JP2015167346A - PLL circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低電圧のPLL回路に関するものである。 The present invention relates to a low voltage PLL circuit.
従来、PLL(位相同期)回路は広く利用されており、その基本的な回路構成を図5に示した。
PLL回路100は一般に、位相周波数比較回路(PFD)22と、チャージポンプ(CP)200と、ローパスフィルタ(LF)30と、電圧制御発振回路(VCO)40より構成されている。位相周波数比較回路22には外部からの基準信号REFと、基本的には、電圧制御発振回路(VCO)40からの帰還信号FBが入力しており、この位相周波数比較回路22よりその位相差信号がチャージポンプ200を介して、ローパスフィルタ30に接続される。ローパスフィルタ30では位相差信号の不要成分を取り除いて、その出力に応じて直流電圧に変換し、電圧制御発振回路40に駆動入力する。この発振回路40では、直流電圧によって周波数の変化した信号を出力し、これがPLL回路100の出力となる。又この出力は基本の回路では、帰還信号FBとして位相周波数比較回路22に入力している。基準電圧・電流源回路60から安定した信号が、基準信号端子IREFに入力している。このPLL回路100では入力信号が入力されると、電圧制御発振回路で自走発振し、同時に位相補正動作を繰返し、最終的にロックアップし、PLL回路100の安定した出力となる。この出力が安定するまでの期間をロックアップタイムという。このPLL回路は、シンセサイザ、データ伝送での復調回路、FM復調回路、あるいはモータ回転数制御など多様に応用されている。また、PLL回路100の出力と、帰還信号FBとの間に、分周回路50を介してフィードバックし、位相周波数比較回路22に入力し、周波数逓倍した出力信号を得る利用方法が、一般的である。
Conventionally, a PLL (phase synchronization) circuit has been widely used, and its basic circuit configuration is shown in FIG.
The PLL circuit 100 generally includes a phase frequency comparison circuit (PFD) 22, a charge pump (CP) 200, a low-pass filter (LF) 30, and a voltage controlled oscillation circuit (VCO) 40. The reference signal REF from the outside and basically the feedback signal FB from the voltage controlled oscillation circuit (VCO) 40 are input to the phase
チャージポンプ(CP)200と電圧制御発振回路(VCO)40には、安定した定電流源を得るために、基準電圧・電流源回路60よりそれぞれの基準電流源に入力している。基準電圧・電流源回路には、バンドギャップリファレンスなどが利用される。VCOの発振器の基準電流源は、安定して自走発振するための電流源で、フィードバックによるロックアップの動作を安定化する要因となる。VCOの発振は、基準電流源と、ローパスフィルタの出力とで、制御される。
The charge pump (CP) 200 and the voltage controlled oscillation circuit (VCO) 40 are input to the respective reference current sources from the reference voltage /
公知文献を以下に示す。 Known documents are shown below.
半導体集積回路では、その高集積化の開発を常に進めているが、ディープサブミクロン・プロセスにおいて、従来よりも低電圧電源、低耐圧MOSデバイスのみで回路を構成する必要がある。低電圧電源、低耐圧MOSデバイスのみでPLL回路を構成する場合は、その電源電圧範囲や、デバイス特性の制限下において、回路定数を最適化することにより最大性能を引き出し、性能限界としていた。また、上記のような、バンドギャップリファレンスに代表される基準電圧・電流回路は低電圧電源、低耐圧MOSデバイスのバラツキにより、電流バラツキを制御するのは難しく、それを電流源とした電圧制御型発振器(VCO)の発振周波数バラツキは、PLL回路の位相ノイズ低減を困難にしていた。 In the semiconductor integrated circuit, development of high integration is constantly advanced. However, in the deep submicron process, it is necessary to configure the circuit only with a low-voltage power supply and a low-breakdown voltage MOS device as compared with the conventional one. When a PLL circuit is configured with only a low-voltage power supply and a low-breakdown-voltage MOS device, the maximum performance is derived by optimizing circuit constants under the limitation of the power supply voltage range and device characteristics, and the performance limit is set. In addition, the reference voltage / current circuit represented by the bandgap reference as described above is difficult to control current variations due to variations in low voltage power supply and low voltage MOS devices. The oscillation frequency variation of the oscillator (VCO) makes it difficult to reduce the phase noise of the PLL circuit.
問題点1
低耐圧MOSデバイスのみで設計した場合、電源電圧を下げるため低消費電力化の効果がある一方で、低耐圧MOSトランジスタの電流静特性バラツキ、及び電圧ダイナミックレンジが狭くなることにより、発振回路のバラツキ問題を補うため制御感度を高くする必要がある。このため、入力電圧ノイズによる位相変調により、PLL回路の位相ノイズが大きくなり問題となっていた。要求特性が必須である場合は、高耐圧MOSデバイスへの変更、及び高電圧化をおこなうことで、その問題を回避していた。
Designing with only a low voltage MOS device has the effect of lowering the power consumption because the power supply voltage is lowered, while the variation in oscillation circuit due to the variation in the static current characteristics and the voltage dynamic range of the low voltage MOS transistor. To compensate for the problem, it is necessary to increase the control sensitivity. For this reason, the phase modulation due to the input voltage noise increases the phase noise of the PLL circuit, which is a problem. When the required characteristics are indispensable, the problem is avoided by changing to a high voltage MOS device and increasing the voltage.
問題点2
PLL回路を構成する要素回路のチャージポンプ回路については、電圧ダイナミックレンジを狭くした場合、有効となる制御電圧レンジも同じように狭くなる。このとき必要とする遅延可変レンジを環境条件・製造バラツキを含めて補償するためには、制御感度を高くすることで、単位あたりの電圧範囲の可変レンジを広くする必要があり、これは位相ノイズ増加の原因となっていた。また制御感度を高くできない場合は、トリミング技術により想定する素子バラツキ範囲において、最適である素子が選択できるような補正回路を追加していた。そのため回路が複雑化し、設計検証を繁雑にしていた。
Regarding the charge pump circuit of the element circuit constituting the PLL circuit, when the voltage dynamic range is narrowed, the effective control voltage range is similarly narrowed. In order to compensate for the delay variable range required at this time, including environmental conditions and manufacturing variations, it is necessary to increase the variable range of the voltage range per unit by increasing the control sensitivity. It was the cause of the increase. When the control sensitivity cannot be increased, a correction circuit has been added so that the optimum element can be selected within the element variation range assumed by the trimming technique. This complicates the circuit and makes design verification complicated.
問題点3
PLL回路の基準電圧・電流回路については、位相ノイズの低減のため電圧・電流精度を高くすることによるトレードオフとしてレイアウトサイズが大きくなり、かつ低電源電圧条件下では、発振周波数ばらつき、位相ノイズ特性を抑制することは困難であった。
For the reference voltage / current circuit of the PLL circuit, the layout size increases as a trade-off by increasing the voltage / current accuracy in order to reduce phase noise, and oscillation frequency variation and phase noise characteristics under low power supply voltage conditions It was difficult to suppress.
本発明はこのような問題点を解決するもので、低電圧電源で、位相ノイズ、消費電力の増加を抑制でき、さらにPLLループ帯域幅バラツキを抑制できるPLL回路を提供することを課題とする。 The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a PLL circuit that can suppress an increase in phase noise and power consumption with a low-voltage power supply and can further suppress variations in PLL loop bandwidth.
本発明のPLL回路は、周波数制御電流が0である状態(VCO自走発振状態)では、バンドギャップリファレンス回路(BGR)に代表される基準電圧・電流回路ではなく、VCO自走発振になるように別に独立したPLL回路(以降レプリカPLLと呼ぶ)により生成した電流値を参照し、メインPLLを発振させることにより、発振範囲バラツキと位相ノイズを低減することで、課題を解決する。 When the frequency control current is 0 (VCO free-running oscillation state), the PLL circuit of the present invention is not a reference voltage / current circuit typified by a bandgap reference circuit (BGR), but VCO free-running oscillation. In addition, the current value generated by an independent PLL circuit (hereinafter referred to as a replica PLL) is referred to and the main PLL is oscillated to reduce oscillation range variation and phase noise, thereby solving the problem.
すなわち、本発明の請求項1の発明は、
少なくとも、位相周波数比較回路Bと、チャージポンプBと、ローパスフィルタBと、電圧制御発振回路Bと、分周器Bとがこの順に接続され、チャージポンプBおよび電圧制御発振回路Bは、それぞれの基準電流源Bを制御するための入力端子を有するPLL回路において、
基準電流源Bを制御するレプリカPLLを有し、
レプリカPLLは、少なくとも、位相周波数比較回路Aと、チャージポンプAと、ローパスフィルタAと、電圧制御発振回路Aと、分周器Aがこの順に接続され、電圧制御発振回路Aは、電圧制御発振回路Bと同じ構成で、分周器Aは分周器Bとは異なる分周数であり、
チャージポンプAおよび電圧制御発振回路A並びにチャージポンプBは、基準電圧・電流源回路によりそれぞれの基準電流源A、基準電流源Bを制御され、
さらにレプリカPLLは、レプリカPLLのロックアップ状態を検出するロックアップ検
出回路を有し、ロックアップ検出回路により検出されたロックアップ時に、電圧制御発振回路Aの入力信号を、電圧制御発振回路Bの基準電流源Bを制御する入力端子に入力するスイッチを有することを特徴とするPLL回路。
That is, the invention of
At least the phase frequency comparison circuit B, the charge pump B, the low-pass filter B, the voltage controlled oscillation circuit B, and the frequency divider B are connected in this order, and the charge pump B and the voltage controlled oscillation circuit B In a PLL circuit having an input terminal for controlling the reference current source B,
A replica PLL for controlling the reference current source B;
In the replica PLL, at least a phase frequency comparison circuit A, a charge pump A, a low-pass filter A, a voltage control oscillation circuit A, and a frequency divider A are connected in this order. In the same configuration as the circuit B, the frequency divider A has a frequency division number different from that of the frequency divider B.
The charge pump A, the voltage controlled oscillation circuit A, and the charge pump B have their reference current source A and reference current source B controlled by the reference voltage / current source circuit,
Further, the replica PLL has a lock-up detection circuit that detects a lock-up state of the replica PLL. When the lock-up is detected by the lock-up detection circuit, an input signal of the voltage-controlled oscillation circuit A is supplied to the voltage-controlled oscillation circuit B. A PLL circuit comprising a switch for inputting to an input terminal for controlling the reference current source B.
本発明の請求項2の発明は、
少なくとも、位相周波数比較回路Bと、チャージポンプBと、ローパスフィルタBと、電圧制御発振回路Bと、分周器Bとがこの順に接続され、チャージポンプBおよび電圧制御発振回路Bは、それぞれの基準電流源Bを制御するための入力端子を有するPLL回路において、
基準電流源Bを制御するレプリカPLLを有し、
レプリカPLLは、少なくとも、位相周波数比較回路Aと、チャージポンプAと、ローパスフィルタAと、電圧制御発振回路Aと、分周器Aがこの順に接続され、電圧制御発振回路Aは、電圧制御発振回路Bと同じ構成で、分周器Aは分周器Bとは異なる分周数であり、チャージポンプAおよび電圧制御発振回路Aは、基準電圧・電流源回路によりそれぞれの基準電流源Aを制御され、さらにレプリカPLLは、レプリカPLLのロックアップを検出するロックアップ検出回路を有し、ロックアップ検出回路により検出されたロックアップ時に、電圧制御発振回路Aの入力信号を、基準電流源Bを制御する入力端子に入力するスイッチを有することを特徴とするPLL回路としたものである。
The invention of
At least the phase frequency comparison circuit B, the charge pump B, the low-pass filter B, the voltage controlled oscillation circuit B, and the frequency divider B are connected in this order, and the charge pump B and the voltage controlled oscillation circuit B In a PLL circuit having an input terminal for controlling the reference current source B,
A replica PLL for controlling the reference current source B;
In the replica PLL, at least a phase frequency comparison circuit A, a charge pump A, a low-pass filter A, a voltage control oscillation circuit A, and a frequency divider A are connected in this order. In the same configuration as the circuit B, the frequency divider A has a frequency division number different from that of the frequency divider B. The charge pump A and the voltage controlled oscillation circuit A have their respective reference current sources A set by the reference voltage / current source circuit. Further, the replica PLL has a lock-up detection circuit for detecting the lock-up of the replica PLL, and the input signal of the voltage-controlled oscillation circuit A is used as a reference current source B at the time of lock-up detected by the lock-up detection circuit. This is a PLL circuit characterized by having a switch that inputs to an input terminal that controls.
本発明は以上のような構成であるので、自走発振周波数バラツキを既存回路と比較して非常に小さくすることができる。低電圧源であっても、バラツキが殆ど無い自走発振周波数を得ることにより、既存回路と比較してVCO制御感度を小さく設計することができ、Filter(CR−Filter)、及びチャージポンプ電流ノイズがVCOにより位相変調(位相ノイズ)される量を低減することができる。 Since the present invention is configured as described above, the free-running oscillation frequency variation can be made extremely small as compared with existing circuits. Even if it is a low voltage source, by obtaining a free-running oscillation frequency with almost no variation, the VCO control sensitivity can be designed to be smaller than that of the existing circuit. Filter (CR-Filter) and charge pump current noise Can be reduced in the amount of phase modulation (phase noise) caused by the VCO.
以下本発明を実施するための形態につき説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
図1は、本発明のPLL回路の実施の形態例を示した回路図である。本形態例のPLL回路1はメインPLLと、レプリカPLLとからなる。メインPLL101は、位相周波数比較回路B21と、チャージポンプB201と、ローパスフィルタB31と、電圧制御発振回路B41と、分周器B51とがこの順に接続され、チャージポンプB201および電圧制御発振回路B41は、それぞれの基準電流源Bを制御するための入力端子IREFBを有する。そして、基準電流源Bを制御するレプリカPLL10を有しており、レプリ
カPLL10は、少なくとも、位相周波数比較回路A2と、チャージポンプA20と、ローパスフィルタA3と、電圧制御発振回路A4と、分周器A5がこの順に接続されている。電圧制御回路A4は、電圧制御回路B41と同じ構成で、分周器A5は分周器B51とは異なる分周数であり、チャージポンプA20および電圧制御発振回路A4は、基準電圧・電流源回路6によりそれぞれの基準電流源Aを制御される。さらに、レプリカPLL10は、レプリカPLL10のロックアップ状態を検出するロックアップ検出回路7を有し、ロックアップ検出回路7により検出されたロックアップ時に、電圧制御発振回路A4の入力信号を、基準電流源Bを制御する入力端子IREFAに入力するスイッチ8を有している。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a PLL circuit according to the present invention. The
このような構成から、本実施形態のPLLは、次のような動作を行う。
図3は、本実施形態のロックアップシーケンスの概略を示した説明図である。
本PLL回路に入力信号CLKINが供給されると、まず、レプリカPLL10の電圧制御発振回路A4は、基準電圧・電流源回路6で制御された基準電流源Aで、自走発振を行う(レプリカVCOにオフセット電流Ioffset1の供給を行う。図3(b)、(c)で示すReplica PLL lockingの範囲。図2を参照)。同時に、チャージポンプA20の基準電流源Aも活性化され、レプリカPLLのロックアップに向けて、位相補正動作を繰り返す(VCO制御電流Ioffset2の供給を行う。図3(b)、(c)、Replica PLL lockingの範囲)。ロックアップしたときに、ロックアップ検出回路7によりロックアップ状態が検出され(検出回路の検出信号LDの活性化、図3(a)の、立上りの部分)、スイッチ8が切り替わり、電圧制御発振回路A4の入力信号を、メインPLLの基準電流源Bを制御する入力端子IREFBに入力し、制御電流Ioffset2を供給する。また、メインPLLと、レプリカPLLの電圧制御発振回路VCOは、同じ構成であり、特性が整合する。レプリカPLLと同様に、基準電圧・電流源回路6で制御された基準電流も、メインPLLのVCOを制御する。
したがって、基準電流源Bの電流がレプリカPLLのロックアップ時の電流になるように制御されるので、メインPLLの自走発振周波数は、レプリカPLLのロックアップ周波数となる。そして、メインPLLが自走発振すると同時に、この基準電流源Bを基に、位相補正動作を繰り返しロックアップする(VCO制御電流Ioffset1 、Ioffset2、Icontの供給、図3(b)、(c)、Main PLL lockingの範囲)。
With such a configuration, the PLL of the present embodiment performs the following operation.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of the lockup sequence of the present embodiment.
When the input signal CLKIN is supplied to the PLL circuit, first, the voltage controlled oscillation circuit A4 of the
Accordingly, since the current of the reference current source B is controlled to be the current at the time of lock-up of the replica PLL, the free-running oscillation frequency of the main PLL becomes the lock-up frequency of the replica PLL. Then, simultaneously with the self-running oscillation of the main PLL, the phase correction operation is repeatedly locked up based on this reference current source B (supply of VCO control currents Ioffset1, Ioffset2, Icont, FIGS. 3B, 3C, Main PLL locking range).
図2は、本実施形態のメインPLLと、レプリカPLLのVCOの具体例である。VCOとしては、共にリング発振回路を用いており、バッファを経由してVCOの入力電圧VC(1)、VC(2)と(VCOへの制御電流としては、メインPLLではIcont、レプリカPLLではIoffset2)、基準電流源と(メインPLLではオフセット電流Ioffset2 およびIoffset1、レプリカPLLではIoffset1)を、リング発振器の遅延時間を制御する電流源に接続している。レプリカPLLの基準電流源は、バンドギャップリファレンスを用いた基準電圧・電流源回路により制御され、オフセット電流Ioffset1をリング発振回路に供給する。
また、メインPLLと、レプリカPLLの電圧制御発振回路VCOは、同じ構成であり、レプリカPLLと同様に、基準電圧・電流源回路6で制御された基準電流Ioffset1も、メインPLLのVCOを制御する。
FIG. 2 is a specific example of the VCO of the main PLL and replica PLL of the present embodiment. As the VCO, both use a ring oscillation circuit, and the VCO input voltages VC (1), VC (2) and (the control current to the VCO are Icont in the main PLL and Ioffset2 in the replica PLL through the buffer. ), And the reference current source (offset currents Ioffset2 and Ioffset1 in the main PLL and Ioffset1 in the replica PLL) are connected to a current source that controls the delay time of the ring oscillator. The reference current source of the replica PLL is controlled by a reference voltage / current source circuit using a band gap reference, and supplies an offset current Ioffset1 to the ring oscillation circuit.
The voltage control oscillation circuit VCO of the main PLL and the replica PLL has the same configuration, and the reference current Ioffset1 controlled by the reference voltage /
VCOの入力電圧VC(1)は、バッファを経由してアナログスイッチに入力している。アナログスイッチは、PチャンネルMOSトランジスタと、NチャンネルMOSトランジスタとを並列接続して形成されている。また、ロックアップ検出回路から出力される検出信号LDにより、接続、切断される。スイッチの出力は、メインPLLの基準電流源に接続されている。したがって、レプリカPLLがロックアップしてから、レプリカPLLのVCO入力信号VC(1)が、バッファを経由してメインPLLの基準電流源に入力し、これによるオフセット電流Ioffset2 、Ioffset1を基に自走発振し、メインPLLの入力信号VC(2)による制御電流Icontも印加され、さらに位相補正動作を繰り返し、メインPLLがロックアップする。 The input voltage VC (1) of the VCO is input to the analog switch via the buffer. The analog switch is formed by connecting a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor in parallel. In addition, connection and disconnection are performed by a detection signal LD output from the lockup detection circuit. The output of the switch is connected to the reference current source of the main PLL. Therefore, after the replica PLL is locked up, the VCO input signal VC (1) of the replica PLL is input to the reference current source of the main PLL via the buffer, and free-runs based on the offset currents Ioffset2 and Ioffset1 thereby Oscillation is performed, and a control current Iton by the input signal VC (2) of the main PLL is also applied, and the phase correction operation is repeated to lock up the main PLL.
なお、レプリカPLLの分周器の分周数は、メインPLLの分周器のとは異なる分周数とする。これは、メインPLLの自走発振をロックアップ周波数と異なる発振周波数とすることにより、メインPLLのロックアップに一定以上の周波数可変範囲(制御利得)を確保するためである。本実施形態例では、図1に示すように、メインPLLをN倍、レプリカPLLをN−1倍としている。 Note that the frequency division number of the replica PLL frequency divider is different from that of the main PLL frequency divider. This is to ensure a frequency variable range (control gain) of a certain level or more for lock-up of the main PLL by setting the self-running oscillation of the main PLL to an oscillation frequency different from the lock-up frequency. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the main PLL is N times and the replica PLL is N-1 times.
また、このような動作から、基準電圧・電流源回路で制御された基準電流を省略する設計も可能である。 Further, from such an operation, a design in which the reference current controlled by the reference voltage / current source circuit is omitted is also possible.
以上のように、メインPLLはレプリカPLLがロックアップしたときの電圧制御発振回路の入力信号で、基準電流源が制御されるので、自走発振周波数が一定にでき、以下に示す効果が得られる。 As described above, the main PLL is an input signal of the voltage controlled oscillation circuit when the replica PLL is locked up, and the reference current source is controlled. Therefore, the free-running oscillation frequency can be made constant, and the following effects can be obtained. .
図4は、電圧制御発振回路の入力電圧と出力周波数との特性を示した模式図で、図4(a)は、従来の回路の一例で、図4(b)は、本発明の回路の一例である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the characteristics of the input voltage and output frequency of the voltage controlled oscillation circuit. FIG. 4 (a) is an example of a conventional circuit, and FIG. 4 (b) is a diagram of the circuit of the present invention. It is an example.
図4(a)に示すように、従来のリング発振VCOでは、自走発振周波数範囲では、設計したVCO自走発振(Target freq. VCO自走発振)に対し製造上や、その他の要因でバラツキが発生する。また、このバラツキに対応し、設計自走発振周波数(図で示すTarget freq. VCO自走発振)より大きい場合は、VCOの利得が大きく、図での傾きが大きくなり、設計自走発振より小さい場合は、傾きも小さくなる。この状態で、設計した周波数にロックアップした場合、この傾きの差が大きいため、設計した周波数(図で示すTarget freq. PLL N逓倍)でのVCOの入力電圧Vcontのバラツキも大きくなる。 As shown in FIG. 4A, in the conventional ring oscillation VCO, in the free-running oscillation frequency range, the designed VCO free-running oscillation (Target freq. VCO free-running oscillation) varies due to manufacturing and other factors. Will occur. Also, in response to this variation, if the frequency is higher than the design free-running oscillation frequency (Target freq. VCO free-running oscillation shown in the figure), the VCO gain is large and the slope in the figure is large, which is smaller than the design free-running oscillation. In this case, the inclination becomes smaller. In this state, when locking up to the designed frequency, since the difference in the slope is large, the variation in the input voltage Vcont of the VCO at the designed frequency (Target freq. PLL N multiplication shown in the figure) also increases.
本発明のPLLは、図4(b)に例示するような特性を有する。メインPLLは、基準電流源に、レプリカPLLのロックアップしたときのVCO入力信号が入力するので、レプリカPLLのロックアップ周波数が、メインPLLの自走発振周波数となるように制御動作する(図で示すTarget freq. レプリカPLL N−1逓倍)。したがって、メインPLLの自走発振周波数のバラツキが減少する。この結果、VCOの利得のバラツキも減少し、メインPLLのロックアップ後の設計した周波数(図で示すTarget freq. メインPLL N逓倍)でのVCOの入力電圧Vcontのバラツキも、小さくなる。 The PLL of the present invention has characteristics as illustrated in FIG. Since the VPL input signal when the replica PLL is locked up is input to the reference current source, the main PLL performs a control operation so that the lock-up frequency of the replica PLL becomes the free-running oscillation frequency of the main PLL (in the figure). Target freq. Replica PLL N-1 multiplication). Therefore, variations in free-running oscillation frequency of the main PLL are reduced. As a result, the variation in the gain of the VCO is reduced, and the variation in the input voltage Vcont of the VCO at the designed frequency after the lock-up of the main PLL (Target freq. Main PLL N multiplication shown in the figure) is also reduced.
このような作用効果が得られることから、自走発振周波数バラツキを既存回路と比較して非常小さくすることができる。低電圧源であっても、バラツキが殆ど無い自走発振周波数を得ることにより、既存回路と比較してVCO制御感度を小さく設計することができ、Filter(CR−Filter)、及びチャージポンプ電流ノイズがVCOにより位相変調(位相ノイズ)される量を低減することができる。 Since such an operational effect is obtained, the free-running oscillation frequency variation can be made extremely small as compared with the existing circuit. Even if it is a low voltage source, by obtaining a free-running oscillation frequency with almost no variation, the VCO control sensitivity can be designed to be smaller than that of the existing circuit. Filter (CR-Filter) and charge pump current noise Can be reduced in the amount of phase modulation (phase noise) caused by the VCO.
以上に、メインPLLの基準電流源を、レプリカPLLがロックアップしたときの電圧制御発振回路の入力信号で制御することによる作用・効果を述べた。本実施形態ではさらにチャージポンプの基準電流源を従来のバンドギャップリファレンスなどに代えて、レプリカPLLがロックアップしたときの電圧制御発振回路の入力信号で制御する。 The operation and effect of controlling the reference current source of the main PLL with the input signal of the voltage controlled oscillation circuit when the replica PLL is locked up have been described above. In the present embodiment, the reference current source of the charge pump is further controlled by an input signal of the voltage controlled oscillation circuit when the replica PLL is locked up instead of a conventional band gap reference or the like.
このような構成のPLLでは、電圧制御発振回路とチャージポンプは次のように動作をする。電圧発振回路で図4(b)に示したようにレプリカPLLのロックアップ後、PLLのロックアップに向っている状況で、リング発振VCOの制御感度は、各々の遅延を形
成する素子のgm値に支配され、gm値が大きい場合制御感度が大きくなり、小さい場合感度も小さくなる。また、同じ発振周波数に対しては、gm値が大きい場合素子に流れる電流が小さくなり、小さい場合電流は大きくなる。一方、チャージポンプ出力電流は、基準電流源がVCOと同じくレプリカPLLのロックアップ時の入力電流源としているので、VCOの各素子に流れる電流と大小が同じ電流となる。また、チャージポンプの出力電流は、基準電流(定電流源)に比例する。したがって、VCO感度が大きい場合、電流が小さくなり、チャージポンプの出力電流は小さくなる。VCO感度が小さい場合、電流が大きくなり、チャージポンプの出力電流は大きくなる。このとき、PLL開ループ伝達関数における、電流出力型チャージポンプであるときの位相比較利得Kpと、電圧制御発振回路の利得Kvは単純な積の関係にあるから、PLL伝達関数のVCO利得のバラつきは、位相比較利得Kpにより相殺される。このため、PLL伝達関数のループ帯域幅のばらつき幅を小さくすることができる。ロックアップ時間も高速化することができる。
In the PLL having such a configuration, the voltage controlled oscillation circuit and the charge pump operate as follows. As shown in FIG. 4 (b) in the voltage oscillation circuit, after the replica PLL is locked up, the control sensitivity of the ring oscillation VCO is the gm value of the element forming each delay. The control sensitivity increases when the gm value is large, and the sensitivity decreases when the gm value is small. For the same oscillation frequency, the current flowing through the element decreases when the gm value is large, and the current increases when the gm value is small. On the other hand, the charge pump output current is the same as the current flowing through each element of the VCO because the reference current source is the input current source at the time of lock-up of the replica PLL like the VCO. The output current of the charge pump is proportional to the reference current (constant current source). Therefore, when the VCO sensitivity is high, the current is small and the output current of the charge pump is small. When the VCO sensitivity is low, the current increases and the output current of the charge pump increases. At this time, in the PLL open loop transfer function, the phase comparison gain Kp when the current output type charge pump is used and the gain Kv of the voltage controlled oscillation circuit have a simple product relationship. Is canceled by the phase comparison gain Kp. For this reason, the variation width of the loop bandwidth of the PLL transfer function can be reduced. Lock-up time can also be increased.
このように、チャージポンプの基準電流源を従来のバンドギャップリファレンスなどに代えて、レプリカPLLがロックアップしたときの電圧制御発振回路の入力信号で制御することによって、PLLの伝達関数のバラツキを抑制してロックアップできる。このため、PLL伝達関数のループ帯域幅のばらつき幅を小さくし、高速でロックアップできる。 In this way, the variation of the PLL transfer function is suppressed by controlling the charge pump reference current source with the input signal of the voltage controlled oscillation circuit when the replica PLL is locked up instead of the conventional bandgap reference. And lock up. For this reason, the variation width of the loop bandwidth of the PLL transfer function can be reduced and the lock-up can be performed at high speed.
1・・・・PLL回路
10・・・レプリカPLL回路
101・・メインPLL回路
2・・・・位相周波数比較回路
20・・・チャージポンプ
3・・・・ローパスフィルタ
4・・・・電圧制御発振回路
5・・・・分周器
6・・・・基準電圧・電流源回路
7・・・・ロックアップ検出回路
8・・・・スイッチ
21・・・位相周波数比較回路
201・・チャージポンプ
31・・・ローパスフィルタ
41・・・電圧制御発振回路
51・・・分周器
22・・・・位相周波数比較回路
200・・・チャージポンプ
30・・・・ローパスフィルタ
40・・・・電圧制御発振回路
50・・・・分周器
60・・・・基準電圧・電流源回路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
基準電流源Bを制御するレプリカPLLを有し、
レプリカPLLは、少なくとも、位相周波数比較回路Aと、チャージポンプAと、ローパスフィルタAと、電圧制御発振回路Aと、分周器Aがこの順に接続され、電圧制御発振回路Aは、電圧制御発振回路Bと同じ構成で、分周器Aは分周器Bとは異なる分周数であり、
チャージポンプAおよび電圧制御発振回路A並びにチャージポンプBは、基準電圧・電流源回路によりそれぞれの基準電流源A、基準電流源Bを制御され、
さらにレプリカPLLは、レプリカPLLのロックアップ状態を検出するロックアップ検出回路を有し、ロックアップ検出回路により検出されたロックアップ時に、電圧制御発振回路Aの入力信号を、電圧制御発振回路Bの基準電流源Bを制御する入力端子に入力するスイッチを有することを特徴とするPLL回路。 At least the phase frequency comparison circuit B, the charge pump B, the low-pass filter B, the voltage controlled oscillation circuit B, and the frequency divider B are connected in this order, and the charge pump B and the voltage controlled oscillation circuit B In a PLL circuit having an input terminal for controlling the reference current source B,
A replica PLL for controlling the reference current source B;
In the replica PLL, at least a phase frequency comparison circuit A, a charge pump A, a low-pass filter A, a voltage control oscillation circuit A, and a frequency divider A are connected in this order. In the same configuration as the circuit B, the frequency divider A has a frequency division number different from that of the frequency divider B.
The charge pump A, the voltage controlled oscillation circuit A, and the charge pump B have their reference current source A and reference current source B controlled by the reference voltage / current source circuit,
Further, the replica PLL has a lock-up detection circuit that detects a lock-up state of the replica PLL. When the lock-up is detected by the lock-up detection circuit, an input signal of the voltage-controlled oscillation circuit A is supplied to the voltage-controlled oscillation circuit B. A PLL circuit comprising a switch for inputting to an input terminal for controlling the reference current source B.
基準電流源Bを制御するレプリカPLLを有し、
レプリカPLLは、少なくとも、位相周波数比較回路Aと、チャージポンプAと、ローパスフィルタAと、電圧制御発振回路Aと、分周器Aがこの順に接続され、電圧制御発振回路Aは、電圧制御発振回路Bと同じ構成で、分周器Aは分周器Bとは異なる分周数であり、チャージポンプAおよび電圧制御発振回路Aは、基準電圧・電流源回路によりそれぞれの基準電流源Aを制御され、さらにレプリカPLLは、レプリカPLLのロックアップ状態を検出するロックアップ検出回路を有し、ロックアップ検出回路により検出されたロックアップ時に、電圧制御発振回路Aの入力信号を、基準電流源Bを制御する入力端子に入力するスイッチを有することを特徴とするPLL回路。 At least the phase frequency comparison circuit B, the charge pump B, the low-pass filter B, the voltage controlled oscillation circuit B, and the frequency divider B are connected in this order, and the charge pump B and the voltage controlled oscillation circuit B In a PLL circuit having an input terminal for controlling the reference current source B,
A replica PLL for controlling the reference current source B;
In the replica PLL, at least a phase frequency comparison circuit A, a charge pump A, a low-pass filter A, a voltage control oscillation circuit A, and a frequency divider A are connected in this order. In the same configuration as the circuit B, the frequency divider A has a frequency division number different from that of the frequency divider B. The charge pump A and the voltage controlled oscillation circuit A have their respective reference current sources A set by the reference voltage / current source circuit. Further, the replica PLL has a lock-up detection circuit that detects the lock-up state of the replica PLL. When the lock-up is detected by the lock-up detection circuit, the input signal of the voltage-controlled oscillation circuit A is used as a reference current source. A PLL circuit comprising a switch for inputting to an input terminal for controlling B.
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JPH09289447A (en) * | 1996-04-22 | 1997-11-04 | Sony Corp | Pll circuit |
JP2002111455A (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-12 | Toshiba Corp | Voltage reference circuit and semiconductor circuit device using the same |
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2014
- 2014-07-29 JP JP2014153820A patent/JP2015167346A/en active Pending
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