JP2008028683A - Phase-locked oscillator - Google Patents

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Hironobu Hongo
廣信 本郷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phase-locked oscillator capable of detecting phase information even in a phase state without sensitivity in a dead band by generating pulses in a part other than the dead band in order to eliminate the unstable region of the sensitivity, so as to change the pulse width in proportion to the phase difference, concerning the phase-locked oscillator. <P>SOLUTION: A part of the output signal of a voltage-controlled oscillator 4 is connected to one input of a phase comparator 2 by way of a variable frequency divider 5. A reference signal is connected to the other input of the phase comparator 2 via a fixed frequency divider 1. Then, the output of the phase comparator 2 is connected to the input of the voltage control oscillator 4 via a low-pass filter 3 so as to form a loop. The variable frequency divider 5 is made to change so as to generate the pulse width in proportion to the phase difference. Then, the phase information is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、位相同期発振器に係り、特に、入力信号に対して感度の不安定領域でも安定した感度を得て不安定領域を解消するようにした位相同期発振器に関するものである。   The present invention relates to a phase-locked oscillator, and more particularly to a phase-locked oscillator that obtains stable sensitivity even in an unstable region of sensitivity to an input signal and eliminates the unstable region.

位相同期発振器は、PLL(Phase-locked Loop)の一種の周波数帰還型回路により実現される。   The phase-locked oscillator is realized by a kind of frequency feedback type circuit of PLL (Phase-locked Loop).

図9は、従来技術による位相同期発信器の構成図である。同図において、1は1/N分周器、2は位相比較器(PD:Phase Detector) 、3はローパスフィルタ(LPF:Low Pass Filter)、4は電圧制御発振器(VCO:Voltage-controlled Oscillator)である。入力信号は、1/N分周器1経由で位相比較器(PD)2により出力信号との位相差を比較し、ローパスフィルタ(LPF)3で平滑化した誤差信号で電圧制御発振器(VCO)4を制御し、位相差が0となるように負帰還をかけるものである。   FIG. 9 is a block diagram of a conventional phase-synchronized oscillator. In the figure, 1 is a 1 / N frequency divider, 2 is a phase detector (PD), 3 is a low-pass filter (LPF), and 4 is a voltage-controlled oscillator (VCO). It is. The input signal is compared with the output signal by the phase comparator (PD) 2 via the 1 / N frequency divider 1, and is an error signal smoothed by the low-pass filter (LPF) 3, and is a voltage controlled oscillator (VCO). 4 is applied, and negative feedback is applied so that the phase difference becomes zero.

図10は、位相比較器(PD)2の出力に用いるチャージポンプ回路図である。同図において、チャージポンプ回路は、位相差に相当する誤差信号を出力する位相比較器(PD)2の誤差信号を入力し、3ステート出力信号を出力する。充電用のHパルス、放電用のLパルス、保持用のZ( ハイインピーダンス) の3ステート出力である。   FIG. 10 is a charge pump circuit diagram used for the output of the phase comparator (PD) 2. In the figure, a charge pump circuit inputs an error signal of a phase comparator (PD) 2 that outputs an error signal corresponding to a phase difference, and outputs a three-state output signal. It is a 3-state output of H pulse for charging, L pulse for discharging, and Z (high impedance) for holding.

図11は、従来技術による入力信号の位相差と出力パルスの関係を示すタイムチャートである。同図において、リニアな出力特性では位相差に比例した位相誤差パルスを出力する。位相同期過程では、位相比較器(PD)2の出力のパルス幅は次第に細くなり、定常状態では位相差0に収束する。ところが、図11の位相差0付近は、上側パルスと下側パルスが入れ代わる部分のため、回路素子の遅延状態、回路の構成方法により以下の状態が生じる。
(1)リニアな出力特性:位相差にパルス幅が比例し、どの位相差でも出力特性の傾斜は変わらない。
(2)不感帯がある出力特性:位相差0付近に出力パルスが発生しない不感帯が発生し、出力特性の傾斜が平らになる部分がある。
(3)高感度帯がある出力特性:位相差0付近に上下の出力パルスが重複する部分が発生し、出力特性の傾斜が立つ高感度帯がある。
FIG. 11 is a time chart showing the relationship between the phase difference of the input signal and the output pulse according to the prior art. In the figure, a phase error pulse proportional to the phase difference is output with a linear output characteristic. In the phase synchronization process, the pulse width of the output of the phase comparator (PD) 2 is gradually narrowed and converges to a phase difference of 0 in a steady state. However, in the vicinity of the phase difference of 0 in FIG. 11, the upper pulse and the lower pulse are interchanged, and the following states occur depending on the delay state of the circuit elements and the circuit configuration method.
(1) Linear output characteristics: The pulse width is proportional to the phase difference, and the slope of the output characteristics does not change at any phase difference.
(2) Output characteristic with dead band: There is a dead band where no output pulse is generated in the vicinity of a phase difference of 0, and there is a portion where the slope of the output characteristic becomes flat.
(3) Output characteristics having a high sensitivity band: There is a high sensitivity band where the upper and lower output pulses overlap in the vicinity of a phase difference of 0 and the output characteristics are inclined.

図12は、従来技術による高感度帯の発生を示すタイムチャートである。同図において、外部からの信号により任意の周波数を発生させるPLLにおいて、それを構成する位相比較器(PD)2における基準信号と比較信号との位相差が0の付近に発生する上下の出力パルスが重複して発生する部分(高感度帯)のメカニズムを示す。すなわち、基準信号と比較信号との位相差が充分に+側においては、上側パルス幅に比例する電圧が発生し、一方、基準信号と比較信号との位相差が充分に−側においては、下側パルス幅に比例する電圧が発生する。高感度帯は、基準信号と比較信号との位相差が0付近において、上側パルス幅と下側パルス幅に比例する電圧が重複して発生する。位相比較器(PD)2の傾斜をKdとすると、高感度帯の感度は2・Kdとなる。   FIG. 12 is a time chart showing the occurrence of a high sensitivity band according to the prior art. In the figure, in a PLL that generates an arbitrary frequency by an external signal, upper and lower output pulses that are generated in the vicinity of 0 in phase difference between a reference signal and a comparison signal in a phase comparator (PD) 2 constituting the PLL. The mechanism of the part (high sensitivity band) which overlaps is shown. That is, when the phase difference between the reference signal and the comparison signal is sufficiently positive, a voltage proportional to the upper pulse width is generated. On the other hand, when the phase difference between the reference signal and the comparison signal is sufficiently negative, the voltage is lower. A voltage proportional to the side pulse width is generated. In the high sensitivity band, when the phase difference between the reference signal and the comparison signal is near 0, voltages proportional to the upper pulse width and the lower pulse width are overlapped. When the inclination of the phase comparator (PD) 2 is Kd, the sensitivity of the high sensitivity band is 2 · Kd.

図13は、従来技術による位相比較器の出力特性図である。同図において、(a)不感帯例の場合では、位相差0付近で、出力特性の傾斜が平らな部分(不感帯)が生じ、(b)高感度帯例の場合では、位相差0付近で、出力特性の傾斜が立つ部分(高感度帯)が生じる。すなわち、感度の不安定領域があると位相差に出力が比例しなくなり、その出力特性は、S字特性、逆S字特性となる。   FIG. 13 is an output characteristic diagram of a phase comparator according to the prior art. In the figure, (a) in the case of the dead band example, a portion (dead band) where the slope of the output characteristic is flat occurs in the vicinity of the phase difference 0, and (b) in the case of the high sensitivity band example, the phase difference near 0 is obtained. A portion (high sensitivity band) where the slope of the output characteristic is raised occurs. That is, if there is an unstable region of sensitivity, the output will not be proportional to the phase difference, and the output characteristics will be S-shaped characteristics and inverted S-shaped characteristics.

図14は、従来技術による位相比較器の10分周同期状態のタイムチャートである。同図において、比較信号と基準信号との位相差が0付近の不感帯では、基準信号がずれても位相比較器(PD)2から出力信号が出ない状態を示している。   FIG. 14 is a time chart of the phase comparator according to the prior art in a ten-frequency division synchronization state. In the figure, in the dead zone where the phase difference between the comparison signal and the reference signal is near 0, the output signal is not output from the phase comparator (PD) 2 even if the reference signal is shifted.

図15は、従来技術による感度の不安定領域対策を示す構成図である。本回路構成では、コンデンサをリーク抵抗により放電させ、定常状態で常にチャージポンプから充電方向の微小パルスを発生させ、定常時の動作点を不安定域からずらす方法が用いられている。   FIG. 15 is a block diagram showing a countermeasure against an unstable region of sensitivity according to the prior art. In this circuit configuration, a method is used in which a capacitor is discharged by a leak resistor, a small pulse in the charging direction is always generated from a charge pump in a steady state, and the operating point at the steady state is shifted from an unstable region.

しかしながら、この一般的な手法では、動作点を感度の不安定領域からずらすだけなので、感度の不安定領域自体を無くするものではない。そのため、引込み時に不安定領域を通過すると引込み操作が不安定になったり、大きな位相変化をもつ入力への追従時に、不安定領域を通過すると入出力の位相誤差が大きくなるなどの問題点があった。   However, in this general method, since the operating point is merely shifted from the unstable region of sensitivity, the unstable region of sensitivity itself is not eliminated. For this reason, there are problems such as the pulling operation becomes unstable if it passes through an unstable region at the time of pulling, and the input / output phase error increases if it passes through an unstable region when following an input with a large phase change. It was.

また、その他の従来技術として、データセパレート用の位相同期回路において、チャージポンプの充放電に使用するSWの応答特性を上回る極小パルスでは、SWが動作しないために不感帯が発生する。この不感帯に対応するため、位相比較器を構成するFFのクリアに時間差ToをもたせることでSWの最小パルス幅をTo以上確保し、応答帯域内でスイッチングすることを特徴とし、位相差0付近においては上下の出力パルスをToだけ重複させ不感帯を回避する回路が提案されている。(例えば、特許文献1参照)
しかしながら、この従来技術も、SWの応答速度を上回る極小パルスによる不感帯を改善するものであり、SW自体のディレイ、及びSW以前のロジック回路で発生するディレイのバラツキにより発生する不感帯には対応していない。
特開平02−021724号公報
As another conventional technique, in a phase synchronization circuit for data separation, a dead band occurs because the SW does not operate at a minimum pulse exceeding the response characteristic of the SW used for charge / discharge of the charge pump. In order to cope with this dead zone, the minimum pulse width of SW is ensured to be equal to or more by giving the time difference To to clear the FFs constituting the phase comparator, and switching is performed within the response band. Has proposed a circuit that overlaps the upper and lower output pulses by To to avoid the dead zone. (For example, see Patent Document 1)
However, this prior art also improves the dead zone due to the minimal pulse exceeding the SW response speed, and corresponds to the dead zone caused by the delay of the SW itself and the delay generated in the logic circuit before the SW. Absent.
Japanese Patent Laid-Open No. 02-021724

位相同期発振器において、感度の不安定領域があると、不感帯の場合には位相変化に対して位相比較器が応答しないので、ループゲインの低下、高感度帯では逆にループゲインが高くなり、ループ特性にピークが発生するなど、ループが安定に動作しない。場合によっては、ループが発振する可能性もある。   In a phase-locked oscillator, if there is an unstable region of sensitivity, the phase comparator does not respond to the phase change in the dead zone, so the loop gain decreases, and in the high sensitivity zone, the loop gain increases. The loop does not operate stably, such as when a peak occurs in the characteristics. In some cases, the loop may oscillate.

また、不感帯では雑音のような小信号(感度の不安定領域に収まってしまう振幅)は、入力信号に応答しなくなるため、VCO雑音をループで圧縮する場合など、帰還が効かず、出力雑音が悪化すると言った問題が生じていた。   Also, in the dead zone, small signals such as noise (amplitude that falls within the unstable region of sensitivity) will not respond to the input signal. Therefore, when the VCO noise is compressed by a loop, feedback is not effective and output noise is reduced. There was a problem that said it would get worse.

本発明は、上述した従来の問題点を解消するために、分周数を変化させることで、不安定領域以外の部分でパルスを発生させることにより、この前後に発生したパルスは、不安定領域に入っていないので位相差に比例してパルス幅が変化し、不感帯で感度が出ない位相状態でも位相情報を検知することができるようにし、高感度帯では、ループゲインの変化を抑えた位相同期発振器を提供することを課題とする。   In order to solve the above-described conventional problems, the present invention generates pulses in portions other than the unstable region by changing the frequency division number. Since the pulse width changes in proportion to the phase difference, phase information can be detected even in a phase state where no sensitivity is obtained in the dead zone, and in the high sensitivity zone, the phase with reduced loop gain change is detected. It is an object to provide a synchronous oscillator.

上記課題を解決するための第1の発明は、電圧制御発振器の出力信号の一部を可変分周器を経由して位相比較器の一方の入力に接続し、入力信号を固定分周器を介して前記位相比較器のもう一方の入力に接続し、前記位相比較器の出力をローパスフィルタを介して前記電圧制御発振器の入力に接続することによりループを形成し、前記可変分周器を変化させて位相差に比例したパルス幅を発生させて位相情報を検知し、前記ローパスフィルタによりパルスを含む誤差信号を平滑化し、前記電圧制御発振器へ入力する。   A first invention for solving the above problem is that a part of an output signal of a voltage controlled oscillator is connected to one input of a phase comparator via a variable frequency divider, and the input signal is connected to a fixed frequency divider. Is connected to the other input of the phase comparator, and the output of the phase comparator is connected to the input of the voltage controlled oscillator via a low pass filter to form a loop and change the variable frequency divider Then, a pulse width proportional to the phase difference is generated to detect phase information, and an error signal including a pulse is smoothed by the low-pass filter and input to the voltage controlled oscillator.

この第1の発明によれば、感度の不安定領域でも安定した感度を得て不安定領域を解消でき、さらに、不安定領域部分の位相比較感度も制御することができる位相同期発振器を提供できる。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a phase-locked oscillator that can obtain stable sensitivity even in an unstable region and eliminate the unstable region, and can also control the phase comparison sensitivity of the unstable region part. .

第2の発明は、電圧制御発振器の出力信号の一部を固定分周器を経由して位相比較器の一方の入力に接続し、入力信号を可変分周器を介して前記位相比較器のもう一方の入力に接続し、前記位相比較器の出力をローパスフィルタを介して前記電圧制御発振器の入力に接続することによりループを形成し、前記可変分周器を変化させて位相差に比例したパルス幅を発生させて位相情報を検知し、前記ローパスフィルタによりパルスを含む誤差信号を平滑化し、前記電圧制御発振器へ入力する。   According to a second aspect of the present invention, a part of the output signal of the voltage controlled oscillator is connected to one input of the phase comparator via a fixed frequency divider, and the input signal is connected to the phase comparator via the variable frequency divider. Connected to the other input, the output of the phase comparator is connected to the input of the voltage controlled oscillator through a low pass filter to form a loop, and the variable frequency divider is changed to be proportional to the phase difference A pulse width is generated to detect phase information, and an error signal including a pulse is smoothed by the low-pass filter and input to the voltage controlled oscillator.

この第2の発明によれば、感度の不安定領域でも安定した感度を得て不安定領域を解消でき、さらに、不安定領域部分の位相比較感度も制御することができる位相同期発振器を提供できる。   According to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a phase-locked oscillator that can obtain stable sensitivity even in an unstable region of sensitivity, eliminate the unstable region, and can also control the phase comparison sensitivity of the unstable region part. .

第3の発明は、第1の発明または第2の発明に記載の位相同期発振器において、前記可変分周器は、異なる分周数の組合わせにより形成された複数の繰り返し分周パターンを有する。   According to a third invention, in the phase-locked oscillator according to the first invention or the second invention, the variable frequency divider has a plurality of repetitive frequency division patterns formed by combinations of different frequency division numbers.

この第3の発明によれば、任意クロック数分の幅の不感帯に対応できる位相同期発振器を提供できる。   According to the third aspect of the invention, it is possible to provide a phase-locked oscillator that can cope with a dead band having a width corresponding to the number of arbitrary clocks.

第4の発明は、第1の発明または第2の発明に記載の位相同期発振器において、前記可変分周器は、プログラマブル・ロジック・アレイで構成される。   According to a fourth invention, in the phase-locked oscillator according to the first invention or the second invention, the variable frequency divider is configured by a programmable logic array.

この第4の発明によれば、利用者が自由にプログラミングすることのできる可変分周器を使って位相同期発振器を提供できる。   According to the fourth aspect of the invention, the phase-locked oscillator can be provided by using the variable frequency divider that can be programmed freely by the user.

以上、本発明の位相同期発振器によれば、感度の不安定領域でも安定した感度を得て不安定領域を解消できる。さらに、不安定領域部分の位相比較感度も制御することができるため、雑音特性、引き込み特性がシミュレーションで検証・フィードバックが可能となった。その結果、ループの安定化、出力雑音の低減を可能とし、クロックを用いた装置などの高性能化に寄与するところが大きい。   As described above, according to the phase-locked oscillator of the present invention, a stable sensitivity can be obtained even in an unstable region and the unstable region can be eliminated. Furthermore, since the phase comparison sensitivity of the unstable region can be controlled, the noise characteristics and the pull-in characteristics can be verified and fed back by simulation. As a result, it is possible to stabilize the loop and reduce the output noise, which greatly contributes to the improvement of the performance of a device using a clock.

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態における位相同期発振器の構成図である。同図において、(a)は比較側に可変分周器を入れた場合を示し、(b)は基準側に可変分周器を入れた場合を示す。
(a)比較側に可変分周器を入れた場合において、位相同期発振器の構成は、電圧制御発振器(VCO)4の出力信号の一部を可変分周器5を経由して位相比較器(PD)2の一方の入力に接続し、入力信号を固定分周器(1/N)を介して位相比較器(PD)2のもう一方の入力に接続し、位相比較器(PD)2の出力をローパスフィルタ(LPF)3を介して電圧制御発振器(VCO)4の入力に接続することによりループを形成する。
FIG. 1 is a configuration diagram of a phase-locked oscillator according to an embodiment of the present invention. In the figure, (a) shows a case where a variable frequency divider is inserted on the comparison side, and (b) shows a case where a variable frequency divider is inserted on the reference side.
(A) When a variable frequency divider is inserted on the comparison side, the phase-locked oscillator is configured such that a part of the output signal of the voltage controlled oscillator (VCO) 4 is transferred to the phase comparator (VCO) 5 via the variable frequency divider 5. PD) 2 is connected to one input, and the input signal is connected to the other input of the phase comparator (PD) 2 through a fixed frequency divider (1 / N), and the phase comparator (PD) 2 A loop is formed by connecting the output to the input of a voltage controlled oscillator (VCO) 4 through a low pass filter (LPF) 3.

この位相同期発振器の作用は、可変分周器5を変化させて位相差に比例したパルス幅を発生させ、位相比較器(PD)2にて位相情報を検知し、ローパスフィルタ(LPF)3によりパルスを含む誤差信号を平滑化し、電圧制御発振器(VCO)4へ入力する。電圧制御発振器では、平滑化した誤差信号で制御され、位相差が0になるように負帰還を掛けるようになっている。
(b)基準側に可変分周器を入れた場合において、位相同期発振器の構成は、電圧制御発振器(VCO)4の出力信号の一部を固定分周器(1/N)1を経由して位相比較器(PD)2の一方の入力に接続し、入力信号を可変分周器5を介して位相比較器(PD)2のもう一方の入力に接続し、位相比較器(PD)2の出力をローパスフィルタ(LPF)3を介して電圧制御発振器(VCO)4の入力に接続することによりループを形成する。
This phase-locked oscillator operates by changing the variable frequency divider 5 to generate a pulse width proportional to the phase difference, detecting phase information by the phase comparator (PD) 2, and by a low-pass filter (LPF) 3. The error signal including the pulse is smoothed and input to the voltage controlled oscillator (VCO) 4. The voltage controlled oscillator is controlled by a smoothed error signal and applies negative feedback so that the phase difference becomes zero.
(B) When a variable frequency divider is inserted on the reference side, the phase-locked oscillator is configured such that a part of the output signal of the voltage controlled oscillator (VCO) 4 passes through the fixed frequency divider (1 / N) 1. Is connected to one input of the phase comparator (PD) 2, and the input signal is connected to the other input of the phase comparator (PD) 2 via the variable frequency divider 5, and the phase comparator (PD) 2 Is connected to the input of a voltage controlled oscillator (VCO) 4 via a low pass filter (LPF) 3 to form a loop.

この位相同期発振器の作用は、可変分周器5を変化させて位相差に比例したパルス幅を発生させ、位相比較器(PD)2にて位相情報を検知し、ローパスフィルタ(LPF)3によりパルスを含む誤差信号を平滑化し、電圧制御発振器(VCO)4へ入力する。電圧制御発振器では、平滑化した誤差信号で制御され、位相差が0になるように負帰還を掛けるようになっている。   This phase-locked oscillator operates by changing the variable frequency divider 5 to generate a pulse width proportional to the phase difference, detecting phase information by the phase comparator (PD) 2, and by a low-pass filter (LPF) 3. The error signal including the pulse is smoothed and input to the voltage controlled oscillator (VCO) 4. The voltage controlled oscillator is controlled by a smoothed error signal and applies negative feedback so that the phase difference becomes zero.

このように、本発明においては、固定分周器(1/N)1および可変分周器5を挿入する位置は、基準側または比較側のいずれでも良い。   Thus, in the present invention, the position at which the fixed frequency divider (1 / N) 1 and the variable frequency divider 5 are inserted may be on either the reference side or the comparison side.

図2は、本発明に適用される可変分周器の構成例及びプログラムのフロー図である。同図において、可変分周器5は、プログラマブル・ロジック・アレイで構成することができる。このプログラマブル・ロジック・アレイとしては、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)で構成することができる。ICのクロックに信号を入力し、分周数を変化させてクロックを分周し、出力するようにプログラムしてある。本例では、可変分周器5の設定を9分周−11分周−11分周−9分周とし、この繰り返し周期のカウント出力を作成する。   FIG. 2 is a configuration example of a variable frequency divider applied to the present invention and a program flow diagram. In the figure, the variable frequency divider 5 can be configured by a programmable logic array. For example, the programmable logic array can be configured by an FPGA (Field Programmable Gate Array). It is programmed to input a signal to the clock of the IC, divide the clock by changing the frequency division number, and output it. In this example, the setting of the variable frequency divider 5 is 9 division-11 division-11 division-11 division-9, and a count output of this repetition period is created.

図3は、本発明の一実施形態における位相同期状態のタイムチャート(実施例1)である。本発明では、分周器の分周方法に特徴があり、ここでは、10分周の分周器を用いている。平均分周数は、従来と同じであるが、各分周のカウント数、組合せに特徴がある。同期位相に対して、0,−1,0,+1・・・・と同期位相の前後1クロックの位相情報を得る構成で、分周器の設定は9−11−11−9カウントを繰り返していくものである。この例では2クロック分の幅の不感帯(高感度帯)まで対応できるようになる。位相比較器(PD)2の出力特性は、従来の不感帯の部分でも感度を持つようになる。高感度帯では、急激な感度が緩やかに改善できる。   FIG. 3 is a time chart (Example 1) of the phase synchronization state in one embodiment of the present invention. The present invention is characterized by the frequency dividing method of the frequency divider, and here, a frequency divider of 10 is used. The average frequency division number is the same as the conventional one, but is characterized by the count number and combination of each frequency division. The phase information of 1 clock before and after the synchronous phase is obtained with respect to the synchronous phase, and the setting of the divider repeats 9-11-11-9 counts. It is going. In this example, it is possible to cope with a dead band (high sensitivity band) having a width of 2 clocks. The output characteristic of the phase comparator (PD) 2 has sensitivity even in the conventional dead zone. In the high sensitivity zone, rapid sensitivity can be improved gradually.

図4は、本発明の一実施形態における位相同期状態のタイムチャート(実施例2)である。本実施例2は、分周の組合せを変えて図3の実施例1よりも感度を高めたものであり、同期位相に対して、−1,+1・・・と同期位相の前後1クロックのみ位相情報を得る構成で、分周器の設定は8−12カウントを繰り返していくものである。この例でも2クロック分の幅の不感帯(高感度帯)まで対応できるようになる。   FIG. 4 is a time chart (Example 2) of the phase synchronization state in one embodiment of the present invention. In the second embodiment, the combination of frequency divisions is changed and the sensitivity is higher than that in the first embodiment shown in FIG. 3, and only one clock before and after the synchronization phase is −1, +1. In the configuration for obtaining the phase information, the setting of the frequency divider repeats 8-12 counts. Even in this example, a dead zone (high sensitivity zone) having a width of 2 clocks can be handled.

図5は、本発明の一実施形態における位相同期状態のタイムチャート(実施例3)である。本実施例3は、分周の組合せにより前後2クロックずらしたものであり、同期位相に対して、0,−2,0, +2・・・と同期位相の前後2クロックのみ位相情報を得る構成で、分周器の設定は8−12−12−8カウントを繰り返していくものである。この例でも4クロック分の幅の不感帯( 高感度帯) まで対応できるようになる。   FIG. 5 is a time chart (Example 3) of the phase synchronization state in one embodiment of the present invention. The third embodiment is obtained by shifting two clocks before and after the combination of frequency division, and obtains phase information only for two clocks before and after the synchronization phase, ie, 0, -2, 0, +2... With respect to the synchronization phase. The frequency divider setting repeats 8-12-12-8 counts. Even in this example, it becomes possible to cope with a dead band (high sensitivity band) with a width of 4 clocks.

図6は、本発明の一実施形態における位相同期状態のタイムチャート(実施例4)である。本実施例4は、分周の組合せにより前後2クロックずらしたもので実施例3よりも感度を高めたものである。同期位相に対して、−2,+2,−2,+2・・・と同期位相の前後2クロックのみ位相情報を得る構成で、分周器の設定は6−14−14−6カウントを繰り返していくものである。この例でも4クロック分の幅の不感帯( 高感度帯) まで対応できるようになる。   FIG. 6 is a time chart (Example 4) of the phase synchronization state in one embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the sensitivity is higher than that of the third embodiment, which is shifted by two clocks before and after the combination of the frequency divisions. The phase information is obtained only for two clocks before and after the synchronization phase, -2, +2, -2, +2,... With respect to the synchronization phase, and the frequency divider setting is repeated 6-14-14-6 counts. It is going. Even in this example, it becomes possible to cope with a dead band (high sensitivity band) with a width of 4 clocks.

図7は、本発明の一実施形態における位相同期状態のタイムチャート(実施例5)である。本実施例5は、分周の組み合わせにより感度を制御した実施例であり、同期位相に対して、0,−1,0,+1,0,0,0,0・・・と同期位相の前後1クロックのみ位相情報を得る構成で、−1,+1カウントの頻度を下げたものである。分周器の設定は9−11−9−11−10−10−10−10カウントを繰り返していくものである。この例では2クロック分の幅の不感帯( 高感度帯) まで対応できるようになる。すなわち、実施例5は、不感帯(高感度帯も同じ)の改善量を調整するもので、効き方を緩くしたものであり、実施例1の効き方を1とした場合、本実施例5は、0.5倍に弱くなる。このように、効き方は、補正パルスの数と幅で決定される。   FIG. 7 is a time chart (Example 5) of the phase synchronization state in one embodiment of the present invention. The fifth embodiment is an embodiment in which the sensitivity is controlled by a combination of frequency divisions, and 0, -1, 0, +1, 0, 0, 0, 0... Before and after the synchronization phase with respect to the synchronization phase. In this configuration, phase information is obtained for only one clock, and the frequency of -1, + 1 count is reduced. The setting of the frequency divider is to repeat 9-11-9-11-10-10-10-10 count. In this example, a dead band (high sensitivity band) with a width of 2 clocks can be supported. That is, Example 5 adjusts the amount of improvement in the dead zone (the same applies to the high sensitivity zone), and is a method that relaxes the effectiveness. When the effectiveness of Example 1 is set to 1, this Example 5 is , 0.5 times weaker. Thus, the effect is determined by the number and width of correction pulses.

図8は、本発明による位相比較器の出力特性図である。同図において、(a)不感帯例の場合に、本発明によれば、従来技術において位相差0付近で生じていた出力特性の傾斜が平らな部分(不感帯)でも感度が得られる。また、(b)高感度帯例の場合に、本発明によれば、従来技術において位相差0付近で生じていた出力特性の傾斜が立つ部分(高感度帯)において、急激な感度を緩やかに改善できる。   FIG. 8 is an output characteristic diagram of the phase comparator according to the present invention. In the figure, (a) in the case of the dead zone, according to the present invention, the sensitivity can be obtained even in the portion (dead zone) where the slope of the output characteristic is flat in the vicinity of the phase difference of 0 in the prior art. Further, (b) in the case of the high sensitivity band example, according to the present invention, the abrupt sensitivity is moderated in the portion (high sensitivity band) where the slope of the output characteristic that occurs near the phase difference of 0 in the prior art is high. Can improve.

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。   The following additional notes are further disclosed with respect to the embodiment including the above examples.

(付記1) 電圧制御発振器の出力信号の一部を可変分周器を経由して位相比較器の一方の入力に接続し、入力信号を固定分周器を介して前記位相比較器のもう一方の入力に接続し、前記位相比較器の出力をローパスフィルタを介して前記電圧制御発振器の入力に接続することによりループを形成し、前記可変分周器を変化させて位相差に比例したパルス幅を発生させて位相情報を検知し、前記ローパスフィルタによりパルスを含む誤差信号を平滑化し、前記電圧制御発振器へ入力することを特徴とする位相同期発振器。
(付記2) 電圧制御発振器の出力信号の一部を固定分周器を経由して位相比較器の一方の入力に接続し、入力信号を可変分周器を介して前記位相比較器のもう一方の入力に接続し、前記位相比較器の出力をローパスフィルタを介して前記電圧制御発振器の入力に接続することによりループを形成し、前記可変分周器を変化させて位相差に比例したパルス幅を発生させて位相情報を検知し、前記ローパスフィルタによりパルスを含む誤差信号を平滑化し、前記電圧制御発振器へ入力することを特徴とする位相同期発振器。
(付記3) 付記1または付記2に記載の位相同期発振器において、前記可変分周器は、異なる分周数の組合わせにより形成された複数の繰り返し分周パターンを有することを特徴とする位相同期発振器。
(付記4) 付記3に記載の位相同期発振器において、前記繰り返し分周パターンは、同期位相に対して、0,−1,0,+1・・・・と同期位相の前後1クロックの位相情報を得る構成で、10分周の分周器の設定は9−11−11−9カウントを繰り返していくものであることを特徴とする位相同期発振器。
(Supplementary note 1) A part of the output signal of the voltage controlled oscillator is connected to one input of the phase comparator via the variable frequency divider, and the input signal is connected to the other side of the phase comparator via the fixed frequency divider. And connecting the output of the phase comparator to the input of the voltage controlled oscillator via a low-pass filter to form a loop, and changing the variable frequency divider to change the pulse width proportional to the phase difference The phase-locked oscillator is characterized by detecting phase information, smoothing an error signal including a pulse by the low-pass filter, and inputting the error signal to the voltage-controlled oscillator.
(Supplementary Note 2) A part of the output signal of the voltage controlled oscillator is connected to one input of the phase comparator via a fixed frequency divider, and the input signal is connected to the other side of the phase comparator via a variable frequency divider. And connecting the output of the phase comparator to the input of the voltage controlled oscillator via a low-pass filter to form a loop, and changing the variable frequency divider to change the pulse width proportional to the phase difference The phase-locked oscillator is characterized by detecting phase information, smoothing an error signal including a pulse by the low-pass filter, and inputting the error signal to the voltage-controlled oscillator.
(Supplementary Note 3) In the phase-locked oscillator according to Supplementary Note 1 or Supplementary Note 2, the variable frequency divider has a plurality of repetitive frequency division patterns formed by combinations of different frequency division numbers. Oscillator.
(Supplementary Note 4) In the phase-locked oscillator according to Supplementary Note 3, the repetitive frequency dividing pattern includes 0, -1, 0, +1,... And phase information of one clock before and after the synchronous phase with respect to the synchronous phase. The phase-locked oscillator according to claim 1, wherein the setting of the divider by 10 is such that 9-11-11-9 counts are repeated.

(付記5) 付記3に記載の位相同期発振器において、前記繰り返し分周パターンは、同期位相に対して、−1,+1・・・と同期位相の前後1クロックのみ位相情報を得る構成で、10分周の分周器の設定は8−12カウントを繰り返していくものであることを特徴とする位相同期発振器。   (Supplementary Note 5) In the phase-locked oscillator according to Supplementary Note 3, the repetitive frequency dividing pattern is configured to obtain phase information only for −1, +1... The phase-locked oscillator is characterized in that the setting of the frequency divider is to repeat 8-12 counts.

(付記6) 付記3に記載の位相同期発振器において、前記繰り返し分周パターンは、同期位相に対して、0,−2,0, +2・・・と同期位相の前後2クロックのみ位相情報を得る構成で、10分周の分周器の設定は8−12−12−8カウントを繰り返していくものであることを特徴とする位相同期発振器。   (Supplementary Note 6) In the phase-locked oscillator according to Supplementary Note 3, the repetitive frequency division pattern obtains phase information only for two clocks before and after the synchronous phase, with respect to the synchronous phase, 0, -2, 0, +2. A phase-locked oscillator having a configuration in which the setting of the frequency divider of 10 is to repeat 8-12-12-8 counts.

(付記7) 付記3に記載の位相同期発振器において、前記繰り返し分周パターンは、同期位相に対して、−2,+2,−2,+2・・・と同期位相の前後2クロックのみ位相情報を得る構成で、10分周の分周器の設定は6−14−14−6カウントを繰り返していくものであることを特徴とする位相同期発振器。   (Supplementary note 7) In the phase-locked oscillator according to supplementary note 3, the repetitive frequency dividing pattern has phase information of -2, +2, -2, +2,. A phase-locked oscillator having a configuration in which the setting of the divider by 10 is to repeat 6-14-14-6 counts.

(付記8) 付記3に記載の位相同期発振器において、前記繰り返し分周パターンは、同期位相に対して、0,−1,0,+1,0,0,0,0・・・と同期位相の前後1クロックのみ位相情報を得る構成で、10分周の分周器の設定は9−11−9−11−10−10−10−10カウントを繰り返していくものであることを特徴とする位相同期発振器。   (Supplementary Note 8) In the phase-locked oscillator according to Supplementary Note 3, the repetitive frequency dividing pattern has a synchronization phase of 0, -1, 0, +1, 0, 0, 0, 0. The phase is characterized in that the phase information is obtained only for the front and rear clocks, and the setting of the divider by 10 is such that 9-11-9-11-10-10-10-10 count is repeated. Synchronous oscillator.

(付記9) 付記1または付記2に記載の位相同期発振器において、前記可変分周器は、プログラマブル・ロジック・アレイで構成されることを特徴とする位相同期発振器。   (Additional remark 9) The phase synchronous oscillator of Additional remark 1 or Additional remark 2 WHEREIN: The said variable frequency divider is comprised by a programmable logic array, The phase synchronous oscillator characterized by the above-mentioned.

本発明は、入力信号に対して安定して同期することができる位相同期発振器が得られるので、特に、低雑音で安定した出力が要求される無線装置内のクロックや局部発信器などに利用でき、その高性能化に寄与するところが大きい。   Since the present invention provides a phase-locked oscillator that can be stably synchronized with an input signal, it can be used particularly for a clock or a local oscillator in a wireless device that requires a stable output with low noise. This greatly contributes to higher performance.

本発明の一実施形態における位相同期発振器の構成図である。It is a block diagram of the phase-locked oscillator in one Embodiment of this invention. 本発明に適用される可変分周器の構成例およびプログラムのフロー図である。It is a flow diagram of a configuration example and a program of a variable frequency divider applied to the present invention. 本発明の一実施形態における位相同期状態のタイムチャート(実施例1)である。It is a time chart (Example 1) of the phase-synchronization state in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における位相同期状態のタイムチャート(実施例2)である。It is a time chart (Example 2) of the phase-synchronization state in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における位相同期状態のタイムチャート(実施例3)である。It is a time chart (Example 3) of the phase-synchronization state in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における位相同期状態のタイムチャート(実施例4)である。It is a time chart (Example 4) of the phase-synchronization state in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における位相同期状態のタイムチャート(実施例5)である。It is a time chart (Example 5) of the phase-synchronization state in one Embodiment of this invention. 本発明による位相比較器の出力特性図である。It is an output characteristic view of a phase comparator according to the present invention. 従来技術による位相同期発振器の構成図である。It is a block diagram of the phase-locked oscillator by a prior art. 位相比較器の出力に用いるチャージポンプ回路図である。It is a charge pump circuit diagram used for the output of a phase comparator. 従来技術による入力信号の位相差と出力パルスの関係を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the relationship between the phase difference of the input signal by conventional technology, and an output pulse. 従来技術による高感度帯の発生を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows generation | occurrence | production of the high sensitivity band by a prior art. 従来技術による位相比較器の出力特性図である。It is an output characteristic figure of the phase comparator by a prior art. 従来技術による位相比較器の10分周同期状態のタイムチャ−トである。5 is a time chart of a phase comparator according to the prior art in a state of being divided by ten. 従来技術による感度の不安定領域対策を示す構成図である。It is a block diagram which shows the sensitivity unstable area countermeasure by a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 1/N分周器
2 位相比較器(PD)
3 ローパスフィルタ(LPF)
4 電圧制御発振器(VCO)
5 可変分周器
1 1 / N frequency divider 2 Phase comparator (PD)
3 Low-pass filter (LPF)
4 Voltage controlled oscillator (VCO)
5 Variable frequency divider

Claims (4)

電圧制御発振器の出力信号の一部を可変分周器を経由して位相比較器の一方の入力に接続し、入力信号を固定分周器を介して前記位相比較器のもう一方の入力に接続し、前記位相比較器の出力をローパスフィルタを介して前記電圧制御発振器の入力に接続することによりループを形成し、
前記可変分周器を変化させて位相差に比例したパルス幅を発生させて位相情報を検知し、前記ローパスフィルタによりパルスを含む誤差信号を平滑化し、前記電圧制御発振器へ入力することを特徴とする位相同期発振器。
Part of the output signal of the voltage controlled oscillator is connected to one input of the phase comparator via a variable frequency divider, and the input signal is connected to the other input of the phase comparator via a fixed frequency divider And forming a loop by connecting the output of the phase comparator to the input of the voltage controlled oscillator via a low pass filter,
The variable frequency divider is changed to generate a pulse width proportional to a phase difference to detect phase information, and an error signal including a pulse is smoothed by the low-pass filter and input to the voltage controlled oscillator. A phase-locked oscillator.
電圧制御発振器の出力信号の一部を固定分周器を経由して位相比較器の一方の入力に接続し、入力信号を可変分周器を介して前記位相比較器のもう一方の入力に接続し、前記位相比較器の出力をローパスフィルタを介して前記電圧制御発振器の入力に接続することによりループを形成し、
前記可変分周器を変化させて位相差に比例したパルス幅を発生させて位相情報を検知し、前記ローパスフィルタによりパルスを含む誤差信号を平滑化し、前記電圧制御発振器へ入力することを特徴とする位相同期発振器。
Part of the output signal of the voltage controlled oscillator is connected to one input of the phase comparator via a fixed divider, and the input signal is connected to the other input of the phase comparator via a variable divider And forming a loop by connecting the output of the phase comparator to the input of the voltage controlled oscillator via a low pass filter,
The variable frequency divider is changed to generate a pulse width proportional to a phase difference to detect phase information, and an error signal including a pulse is smoothed by the low-pass filter and input to the voltage controlled oscillator. A phase-locked oscillator.
請求項1または請求項2に記載の位相同期発振器において、
前記可変分周器は、異なる分周数の組合わせにより形成された複数の繰り返し分周パターンを有することを特徴とする位相同期発振器。
The phase-locked oscillator according to claim 1 or 2,
The variable frequency divider includes a plurality of repetitive frequency division patterns formed by combinations of different frequency division numbers.
請求項1または請求項2に記載の位相同期発振器において、
前記可変分周器は、プログラマブル・ロジック・アレイで構成されることを特徴とする位相同期発振器。
The phase-locked oscillator according to claim 1 or 2,
The variable frequency divider includes a programmable logic array.
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