JP2008199480A - Phase synchronization circuit - Google Patents

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily design constants of elements constituting a filter of a PLL circuit. <P>SOLUTION: Phases of an input signal IN and a reference signal REF are compared by a phase comparator 10 and pulse-like current ID according to phase difference is output. The current ID is smoothed by a capacitor 21 of a voltage current converter 20 and provided to an operational amplifier 22 as control voltage VC. Voltage of a node N2 generated in circuit networks 24-26 by the control current IC is compared with the control voltage VC by the operational amplifier 22 and an NMOS 23 is controlled so that current according to the control voltage VC flows. The current flowing to a PMOS 23 flows to a serially connected PMOS 27 and control current IC with the same magnitude is supplied from a PMOS 28 constituting a current mirror to the PMOS 27 to a current control oscillator 30. Since the capacitor 21 for smoothing is independent of the circuit networks 24-26, the constants of the elements constituting the circuit networks 24-26 are easily designed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、位相同期回路(以下、「PLL(Phase Locked Loop)回路」という)、特にそのループフィルタの構成に関するものである。   The present invention relates to a phase locked loop (hereinafter referred to as “PLL (Phase Locked Loop) circuit”), and more particularly to a configuration of a loop filter thereof.

図2は、従来のPLL回路の構成図である。
このPLL回路は、入力信号INと参照信号REFの位相差に応じた電流IDを出力する位相比較器1、電流IDを平滑して高周波成分のない制御電圧VCを生成するループフィルタ2、制御電圧VCに応じた周波数の出力信号OUTを発振する電圧制御発振器(以下、「VCO(Voltage Controlled Oscillator)」という)3、及び出力信号OUTの周波数をN分の1(但し、Nは2以上の整数)に分周して参照信号REFを生成する分周器4で構成されている。
FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional PLL circuit.
This PLL circuit includes a phase comparator 1 that outputs a current ID corresponding to a phase difference between an input signal IN and a reference signal REF, a loop filter 2 that smoothes the current ID and generates a control voltage VC having no high-frequency component, and a control voltage A voltage controlled oscillator (hereinafter referred to as “VCO (Voltage Controlled Oscillator)”) 3 that oscillates an output signal OUT having a frequency corresponding to VC, and the frequency of the output signal OUT is 1 / N (where N is an integer of 2 or more) ) To generate a reference signal REF.

このPLL回路では、位相比較器1によって入力信号INと参照信号REFの位相が比較され、位相差に比例した電流IDが出力される。出力される電流IDは、パルス状で高周波成分を含むため、低域通過型のループフィルタ2によって高周波成分を除去して平滑化を行い、制御電圧VCが生成される。制御電圧VCはVCO3に与えられ、このVCO3から制御電圧VCに対応する周波数の出力信号OUTが発生される。   In this PLL circuit, the phase comparator 1 compares the phases of the input signal IN and the reference signal REF, and outputs a current ID proportional to the phase difference. Since the output current ID is pulsed and includes a high-frequency component, the low-pass loop filter 2 removes the high-frequency component and smoothes it, thereby generating a control voltage VC. The control voltage VC is supplied to the VCO 3, and an output signal OUT having a frequency corresponding to the control voltage VC is generated from the VCO 3.

出力信号OUTの大部分は、図示しない回路に供給されるが、その一部が分周器4に与えられてN分の1に分周され、参照信号REFとして位相部比較器3にフィードバックされる。これにより、出力信号OUTの周波数は、入力信号INの周波数に分周器4の分周数(1/N)の逆数を掛けたもの、即ち、入力信号INの周波数のN倍になる。入力信号INと同じ周波数の出力信号OUTを生成する場合は、分周器4は省略され、出力信号OUTがそのまま参照信号REFとなる。   Most of the output signal OUT is supplied to a circuit (not shown). A part of the output signal OUT is supplied to the frequency divider 4 and divided by 1 / N, and is fed back to the phase comparator 3 as a reference signal REF. The Thus, the frequency of the output signal OUT is obtained by multiplying the frequency of the input signal IN by the reciprocal of the frequency dividing number (1 / N) of the frequency divider 4, that is, N times the frequency of the input signal IN. When generating the output signal OUT having the same frequency as the input signal IN, the frequency divider 4 is omitted, and the output signal OUT becomes the reference signal REF as it is.

このPLL回路の安定性(時間応答特性)を決定するのが、ループフィルタ2である。このループフィルタ2は、図2に示すように、キャパシタC1,C2と抵抗Rを組み合わせた低域通過型フィルタとなっており、位相比較器1から流れ込んだり、位相比較器1へ流れ出したりするパルス状の電流IDを時間的に連続した制御電圧VCに変換する機能を有している。   It is the loop filter 2 that determines the stability (time response characteristic) of the PLL circuit. As shown in FIG. 2, the loop filter 2 is a low-pass filter that combines capacitors C 1 and C 2 and a resistor R, and pulses that flow into and out of the phase comparator 1. The current ID is converted into a control voltage VC that is temporally continuous.

このループフィルタ2のインピーダンスZ(s)は、次式で与えられる。
Z(s)={1+s・C1・R+s・C2・R}
/{s(C1+C2+C1・C2・R)}
={1+s・τ1}/{s(C1+C2)(1+s・τ2)}
ここで、τ1=(C1+C2)・R、τ2=C1・C2・R/(C1+C2)である。通常、C1はC2に比べて非常に大きな値に設定するので、τ1=C1・R、τ2=C2・Rと近似される。
The impedance Z (s) of the loop filter 2 is given by the following equation.
Z (s) = {1 + s · C1 · R + s · C2 · R}
/ {S (C1 + C2 + C1 · C2 · R)}
= {1 + s · τ1} / {s (C1 + C2) (1 + s · τ2)}
Here, τ1 = (C1 + C2) · R and τ2 = C1 · C2 · R / (C1 + C2). Normally, C1 is set to a very large value as compared with C2, and thus approximated to τ1 = C1 · R and τ2 = C2 · R.

図3は、図2中のループフィルタの周波数特性図であり、横軸に対数表示の周波数f、縦軸に出力信号/入力信号(即ち,制御電圧VC/電流ID=インピーダンス)の絶対値|Z|(対数表示)と位相角θを示している。   FIG. 3 is a frequency characteristic diagram of the loop filter in FIG. 2, the horizontal axis represents the logarithmic frequency f, and the vertical axis represents the absolute value of the output signal / input signal (ie, control voltage VC / current ID = impedance). Z | (logarithm display) and phase angle θ are shown.

図3に示すように、ループフィルタ2のインピーダンス|Z|は、周波数fの上昇に伴って低下するが、ある周波数の範囲において、ほぼ一定の値を示す領域が存在する。インピーダンス|Z|がほぼ一定の値となる下限の周波数f1と上限の周波数f2は、それぞれループフィルタ2の時定数τ1,τ2から、次のように求められる。
f1=1/(2π・τ1)
f2=1/(2π・τ2)
As shown in FIG. 3, the impedance | Z | of the loop filter 2 decreases as the frequency f increases, but there is a region that exhibits a substantially constant value within a certain frequency range. The lower limit frequency f1 and the upper limit frequency f2 at which the impedance | Z | becomes substantially constant are obtained from the time constants τ1 and τ2 of the loop filter 2 as follows.
f1 = 1 / (2π · τ1)
f2 = 1 / (2π · τ2)

一方、位相角θは、図3に示すように、周波数f1,f2においてそれぞれ−45°となり、この周波数f1,f2の間では−45°よりも+側の値となる。   On the other hand, as shown in FIG. 3, the phase angle θ is −45 ° at frequencies f1 and f2, respectively, and is a value on the + side of −45 ° between the frequencies f1 and f2.

PLL回路のオープンループ特性F(s)は、各ブロックにおける利得の積、Kd・Z(s)・Kv・(1/s)・(1/N)で与えられるので、F(s)は、次式のようになる。
F(s)=Kd・Z(s)・Kv・(1/s)・(1/N)
={1+s・τ1}/{s(C1+C2)(1+s・τ2)}
×(Kd・Kv)/(N/s)
Since the open loop characteristic F (s) of the PLL circuit is given by the product of gains in each block, Kd · Z (s) · Kv · (1 / s) · (1 / N), F (s) is It becomes like the following formula.
F (s) = Kd · Z (s) · Kv · (1 / s) · (1 / N)
= {1 + s · τ1} / {s (C1 + C2) (1 + s · τ2)}
× (Kd · Kv) / (N / s)

ループフィルタ2の設計に当たっては、周波数f1,f2の中間周波数f0(=√(f1・f2))において、PLL系のオープンループ利得が1になり、そのときの位相の戻り量Δθを40〜50°にすることが、PLL系の安定化に効果的であり、重要となる。上式の左辺を1とおくと中間周波数f0が求められるが、近似的には次式が使用される。
f0=(1/2π)√{(Kd・Kv)/(N・C1)}
In designing the loop filter 2, the open loop gain of the PLL system becomes 1 at an intermediate frequency f0 (= √ (f1 · f2)) between the frequencies f1 and f2, and the phase return amount Δθ at that time is set to 40-50. It is effective and important to stabilize the PLL system. If the left side of the above equation is set to 1, the intermediate frequency f0 is obtained, but the following equation is used approximately.
f0 = (1 / 2π) √ {(Kd · Kv) / (N · C1)}

特開平5−75451号公報JP-A-5-75451 特開平11−122100号公報JP-A-11-122100

しかしながら、前記PLL回路では、ループフィルタ2のキャパシタC1,C2や抵抗Rの値が相互に関連しているため、最適な設計が難しく、場合によっては実際に試作した上でこれらの値を設定しなければならないという課題があった。   However, in the PLL circuit, since the values of the capacitors C1 and C2 and the resistor R of the loop filter 2 are related to each other, optimal design is difficult. In some cases, these values are set after actually making a prototype. There was a problem that had to be done.

本発明は、フィルタを構成する素子の値を容易に設計することが可能なPLL回路を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a PLL circuit capable of easily designing the values of elements constituting a filter.

本発明の位相同期回路は、入力信号と参照信号の位相差を比較する位相比較器と、前記位相比較器の比較結果に基づき制御電流を出力する電圧電流変換器と、前記制御電流に応じた周波数の出力信号を出力すると共に、該出力信号を前記参照信号として前記位相比較器に与える電流制御発振器とを備え、前記電圧電流変換器は、前記位相比較器の比較結果を受ける第1ノードと共通電位供給部との間に接続された第1のフィルタ回路と、前記制御電流の制御用の第2のフィルタ回路とを有し、前記第2のフィルタ回路は少なくとも第1の抵抗と第1のキャパシタとが並列に接続されたことを特徴としている。   The phase synchronization circuit of the present invention includes a phase comparator that compares a phase difference between an input signal and a reference signal, a voltage-current converter that outputs a control current based on a comparison result of the phase comparator, and a control circuit that corresponds to the control current. A current-controlled oscillator that outputs an output signal having a frequency and supplies the output signal to the phase comparator as the reference signal, and the voltage-current converter receives a comparison result of the phase comparator; A first filter circuit connected to a common potential supply unit; and a second filter circuit for controlling the control current, wherein the second filter circuit includes at least a first resistor and a first filter circuit. The capacitor is connected in parallel.

本発明では、位相比較器から与えられる電流を平滑して時間的に連続した制御電圧を生成し、この制御電圧に応じた制御電流を出力する電圧電流変換器を有している。電圧電流変換器には、制御電流の制御用の第2のフィルタ回路を設け、制御電流が周波数特性を有するように、この第2のフィルタ回路を構成している。これにより、位相比較器から与えられるパルス状の電流を平滑するための第1のフィルタ回路と、制御電圧の変化に応じて制御電流を出力するための第2のフィルタ回路を分離することが可能になり、所望の周波数特性のフィルタを構成する素子の値を容易に設計することができるという効果がある。   The present invention includes a voltage-current converter that generates a control voltage that is continuous in time by smoothing the current supplied from the phase comparator and outputs a control current corresponding to the control voltage. The voltage-current converter is provided with a second filter circuit for controlling the control current, and the second filter circuit is configured so that the control current has frequency characteristics. As a result, it is possible to separate the first filter circuit for smoothing the pulsed current supplied from the phase comparator and the second filter circuit for outputting the control current according to the change of the control voltage. Thus, there is an effect that the values of elements constituting the filter having a desired frequency characteristic can be easily designed.

この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。   The above and other objects and novel features of the present invention will become more fully apparent when the following description of the preferred embodiment is read in conjunction with the accompanying drawings. However, the drawings are for explanation only, and do not limit the scope of the present invention.

図1は、本発明の実施例を示すPLL回路の構成図である。
このPLL回路は、位相比較器10、電圧電流変換器20、電流制御発振器30、及び分周器40で構成されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a PLL circuit showing an embodiment of the present invention.
The PLL circuit includes a phase comparator 10, a voltage / current converter 20, a current control oscillator 30, and a frequency divider 40.

位相比較器10は、入力信号INと参照信号REFの位相を比較して位相差に応じた電流IDを出力するもので、例えばフリップフロップ(以下、「FF」という)11,12、論理積ゲート(以下、「AND」という)13及び遅延素子(DLY)14で構成される位相比較部と、スイッチ15,16及び定電流源17,18で構成される電流出力部を有している。   The phase comparator 10 compares the phases of the input signal IN and the reference signal REF and outputs a current ID corresponding to the phase difference. For example, flip-flops (hereinafter referred to as “FF”) 11 and 12, AND gates (Hereinafter referred to as “AND”) 13 and a phase comparison unit composed of a delay element (DLY) 14, and a current output unit composed of switches 15 and 16 and constant current sources 17 and 18.

FF11は、入力信号INが立ち上がってからリセット信号RSTが与えられるまでの間、高電圧レベル(本実施例では電源電圧VDDレベル)であるレベル“H”の信号UPを出力するもので、FF12は、参照信号REFが立ち上がってからリセット信号RSTが与えられるまでの間、“H”の信号DNを出力するものである。リセット信号RSTは、信号UPと信号DNが共に“H”になったことを検出するAND13の出力信号を、遅延素子14で所定の時間遅延させることにより、生成されるようになっている。   The FF 11 outputs a signal “H” at a high voltage level (power supply voltage VDD level in this embodiment) from when the input signal IN rises to when the reset signal RST is given. During the period from when the reference signal REF rises to when the reset signal RST is given, the “H” signal DN is output. The reset signal RST is generated by delaying the output signal of the AND 13 that detects that the signal UP and the signal DN are both “H” by the delay element 14 for a predetermined time.

スイッチ15は、信号UPが“H”の間、定電流源17の電流をノードN1から電圧電流変換器20に出力するものである。また、スイッチ16は、信号DNが“H”の間、電圧電流変換器20からノードN1を介して定電流源18へ電流を流すものである。これにより、入力信号INと参照信号REFの位相差に応じた電流IDが、ノードN1を介して位相比較器10と電圧電流変換器20の間でパルス状に流れるようになっている。   The switch 15 outputs the current of the constant current source 17 from the node N1 to the voltage-current converter 20 while the signal UP is “H”. The switch 16 allows a current to flow from the voltage-current converter 20 to the constant current source 18 via the node N1 while the signal DN is “H”. As a result, the current ID corresponding to the phase difference between the input signal IN and the reference signal REF flows in a pulsed manner between the phase comparator 10 and the voltage-current converter 20 via the node N1.

電圧電流変換器20は、パルス状に入出力する電流IDを平滑して時間的に連続した制御電圧VCを生成し、この制御電圧VC中に含まれる高周波成分を除去すると共に、制御電圧VCに応じた制御電流ICを出力するものである。   The voltage-to-current converter 20 generates a control voltage VC that is temporally continuous by smoothing the current ID that is input and output in a pulse shape, removes high-frequency components contained in the control voltage VC, and generates the control voltage VC. A corresponding control current IC is output.

この電圧電流変換器20は、ノードN1と共通電位供給部として接地電位GNDに設定された接地部の間に接続され、パルス状の電流IDを平滑して制御電圧VCを生成するキャパシタ21を有し、このキャパシタ21で生成された制御電圧VCが、演算増幅器(Operational Amplifier、オペアンプとも称されるもので、図中では「OP」と略して記す)22の一方の入力側に与えられている。演算増幅器22の他方の入力側はノードN2に接続され、出力側はNチャネルMOSトランジスタ(以下、「NMOS」という)23のゲートに接続されている。   This voltage-current converter 20 is connected between the node N1 and a ground part set to the ground potential GND as a common potential supply part, and has a capacitor 21 that smoothes the pulsed current ID and generates the control voltage VC. The control voltage VC generated by the capacitor 21 is applied to one input side of an operational amplifier (Operational Amplifier, also referred to as an operational amplifier, abbreviated as “OP” in the drawing) 22. . The other input side of the operational amplifier 22 is connected to the node N 2, and the output side is connected to the gate of an N-channel MOS transistor (hereinafter referred to as “NMOS”) 23.

NMOS23のソースとドレインは、それぞれノードN2,N3に接続されている。ノードN2には、更に抵抗24の一端が接続され、この抵抗24の他端は接地電位GNDに設定された接地電位部に接続されている。また、抵抗24には、直列接続されたキャパシタ25と抵抗26が並列に接続されている。ノードN3には、PチャネルMOSトランジスタ(以下、「PMOS」という)27のドレインとゲートが接続され、このPMOS27のソースが電源電位VDDに設定された電源電位部に接続されている。更に、この電圧電流変換器20は、PMOS27に対して電流ミラーを構成するPMOS28を有しており、このPMOS28のドレインから、電流制御発振器30に対する制御電流ICが出力されるようになっている。   The source and drain of the NMOS 23 are connected to nodes N2 and N3, respectively. One end of a resistor 24 is further connected to the node N2, and the other end of the resistor 24 is connected to a ground potential portion set to the ground potential GND. In addition, a capacitor 25 and a resistor 26 connected in series are connected to the resistor 24 in parallel. A drain and a gate of a P-channel MOS transistor (hereinafter referred to as “PMOS”) 27 are connected to the node N3, and a source of the PMOS 27 is connected to a power supply potential portion set to the power supply potential VDD. Further, the voltage-current converter 20 has a PMOS 28 that forms a current mirror with respect to the PMOS 27, and a control current IC for the current-controlled oscillator 30 is output from the drain of the PMOS 28.

電流制御発振器30は、制御電流ICに応じて周波数が変化する出力信号OUTを発振するもので、3個のインバータ31,32,33をリング状に接続し、これらのインバータ31〜33を制御電流ICで駆動するように構成したものである。これにより、駆動用の制御電流ICが大きくなれば各インバータ31〜33の動作速度が速くなって発振周波数が上昇し、この制御電流ICが小さくなれば動作速度が遅くなって発振周波数が低下するようになっている。   The current control oscillator 30 oscillates an output signal OUT whose frequency changes in accordance with the control current IC. The three inverters 31, 32, 33 are connected in a ring shape, and the inverters 31 to 33 are connected to the control current IC. It is configured to be driven by an IC. As a result, when the drive control current IC is increased, the operation speed of each of the inverters 31 to 33 is increased and the oscillation frequency is increased. When the control current IC is decreased, the operation speed is decreased and the oscillation frequency is decreased. It is like that.

電流制御発振器30で発振される出力信号OUTは他の回路に与えられると共に、分周器40で1/N(但し、Nは2以上の整数)に分周され、参照信号REFとして位相比較器10に与えられている。   The output signal OUT oscillated by the current control oscillator 30 is supplied to other circuits, and is divided by a frequency divider 40 to 1 / N (where N is an integer of 2 or more), and is used as a reference signal REF as a phase comparator. 10 is given.

このPLL回路における全体の発振動作は、例えば図2のPLL回路と同じであるので、ここでは、電圧電流変換器20の動作を中心に説明する。   Since the entire oscillation operation in the PLL circuit is the same as that of the PLL circuit of FIG. 2, for example, the operation of the voltage-current converter 20 will be mainly described here.

電圧電流変換器20は、NMOS23に流れる電流を電流検出用の抵抗24に流し込み、その降下電圧を入力信号(制御電圧VC)と比較することにより、この入力信号に応じた制御電流ICを出力するように構成した回路である。抵抗24には、キャパシタ25と抵抗26が並列に接続されているので、制御電流ICが周波数特性を持つようになっている。   The voltage-to-current converter 20 flows the current flowing through the NMOS 23 into the current detection resistor 24, compares the voltage drop with the input signal (control voltage VC), and outputs a control current IC corresponding to the input signal. This is a circuit configured as described above. Since the capacitor 25 and the resistor 26 are connected in parallel to the resistor 24, the control current IC has frequency characteristics.

電圧電流変換器20の周波数特性は、抵抗24,26の抵抗値をそれぞれR24,R26とし、キャパシタ25の容量値をC25とすると、次式で与えられる。
IC(s)=VC/Z(s)
={(1+s・τ1)/(1+s・τ2)}×(VC/R24)
ここで、τ1=C25・R24、τ2=C25・R24・R26/(R24+R26)である。なお、R24がR26に比べて十分大きいときは、τ2=C25・R26と近似することができる。
The frequency characteristics of the voltage-current converter 20 are given by the following equation, where the resistance values of the resistors 24 and 26 are R24 and R26, respectively, and the capacitance value of the capacitor 25 is C25.
IC (s) = VC / Z (s)
= {(1 + s · τ1) / (1 + s · τ2)} × (VC / R24)
Here, τ1 = C25 · R24 and τ2 = C25 · R24 · R26 / (R24 + R26). When R24 is sufficiently larger than R26, it can be approximated as τ2 = C25 · R26.

図4は、電圧電流変換器の周波数特性図であり、横軸に対数表示の周波数f、縦軸に制御電流ICと位相角θを示している。   FIG. 4 is a frequency characteristic diagram of the voltage-current converter, in which the horizontal axis represents the logarithmic frequency f, and the vertical axis represents the control current IC and the phase angle θ.

この図4に示すように、周波数fが十分に低く、キャパシタ25のインピーダンスが抵抗24のインピーダンスに比較して無視できるほど大きい場合は、制御電流ICの大きさはVC/R24となり、その値は一定となる。   As shown in FIG. 4, when the frequency f is sufficiently low and the impedance of the capacitor 25 is negligibly large compared to the impedance of the resistor 24, the magnitude of the control current IC is VC / R24, and its value is It becomes constant.

周波数fがある程度高くなり、τ1に対応する周波数f1になると、キャパシタ25と抵抗24のインピーダンスが同じ程度になり、電流検出量の抵抗の等価的なインピーダンスZはR24よりも小さくなり始める。制御電流の絶対値|IC|は、VC/|Z|であるから、制御電流ICは周波数fの上昇に伴って大きくなる。更に周波数fが高くなり、τ2に対応する周波数f2になると、キャパシタ25のインピーダンスが抵抗26のインピーダンスよりも小さくなり、インピーダンスZは抵抗24,26を並列接続したものと等価になる。これにより、制御電流ICは、再び周波数fに依存しない一定の値となる。   When the frequency f becomes high to some extent and becomes the frequency f1 corresponding to τ1, the impedances of the capacitor 25 and the resistor 24 become the same level, and the equivalent impedance Z of the resistance of the current detection amount starts to become smaller than R24. Since the absolute value | IC | of the control current is VC / | Z |, the control current IC increases as the frequency f increases. When the frequency f further increases and becomes the frequency f2 corresponding to τ2, the impedance of the capacitor 25 becomes smaller than the impedance of the resistor 26, and the impedance Z is equivalent to the resistors 24 and 26 connected in parallel. As a result, the control current IC again becomes a constant value that does not depend on the frequency f.

この間、位相角θは、周波数fの増加と共に0°からプラス側に進み始めるが、更に周波数fが高くなると、再び0°に戻るような特性を示す。そして、周波数f1,f2で、位相θは45°となる。   During this time, the phase angle θ starts to advance from 0 ° to the plus side as the frequency f increases. However, when the frequency f further increases, the phase angle θ returns to 0 ° again. The phase θ is 45 ° at the frequencies f1 and f2.

電圧電流変換器20を含むループフィルタの周波数特性Kv(s)は、発振部の入出力特性は変化していないので、制御電流ICの周波数特性が追加されることになり、次式のように示される。
Kv(s)=Kv・IC(s)/IC(0)
={(1+s・τ1)/(1+s・τ2)}・Kv
但し、IV(0)=VC/R24である。
The frequency characteristic Kv (s) of the loop filter including the voltage-current converter 20 is not changed in the input / output characteristics of the oscillating unit. Therefore, the frequency characteristic of the control current IC is added. Indicated.
Kv (s) = Kv.IC (s) / IC (0)
= {(1 + s · τ1) / (1 + s · τ2)} · Kv
However, IV (0) = VC / R24.

この実施例においては、従来のループフィルタの周波数特性に相当するものは、キャパシタ21によるインピーダンスの周波数特性と、電圧電流変換器20の周波数特性を合成したものになる。   In this embodiment, the frequency characteristic of the conventional loop filter is a combination of the impedance frequency characteristic of the capacitor 21 and the frequency characteristic of the voltage-current converter 20.

また、このPLL回路におけるオープンループ特性F(s)は、次式で与えられる。
F(s)=Kd・f(s)・Kv(s)/(N・s)
={1/(s・C1)}{(1+s・τ1)/(1+s・τ2)}
×{(Kd・Kv)/(N・s)}
The open loop characteristic F (s) in this PLL circuit is given by the following equation.
F (s) = Kd · f (s) · Kv (s) / (N · s)
= {1 / (s · C1)} {(1 + s · τ1) / (1 + s · τ2)}
× {(Kd · Kv) / (N · s)}

図5は、電圧電流変換器を含むループフィルタの周波数特性図であり、図6は、PLL回路のオープンループ利得の周波数特性図である。図5では、縦軸にループフィルタのインピーダンス|Z|と位相角θを示し、図6では、縦軸にオープンループの利得OGと戻り角Δθを示している。   FIG. 5 is a frequency characteristic diagram of a loop filter including a voltage-current converter, and FIG. 6 is a frequency characteristic diagram of an open loop gain of the PLL circuit. In FIG. 5, the vertical axis indicates the loop filter impedance | Z | and the phase angle θ, and in FIG. 6, the vertical axis indicates the open loop gain OG and the return angle Δθ.

図5に示すように、本実施例のPLL回路のループフィルタは、従来のループフィルタとほぼ同じ特性を示していることがわかる。このとき、τ1,τ2は、それぞれ上式に示したものであるので、PLL系を安定に動作させるための中間周波数f0(=√(f1・f2))の近似式は、従来と同様に次式となる。
f0=(1/2π)√{(Kd・Kv)/(N・C21)}
但し、C21は、キャパシタ21の容量値である。
As shown in FIG. 5, it can be seen that the loop filter of the PLL circuit of the present embodiment exhibits almost the same characteristics as the conventional loop filter. At this time, since τ1 and τ2 are respectively shown in the above equations, the approximate expression of the intermediate frequency f0 (= √ (f1 · f2)) for stably operating the PLL system is as follows: It becomes an expression.
f0 = (1 / 2π) √ {(Kd · Kv) / (N · C21)}
However, C21 is a capacitance value of the capacitor 21.

以上のように、本実施例のPLL回路は、所望の周波数特性を得るための抵抗24,26とキャパシタ25を備えた電圧電流変換器20を有している。これにより、平滑用のキャパシタ21と、所望の周波数特性を得るための抵抗24,26とキャパシタ25とが分離され、これらの抵抗値と容量値を独立して設定することができる。従って、フィルタを構成する素子の値を容易に設計することが可能になるという利点がある。   As described above, the PLL circuit according to this embodiment includes the voltage / current converter 20 including the resistors 24 and 26 and the capacitor 25 for obtaining a desired frequency characteristic. Thereby, the smoothing capacitor 21, the resistors 24 and 26 for obtaining a desired frequency characteristic, and the capacitor 25 are separated, and the resistance value and the capacitance value can be set independently. Therefore, there is an advantage that the values of elements constituting the filter can be easily designed.

なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。   In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible. Examples of this modification include the following.

(a) 電圧電流変換器20は、演算増幅器22を介して制御電圧VCをNMOS23のゲートに印加するように構成しているが、例えば図7に示す図1の電圧電流変換器の変形例のように、演算増幅器22を削除して、制御電圧VCをNMOS23のゲートに直接印加するようにしても良い。 (A) Although the voltage-current converter 20 is configured to apply the control voltage VC to the gate of the NMOS 23 via the operational amplifier 22, for example, a modification of the voltage-current converter of FIG. 1 shown in FIG. Thus, the operational amplifier 22 may be eliminated and the control voltage VC may be applied directly to the gate of the NMOS 23.

(b) ノードN2と接地電位GNDに設定された接地電位部の間に接続した抵抗とキャパシタからなる回路網は、図示した接続に限定されない。例えば図7に示すように、並列に接続した抵抗24とキャパシタ25に抵抗26を直列に接続し、これをノードN2と接地電位GNDの間に接続しても良い。また、出力トランジスタ(PMOS23等)の内部抵抗を利用して抵抗26を省略し、同様の周波数特性を得るようにしても良い。即ち、周波数fが高くなるとインピーダンスが減少し、制御電流ICが大きくなるような特性を有する回路網であれば良い。 (B) The circuit network including the resistor and the capacitor connected between the node N2 and the ground potential portion set to the ground potential GND is not limited to the illustrated connection. For example, as shown in FIG. 7, a resistor 26 may be connected in series to a resistor 24 and a capacitor 25 connected in parallel, and this may be connected between the node N2 and the ground potential GND. Alternatively, the resistor 26 may be omitted by using the internal resistance of the output transistor (PMOS 23 or the like) to obtain the same frequency characteristic. In other words, any circuit network may be used as long as the frequency f increases and the impedance decreases and the control current IC increases.

(c) ループフィルタとして、キャパシタ21のみを使用しているが、これに限定されない。即ち、キャパシタ21に代えて、従来と同様のキャパシタと抵抗による回路網を使用しても良い。その場合、ループフィルタと電圧電流変換回路の双方に、独立した時定数を設定できるので、より高次の周波数特性を設定することが可能になり、動作の安定性が高く、かつジッタの少ない高性能のPLL回路を構成することができる。 (C) Although only the capacitor 21 is used as a loop filter, it is not limited to this. That is, instead of the capacitor 21, a conventional network of capacitors and resistors may be used. In that case, since independent time constants can be set for both the loop filter and the voltage-current converter, it becomes possible to set higher-order frequency characteristics, high operational stability, and low jitter. A performance PLL circuit can be constructed.

(d) 位相比較器10や電流制御発振器30の回路構成は、一例であり、同様の機能を有する回路に置き換えることができる。 (D) The circuit configuration of the phase comparator 10 and the current control oscillator 30 is an example, and can be replaced with a circuit having a similar function.

(e) 入力信号INと同じ周波数の出力信号OUTを発振する場合、分周器40は不要である。 (E) When the output signal OUT having the same frequency as the input signal IN is oscillated, the frequency divider 40 is not necessary.

(f) 本発明と同様な効果を奏するものであれば、電圧電流変換器20のNMOS23をPMOSに、PMOS27,28をNMOSにした構成であっても良いし、これらMOSトランジスタの代わりにバイポーラトランジスタで構成するものであっても良い。 (F) As long as the same effect as the present invention is obtained, the voltage-current converter 20 may be configured such that the NMOS 23 is replaced with PMOS and the PMOSs 27 and 28 are replaced with NMOS. It may be configured by.

(g) 図中のキャパシタや抵抗は、回路構成上で必要な機能を実現できる十分な容量値あるいは抵抗値を準備できるのであれば、トランジスタをキャパシタ接続したものや、常時オン状態のトランジスタで構成される抵抗を用いても良い。
(h) スイッチ15,16は、トランジスタで構成しても良い。
(G) Capacitors and resistors in the figure are composed of transistors with capacitors connected or transistors that are always on as long as a sufficient capacitance value or resistance value capable of realizing a necessary function in the circuit configuration can be prepared. A resistor may be used.
(H) The switches 15 and 16 may be composed of transistors.

本発明の実施例を示すPLL回路の構成図である。It is a block diagram of a PLL circuit showing an embodiment of the present invention. 従来のPLL回路の構成図である。It is a block diagram of a conventional PLL circuit. 図2中のループフィルタの周波数特性図である。FIG. 3 is a frequency characteristic diagram of the loop filter in FIG. 2. 電圧電流変換器の周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure of a voltage current converter. 電圧電流変換器を含むループフィルタの周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure of the loop filter containing a voltage-current converter. PLL回路のオープンループ利得の周波数特性図である。It is a frequency characteristic figure of the open loop gain of a PLL circuit. 図1の電圧電流変換器の変形例であるIt is a modification of the voltage-current converter of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 位相比較器
20 電圧電流変換器
21,25 キャパシタ
22 演算増幅器
23 NMOS
27,28 PMOS
24,26 抵抗
30 電流制御発振器
40 分周器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Phase comparator 20 Voltage-current converter 21, 25 Capacitor 22 Operational amplifier 23 NMOS
27, 28 PMOS
24, 26 Resistor 30 Current control oscillator 40 Divider

Claims (8)

入力信号と参照信号の位相差を比較する位相比較器と、前記位相比較器の比較結果に基づき制御電流を出力する電圧電流変換器と、前記制御電流に応じた周波数の出力信号を出力すると共に、該出力信号を前記参照信号として前記位相比較器に与える電流制御発振器とを備え、
前記電圧電流変換器は、
前記位相比較器の比較結果を受ける第1ノードと共通電位供給部との間に接続された第1のフィルタ回路と、
前記制御電流の制御用の第2のフィルタ回路とを有し、
前記第2のフィルタ回路は少なくとも第1の抵抗と第1のキャパシタとが並列に接続された構成であること、
を特徴とする位相同期回路。
A phase comparator that compares the phase difference between the input signal and the reference signal, a voltage-current converter that outputs a control current based on the comparison result of the phase comparator, and an output signal having a frequency corresponding to the control current. A current controlled oscillator for providing the output signal to the phase comparator as the reference signal,
The voltage-current converter is
A first filter circuit connected between a first node receiving a comparison result of the phase comparator and a common potential supply unit;
A second filter circuit for controlling the control current,
The second filter circuit has a configuration in which at least a first resistor and a first capacitor are connected in parallel;
A phase synchronization circuit characterized by the above.
前記位相同期回路は、前記出力信号を分周して前記参照信号を生成する分周器を備えたことを特徴とする請求項1記載の位相同期回路。   The phase synchronization circuit according to claim 1, further comprising a frequency divider that divides the output signal to generate the reference signal. 前記電圧電流変換器は、前記制御電流に応じた電流を電流検出器に流し、該電流検出器の降下電圧を前記第1のフィルタ回路によって前記比較結果から生成される制御電圧と比較することによって該制御電圧に対応する制御電流を出力するように構成したことを特徴とする請求項1または2記載の位相同期回路。   The voltage-current converter causes a current corresponding to the control current to flow through the current detector, and compares the voltage drop of the current detector with the control voltage generated from the comparison result by the first filter circuit. 3. The phase synchronization circuit according to claim 1, wherein the phase synchronization circuit is configured to output a control current corresponding to the control voltage. 前記電圧電流変換器は、
前記制御電圧と第2ノードの電圧の差に応じた信号を出力する演算増幅器と、
ゲートに前記演算増幅器の出力信号が与えられ、第1電極が前記第2ノード、第2電極が第3ノードにそれぞれ接続された第1のトランジスタと、
前記第3ノードと電源電位の間に接続された第2のトランジスタと、
前記第2のトランジスタに対して電流ミラーを構成し、該第2のトランジスタに流れる電流に応じて前記制御電流を出力する第3のトランジスタとを有し、
前記第2のフィルタ回路は、前記第2ノードと前記共通電位供給部との間に接続されることを特徴とする請求項1または2記載の位相同期回路。
The voltage-current converter is
An operational amplifier that outputs a signal corresponding to the difference between the control voltage and the voltage of the second node;
A first transistor having a gate provided with an output signal of the operational amplifier, a first electrode connected to the second node, and a second electrode connected to a third node;
A second transistor connected between the third node and a power supply potential;
A third transistor configured to form a current mirror with respect to the second transistor, and to output the control current according to a current flowing through the second transistor;
3. The phase locked loop circuit according to claim 1, wherein the second filter circuit is connected between the second node and the common potential supply unit.
前記電圧電流変換器は、
ゲートに前記制御電圧が与えられ、第1電極が前記第2ノード、第2電極が第3ノードにそれぞれ接続された第1のトランジスタと、
前記第3ノードと電源電位の間に接続された第2のトランジスタと、
前記第2のトランジスタに対して電流ミラーを構成し、該第2のトランジスタに流れる電流に応じて前記制御電流を出力する第3のトランジスタとを有し、
前記第2のフィルタ回路は、前記第2ノードと前記共通電位供給部との間に接続されることを特徴とする請求項1または2記載の位相同期回路。
The voltage-current converter is
A first transistor having a gate provided with the control voltage, a first electrode connected to the second node, and a second electrode connected to a third node;
A second transistor connected between the third node and a power supply potential;
A third transistor configured to form a current mirror with respect to the second transistor, and to output the control current according to a current flowing through the second transistor;
3. The phase locked loop circuit according to claim 1, wherein the second filter circuit is connected between the second node and the common potential supply unit.
前記第2のフィルタ回路は、
前記第2ノードと前記共通電位供給部の間に接続された前記第1の抵抗と、
前記第2ノードと前記共通電位供給部の間に直列に接続された前記第2のキャパシタ及び第2の抵抗とで、
構成したことを特徴とする請求項4または5記載の位相同期回路。
The second filter circuit is
The first resistor connected between the second node and the common potential supply unit;
The second capacitor and the second resistor connected in series between the second node and the common potential supply unit;
6. The phase synchronization circuit according to claim 4, wherein the phase synchronization circuit is configured.
前記第2のフィルタ回路は、
前記第2ノードと第4ノードの間に並列に接続された前記キャパシタ及び前記第1の抵抗と、
前記第4ノードと前記共通電位供給部の間に接続された第2の抵抗とで、
構成したことを特徴とする請求項4または5記載の位相同期回路。
The second filter circuit is
The capacitor and the first resistor connected in parallel between the second node and a fourth node;
A second resistor connected between the fourth node and the common potential supply unit;
6. The phase synchronization circuit according to claim 4, wherein the phase synchronization circuit is configured.
前記第1のフィルタ回路は、前記第1ノードと前記共通電位供給部との間に接続された第2のキャパシタからなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の位相同期回路。   The phase according to any one of claims 1 to 7, wherein the first filter circuit includes a second capacitor connected between the first node and the common potential supply unit. Synchronous circuit.
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