JP2008206084A - Phase synchronizing circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基準となるクロックに同期して発振する位相同期回路(Phase Locked Loop:以下、PLL回路という)に関する。 The present invention relates to a phase locked loop (hereinafter referred to as a PLL circuit) that oscillates in synchronization with a reference clock.
高周波信号を利用する携帯電話端末をはじめとするさまざまな電子機器において、PLL回路が利用される。PLL回路は、外部から入力される基準クロック信号にもとづいて、その出力信号の周波数を、基準クロック信号の周波数に所定比を乗じた値に安定化させる。一般にPLL回路は、電圧制御発振器(Voltage Control Oscillator:VCO)、分周器、位相比較器、ループフィルタを含んで構成される。 PLL circuits are used in various electronic devices such as mobile phone terminals that use high-frequency signals. The PLL circuit stabilizes the frequency of the output signal to a value obtained by multiplying the frequency of the reference clock signal by a predetermined ratio based on the reference clock signal input from the outside. In general, the PLL circuit includes a voltage control oscillator (VCO), a frequency divider, a phase comparator, and a loop filter.
VCOは、入力された制御電圧に応じた周波数で発振する。分周器は、VCOの出力信号を分周する。位相比較器は、分周器の出力と、基準クロック信号の位相比較を行い、位相差に応じた信号を出力する。ループフィルタは、位相比較器の出力信号をフィルタリングし、VCOに制御電圧として帰還する。 The VCO oscillates at a frequency corresponding to the input control voltage. The frequency divider divides the output signal of the VCO. The phase comparator compares the phase of the output of the frequency divider with the reference clock signal and outputs a signal corresponding to the phase difference. The loop filter filters the output signal of the phase comparator and feeds it back to the VCO as a control voltage.
VCOを構成する素子の製造ばらつきに起因して、VCOの発振周波数と制御電圧の関係は、個体に応じて異なる。この個体差を解消するために、キャリブレーションが行われる。特許文献1、2には関連技術が記載される。キャリブレーションを電子機器に搭載された動作状態で実行する場合、短時間で行う必要がある。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その包括的な目的は、キャリブレーションを高速に実行可能なPLL回路の提供にある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a comprehensive object thereof is to provide a PLL circuit capable of executing calibration at high speed.
本発明のある態様の位相同期回路は、入力された制御電圧に応じた周波数で発振し、ある制御電圧に対する発振周波数を可変とするための調節用キャパシタを含む電圧制御発振器と、電圧制御発振器の出力信号を、所定の基準クロックの周波数と一致するように分周する分周器と、分周器の出力信号と、基準クロックの位相を比較し、位相差に応じた電圧を制御電圧として電圧制御発振器に出力する位相比較部と、所定のキャリブレーション期間中に、周波数がロック状態した状態で、制御電圧が所定の電圧範囲に含まれるように、調節用キャパシタの容量値を調節する容量調節部と、キャリブレーション期間中と、通常動作期間中とで、当該位相同期回路のループ特性を変化させるループ制御部と、を備える。 According to one aspect of the present invention, a phase locked loop circuit oscillates at a frequency according to an input control voltage, and includes a voltage controlled oscillator including an adjustment capacitor for making the oscillation frequency for a certain control voltage variable. A frequency divider that divides the output signal to match the frequency of a predetermined reference clock, and the output signal of the divider and the phase of the reference clock are compared, and a voltage corresponding to the phase difference is used as a control voltage. A phase comparison unit that outputs to the controlled oscillator and a capacitance adjustment that adjusts the capacitance value of the adjustment capacitor so that the control voltage is included in a predetermined voltage range while the frequency is locked during a predetermined calibration period. And a loop control unit that changes the loop characteristics of the phase-locked loop during the calibration period and during the normal operation period.
この態様によると、周波数がロックされる状態において、制御電圧が所定の電圧範囲に含まれるようにキャリブレーションを実行することができる。このキャリブレーション期間中に、ループ特性を変化させることにより、周波数ロックがかかるまでの時間を短縮できるため、キャリブレーション時間を短縮することができる。 According to this aspect, in a state where the frequency is locked, the calibration can be executed so that the control voltage is included in the predetermined voltage range. By changing the loop characteristics during the calibration period, the time until the frequency lock is applied can be shortened, so that the calibration time can be shortened.
ループ制御部は、キャリブレーション期間中のループ帯域を、通常動作期間中のループ帯域よりも広く設定してもよい。
位相比較部は、分周器の出力信号と、所定の周波数の基準クロックの位相差に応じた位相差信号を生成する位相比較器と、位相差信号に応じて、充電電流、または放電電流を生成するチャージポンプ回路と、チャージポンプ回路によって充電または放電されるキャパシタを含むループフィルタと、を含んでもよい。ループ制御部は、キャリブレーション期間中のループ帯域を、通常動作期間中のループ帯域よりも広く設定してもよい。
The loop control unit may set the loop band during the calibration period wider than the loop band during the normal operation period.
The phase comparison unit is configured to generate a phase difference signal corresponding to the phase difference between the output signal of the frequency divider and a reference clock having a predetermined frequency, and to charge or discharge current depending on the phase difference signal. A charge pump circuit to be generated and a loop filter including a capacitor charged or discharged by the charge pump circuit may be included. The loop control unit may set the loop band during the calibration period wider than the loop band during the normal operation period.
ループ制御部は、キャリブレーション期間中のループゲインを、通常動作期間中のループゲインよりも高く設定してもよい。
位相比較部は、分周器の出力信号と、所定の周波数の基準クロックの位相差に応じた位相差信号を生成する位相比較器と、位相差信号に応じて、充電電流、または放電電流を生成するチャージポンプ回路と、チャージポンプ回路によって充電または放電されるキャパシタを含むループフィルタと、を含んでもよい。ループ制御部は、キャリブレーション期間中の充電電流、放電電流を、通常動作期間中の充電電流、放電電流よりも大きく設定してもよい。
The loop control unit may set the loop gain during the calibration period higher than the loop gain during the normal operation period.
The phase comparison unit is configured to generate a phase difference signal corresponding to the phase difference between the output signal of the frequency divider and a reference clock having a predetermined frequency, and to charge or discharge current depending on the phase difference signal. A charge pump circuit to be generated and a loop filter including a capacitor charged or discharged by the charge pump circuit may be included. The loop control unit may set the charging current and discharging current during the calibration period to be larger than the charging current and discharging current during the normal operation period.
ループ制御部は、キャリブレーション期間中の基準クロックの周波数を、通常動作期間中の基準クロックの周波数よりも高く設定してもよい。 The loop control unit may set the frequency of the reference clock during the calibration period to be higher than the frequency of the reference clock during the normal operation period.
容量調節部は、制御電圧を所定の電圧範囲の上限を規定する上限しきい値電圧と比較する第1コンパレータと、制御電圧を所定の電圧範囲の下限を規定する下限しきい値電圧と比較する第2コンパレータと、第1、第2コンパレータの出力信号にもとづいて、容量値を調節するデコーダと、を含んでもよい。 The capacity adjusting unit compares the control voltage with a first threshold voltage that defines an upper limit of a predetermined voltage range, and compares the control voltage with a lower threshold voltage that defines a lower limit of the predetermined voltage range. You may include the 2nd comparator and the decoder which adjusts a capacitance value based on the output signal of a 1st, 2nd comparator.
調節用キャパシタは、容量値の比が、1:2:…:2n−1に設定され、スイッチを介して並列に接続されるn個(nは2以上の整数)の第1〜第nキャパシタを含んでもよい。デコーダは、各キャパシタごとに設けられたスイッチのオン、オフによって、調節用キャパシタの容量値を、0から2n−1の範囲で調節してもよい。さらに、デコーダは、初期状態において、前記調節用キャパシタの容量値を2n−1に設定し、その後、変数iを1から順に1つずつ増加させていき、第1、第2コンパレータによるi回目の比較結果に応じて、調節用キャパシタの容量値を(2n−i−1)だけ増加させ、または(2n−i−1)だけ減少させる動作を繰り返すことにより、調節用キャパシタの容量値を設定してもよい。
この場合、最大で(n+1)回の比較によって、キャリブレーションを完了することができるため、キャリブレーション時間を短縮できる。
The adjustment capacitors have a capacitance value ratio of 1: 2:...: 2 n−1 and are connected in parallel through switches n (n is an integer of 2 or more) first to nth. A capacitor may be included. The decoder may adjust the capacitance value of the adjustment capacitor in the range of 0 to 2 n −1 by turning on / off a switch provided for each capacitor. Further, in the initial state, the decoder sets the capacitance value of the adjustment capacitor to 2 n−1 , and then increases the variable i one by one in order from 1, and the i-th time by the first and second comparators. The capacitance value of the adjustment capacitor is repeated by increasing the capacitance value of the adjustment capacitor by (2 n−i−1 ) or decreasing it by (2 n−i−1 ). May be set.
In this case, calibration can be completed by a maximum of (n + 1) comparisons, so that the calibration time can be shortened.
本発明によれば、キャリブレーションを高速に実行できる。 According to the present invention, calibration can be executed at high speed.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aと部材Bが接続」された状態とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Aと部材Bの間に部材Cが設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
In this specification, “the state in which the member A and the member B are connected” means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are in an electrically connected state. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the above.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical connection. The case where it is indirectly connected through another member that does not affect the state is also included.
図1は、実施の形態に係るPLL回路100の構成を示す回路図である。たとえば、PLL回路100は携帯電話端末などの無線通信機器に搭載される。無線通信機器には、数百MHz〜数GHzの高周波信号が必要とされる。本実施の形態に係るPLL回路100は、こうした高周波信号を生成する用途に好適に使用できる。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a
以下、PLL回路100の構成について説明する。PLL回路100は、位相比較部2、VCO16、分周器18、容量調節部30、ループ制御部40を備える。PLL回路100には、所定の周波数を有する基準クロックREFが入力される。PLL回路100は、基準クロックREFのm倍の周波数を有する出力信号OUTを生成する。
Hereinafter, the configuration of the
VCO16は、入力された制御電圧Vcntに応じた周波数で発振する。VCO16は、ある制御電圧Vcntに対する発振周波数foscが可変に構成される。
The
VCO16は、インダクタL10、L11、キャパシタC10、C11、可変容量ダイオード(バリキャップ)D10、D11、トランジスタM10、M11、および調節用キャパシタ50a、50bを含む。
The
可変容量ダイオードD10、D11はカソードが共通に接続され、制御電圧Vcntが入力される。可変容量ダイオードD10、D11それぞれのアノードと、電源ラインVddの間には、インダクタL10、L11がそれぞれ設けられる。キャパシタC10、C11はそれぞれ、インダクタL10、L11と並列に接続される。 The variable-capacitance diodes D10 and D11 are connected in common to the cathode, and the control voltage Vcnt is input. Inductors L10 and L11 are provided between the anodes of the variable capacitance diodes D10 and D11 and the power supply line Vdd, respectively. Capacitors C10 and C11 are connected in parallel with inductors L10 and L11, respectively.
トランジスタM10、M11はNチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。トランジスタM10のソースは接地され、そのドレインは可変容量ダイオードD10のアノードと接続される。同様に、トランジスタM11のソースは接地され、そのドレインは可変容量ダイオードD11のアノードと接続される。トランジスタM10のゲートはトランジスタM11のドレインと接続され、トランジスタM11のゲートはトランジスタM10のドレインと接続される。 The transistors M10 and M11 are N-channel MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). The source of the transistor M10 is grounded, and its drain is connected to the anode of the variable capacitance diode D10. Similarly, the source of the transistor M11 is grounded, and the drain thereof is connected to the anode of the variable capacitance diode D11. The gate of the transistor M10 is connected to the drain of the transistor M11, and the gate of the transistor M11 is connected to the drain of the transistor M10.
調節用キャパシタ50a、50bは、ある制御電圧Vcntに対する発振周波数foscを調節するために設けられる。
調節用キャパシタ50a、50bは、それぞれ、トランジスタM10、M11と並列に設けられる。
The
The
VCO16の発振周波数は、可変容量ダイオードD10、D11、キャパシタC10、C11および調節用キャパシタ50a、50bの合成容量と、インダクタL10、L11のインダクタンスの積に応じて変化する。制御電圧Vcntが変化すると、可変容量ダイオードD10、D11の容量値が変化し、発振周波数foscが変化する。なお、VCO16の構成は図1のそれに限定されず、その他の構成のVCOを用いてもよい。VCO16は制御電圧Vcntに応じて変化する容量成分と、制御電圧Vcntとは無関係に外部からの制御によって調節可能な容量成分とを含んで構成すればよい。
The oscillation frequency of the
図1の回路では、調節用キャパシタ50a、50bは同一の構成であるから、調節用キャパシタ50bについてのみ説明する。調節用キャパシタ50bは、複数n(=4)個の第1〜第4キャパシタC1〜C4と、それぞれに直列に接続された第1〜第4スイッチSW1〜SW4を含む。第1〜第4スイッチSW1〜SW4のオン、オフ状態に応じて、第1〜第4キャパシタC1〜C4は並列に接続される。
In the circuit of FIG. 1, since the
本実施の形態において、第1〜第4キャパシタC1〜C4の容量値は、1:2:4:8に設定される。つまり、各キャパシタの容量値は2のべき乗に設定される。単位容量をCuと書くと、すべてのスイッチSW1〜SW4がオフの状態において、調節用キャパシタ50の合成容量は0となり、すべてのスイッチSW1〜SW4がオンの状態において15×Cuとなる。つまり、各スイッチSW1〜SW4のオンオフによって4ビットで容量値を制御することができる。調節用キャパシタ50a、50bのスイッチは、連動して同じように動作する。
In the present embodiment, the capacitance values of the first to fourth capacitors C1 to C4 are set to 1: 2: 4: 8. That is, the capacitance value of each capacitor is set to a power of 2. When the unit capacitance is written as Cu, the combined capacitance of the adjustment capacitor 50 is 0 when all the switches SW1 to SW4 are off, and 15 × Cu when all the switches SW1 to SW4 are on. That is, the capacitance value can be controlled with 4 bits by turning on and off the switches SW1 to SW4. The switches of the
分周器18は、VCO16の出力信号OUTを、所定の基準クロックREFの周波数と一致するように分周する。分周比は、mである。位相比較部2は、分周器18から出力される分周された出力信号OUT2と、基準クロックREFの位相を比較し、位相差に応じた電圧を、制御電圧VcntとしてVCO16に出力する。
The
位相比較部2は、位相比較器10、チャージポンプ回路12、ループフィルタ14を含む。
位相比較器10は、基準クロックREFと分周された出力信号OUT2の位相を比較し、どちらの位相が進んでいるかに応じて、アップ信号またはダウン信号を出力する。チャージポンプ回路12は、位相比較器10から出力されるアップ信号・ダウン信号(位相差信号ともいう)に応じて、充電電流または放電電流を生成する。
The
The
ループフィルタ14は、スイッチSW20、SW21、キャパシタC20、C21、抵抗R21を含む。スイッチSW20、キャパシタC20は、チャージポンプ回路12の出力端子と接地端子間に直列に接続される。スイッチSW21、抵抗R21、キャパシタC21も同様に、チャージポンプ回路12の出力端子と接地端子間に直列に接続される。
キャパシタC20、C21は、チャージポンプ回路12により生成される充電電流・放電電流によって充放電されるキャパシタとして機能するとともに、CRフィルタの構成要素となっている。
The
The capacitors C20 and C21 function as capacitors that are charged and discharged by the charging current and discharging current generated by the
スイッチSW20、SW21のオン、オフ状態に応じて、ループフィルタ14のカットオフ周波数が変化する。ループフィルタ14は、フィルタリングされた制御電圧Vcntを、VCO16へとフィードバックする。
キャパシタC20、C21を充電、または放電することにより、キャパシタには位相差に応じた電荷が蓄えられ、位相差に応じた制御電圧Vcntが生成される。
The cut-off frequency of the
By charging or discharging the capacitors C20 and C21, charges corresponding to the phase difference are stored in the capacitors, and a control voltage Vcnt corresponding to the phase difference is generated.
容量調節部30は、所定のキャリブレーション期間中に、周波数がロック状態した状態で、制御電圧Vcntが所定の電圧範囲に含まれるように、調節用キャパシタ50a、50bの容量値を調節する。
容量調節部30は、第1コンパレータ20、第2コンパレータ22、第1ラッチ回路24、第2ラッチ回路26、デコーダ28を含む。
The
The
第1コンパレータ20は、制御電圧Vcntを、所定の電圧範囲の上限を規定する上限しきい値電圧VHと比較する。第2コンパレータ22は、制御電圧Vcntを所定の電圧範囲の下限を規定する下限しきい値電圧VLと比較する。第1ラッチ回路24、第2ラッチ回路26はそれぞれ、第1コンパレータ20、第2コンパレータ22の出力信号S1、S2をラッチする。第1コンパレータ20の出力信号S1は、Vcnt>VHのときハイレベル(H)、Vcnt<VHのときローレベル(L)となる。また、第2コンパレータ22の出力信号S2は、Vcnt>VLのときハイレベル、Vcnt<VLのときローレベルとなる。
The
信号S1、S2の組み合わせにより、3つの状態が判定される。
1. 第1状態(S1=S2=L)
制御電圧Vcntが、電圧範囲の下側に外れた状態(Vcnt<VL)を示す。
2. 第2状態(S1=S2=H)
制御電圧Vcntが、電圧範囲の上側に外れた状態(VH<Vcnt)を示す。
3. 第3状態(S1=L、S2=H)
制御電圧Vcntが電圧範囲に含まれた状態(VL<Vcnt<VH)を示す。
Three states are determined by the combination of the signals S1 and S2.
1. First state (S1 = S2 = L)
A state in which the control voltage Vcnt is out of the voltage range (Vcnt <VL) is shown.
2. Second state (S1 = S2 = H)
The control voltage Vcnt indicates a state (VH <Vcnt) that is outside the voltage range.
3. Third state (S1 = L, S2 = H)
A state in which the control voltage Vcnt is included in the voltage range (VL <Vcnt <VH) is shown.
デコーダ28は、ラッチされた第1コンパレータ20、第2コンパレータ22の出力信号S1、S2にもとづいて、調節用キャパシタ50の容量値を調節する。以下、調節用キャパシタ50の調節について説明する。
The
デコーダ28は、各スイッチSW1〜SW4のオンオフ状態を4ビットの制御データSWDATA[3:0]として保持する。制御データSWDATAのMSB(Most Significant Bit)は、第4スイッチSW4のオン、オフに対応づけられ、LSB(Least Significant Bit)は、第1スイッチSW1のオン、オフに対応づけられる。なお、1がオンを、0がオフに対応する。
The
その結果、調節用キャパシタ50の容量値が、0×CUから15×CU(=CU×2n−1)の範囲で調節される。 As a result, the capacitance value of the adjustment capacitor 50 is adjusted in the range of 0 × CU to 15 × CU (= CU × 2 n −1).
デコーダ28は、第1状態〜第3状態に応じて、制御データSWDATAを増減させる。つまりデコーダ28は加減算回路で構成することができる。
デコーダ28は、第1状態を判定すると、制御データSWDATAの値を減少させ、第2状態を判定すると、制御データSWDATAの値を増加させる。デコーダ28は、第3状態に安定化するまで、制御データSWDATAの増減を繰り返す。
The
When determining the first state, the
より具体的には、以下の動作を行ってもよい。
デコーダ28は、初期状態において、制御データSWDATAを半値[1000]に設定し、第4スイッチSW4(n=4)のみをオンした状態に設定して、調節用キャパシタ50a、50bの容量値を、8×CU(=2n−1×CU)に設定する。
その後、変数iを1から順に1つずつ増加させていき、第1コンパレータ20、第2コンパレータ22によるi回目の比較結果である信号S1、S2に応じて、調節用キャパシタ50a、50bの容量値を(2n−i−1)×CUだけ増加させ、または減少させる動作を繰り返す。
本実施の形態では、i=1回目の比較の結果、第1状態と判定されると、制御データSWDATAを2n−i−1(=24−1−1)だけ、つまり[0100]だけ減少させる。逆に第2状態と判定されると、制御データSWDATAを[0100]だけ増加させる。第3状態であればキャリブレーションを完了する。
More specifically, the following operation may be performed.
In the initial state, the
Thereafter, the variable i is incremented one by one in order from 1, and the capacitance values of the
In this embodiment, if it is determined that the first state as a result of i = 1, the control data SWDATA is set to 2 n−i−1 (= 2 4−1−1 ), that is, only [0100]. Decrease. Conversely, if it is determined that the second state, the control data SWDATA is increased by [0100]. If it is in the third state, the calibration is completed.
続く、i=2回目の比較の結果、第1状態と判定されると、制御データSWDATAを2n−i−1(=24−2−1)だけ、つまり[0010]だけ増加させる。逆に第2状態と判定されると、制御データSWDATAを[0010]だけ減少させる。 If it is determined that the first state is the result of the i = 2th comparison, the control data SWDATA is increased by 2 n−i−1 (= 2 4−2−1 ), that is, [0010]. Conversely, if it is determined that the second state, the control data SWDATA is decreased by [0010].
続く、i=3回目の比較の結果、第1状態と判定されると、制御データSWDATAを2n−i−1(=24−3−1)だけ、つまり[0001]だけ増加させる。逆に第2状態と判定されると、制御データSWDATAを[0001]だけ減少させる。 If it is determined that the first state is the result of the i = 3rd comparison, the control data SWDATA is increased by 2 n−i−1 (= 2 4-3-1 ), that is, [0001]. Conversely, if it is determined that the second state, the control data SWDATA is decreased by [0001].
さらに必要に応じて、i=4回目の比較の結果を行い、第1状態と判定されると、制御データSWDATAを2n−i−1(=24−3−1)だけ、つまり[0001]だけ増加させる。逆に第2状態と判定されると、制御データSWDATAを[0001]だけ減少させる。 Further, if necessary, the result of the i = 4th comparison is performed, and if it is determined to be in the first state, the control data SWDATA is set to 2 n−i−1 (= 2 4-3-1 ), that is, [0001 ] Only. Conversely, if it is determined that the second state, the control data SWDATA is decreased by [0001].
以上が容量調節部30によるキャリブレーション動作である。第3状態となると、制御データSWDATAの値を保持し、調節用キャパシタ50a、50bのスイッチの状態を固定し、通常動作へと移行する。
The above is the calibration operation by the
ループ制御部40は、PLL回路100に対してキャリブレーションが指示されると、PLL回路100のループ特性を通常動作中のループ特性から変化させる。本実施の形態では、キャリブレーション期間中のループ帯域を、通常動作期間中のそれよりも広く設定する。
When the calibration is instructed to the
ループ帯域を変化させるために、ループ制御部40は、ループフィルタ14のスイッチSW20、SW21のオンオフを制御する。たとえば、キャリブレーション期間中では、スイッチSW20をオン、SW21をオフに設定し、ループフィルタ14のカットオフ周波数を上昇させる。キャリブレーション期間が終了して通常動作期間になると、スイッチSW21をオンしてループフィルタ14のカットオフ周波数を低下させ、ループの安定性を高める。これにより、フェーズジッタを抑制できる。
In order to change the loop band, the
以上のように構成されたPLL回路100の動作を説明する。図2は、図1のPLL回路100の動作を示すフローチャートである。
キャリブレーションが指示されると、ループ制御部40はループ帯域を広く設定する(S10)。これにより周波数がロックするまでの時間が短縮される。続いて、初期化動作が実行される(S12)。具体的には制御データSWDATAが[1000]に設定され、変数iが1に設定される。
The operation of the
When calibration is instructed, the
この状態でPLL回路100が動作し、周波数がロックされる(S14)。容量調節部30は、第3状態を検出すると(S16のY)、スイッチSW1〜SW4の状態を固定し、ループ制御部40はループ帯域を狭く設定して(S18)、キャリブレーションを完了する。
In this state, the
ステップS16において、第3状態でない場合(S16のN)、第1状態であるかを判定する。第1状態であれば(S20のY)、制御データSWDATAを24−i−1増加させる。続いて、変数iを1増加させ(S30)、ステップS14に戻る。 In step S16, if it is not the third state (N of S16), it is determined whether it is the first state. If it is in the first state (Y in S20), the control data SWDATA is increased by 24.sup. -i-1 . Subsequently, the variable i is incremented by 1 (S30), and the process returns to step S14.
ステップS20において、第1状態でなければ(S20のN)、第2状態であるかを判定する。第2状態であれば(S24のY)、制御データSWDATAを24−i−1減少させる。続いて、変数iを1増加させ(S30)、ステップS14に戻る。 In step S20, if it is not in the first state (N in S20), it is determined whether it is in the second state. If it is in the second state (Y in S24), the control data SWDATA is decreased by 24 -i-1 . Subsequently, the variable i is incremented by 1 (S30), and the process returns to step S14.
以上の動作を繰り返すことにより、周波数ロックがかかった状態での制御電圧Vcntが、所定の電圧範囲に含まれるように、調節用キャパシタ50a、50bの容量値が調節される。
By repeating the above operation, the capacitance values of the
本実施の形態に係るPLL回路100によれば、キャリブレーション期間中のループ帯域を広く設定することにより、周波数がロックするまでの時間を短縮することができ、キャリブレーション時間を短縮できる。また、制御電圧Vcntと上限しきい値電圧VH、下限しきい値電圧VLとの比較結果に応じて制御データSWDATAを増減させて、スイッチSW1〜SW4を制御することにより、キャリブレーション処理を簡潔に実行できる。
According to the
さらに、本実施の形態に係るPLL回路100によれば、キャリブレーションが完了するまでの比較回数を、最大でn+1回以下とすることができる。もし、スイッチSW4のみをオンした状態(SWDATA=[1000])が初期状態であり、スイッチSW1〜SW4がすべてオンした状態(SWDATA=[1111])が最終状態である場合、制御データSWDATAを1づつ増減させる場合、8回同じ処理を繰り返す必要があるから、本実施の形態では、キャリブレーション時間を1/2以下まで低下させることができる。
Furthermore, according to the
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.
実施の形態では、キャリブレーション期間中のループ帯域を広く設定する場合を説明した。これに代えて、あるいはこれとともに、キャリブレーション期間中のループゲインを、通常動作期間中のループゲインよりも高く設定してもよい。ループゲインを高く設定する方法としては、チャージポンプ回路12において、キャリブレーション期間中の充電電流、放電電流を、通常動作期間中の充電電流、放電電流よりも大きく設定してもよい。
また、別の方法として、基準クロック信号REFの周波数を、キャリブレーション期間中に高く設定してもよい。この場合、分周器18の分周比mもそれに応じて高く設定する。
この変形例によれば、ループゲインが高く設定されることにより、キャリブレーション期間において、周波数ロックがかかるまでの時間を短縮できるため、キャリブレーションを高速化できる。
In the embodiment, the case where the loop band during the calibration period is set wide has been described. Instead of this, or together with this, the loop gain during the calibration period may be set higher than the loop gain during the normal operation period. As a method of setting the loop gain high, in the
As another method, the frequency of the reference clock signal REF may be set high during the calibration period. In this case, the frequency division ratio m of the
According to this modification, since the loop gain is set high, the time until the frequency lock is applied in the calibration period can be shortened, so that the calibration can be speeded up.
実施の形態では、調節用キャパシタ50a、50bを設ける場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、可変容量ダイオードD1、D2をセグメント化し、スイッチによってアクティブとするセグメントの個数を切り替える構成としてもよい。この変形例によれば、実質的に調節用キャパシタ50a、50bの容量が、制御電圧Vcntに応じて変化することになるため、制御電圧Vcntに対する発振周波数foscの関係を良好に保つことができる。
Although the case where the
実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。 Although the present invention has been described based on the embodiments, the embodiments merely illustrate the principle and application of the present invention, and the embodiments are intended to include the idea of the present invention defined in the claims. Many modifications and changes in arrangement are possible within the range not leaving.
100 PLL回路、 2 位相比較部、 10 位相比較器、 12 チャージポンプ回路、 14 ループフィルタ、 16 VCO、 18 分周器、 20 第1コンパレータ、 22 第2コンパレータ、 24 第1ラッチ回路、 26 第2ラッチ回路、 28 デコーダ、 30 容量調節部、 40 ループ制御部、 50 調節用キャパシタ。 100 PLL circuit, 2 phase comparator, 10 phase comparator, 12 charge pump circuit, 14 loop filter, 16 VCO, 18 frequency divider, 20 first comparator, 22 second comparator, 24 first latch circuit, 26 second Latch circuit, 28 decoder, 30 capacity adjustment unit, 40 loop control unit, 50 adjustment capacitor.
Claims (8)
前記電圧制御発振器の出力信号を、所定の基準クロックの周波数と一致するように分周する分周器と、
前記分周器の出力信号と、前記基準クロックの位相を比較し、位相差に応じた電圧を前記制御電圧として前記電圧制御発振器に出力する位相比較部と、
所定のキャリブレーション期間中に、周波数がロック状態した状態で、前記制御電圧が所定の電圧範囲に含まれるように、前記調節用キャパシタの容量値を調節する容量調節部と、
前記キャリブレーション期間中と、通常動作期間中とで、当該位相同期回路のループ特性を変化させるループ制御部と、
を備えることを特徴とする位相同期回路。 A voltage controlled oscillator including an adjustment capacitor for oscillating at a frequency according to the input control voltage and making the oscillation frequency for a certain control voltage variable;
A frequency divider that divides the output signal of the voltage controlled oscillator to match the frequency of a predetermined reference clock;
A phase comparator for comparing the output signal of the frequency divider and the phase of the reference clock and outputting a voltage corresponding to the phase difference to the voltage controlled oscillator as the control voltage;
A capacitance adjusting unit that adjusts a capacitance value of the adjustment capacitor so that the control voltage is included in a predetermined voltage range in a state where the frequency is locked during a predetermined calibration period;
A loop control unit that changes the loop characteristics of the phase-locked loop circuit during the calibration period and during the normal operation period;
A phase locked loop circuit comprising:
前記キャリブレーション期間中のループ帯域を、通常動作期間中のループ帯域よりも広く設定することを特徴とする請求項1に記載の位相同期回路。 The loop control unit
The phase synchronization circuit according to claim 1, wherein a loop band during the calibration period is set wider than a loop band during a normal operation period.
前記分周器の出力信号と、所定の周波数の基準クロックの位相差に応じた位相差信号を生成する位相比較器と、
前記位相差信号に応じて、充電電流、または放電電流を生成するチャージポンプ回路と、
前記チャージポンプ回路によって充電または放電されるキャパシタを含むループフィルタと、
を含み、
前記ループ制御部は、前記キャリブレーション期間中のループ帯域を、通常動作期間中のループ帯域よりも広く設定することを特徴とする請求項2に記載の位相同期回路。 The phase comparison unit includes:
A phase comparator that generates a phase difference signal corresponding to a phase difference between the output signal of the frequency divider and a reference clock having a predetermined frequency;
A charge pump circuit that generates a charging current or a discharging current according to the phase difference signal;
A loop filter including a capacitor charged or discharged by the charge pump circuit;
Including
The phase synchronization circuit according to claim 2, wherein the loop control unit sets a loop band during the calibration period wider than a loop band during a normal operation period.
前記キャリブレーション期間中のループゲインを、通常動作期間中のループゲインよりも高く設定することを特徴とする請求項1に記載の位相同期回路。 The loop control unit
The phase synchronization circuit according to claim 1, wherein a loop gain during the calibration period is set higher than a loop gain during a normal operation period.
前記分周器の出力信号と、所定の周波数の基準クロックの位相差に応じた位相差信号を生成する位相比較器と、
前記位相差信号に応じて、充電電流、または放電電流を生成するチャージポンプ回路と、
前記チャージポンプ回路によって充電または放電されるキャパシタを含むループフィルタと、
を含み、
前記ループ制御部は、前記キャリブレーション期間中の充電電流、放電電流を、通常動作期間中の充電電流、放電電流よりも大きく設定することを特徴とする請求項4に記載の位相同期回路。 The phase comparison unit includes:
A phase comparator that generates a phase difference signal corresponding to a phase difference between the output signal of the frequency divider and a reference clock having a predetermined frequency;
A charge pump circuit that generates a charging current or a discharging current according to the phase difference signal;
A loop filter including a capacitor charged or discharged by the charge pump circuit;
Including
5. The phase locked loop circuit according to claim 4, wherein the loop control unit sets a charging current and a discharging current during the calibration period to be larger than a charging current and a discharging current during a normal operation period.
前記キャリブレーション期間中の前記基準クロックの周波数を、通常動作期間中の前記基準クロックの周波数よりも高く設定することを特徴とする請求項1に記載の位相同期回路。 The loop control unit
The phase synchronization circuit according to claim 1, wherein a frequency of the reference clock during the calibration period is set higher than a frequency of the reference clock during a normal operation period.
前記制御電圧を、前記所定の電圧範囲の上限を規定する上限しきい値電圧と比較する第1コンパレータと、
前記制御電圧を、前記所定の電圧範囲の下限を規定する下限しきい値電圧と比較する第2コンパレータと、
前記第1、第2コンパレータの出力信号にもとづいて、前記調節用キャパシタの容量値を調節するデコーダと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の位相同期回路。 The capacity adjuster is
A first comparator for comparing the control voltage with an upper threshold voltage defining an upper limit of the predetermined voltage range;
A second comparator for comparing the control voltage with a lower threshold voltage defining a lower limit of the predetermined voltage range;
A decoder for adjusting a capacitance value of the adjustment capacitor based on output signals of the first and second comparators;
The phase synchronization circuit according to claim 1, comprising:
前記デコーダは、各キャパシタごとに設けられたスイッチのオン、オフによって、前記調節用キャパシタの容量値を、0から2n−1の範囲で調節するものであり、さらに、
初期状態において、前記調節用キャパシタの容量値を2n−1に設定し、
その後、変数iを1から順に1つずつ増加させていき、第1、第2コンパレータによるi回目の比較結果に応じて、前記調節用キャパシタの容量値を(2n−i−1)だけ増加、または減少させる動作を繰り返すことにより、前記調節用キャパシタの容量値を設定することを特徴とする請求項7に記載の位相同期回路。 The adjustment capacitor has a capacitance ratio of 1: 2:...: 2 n−1 and is connected in parallel through switches n (n is an integer of 2 or more) first to first. n capacitors,
The decoder adjusts the capacitance value of the adjustment capacitor in a range of 0 to 2 n −1 by turning on / off a switch provided for each capacitor, and
In the initial state, the capacitance value of the adjustment capacitor is set to 2 n−1 ,
Thereafter, the variable i is incremented one by one in order from 1, and the capacitance value of the adjustment capacitor is increased by (2 n−i−1 ) according to the i-th comparison result by the first and second comparators. The phase synchronization circuit according to claim 7, wherein a capacitance value of the adjustment capacitor is set by repeating an operation of decreasing or decreasing.
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JP2007042831A JP2008206084A (en) | 2007-02-22 | 2007-02-22 | Phase synchronizing circuit |
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US11171658B1 (en) | 2020-09-23 | 2021-11-09 | Kioxia Corporation | Semiconductor integrated circuit, electronic device, and method of detecting frequency |
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- 2007-02-22 JP JP2007042831A patent/JP2008206084A/en active Pending
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