JP2022521346A - High speed lock phase lock loop circuit to avoid cycle slip - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、サイクルスリップ回避の高速ロック位相ロックループ回路を開示し、集積回路技術分野に属する。【解決手段】当該高速ロック位相ロックループ回路は、周波数弁別器、チャージポンプ、中間段回路、ループフィルタ、電圧制御発振器、及び分周器を含む。前記周波数弁別器、チャージポンプ、中間段回路、ループフィルタ及び電圧制御発振器は、順に接続される。前記電圧制御発振器の出力OUTは、分周器の入力IN端に接続され、前記分周器の出力OUT端は、周波数弁別器の入力IN端に接続されてフィードバック経路を形成する。本発明は、VCOの初期出力周波数を調整することにより、ループ始動時にVCOの出力クロック周波数と所望の周波数との間、すなわち、基準クロック周波数とフィードバッククロック周波数との間が近すぎることによって、ループにサイクルスリップが発生する時にロック時間が大幅に増加することを回避する。【選択図】図4PROBLEM TO BE SOLVED: To disclose a high-speed lock phase lock loop circuit for avoiding cycle slip, which belongs to the technical field of integrated circuit. The high speed lock phase lock loop circuit includes a frequency discriminator, a charge pump, an intermediate stage circuit, a loop filter, a voltage controlled oscillator, and a frequency divider. The frequency discriminator, the charge pump, the intermediate stage circuit, the loop filter and the voltage controlled oscillator are connected in this order. The output OUT of the voltage controlled oscillator is connected to the input IN end of the frequency divider, and the output OUT end of the frequency divider is connected to the input IN end of the frequency discriminator to form a feedback path. The present invention loops by adjusting the initial output frequency of the VCO so that the output clock frequency of the VCO and the desired frequency, that is, the reference clock frequency and the feedback clock frequency, are too close at the start of the loop. Avoids a significant increase in lock time when a cycle slip occurs. [Selection diagram] FIG. 4

Description

本発明は、集積回路の技術分野に属し、特に、サイクルスリップ回避の高速ロック位相ロックループ回路に関する。 The present invention belongs to the technical field of integrated circuits, and particularly relates to high speed lock phase lock loop circuits for avoiding cycle slips.

位相ロックループ(phase locked loop)は、周波数制御システムであり、クロック生成、クロックカバリ、ジッタ及びノイズ低減、周波数合成などの回路設計に非常に広く適用されている。PLLの動作は、基準クロック信号と電圧制御発振器(VCO)出力クロック信号のフィードバックとの間の位相差に基づいて行われる。サイクルスリップとは、フィードバッククロック周波数が基準クロック周波数よりも小さい場合、充電が行われるべきであるが、基準クロックの位相がフィードバッククロックよりも遅れているため、チャージポンプが逆にループフィルタを放電することを意味する。または、逆にフィードバッククロック周波数が基準クロック周波数よりも大きい場合、放電が行われるべきであるが、基準クロックの位相がフィードバッククロックよりも進んでいるため、チャージポンプが逆にループフィルタを充電する。この現象は、ループが始動し、または、周波数がホッピングするときによく発生する。 A phase locked loop is a frequency control system and is very widely applied in circuit design such as clock generation, clock coverage, jitter and noise reduction, frequency synthesis and the like. The operation of the PLL is based on the phase difference between the reference clock signal and the feedback of the voltage controlled oscillator (VCO) output clock signal. Cycle slip means that if the feedback clock frequency is lower than the reference clock frequency, charging should be performed, but since the phase of the reference clock is behind the feedback clock, the charge pump discharges the loop filter in reverse. Means that. Or, conversely, if the feedback clock frequency is higher than the reference clock frequency, discharge should be performed, but since the phase of the reference clock is ahead of the feedback clock, the charge pump charges the loop filter in reverse. This phenomenon often occurs when the loop is started or the frequency is hopping.

基準クロック周波数とフィードバッククロック周波数とが非常に近い場合、各サイクルのチャージポンプの平均流出または流入電流は非常に小さく、対応するVCOの制御電圧Vc及びVCOの出力周波数の変化も非常に小さい。これにより、基準クロックとフィードバッククロックとの間の位相変化が遅くなり、ループロック時間が大幅に増加し、特にKvco及びループ帯域幅が小さいシステムでは、この状況は特に深刻である。 When the reference clock frequency and the feedback clock frequency are very close, the average outflow or inflow current of the charge pump in each cycle is very small, and the change in the control voltage Vc of the corresponding VCO and the output frequency of the VCO is also very small. This slows the phase change between the reference clock and the feedback clock and significantly increases the loop lock time, which is especially serious in systems with low Kvco and loop bandwidth.

従来の設計では、ループのロック速度を高速化し、サイクルスリップによるループロック時間の大幅な増加を回避するために、ロックプロセスにおいて、チャージポンプに余分な電流を追加することによってループ帯域幅を増加し、ループロックの時間を短縮し、ループロック後に余分なチャージポンプをオフにする。これにより、ループロック後のループ帯域幅を減少して、システムの出力ノイズを低減するだけでなく、ループロックのプロセスを高速化する。しかし、これはまた、システムの消費電力をある程度増加させ、回路の複雑さを増加させる。 In the conventional design, the loop bandwidth is increased by adding extra current to the charge pump in the lock process in order to increase the lock speed of the loop and avoid a significant increase in loop lock time due to cycle slip. , Reduce the loop lock time and turn off the extra charge pump after the loop lock. This not only reduces the loop bandwidth after loop lock and reduces system output noise, but also speeds up the loop lock process. However, this also increases the power consumption of the system to some extent and increases the complexity of the circuit.

本発明の目的は、回路の複雑さ及びシステムの電力消費を増加させることなく、サイクルスリップ回避の高速ロック位相ロックループ回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fast lock phase lock loop circuit for cycle slip avoidance without increasing circuit complexity and system power consumption.

本発明は、従来のサイクルスリップ回避の位相ロックループ回路とは異なり、余分なチャージポンプを追加することなく、ループの始動時にVCOの初期制御電圧を調整することによりVCOの初期出力周波数を所望の周波数から一定のずれを持つように変化させ、基準クロックの位相が確かにフィードバッククロックよりも進んだり遅れたりするように10~20の基準クロックサイクルの時間を与える。これにより、上記したように基準クロック周波数とフィードバッククロック周波数とが近すぎてロックプロセスにおける両者の位相変化が遅すぎて、ロック時間が大幅に増加するという状況を回避することができる。 The present invention is different from the conventional cycle slip avoidance phase lock loop circuit, in which the initial output frequency of the VCO is desired by adjusting the initial control voltage of the VCO at the start of the loop without adding an extra charge pump. It is varied to have a constant deviation from the frequency and is given a time of 10 to 20 reference clock cycles such that the phase of the reference clock certainly advances or lags behind the feedback clock. This makes it possible to avoid a situation in which the reference clock frequency and the feedback clock frequency are too close to each other and the phase change between the two is too slow in the lock process, resulting in a significant increase in the lock time.

上記の目的を達成するために、本発明は、以下の技術手段を通じて達成される。サイクルスリップ回避の高速ロック位相ロックループ回路を提供し、前記高速ロック位相ロックループ回路は、周波数弁別器、チャージポンプ、中間段回路、ループフィルタ、電圧制御発振器、及び分周器を含む。前記周波数弁別器の出力OP端は、チャージポンプの入力IP端に接続され、前記周波数弁別器の出力ON端は、チャージポンプの入力IN端に接続され、前記チャージポンプの出力端は、中間段回路の入力IN端に接続され、中間段回路の出力端は、ループフィルタの入力端に接続され、前記ループフィルタの出力端は、電圧制御発振器の入力端に接続され、前記電圧制御発振器の出力端は、分周器の入力端に接続され、前記分周器の出力端は、周波数弁別器の入力IN端に接続され、フィードバック経路が形成される。 In order to achieve the above object, the present invention is achieved through the following technical means. A high speed lock phase lock loop circuit for avoiding cycle slip is provided, and the high speed lock phase lock loop circuit includes a frequency discriminator, a charge pump, an intermediate stage circuit, a loop filter, a voltage controlled oscillator, and a frequency divider. The output OP end of the frequency discriminator is connected to the input IP end of the charge pump, the output ON end of the frequency discriminator is connected to the input IN end of the charge pump, and the output end of the charge pump is an intermediate stage. It is connected to the input IN end of the circuit, the output end of the intermediate stage circuit is connected to the input end of the loop filter, the output end of the loop filter is connected to the input end of the voltage controlled oscillator, and the output of the voltage controlled oscillator. The end is connected to the input end of the frequency divider, the output end of the frequency divider is connected to the input IN end of the frequency discriminator, and a feedback path is formed.

さらに、前記中間段回路には、電源、第1の分圧抵抗R1、第2の分圧抵抗R2、インバータ、第1のトランスファゲートT1、第2のトランスファゲートT2、カウンタCounter、及びNMOSスイッチM1が含まれる。前記第2のトランスファゲートT2の一方端は、チャージポンプの出力端に接続され、前記中間段回路の一方のポートは、インバータに接続され、前記インバータは、カウンタCounterの一方の入力端に接続され、前記カウンタCounterの出力端は、NMOSスイッチM1のゲートG端に接続され、前記NMOSスイッチM1のソースS端は、接地され、前記中間段回路の他方のポートは、カウンタCounterの他方の入力端に接続され、前記電源は、第1の分圧抵抗R1に接続され、第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2とは、直列に接続され、第2の分圧抵抗R2は、接地され、前記第1の分圧抵抗R1及び第2の分圧抵抗R2の出力端は、前記第1のトランスファゲートT1の一方端に接続される。前記第1のトランスファゲートT1の他方端、NMOSスイッチM1のドレインD端、及び第2のトランスファゲートT2の他方端は、前記ループフィルタの入力端に接続される。 Further, in the intermediate stage circuit, a power supply, a first voltage dividing resistor R1, a second voltage dividing resistor R2, an inverter, a first transfer gate T1, a second transfer gate T2, a counter Counter, and an WESTERN switch M1 are included. Is included. One end of the second transfer gate T2 is connected to the output end of the charge pump, one port of the intermediate stage circuit is connected to an inverter, and the inverter is connected to one input end of a counter counter. The output end of the counter Counter is connected to the gate G end of the SYSTEM switch M1, the source S end of the MIMO switch M1 is grounded, and the other port of the intermediate stage circuit is the other input end of the counter Counter. The power supply is connected to the first voltage dividing resistor R1, the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 are connected in series, and the second voltage dividing resistor R2 is connected to the first voltage dividing resistor R1. , The output end of the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 is connected to one end of the first transfer gate T1. The other end of the first transfer gate T1, the drain D end of the NOTE switch M1, and the other end of the second transfer gate T2 are connected to the input end of the loop filter.

さらに、OPEN_LOOP制御信号は、前記中間段回路の一方のポートから入力され、前記インバータを経った後にOPEN_LOOP_N信号が得られる。前記OPEN_LOOP制御信号とOPEN_LOOP_N信号とは、共同して第1のトランスファゲートT1と第2のトランスファゲートT2とのスイッチ、及びカウンタCounterを制御する。制御信号OPEN_LOOPがハイレベルである場合に、前記第1のトランスファゲートT1が閉じ、第2のトランスファゲートT2が開き、このとき、前記フィードバック経路は、正常ロック状態にあり、前記チャージポンプとループフィルタは、第2のトランスファゲートT2を介して直接に接続され、前記ループフィルタは、電圧制御発振器の制御電圧である電圧信号Vcを出力する。OPEN_LOOPがローレベルである場合に、第1のトランスファゲートT1が開き、第2のトランスファゲートT2が閉じ、このとき、ループは、自動周波数キャリブレーション及びサイクルスリップ回避状態にあり、前記電源は、電圧信号VDDを第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2に伝送し、前記第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2は、VDD/2の電圧信号を出力し、同時にカウンタCounterの出力信号PLUSEがローレベルであり、すなわち、NMOSスイッチM1のゲートG電圧がローレベルであり、オフ状態にあり、前記第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2は、第1のトランスファゲートT1を介して前記ループフィルタに接続され、前記ループフィルタは、電圧制御発振器の制御電圧である電圧信号Vc=VDD/2を出力する。制御信号OPEN_LOOPがローレベルからハイレベルにホッピングすると、カウンタCounterが動作を開始し、同時に基準クロック信号CLK_REFが、中間段回路の他方のポートを介してカウンタCounterにそのクロック信号として入力され、このとき、カウンタCounterがカウントすると、カウンタCounterの出力信号PLUSEがハイレベルであり、NMOSスイッチM1がオンし、このとき、前記NMOSスイッチM1のドレイン端子Dは、ループフィルタに接続され、前記ループフィルタの入力電圧信号LPF_INが0であり、すなわち、電圧制御発振器の制御電圧Vc=0である。カウンタCounterがカウントを完了した後、その出力信号PLUSEが再びローレベルになり、NMOSスイッチM1がオフし、このとき、第1のトランスファゲートT1が閉じ、第2のトランスファゲートT2が開き、チャージポンプとループフィルタは、第2のトランスファゲートT2を介して直接に接続され、前記ループフィルタは、電圧制御発振器の制御電圧である電圧信号Vcを出力する。 Further, the OPEN_LOOP control signal is input from one port of the intermediate stage circuit, and the OPEN_LOOP_N signal is obtained after passing through the inverter. The OPEN_LOOP control signal and the OPEN_LOOP_N signal jointly control a switch between the first transfer gate T1 and the second transfer gate T2, and a counter Counter. When the control signal OPEN_LOOP is at a high level, the first transfer gate T1 closes and the second transfer gate T2 opens, at which time the feedback path is in a normal locked state and the charge pump and loop filter. Is directly connected via the second transfer gate T2, and the loop filter outputs a voltage signal Vc which is a control voltage of a voltage controlled oscillator. When OPEN_LOOP is low level, the first transfer gate T1 opens and the second transfer gate T2 closes, at which time the loop is in the automatic frequency calibration and cycle slip avoidance state and the power supply is voltage. The signal VDD is transmitted to the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2, and the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 output a voltage signal of VDD / 2. At the same time, the output signal PLUSE of the counter Counter is at low level, that is, the gate G voltage of the nanotube switch M1 is at low level and is in the off state, and the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 are in a low level. , Connected to the loop filter via the first transfer gate T1, the loop filter outputs a voltage signal Vc = VDD / 2, which is the control voltage of the voltage control oscillator. When the control signal OPEN_LOOP hops from low level to high level, the counter Counter starts operating, and at the same time, the reference clock signal CLK_REF is input to the counter Counter as its clock signal via the other port of the intermediate stage circuit. , When the counter Counter counts, the output signal PLUSE of the counter Counter is at a high level and the Now an The voltage signal LPF_IN is 0, that is, the control voltage Vc = 0 of the voltage control oscillator. After the counter Counter completes counting, its output signal PLUSE goes low again and the CICS switch M1 turns off, at which time the first transfer gate T1 closes, the second transfer gate T2 opens and the charge pump. And the loop filter are directly connected via the second transfer gate T2, and the loop filter outputs a voltage signal Vc which is a control voltage of a voltage controlled oscillator.

本発明の有益な効果は、本発明に係るサイクルスリップ回避の高速ロック位相ロックループ回路によれば、回路の複雑さ及びシステム消費電力を増加しない場合、チャージポンプとループフィルタとの間に中間回路を追加することにある。中間回路は2つの役割を果たし、第一、自動周波数キャリブレーション(Automatic Frequency Calibration)プロセスにおいて、VCOをループから遮断し、VcをVDD/2に制御し、自動周波数キャリブレーションモジュールによってVCOのチューニング曲線を所望の周波数に最も近くなるようにする選択する。第二、ループが事前に始動した後、ループが再接続され、10~20の基準クロックサイクルの低電位Vcが供給されると、対応するVCO出力周波数は所望の周波数よりも小さくなる。同時に、基準クロック周波数>フィードバッククロック周波数であるため、いくつかの基準クロックサイクルの時間が経過した後、基準クロックの位相がフィードバックの位相よりも進んでいることが保証される。これにより、中間回路がVcを解放して、ループが実際に始動すると、フィードバッククロック信号の周波数が基準クロック信号よりも小さく、かつ、その位相が基準クロックよりも遅れていることが保証され、チャージポンプがループフィルタを充電してVCOの出力周波数を上げる。これにより、回路始動時にサイクルスリップ現象が発生すること、及び、基準クロック周波数とフィードバッククロック周波数とが一致せず、その差が極めて小さいことによるループロック時間の大幅な増加を防止する。ループ始動時にVCOの初期周波数を変化することで、フィードバッククロック信号CLK_DIVと基準クロック信号CLK_REFの位相が正しい前後関係にあることが保証され、これによって、サイクルスリップ現象の発生を積極的に回避する。ループ始動時に出力クロック周波数と所望のクロック周波数とが近すぎることによって、ループが異常ロック状態に陥る状況を回避し、位相ロックループの高速ロックを実現する。 A beneficial effect of the present invention is, according to the fast lock phase lock loop circuit of cycle slip avoidance according to the present invention, an intermediate circuit between the charge pump and the loop filter if the circuit complexity and system power consumption are not increased. Is to add. The intermediate circuit plays two roles, first, in the Automatic Frequency Calibration process, the VCO is cut off from the loop, the Vc is controlled to VDD / 2, and the VCO tuning curve is controlled by the automatic frequency calibration module. Is selected so that it is closest to the desired frequency. Second, after the loop has been pre-initiated, the loop is reconnected and supplied with a low potential Vc of 10-20 reference clock cycles, the corresponding VCO output frequency is lower than the desired frequency. At the same time, since the reference clock frequency> the feedback clock frequency, it is guaranteed that the phase of the reference clock is ahead of the phase of the feedback after some reference clock cycle times have elapsed. This ensures that when the intermediate circuit releases the Vc and the loop actually starts, the frequency of the feedback clock signal is lower than the reference clock signal and its phase is behind the reference clock, and the charge is charged. The pump charges the loop filter to increase the output frequency of the VCO. This prevents a cycle slip phenomenon from occurring at the time of starting the circuit, and a large increase in the loop lock time due to the fact that the reference clock frequency and the feedback clock frequency do not match and the difference is extremely small. By changing the initial frequency of the VCO at the start of the loop, it is guaranteed that the phases of the feedback clock signal CLK_DIV and the reference clock signal CLK_REF are in the correct front-rear relationship, thereby positively avoiding the occurrence of the cycle slip phenomenon. When the output clock frequency and the desired clock frequency are too close to each other at the time of starting the loop, the situation where the loop falls into an abnormal lock state is avoided, and high-speed locking of the phase lock loop is realized.

従来の位相ロックループ回路の概略図である。It is a schematic diagram of the conventional phase lock loop circuit. サイクルスリップ現象の発生概略図である。It is a schematic diagram of the occurrence of a cycle slip phenomenon. 従来のサイクルスリップ回避の位相ロックループ回路の概略図である。It is a schematic diagram of the phase lock loop circuit of the conventional cycle slip avoidance. VCOのチューニング曲線図である。It is a tuning curve diagram of VCO. 本発明の改善された、サイクルスリップ回避の位相ロックループ回路の概略図である。It is a schematic diagram of the improved phase lock loop circuit of a cycle slip avoidance of this invention. 本発明の改善された、サイクルスリップ回避の位相ロックループ回路の信号概略図である。It is a signal schematic diagram of the improved phase lock loop circuit of a cycle slip avoidance of this invention.

以下、本発明の目的及び効果をより明確にするために、添付の図面に基づいて本発明を詳細に説明する。ここで説明することは、本発明を解釈するためにのみ使用され、本発明を限定することを意図するものではないことを理解されるはずだ。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to further clarify the object and effect of the present invention. It should be understood that what is described here is used only to interpret the invention and is not intended to limit the invention.

図1~3は、従来のサイクルスリップを回避するためのロック高速化の位相ロックループ回路であり、それは、ロック時に余分なチャージポンプユニットを追加してチャージポンプ出力電流を増加させて、ループ帯域幅を増加することにより、ロック高速化の目的を達成する。この手法は、確かにロックのプロセスをある程度早めることができるが、本質的に問題を解決しておらず、すなわち、サイクルスリップ現象の発生及び初期出力周波数と所望の周波数とが近すぎることによる異常ロック状態の問題を解決していない。さらに、余分なチャージポンプユニットは、より大きな電流、及びより大きな電流ノイズを意味し、それによってシステム出力信号の位相ノイズを低減する。 FIGS. 1-3 show a conventional lock speed phase lock loop circuit to avoid cycle slip, which adds an extra charge pump unit at lock time to increase the charge pump output current and loop band. By increasing the width, the purpose of speeding up the lock is achieved. This technique can certainly speed up the locking process to some extent, but it does not essentially solve the problem: anomalies due to the occurrence of cycle slip phenomena and the initial output frequency being too close to the desired frequency. It does not solve the lock condition problem. In addition, the extra charge pump unit means greater current, and greater current noise, thereby reducing the phase noise of the system output signal.

図4は、本発明に係るサイクルスリップ回避の高速ロック位相ロックループ回路の構成概略図である。当該高速ロック位相ロックループ回路は、周波数弁別器(PFD)、チャージポンプ(CP)、ループフィルタ(LPF)、電圧制御発振器(VCO)、分周器(divider)に加えて、中間段回路(LOOP_CUT)をさらに追加したものである。前記周波数弁別器、チャージポンプ、中間段回路、ループフィルタ及び電圧制御発振器は、順に接続され、前記周波数弁別器の出力OP端は、チャージポンプの入力IP端に接続され、前記周波数弁別器の出力ON端は、チャージポンプの入力IN端に接続され、前記チャージポンプの出力端は、中間段回路の入力IN端に接続され、中間段回路の出力端は、ループフィルタの入力端に接続され、前記ループフィルタの出力端は、電圧制御発振器の入力端に接続され、前記電圧制御発振器の出力端は、分周器の入力端に接続され、前記分周器の出力端は、周波数弁別器の入力IN端に接続されてフィードバック経路を形成する。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a high-speed lock phase lock loop circuit for avoiding cycle slip according to the present invention. The high-speed lock phase lock loop circuit includes a frequency discriminator (PFD), a charge pump (CP), a loop filter (LPF), a voltage controlled oscillator (VCO), a divider (divider), and an intermediate stage circuit (LOOP_CUT). ) Is added. The frequency discriminator, the charge pump, the intermediate stage circuit, the loop filter and the voltage controlled oscillator are connected in order, the output OP end of the frequency discriminator is connected to the input IP end of the charge pump, and the output of the frequency discriminator is output. The ON end is connected to the input IN end of the charge pump, the output end of the charge pump is connected to the input IN end of the intermediate stage circuit, and the output end of the intermediate stage circuit is connected to the input end of the loop filter. The output end of the loop filter is connected to the input end of the voltage controlled oscillator, the output end of the voltage controlled oscillator is connected to the input end of the frequency divider, and the output end of the frequency divider is the frequency discriminator. It is connected to the input IN end to form a feedback path.

前記中間段回路には、電源、第1の分圧抵抗R1、第2の分圧抵抗R2、インバータ、第1のトランスファゲートT1、第2のトランスファゲートT2、カウンタCounter、及びNMOSスイッチM1が含まれる。前記第2のトランスファゲートT2の一方端は、チャージポンプの出力端に接続され、前記中間段回路の一方のポートは、インバータに接続され、前記インバータは、カウンタCounterの一方の入力端に接続され、前記カウンタCounterの出力端は、NMOSスイッチM1のゲートG端に接続され、前記NMOSスイッチM1のソースS端は、接地され、前記中間段回路の他方のポートは、カウンタCounterの他方の入力端に接続され、前記電源は、第1の分圧抵抗R1に接続され、第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2とは、直列に接続され、第2の分圧抵抗R2は、接地され、前記第1の分圧抵抗R1及び第2の分圧抵抗R2の出力端は、前記第1のトランスファゲートT1の一方端に接続され、前記第1のトランスファゲートT1の他方端、NMOSスイッチM1のドレインD端、及び第2のトランスファゲートT2の他方端は、前記ループフィルタの入力端に接続される。 The intermediate stage circuit includes a power supply, a first voltage dividing resistor R1, a second voltage dividing resistor R2, an inverter, a first transfer gate T1, a second transfer gate T2, a counter Counter, and an MIMO switch M1. Will be. One end of the second transfer gate T2 is connected to the output end of the charge pump, one port of the intermediate stage circuit is connected to an inverter, and the inverter is connected to one input end of a counter counter. The output end of the counter Counter is connected to the gate G end of the MIMO switch M1, the source S end of the MIMO switch M1 is grounded, and the other port of the intermediate stage circuit is the other input end of the counter Counter. The power supply is connected to the first voltage dividing resistor R1, the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 are connected in series, and the second voltage dividing resistor R2 is connected to the first voltage dividing resistor R1. , The output ends of the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 are connected to one end of the first transfer gate T1 and the other end of the first transfer gate T1. The drain D end of the MIMO switch M1 and the other end of the second transfer gate T2 are connected to the input end of the loop filter.

OPEN_LOOP制御信号は、前記中間段回路の一方のポートから入力され、前記インバータを経った後にOPEN_LOOP_N信号が得られる。前記OPEN_LOOP制御信号とOPEN_LOOP_N信号は、共同して第1のトランスファゲートT1と第2のトランスファゲートT2とのスイッチ及びカウンタCounterを制御する。制御信号OPEN_LOOPがハイレベルである場合に、前記第1のトランスファゲートT1が閉じ、第2のトランスファゲートT2が開き、このとき、前記フィードバック経路は、正常ロック状態にあり、前記チャージポンプとループフィルタは、第2のトランスファゲートT2を介して直接に接続され、チャージポンプは、ループフィルタを充放電してループフィルタの出力電圧信号を変化させ、前記ループフィルタは、電圧制御発振器の制御電圧である電圧信号Vcを出力する。 The OPEN_LOOP control signal is input from one port of the intermediate stage circuit, and the OPEN_LOOP_N signal is obtained after passing through the inverter. The OPEN_LOOP control signal and the OPEN_LOOP_N signal jointly control a switch and a counter Counter between the first transfer gate T1 and the second transfer gate T2. When the control signal OPEN_LOOP is at a high level, the first transfer gate T1 closes and the second transfer gate T2 opens, at which time the feedback path is in a normal locked state and the charge pump and loop filter. Is directly connected via the second transfer gate T2, the charge pump charges and discharges the loop filter to change the output voltage signal of the loop filter, and the loop filter is the control voltage of the voltage controlled oscillator. The voltage signal Vc is output.

OPEN_LOOPがローレベルである場合に、第1のトランスファゲートT1が開き、第2のトランスファゲートT2が閉じ、このとき、ループは、自動周波数キャリブレーション及びサイクルスリップ回避状態にあり、前記電源は、電圧信号VDDを第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2に伝送し、前記第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2は、VDD/2の電圧信号を出力し、同時にカウンタCounterの出力信号PLUSEがローレベルであり、すなわち、NMOSスイッチM1のゲートG電圧がローレベルであり、オフ状態にあり、前記第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2は、第1のトランスファゲートT1を介して前記ループフィルタに接続され、これによって、第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2は、トランスファゲートT1を介してループフィルタを円滑に充電することができ、前記ループフィルタは、電圧制御発振器の制御電圧である電圧信号Vc=VDD/2を出力する。 When OPEN_LOOP is low level, the first transfer gate T1 opens and the second transfer gate T2 closes, at which time the loop is in the automatic frequency calibration and cycle slip avoidance state and the power supply is voltage. The signal VDD is transmitted to the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2, and the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 output a voltage signal of VDD / 2. At the same time, the output signal PLUSE of the counter Counter is at low level, that is, the gate G voltage of the nanotube switch M1 is at low level and is in the off state, and the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 are in a low level. , The first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 are connected to the loop filter via the first transfer gate T1 so that the loop filter is smoothly charged via the transfer gate T1. The loop filter can output a voltage signal Vc = VDD / 2, which is the control voltage of the voltage control oscillator.

制御信号OPEN_LOOPがローレベルからハイレベルにホッピングすると、カウンタCounterが動作を開始し、同時に基準クロック信号CLK_REFが、中間段回路の他方のポートを介してカウンタCounterにそのクロック信号として入力され、このとき、カウンタCounterがカウントすると、カウンタCounterの出力信号PLUSEがハイレベルであり、NMOSスイッチM1がオンし、このとき、前記NMOSスイッチM1のドレイン端子Dは、ループフィルタに接続され、ループフィルタに対して放電操作を行い、前記ループフィルタの入力電圧信号LPF_INが0であり、すなわち、電圧制御発振器の制御電圧Vc=0である。 When the control signal OPEN_LOOP hops from low level to high level, the counter Counter starts operating, and at the same time, the reference clock signal CLK_REF is input to the counter Counter as its clock signal via the other port of the intermediate stage circuit. , When the counter Counter counts, the output signal PLUSE of the counter Counter is at a high level and the IGMP switch M1 is turned on. At this time, the drain terminal D of the Now's switch M1 is connected to the loop filter and with respect to the loop filter. The discharge operation is performed, and the input voltage signal LPF_IN of the loop filter is 0, that is, the control voltage Vc = 0 of the voltage control oscillator.

カウンタCounterがカウントを完了した後、その出力信号PLUSEが再びローレベルになり、NMOSスイッチM1がオフし、このとき、OPEN_LOOPがハイレベルであるため、第1のトランスファゲートT1が閉じ、第2のトランスファゲートT2が開き、チャージポンプとループフィルタは、第2のトランスファゲートT2を介して直接に接続され、チャージポンプは、ループフィルタを充放電してその出力電圧信号を変化させ、前記ループフィルタは、電圧制御発振器の制御電圧である電圧信号Vcを出力し、このとき、ループが正常ロックの状態に入る。 After the counter Counter completes counting, its output signal PLUSE goes low again and the EtOAc switch M1 turns off, at which time the first transfer gate T1 closes and the second because OPEN_LOOP is high level. The transfer gate T2 opens, the charge pump and the loop filter are directly connected via the second transfer gate T2, the charge pump charges and discharges the loop filter to change its output voltage signal, and the loop filter is , The voltage signal Vc, which is the control voltage of the voltage controlled oscillator, is output, and at this time, the loop enters the normal locked state.

前記高速ロック位相ロックループ回路の動作は、具体的に次のとおりである。ロック位相ロックループ回路が始動した後、制御信号OPEN_LOOPが最初にローレベルであり、ループが自動周波数キャリブレーションの状態にある。このとき、第2のトランスファゲートT2が閉じ、VCOをフィードバック経路から遮断する。OPEN_LOOP_Nがハイレベルであり、カウンタCounterが閉じ、ローレベルを出力して、NMOSスイッチM1が閉じられ、同時に第1のトランスファゲートT1が開き、第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2がVDD/2の電圧信号(注:R1=R2)を提供し、第1のトランスファゲートT1を介してループフィルタに伝達し、それを充電し、さらにそれが電圧信号である電圧制御発振器の制御電圧Vc=VDD/2を出力し、このとき、自動周波数キャリブレーションを行い、Vc=VDD/2の場合にVCOの出力周波数が所望の周波数に最も近くなるようにVCOのチューニング曲線を選択する。自動周波数キャリブレーションが完了した後、OPEN_LOOPがローレベルホッピングからハイレベルになり、第1のトランスファゲートT1が閉じ、第2のトランスファゲートT2が開き、フィードバック経路が再び連通し、同時にカウンタCounterが動作を開始し、基準クロック信号CLK_REFが、中間段回路の他方のポートを介してカウンタCounterにそのクロック信号として入力され、この間、カウンタCounterがハイレベルを出力して、NMOSスイッチM1がオンし、ループフィルタに対して放電操作を行い、ループフィルタの入力電圧信号が0であり、さらに、その出力電圧信号である電圧制御発振器の制御電圧Vc=0を制御してVCOの出力周波数を所望の周波数よりも低くし、これにより、フィードバッククロック周波数も基準クロック周波数よりも低くなる。カウンタCounterのカウント中、周波数弁別器は、基準クロック信号とフィードバッククロック信号を常に受信する。このように、最初に基準クロック信号の位相がフィードバッククロック信号よりも遅れている場合でも、この期間に調整することができ、LOOP CUTがVcを解放する際に、サイクルスリップの現象が発生しないことが保証される。カウンタCounterがカウントを完了した後、出力信号PLUSEが再びローレベルになり、NMOSスイッチM1がオフし、このとき、OPEN_LOOPがハイレベルであるため、第1のトランスファゲートT1が閉じ、第2のトランスファゲートT2が開き、チャージポンプとループフィルタは、第2のトランスファゲートT2を介して直接に接続され、チャージポンプがループフィルタを充放電してその出力電圧である電圧制御発振器の制御電圧Vcの大きさを変化させ、さらにその出力周波数を調整することで、ループが実際に正常ロックのリンクに入る。同時に、このとき、VCOの出力周波数が所望の周波数よりも小さく、すなわち、フィードバッククロック周波数が基準クロック周波数よりも低いため、2つのクロック信号周波数が近すぎることによる異常ロック状態が発生してロック時間が大幅に増加することはない。 The operation of the high-speed lock phase lock loop circuit is specifically as follows. Lock Phase After the lock loop circuit is started, the control signal OPEN_LOOP is initially low level and the loop is in the state of automatic frequency calibration. At this time, the second transfer gate T2 closes, blocking the VCO from the feedback path. OPEN_LOOP_N is high level, the counter Counter is closed, the low level is output, the nanotube switch M1 is closed, and at the same time, the first transfer gate T1 is opened, and the first voltage dividing resistance R1 and the second voltage dividing resistance are closed. R2 provides a voltage signal of VDD / 2 (Note: R1 = R2), which is transmitted to the loop filter via the first transfer gate T1 to charge it, and further, it is a voltage signal of the voltage controlled oscillator. The control voltage Vc = VDD / 2 is output, and at this time, automatic frequency calibration is performed, and when Vc = VDD / 2, the VCO tuning curve is selected so that the VCO output frequency is closest to the desired frequency. .. After the automatic frequency calibration is completed, OPEN_LOOP goes from low level hopping to high level, the first transfer gate T1 closes, the second transfer gate T2 opens, the feedback path communicates again, and the counter Counter operates at the same time. Is started, and the reference clock signal CLK_REF is input to the counter Counter as its clock signal via the other port of the intermediate stage circuit, during which time the counter Counter outputs a high level, the CICS switch M1 is turned on, and the loop is performed. A discharge operation is performed on the filter, the input voltage signal of the loop filter is 0, and the control voltage Vc = 0 of the voltage control oscillator, which is the output voltage signal, is controlled to reduce the output frequency of the VCO from the desired frequency. Also lower, which causes the feedback clock frequency to be lower than the reference clock frequency. During the counting of the counter Counter, the frequency discriminator always receives the reference clock signal and the feedback clock signal. In this way, even if the phase of the reference clock signal is initially delayed from the feedback clock signal, it can be adjusted during this period, and the cycle slip phenomenon does not occur when the LOOP CUT releases Vc. Is guaranteed. After the counter Counter completes the count, the output signal PLUSE goes low again and the EtOAc switch M1 turns off. At this time, since OPEN_LOOP is high level, the first transfer gate T1 is closed and the second transfer is performed. The gate T2 opens, the charge pump and the loop filter are directly connected via the second transfer gate T2, and the charge pump charges and discharges the loop filter, and the control voltage Vc of the voltage controlled oscillator, which is the output voltage thereof, is large. By changing the voltage and further adjusting its output frequency, the loop actually enters the normal lock link. At the same time, at this time, since the output frequency of the VCO is smaller than the desired frequency, that is, the feedback clock frequency is lower than the reference clock frequency, an abnormal lock state occurs due to the two clock signal frequencies being too close to each other, and the lock time occurs. Does not increase significantly.

図5は、VCOの一部のチューニング曲線であり、明らかなように、制御電圧Vcの増加につれてVCOの出力周波数も上がる。また、一般に自動周波数キャリブレーション時に、VDD/2をVcの固定値として用いることが多いため、本発明では、ループ始動時に、Vcを0にプルダウンすることで、VCO初期の出力周波数と所望の周波数とが近すぎることによる異常ロック状態の発生を回避する。 FIG. 5 is a tuning curve of a part of the VCO, and as is clear, the output frequency of the VCO increases as the control voltage Vc increases. Further, in general, VDD / 2 is often used as a fixed value of Vc at the time of automatic frequency calibration. Therefore, in the present invention, by pulling down Vc to 0 at the time of loop start, the output frequency at the initial VCO and the desired frequency are used. Avoid the occurrence of an abnormal lock state due to being too close to.

図6は、本発明に係るサイクルスリップを回避する高速ロック位相ロックループシステムの信号概略図である。最初の期間は、ループ自動周波数キャリブレーションのプロセスであり、このとき、Vc=VDD/2となる。その後、Vcが0にプルダウンされて、フィードバッククロック周波数が基準クロック周波数よりも低くなる。このとき、サイクルスリップ現象が発生して、基準クロックの位相がフィードバッククロックより遅れると、いくつかの基準クロックサイクルが経過した後、基準クロックの位相が再びフィードバッククロックを超え、そしてVcが解放され、ループは正常ロックのプロセスを行う。これにより、ループが実際に始動する時にサイクルスリップ現象が発生することを回避する。 FIG. 6 is a schematic signal diagram of a high-speed lock phase lock loop system that avoids cycle slip according to the present invention. The first period is the process of loop automatic frequency calibration, where Vc = VDD / 2. After that, Vc is pulled down to 0, and the feedback clock frequency becomes lower than the reference clock frequency. At this time, when the cycle slip phenomenon occurs and the phase of the reference clock lags behind the feedback clock, after some reference clock cycles have elapsed, the phase of the reference clock exceeds the feedback clock again, and Vc is released. The loop goes through the process of normal locking. This avoids the cycle slip phenomenon when the loop is actually started.

Claims (2)

サイクルスリップ回避の高速ロック位相ロックループ回路であって、周波数弁別器、チャージポンプ、中間段回路、ループフィルタ、電圧制御発振器、及び分周器を含み、
前記周波数弁別器の出力OP端は、チャージポンプの入力IP端に接続され、前記周波数弁別器の出力ON端は、チャージポンプの入力IN端に接続され、前記チャージポンプの出力端は、中間段回路の入力IN端に接続され、中間段回路の出力端は、ループフィルタの入力端に接続され、前記ループフィルタの出力端は、電圧制御発振器の入力端に接続され、前記電圧制御発振器の出力端は、分周器の入力端に接続され、前記分周器の出力端は、周波数弁別器の入力IN端に接続され、フィードバック経路が形成され、
前記中間段回路には、電源、第1の分圧抵抗R1、第2の分圧抵抗R2、インバータ、第1のトランスファゲートT1、第2のトランスファゲートT2、カウンタCounter、及びNMOSスイッチM1が含まれ、
前記第2のトランスファゲートT2の一方端は、チャージポンプの出力端に接続され、
前記中間段回路の一方のポートは、インバータに接続され、前記インバータは、カウンタCounterの一方の入力端に接続され、前記カウンタCounterの出力端は、NMOSスイッチM1のゲートG端に接続され、前記NMOSスイッチM1のソースS端は、接地され、
前記中間段回路の他方のポートは、カウンタCounterの他方の入力端に接続され、
前記電源は、第1の分圧抵抗R1に接続され、第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2とは、直列に接続され、第2の分圧抵抗R2は、接地され、
前記第1の分圧抵抗R1及び第2の分圧抵抗R2の出力端は、前記第1のトランスファゲートT1の一方端に接続され、
前記第1のトランスファゲートT1の他方端、NMOSスイッチM1のドレインD端、及び第2のトランスファゲートT2の他方端は、前記ループフィルタの入力端に接続される
ことを特徴とするサイクルスリップ回避の高速ロック位相ロックループ回路。
High speed lock phase lock loop circuit to avoid cycle slip, including frequency discriminator, charge pump, intermediate circuit, loop filter, voltage controlled oscillator, and frequency divider.
The output OP end of the frequency discriminator is connected to the input IP end of the charge pump, the output ON end of the frequency discriminator is connected to the input IN end of the charge pump, and the output end of the charge pump is an intermediate stage. It is connected to the input IN end of the circuit, the output end of the intermediate stage circuit is connected to the input end of the loop filter, the output end of the loop filter is connected to the input end of the voltage controlled oscillator, and the output of the voltage controlled oscillator. The end is connected to the input end of the frequency divider, the output end of the frequency divider is connected to the input IN end of the frequency discriminator, and a feedback path is formed.
The intermediate stage circuit includes a power supply, a first voltage dividing resistor R1, a second voltage dividing resistor R2, an inverter, a first transfer gate T1, a second transfer gate T2, a counter Counter, and an MIMO switch M1. Re,
One end of the second transfer gate T2 is connected to the output end of the charge pump.
One port of the intermediate stage circuit is connected to an inverter, the inverter is connected to one input end of the counter Counter, and the output end of the counter Counter is connected to the gate G end of the QoS switch M1. The source S end of the MIMO switch M1 is grounded and
The other port of the intermediate stage circuit is connected to the other input end of the counter Counter.
The power supply is connected to the first voltage dividing resistor R1, the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 are connected in series, and the second voltage dividing resistor R2 is grounded.
The output ends of the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 are connected to one end of the first transfer gate T1.
Cycle slip avoidance, characterized in that the other end of the first transfer gate T1, the drain D end of the NaCl switch M1 and the other end of the second transfer gate T2 are connected to the input end of the loop filter. Fast lock phase lock loop circuit.
OPEN_LOOP制御信号は、前記中間段回路の一方のポートから入力され、前記インバータを経った後にOPEN_LOOP_N信号が得られ、
前記OPEN_LOOP制御信号とOPEN_LOOP_N信号とは、共同して第1のトランスファゲートT1と第2のトランスファゲートT2とのスイッチ、及びカウンタCounterを制御し、
制御信号OPEN_LOOPがハイレベルである場合に、前記第1のトランスファゲートT1が閉じ、第2のトランスファゲートT2が開き、このとき、前記フィードバック経路は、正常ロック状態にあり、前記チャージポンプとループフィルタは、第2のトランスファゲートT2を介して直接に接続され、前記ループフィルタは、電圧制御発振器の制御電圧である電圧信号Vcを出力し、
OPEN_LOOPがローレベルである場合に、第1のトランスファゲートT1が開き、第2のトランスファゲートT2が閉じ、このとき、ループは、自動周波数キャリブレーション及びサイクルスリップ回避状態にあり、前記電源は、電圧信号VDDを第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2に伝送し、前記第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2は、VDD/2の電圧信号を出力し、同時にカウンタCounterの出力信号PLUSEがローレベルであり、すなわち、NMOSスイッチM1のゲートG電圧がローレベルであり、オフ状態にあり、前記第1の分圧抵抗R1と第2の分圧抵抗R2は、第1のトランスファゲートT1を介して前記ループフィルタに接続され、前記ループフィルタは、電圧制御発振器の制御電圧である電圧信号Vc=VDD/2を出力し、
制御信号OPEN_LOOPがローレベルからハイレベルにホッピングすると、カウンタCounterが動作を開始し、同時に基準クロック信号CLK_REFが、中間段回路の他方のポートを介してカウンタCounterにそのクロック信号として入力され、このとき、カウンタCounterがカウントすると、カウンタCounterの出力信号PLUSEがハイレベルであり、NMOSスイッチM1がオンし、このとき、前記NMOSスイッチM1のドレイン端子Dは、ループフィルタに接続され、前記ループフィルタの入力電圧信号LPF_INが0であり、すなわち、電圧制御発振器の制御電圧Vc=0であり、
カウンタCounterがカウントを完了した後、その出力信号PLUSEが再びローレベルになり、NMOSスイッチM1がオフし、このとき、第1のトランスファゲートT1が閉じ、第2のトランスファゲートT2が開き、チャージポンプとループフィルタは、第2のトランスファゲートT2を介して直接に接続され、前記ループフィルタは、電圧制御発振器の制御電圧である電圧信号Vcを出力する
ことを特徴とする請求項1に記載のサイクルスリップ回避の高速ロック位相ロックループ回路。
The OPEN_LOOP control signal is input from one port of the intermediate stage circuit, and after passing through the inverter, the OPEN_LOOP_N signal is obtained.
The OPEN_LOOP control signal and the OPEN_LOOP_N signal jointly control a switch between the first transfer gate T1 and the second transfer gate T2, and a counter Counter.
When the control signal OPEN_LOOP is at a high level, the first transfer gate T1 closes and the second transfer gate T2 opens, at which time the feedback path is in a normal locked state and the charge pump and loop filter. Is directly connected via the second transfer gate T2, and the loop filter outputs a voltage signal Vc which is a control voltage of a voltage controlled oscillator.
When OPEN_LOOP is low level, the first transfer gate T1 opens and the second transfer gate T2 closes, at which time the loop is in the automatic frequency calibration and cycle slip avoidance state and the power supply is voltage. The signal VDD is transmitted to the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2, and the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 output a voltage signal of VDD / 2. At the same time, the output signal PLUSE of the counter Counter is at low level, that is, the gate G voltage of the nanotube switch M1 is at low level and is in the off state, and the first voltage dividing resistor R1 and the second voltage dividing resistor R2 are in a low level. , Connected to the loop filter via the first transfer gate T1, the loop filter outputs a voltage signal Vc = VDD / 2, which is the control voltage of the voltage control oscillator.
When the control signal OPEN_LOOP hops from low level to high level, the counter Counter starts operating, and at the same time, the reference clock signal CLK_REF is input to the counter Counter as its clock signal via the other port of the intermediate stage circuit. , When the counter Counter counts, the output signal PLUSE of the counter Counter is at a high level and the Now an The voltage signal LPF_IN is 0, that is, the control voltage Vc = 0 of the voltage control oscillator.
After the counter Counter completes counting, its output signal PLUSE goes low again and the CICS switch M1 turns off, at which time the first transfer gate T1 closes, the second transfer gate T2 opens and the charge pump. The cycle according to claim 1, wherein the loop filter is directly connected via a second transfer gate T2, and the loop filter outputs a voltage signal Vc which is a control voltage of a voltage controlled oscillator. High-speed lock phase lock loop circuit to avoid slipping.
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