JP2017195456A - PLL frequency synthesizer - Google Patents

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PLL frequency synthesizer capable of achieving a desired transfer function with ease.SOLUTION: A PLL frequency synthesizer 1 comprises a reference oscillator 10, a phase comparator 20, a charge pump 30, a loop filter 40, a voltage-controlled oscillator 50, a frequency divider 60, a setting unit 70, a detector 80, and a controller 90. The detector 80 detects a change speed of a control voltage value at the time when a constant current outputted from the charge pump 30 is inputted to the loop filter 40. The controller 90 adjusts a charge and discharge current Icp outputted from the charge pump 30, characteristics of the loop filter 40, or characteristics of the voltage-controlled oscillator 50, on the basis of the detection result by the detector 80.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、PLL周波数シンセサイザに関するものである。   The present invention relates to a PLL frequency synthesizer.

一般に、PLL(Phase Locked Loop)周波数シンセサイザは、電圧制御発振器(Voltage Controlled Oscillator、VCO),位相比較部,チャージポンプおよびループフィルタを備え、これらによりループが構成されている。PLL周波数シンセサイザは、基準発振信号の周波数を定数倍した周波数を有する発振信号を出力することができる。   In general, a PLL (Phase Locked Loop) frequency synthesizer includes a voltage controlled oscillator (VCO), a phase comparison unit, a charge pump, and a loop filter, which constitute a loop. The PLL frequency synthesizer can output an oscillation signal having a frequency obtained by multiplying the frequency of the reference oscillation signal by a constant.

PLL周波数シンセサイザは以下のように動作する。電圧制御発振器に制御電圧値が入力され、この制御電圧値に応じた周波数を有する発振信号が電圧制御発振器から出力される。電圧制御発振器から出力される発振信号、または、この発振信号を分周した信号が、帰還発振信号として位相比較部に入力される。また、基準発振信号も位相比較部に入力される。位相比較部において、これら帰還発振信号と基準発振信号との位相差が検出されて、この検出された位相差を表す位相差信号が出力される。   The PLL frequency synthesizer operates as follows. A control voltage value is input to the voltage controlled oscillator, and an oscillation signal having a frequency corresponding to the control voltage value is output from the voltage controlled oscillator. An oscillation signal output from the voltage controlled oscillator or a signal obtained by dividing the oscillation signal is input to the phase comparison unit as a feedback oscillation signal. A reference oscillation signal is also input to the phase comparison unit. The phase comparator detects the phase difference between the feedback oscillation signal and the reference oscillation signal, and outputs a phase difference signal representing the detected phase difference.

この位相差信号を入力するチャージポンプから、この位相差信号が表す位相差に応じた充放電電流が出力される。この充放電電流はループフィルタに入力される。例えば、ループフィルタは、互いに直列的に接続された抵抗器および容量素子を含み、また、これらに対して並列的に設けられた他の容量素子をも含む。ループフィルタから出力される制御電圧値が電圧制御発振器に入力される。このようにして、PLL周波数シンセサイザから、基準発振信号の周波数を定数倍した周波数を有する発振信号が出力される。   A charge / discharge current corresponding to the phase difference represented by the phase difference signal is output from the charge pump that receives the phase difference signal. This charge / discharge current is input to the loop filter. For example, the loop filter includes a resistor and a capacitive element connected in series with each other, and also includes another capacitive element provided in parallel thereto. The control voltage value output from the loop filter is input to the voltage controlled oscillator. In this way, an oscillation signal having a frequency obtained by multiplying the frequency of the reference oscillation signal by a constant is output from the PLL frequency synthesizer.

このように構成されるPLL周波数シンセサイザの伝達関数は、ループフィルタの抵抗器の抵抗値および容量素子の容量値に基づく特性、電圧制御発振器の特性(制御電圧値と発振信号の周波数との間の関係)、ならびに、チャージポンプの充放電電流等に依存する。例えば、半導体基板上に抵抗器および容量素子を形成した場合、抵抗器の抵抗値は±15%程度ばらつく場合があり、容量素子の容量値は±10%程度ばらつく場合がある。このような特性のばらつきがあると、PLL周波数シンセサイザの実際の伝達関数は、設計どおりのカットオフ周波数やピーク利得を有しない場合があり、要求される仕様を満たさない場合がある。   The transfer function of the PLL frequency synthesizer configured as described above has a characteristic based on the resistance value of the resistor of the loop filter and the capacitance value of the capacitive element, the characteristic of the voltage controlled oscillator (between the control voltage value and the frequency of the oscillation signal). Relationship) and the charge / discharge current of the charge pump. For example, when a resistor and a capacitive element are formed on a semiconductor substrate, the resistance value of the resistor may vary by about ± 15%, and the capacitance value of the capacitive element may vary by about ± 10%. If there is such a variation in characteristics, the actual transfer function of the PLL frequency synthesizer may not have the cutoff frequency and peak gain as designed, and may not satisfy the required specifications.

このような問題点を解消することを意図した発明が特許文献1,2に開示されている。特許文献1に開示された発明は、電圧制御発振器に入力される制御電圧値を監視し、その制御電圧値と参照電圧値とを比較して、その比較結果に基づいてチャージポンプの出力電流や電圧制御発振器の特性を調整する。特許文献2に開示された発明は、電圧制御発振器から出力される発振信号を分周して帰還発振信号を生成する分周器を用いて、電圧制御発振器の特性を調整する。   Patent Documents 1 and 2 disclose inventions intended to solve such problems. The invention disclosed in Patent Document 1 monitors a control voltage value input to a voltage controlled oscillator, compares the control voltage value with a reference voltage value, and determines the output current of the charge pump based on the comparison result. Adjust the characteristics of the voltage controlled oscillator. The invention disclosed in Patent Document 2 adjusts the characteristics of a voltage controlled oscillator using a frequency divider that divides an oscillation signal output from a voltage controlled oscillator to generate a feedback oscillation signal.

米国特許第7772930号明細書US Pat. No. 7,772,930 米国特許第8483985号明細書US Pat. No. 8,483,985

特許文献1に開示された発明では、抵抗器等の特性のばらつきにより参照電圧値がばらつく場合があり、その参照電圧値のばらつきが調整結果に影響を与えるので、PLL周波数シンセサイザの実際の伝達関数を設計どおりにすることは容易でない。   In the invention disclosed in Patent Document 1, the reference voltage value may vary due to variations in the characteristics of resistors and the like, and the variation in the reference voltage affects the adjustment result. Therefore, the actual transfer function of the PLL frequency synthesizer It is not easy to make it as designed.

特許文献2に開示された発明では、分周器を用いて電圧制御発振器の特性を調整するので、その調整により発振信号の周波数が変化してしまう。分周器において実現できない分周比に設定する必要が生じる場合がある。また、出力される発振信号の周波数を基準発振信号の周波数と同一にしたい場合には、調整の為に分周器を挿入することにより発振信号の周波数が変動してしまう。   In the invention disclosed in Patent Document 2, since the characteristics of the voltage controlled oscillator are adjusted using a frequency divider, the frequency of the oscillation signal changes due to the adjustment. It may be necessary to set a division ratio that cannot be realized by the frequency divider. Further, when it is desired to make the frequency of the output oscillation signal the same as the frequency of the reference oscillation signal, the frequency of the oscillation signal varies by inserting a frequency divider for adjustment.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、所望の伝達関数を容易に実現することができるPLL周波数シンセサイザを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a PLL frequency synthesizer that can easily realize a desired transfer function.

本発明のPLL周波数シンセサイザは、(1) 制御電圧値を入力し、この制御電圧値に応じた周波数を有する発振信号を出力する電圧制御発振器と、(2) 電圧制御発振器から出力される発振信号または該発振信号を分周した信号を帰還発振信号として入力するとともに、基準発振信号をも入力し、これら帰還発振信号と基準発振信号との間の位相差を検出して、この位相差を表す位相差信号を出力する位相比較部と、(3) 位相比較部から出力される位相差信号を入力して、この位相差信号が表す位相差に応じた充放電電流を出力するチャージポンプと、(4) チャージポンプから出力される充放電電流を入力して充放電される容量素子を含み、この充放電量に応じて増減される制御電圧値を電圧制御発振器へ出力するループフィルタと、(5) チャージポンプから出力される充放電電流がループフィルタに入力されたときの制御電圧値の変化速度を検出する検出部と、(6) 検出部による検出結果に基づいて、チャージポンプから出力される充放電電流、ループフィルタの特性または電圧制御発振器の特性を調整する制御部と、を備える。   The PLL frequency synthesizer of the present invention includes: (1) a voltage controlled oscillator that inputs a control voltage value and outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the control voltage value; and (2) an oscillation signal output from the voltage controlled oscillator. Alternatively, a signal obtained by dividing the oscillation signal is input as a feedback oscillation signal, and a reference oscillation signal is also input, and a phase difference between the feedback oscillation signal and the reference oscillation signal is detected to represent this phase difference. A phase comparator that outputs a phase difference signal; and (3) a charge pump that inputs a phase difference signal output from the phase comparator and outputs a charge / discharge current corresponding to the phase difference represented by the phase difference signal; (4) a loop filter that includes a capacitive element that is charged / discharged by inputting a charge / discharge current output from the charge pump, and that outputs a control voltage value that is increased or decreased according to the charge / discharge amount to the voltage controlled oscillator; 5) Charge Po A detector that detects the rate of change of the control voltage value when the charge / discharge current output from the controller is input to the loop filter, and (6) the charge / discharge output from the charge pump based on the detection result of the detector A control unit that adjusts the current, the characteristics of the loop filter, or the characteristics of the voltage controlled oscillator.

本発明において、検出部が基準発振信号を用いて制御電圧値の変化速度を検出するのが好適である。制御電圧値を所定値に設定する設定部を更に備え、検出部が所定値からの制御電圧値の変化速度を検出するのが好適である。また、設定部がボルテージフォロア構成のアンプを含むのが好適である。   In the present invention, it is preferable that the detection unit detects the change speed of the control voltage value using the reference oscillation signal. It is preferable that the apparatus further includes a setting unit that sets the control voltage value to a predetermined value, and the detection unit detects a change speed of the control voltage value from the predetermined value. The setting unit preferably includes an amplifier having a voltage follower configuration.

本発明において、チャージポンプが、並列的に設けられた複数の電流源を含み、制御部が、チャージポンプの複数の電流源のうち使用する電流源の個数を変更することで、チャージポンプから出力される充放電電流を調整するのが好適である。ループフィルタが、チャージポンプから出力される充放電電流を第1端に入力する抵抗器と、この抵抗器の第2端に接続された容量素子とを含み、検出部が、抵抗器の第1端または第2端の電位を監視して、制御電圧値の変化速度を検出するのが好適である。また、ループフィルタが、チャージポンプから出力される充放電電流を第1端に入力する抵抗器と、この抵抗器の第2端に接続された容量素子とを含み、設定部が、抵抗器の第1端または第2端の電位を所定値に設定し、検出部が、抵抗器の第1端または第2端の電位を監視して、制御電圧値の変化速度を検出するのも好適である。   In the present invention, the charge pump includes a plurality of current sources provided in parallel, and the control unit outputs the current from the charge pump by changing the number of current sources to be used among the plurality of current sources of the charge pump. It is preferable to adjust the charging / discharging current. The loop filter includes a resistor that inputs a charge / discharge current output from the charge pump to the first end, and a capacitive element connected to the second end of the resistor, and the detection unit includes a first resistor of the resistor. It is preferable to detect the rate of change in the control voltage value by monitoring the potential at the end or the second end. The loop filter includes a resistor that inputs a charging / discharging current output from the charge pump to the first end, and a capacitive element that is connected to the second end of the resistor. It is also preferable that the potential at the first end or the second end is set to a predetermined value, and the detection unit monitors the potential at the first end or the second end of the resistor to detect the change rate of the control voltage value. is there.

本発明において、ループフィルタが、第1容量素子と、この第1容量素子の容量値より大きい容量値を有する第2容量素子と、第1容量素子と第2容量素子とを互いに並列的に接続するためのスイッチとを含み、スイッチにより第2容量素子が切り離された状態で、検出部が制御電圧値の変化速度を検出して制御部が調整を行い、制御部による調整の後、スイッチにより第2容量素子を第1容量素子に対して並列的に接続するのが好適である。   In the present invention, the loop filter connects the first capacitor element, the second capacitor element having a capacitance value larger than the capacitance value of the first capacitor element, and the first capacitor element and the second capacitor element in parallel with each other. And the switch detects the rate of change of the control voltage value and adjusts the control unit in a state where the second capacitive element is disconnected by the switch. It is preferable to connect the second capacitor element in parallel to the first capacitor element.

本発明において、チャージポンプとして第1チャージポンプおよび第2チャージポンプを備え、ループフィルタが、第1チャージポンプの出力端に接続された容量素子と、この容量素子の電圧値に応じた電圧値を出力するアンプと、このアンプの出力端と接続された第1端および第2チャージポンプの出力端に接続された第2端を有する抵抗器とを含み、第2端から制御電圧値を電圧制御発振器へ出力し、制御部が、第1チャージポンプから出力される充放電電流を調整するのが好適である。   In the present invention, the charge pump includes a first charge pump and a second charge pump, and the loop filter has a capacitor connected to the output terminal of the first charge pump and a voltage value corresponding to the voltage value of the capacitor. An output amplifier; and a resistor having a first end connected to the output end of the amplifier and a second end connected to the output end of the second charge pump. The control voltage value is voltage-controlled from the second end. It is preferable that the control unit adjusts the charge / discharge current output from the first charge pump.

本発明において、電圧制御発振器が、制御電圧値に応じて変化する容量値を有する容量素子を含み、この容量素子の容量値に応じた周波数を有する発振信号を出力するLC-VCOタイプのものであり、制御部が、制御電圧値に対する容量素子の容量値の依存性を変更することで電圧制御発振器の特性を調整するのが好適である。   In the present invention, the voltage controlled oscillator includes a capacitive element having a capacitance value that changes according to the control voltage value, and is an LC-VCO type that outputs an oscillation signal having a frequency according to the capacitance value of the capacitive element. It is preferable that the control unit adjusts the characteristics of the voltage controlled oscillator by changing the dependency of the capacitance value of the capacitive element on the control voltage value.

本発明において、電圧制御発振器が、複数個のインバータ回路をリング状に接続した構成を有し、これらインバータ回路に供給される電流に応じた周波数の発振信号を出力するRing-VCOタイプのものであり、制御部が、制御電圧値に対するインバータ回路への電流供給量の依存性を変更することで電圧制御発振器の特性を調整するのが好適である。   In the present invention, the voltage controlled oscillator has a configuration in which a plurality of inverter circuits are connected in a ring shape, and is a Ring-VCO type that outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the current supplied to these inverter circuits. It is preferable that the control unit adjusts the characteristics of the voltage controlled oscillator by changing the dependency of the current supply amount to the inverter circuit on the control voltage value.

本発明のPLL周波数シンセサイザは、PLLのパラメータ(例えば、抵抗値、容量値、チャージポンプの電流等)が製造ばらつきによって所望の値にならなくても、所望の伝達関数を容易に実現することができる。   The PLL frequency synthesizer of the present invention can easily realize a desired transfer function even if PLL parameters (for example, resistance value, capacitance value, charge pump current, etc.) do not become a desired value due to manufacturing variations. it can.

図1は、PLL周波数シンセサイザ1の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a PLL frequency synthesizer 1. 図2は、PLL周波数シンセサイザ1の位相領域モデルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a phase domain model of the PLL frequency synthesizer 1. 図3は、PLL周波数シンセサイザ1の制御部90による調整動作の一例を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the adjustment operation by the control unit 90 of the PLL frequency synthesizer 1. 図4は、設定部70および検出部80の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the setting unit 70 and the detection unit 80. 図5は、チャージポンプ30の構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the charge pump 30. 図6は、ループフィルタ40の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the loop filter 40. 図7は、ループフィルタ40の他の構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating another configuration example of the loop filter 40. 図8は、ループフィルタ40の更に他の構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing still another configuration of the loop filter 40. 図9は、ステートマシンSCPCCを示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating the state machine SCPCC. 図10は、ステートマシンSCPCCにおける各ステートでの出力設定を纏めた表である。FIG. 10 is a table summarizing output settings in each state in the state machine SCPCC. 図11は、ステートマシンSCPCCNTを示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the state machine SCPCCNT. 図12は、ステートマシンSCPCCNTにおける各ステートでの出力設定を纏めた表である。FIG. 12 is a table summarizing output settings in each state in the state machine SCPCCNT. 図13は、スレートマシンSCPCTLを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the slate machine SCPCTL. 図14は、ステートマシンSCSGを示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating the state machine SCSG. 図15は、ステートマシンSCSGにおける各ステートでの出力設定を纏めた表である。FIG. 15 is a table summarizing output settings in each state in the state machine SCSG. 図16は、ループフィルタ40の構成例を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of the loop filter 40. 図17は、ループフィルタ40の構成例を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration example of the loop filter 40. 図18は、ループフィルタ40の構成例を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration example of the loop filter 40.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The present invention is not limited to these exemplifications, but is defined by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.

図1は、PLL周波数シンセサイザ1の構成を示す図である。PLL周波数シンセサイザ1は、基準発振器10、位相比較部20、チャージポンプ30、ループフィルタ40、電圧制御発振器50、分周器60、設定部70、検出部80および制御部90を備える。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a PLL frequency synthesizer 1. The PLL frequency synthesizer 1 includes a reference oscillator 10, a phase comparison unit 20, a charge pump 30, a loop filter 40, a voltage control oscillator 50, a frequency divider 60, a setting unit 70, a detection unit 80, and a control unit 90.

基準発振器10は、例えば水晶振動子を含み、高精度に安定化された一定周波数の基準発振信号を位相比較部20へ出力する。位相比較部20は、この基準発振信号を入力する。また、位相比較部20は、分周器60から出力される帰還発振信号を入力する。位相比較部20は、これら帰還発振信号と基準発振信号との間の位相差を検出して、この位相差を表す位相差信号をチャージポンプ30へ出力する。位相差信号は、基準発振信号および帰還発振信号のうち何れの信号の位相が進んでいるかを表す。   The reference oscillator 10 includes a crystal resonator, for example, and outputs a reference oscillation signal having a constant frequency stabilized with high accuracy to the phase comparison unit 20. The phase comparison unit 20 inputs this reference oscillation signal. In addition, the phase comparison unit 20 receives the feedback oscillation signal output from the frequency divider 60. The phase comparison unit 20 detects a phase difference between the feedback oscillation signal and the reference oscillation signal, and outputs a phase difference signal representing this phase difference to the charge pump 30. The phase difference signal indicates which phase of the reference oscillation signal or the feedback oscillation signal is advanced.

チャージポンプ30は、位相比較部20から出力される位相差信号を入力して、この位相差信号が表す位相差に応じた充放電電流をループフィルタ40へ出力する。チャージポンプ30からループフィルタ40へ出力へ出力される充放電電流は、基準発振信号および帰還発振信号のうち何れの信号の位相が進んでいるかに応じて極性が異なる。ループフィルタ40は、チャージポンプ30から出力される充放電電流を入力して充放電される容量素子を含み、この充放電量に応じて増減される制御電圧値を電圧制御発振器50へ出力する。ループフィルタ40は、容量素子の他に抵抗器をも含む。   The charge pump 30 receives the phase difference signal output from the phase comparison unit 20 and outputs a charge / discharge current corresponding to the phase difference represented by the phase difference signal to the loop filter 40. The charge / discharge current output from the charge pump 30 to the loop filter 40 has a different polarity depending on which phase of the reference oscillation signal and the feedback oscillation signal is advanced. The loop filter 40 includes a capacitive element that is charged and discharged by inputting the charge / discharge current output from the charge pump 30, and outputs a control voltage value that is increased or decreased according to the charge / discharge amount to the voltage controlled oscillator 50. The loop filter 40 includes a resistor in addition to the capacitive element.

電圧制御発振器50は、ループフィルタ40から出力される制御電圧値を入力し、この制御電圧値に応じた周波数を有する発振信号を出力する。分周器60は、電圧制御発振器50から出力される発振信号を入力し、この発振信号をN分周して帰還発振信号を生成し、この帰還発振信号を位相比較部20へ出力する。   The voltage controlled oscillator 50 receives the control voltage value output from the loop filter 40 and outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the control voltage value. The frequency divider 60 receives the oscillation signal output from the voltage controlled oscillator 50, divides the oscillation signal by N, generates a feedback oscillation signal, and outputs the feedback oscillation signal to the phase comparison unit 20.

位相比較部20、チャージポンプ30、ループフィルタ40、電圧制御発振器50および分周器60はループを構成している。このループにおいて、位相比較部20に入力される基準発振信号と帰還発振信号との位相差が小さくなるように、チャージポンプ30からループフィルタ40へ充放電電流が入力される。そして、このループの動作が安定した状態では、電圧制御発振器50から出力される発振信号は、基準発振信号の周波数をN倍した周波数を有する。なお、分周器60は設けられなくてもよく、この場合には、電圧制御発振器50から出力される発振信号は、基準発振信号の周波数と同じ周波数を有する。   The phase comparison unit 20, the charge pump 30, the loop filter 40, the voltage controlled oscillator 50, and the frequency divider 60 constitute a loop. In this loop, charge / discharge current is input from the charge pump 30 to the loop filter 40 so that the phase difference between the reference oscillation signal input to the phase comparison unit 20 and the feedback oscillation signal is small. When the operation of this loop is stable, the oscillation signal output from the voltage controlled oscillator 50 has a frequency that is N times the frequency of the reference oscillation signal. The frequency divider 60 may not be provided, and in this case, the oscillation signal output from the voltage controlled oscillator 50 has the same frequency as the frequency of the reference oscillation signal.

設定部70、検出部80および制御部90の詳細については後述する。   Details of the setting unit 70, the detection unit 80, and the control unit 90 will be described later.

図2は、PLL周波数シンセサイザ1の位相領域モデルを示す図である。PLL周波数シンセサイザ1のオープンループ特性H(s)は下記(1)式で表される。Kvcoは、電圧制御発振器50の特性(制御電圧値に対する発振信号の周波数の依存性)を示す。Kpは、ループフィルタ40の比例項であり、下記(2)式で表される。Kiは、ループフィルタ40の積分項であり、下記(3)式で表される。Rは、ループフィルタ40の抵抗器の抵抗値である。Cは、ループフィルタ40の容量素子の容量値である。   FIG. 2 is a diagram showing a phase domain model of the PLL frequency synthesizer 1. The open loop characteristic H (s) of the PLL frequency synthesizer 1 is expressed by the following equation (1). Kvco indicates the characteristic of the voltage controlled oscillator 50 (dependence of the frequency of the oscillation signal on the control voltage value). Kp is a proportional term of the loop filter 40 and is expressed by the following equation (2). Ki is an integral term of the loop filter 40 and is expressed by the following equation (3). R is the resistance value of the resistor of the loop filter 40. C is a capacitance value of the capacitive element of the loop filter 40.

Figure 2017195456
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Figure 2017195456
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Figure 2017195456
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Icppは、チャージポンプ30からループフィルタ40に与えられる充放電電流Icpのうち比例項に寄与する電流である。Icpiは、チャージポンプ30からループフィルタ40に与えられる充放電電流Icpのうち積分項に寄与する電流である。通常は下記(4)式の関係があるとしてよい。   Icpp is a current that contributes to the proportional term in the charge / discharge current Icp supplied from the charge pump 30 to the loop filter 40. Icpi is a current that contributes to the integral term in the charge / discharge current Icp supplied from the charge pump 30 to the loop filter 40. Usually, there may be a relationship of the following formula (4).

Figure 2017195456
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一般に、チャージポンプ30から出力される電流は、BGR(Band Gap Reference)ブロックから供給される電圧値Vrefに基づいて生成される。チャージポンプ30からループフィルタ40に与えられる充放電電流Icpは下記(5)式で表される。   Generally, the current output from the charge pump 30 is generated based on a voltage value Vref supplied from a BGR (Band Gap Reference) block. The charge / discharge current Icp applied from the charge pump 30 to the loop filter 40 is expressed by the following equation (5).

Figure 2017195456
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この(5)式を用いると、上記(2)式は下記(6)式となる。この(6)式から分るように、ループフィルタ40の比例項Kpは、抵抗値Rおよび容量値Cの何れにも依存しない。BGRブロックから供給される電圧値Vrefは安定性に優れているので、ループフィルタ40の比例項Kpは安定性に優れる。   When this equation (5) is used, the above equation (2) becomes the following equation (6). As can be seen from the equation (6), the proportional term Kp of the loop filter 40 does not depend on either the resistance value R or the capacitance value C. Since the voltage value Vref supplied from the BGR block is excellent in stability, the proportional term Kp of the loop filter 40 is excellent in stability.

Figure 2017195456
Figure 2017195456

また、上記(5)式を用いると、上記(3)式は下記(7)式となる。この(7)式から分るように、ループフィルタ40の積分項Kiは、抵抗値Rおよび容量値Cの双方に依存する。したがって、抵抗値Rまたは容量値Cがばらつくと、ループフィルタ40の積分項Kiも変動する。   Further, when the above equation (5) is used, the above equation (3) becomes the following equation (7). As can be seen from the equation (7), the integral term Ki of the loop filter 40 depends on both the resistance value R and the capacitance value C. Therefore, when the resistance value R or the capacitance value C varies, the integral term Ki of the loop filter 40 also varies.

Figure 2017195456
Figure 2017195456

このように抵抗値Rまたは容量値Cがばらつくことに因りPLL周波数シンセサイザ1のオープンループ特性H(s)が変動すると、PLL周波数シンセサイザ1の実際の伝達関数は、設計どおりのカットオフ周波数やピーク利得を有しない場合があり、要求される仕様を満たさない場合がある。このような問題点を解消する為に、本実施形態のPLL周波数シンセサイザ1は、設定部70、検出部80および制御部90を備えて、所望の伝達関数の実現の容易化を図る。   When the open loop characteristic H (s) of the PLL frequency synthesizer 1 fluctuates due to the variation of the resistance value R or the capacitance value C in this way, the actual transfer function of the PLL frequency synthesizer 1 has a cutoff frequency or peak as designed. It may not have gain and may not meet the required specifications. In order to solve such problems, the PLL frequency synthesizer 1 of the present embodiment includes a setting unit 70, a detection unit 80, and a control unit 90, and facilitates the realization of a desired transfer function.

検出部80は、チャージポンプ30から出力される一定の電流がループフィルタ40に入力されたときの制御電圧値の変化速度を検出する。検出部80は、任意の2つの時刻t1,t2それぞれにおける制御電圧値V1,V2を計測してもよい。検出部80は、設定部70が時刻t1に制御電圧値を初期値V1に設定した後に制御電圧値が所定のΔVだけ変化してV2になる時刻t2を計測してもよい。また、検出部80は、設定部70が制御電圧値を初期値V1に設定した時刻t1から一定時間Δtだけ経過した後の時刻t2における制御電圧値V2を計測してもよい。何れの場合にも、制御電圧値の変化速度ΔV/Δtは下記(8)式で表される。   The detection unit 80 detects the change speed of the control voltage value when a constant current output from the charge pump 30 is input to the loop filter 40. The detector 80 may measure the control voltage values V1 and V2 at any two times t1 and t2. The detection unit 80 may measure a time t2 at which the control voltage value changes by a predetermined ΔV and becomes V2 after the setting unit 70 sets the control voltage value to the initial value V1 at the time t1. Further, the detection unit 80 may measure the control voltage value V2 at time t2 after a fixed time Δt has elapsed from time t1 when the setting unit 70 sets the control voltage value to the initial value V1. In either case, the change rate ΔV / Δt of the control voltage value is expressed by the following equation (8).

Figure 2017195456
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制御部90は、PLL周波数シンセサイザ1の全体の動作を制御する。特に、制御部90は、検出部80による検出結果に基づいて、チャージポンプ30から出力される充放電電流Icp、ループフィルタ40の特性(特に抵抗器の抵抗値Rおよび容量素子の容量値Cに基づく特性)、または、電圧制御発振器50の特性Kvco(制御電圧値に対する発振信号の周波数の依存性)を調整する。   The control unit 90 controls the overall operation of the PLL frequency synthesizer 1. In particular, the control unit 90 determines the charge / discharge current Icp output from the charge pump 30 and the characteristics of the loop filter 40 (particularly the resistance value R of the resistor and the capacitance value C of the capacitive element) based on the detection result by the detection unit 80. Characteristic) or the characteristic Kvco of the voltage controlled oscillator 50 (dependence of the frequency of the oscillation signal on the control voltage value) is adjusted.

図3は、PLL周波数シンセサイザ1の制御部90による調整動作の一例を説明する図である。この図において、横軸は時刻を示し、縦軸は制御電圧値を示す。また、この図において、3つの直線A,B、Cそれぞれは、互いに異なる制御電圧値の変化速度を示している。直線Aが示す制御電圧値の変化速度が好ましい場合であるとすると、これに対して、直線Bが示す制御電圧値の変化速度は遅く、直線Cが示す制御電圧値の変化速度は速い。制御部90は、直線Aが示す好ましい制御電圧値の変化速度となるように調整を行う。   FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the adjustment operation by the control unit 90 of the PLL frequency synthesizer 1. In this figure, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the control voltage value. Further, in this figure, each of the three straight lines A, B, and C indicates a change speed of the control voltage value different from each other. Assuming that the change speed of the control voltage value indicated by the straight line A is preferable, the change speed of the control voltage value indicated by the straight line B is slow, and the change speed of the control voltage value indicated by the straight line C is fast. The control unit 90 performs adjustment so that a preferable change speed of the control voltage value indicated by the straight line A is obtained.

PLL周波数シンセサイザ1の制御部90による調整動作の一例は以下のとおりである。第1ステップにおいて、制御部90は、設定部70により制御電圧値をV1に設定させる。続く第2ステップにおいて、制御部90は、一定時間Δtに亘って、位相比較部20から位相差信号を出力させて、チャージポンプ30から出力される一定電流Icpをループフィルタ40に供給させる。最初に行う第2ステップでは電流量を設定可能な最小値とする。   An example of the adjustment operation by the control unit 90 of the PLL frequency synthesizer 1 is as follows. In the first step, the control unit 90 causes the setting unit 70 to set the control voltage value to V1. In the subsequent second step, the control unit 90 outputs the phase difference signal from the phase comparison unit 20 over a certain time Δt, and supplies the loop filter 40 with the constant current Icp output from the charge pump 30. In the second step to be performed first, the current amount is set to a minimum value that can be set.

続く第3ステップにおいて、制御部90は、第2ステップ終了後に検出部80が計測した制御電圧値を取得する。そして、第4ステップにおいて、制御部90は、第3ステップで計測された制御電圧値が所定値V2を超えていないと判断した場合には、電流Icpの設定値を増加させて第1ステップ以降を繰り返す。制御部90は、第3ステップで計測された制御電圧値が所定値V2を超えたと判断した場合には調整動作を終了する。   In the subsequent third step, the control unit 90 acquires the control voltage value measured by the detection unit 80 after the end of the second step. In the fourth step, when the control unit 90 determines that the control voltage value measured in the third step does not exceed the predetermined value V2, the control unit 90 increases the set value of the current Icp and the first step and thereafter. repeat. When the control unit 90 determines that the control voltage value measured in the third step exceeds the predetermined value V2, the control unit 90 ends the adjustment operation.

この動作例では電流Icpの初期値を設定可能な最小値として次第に電流Icpを増加させていったが、これに限られない。電流Icpの初期値を設定可能な最大値として次第に電流Icpを減少させていってもよい。また、電流Icpの初期値を任意の値として、この初期値のときに第3ステップで計測された制御電圧値が所定値V2未満であれば次第に電流Icpを増加させていき、この初期値のときに第3ステップで計測された制御電圧値が所定値V2超であれば次第に電流Icpを減少させていってもよい。   In this operation example, the initial value of the current Icp is gradually increased as the settable minimum value, but the present invention is not limited to this. The current Icp may be gradually decreased with the initial value of the current Icp as a maximum value that can be set. Further, if the initial value of the current Icp is an arbitrary value, and the control voltage value measured in the third step at this initial value is less than the predetermined value V2, the current Icp is gradually increased. Sometimes, if the control voltage value measured in the third step exceeds the predetermined value V2, the current Icp may be gradually decreased.

チャージポンプ30からループフィルタ40に電流を供給する時間Δtは、基準発振器10から出力される基準発振信号(または、周波数が安定した他の信号)のパルスを計数するカウンタを用いて監視することができる。すなわち、時間Δtは、カウンタによる計数値Mと基準発振信号の周波数Fとから下記(9)式により求めることができる。   The time Δt during which the current is supplied from the charge pump 30 to the loop filter 40 can be monitored using a counter that counts the pulses of the reference oscillation signal (or other signal with a stable frequency) output from the reference oscillator 10. it can. That is, the time Δt can be obtained from the following equation (9) from the count value M by the counter and the frequency F of the reference oscillation signal.

Figure 2017195456
Figure 2017195456

チャージポンプ30からループフィルタ40に供給される電流Icpiは、チャージポンプ30からループフィルタ40に電流を供給する時間Δt、制御電圧値の初期値V1と調整終了時の所定値V2との電圧差ΔV、および、ループフィルタ40の容量素子の容量値Cを用いて、下記(10)で表される。この(10)式を用いると、上記(3)式は下記(11)式となる。   The current Icpi supplied from the charge pump 30 to the loop filter 40 is a voltage difference ΔV between the time Δt during which current is supplied from the charge pump 30 to the loop filter 40, the initial value V1 of the control voltage value, and the predetermined value V2 at the end of adjustment. And the capacitance value C of the capacitive element of the loop filter 40 is expressed by the following (10). Using this equation (10), the above equation (3) becomes the following equation (11).

Figure 2017195456
Figure 2017195456

Figure 2017195456
Figure 2017195456

電圧差ΔVは、BGRブロックにより生成されるので、ばらつきが小さい。時間Δtは、基準発振器10から出力される基準発振信号を用いて求められるので、ばらつきが小さい。(11)式は、抵抗値Rおよび容量値Cの何れにも依存しない。電流Icpiを調整することで、制御電圧値の変化速度を所望値に設定することができ、積分項Kiを所望値とすることができる。   Since the voltage difference ΔV is generated by the BGR block, the variation is small. Since the time Δt is obtained using the reference oscillation signal output from the reference oscillator 10, the variation is small. Equation (11) does not depend on either the resistance value R or the capacitance value C. By adjusting the current Icpi, the change rate of the control voltage value can be set to a desired value, and the integral term Ki can be set to the desired value.

図4は、設定部70および検出部80の構成例を示す図である。設定部70は、アンプ71およびスイッチ72を含む。アンプ71は、2つの入力端および1つの出力端を有し、一方の入力端に電圧値V1が入力され、他方の入力端が出力端に接続されている。アンプ71は、ボルテージフォロワ構成となっている。スイッチ72の第1端はアンプ71の出力端に接続され、スイッチ72の第2端は制御電圧値をV1に設定すべき箇所に接続されている。スイッチ72の開閉動作は、制御部90から出力されるVCFIXp信号により制御される。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the setting unit 70 and the detection unit 80. The setting unit 70 includes an amplifier 71 and a switch 72. The amplifier 71 has two input ends and one output end, the voltage value V1 is input to one input end, and the other input end is connected to the output end. The amplifier 71 has a voltage follower configuration. The first end of the switch 72 is connected to the output end of the amplifier 71, and the second end of the switch 72 is connected to a location where the control voltage value should be set to V1. The opening / closing operation of the switch 72 is controlled by a VCFIXp signal output from the control unit 90.

検出部80は、アンプ81を含む。アンプ81は、2つの入力端および1つの出力端を有し、一方の入力端に電圧値V2が入力され、他方の入力端に制御電圧値が入力され、出力端からVCH信号を制御部90へ出力する。アンプ81は、制御電圧値がV2以下であればVCH信号をローレベルとし、制御電圧値がV2超であればVCH信号をハイレベルとする。   The detection unit 80 includes an amplifier 81. The amplifier 81 has two input ends and one output end, the voltage value V2 is input to one input end, the control voltage value is input to the other input end, and the VCH signal is output from the output end to the control unit 90. Output to. The amplifier 81 sets the VCH signal to a low level if the control voltage value is equal to or lower than V2, and sets the VCH signal to a high level if the control voltage value exceeds V2.

制御部90は、VCFIXp信号により設定部70のスイッチ72を一定期間だけオン状態とすることで、制御電圧値を初期値V1に設定する。制御部90は、時刻t1にスイッチ72をオフ状態に転じ、その後の時刻t2に検出部80のアンプ81から出力されるVCH信号のレベルを検出する。制御部90は、このVCH信号のレベルに基づいて、制御電圧値の変化速度が目標値に対して大きいか小さいかを求めることができる。   The control unit 90 sets the control voltage value to the initial value V1 by turning on the switch 72 of the setting unit 70 for a certain period by the VCFIXp signal. The control unit 90 turns the switch 72 to the OFF state at time t1, and detects the level of the VCH signal output from the amplifier 81 of the detection unit 80 at the subsequent time t2. Based on the level of the VCH signal, the control unit 90 can determine whether the change rate of the control voltage value is larger or smaller than the target value.

図5は、チャージポンプ30の構成例を示す図である。チャージポンプ30は、電流源31〜31、電流源32〜32、スイッチ33〜33、スイッチ34〜34、スイッチ35およびスイッチ36を含む。Kは2以上の整数であり、kは1以上K以下の各整数である。 FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the charge pump 30. The charge pump 30 includes current sources 31 1 to 31 K , current sources 32 1 to 32 K , switches 33 1 to 33 K , switches 34 1 to 34 K , a switch 35, and a switch 36. K is an integer of 2 or more, and k is an integer of 1 or more and K or less.

電流源31とスイッチ33とは、互いに直列的に接続されて高電位の電源電位とスイッチ35との間に設けられている。電流源32とスイッチ34とは、互いに直列的に接続されて低電位の接地電位とスイッチ36との間に設けられている。スイッチ35とスイッチ36との接続点がループフィルタ40に接続されている。 The current source 31 k and the switch 33 k are connected in series with each other and are provided between the high-potential power supply potential and the switch 35. The current source 32 k and the switch 34 k are connected in series to each other and are provided between the low-potential ground potential and the switch 36. A connection point between the switch 35 and the switch 36 is connected to the loop filter 40.

スイッチ33〜33およびスイッチ34〜34それぞれの開閉状態は、制御部90から出力されるCPSetting信号により設定される。スイッチ35およびスイッチ36それぞれの開閉動作は、位相比較部20から出力される位相差信号(UP信号、DOWN信号)により制御される。スイッチ35およびスイッチ36は、同時にオン状態となることはない。 The open / close states of the switches 33 1 to 33 K and the switches 34 1 to 34 K are set by a CPSetting signal output from the control unit 90. The opening / closing operation of each of the switch 35 and the switch 36 is controlled by a phase difference signal (UP signal, DOWN signal) output from the phase comparison unit 20. The switches 35 and 36 are not turned on at the same time.

スイッチ35がオン状態であるとき、ループフィルタ40の容量素子は充電される。そのときの充電量は、スイッチ33〜33のうちオン状態となっているスイッチの個数に応じたものとなる。また、スイッチ36がオン状態であるとき、ループフィルタ40の容量素子は放電される。そのときの放電量は、スイッチ34〜34のうちオン状態となっているスイッチの個数に応じたものとなる。 When the switch 35 is on, the capacitive element of the loop filter 40 is charged. The amount of charge at that time corresponds to the number of switches that are in the on state among the switches 33 1 to 33 K. Further, when the switch 36 is in the on state, the capacitive element of the loop filter 40 is discharged. The amount of discharge at that time corresponds to the number of switches that are in the ON state among the switches 34 1 to 34 K.

制御部90は、CPSetting信号により、スイッチ33〜33のうちオン状態であるスイッチの個数を調整するとともに、スイッチ34〜34のうちオン状態であるスイッチの個数を調整することで、チャージポンプ30からループフィルタ40に与えられる充放電電流Icpを調整することができる。 Control unit 90, by CPSetting signal, while adjusting the number of switches in the ON state among the switches 33 1 ~ 33 K, by adjusting the number of switches in the ON state among the switches 34 1 to 34C K, The charge / discharge current Icp supplied from the charge pump 30 to the loop filter 40 can be adjusted.

図6は、ループフィルタ40の構成例を示す図である。この図に示されるループフィルタ40は、抵抗器41および容量素子42を含む。抵抗器41の第1端は、チャージポンプ30から出力される充放電電流を入力する。抵抗器41の第2端は、容量素子42と接続されている。このような構成のループフィルタ40において、設定部70は、抵抗器41の第2端(抵抗器41と容量素子42との接続点)を初期値V1に設定し、検出部80は、抵抗器41の第2端の電圧値を制御電圧値として検出するのが好適である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the loop filter 40. The loop filter 40 shown in this figure includes a resistor 41 and a capacitive element 42. The charge / discharge current output from the charge pump 30 is input to the first end of the resistor 41. A second end of the resistor 41 is connected to the capacitive element 42. In the loop filter 40 having such a configuration, the setting unit 70 sets the second end of the resistor 41 (the connection point between the resistor 41 and the capacitive element 42) to the initial value V1, and the detection unit 80 includes the resistor It is preferable to detect the voltage value at the second end of 41 as the control voltage value.

抵抗器41の抵抗値が可変であれば、制御部90は、この抵抗値を調整することで、ループフィルタ40の特性を調整することができる。また、容量素子42の容量値が可変であれば、制御部90は、この容量値を調整することで、ループフィルタ40の特性を調整することができる。   If the resistance value of the resistor 41 is variable, the control unit 90 can adjust the characteristic of the loop filter 40 by adjusting the resistance value. If the capacitance value of the capacitive element 42 is variable, the control unit 90 can adjust the characteristic of the loop filter 40 by adjusting the capacitance value.

なお、図16に示されるように、設定部70は、抵抗器41の第2端を初期値V1に設定し、検出部80は、抵抗器41の第1端の電圧値を制御電圧値として検出してもよい。図17に示されるように、設定部70は、抵抗器41の第1端を初期値V1に設定し、検出部80は、抵抗器41の第2端の電圧値を制御電圧値として検出してもよい。また、図18に示されるように、設定部70は、抵抗器41の第1端を初期値V1に設定し、検出部80は、抵抗器41の第1端の電圧値を制御電圧値として検出してもよい。   As shown in FIG. 16, the setting unit 70 sets the second end of the resistor 41 to the initial value V1, and the detection unit 80 uses the voltage value at the first end of the resistor 41 as the control voltage value. It may be detected. As shown in FIG. 17, the setting unit 70 sets the first end of the resistor 41 to the initial value V1, and the detection unit 80 detects the voltage value of the second end of the resistor 41 as the control voltage value. May be. 18, the setting unit 70 sets the first end of the resistor 41 to the initial value V1, and the detection unit 80 uses the voltage value at the first end of the resistor 41 as the control voltage value. It may be detected.

図7は、ループフィルタ40の他の構成例を示す図である。この図に示されるループフィルタ40は、抵抗器41および容量素子42に加えて、容量素子43およびスイッチ44を含む。スイッチ44は、抵抗器41と容量素子42との接続点と容量素子43との間に設けられている。スイッチ44がオン状態であるとき、容量素子42と容量素子43とは互いに並列的に接続された状態となる。容量素子43の容量値は容量素子42の容量値より大きい。   FIG. 7 is a diagram illustrating another configuration example of the loop filter 40. The loop filter 40 shown in this figure includes a capacitive element 43 and a switch 44 in addition to the resistor 41 and the capacitive element 42. The switch 44 is provided between the connection point between the resistor 41 and the capacitive element 42 and the capacitive element 43. When the switch 44 is in the on state, the capacitive element 42 and the capacitive element 43 are connected in parallel to each other. The capacitance value of the capacitive element 43 is larger than the capacitance value of the capacitive element 42.

スイッチ44の開閉状態は、制御部90から出力される信号により設定される。スイッチ44がオフ状態であるときループフィルタ40の容量値は小さく、スイッチ44がオン状態であるときループフィルタ40の容量値は大きくなる。制御部90は、スイッチ44をオフ状態として調整を行い、その調整終了後にスイッチ44をオン状態とする。   The open / close state of the switch 44 is set by a signal output from the control unit 90. When the switch 44 is in the off state, the capacitance value of the loop filter 40 is small, and when the switch 44 is in the on state, the capacitance value of the loop filter 40 is large. The controller 90 performs adjustment with the switch 44 turned off, and turns the switch 44 on after completion of the adjustment.

図7に示されるループフィルタ40の構成は以下のような場合に有用である。すなわち、入力ジッタの影響を低減するためには、ループフィルタのカットオフ周波数を低くすることが好ましく、その場合、容量値が大きい容量素子を用いることになる。ループフィルタの容量値が大きいと、制御電圧値の変化速度が遅くなり、制御電圧値が初期値V1からV2までΔVだけ変化するのに要する時間Δtが長くなる。例えば、ΔVを0.5Vとし、容量値を220pFとし、チャージポンプから出力される電流Icpを20μAとする。このとき、時間Δtは5.5μsとなる。5.5μsもの長時間に亘って計数を行うカウンタの回路規模は大きい。抵抗器および容量素子を用いたアナログ回路により時間計測を行うことも可能であるが、抵抗器や容量値のばらつきが数十%あるので、現実的でない。   The configuration of the loop filter 40 shown in FIG. 7 is useful in the following cases. That is, in order to reduce the influence of input jitter, it is preferable to lower the cut-off frequency of the loop filter. In this case, a capacitive element having a large capacitance value is used. If the capacitance value of the loop filter is large, the change rate of the control voltage value becomes slow, and the time Δt required for the control voltage value to change from the initial value V1 to V2 by ΔV becomes long. For example, ΔV is 0.5 V, the capacitance value is 220 pF, and the current Icp output from the charge pump is 20 μA. At this time, the time Δt is 5.5 μs. The circuit scale of the counter that performs counting over a long time of 5.5 μs is large. Although it is possible to perform time measurement with an analog circuit using a resistor and a capacitor, it is not practical because there are several tens of% of variations in the resistor and the capacitance value.

このような場合に、調整に要する時間の短縮を図る為に、調整を行う際にはスイッチ44をオフ状態として容量値を小さくすることで、調整時間の短縮化(例えば数十nsに短縮化)を図る。そして、調整が終了した後にスイッチ44をオン状態として容量値を大きくすることで、入力ジッタの影響を低減することができる。   In such a case, in order to shorten the time required for the adjustment, the adjustment time is shortened (for example, shortened to several tens of ns) by reducing the capacitance value by turning off the switch 44 when performing the adjustment. ). Then, the influence of input jitter can be reduced by increasing the capacitance value by turning on the switch 44 after the adjustment is completed.

図8は、ループフィルタ40の更に他の構成を示す図である。この図に示される構成では、チャージポンプとして第1チャージポンプ30Aおよび第2チャージポンプ30Bが設けられている。ループフィルタ40は、容量素子45、アンプ46および抵抗器47を含む。   FIG. 8 is a diagram showing still another configuration of the loop filter 40. In the configuration shown in this figure, a first charge pump 30A and a second charge pump 30B are provided as charge pumps. The loop filter 40 includes a capacitive element 45, an amplifier 46 and a resistor 47.

容量素子45は、第1チャージポンプ30Aの出力端と接地電位端との間に設けられている。アンプ46は、2つの入力端および1つの出力端を有し、一方の入力端に容量素子45の電圧値が入力され、他方の入力端が出力端に接続されている。アンプ46は、ボルテージフォロワ構成となっている。アンプ46は、容量素子45の電圧値に応じた電圧値を出力端から出力する。抵抗器47の第1端はアンプ46の出力端と接続され、抵抗器47の第2端は第2チャージポンプ30Bの出力端に接続されている。この抵抗器47の第2端の電位が制御電圧値として電圧制御発振器50へ出力される。   The capacitive element 45 is provided between the output terminal of the first charge pump 30A and the ground potential terminal. The amplifier 46 has two input ends and one output end, the voltage value of the capacitive element 45 is input to one input end, and the other input end is connected to the output end. The amplifier 46 has a voltage follower configuration. The amplifier 46 outputs a voltage value corresponding to the voltage value of the capacitive element 45 from the output terminal. The first end of the resistor 47 is connected to the output end of the amplifier 46, and the second end of the resistor 47 is connected to the output end of the second charge pump 30B. The potential at the second end of the resistor 47 is output to the voltage controlled oscillator 50 as a control voltage value.

第1チャージポンプ30Aは、ループフィルタ40の積分項に寄与する充放電電流を出力する。第2チャージポンプ30Bは、ループフィルタ40の比例項に寄与する充放電電流を出力する。制御部90は、第1チャージポンプ30Aから出力される充放電電流を調整する。   The first charge pump 30 </ b> A outputs a charge / discharge current that contributes to the integral term of the loop filter 40. The second charge pump 30B outputs a charge / discharge current that contributes to the proportional term of the loop filter 40. The controller 90 adjusts the charge / discharge current output from the first charge pump 30A.

また、抵抗器47の抵抗値が可変であれば、制御部90は、この抵抗値を調整することで、ループフィルタ40の特性を調整することができる。また、容量素子45の容量値が可変であれば、制御部90は、この容量値を調整することで、ループフィルタ40の特性を調整することができる。   If the resistance value of the resistor 47 is variable, the control unit 90 can adjust the characteristic of the loop filter 40 by adjusting the resistance value. If the capacitance value of the capacitive element 45 is variable, the control unit 90 can adjust the characteristic of the loop filter 40 by adjusting the capacitance value.

制御部90は、電圧制御発振器50の特性Kvcoを調整してもよい。電圧制御発振器50がLC-VCOタイプのものである場合、すなわち、制御電圧値に応じて変化する容量値を有する容量素子を含み、この容量素子の容量値に応じた周波数を有する発振信号を出力するタイプのものである場合、制御部90は、制御電圧値に対する容量素子の容量値の依存性を変更することで電圧制御発振器50の特性を調整することができる。この容量素子は、バラクタであってもよいし、MOSトランジスタのドレインとソースとが互いに接続された構成を有するものであってもよい。容量素子の容量値の調整は、直列的に接続された容量素子およびスイッチを1組として複数組を並列的に設けて、複数のスイッチのうちオン状態のスイッチの個数を調整することで可能である。   The controller 90 may adjust the characteristic Kvco of the voltage controlled oscillator 50. When voltage controlled oscillator 50 is of the LC-VCO type, that is, it includes a capacitive element having a capacitance value that changes according to the control voltage value, and outputs an oscillation signal having a frequency according to the capacitance value of this capacitive element In the case of the type to be used, the control unit 90 can adjust the characteristics of the voltage controlled oscillator 50 by changing the dependency of the capacitance value of the capacitive element on the control voltage value. The capacitive element may be a varactor or may have a configuration in which the drain and source of the MOS transistor are connected to each other. Adjustment of the capacitance value of the capacitive element is possible by providing a plurality of sets in parallel with one set of capacitive elements and switches connected in series, and adjusting the number of ON switches among the plurality of switches. is there.

電圧制御発振器がRing-VCOタイプのものである場合、すなわち、複数個のインバータ回路をリング状に接続した構成を有し、これらインバータ回路に供給される電流に応じた周波数の発振信号を出力するタイプのものである場合、制御部90は、制御電圧値に対するインバータ回路への電流供給量の依存性を変更することで電圧制御発振器50の特性を調整することができる。   When the voltage controlled oscillator is of the Ring-VCO type, that is, it has a configuration in which a plurality of inverter circuits are connected in a ring shape, and outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the current supplied to these inverter circuits. In the case of the type, the control unit 90 can adjust the characteristics of the voltage controlled oscillator 50 by changing the dependency of the current supply amount to the inverter circuit on the control voltage value.

本実施形態では、チャージポンプ30から出力される充放電電流がループフィルタ40に入力されたときの制御電圧値の変化速度を検出部80により検出し、この検出結果に基づいて、チャージポンプ30から出力される充放電電流、ループフィルタ40の特性または電圧制御発振器50の特性を制御部90により調整するので、所望の伝達関数を容易に実現することができる。   In the present embodiment, the detection unit 80 detects the change rate of the control voltage value when the charge / discharge current output from the charge pump 30 is input to the loop filter 40, and based on the detection result, the charge pump 30 Since the controller 90 adjusts the output charge / discharge current, the characteristics of the loop filter 40, or the characteristics of the voltage controlled oscillator 50, a desired transfer function can be easily realized.

すなわち、特許文献1に開示された発明では、制御電圧値と1つの参照電圧値との比較結果に基づいて調整を行うので、抵抗器等の特性のばらつきにより参照電圧値がばらつくと、その参照電圧値のばらつきが調整結果に影響を与えることになり、PLL周波数シンセサイザの実際の伝達関数を設計どおりにすることは容易でない。これに対して、本実施形態では、抵抗器等の特性のばらつきにより電圧値V1,V2がばらついたとしても、そのばらつきは制御電圧値の変化速度(ΔV/Δt)に影響を与えないので、所望の伝達関数を容易に実現することができる。本実施形態では、設定部70のアンプ71と検出部80のアンプ81とを互いに同じ特性のものとすることができるので、これらアンプのオフセットの影響も抑制される。   That is, in the invention disclosed in Patent Document 1, since adjustment is performed based on the comparison result between the control voltage value and one reference voltage value, if the reference voltage value varies due to variations in characteristics of resistors or the like, the reference is made. The variation in voltage value affects the adjustment result, and it is not easy to make the actual transfer function of the PLL frequency synthesizer as designed. On the other hand, in this embodiment, even if the voltage values V1 and V2 vary due to variations in characteristics of resistors and the like, the variations do not affect the change rate (ΔV / Δt) of the control voltage value. A desired transfer function can be easily realized. In the present embodiment, since the amplifier 71 of the setting unit 70 and the amplifier 81 of the detection unit 80 can have the same characteristics, the influence of the offset of these amplifiers is also suppressed.

また、特許文献2に開示された発明では、分周器を用いて電圧制御発振器の特性を調整することによる問題が生じる。これに対して、本実施形態では、分周器を用いることなく調整することができるので、分周器が設けられない構成であっても、所望の伝達関数を容易に実現することができる。   In the invention disclosed in Patent Document 2, there arises a problem caused by adjusting the characteristics of the voltage controlled oscillator using a frequency divider. On the other hand, in the present embodiment, adjustment can be performed without using a frequency divider, so that a desired transfer function can be easily realized even in a configuration without a frequency divider.

次に、本実施形態のPLL周波数シンセサイザ1における制御部90による制御について詳細に説明する。ここでは、図1,図4および図5に示される構成においてチャージポンプ30の充放電電流Icpを調整する場合の制御部90による制御の一態様について説明する。図9〜図15は、制御部90による制御を説明するステートマシンを説明する図である。   Next, the control by the control unit 90 in the PLL frequency synthesizer 1 of the present embodiment will be described in detail. Here, one mode of control by control unit 90 when adjusting charge / discharge current Icp of charge pump 30 in the configuration shown in FIGS. 1, 4, and 5 will be described. 9 to 15 are diagrams for explaining a state machine for explaining the control by the control unit 90.

制御部90による制御は、4つのステートマシンSCPCC、SCPCCNT、SCPCTLおよびSCSGを有する。ステートマシンSCPCCは、調整動作の全体を統括するものであり、設定部70および検出部80それぞれの動作を制御する。ステートマシンSCPCCNTは、カウンタの計数動作を制御する。ステートマシンSCPCTLは、チャージポンプ30の電流出力動作を制御する。ステートマシンSCSGは、調整動作の終了を判定する。   The control by the control unit 90 includes four state machines SCPCC, SCPCCNT, SCPCTL, and SCSG. The state machine SCPCC controls the entire adjustment operation, and controls the operations of the setting unit 70 and the detection unit 80, respectively. The state machine SCPCCNT controls the counting operation of the counter. The state machine SCPCTL controls the current output operation of the charge pump 30. The state machine SCSG determines the end of the adjustment operation.

図9は、ステートマシンSCPCCを示す図である。図10は、ステートマシンSCPCCにおける各ステートでの出力設定を纏めた表である。ステートマシンSCPCCは、4つのステートWAIT、CAL、FINおよびTMPを有する。WAITステートにおいて変数FCNTが値0であれば、WAITステートに留まり、VCFIXp信号がハイレベルとなり、設定部70のスイッチ72がオン状態となって、制御電圧値が初期値V1に設定される。   FIG. 9 is a diagram illustrating the state machine SCPCC. FIG. 10 is a table summarizing output settings in each state in the state machine SCPCC. The state machine SCPCC has four states WAIT, CAL, FIN, and TMP. If the variable FCNT is 0 in the WAIT state, it remains in the WAIT state, the VCFIXp signal becomes high level, the switch 72 of the setting unit 70 is turned on, and the control voltage value is set to the initial value V1.

WAITステートにおいて変数FCNTが値1であれば、WAITステートからCALステートに遷移し、PFDENp信号がハイレベルとなり、位相比較部20から位相差信号が出力されて、チャージポンプ30から出力される一定電流Icpがループフィルタ40に供給される。CALステートにおいて変数CALAGAINが値1であれば、CALステートからWAITステートに遷移する。CALステートにおいて変数CALDNEが値1であれば、CALステートからFINステートに遷移する。FINステートでは、VCFIXp信号およびPFDENp信号の双方がローレベルとなり、通常動作となる。   If the variable FCNT is 1 in the WAIT state, the state transitions from the WAIT state to the CAL state, the PFDENp signal becomes high level, the phase difference signal is output from the phase comparator 20, and the constant current output from the charge pump 30 Icp is supplied to the loop filter 40. If the variable CALAGAIN has a value of 1 in the CAL state, the CAL state transitions to the WAIT state. If the variable CALDNE is a value 1 in the CAL state, the state transitions from the CAL state to the FIN state. In the FIN state, both the VCFIXp signal and the PFDENp signal are at a low level, and normal operation is performed.

図11は、ステートマシンSCPCCNTを示す図である。図12は、ステートマシンSCPCCNTにおける各ステートでの出力設定を纏めた表である。ステートマシンSCPCCNTは、WAITステートまたはCALステートにおいて、カウンタの計数動作を制御する。その計数値が既定数Mでないとき、FCNT変数が値0となる。計数値が既定数Mに達したときに、FCNT変数が値1となり、ステートが遷移する。また、計数値が既定数Mに達した後、計数値が0に初期化される。   FIG. 11 is a diagram illustrating the state machine SCPCCNT. FIG. 12 is a table summarizing output settings in each state in the state machine SCPCCNT. The state machine SCPCCNT controls the counting operation of the counter in the WAIT state or the CAL state. When the count value is not the predetermined number M, the FCNT variable has the value 0. When the count value reaches the predetermined number M, the FCNT variable becomes the value 1, and the state transitions. In addition, after the count value reaches the predetermined number M, the count value is initialized to zero.

図13は、スレートマシンSCPCTLを示す図である。スレートマシンSCPCTLは、CALステートにおいて、検出部80から出力されるVCH信号の値に基づいて、チャージポンプ30の電流Icp出力動作を制御する。すなわち、VCH信号が値0であれば、制御電圧値の変化速度が遅い(すなわち、電流Icpが少ない)と判断されて、電流Icpが増加される。VCH信号が値1であれば、制御電圧値の変化速度が速い(すなわち、電流Icpが多い)と判断されて、電流Icpが減少される。   FIG. 13 is a diagram showing the slate machine SCPCTL. The slate machine SCPCTL controls the current Icp output operation of the charge pump 30 based on the value of the VCH signal output from the detection unit 80 in the CAL state. That is, if the VCH signal has a value of 0, it is determined that the change rate of the control voltage value is slow (that is, the current Icp is small), and the current Icp is increased. If the VCH signal is a value 1, it is determined that the change rate of the control voltage value is fast (that is, the current Icp is large), and the current Icp is decreased.

図14は、ステートマシンSCSGを示す図である。図15は、ステートマシンSCSGにおける各ステートでの出力設定を纏めた表である。ステートマシンSCSGは、調整動作の終了を判定する。   FIG. 14 is a diagram illustrating the state machine SCSG. FIG. 15 is a table summarizing output settings in each state in the state machine SCSG. The state machine SCSG determines the end of the adjustment operation.

INITステートにおいてVCH信号が値0であれば、UPステートに遷移し、CALAGAIN信号がハイレベルとなる。UPステートにおいてVCH信号が値0であれば、UPステートに留まり、CALAGAIN信号がハイレベルとなる。UPステートにおいてVCH信号が値1であれば、DNEステートに遷移し、CALDNE信号がハイレベルとなる。   If the VCH signal is 0 in the INIT state, the state transitions to the UP state, and the CALAGAIN signal goes high. If the VCH signal is 0 in the UP state, it remains in the UP state and the CALAGAIN signal goes high. If the VCH signal is 1 in the UP state, the state transits to the DNE state, and the CALDNE signal becomes high level.

INITステートにおいてVCH信号が値1であれば、DNステートに遷移し、CALAGAIN信号がハイレベルとなる。DNステートにおいてVCH信号が値1であれば、DNステートに留まり、CALAGAIN信号がハイレベルとなる。DNステートにおいてVCH信号が値0であれば、DNEステートに遷移し、CALDNE信号がハイレベルとなる。   If the VCH signal is 1 in the INIT state, a transition is made to the DN state, and the CALAGAIN signal goes high. If the VCH signal is 1 in the DN state, it remains in the DN state and the CALAGAIN signal goes high. If the VCH signal is 0 in the DN state, the state transits to the DNE state, and the CALDNE signal goes high.

すなわち、VCH信号が値0のままである場合、または、VCH信号が値1のままである場合、調整が不十分であると判定されて、CALAGAIN変数がハイレベルとなり、CALステートからWAITステートに遷移して、調整動作が繰り返される(図9)。   That is, if the VCH signal remains at the value 0, or if the VCH signal remains at the value 1, it is determined that the adjustment is insufficient, the CALAGAIN variable becomes high level, and the CAL state changes to the WAIT state. Then, the adjustment operation is repeated (FIG. 9).

一方、VCH信号が値0から1へ遷移した場合、または、VCH信号が値1から0へ遷移した場合、調整動作が終了したと判定されて、DNEステートに遷移し、CALDNE信号がハイレベルとなる。CALDNE信号がハイレベルになると、CALステートからFINステートに遷移し、通常動作となる(図9)。   On the other hand, when the VCH signal transitions from the value 0 to 1, or when the VCH signal transitions from the value 1 to 0, it is determined that the adjustment operation is completed, the state transitions to the DNE state, and the CALDNE signal becomes high level. Become. When the CALDNE signal goes high, the transition from the CAL state to the FIN state results in normal operation (FIG. 9).

1…PLL周波数シンセサイザ、10…基準発振器、20…位相比較部、30…チャージポンプ、30A…第1チャージポンプ、30B…第2チャージポンプ、40…ループフィルタ、50…電圧制御発振器、60…分周器、70…設定部、80…検出部、90…制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... PLL frequency synthesizer, 10 ... Reference oscillator, 20 ... Phase comparison part, 30 ... Charge pump, 30A ... 1st charge pump, 30B ... 2nd charge pump, 40 ... Loop filter, 50 ... Voltage controlled oscillator, 60 ... minute Peripheral unit, 70 ... setting unit, 80 ... detection unit, 90 ... control unit.

Claims (11)

制御電圧値を入力し、この制御電圧値に応じた周波数を有する発振信号を出力する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器から出力される発振信号または該発振信号を分周した信号を帰還発振信号として入力するとともに、基準発振信号をも入力し、これら帰還発振信号と基準発振信号との間の位相差を検出して、この位相差を表す位相差信号を出力する位相比較部と、
前記位相比較部から出力される位相差信号を入力して、この位相差信号が表す位相差に応じた充放電電流を出力するチャージポンプと、
前記チャージポンプから出力される充放電電流を入力して充放電される容量素子を含み、この充放電量に応じて増減される前記制御電圧値を前記電圧制御発振器へ出力するループフィルタと、
前記チャージポンプから出力される充放電電流が前記ループフィルタに入力されたときの前記制御電圧値の変化速度を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて、前記チャージポンプから出力される充放電電流、前記ループフィルタの特性または前記電圧制御発振器の特性を調整する制御部と、
を備えるPLL周波数シンセサイザ。
A voltage controlled oscillator that inputs a control voltage value and outputs an oscillation signal having a frequency according to the control voltage value;
An oscillation signal output from the voltage controlled oscillator or a signal obtained by dividing the oscillation signal is input as a feedback oscillation signal, and a reference oscillation signal is also input, and a phase difference between the feedback oscillation signal and the reference oscillation signal And a phase comparison unit that outputs a phase difference signal representing this phase difference,
A charge pump that inputs a phase difference signal output from the phase comparison unit and outputs a charge / discharge current corresponding to the phase difference represented by the phase difference signal;
Including a capacitive element that is charged and discharged by inputting a charge / discharge current output from the charge pump, and a loop filter that outputs the control voltage value that is increased or decreased according to the charge / discharge amount to the voltage controlled oscillator;
A detection unit for detecting a change rate of the control voltage value when a charge / discharge current output from the charge pump is input to the loop filter;
Based on a detection result by the detection unit, a control unit for adjusting a charge / discharge current output from the charge pump, a characteristic of the loop filter or a characteristic of the voltage controlled oscillator;
A PLL frequency synthesizer comprising:
前記検出部が前記基準発振信号を用いて前記制御電圧値の変化速度を検出する、
請求項1に記載のPLL周波数シンセサイザ。
The detection unit detects a change speed of the control voltage value using the reference oscillation signal;
The PLL frequency synthesizer according to claim 1.
前記制御電圧値を所定値に設定する設定部を更に備え、
前記検出部が前記所定値からの前記制御電圧値の変化速度を検出する、
請求項1または2に記載のPLL周波数シンセサイザ。
A setting unit for setting the control voltage value to a predetermined value;
The detector detects a change rate of the control voltage value from the predetermined value;
The PLL frequency synthesizer according to claim 1 or 2.
前記設定部がボルテージフォロア構成のアンプを含む、
請求項3に記載のPLL周波数シンセサイザ。
The setting unit includes an amplifier having a voltage follower configuration.
The PLL frequency synthesizer according to claim 3.
前記チャージポンプが、並列的に設けられた複数の電流源を含み、
前記制御部が、前記チャージポンプの前記複数の電流源のうち使用する電流源の個数を変更することで、前記チャージポンプから出力される充放電電流を調整する、
請求項1〜4の何れか1項に記載のPLL周波数シンセサイザ。
The charge pump includes a plurality of current sources provided in parallel;
The control unit adjusts the charge / discharge current output from the charge pump by changing the number of current sources used among the plurality of current sources of the charge pump,
The PLL frequency synthesizer according to claim 1.
前記ループフィルタが、前記チャージポンプから出力される充放電電流を第1端に入力する抵抗器と、この抵抗器の第2端に接続された容量素子とを含み、
前記検出部が、前記抵抗器の前記第1端または前記第2端の電位を監視して、前記制御電圧値の変化速度を検出する、
請求項1〜5の何れか1項に記載のPLL周波数シンセサイザ。
The loop filter includes a resistor that inputs a charge / discharge current output from the charge pump to a first end, and a capacitive element connected to a second end of the resistor,
The detection unit monitors a potential of the first end or the second end of the resistor to detect a change speed of the control voltage value;
The PLL frequency synthesizer according to claim 1.
前記ループフィルタが、前記チャージポンプから出力される充放電電流を第1端に入力する抵抗器と、この抵抗器の第2端に接続された容量素子とを含み、
前記設定部が、前記抵抗器の前記第1端または前記第2端の電位を所定値に設定し、
前記検出部が、前記抵抗器の前記第1端または前記第2端の電位を監視して、前記制御電圧値の変化速度を検出する、
請求項3または4に記載のPLL周波数シンセサイザ。
The loop filter includes a resistor that inputs a charge / discharge current output from the charge pump to a first end, and a capacitive element connected to a second end of the resistor,
The setting unit sets a potential of the first end or the second end of the resistor to a predetermined value;
The detection unit monitors a potential of the first end or the second end of the resistor to detect a change speed of the control voltage value;
The PLL frequency synthesizer according to claim 3 or 4.
前記ループフィルタが、第1容量素子と、この第1容量素子の容量値より大きい容量値を有する第2容量素子と、前記第1容量素子と前記第2容量素子とを互いに並列的に接続するためのスイッチとを含み、
前記スイッチにより前記第2容量素子が切り離された状態で、前記検出部が前記制御電圧値の変化速度を検出して前記制御部が調整を行い、
前記制御部による調整の後、前記スイッチにより前記第2容量素子を前記第1容量素子に対して並列的に接続する、
請求項1〜7の何れか1項に記載のPLL周波数シンセサイザ。
The loop filter connects the first capacitive element, the second capacitive element having a capacitance value larger than the capacitance value of the first capacitive element, and the first capacitive element and the second capacitive element in parallel with each other. And a switch for
In a state where the second capacitive element is disconnected by the switch, the detection unit detects a change speed of the control voltage value, and the control unit performs adjustment,
After the adjustment by the control unit, the second capacitor element is connected in parallel to the first capacitor element by the switch.
The PLL frequency synthesizer according to claim 1.
前記チャージポンプとして第1チャージポンプおよび第2チャージポンプを備え、
前記ループフィルタが、前記第1チャージポンプの出力端に接続された容量素子と、この容量素子の電圧値に応じた電圧値を出力するアンプと、このアンプの出力端と接続された第1端および前記第2チャージポンプの出力端に接続された第2端を有する抵抗器とを含み、前記第2端から前記制御電圧値を前記電圧制御発振器へ出力し、
前記制御部が、前記第1チャージポンプから出力される充放電電流を調整する、
請求項1〜8の何れか1項に記載のPLL周波数シンセサイザ。
The charge pump comprises a first charge pump and a second charge pump,
The loop filter includes a capacitive element connected to the output terminal of the first charge pump, an amplifier that outputs a voltage value corresponding to the voltage value of the capacitive element, and a first terminal connected to the output terminal of the amplifier. And a resistor having a second end connected to the output end of the second charge pump, and outputting the control voltage value from the second end to the voltage controlled oscillator,
The controller adjusts a charge / discharge current output from the first charge pump;
The PLL frequency synthesizer according to claim 1.
前記電圧制御発振器が、前記制御電圧値に応じて変化する容量値を有する容量素子を含み、この容量素子の容量値に応じた周波数を有する発振信号を出力するLC-VCOタイプのものであり、
前記制御部が、前記制御電圧値に対する前記容量素子の容量値の依存性を変更することで前記電圧制御発振器の特性を調整する、
請求項1〜9の何れか1項に記載のPLL周波数シンセサイザ。
The voltage-controlled oscillator includes a capacitive element having a capacitance value that changes according to the control voltage value, and is an LC-VCO type that outputs an oscillation signal having a frequency according to the capacitance value of the capacitive element,
The control unit adjusts the characteristics of the voltage controlled oscillator by changing the dependency of the capacitance value of the capacitive element on the control voltage value;
The PLL frequency synthesizer according to claim 1.
前記電圧制御発振器が、複数個のインバータ回路をリング状に接続した構成を有し、これらインバータ回路に供給される電流に応じた周波数の発振信号を出力するRing-VCOタイプのものであり、
前記制御部が、前記制御電圧値に対する前記インバータ回路への電流供給量の依存性を変更することで前記電圧制御発振器の特性を調整する、
請求項1〜9の何れか1項に記載のPLL周波数シンセサイザ。
The voltage-controlled oscillator has a configuration in which a plurality of inverter circuits are connected in a ring shape, and is a Ring-VCO type that outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to a current supplied to the inverter circuits.
The controller adjusts the characteristics of the voltage controlled oscillator by changing the dependency of the current supply amount to the inverter circuit on the control voltage value;
The PLL frequency synthesizer according to claim 1.
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