JP2010130594A - Pll回路 - Google Patents

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寿栄 加藤
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Abstract

【課題】電圧制御発振器が発振信号出力動作を停止した場合、自動的に最適消費電流で電圧制御発振器の発振信号出力動作を復帰させることができるPLL回路を提供する。
【解決手段】リセット制御回路7は、電圧制御発振器5の発振信号出力動作の停止を検出し、電圧制御発振器5の発振信号出力動作の停止を検出している間、基準信号Ref_CKを分周してなるリセット信号RESETを生成する。カウンタ8は、リセット信号RESETの立ち上がり変化の回数をカウントする。ローパスフィルタ4は、前記リセット信号RESETがLレベルの間に周波数制御電圧Vcntを初期化する。電圧制御発振器5が有する出力アンプは、前記カウンタ8が出力するカウント値Cnt[1:0]が増加する毎に駆動電流を段階的に増加させることにより出力駆動能力を段階的に増加させ、周波数帯域を段階的に上げる。
【選択図】図1

Description

本発明は、PLL(Phase-locked loop:位相同期ループ)回路に関する。
PLL回路において、電圧制御発振器が発振を停止した場合、発振を復帰させる手法が種々提案されている。
特開平7−74625号公報 特開2000−68825号公報 特開2004−64287号公報 特開2006−157630号公報 特開2006−254122号公報
本発明は、電圧制御発振器が発振信号出力動作を停止した場合、自動的に最適消費電流で電圧制御発振器の発振信号出力動作を復帰させることができるPLL回路を提供することを目的とする。
本出願で開示するPLL回路は、電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器が発振信号出力動作を停止したときは、前記電圧制御発振器の出力駆動能力を段階的に増加させ、前記電圧制御発振器が発振信号出力動作に復帰するように前記電圧制御発振器を制御する制御回路とを有するものである。
開示したPLL回路によれば、前記制御回路は、前記電圧制御発振器が発振信号出力動作を停止したときは、前記電圧制御発振器の出力駆動能力を段階的に増加させ、前記電圧制御発振器が発振信号出力動作に復帰するように前記電圧制御発振器を制御する。したがって、自動的に最適消費電流で前記電圧制御発振器の発振信号出力動作を復帰させることができる。
以下、図1〜図22を参照して、本発明の第1実施形態及び第2実施形態について説明する。本発明は、これら第1実施形態及び第2実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の形態を取り得るものである。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態を示す回路図である。本発明の第1実施形態は、基準信号Ref_CKが与えられる基準信号入力端子1と、パワーオンリセット信号PWR_RSTが与えられるパワーオンリセット信号入力端子2と、位相比較器3と、ローパスフィルタ4と、電圧制御発振器5と、分周器6と、リセット制御回路7と、カウンタ8とを有している。リセット制御回路7と、カウンタ8とで、電圧制御発振器5の出力駆動能力を制御する制御回路が構成されている。
位相比較器3は、基準信号Ref_CKと分周器6が出力する分周信号VCO_CKとを比較し、基準信号Ref_CKと分周信号VCO_CKとの位相差を検出して位相差検出信号S3を出力するものであり、従来周知のように構成される。ローパスフィルタ4は、位相比較器3が出力する位相差検出信号S3を入力し、電圧制御発振器5に与える周波数制御電圧Vcntを生成するものである。電圧制御発振器5は、ローパスフィルタ4から与えられる周波数制御電圧Vcntに対応する周波数の発振信号VCO_OUTを出力するものである。分周器6は、電圧制御発振器5が出力する発振信号VCO_OUTを分周し、分周信号VCO_CKを生成するものであり、従来周知のように構成される。
リセット制御回路7は、基準信号Ref_CKと分周信号VCO_CKとを入力し、リセット信号RESETを生成するものである。リセット信号RESETは、ローパスフィルタ4及びカウンタ8に与えられる。ローパスフィルタ4は、リセット信号RESETが与えられると、周波数制御電圧Vcntを初期値にリセットする。カウンタ8は、パワーオンリセット信号PWR_RSTとリセット信号RESETとを入力し、リセット信号RESETの立ち上がり回数をカウントし、そのカウント値Cnt[1:0]を出力するものである。カウント値Cnt[1:0]は、電圧制御発振器5に出力駆動能力制御信号として与えられる。
図2はリセット制御回路7の構成を示す回路図である。リセット制御回路7は、基準信号Ref_CKが与えられる基準信号入力端子11と、分周信号VCO_CKが与えられる分周信号入力端子12と、リセット信号RESETが出力されるリセット信号出力端子13と、T(トグル)フリップフロップ14、15−1〜15−nとを有している。Tフリップフロップ15−2、15−n間に接続されているTフリップフロップ15−3〜15−(n−1)は図示を省略している。Tフリップフロップ14、15−1〜15−nは、Dフリップフロップの逆相出力端子XQをデータ入力端子Dに接続して構成されている。
Tフリップフロップ14は、クロック端子CKを分周信号入力端子12に接続し、クリア端子CLRを基準信号入力端子11に接続し、正相出力端子QをTフリップフロップ15−1〜15−nのクリア端子CLRに接続している。Tフリップフロップ14の正相出力端子Qには、Tフリップフロップ15−1〜15−nをリセットするフリップフロップ・リセット信号FFresetが出力される。
Tフリップフロップ15−1は、クロック端子CKを基準信号入力端子11に接続している。Tフリップフロップ15−k(但し、k=2、3、…、n−1であり、以下、同様である。)は、クロック端子CKをTフリップフロップ15−(k−1)の逆相出力端子XQに接続している。Tフリップフロップ15−nは、クロック端子CKをTフリップフロップ15−(n−1)の逆相出力端子XQに接続し、自己の逆相出力端子XQをリセット信号出力端子13に接続している。
図3はリセット制御回路7の動作を示す波形図であり、基準信号Ref_CKと、分周信号VCO_CKと、フリップフロップ・リセット信号FFresetと、リセット信号RESETとを示している。図3(A)は電圧制御発振器5が正常動作をしている場合(電圧制御発振器5が周波数制御電圧Vcntに対応した周波数の発振信号VCO_OUTを出力し、分周器6が発振信号VCO_OUTを分周してなる分周信号VCO_CKを出力している場合)、図3(B)は電圧制御発振器5が発振信号出力動作を停止し、分周信号VCO_CKがH(高)レベルに固定された場合、図3(C)は電圧制御発振器5が発振信号出力動作を停止し、分周信号VCO_CKがL(低)レベルに固定された場合である。
電圧制御発振器5が正常動作をしている場合には、Tフリップフロップ14は、分周信号VCO_CKの立ち上がりタイミングで、フリップフロップ・リセット信号FFresetを立ち上げ、基準信号Ref_CKの立ち上がりタイミングでリセットされる。この結果、Tフリップフロップ15−1〜15−nは、フリップフロップ・リセット信号FFresetの立ち上がりタイミングに同期してリセットされ、リセット信号RESETは、図3(A)に示すように、Hレベルを維持する。
ここで、例えば、電圧制御発振器5が発振信号出力動作を停止し、図3(B)に示すように、分周信号VCO_CKがHレベルに固定された場合には、フリップフロップ・リセット信号FFresetは、分周信号VCO_CKの立ち上がりタイミングに同期してHレベルに立ち上がるが、その後、Tフリップフロップ14は、基準信号Ref_CKの立ち下がりタイミングに同期してリセットが繰り返されるので、フリップフロップ・リセット信号FFresetはLレベルに固定される。この結果、フリップフロップ15−1〜15−nは、基準信号Ref_CKに対して分周動作を行い、リセット信号RESETは、基準信号Ref_CKを分周してなる一定周波数の信号となる。
これに対して、電圧制御発振器5が発振信号出力動作を停止し、図3(C)に示すように、分周信号VCO_CKがLレベルに固定された場合には、Tフリップフロップ14は、基準信号Ref_CKの立ち下がりタイミングに同期してリセットが繰り返されるので、フリップフロップ・リセット信号FFresetはLレベルに固定される。この結果、フリップフロップ15−1〜15−nは、基準信号Ref_CKに対して分周動作を行い、リセット信号RESETは、基準信号Ref_CKを分周してなる一定周波数の信号となる。
図4はカウンタ8の構成を示す回路図である。カウンタ8は、リセット信号RESETが与えられるリセット信号入力端子18と、パワーオンリセット信号PWR_RSTが与えられるパワーオンリセット信号入力端子19と、カウント値Cnt[0]が出力されるカウント値出力端子20と、カウント値Cnt[1]が出力されるカウント値出力端子21と、Dフリップフロップ22、23と、排他的OR回路24とを有している。
Dフリップフロップ22は、クロック端子CKをリセット信号入力端子18に接続し、逆相出力端子XQをデータ入力端子D及びカウント値出力端子20に接続し、正相出力端子Qを排他的OR回路24の第1の入力端子及びカウント値出力端子20に接続し、クリア端子CLRをパワーオンリセット信号入力端子19に接続している。Dフリップフロップ22は、Tフリップフロップとして動作する。
Dフリップフロップ23は、クロック端子CKをリセット信号入力端子18に接続し、データ入力端子Dを排他的OR回路24の出力端子に接続し、正相出力端子Qを排他的OR回路24の第2の入力端子及びカウント値出力端子21に接続し、クリア端子CLRをパワーオンリセット信号入力端子19に接続している。
図5はカウンタ8の動作を示す波形図であり、パワーオンリセット信号PWR_RSTと、リセット信号RESETと、カウント値Cnt[0]、Cnt[1]とを示している。即ち、カウンタ8は、パワーオンリセット信号PWR_RSTがLレベルに立ち下がるとリセットされ、カウント値Cnt[1:0]の初期値を“00”(2桁目がLレベル、1桁目がLレベル)とし、リセット信号RESETの立ち上がり変化数をカウントする。リセット信号RESETの立ち上がり変化が1回目のときは、Cnt[1:0]=“01”(2桁目がLレベル、1桁目がHレベル)、リセット信号RESETの立ち上がり変化が2回目のときは、Cnt[1:0]=“10”(2桁目がHレベル、1桁目がLレベル)、リセット信号RESETの立ち上がり変化が3回目の場合は、Cnt[1:0]=“11”(2桁目がHレベル、1桁目がHレベル)とする。
図6はローパスフィルタ4の構成を示す回路図である。ローパスフィルタ4は、位相差検出信号S3が与えられる位相差検出信号入力端子27と、リセット信号RESETが与えられるリセット信号入力端子28と、周波数制御電圧Vcntが出力される周波数制御電圧出力端子29と、インバータ30、31と、抵抗32〜34と、キャパシタ35、36と、NMOSトランジスタ37と、低電圧側の電源電圧VSSを供給するVSS電源線38とを有している。リセット信号入力端子28と、インバータ31と、NMOSトランジスタ37とで、周波数制御電圧Vcntを初期化する初期化回路が構成されている。
抵抗32は、位相差検出信号入力端子27とインバータ30の入力端子との間に接続されている。抵抗33とキャパシタ35は、インバータ30の入力端子と出力端子との間に直列接続されている。抵抗34は、インバータ30の出力端子と周波数制御電圧出力端子29との間に接続されている。キャパシタ36は、抵抗34と周波数制御電圧出力端子29との接続点とVSS電源線38との間に接続されている。NMOSトランジスタ37は、ドレインを抵抗34と周波数制御電圧出力端子29との接続点に接続し、ソースをVSS電源線38に接続している。インバータ31は、入力端子をリセット信号入力端子28に接続し、出力端子をNMOSトランジスタ37のゲートに接続している。
このように構成されたローパルフィルタ4においては、リセット信号RESET=Hレベルのときは、インバータ31の出力=Lレベルとなり、NMOSトランジスタ37はOFF(非導通)となる。この結果、位相差検出信号S3を平滑化して周波数制御電圧Vcntを出力する。ここで、リセット信号RESET=Lレベルになると、インバータ31の出力=Hレベルとなり、NMOSトランジスタ37はON(導通)となる。この結果、周波数制御電圧Vcntは初期値である0[V]にリセットされる。
図7は電圧制御発振器5の第1構成例を示す回路図である。電圧制御発振器5の第1構成例は、周波数制御電圧Vcntが与えられる周波数制御電圧入力端子41と、カウント値Cnt[0]が与えられるカウント値入力端子42と、カウント値Cnt[1]が与えられるカウント値入力端子43と、発振信号VCO_OUTが出力される発振信号出力端子44と、発振部45と、ゲートバイアス回路46と、出力アンプ47とを有している。
発振部45において、48−1〜48−3はリング接続されたインバータ、49はVSS電源線、50−1〜50−3はインバータ48−1〜48−3の低電位側の電源ノードの電位を制御するNMOSトランジスタである。NMOSトランジスタ50−j(但し、j=1、2、3であり、以下、同様である。)は、ドレインをインバータ48―jの電源ノード51−jに接続し、ソースをVSS電源線49に接続している。
ゲートバイアス回路46は、発振部45のNMOSトランジスタ50−1〜50−3のゲートに与えるゲートバイアス電圧VB1を生成するものである。ゲートバイアス回路46において、52はインバータ、53は高電位側の電源電圧VDDを供給するVDD電源線、54はPMOSトランジスタ、55はNMOSトランジスタである。
インバータ52は、入力端子を周波数制御電圧入力端子41に接続し、出力端子をPMOSトランジスタ54のゲートに接続している。PMOSトランジスタ54は、ソースをVDD電源線53に接続し、ドレインをNMOSトランジスタ55のドレインに接続している。NMOSトランジスタ55は、ゲートをドレイン及びNMOSトランジスタ50−1〜50−3のゲートに接続し、ソースをVSS電源線49に接続し、ドレインにゲートバイアス電圧VB1を得るようにされている。
出力アンプ47は、発振部45のインバータ48−3が出力する発振信号S45を増幅して発振信号VCO_OUTを出力するものであり、カウント値Cnt[1:0]により駆動電流が制御されるものである。図7に示す電圧制御発振器5の第1構成例においては、例えば、発振信号S45の周波数が出力アンプ47の周波数帯域を越え、出力アンプ47が発振信号VCO_OUTの出力動作を停止し、この結果、分周器6の出力がHレベル又はLレベルに固定されてしまう場合がある。
図8は出力アンプ47の第1構成例を示す回路図である。出力アンプ47の第1構成例は、発振信号S45が与えられる発振信号入力端子58と、カウント値Cnt[0]が与えられるカウント値入力端子59と、カウント値Cnt[1]が与えられるカウント値入力端子60と、発振信号VCO_OUTが出力される発振信号出力端子61と、インバータ62と、差動アンプ63と、ゲートバイアス回路64とを有している。
インバータ62は、発振信号S45を反転するものであり、入力端子を発振信号入力端子58に接続している。差動アンプ63は、発振信号S45を増幅して発振信号VCO_OUTを出力するものであり、65はVDD電源線、66はVSS電源線、67、68は駆動トランジスタをなすNMOSトランジスタ、69、70は負荷回路を構成するPMOSトランジスタ、71〜73は電流源をなすNMOSトランジスタである。
PMOSトランジスタ69は、ソースをVDD電源線65に接続し、ゲートをPMOSトランジスタ70のゲートに接続し、ドレインをNMOSトランジスタ67のドレイン及び発振信号出力端子61に接続している。PMOSトランジスタ70は、ソースをVDD電源線65に接続し、ゲートをドレインに接続し、ドレインをNMOSトランジスタ68のドレインに接続している。
NMOSトランジスタ67は、ゲートを発振信号入力端子58に接続し、ソースをNMOSトランジスタ71〜73のドレインに接続している。NMOSトランジスタ68は、ゲートをインバータ62の出力端子に接続し、ソースをNMOSトランジスタ71〜73のドレインに接続している。NMOSトランジスタ71〜73のソースは、VSS電源線66に接続されている。
ゲートバイアス回路64は、差動アンプ63の電流源をなすNMOSトランジスタ71〜73のゲートにゲートバイアス電圧VB2を供給するものである。ゲートバイアス回路64において、74はゲートバイアス電圧生成部であり、75はVDD電源線、76はVSS電源線、77は抵抗、78はNMOSトランジスタである。NMOSトランジスタ78は、ドレインを抵抗77を介してVDD電源線75に接続し、ゲートをドレイン及びNMOSトランジスタ71のゲートに接続し、ソースをVSS電源線76に接続し、ドレインにゲートバイアス電圧VB2を得るようにされている。
79はインバータ、80はアナログスイッチであり、81はPMOSトランジスタ、82はNMOSトランジスタである。インバータ79の入力端子は、カウント値入力端子59に接続されている。アナログスイッチ80は、NMOSトランジスタ78のゲートとNMOSトランジスタ72のゲートとの間に接続されている。PMOSトランジスタ81のゲートは、インバータ79の出力端子に接続され、NMOSトランジスタ82のゲートは、カウント値入力端子59に接続されている。
83はインバータ、84はアナログスイッチであり、85はPMOSトランジスタ、86はNMOSトランジスタである。インバータ83の入力端子は、カウント値入力端子60に接続されている。アナログスイッチ84は、NMOSトランジスタ78のゲートとNMOSトランジスタ73のゲートとの間に接続されている。PMOSトランジスタ85のゲートは、インバータ83の出力端子に接続され、NMOSトランジスタ86のゲートは、カウント値入力端子60に接続されている。
NMOSトランジスタ78と、NMOSトランジスタ71、72、73とでカレントミラー回路が構成されるが、NMOSトランジスタ71、72、73のNMOSトランジスタ78に対するミラー比mは、例えば、1:1:2とされる。即ち、NMOSトランジスタ78に流れる電流の電流値をIaとすると、NMOSトランジスタ71に流れる電流の電流値は、例えばIa、NMOSトランジスタ72のゲートにゲートバイアス電圧VB2が与えられる場合にNMOSトランジスタ72に流れる電流の電流値は、例えばIa、NMOSトランジスタ73のゲートにゲートバイアス電圧VB2が与えられる場合にNMOSトランジスタ73に流れる電流の電流値は、例えば、2×Iaとなるように回路定数が設定される。
このように構成された出力アンプ47の第1構成例においては、カウント値Cnt[1:0]=“00”のときは、アナログスイッチ80、84はOFFとなる。この結果、NMOSトランジスタ71〜73のうち、NMOSトランジスタ71のゲートのみにゲートバイアス電圧VB2が与えられ、差動アンプ63には、NMOSトランジスタ71による電流(電流値=Ia)が流れる。
ここで、カウント値Cnt[1:0]=“01”となると、アナログスイッチ80はON、アナログスイッチ84はOFFを維持し、NMOSトランジスタ71〜73のうち、NMOSトランジスタ71、72のゲートにゲートバイアス電圧VB2が与えられる。この結果、差動アンプ63には、NMOSトランジスタ71による電流(電流値=Ia)と、NMOSトランジスタ72による電流(電流値=Ia)との合計電流(電流値=2×Ia)が流れる。
次に、カウント値Cnt[1:0]=“10”となると、アナログスイッチ80はOFF、アナログスイッチ84はONとなり、NMOSトランジスタ71〜73のうち、NMOSトランジスタ71、73のゲートにゲートバイアス電圧VB2が与えられる。この結果、差動アンプ63には、NMOSトランジスタ71による電流(電流値=Ia)と、NMOSトランジスタ73による電流(電流値=2×Ia)との合計電流(電流値=3×Ia)が流れる。
次に、カウント値Cnt[1:0]=“11”となると、アナログスイッチ80はONとなり、アナログスイッチ84はONを維持し、NMOSトランジスタ71、72、73のゲートにゲートバイアス電圧VB2が与えられる。この結果、差動アンプ63には、NMOSトランジスタ71による電流Iaと、NMOSトランジスタ72による電流(電流値=Ia)と、NMOSトランジスタ73による電流(電流値=2×Ia)との合計電流(電流値=4×Ia)が流れる。このように、出力アンプ47の第1構成例においては、差動アンプ63は、カウント値Cnt[1:0]が増加する毎に駆動電流を段階的に増加させることにより、出力駆動能力を段階的に増加させ、周波数帯域を段階的に上げる。
図9は出力アンプ47の第2構成例を示す回路図である。出力アンプ47の第2構成例は、発振信号入力端子58と、カウント値入力端子59、60と、発振信号出力端子61と、インバータ62と、差動アンプ89と、ゲートバイアス回路90とを設けている。差動アンプ89は、図8に示す差動アンプ63からNMOSトランジスタ72、73を削除したものである。
ゲートバイアス回路90は、差動アンプ89の電流源をなすNMOSトランジスタ71のゲートにゲートバイアス電圧VB3を与えるものである。ゲートバイアス回路90において、91はVDD電源線、92〜94はPMOSトランジスタ、95〜97は抵抗、98はNMOSトランジスタ、99、100はインバータである。
PMOSトランジスタ92は、ソースをVDD電源線91に接続し、ドレインを抵抗95を介してNMOSトランジスタ98のドレインに接続し、ゲートに電源電圧VSSが与えられ、常にONとなるように構成されている。PMOSトランジスタ93は、ソースをVDD電源線91に接続し、ドレインを抵抗96を介してNMOSトランジスタ98のドレインに接続している。PMOSトランジスタ94は、ソースをVDD電源線91に接続し、ドレインを抵抗97を介してNMOSトランジスタ98のドレインに接続している。
NMOSトランジスタ98は、ゲートをドレイン及びNMOSトランジスタ71のゲートに接続し、ソースをVSS電源線66に接続し、ドレインにゲートバイアス電圧VB3を得るようにされている。インバータ99は、入力端子をカウント値入力端子59に接続し、出力端子をPMOSトランジスタ93のゲートに接続している。インバータ100は、入力端子をカウント値入力端子60に接続し、出力端子をPMOSトランジスタ94のゲートに接続している。
本例では、PMOSトランジスタ92に流れる電流の電流値をIbとすると、PMOSトランジスタ93がONの場合にPMOSトランジスタ93に流れる電流の電流値は、例えばIb、PMOSトランジスタ94がONの場合にPMOSトランジスタ94に流れる電流の電流値は、例えば、2×Ibとなるように回路定数が設定される。NMOSトランジスタ98とNMOSトランジスタ71とでカレントミラー回路が構成されているが、NMOSトランジスタ71のNMOSトランジスタ98に対するミラー比は、例えば1とされる。
このように構成された出力アンプ47の第2構成例においては、カウント値Cnt[1:0]=“00”の場合には、PMOSトランジスタ93、94はOFFとなり、NMOSトランジスタ98には、PMOSトランジスタ92による電流(電流値=Ib)が流れる。この結果、差動アンプ89に流れる電流の電流値はIbとなる。
ここで、カウント値Cnt[1:0]=“01”となると、PMOSトランジスタ93はONとなり、PMOSトランジスタ94はOFFを維持し、NMOSトランジスタ98には、PMOSトランジスタ92による電流(電流値=Ib)と、PMOSトランジスタ93による電流(電流値=Ib)との合計電流(電流値=2×Ib)が流れる。この結果、差動アンプ89に流れる電流の電流値は、2×Ibとなる。
次に、カウント値Cnt[1:0]=“10”となると、PMOSトランジスタ93はOFF、PMOSトランジスタ94はONとなり、NMOSトランジスタ98には、PMOSトランジスタ92による電流(電流値=Ib)と、PMOSトランジスタ94による電流(電流値=2×Ib)との合計電流(電流値=3×Ib)が流れる。この結果、差動アンプ89にも、電流3×Ibが流れる。
次に、カウント値Cnt[1:0]=“11”になると、PMOSトランジスタ93はONとなり、PMOSトランジスタ94はONを維持し、NMOSトランジスタ98には、PMOSトランジスタ92による電流(電流値=Ib)と、PMOSトランジスタ93による電流(電流値=Ib)と、PMOSトランジスタ94による電流(電流値=2×Ib)との合計電流(電流値=4×Ib)が流れる。この結果、差動アンプ89に流れる電流の電流値は、4×Ibとなる。このように、出力アンプ47の第2構成例においては、差動アンプ89は、カウント値Cnt[1:0]が増加する毎に駆動電流を段階的に増加させることにより、出力駆動能力を段階的に増加させ、周波数帯域を段階的に上げる。
図10は出力アンプ47の第3構成例を示す回路図である。出力アンプ47の第3構成例は、発振信号入力端子58と、カウント値入力端子59、60と、発振信号出力端子61と、インバータ62と、差動アンプ89と、ゲートバイアス回路103を設けている。ゲートバイアス回路103は、差動アンプ89の電流源をなすNMOSトランジスタ71のゲートにゲートバイアス電圧VB4を与えるものである。ゲートバイアス回路103において、104はVDD電源線、105はVSS電源線、106、107はPMOSトランジスタ、108〜111はNMOSトランジスタ、112〜114は抵抗、115はオペアンプである。
PMOSトランジスタ106は、ソースをVDD電源線104に接続し、ドレインをNMOSトランジスタ108のドレインに接続している。NMOSトランジスタ108は、ゲートをドレイン及びNMOSトランジスタ71のゲートに接続し、ソースをVSS電源線66に接続し、ドレインにゲートバイアス電圧VB4を得るようにされている。NMOSトランジスタ108とNMOSトランジスタ71とでカレントミラー回路が構成されているが、NMOSトランジスタ71のNMOSトランジスタ108に対するミラー比は、例えば1とされる。
PMOSトランジスタ107は、ソースをVDD電源線104に接続し、ドレインをノードMDに接続している。PMOSトランジスタ106とPMOSトランジスタ107は同一サイズとされている。NMOSトランジスタ109は、ドレインを抵抗112を介してノードMDに接続し、ソースをVSS電源線105に接続し、ゲートに電源電圧VDDが与えられ、常にONとなるように構成されている。NMOSトランジスタ110は、ドレインを抵抗113を介してノードMDに接続し、ソースをVSS電源線105に接続し、ゲートをカウント値入力端子59に接続している。NMOSトランジスタ111は、ドレインを抵抗114を介してノードMDに接続し、ソースをVSS電源線105に接続し、ゲートをカウント値入力端子60に接続している。
オペアンプ115は、反転入力端子をノードMDに接続し、出力端子をPMOSトランジスタ107のゲートに接続し、非反転入力端子にバンド・ギャップ・リファレンス回路からの定電圧VBGRが与えられるように構成され、ノードMDの電圧が定電圧VBGRと同一電圧となるように、PMOSトランジスタ107のゲート電圧(ON抵抗値)を制御する。
本例では、NMOSトランジスタ109に流れる電流の電流値をIcとすると、NMOSトランジスタ110がONの場合にNMOSトランジスタ110に流れる電流の電流値は、例えばIc、NMOSトランジスタ111がONの場合にNMOSトランジスタ111に流れる電流の電流値は、例えば、2×Icとなるように回路定数が設定される。
このように構成された出力アンプ47の第3構成例においては、カウント値Cnt[1:0]=“00”の場合には、NMOSトランジスタ110、111はOFFとなり、PMOSトランジスタ107には、NMOSトランジスタ109による電流(電流値=Ic)が流れる。この結果、PMOSトランジスタ106及びNMOSトランジスタ108に流れる電流の電流値はIcとなり、差動アンプ89に流れる電流の電流値もIcとなる。
ここで、カウント値Cnt[1:0]=“01”になると、NMOSトランジスタ110はONとなり、NMOSトランジスタ111はOFFを維持し、PMOSトランジスタ107には、NMOSトランジスタ109による電流(電流値=Ic)と、NMOSトランジスタ110による電流(電流値=Ic)との合計電流(電流値=2×Ic)が流れる。この場合、ノードMDの電位は下降しようとするが、オペアンプ115は、ノードMDの電位が定電圧VBGRと同一となるように、その出力電圧を下げてPMOSトランジスタ107のON抵抗値が下がるようにする。この結果、PMOSトランジスタ106及びNMOSトランジスタ108に流れる電流の電流値は、2×Icとなり、差動アンプ89に流れる電流の電流値も、2×Icとなる。
次に、カウント値Cnt[1:0]=“10”になると、NMOSトランジスタ110はOFF、NMOSトランジスタ111はONとなり、PMOSトランジスタ107には、NMOSトランジスタ109による電流(電流値=Ic)と、NMOSトランジスタ111による電流(電流値=2×Ic)との合計電流(電流値=3×Ic)が流れる。この場合、ノードMDの電位は下降しようとするが、オペアンプ115は、ノードMDの電位が定電圧VBGRと同一となるように、その出力電圧を更に下げてPMOSトランジスタ107のON抵抗値が更に下がるようにする。この結果、PMOSトランジスタ106及びNMOSトランジスタ108に流れる電流の電流値は、3×Icとなり、差動アンプ89に流れる電流の電流値も、3×Icとなる。
次に、カウント値Cnt[1:0]=“11”になると、NMOSトランジスタ110はONとなり、NMOSトランジスタ111はONを維持し、PMOSトランジスタ107には、NMOSトランジスタ109による電流(電流値=Ic)と、NMOSトランジスタ110による電流(電流値=Ic)と、NMOSトランジスタ111による電流(電流値=2×Ic)との合計電流(電流値=4×Ic)が流れる。
この場合、ノードMDの電位は下降しようとするが、オペアンプ115は、ノードMDの電位が定電圧VBGRと同一となるように、その出力電圧を更に下げてPMOSトランジスタ107のON抵抗値が更に下がるようにする。この結果、PMOSトランジスタ106及びNMOSトランジスタ108に流れる電流の電流値は、4×Icとなり、差動アンプ89に流れる電流の電流値も、4×Icとなる。このように、出力アンプ47の第3構成例においては、差動アンプ89は、カウント値Cnt[1:0]が増加する毎に駆動電流を段階的に増加させることにより、出力駆動能力を段階的に増加させ、周波数帯域を段階的に上げる。
図11は出力アンプ47の第4構成例を示す回路図である。出力アンプ47の第4構成例は、発振信号入力端子58と、カウント値入力端子59、60と、発振信号出力端子61と、インバータ62と、差動アンプ120と、ゲートバイアス回路121と、バックバイアス回路122とを設けている。差動アンプ120は、NMOSトランジスタ67、68のバックゲートにバックバイアス回路122が出力するバックバイアス電圧VB5を与えるようにし、その他については、図9に示す差動アンプ89と同様に構成したものである。ゲートバイアス回路121は、図8に示すゲートバイアス電圧生成部74と同一構成のものである。
バックバイアス回路122は、差動アンプ120のNMOSトランジスタ67、68のバックゲートにバックバイアス電圧VB5を与えるものである。バックバイアス回路122において、123はVDD電源線、124はVSS電源線、125〜127は抵抗、128〜130はNMOSトランジスタ、131、132はNOR回路である。抵抗125〜127は、VDD電源線123とVSS電源線124との間に直列接続されている。例えば、ノードN1には、VSS+0.2Vが得られ、ノードN2にはVSS+0.1Vが得られるように、抵抗125〜127の抵抗値が決定される。
NMOSトランジスタ128は、ドレインを抵抗125と抵抗126との接続点であるノードN1に接続し、ソースをノードN3に接続している。NMOSトランジスタ129は、ドレインを抵抗126と抵抗127との接続点であるノードN2に接続し、ソースをノードN3に接続している。NMOSトランジスタ130は、ドレインをVSS電源線124に接続し、ソースをノードN3に接続している。ノードN3は、NMOSトランジスタ67、68のバックゲートに接続される。
NMOSトランジスタ128のゲートは、カウント値入力端子60に接続されている。NOR回路131は、第1の入力端子(アクティブLの入力端子)をカウント値入力端子59に接続し、第2の入力端子をカウント値入力端子60に接続し、出力端子をNMOSトランジスタ129のゲートに接続している。NOR回路132は、第1の入力端子をカウント値入力端子59に接続し、第2の入力端子をカウント値入力端子60に接続し、出力端子をNMOSトランジスタ130のゲートに接続している。
このように構成された出力アンプ47の第4構成例においては、カウント値Cnt[1:0]=“00”の場合には、NMOSトランジスタ128はOFFとなる。また、NOR回路131の出力=Lレベルとなり、NMOSトランジスタ129はOFFとなる。また、NOR回路132の出力=Hレベルとなり、NMOSトランジスタ130はONとなる。この結果、NMOSトランジスタ67、68のバックゲートには、電源電圧VSSが印加される。
ここで、カウント値Cnt[1:0]=“01”となると、NMOSトランジスタ128はOFFを維持する。また、NOR回路131の出力=Hレベルとなり、NMOSトランジスタ129はONとなる。また、NOR回路132の出力=Lレベルとなり、NMOSトランジスタ130はOFFとなる。この結果、NMOSトランジスタ67、68のバックゲートには、VSS+0.1Vが印加され、NMOSトランジスタ67、68のしきい値は低下する。
次に、カウント値Cnt[1:0]=“10”となると、NMOSトランジスタ128はONとなる。また、NOR回路131の出力=Lレベルとなり、NMOSトランジスタ129はOFFとなる。また、NOR回路132の出力=Lレベルを維持し、NMOSトランジスタ130はOFFを維持する。この結果、NMOSトランジスタ67、68のバックゲートには、VSS+0.2Vが印加され、NMOSトランジスタ67、68のしきい値は更に低下する。
次に、カウント値Cnt[1:0]=“11”となると、NMOSトランジスタ128はONを維持する。また、NOR回路131の出力=Lレベルを維持し、NMOSトランジスタ129はOFFを維持する。また、NOR回路132の出力=Lレベルを維持し、NMOSトランジスタ130はOFFを維持する。この結果、NMOSトランジスタ67、68のバックゲートには、VSS+0.2Vが印加される状態が継続する。
このように、出力アンプ47の第4構成例においては、差動アンプ120は、カウント値Cnt[1:0]=“11”となる場合を除き、カウント値Cnt[1:0]が増加する毎にNMOSトランジスタ67、68のバックバイアス電圧を段階的に上げることによりNMOSトランジスタ67、68のしきい値を段階的に下げ、出力駆動能力を段階的に増加させ、周波数帯域を段階的に上げる。
図12は出力アンプ47の第5構成例を示す回路図である。出力アンプ47の第5構成例は、発振信号入力端子58と、カウント値入力端子59、60と、発振信号出力端子61と、インバータ62と、差動アンプ135と、ゲートバイアス回路136と、バックバイアス回路122とを設けている。
差動アンプ135は、電流源をなすNMOSトランジスタ71のバックゲートにバックバイアス回路122が出力するバックバイアス電圧VB5を与えるようにし、その他については、図9に示す差動アンプ89と同様に構成したものである。ゲートバイアス回路136は、NMOSトランジスタ78のバックゲートにバックバイアス回路122が出力するバックゲート電圧VB5を与えるようにし、その他については、図11に示すゲートバイアス回路121と同様に構成したものである。
このように構成された出力アンプ47の第5構成例においては、カウント値Cnt[1:0]=“00”の場合には、NMOSトランジスタ128はOFFとなる。また、NOR回路131の出力=Lレベルとなり、NMOSトランジスタ129はOFFとなる。また、NOR回路132の出力=Hレベルとなり、NMOSトランジスタ130はONとなる。この結果、NMOSトランジスタ71、78のバックゲートには、VSSが印加される。
ここで、カウント値Cnt[1:0]=“01”となると、NMOSトランジスタ128はOFFを維持する。また、NOR回路131の出力=Hレベルとなり、NMOSトランジスタ129はONとなる。また、NOR回路132の出力=Lレベルとなり、NMOSトランジスタ130はOFFとなる。この結果、NMOSトランジスタ71、78のバックゲートには、VSS+0.1Vが印加され、NMOSトランジスタ71、78のしきい値は低下する。
次に、カウント値Cnt[1:0]=“10”となると、NMOSトランジスタ128はONとなる。また、NOR回路131の出力=Lレベルとなり、NMOSトランジスタ129はOFFとなる。また、NOR回路132の出力=Lレベルを維持し、NMOSトランジスタ130はOFFを維持する。この結果、NMOSトランジスタ71、78のバックゲートには、VSS+0.2Vが印加され、NMOSトランジスタ71、78のしきい値は更に低下する。
次に、カウント値Cnt[1:0]=“11”となると、NMOSトランジスタ128はONを維持する。また、NOR回路131の出力=Lレベルを維持し、NMOSトランジスタ129はOFFを維持する。また、NOR回路132の出力=Lレベルを維持し、NMOSトランジスタ130はOFFを維持する。この結果、NMOSトランジスタ71、78のバックゲートには、VSS+0.2Vが印加される状態が継続する。
このように、出力アンプ47の第5構成例においては、差動アンプ135は、カウント値Cnt[1:0]=“11”となる場合を除き、カウント値CNT[1:0]が増加する毎にNMOSトランジスタ71、78のバックゲート電圧を段階的に上げることによりNMOSトランジスタ71、78のしきい値を段階的に下げ、出力駆動能力を段階的に増加させ、周波数帯域も段階的に上げる。
図13は電圧制御発振器5の第2構成例を示す回路図である。電圧制御発振器5の第2構成例は、周波数制御電圧入力端子41と、カウント値入力端子42、43と、発振信号出力端子44と、発振部139と、発振部139にゲートバイアス電圧を与えるゲートバイアス回路46と、発振部139が出力する発振信号S139、/S139とを入力して発振信号VCO_OUTを出力する出力アンプ140とを有している。発振部139は、差動アンプ141−1〜141−3をリング接続して構成されている。
図13に示す電圧制御発振器5の第2構成例においては、例えば、発振部139が出力する発振信号S139、/S139の周波数が出力アンプ140の周波数帯域を越え、出力アンプ140が発振信号VCO_OUTの出力動作を停止し、この結果、分周器6の出力がHレベル又はLレベルに固定されてしまう場合がある。
図14は差動アンプ141−jの構成を示す回路図である。図14中、144は正相入力端子、145は逆相入力端子、146は正相出力端子、147は逆相出力端子、148はVDD電源線、149はVSS電源線、150〜152はNMOSトランジスタ、153、154は抵抗である。NMOSトランジスタ150、151は入力トランジスタであり、NMOSトランジスタ152は電流源をなすトランジスタである。
NMOSトランジスタ150は、ドレインを抵抗153を介してVDD電源線148に接続し、ゲートを正相入力端子144に接続し、ソースをNMOSトランジスタ152のドレインに接続している。NMOSトランジスタ151は、ドレインを抵抗154を介してVDD電源線148に接続し、ゲートを逆相入力端子145に接続し、ソースをNMOSトランジスタ152のドレインに接続している。
NMOSトランジスタ152は、ゲートをNMOSトランジスタ55のゲートに接続し、ソースを接地している。NMOSトランジスタ150のドレインと抵抗153との接続点は逆相出力端子147に接続されている。NMOSトランジスタ151のドレインと抵抗154との接続点は逆相出力端子146に接続されている。
図15は出力アンプ140の第1構成例を示す回路図である。出力アンプ140の第1構成例は、図8に示す出力アンプ47の第1構成例からインバータ62を削除し、発振信号入力端子157を設け、NMOSトランジスタ68のゲートを発振信号入力端子157に接続し、発振信号入力端子58には発振部139が出力する発振信号S139を与え、発振信号入力端子157には発振部139が出力する発振信号/S139を与えるようにし、その他については、図8に示す出力アンプ47の第1構成例と同様に構成したものである。
図15に示す出力アンプ140の第1構成例においても、図8に示す出力アンプ47の第1構成例の場合と同様に、差動アンプ63は、カウント値Cnt[1:0]が増加する毎に駆動電流を段階的に増加させることにより、出力駆動能力を段階的に増加させ、周波数帯域を段階的に上げる。
図16は出力アンプ140の第2構成例を示す回路図である。出力アンプ140の第2構成例は、図9に示す出力アンプ47の第2構成例からインバータ62を削除し、発振信号入力端子157を設け、NMOSトランジスタ68のゲートを発振信号入力端子157に接続し、発振信号入力端子58には発振部139が出力する発振信号S139を与え、発振信号入力端子157には発振部139が出力する発振信号/S139を与えるようにし、その他については、図9に示す出力アンプ47の第2構成例と同様に構成したものである。
図16に示す出力アンプ140の第2構成例においても、図9に示す出力アンプ47の第2構成例の場合と同様に、差動アンプ89は、カウント値Cnt[1:0]が増加する毎に駆動電流を段階的に増加させることにより、出力駆動能力を段階的に増加させ、周波数帯域を段階的に上げる。
図17は出力アンプ140の第3構成例を示す回路図である。出力アンプ140の第3構成例は、図10に示す出力アンプ47の第3構成例からインバータ62を削除し、発振信号入力端子157を設け、NMOSトランジスタ68のゲートを発振信号入力端子157に接続し、発振信号入力端子58には発振部139が出力する発振信号S139を与え、発振信号入力端子157には発振部139が出力する発振信号/S139を与えるようにし、その他については、図10に示す出力アンプ47の第3構成例と同様に構成したものである。
図17に示す出力アンプ140の第3構成例においても、図10に示す出力アンプ47の第3構成例の場合と同様に、差動アンプ89は、カウント値Cnt[1:0]が増加する毎に駆動電流を段階的に増加させることにより、出力駆動能力を段階的に増加させ、周波数帯域を段階的に上げる。
図18は出力アンプ140の第4構成例を示す回路図である。出力アンプ140の第4構成例は、図11に示す出力アンプ47の第4構成例からインバータ62を削除し、発振信号入力端子157を設け、NMOSトランジスタ68のゲートを発振信号入力端子157に接続し、発振信号入力端子58には発振部139が出力する発振信号S139を与え、発振信号入力端子157には発振部139が出力する発振信号/S139を与えるようにし、その他については、図11に示す出力アンプ47の第4構成例と同様に構成したものである。
図18に示す出力アンプ140の第4構成例においても、図11に示す出力アンプ47の第4構成例の場合と同様に、差動アンプ120は、NMOSトランジスタ67、68のバックバイアス電圧を段階的に下げることによりNMOSトランジスタ67、68のしきい値を段階的に下げ、出力駆動能力を段階的に増加させ、周波数帯域を段階的に上げる。
図19は出力アンプ140の第5構成例を示す回路図である。出力アンプ140の第5構成例は、図12に示す出力アンプ47の第5構成例からインバータ62を削除し、発振信号入力端子157を設け、NMOSトランジスタ68のゲートを発振信号入力端子157に接続し、発振信号入力端子58には発振部139が出力する発振信号S139を与え、発振信号入力端子157には発振部139が出力する発振信号/S139を与えるようにし、その他については、図12に示す出力アンプ47の第5構成例と同様に構成したものである。
図19に示す出力アンプ140の第5構成例においても、図12に示す出力アンプ47の第5構成例の場合と同様に、差動アンプ135は、NMOSトランジスタ71、78のバックバイアス電圧を段階的に下げることによりNMOSトランジスタ71、78のしきい値を段階的に下げ、出力駆動能力を段階的に増加させ、周波数帯域を段階的に上げる。
なお、電圧制御発振器5の第1構成例が有する出力アンプ47の第1構成例〜第5構成例を構成する差動アンプ及び電圧制御発振器5の第2構成例が有する出力アンプ140の第1構成例〜第5構成例を構成する差動アンプとして、NMOSトランジスタを駆動トランジスタとする差動アンプ63、89、120、135を設けた場合について説明したが、この代わりに、PMOSトランジスタを駆動トランジスタとする差動アンプを設けるように構成することもできる。
図20は、電圧制御発振器5内の出力アンプが有する差動アンプをPMOSトランジスタを駆動トランジスタとする差動アンプとした場合において、駆動トランジスタ又は電流源トランジスタのバックバイアス電圧を変化させて差動アンプの駆動能力を変化させるように構成する場合に使用することができるバックバイアス回路の例を示す回路図である。
図20において、160はVDD電源線、161はVSS電源線、162〜164は抵抗、165〜167はPMOSトランジスタ、168、169はOR回路,170はインバータである。抵抗162〜164は、VDD電源線160とVSS電源線161との間に直列接続されている。例えば、ノードN5には、VDD−0.1Vが得られ、ノードN6にはVDD−0.2Vが得られるように、抵抗162〜164の抵抗値が決定される。
PMOSトランジスタ165は、ソースをVDD電源線160に接続し、ドレインをノードN7に接続している。PMOSトランジスタ166は、ソースを抵抗162と抵抗163との接続点であるノードN5に接続し、ドレインをノードN7に接続している。PMOSトランジスタ167は、ソースを抵抗163と抵抗164との接続点であるノードN6に接続し、ドレインをノードN7に接続している。ノードN7は、差動アンプの駆動トランジスタをなすPMOSトランジスタ又は差動アンプの電流源トランジスタをなすPMOSトランジスタのバックゲートに接続される。
OR回路168は、第1の入力端子をカウント値入力端子59に接続し、第2の入力端子をカウント値入力端子60に接続し、出力端子をPMOSトランジスタ165のゲートに接続している。OR回路169は、第1の入力端子(アクティブLの入力端子)をカウント値入力端子59に接続し、第2の入力端子をカウント値入力端子60に接続し、出力端子をPMOSトランジスタ166のゲートに接続している。インバータ170は、入力端子をカウント値入力端子60に接続し、出力端子をPMOSトランジスタ167のゲートに接続している。
このように構成されたバックバイアス回路においては、カウント値Cnt[1:0]=“00”の場合には、OR回路168の出力=Lレベルとなり、PMOSトランジスタ165はONとなる。また、OR回路169の出力=Hレベルとなり、PMOSトランジスタ166はOFFとなる。また、インバータ170の出力はHレベルとなり、PMOSトランジスタ167はOFFとなる。この結果、ノードN7の電圧は、電源電圧VDDとなる。
ここで、カウント値Cnt[1:0]=“01”となると、OR回路168の出力=Hレベルとなり、PMOSトランジスタ165はOFFとなる。また、OR回路169の出力=Lレベルとなり、PMOSトランジスタ166はONとなる。また、インバータ170の出力はHレベルを維持し、PMOSトランジスタ167はOFFを維持する。この結果、ノードN7の電圧は、VDD−0.1Vとなる。
次に、カウント値Cnt[1:0]=“10”となると、OR回路168の出力=Hレベルを維持し、PMOSトランジスタ165はOFFを維持する。また、OR回路169の出力=Hレベルとなり、PMOSトランジスタ166はOFFとなる。また、インバータ170の出力はLレベルとなり、PMOSトランジスタ167はONとなる。この結果、ノードN7の電圧は、VDD−0.2Vとなる。
図21は本発明の第1実施形態の動作を示すフローチャートである。本発明の第1実施形態においては、電圧制御発振器5が発振信号出力動作を停止し、図3(B)又は(C)に示すように、分周器6の出力がHレベル又はLレベルに固定されると、リセット制御回路7は、リセット信号RESETをHレベルからLレベルに変化させる。この結果、ローパスフィルタ4は、周波数制御電圧Vcntを初期化する。
その後、リセット信号RESETがLレベルからHレベルに変化すると、カウンタ8は、図5に示すように、カウント値Cnt[1:0]を“01”とする。この結果、電圧制御発振器5として、図7に示す第1構成例を設ける場合には、出力アンプ47の出力駆動能力が増加して周波数帯域が上がる。また、電圧制御発振器5として、図13に示す第2構成例を設ける場合には、出力アンプ140は出力駆動能力が増加して周波数帯域が上がる。これにより、電圧制御発振器5は、発振信号出力動作を復帰させる可能性がある。
ここで、例えば、電圧制御発振器5が発振信号出力動作を復帰させると、図3(A)に示すように、リセット信号RESETはHレベルに固定され、ローパスフィルタ4は、位相差検出信号S3を平滑化してなる周波数制御電圧Vcntを電圧制御発振器5に与え、電圧制御発振器5の正常動作が確保される。
これに対して、電圧制御発振器5が発振信号出力動作を復帰させないと、リセット制御回路7は、再度、リセット信号RESETをHレベルからLレベルに変化させる。この結果、ローパスフィルタ4は、周波数制御電圧Vcntを初期化する。
この場合、その後、リセット信号RESETがLレベルからHレベルに変化すると、カウンタ8は、図5に示すように、カウント値Cnt[1:0]を“10”とする。この結果、電圧制御発振器5として、図7に示す第1構成例を設ける場合には、出力アンプ47の出力駆動能力が更に増加して周波数帯域が更に上がる。また、電圧制御発振器5として、図13に示す第2構成例を設ける場合には、出力アンプ140は出力駆動能力が更に増加して周波数帯域が更に上がる。これにより、電圧制御発振器5は、発振信号出力動作を復帰させる可能性がある。
ここで、例えば、電圧制御発振器5が発振信号出力動作を復帰させると、図3(A)に示すように、リセット信号RESETはHレベルに固定され、ローパスフィルタ4は、位相差検出信号S3を平滑化してなる周波数制御電圧Vcntを電圧制御発振器5に与え、電圧制御発振器5の正常動作が確保される。
これに対して、電圧制御発振器5が発振信号出力動作を復帰させないと、リセット制御回路7は、再度、リセット信号RESETをHレベルからLレベルに変化させる。この結果、ローパスフィルタ4は、周波数制御電圧Vcntを初期化する。
この場合、その後、リセット信号RESETがLレベルからHレベルに変化すると、カウンタ8は、図5に示すように、カウント値Cnt[1:0]を“11”とする。ここで、電圧制御発振器5として、図7に示す第1構成例を設ける場合において、出力アンプ47として、図8に示す第1構成例、図9に示す第2構成例又は図10に示す第3構成例を設ける場合には、出力アンプ47の出力駆動能力が更に増加して周波数帯域が更に上がる。これにより、電圧制御発振器5は、発振信号出力動作を復帰させる可能性がある。
また、電圧制御発振器5として、図13に示す第2構成例を設ける場合において、差動アンプ140として、図15に示す第1構成例、図16に示す第2構成例又は図17に示す第3構成例を設ける場合には、出力アンプ140は出力駆動能力が更に増加して周波数帯域が更に上がる。これにより、電圧制御発振器5は、発振信号出力動作を復帰させる可能性がある。
以上のように、本発明の第1実施形態によれば、電圧制御発振器5が発振信号出力動作を停止した場合、自動的に電圧制御発振器5内の出力アンプ47又は出力アンプ140の出力駆動能力を段階的に上げて周波数帯域を最適化し、電圧制御発振器5が発振信号出力動作を復帰させた場合には、出力駆動能力をそれ以上に上げないので、自動的に最適消費電流で電圧制御発振器5の発振信号出力動作を復帰させることができる。
(第2実施形態)
図22は本発明の第2実施形態を示す回路図である。本発明の第2実施形態は、基準信号入力端子1と、パワーオンリセット信号入力端子2と、位相比較器3と、ローパスフィルタ4と、電圧制御発振器173と、分周器6と、リセット制御回路7と、カウンタ8と、電源管理回路174とを有している。基準信号入力端子1と、パワーオンリセット信号入力端子2と、位相比較器3と、ローパスフィルタ4と、分周器6と、リセット制御回路7と、カウンタ8とは、本発明の第1実施形態が設けるものと同一である。
本発明の第2実施形態においては、リセット制御回路7と、カウンタ8と、電源管理回路174とで、電圧制御発振器173の出力駆動能力を制御する制御回路が構成されており、カウンタ8が出力するカウント値Cnt[1:0]は電源管理回路174に与えられる。
電圧制御発振器173は、例えば、図7に示す電圧制御発振器5の第1構成例が備える出力アンプ47の代わりに、駆動能力を制御することができない従来周知の差動アンプから構成される1入力の出力アンプを設けるか、又は、図13に示す電圧制御発振器5の第2構成例が備える出力アンプ140の代わりに、駆動能力を制御することができない従来周知の差動アンプから構成される差動信号を入力する出力アンプを設け、その他については、図7に示す電圧制御発振器5の第1構成例又は図13に示す電圧制御発振器5の第2構成例と同様に構成される。
電源管理回路174は、電圧制御発振器173に電源電圧VDDを供給するものであり、カウンタ8が出力するカウント値Cnt[1:0]を入力し、カウント値Cnt[1:0]が増加する毎に電圧制御発振器173に与える電源電圧VDDを段階的に増加させることにより、電圧制御発振器173が有する出力アンプの出力駆動能力を段階的に増加させ、電圧制御発振器173が有する出力アンプの周波数帯域を上げるものである。その他については、本発明の第1実施形態と同様に構成されている。なお、電源電圧制御発振器173が有する出力アンプに与える電源電圧VDDのみを電源管理回路174により制御するようにしても良い。
本発明の第2実施形態によれば、電圧制御発振器173が発振信号出力動作を停止した場合、自動的に電圧制御発振器173が有する出力アンプの出力駆動能力を段階的に上げて周波数帯域を最適化し、電圧制御発振器173が発振信号出力動作を復帰させた場合には、出力駆動能力をそれ以上に上げないので、自動的に最適消費電流で電圧制御発振器173の発振信号出力動作を復帰させることができる。
なお、本発明の第1実施形態及び第2実施形態においては、2ビット出力のカウンタ8を設けた場合について説明したが、出力ビット数を3ビット以上とするカウンタを設けるようにしても良い。また、カウンタ8は、リセット信号RESETの立ち上がり回数をカウントするようにしたが、電圧制御発振器5が正常動作時にはリセット信号RESETをLレベルに固定するように構成し、カウンタ8は、リセット信号RESETの立ち上がり回数をカウントするように構成するようにしても良い。
ここで、本発明のPLL回路を整理すると、本発明のPLL回路には、少なくとも、以下のPLL回路が含まれる。
(付記1)電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器が発振信号出力動作を停止したときは、前記電圧制御発振器の出力駆動能力を段階的に増加させ、前記電圧制御発振器が発振信号出力動作に復帰するように前記電圧制御発振器を制御する制御回路と
を有することを特徴とするPLL回路。
(付記2)前記制御回路は、
前記電圧制御発振器の発振信号出力動作の停止を検出し、前記電圧制御発振器の発振信号出力動作の停止を検出している間、一定周波数のリセット信号を生成するリセット制御回路と、
前記リセット信号の立ち上がり回数又は立ち下がり回数をカウントし、カウント値を前記電圧制御発振器に出力駆動能力制御信号として与えるカウンタとを有すること
を特徴とする付記1に記載のPLL回路。
(付記3)前記電圧制御発振器に周波数制御電圧を供給するローパスフィルタを更に有し、
前記ローパスフィルタは、前記リセット信号に制御されて前記周波数制御電圧を初期化する初期化回路を有すること
を特徴とする付記2に記載のPLL回路。
(付記4)前記電圧制御発振器は、
前記周波数制御電圧に対応する周波数の発振信号を出力する発振部と、
前記発振部の後段に設けられ、並列接続された複数の電流源トランジスタを有する差動アンプと、
前記複数の電流源トランジスタのうち、1個の電流源トランジスタにはゲートバイアス電圧を与え、残りの電流源トランジスタのうち、ゲートバイアス電圧を与える電流源トランジスタを前記カウンタのカウント値に制御されて選択するゲートバイアス回路とを有すること
を特徴とする付記3に記載のPLL回路。
(付記5)前記電圧制御発振器は、
前記周波数制御電圧に対応する周波数の発振信号を出力する発振部と、
前記発振部の後段に設けられ、電流源トランジスタを有する差動アンプと、
前記電流源トランジスタのゲートに与えるゲートバイアス電圧を前記カウンタのカウント値に制御されて変化させるゲートバイアス回路とを有すること
を特徴とする付記3に記載のPLL回路。
(付記6)前記電圧制御発振器は、
前記周波数制御電圧に対応する周波数の発振信号を出力する発振部と、
前記発振部の後段に設けられた差動アンプと、
前記出力アンプの入力トランジスタのバックゲートに、前記カウンタのカウント値により電圧値が制御されるバックバイアス電圧を与えるバックバイアス回路とを有すること
を特徴とする付記3に記載のPLL回路。
(付記7)前記電圧制御発振器は、
前記周波数制御電圧に対応する周波数の発振信号を出力する発振部と、
前記発振部の後段に設けられた差動アンプと、
前記出力アンプの電流源トランジスタのバックゲートに、前記カウンタのカウント値により電圧値が制御されるバックバイアス電圧を与えるバックバイアス回路とを有すること
を特徴とする付記3に記載のPLL回路。
(付記8)前記制御回路は、
前記電圧制御発振器の発振信号出力動作の停止を検出し、前記電圧制御発振器が発振信号出力動作の停止を検出している間、一定周波数のリセット信号を生成するリセット制御回路と、
前記リセット信号の立ち上がり変化又は立ち下がり変化の回数をカウントするカウンタと、
前記カウンタが出力するカウント値を受けて、前記電圧制御発振器に与える電源電圧の電圧値を変化させる電源管理回路とを有すること
を特徴とする付記1に記載のPLL回路。
本発明の第1実施形態を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有するリセット制御回路の構成を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有するリセット制御回路の動作を示す波形図である。 本発明の第1実施形態が有するカウンタの構成を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有するカウンタの動作を示す波形図である。 本発明の第1実施形態が有するローパスフィルタの構成を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器の第1構成例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器の第1構成例を構成する出力アンプの第1構成例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器の第1構成例を構成する出力アンプの第2構成例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器の第1構成例を構成する出力アンプの第3構成例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器の第1構成例を構成する出力アンプの第4構成例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器の第1構成例を構成する出力アンプの第5構成例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器の第2構成例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器内の発振部を構成する差動アンプの構成を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器を構成する出力アンプの第1構成例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器を構成する出力アンプの第2構成例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器を構成する出力アンプの第3構成例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器を構成する出力アンプの第4構成例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態が有する電圧制御発振器を構成する出力アンプの第5構成例を示す回路図である。 バックバイアス回路の例を示す回路図である。 本発明の第1実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態を示す回路図である。
符号の説明
1…基準信号入力端子
2…パワーオンリセット信号入力端子
3…位相比較器
4…ローパスフィルタ
5…電圧制御発振器
6…分周器
7…リセット制御回路
8…カウンタ
11…基準信号入力端子
12…分周信号入力端子
13…リセット信号出力端子
14、15−1、15−2、15−n…Tフリップフロップ
18…リセット信号入力端子
19…パワーオンリセット信号入力端子
20、21…カウント値出力端子
22、23…Dフリップフロップ
24…排他的OR回路
27…位相差検出信号入力端子
28…リセット信号入力端子
29…周波数制御電圧出力端子
30、31…インバータ
32〜34…抵抗
35、36…キャパシタ
37…NMOSトランジスタ
38…VSS電源線
41…周波数制御電圧入力端子
42、43…カウント値入力端子
44…発振信号出力端子
45…発振部
46…ゲートバイアス回路
47…出力アンプ
48−1〜48−3…インバータ
49…VSS電源線
50−1〜50−3…NMOSトランジスタ
51−1〜51−3…低電位側の電源ノード
52…インバータ
53…VDD電源線
54…PMOSトランジスタ
55…NMOSトランジスタ
58…発振信号入力端子
59、60…カウント値入力端子
61…発振信号出力端子
62…インバータ
63…差動アンプ
64…ゲートバイアス回路
65…VDD電源線
66…VSS電源線
67、68…NMOSトランジスタ
69、70…PMOSトランジスタ
71〜73…NMOSトランジスタ
74…ゲートバイアス電圧生成部
75…VDD電源線
76…VSS電源線
77…抵抗
78…NMOSトランジスタ
79…インバータ
80…アナログスイッチ
81…PMOSトランジスタ
82…NMOSトランジスタ
83…インバータ
84…アナログスイッチ
85…PMOSトランジスタ
86…NMOSトランジスタ
89…差動アンプ
90…ゲートバイアス回路
91…VDD電源線
92〜94…PMOSトランジスタ
95〜97…抵抗
98…NMOSトランジスタ
99、100…インバータ
103…ゲートバイアス回路
104…VDD電源線
105…VSS電源線
106、107…PMOSトランジスタ
108〜111…NMOSトランジスタ
112〜114…抵抗
115…オペアンプ
120…差動アンプ
121…ゲートバイアス回路
122…バックバイアス回路
123…VDD電源線
124…VSS電源線
125〜127…抵抗
128〜130…NMOSトランジスタ
131、132…NOR回路
135…差動アンプ
136…ゲートバイアス回路
139…発振部
140…出力アンプ
141−1〜141−3…差動アンプ
144…正相入力端子
145…逆相入力端子
146…正相出力端子
147…逆相出力端子
148…VDD電源線
149…VSS電源線
150〜152…NMOSトランジスタ
153、154…抵抗
157…発振信号入力端子
160…VDD電源線
161…VSS電源線
162〜164…抵抗
165〜167…PMOSトランジスタ
168、169…OR回路
170…インバータ
173…電圧制御発振器
174…電源管理回路

Claims (5)

  1. 電圧制御発振器と、
    前記電圧制御発振器が発振信号出力動作を停止したときは、前記電圧制御発振器の出力駆動能力を段階的に増加させ、前記電圧制御発振器が発振信号出力動作に復帰するように前記電圧制御発振器を制御する制御回路と
    を有することを特徴とするPLL回路。
  2. 前記制御回路は、
    前記電圧制御発振器の発振信号出力動作の停止を検出し、前記電圧制御発振器の発振信号出力動作の停止を検出している間、一定周波数のリセット信号を生成するリセット制御回路と、
    前記リセット信号の立ち上がり回数又は立ち下がり回数をカウントし、カウント値を前記電圧制御発振器に出力駆動能力制御信号として与えるカウンタとを有すること
    を特徴とする請求項1に記載のPLL回路。
  3. 前記電圧制御発振器に周波数制御電圧を供給するローパスフィルタを更に有し、
    前記ローパスフィルタは、前記リセット信号に制御されて前記周波数制御電圧を初期化する初期化回路を有すること
    を特徴とする請求項2に記載のPLL回路。
  4. 前記電圧制御発振器は、
    前記周波数制御電圧に対応する周波数の発振信号を出力する発振部と、
    前記発振部の後段に設けられ、並列接続された複数の電流源トランジスタを有する差動アンプと、
    前記複数の電流源トランジスタのうち、1個の電流源トランジスタにはゲートバイアス電圧を与え、残りの電流源トランジスタのうち、ゲートバイアス電圧を与える電流源トランジスタを前記カウンタのカウント値に制御されて選択するゲートバイアス回路とを有すること
    を特徴とする請求項3に記載のPLL回路。
  5. 前記制御回路は、
    前記電圧制御発振器の発振信号出力動作の停止を検出し、前記電圧制御発振器が発振信号出力動作の停止を検出している間、一定周波数のリセット信号を生成するリセット制御回路と、
    前記リセット信号の立ち上がり変化又は立ち下がり変化の回数をカウントするカウンタと、
    前記カウンタが出力するカウント値を受けて、前記電圧制御発振器に与える電源電圧の電圧値を変化させる電源管理回路とを有すること
    を特徴とする請求項1に記載のPLL回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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