンロック信号をもとに、前記基準電圧として初期基準電圧を出力するとともに前記切替信号として初期切替信号を出力し、前記電圧制御発振器は前記初期基準電圧ならびに前記初期切替信号をもとに、前記発振周波数可変範囲を最大の可変範囲である初期発振周波数可変範囲とすることが好ましい。 In the PLL frequency synthesizer of the present invention, when the lock detector detects that the PLL frequency synthesizer is unlocked, it outputs an unlock signal, and the reference voltage selection circuit oscillates a voltage controlled oscillator. In an initial state of starting, the initial reference voltage is output as the reference voltage and the initial switching signal is output as the switching signal based on the unlock signal, and the voltage-controlled oscillator outputs the initial reference voltage and the initial switching signal. It is preferable that the oscillation frequency variable range is an initial oscillation frequency variable range which is a maximum variable range based on a signal.
上記の構成によれば、上記発振周波数可変範囲が最大であることにより広い可変範囲で発振を行うことができ、狭い可変範囲で発振を行うよりもロックまでに要する時間を短縮することができるというさらなる効果を奏する。 According to the above configuration, since the oscillation frequency variable range is the maximum, it is possible to oscillate in a wide variable range, and it is possible to shorten the time required for locking rather than performing oscillation in a narrow variable range. There is a further effect.
また、本発明のPLL周波数シンセサイザでは、前記基準電圧選択回路は、さらに、前記ロック検出器から前記ロック信号が入力された場合、前記発振周波数可変範囲を、前記初期発振周波数可変範囲よりも狭い可変範囲であるロック時周波数可変範囲にするための前記基準電圧ならびに前記切替信号を出力することが好ましい。
上記の構成によれば、ロックしている状態の検出に基づき、目的とする周波数を含むより狭い周波数の可変範囲を持つ回路接続状態に切り替えることにより、位相雑音の少ない発振を行うことができるというさらなる効果を奏する。
In the PLL frequency synthesizer of the present invention, the reference voltage selection circuit may further change the oscillation frequency variable range narrower than the initial oscillation frequency variable range when the lock signal is input from the lock detector. It is preferable to output the reference voltage and the switching signal for setting the range of the variable frequency at the time of lock.
According to the above configuration, it is possible to perform oscillation with less phase noise by switching to a circuit connection state having a narrower frequency variable range including a target frequency based on detection of a locked state. There is a further effect.
また、本発明のPLL周波数シンセサイザでは、前記初期発振周波数可変範囲は、前記ロック時周波数可変範囲のそれぞれがとり得る周波数範囲の全てを含むことが好ましい。
上記の構成によれば、初期発振周波数可変範囲が、各ロック時周波数可変範囲の全てを含むため、ロック時周波数可変範囲内の目的とする周波数の全てを確実に得ることができるというさらなる効果を奏する。
In the PLL frequency synthesizer of the present invention, it is preferable that the initial oscillation frequency variable range includes all the frequency ranges that can be taken by each of the lockable frequency variable ranges.
According to the above configuration, since the initial oscillation frequency variable range includes all of the lockable frequency variable ranges, it is possible to reliably obtain all of the target frequencies within the lockable frequency variable range. Play.
また、本発明のPLL周波数シンセサイザでは、前記基準電圧選択回路は、前記初期基準電圧を出力している状態でないときに前記ロック検出器から前記アンロック信号が出力されると、前記初期基準電圧および前記初期切替信号を出力し、前記電圧制御発振器は前記初期基準電圧ならびに前記初期切替信号をもとに、前記発振周波数可変範囲を前記初期発振周波数可変範囲とすることが好ましい。 In the PLL frequency synthesizer of the present invention, when the unlock signal is output from the lock detector when the reference voltage selection circuit is not in a state of outputting the initial reference voltage, the initial reference voltage and Preferably, the initial switching signal is output, and the voltage-controlled oscillator sets the oscillation frequency variable range to the initial oscillation frequency variable range based on the initial reference voltage and the initial switching signal.
上記の構成によれば、分周比が代わったことにより目的とする周波数が変化した場合、目的とする周波数を含む別の狭い周波数可変範囲に変更することができるというさらなる効果を奏する。 According to the above configuration, when the target frequency changes due to the change of the frequency division ratio, there is an additional effect that the frequency can be changed to another narrow frequency variable range including the target frequency.
また、上記PLL周波数シンセサイザを集積回路で構成することにより、集積回路の小型化が実現できる。また、上記集積回路を用いて通信装置を構成することにより、通信装置の小型化が実現できる。 Further, by configuring the PLL frequency synthesizer with an integrated circuit, it is possible to reduce the size of the integrated circuit. Further, the communication device is configured using the integrated circuit, so that the communication device can be downsized.
本発明のPLL周波数シンセサイザは、ロック検出器と、基準電圧選択回路とをさらに備えるため、発振周波数の広い可変範囲と、狭い可変範囲とを切替信号および基準電圧をもとに切り替えることで、単一の電圧制御発振器を用いて、広い発振周波数可変範囲ではロックに要する時間を短縮し、狭い発振周波数可変範囲では位相雑音の少ない発振を実現することができる。単一の電圧制御発振器によって上記の特性を持たせることが出来るため、同種の回路を複数構成する場合にくらべて設置面積が少ないPLL周波数シンセサイザを実現できる。 Since the PLL frequency synthesizer of the present invention further includes a lock detector and a reference voltage selection circuit, the PLL frequency synthesizer can be switched between a wide variable range of the oscillation frequency and a narrow variable range based on the switching signal and the reference voltage. Using one voltage-controlled oscillator, it is possible to reduce the time required for locking in a wide oscillation frequency variable range, and to realize oscillation with less phase noise in a narrow oscillation frequency variable range. Since the above characteristics can be provided by a single voltage controlled oscillator, a PLL frequency synthesizer with a smaller installation area can be realized as compared with the case where a plurality of circuits of the same type are configured.
本発明の一実施形態について図1〜図4に基づいて説明すると以下の通りである。
図1は、本発明の実施形態を示すものであり、本発明のPLL周波数シンセサイザの要部構成を示すブロック図である。
One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and is a block diagram showing a main configuration of a PLL frequency synthesizer of the present invention.
本発明のPLL周波数シンセサイザ10は、図1に示すように、基準信号発振器11、位相比較器12、ローパスフィルタ13、電圧制御発振器14、分周器15、ロック検出器16、CPU18、および基準電圧選択回路19を含んでいる。
As shown in FIG. 1, a
基準信号発振器11は、位相比較器12に対して基準周波数を有する基準信号23を出力するものである。
The
位相比較器12は、基準信号22と分周器15から出力された信号との位相を比較して位相差を検出し、ローパスフィルタ13に電圧として出力するものである。
ローパスフィルタ13は、位相比較器12からのリプルを含んだ直流信号を平均化し交流成分の少ないきれいな直流信号に変換するためのものである。また、電圧制御発振器11、位相比較器12、ローパスフィルタ13、および分周器15は、PLLのループ制御を安定に行うための伝達特性を決定するためのものである。
電圧制御発振器14は、制御電圧21よって発振周波数が制御できる可変周波数発振器である。
The
The low-
The voltage controlled
分周器15は、電圧制御発振器14からの出力信号を外部制御信号24に基づいて任意の分周比に分周するためのものである。
The
ロック検出器16は、位相比較器12の比較結果に基づきPLL周波数シンセサイザ10がロックしている状態にあるかアンロックしている状態にあるかを検出し、ロック信号およびアンロック信号を含むロック検出信号22を出力するためのものである。ロックしている状態にあればロック検出信号22はロック信号となり、アンロックしている状態にあればロック検出信号はアンロック信号となる。
The
CPU18は、分周器15に外部制御信号24を与えて分周比を決定するためのものである。
The
基準電圧選択回路19は、ローパスフィルタ13からの制御電圧21およびロック検出回路16からのロック検出信号22に基づき、切替信号17ならびに基準電圧20を出力するためのものである。
The reference
次に、本実施形態におけるPLL周波数シンセサイザ10の動作について説明する。
Next, the operation of the
基準信号発振器11によって生成された基準信号23は、位相比較器12に入力される。位相比較器12は、分周器15から入力された信号と、基準信号23との位相差を比較してローパスフィルタ13に位相差信号を出力する。ローパスフィルタ23は、位相比較器12から出力された信号を平滑化し、制御電圧21として電圧制御発振器14に出力する。
The reference signal 23 generated by the
電圧制御発振器14は、入力された制御電圧21を基に発振を行い、分周器15および出力端子に出力する。分周器15は、CPU18によって出力された外部制御信号24に基づいて分周比を決定する。分周器15は、電圧制御発振器14からの出力に対して任意の分周比で分周を行い、位相比較器12にフィードバックする。
The voltage controlled
以上のループによって基準信号23に同期した発振周波数の新たな信号の生成を行う。
上記の流れにおいて、ロック検出器16は、位相比較器12の比較結果の推移を計測し、発振周波数のロック状態を検出し、基準電圧選択回路19にロック検出信号22を出力する。基準電圧選択回路19は、制御電圧21およびロック検出信号22を受け取り、ロック状態およびロック状態の検出タイミングと、制御電圧21とに基づいて切替信号17および基準電圧20を出力する。ここで、ロック状態には、ロックしている状態と、アンロックしている状態との2つがあるとしている。
A new signal having an oscillation frequency synchronized with the reference signal 23 is generated by the above loop.
In the above flow, the
次に、本実施形態における基準電圧選択回路19が出力する切替信号17および基準電圧20と、制御電圧21との関係について、図2〜図3に基づいて説明する。
図2は、本発明の実施形態を示すものであり、本発明の電圧制御発振器14の各基準電圧20における制御電圧21と発振周波数fとの関係を示すグラフである。
グラフ26は、電圧制御発振器14の制御電圧21と発振周波数fとの関係を示すグラフである。
Next, the relationship between the control signal 21 and the switching signal 17 and the reference voltage 20 output from the reference
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention and is a graph showing the relationship between the control voltage 21 and the oscillation frequency f at each reference voltage 20 of the voltage controlled
A
曲線27は、切替信号17ならびに基準電圧20の値Vselによって決定される広い範囲の初期発振周波数可変範囲fb0を示すものである。
A
曲線28は、ロックしている状態が検出されたときに使用される狭いロック時発振周波数可変範囲fb1を示すものである。
A
曲線29は、ロックしている状態が検出されたときに使用される狭いロック時発振周波数可変範囲fb2を示すものである。
A
曲線27は、全ての曲線の中で、周波数可変範囲が最大である。また、ロック時発振周波数可変範囲fb1はロック時発振周波数可変範囲fb2よりも高い中心周波数を有する範囲となっている。ロック時発振周波数可変範囲fb1は、ある程度、ロック時発振周波数可変範囲fb2と重なっているのが好ましい。
The
図3は、本発明の実施形態を示すものであり、本発明の電圧制御発振器14の要部構成である発振回路30を示す回路図である。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention and is a circuit diagram showing an
発振回路30は、受動部31と能動部32とを含んでいる。
The
受動部31は、インダクタL1・L2、可変容量素子Cv11・Cv12・Cv21・Cv22・Cv31・Cv32、スイッチSW1、制御電圧入力端子33、切替信号入力端子34、および基準電圧入力端子35を含んでいる。 Passive unit 31 includes an inductor L1 · L2, a variable capacitance element Cv11 · Cv12 · Cv21 · Cv22 · Cv31 · Cv32, switch SW 1, a control voltage input terminal 33, the switching signal input terminal 34, and includes a reference voltage input terminal 35 Yes.
インダクタL1は、電源Vccと、受動部31の能動部32への一方の接続点dとの間に接続されている。 The inductor L1 is connected between the power supply Vcc and one connection point d to the active part 32 of the passive part 31.
インダクタL2は、電源Vccと受動部31の能動部への他方の接続点eとの間に接続されている。 The inductor L2 is connected between the power source Vcc and the other connection point e to the active part of the passive part 31.
可変容量素子Cv11の一端はインダクタL1の接続点d側の一端に接続されている。 One end of the variable capacitance element Cv11 is connected to one end of the inductor L1 on the connection point d side.
可変容量素子Cv12の一端はインダクタL2の接続点e側の一端に接続されている。 One end of the variable capacitance element Cv12 is connected to one end of the inductor L2 on the connection point e side.
可変容量素子Cv11の他端と可変容量素子Cv12の他端とは互いに接続されており、この点を接続点aとする。なお、可変容量素子Cv11・Cv12はここでは可変容量ダイオードであり、それぞれ接続点a側がカソードとなっている。 The other end of the variable capacitance element Cv11 and the other end of the variable capacitance element Cv12 are connected to each other, and this point is defined as a connection point a. Here, the variable capacitance elements Cv11 and Cv12 are variable capacitance diodes, and the connection point a side is a cathode.
可変容量素子Cv21の一端はインダクタL1の接続点d側の一端に接続されている。 One end of the variable capacitance element Cv21 is connected to one end of the inductor L1 on the connection point d side.
可変容量素子Cv22の一端はインダクタL2の接続点e側の一端に接続されている。 One end of the variable capacitance element Cv22 is connected to one end of the inductor L2 on the connection point e side.
可変容量素子Cv21の他端と可変容量素子Cv22の他端とは互いに接続されており、この点を接続点bとする。なお、可変容量素子Cv21・Cv22はここでは可変容量ダイオードであり、それぞれ接続点b側がカソードとなっている。 The other end of the variable capacitor Cv21 and the other end of the variable capacitor Cv22 are connected to each other, and this point is defined as a connection point b. Here, the variable capacitance elements Cv21 and Cv22 are variable capacitance diodes, and the connection point b side is a cathode.
可変容量素子Cv31の一端はインダクタL1の接続点d側の一端に接続されている。 One end of the variable capacitance element Cv31 is connected to one end of the inductor L1 on the connection point d side.
可変容量素子Cv32の一端はインダクタL2の接続点e側の一端に接続されている。 One end of the variable capacitance element Cv32 is connected to one end of the inductor L2 on the connection point e side.
可変容量素子Cv31の他端と可変容量素子Cv32の他端とは互いに接続されており、この点を接続点cとする。なお、可変容量素子Cv31・Cv32はここでは可変容量ダイオードであり、それぞれ接続点c側がカソードとなっている。 The other end of the variable capacitance element Cv31 and the other end of the variable capacitance element Cv32 are connected to each other, and this point is defined as a connection point c. Here, the variable capacitance elements Cv31 and Cv32 are variable capacitance diodes, and the connection point c side is a cathode.
可変容量素子Cv11と可変容量素子Cv12との接続点aと、可変容量素子Cv21と可変容量素子Cv22との接続点bとは、スイッチSW1を介して接続されている。 A connection point a between the variable capacitance element Cv11 and the variable capacitance element Cv12 and a connection point b between the variable capacitance element Cv21 and the variable capacitance element Cv22 are connected via the switch SW1.
制御電圧入力端子33は、接続点aとスイッチSW1との間に接続され、制御電圧Vconが入力される。 The control voltage input terminal 33 is connected between the connection point a and the switch SW1 and receives the control voltage V con .
切替信号入力端子34は、スイッチSW1のON/OFFの切り替えを制御するための端子であり、切替信号17が入力される。このスイッチSW1のON/OFFの切り替えにより、発振回路30の接続状態が切り替わる。
The switching signal input terminal 34 is a terminal for controlling ON / OFF switching of the switch SW1, and the switching signal 17 is input thereto. By switching the ON / OFF of the switch SW 1, it switches the connection state of the
基準電圧入力端子35は、可変容量素子Cv31と可変容量素子Cv32との接続点cに接続され、基準電圧20が入力される。 The reference voltage input terminal 35 is connected to a connection point c between the variable capacitance element Cv31 and the variable capacitance element Cv32, and receives the reference voltage 20.
能動部32は、固定容量素子C11・C12・C21・C22、抵抗RB1・RB2、トランジスタQ1・Q2、および直流電流源I1を含んでいる。能動部32は、負性抵抗回路として受動部31に電力を供給して発振を持続させる役割を果たす。 The active part 32 includes fixed capacitance elements C11, C12, C21, and C22, resistors RB1 and RB2, transistors Q1 and Q2, and a direct current source I1. The active part 32 serves as a negative resistance circuit to supply power to the passive part 31 and maintain oscillation.
トランジスタQ1・Q2はNPN型である。
固定容量素子C11は、トランジスタQ1のベースと、トランジスタQ2のコレクタならびに受動部31への接続点eとの間に接続されている。
The transistors Q1 and Q2 are NPN type.
The fixed capacitance element C11 is connected between the base of the transistor Q1 and the connection point e to the collector of the transistor Q2 and the passive unit 31.
固定容量素子C12は、トランジスタQ2のベースと、トランジスタQ1のコレクタならびに受動部31への接続点dとの間に接続されている。 The fixed capacitance element C12 is connected between the base of the transistor Q2 and the connection point d to the collector of the transistor Q1 and the passive part 31.
固定容量素子C21は、トランジスタQ1のベースとGNDとの間に接続されている。 The fixed capacitor C21 is connected between the base of the transistor Q1 and GND.
固定容量素子C22は、トランジスタQ2のベースとGNDとの間に接続されている。 The fixed capacitor C22 is connected between the base of the transistor Q2 and GND.
抵抗RB1は、電源VoとトランジスタQ1のベースとの間に接続されている。 The resistor RB1 is connected between the power supply Vo and the base of the transistor Q1.
抵抗RB2は、電源VoとトランジスタQ2のベースとの間に接続されている。 The resistor RB2 is connected between the power supply Vo and the base of the transistor Q2.
直流電流源I1は、トランジスタQ1のエミッタならびにトランジスタQ2のエミッタと、GNDとの間に接続されている。 The direct current source I1 is connected between the emitter of the transistor Q1 and the emitter of the transistor Q2 and GND.
電圧制御発振器14は、図2に示すように、PLL周波数シンセサイザ10の初期状態では、広い発振周波数可変範囲fb0を持つ回路を構成している。基準電圧選択回路19は切替信号17としてスイッチSW1をONにするように指示する信号S1を出力し、基準電圧20として初期基準電圧Vsel0を基準電圧Vselとして出力することで、広い発振周波数可変範囲fb0を持つ共振回路を構成するよう指示を出している。
As shown in FIG. 2, the voltage controlled
初期状態において、電圧制御発振器14に与えられる値は、Vsel=Vsel0、SW1=ON、Vcon=Vcon0である。
In the initial state, values given to the voltage controlled
図3に示すように、切替信号入力端子34には、PLL周波数シンセサイザ10の初期状態において、スイッチSW1をONにする切替信号17が入力されている。基準電圧入力端子35には、初期状態において、初期基準電圧Vsel0が入力されている。これらの入力によって、受動部31には、図2の曲線27に示される発振周波数/制御電圧特性および広い発振周波数可変範囲fb0を持つ共振回路が形成される。初期基準電圧Vsel0は発振周波数可変範囲fb0における発振周波数の可変基準点を決める電圧であり、さらに制御電圧21の値Vconが変化することで、発振周波数が発振周波数可変範囲fb0を動く。
As shown in FIG. 3, a switching signal 17 for turning on the switch SW 1 is input to the switching signal input terminal 34 in the initial state of the
発振周波数f1において、ロック検出器16によってロックしている状態が検出されたとき、基準電圧選択回路19は、発振回路30の共振回路を、電圧制御発振器14に上記ロック時の発振周波数f1を含む狭い発振周波数可変範囲fb1を持つ回路構成に切り替える指示をあたえる。すなわち、切替信号入力端子34には、スイッチSW1をOFFにする切替信号が入力されるとともに、基準電圧入力端子35に周波数可変範囲をロック時発振周波数可変範囲fb1とする基準電圧20である値Vsel1が入力される。
When the locked state is detected by the
fb1は、発振周波数f1を可変範囲内に持つ初期発振周波数可変範囲よりも狭く、雑音特性が優れた発振周波数可変範囲である。基準電圧20の値Vsel1は発振周波数可変範囲fb1における発振周波数の可変基準点を決める電圧であり、さらに制御電圧21の値Vconが変化することで、発振周波数が発振周波数可変範囲fb1を動く。 fb1 is an oscillation frequency variable range that is narrower than the initial oscillation frequency variable range having the oscillation frequency f1 within the variable range and has excellent noise characteristics. The value V sel1 of the reference voltage 20 is a voltage that determines the variable reference point of the oscillation frequency in the oscillation frequency variable range fb1, and the oscillation frequency moves in the oscillation frequency variable range fb1 by changing the value V con of the control voltage 21. .
このとき、発振周波数/制御電圧特性は、曲線28になる。回路構成および基準電圧20が変更されたことにより、発振周波数可変範囲fbは広い発振周波数可変範囲fb0から狭い発振周波数可変範囲fb1に変更される。これにより、発振周波数f1に対応する制御電圧21の収束値はVcon1からV´con1へと変化する。このとき、ロック状態は維持されたままである。
At this time, the oscillation frequency / control voltage characteristic is a
スイッチSW1をOFFにすることで回路構成が変更され、基準電圧20が変更されたことにより、発振周波数可変範囲fbは広い発振周波数可変範囲fb0から狭い発振周波数可変範囲fb1に変更される。これにより、狭い発振周波数可変範囲をもつPLL周波数シンセサイザによる雑音特性の良好な共振回路が実現できる。 Circuitry by the switch SW 1 is turned OFF is changed, the reference voltage 20 by which is changed, the oscillation frequency variable range fb is changed to a narrow oscillation frequency variable range fb1 of a wide oscillation frequency variable range fb0. As a result, a resonant circuit with good noise characteristics can be realized by a PLL frequency synthesizer having a narrow oscillation frequency variable range.
次に、外部制御信号24によって分周器15の分周比が変更されたときロックが外れると、ロック検出器16によってPLL周波数シンセサイザ10がアンロックしている状態が検出され、アンロック信号が出力される。これにより、基準電圧選択回路19は、発振回路30の共振回路を、電圧制御発振器14に広い発振周波数可変範囲fb0を持つ回路構成に切り替える指示を与える。すなわち、切替信号入力端子34には、スイッチSW1をOFFからONにする切替信号17が入力されるとともに、基準電圧入力端子35には、基準電圧20として初期の値Vsel0が入力される。発振周波数/制御電圧特性は、曲線27にもどる。
Next, when the lock is released when the frequency division ratio of the
スイッチSW1をONにすることで回路構成が変更され、基準電圧20が変更されたことにより、発振周波数可変範囲fbは狭い発振周波数可変範囲fb1から広い発振周波数可変範囲fb0に戻される。これにより、異なる周波数へのロックが可能になる。このとき、広い発振周波数可変範囲をもつPLL周波数シンセサイザによるロック時間性能の良好な共振回路が再び構成される。 When the switch SW1 is turned on to change the circuit configuration and the reference voltage 20 is changed, the oscillation frequency variable range fb is returned from the narrow oscillation frequency variable range fb1 to the wide oscillation frequency variable range fb0. This allows locking to different frequencies. At this time, a resonance circuit having a good lock time performance by a PLL frequency synthesizer having a wide oscillation frequency variable range is constructed again.
その後、ロック検出器16によって、再び、周波数f2でロックしている状態が検出された場合、切替信号17はスイッチをONからOFFに切替する内容に変更され、基準電圧20は初期値Vsel0からVsel2に変更される。切替信号入力端子34には、スイッチSW1をONからOFFにする切替信号17が入力される。同様に、基準電圧入力端子35には、基準電圧20として所定の値Vsel2が入力される。基準電圧20の値Vsel2は発振周波数可変範囲fb2における発振周波数の可変基準点を決める電圧であり、さらに制御電圧21の値Vconが変化することで、発振周波数が発振周波数可変範囲fb2を動く。
After that, when the
このときの発振周波数/制御電圧特性は、曲線29になる。回路構成および基準電圧20が変更されたことにより、発振周波数可変範囲fbは広い発振周波数可変範囲fb0から狭い発振周波数可変範囲fb2に変更される。これにより、発振周波数f2に対応する制御電圧21の収束値はVcon2からV´con2へと変化する。このとき、ロックしている状態は維持されたままである。
The oscillation frequency / control voltage characteristic at this time is a
スイッチSW1をOFFにすることで回路構成が変更され、基準電圧20が変更されたことにより、発振周波数可変範囲fbは広い発振周波数可変範囲fb0から狭い発振周波数可変範囲fb2変更される。これにより、狭い発振周波数可変範囲をもつPLL周波数シンセサイザによる雑音特性の良好な共振回路が実現できる。 Circuitry by the switch SW 1 is turned OFF is changed, the reference voltage 20 by which is changed, the oscillation frequency variable range fb is changed narrow oscillation frequency variable range fb2 from a wide oscillation frequency variable range fb0. As a result, a resonant circuit with good noise characteristics can be realized by a PLL frequency synthesizer having a narrow oscillation frequency variable range.
fb2は、発振周波数f2を可変範囲の上限および下限内に持つ初期の発振周波数可変範囲よりも狭く、雑音特性が優れた、fb1とは別の発振周波数可変範囲を持つ発振周波数可変範囲である。 fb2 is an oscillation frequency variable range having an oscillation frequency variable range different from fb1, which is narrower than the initial oscillation frequency variable range having the oscillation frequency f2 within the upper and lower limits of the variable range, and has excellent noise characteristics.
以上のように、ロック状態とアンロック状態との検出および出力している基準電圧に基づき、切替信号17および基準電圧20を変更することにより、最初に最大の周波数可変範囲の共振回路を構成してロックさせ、続いてロック周波数を含む、より狭い周波数可変範囲の共振回路を構成して発振を継続させることにより、位相雑音の小さい発振を行わせることができる。最初に最大の周波数可変範囲の共振回路を用いたので、目的の周波数にロックするまでの時間は短くて済む。単一の電圧制御発振器を用いて上記の特性を持たせることが出来るため、集積回路上の小さい面積で良好な位相雑音特性のPLL周波数シンセサイザを得ることができる。 As described above, by first changing the switching signal 17 and the reference voltage 20 based on the detection of the locked state and the unlocked state and the output reference voltage, a resonance circuit having the maximum frequency variable range is configured first. Then, by forming a resonance circuit having a narrower frequency variable range including the lock frequency and continuing the oscillation, it is possible to oscillate with small phase noise. Since the resonance circuit having the maximum frequency variable range is used first, the time required to lock to the target frequency is short. Since a single voltage-controlled oscillator can be used to provide the above characteristics, a PLL frequency synthesizer with good phase noise characteristics can be obtained with a small area on an integrated circuit.
図4は、本発明の実施形態を示すものであり、本発明のPLL周波数シンセサイザ10を用いた通信装置の要部構成を示すブロック図である。
FIG. 4 shows an embodiment of the present invention, and is a block diagram showing a main part configuration of a communication apparatus using the
通信装置40は、スイッチ42、受信アンプ43、ミキサ44、バンドパスフィルタ45、復調器46、電圧制御発振器47、PLL回路48、ミキサ49、バンドパスフィルタ50、変調器51、パワーアンプ52を含んでいる。
The
受信アンプ43、ミキサ44、バンドパスフィルタ45、復調器46、電圧制御発振器47、PLL回路48、ミキサ49、バンドパスフィルタ50、変調器51は、一般的に、集積回路41として1つの半導体チップ上に形成される。
The
スイッチ42は、アンテナと受信アンプ43ならびにパワーアンプ52との間に接続されている。
The
低雑音アンプ(LNA)43、ミキサ44、バンドパスフィルタ(BPF)45、および復調器46は、この順でスイッチ42の後段に配置されて信号処理を行い、受信部を構成している。
A low noise amplifier (LNA) 43, a
パワーアンプ(PA)43、ミキサ49、バンドパスフィルタ50、および変調器51は、この順でスイッチ42の後段に配置されて信号処理を行い、送信部を構成している。
PLL回路48は電圧制御発振器47に接続され、ミキサ44およびミキサ49に信号を出力する。
The power amplifier (PA) 43, the
The
次に、通信装置40の動作について説明する。
Next, the operation of the
受信時には、アンテナから入力される信号は低雑音アンプ43で増幅され、ミキサ44でダウンコンバートされた後、バンドパスフィルタ45で不要な周波数がカットされて復調器46に送られる。
At the time of reception, a signal input from the antenna is amplified by the
送信時は、変調器51によって変調された送信信号はバンドパスフィルタ50で不要な周波数がカットされた後、ミキサ49でアップコンバートされ、パワーアンプ52で増幅された後、アンテナより出力される。
At the time of transmission, an unnecessary frequency is cut by the band-
電圧制御発振器47は、ミキサ44およびミキサ49のローカル信号を出力している。電圧制御発振器47から出力されるローカル信号の位相雑音が低ければ、高周波送受信器の送受信特性は向上する。
The voltage controlled
上記通信装置の集積回路に本発明のPLL周波数シンセサイザを用いることによって、単一の電圧制御発振器によって広い発振周波数可変範囲ではロックに要する時間を短縮し、狭い発振周波数可変範囲では位相雑音の少ない発振を実現することができる。単一の電圧制御発振器によって上記の特性を持たせることが出来るため、集積回路上の小さい面積で良好な位相雑音特性のPLL周波数シンセサイザを構成でき、該集積回路および該通信装置の小型化を実現することができる。 By using the PLL frequency synthesizer of the present invention in the integrated circuit of the communication device, a single voltage controlled oscillator shortens the time required for locking in a wide oscillation frequency variable range, and oscillation with less phase noise in a narrow oscillation frequency variable range. Can be realized. Since the above characteristics can be provided by a single voltage-controlled oscillator, a PLL frequency synthesizer with good phase noise characteristics can be configured with a small area on the integrated circuit, and the integrated circuit and the communication device can be miniaturized. can do.
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately changed within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
本発明のPLL周波数シンセサイザは、発振周波数の広い可変範囲と、狭い可変範囲を同じ回路を共用して切り替えることができ、発振周波数の可変範囲の中心周波数を電圧制御によって変更することで、同種の回路を複数構成する場合にくらべて設置面積が少なくて済むため、携帯電話などの通信装置や、チューナーに用いる集積回路といったの用途に好適に適用できる。 The PLL frequency synthesizer of the present invention can switch between a wide variable range of the oscillation frequency and a narrow variable range by sharing the same circuit, and by changing the center frequency of the variable range of the oscillation frequency by voltage control, Since the installation area is smaller than in the case where a plurality of circuits are configured, the present invention can be suitably applied to applications such as communication devices such as mobile phones and integrated circuits used in tuners.
10 PLL周波数シンセサイザ(PLL周波数シンセサイザ)
11 基準信号発振器
12 位相比較器(位相比較器)
13 ローパスフィルタ(ローパスフィルタ)
14 電圧制御発振器(電圧制御発振器)
15 分周器(分周器)
16 ロック検出器(ロック検出器)
17 切替信号(切替信号)
18 CPU
19 基準電圧選択回路(基準電圧選択回路)
20 基準電圧(基準電圧)
21 制御電圧(制御電圧)
22 ロック検出信号(ロック検出信号)
23 基準信号(基準信号)
24 外部制御信号(外部制御信号)
26 制御電圧/発振周波数可変範囲対応グラフ
27 初期発振周波数可変範囲を示す曲線
28 ロック時発振周波数可変範囲1を示す曲線
29 ロック時発振周波数可変範囲2を示す曲線
30 発振回路(電圧制御発振器)
31 受動部
32 能動部
33 制御電圧入力端子
34 切替信号入力端子
35 基準電圧入力端子
40 通信装置(通信装置)
41 集積回路(集積回路)
42 スイッチ
43 低雑音アンプ
44 ミキサ
45 バンドパスフィルタ
46 復調器
47 電圧制御発振器
48 PLL回路
49 ミキサ
50 バンドパスフィルタ
51 変調器
52 パワーアンプ
10 PLL frequency synthesizer (PLL frequency synthesizer)
11
13 Low-pass filter (low-pass filter)
14 Voltage controlled oscillator (Voltage controlled oscillator)
15 divider (divider)
16 Lock detector (Lock detector)
17 Switching signal (switching signal)
18 CPU
19 Reference voltage selection circuit (reference voltage selection circuit)
20 Reference voltage (reference voltage)
21 Control voltage (control voltage)
22 Lock detection signal (Lock detection signal)
23 Reference signal (reference signal)
24 External control signal (external control signal)
26 Control Voltage / Oscillation Frequency Variable Range
31 Passive part 32 Active part 33 Control voltage input terminal 34 Switching signal input terminal 35 Reference
41 Integrated circuits (integrated circuits)
42
Claims (7)
ロック検出器と、基準電圧選択回路とをさらに備え、
前記ロック検出器は、前記位相比較器の比較結果より前記PLL周波数シンセサイザがロックしていることを検出してロック信号を出力し、
前記基準電圧選択回路は、前記ロック検出器から出力された前記ロック信号ならびに前記ローパスフィルタより出力された前記制御電圧をもとに、前記電圧制御発振器の、印加される前記制御電圧に従った発振周波数で発振する発振回路の接続状態を切り替える切替信号、ならびに、前記発振周波数の可変基準点を決めるために前記発振回路の所定点に印加される基準電圧を生成して、前記電圧制御発振器へ出力し、
前記電圧制御発振器は、前記基準電圧選択回路からの前記基準電圧と前記切替信号とをもとに前記発振回路の発振周波数可変範囲を決定することを特徴とするPLL周波数シンセサイザ。 A voltage-controlled oscillator whose oscillation frequency changes according to a control voltage; a frequency divider that divides an output signal from the voltage-controlled oscillator into an arbitrary division ratio based on an external control signal; a reference signal having a reference frequency; In a PLL frequency synthesizer comprising: a phase comparator that compares the phase of an output signal from a frequency divider; and a low-pass filter that smoothes the output signal from the phase comparator and outputs the control voltage to the voltage controlled oscillator.
A lock detector and a reference voltage selection circuit;
The lock detector detects that the PLL frequency synthesizer is locked from the comparison result of the phase comparator and outputs a lock signal,
The reference voltage selection circuit oscillates the voltage controlled oscillator according to the applied control voltage based on the lock signal output from the lock detector and the control voltage output from the low pass filter. A switching signal for switching a connection state of an oscillation circuit that oscillates at a frequency, and a reference voltage applied to a predetermined point of the oscillation circuit to determine a variable reference point of the oscillation frequency, and output to the voltage controlled oscillator And
The PLL frequency synthesizer, wherein the voltage controlled oscillator determines an oscillation frequency variable range of the oscillation circuit based on the reference voltage and the switching signal from the reference voltage selection circuit.
前記基準電圧選択回路は、初期状態において、前記アンロック信号をもとに、前記基準電圧として初期基準電圧を出力するとともに前記切替信号として初期切替信号を出力し、前記電圧制御発振器は前記初期基準電圧ならびに前記初期切替信号をもとに、前記発振周波数可変範囲を最大の可変範囲である初期発振周波数可変範囲とすることを特徴とする請求項1記載のPLL周波数シンセサイザ。 When the lock detector detects that the PLL frequency synthesizer is unlocked, it outputs an unlock signal,
In the initial state, the reference voltage selection circuit outputs an initial reference voltage as the reference voltage and an initial switching signal as the switching signal based on the unlock signal, and the voltage controlled oscillator 2. The PLL frequency synthesizer according to claim 1, wherein the oscillation frequency variable range is set to an initial oscillation frequency variable range which is a maximum variable range based on the voltage and the initial switching signal.
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