JP2973858B2 - 周波数分周回路 - Google Patents

周波数分周回路

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JP2973858B2 JP7053271A JP5327195A JP2973858B2 JP 2973858 B2 JP2973858 B2 JP 2973858B2 JP 7053271 A JP7053271 A JP 7053271A JP 5327195 A JP5327195 A JP 5327195A JP 2973858 B2 JP2973858 B2 JP 2973858B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数分周回路に関
し、特に高周波数帯域で使用されるコードレス電話、移
動体通信、TVチューナー等のPLL(Phase Locked L
oop)周波数シンセサイザーで用いられるプリスケーラ
及び2モジュラス・プリスケーラ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図3に従来の周波数分周回路の一例を示
す。図3を参照して、この周波数分周回路はプリスケー
ラの基本となる回路であり、入力された信号を1/2周
波数の信号に分周して出力する1/2分周回路である。
【0003】この1/2分周回路を次々と接続していく
ことにより、1/4、1/8、1/16等の周波数分周
回路(プリスケーラ回路)を作ることが出来る。
【0004】またPLL回路の2モジュラス・プリスケ
ーラも、図3の回路の組み合わせによって必要な分周数
(1/32,1/33,1/64,1/65等)を作る
ことが出来る。
【0005】図3を参照して、この周波数分周回路は基
本的にマルチプライヤ回路を2段接続したマスタースレ
ーブ方式のDタイプ・フリップフロップであり、1/2
分周動作を行う。すなわち、分周すべきクロック信号は
差動形態でプリスケーラ入力端子IN、INBに供給さ
れ、フリップフロップの出力及び反転出力はトランジス
タQ15、Q16のベース節点からトランジスタQ1、
Q2のベースにそれぞれ帰還入力され、プリスケーラ入
力端子IN、INBに入力されたクロック信号を1/2
分周した信号がトランジスタQ15、Q16のエミッタ
から取り出される。なお、図3の周波数分周回路はEC
L(Emitter Coupled Logic)で構成されている。
【0006】図3の周波数分周回路の動作特性、特に動
作周波数帯域を決定するものは、バイアス電流を設定す
る電流源回路(2−1)と、動作振幅を設定する振幅に
関する抵抗(R1〜R4)である。
【0007】また、出力段には、エミッタ・フォロワ回
路(1)を用いて負荷側の影響を極力小さくするように
構成されている。
【0008】図3には、電流源回路(2−1)のトラン
ジスタQ13、Q14のベース端子に接続されるVREG
端子をバンド・ギャップ・レギュレータ回路(バンドギ
ャップリファレンス回路)31の出力に接続した構成が
示されている。すなわち、電流源回路(2−1)は、入
力段の二つの差動トランジスタ対Q9、Q10、及びQ
11、Q12の共通接続されたエミッタにコレクタを接
続し、ベースをバンド・ギャップ・レギュレータ31の
出力VREGに共通接続したトランジスタQ13、Q14
と、トランジスタQ13、Q14のエミッタと接地間に
接続された抵抗R5、R6からなる。なお、バンド・ギ
ャップ・レギュレータ31は、ベース・エミッタ間電圧
BE依存型電圧源(温度係数が負)と熱電圧依存型電圧
源(温度係数が正)を合成して作り出される温度係数を
持たない定電圧源回路である。
【0009】バイアス電流IBIASは、VREG電位、トラ
ンジスタQ13、Q14のベース・エミッタ間電位
BE、及び抵抗R5、R6で決定される。
【0010】また、周波数分周回路の動作振幅は、バイ
アス電流IBIAS及び振幅に関する抵抗(R1〜R4)に
より決定される。
【0011】図3を参照して、バイアス電流IBIASは次
式(1)で与えられる。
【0012】 IBIAS=(VREG−VBE(Q13))/R5 …(1)
【0013】ここで、トランジスタQ13、Q14のベ
ース・エミッタ間電圧が等しく(VBE(Q13)
BE(Q14))、抵抗R5、R6の抵抗値が等しいものと
する(R5=R6)。
【0014】図3の回路の動作振幅VPPは次式(2)で
与えられる。
【0015】VPP=IBIAS×R1 …(2)
【0016】従って、振幅に関する抵抗R1〜R4の抵
抗値はVPP/IBIASにより決定される。
【0017】図3の周波数分周回路の動作周波数特性
は、図4及び図5に示すように、バイアス電流IBIAS
動作振幅VPPに相関関係を有する。
【0018】従来の周波数分周回路では、使用目的に応
じた周波数帯域の設定のために、適切なバイアス電流
と、動作振幅、従って振幅に関する抵抗(R1〜R4)
とを決めていた。すなわち、バイアス電流を設定する電
流源回路(2−1)は使用目的に応じて設定され、動作
振幅を設定する抵抗値も使用目的毎に固定値に設定して
いた。
【0019】図6は、周波数分周回路の代表的な動作周
波数対入力レベルの特性を示す図である。図中の入力レ
ベルが極小になる周波数をフリーラン周波数といい、プ
リスケーラ固有の自励発振周波数である。このフリーラ
ン周波数を中心に動作可能な入力レベルは次第に上昇
し、通常使用出来るのはフリーラン周波数の±30%程
度の範囲である。なお、図中入力レベルが大の特性曲線
Bにおいては、フリーラン周波数は存在せず、図6の周
波数帯域において動作しない。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】プリスケーラの用途は
多様であり、周波数毎に見れば、コードレス電話は40
0MHz帯、アナログセルラー電話は900MHz帯、
TVは60MHz〜1GHz帯と、用途毎に周波数帯域
が異なっている。
【0021】前述のごとく、周波数分周回路の動作周波
数対バイアス電流特性は、図4及び図5に示すとおりで
あり、従来の周波数分周回路は、この相関を利用して、
各用途別(各周波数帯域別)に適切なバイアス電流値及
び動作振幅を1種類定めていた。このために、各用途別
(各周波数帯域別)に応じたLSIを個別に用意するこ
とが必要とされていた。
【0022】同一のLSI上で周波数を切り換える方法
としては、各用途別(各周波数帯域別)の周波数分周回
路を幾つか設けておき、入力端子を換えるか、スイッチ
で切り換える方法が考えられるが、素子数が多くなるう
えチップ面積も大きくなり、コストも高くなってしまう
という欠点がある。
【0023】従って、本発明は、このような従来の周波
数分周回路の問題点を解消し、同一LSI上で、同一回
路、同電源電圧において周波数帯域を可変する周波数分
周回路を提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、外部データに基づき周波数分周回路の動
作振幅を、予め定められた複数の振幅値のうちのいずれ
か一つに選択的に可変させる手段を具備し、動作周波数
帯域が選択的に可変される、ことを特徴とする周波数分
周回路を提供する。
【0025】また、本発明は、外部データに基づき周波
数分周回路におけるバイアス電流の電流値を、予め定め
られた複数の電流値のうちのいずれか一つに選択的に可
変する手段を具備し、動作周波数帯域が選択的に可変さ
れる、ことを特徴とする周波数分周回路を提供する。
【0026】さらに、本発明は、予め定められた複数の
動作振幅のうちの一つ、及び予め定められた複数のバイ
アス電流値のうちの一つを選択し動作振幅とバイアス
電流値の組合せにより周波数分周回路の動作周波数帯域
選択的に可変される、ことを特徴とする周波数分周回
路を提供する。
【0027】本発明の周波数分周回路においては、好ま
しくは、一の半導体チップ上に一の回路で構成され、且
つ同一の電源電圧にて動作しながら、動作周波数帯域を
選択的に可変に設定するように構成されたことを特徴と
する。
【0028】本発明の周波数分周回路は、好ましくは、
前記周波数分周回路を構成するマスタスレーブ型のフリ
ップフロップが差動トランジスタ対を含み、前記マスタ
スレーブ型のフリップフロップを構成する差動トランジ
スタ対の電流源を構成するトランジスタのベースに出力
電圧を選択的に可変する電圧源の出力を接続し、前記フ
リップフロップの動作振幅を定める抵抗として抵抗値の
異なる複数種の抵抗を備え、制御信号に基づきスイッチ
素子のオン・オフを切替え前記複数種の抵抗のいずれか
一を選択することを特徴とする。
【0029】
【作用】本発明によれば、バイアス電流を複数可変させ
る構成、あるいは動作振幅を複数可変させる構成を備え
たことにより同一チップ、同一電源電圧においても、動
作周波数帯域を大幅に可変させることが出来る。
【0030】また、本発明によれば、バイアス電流と動
作振幅をそれぞれ組み合わせることが出来るため、動作
振幅のみを可変させ増大させた場合に比べ、回路の飽和
状態を回避する上で極めて有効である。
【0031】
【実施例】図面を参照して、本発明の実施例を以下に説
明する。
【0032】
【実施例1】図1は本発明の第1の実施例の回路図であ
る。図3の前記従来例において動作振幅を可変させるた
めの振幅に関係する抵抗R1〜R4が、本実施例では2
種類の値の抵抗(R1A〜R4A、R1B〜R4B)、
及びトランジスタ(Q1B〜Q4B)に置き換えられて
いる。
【0033】そして、本実施例においては、振幅に関係
する抵抗は、VA、VB端子に入力される制御信号によ
って抵抗R1A〜R4A、又は抵抗R1B〜R4B切り
換えられる。また、バイアス電流IBIASを可変させるた
めのプログラマブル・バンド・ギャップ・レギュレータ
11は出力電位が可変にプログラム可能なものとされ、
REG端子の電位(トランジスタQ13、Q14のベー
ス電位)を選択的に可変に設定される。
【0034】本実施例において、振幅を決める抵抗値を
可変することにより、動作振幅が可変される。図1を参
照して、VA=VCC(電源電位)、VB=GND(接
地電位)と設定すると、トランジスタQ1A〜Q4Aは
オン状態、またトランジスタQ1B〜Q4Bはオフ状態
となる。このため、周波数分周回路の振幅を決める抵抗
は、抵抗R1A〜R4Aの抵抗値に設定される。
【0035】同様に、VA=GND(接地電位)、VB
=VCC(電源電位)に設定すると、トランジスタQ1
A〜Q4Aはオフ状態、トランジスタQ1B〜Q4Bは
オン状態となり、振幅に関する抵抗はR1B〜R4Bの
抵抗値に設定される。
【0036】図5に示すように、動作振幅を小さくする
とフリーラン周波数は高くなり、動作振幅を大きくする
とフリーラン周波数は低くなる。すなわち、動作振幅を
可変することによって得られる効果は、フリーラン周波
数を可変に設定出来ることと等価である。
【0037】次に、本実施例において、VREG端子の電
位(トランジスタQ13とQ14のベース電位)を可変
することによってバイアス電流IBIASを可変させる。
【0038】 IBIAS=(VREG−VBE(Q13))/R5 …(3)
【0039】図4に示すように、バイアス電流を大きく
するとフリーラン周波数は高くなり、バイアス電流を小
さくするとフリーラン周波数は低くなる。すなわち、バ
イアス電流IBIASを可変することによって得られる効果
は、フリーラン周波数を可変に設定出来ることと等価で
ある。
【0040】さらに、バイアス電流IBIASと動作振幅V
PPを共に可変することによって、バイアス電流のみを可
変する場合又は動作振幅のみの可変する場合と比べて、
周波数帯域の可変幅を大きくすることが出来る。
【0041】特に、動作振幅のみを大きくすると回路が
飽和状態になるため、動作振幅とバイアス電流を両方可
変出来ることは、回路の飽和状態を回避する上で極めて
有効である。従って好ましい可変方法としては、動作振
幅を一定に保ち、かつバイアス電流を可変することが出
来る方法である。
【0042】上記方法での本実施例の動作について説明
する。
【0043】本実施例は、2つの周波数帯域を切り換え
られる回路になっており、プログラマブル・バンド・ギ
ャップ・レギュレータ11は2種類の基準電圧(VA
REG、VBREG)を発生する。この2種類の基準電圧がト
ランジスタQ13、Q14のベースに印加され、バイア
ス電流として、次式(4)、(5)で与えられる2種類
のバイアス電流値(IABIAS、IBBIAS)が選択的に設
定可能とされる。
【0044】 IABIAS=(VAreg−VBE(Q13))/R5 …(4)
【0045】 IBBIAS=(VBreg−VBE(Q13))/R5 …(5)
【0046】一方、周波数分周回路の動作振幅VPPは、
2種類のバイアス電流値に対して一定に保ちたいため、
振幅に関係する抵抗(R1A〜R4A、R1B〜R4
B)を切り換える必要がある。
【0047】例えばプログラマブル・バンド・ギャップ
・レギュレータ11の出力電位を切り換える制御信号と
連動させてVA、VB端子を制御し、次式(6)、
(7)で抵抗値が与えられる第1群の抵抗(R1A〜R
4A)と第2群の抵抗(R1B〜R4B)に切り換え
る。
【0048】 R1A〜R4A=VPP/IABIAS …(6)
【0049】 R1B〜R4B=VPP/IBBIAS …(7)
【0050】このため、同一回路において、同じ動作振
幅で2種類のバイアス電流値が設定出来る。
【0051】フリーラン周波数特性−電流値の関係は、
図4に示すような相関となっているため、本実施例は同
一動作振幅に対して2種類のバイアス電流値を設定する
ことができ、このため2種類の周波数帯域を切り換える
ことが出来る。
【0052】なお、本実施例においては、動作振幅を一
定としバイアス電流を可変するように設定したが、上記
のみに限定するものではなく、ある動作振幅VPPAに対
してバイアス電流IBIASA、別の動作振幅VPPBに対し
てバイアス電流IBIASBとしてもよく、あるいはVPPA
に対してIBIASB、VPPBに対してIBIASAの組み合わ
せとしてもよい。
【0053】
【実施例2】図2に本発明の第2の実施例を示す。本実
施例の基本的動作については前記第1の実施例と同様で
あるため説明を省略する。前記第1の実施例では、プロ
グラマブル・バンド・ギャップ・レギュレータ11の基
準電圧が2種類しか設けていなかったが、本実施例では
3種類、さらには4種類等と複数種類選択的に可変出来
るようにしておき、周波数分周回路の振幅に関係する抵
抗もこれに伴い、3種類、さらには4種類等と複数種類
選択的に可変出来るようにしたものである。このような
構成により、本実施例は前記第1の実施例よりもより細
かく周波数帯域を可変することが出来る。なお、図2で
は簡単のため振幅に関する抵抗は3種類の群(R1A〜
R4A、R1B〜R4B、R1C〜R4C)のみを示し
ている。
【0054】以上、本発明を上記各実施例に即して説明
したが、本発明は上記態様にのみ限定されるものでな
く、本発明の原理に準ずる各種態様を含む。例えば、本
発明においては上記実施例で説明したバイアス電流の可
変方法、動作振幅の可変方法は、本発明の実施例を具体
的に説明するためのものであり、本発明におけるバイア
ス電流可変、動作振幅の可変の仕方は上記方法に限定さ
れず、同等の機能を有する可変手段を含むことは勿論で
ある。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の周波数分
周回路によれば、バイアス電流を複数可変させる手段
と、動作振幅を複数可変させる手段を設けることによ
り、同一チップ、同一電源電圧においても、動作周波数
帯域を大幅に可変させることが出来るという効果を有す
る。
【0056】また、本発明によれば、バイアス電流と動
作振幅をそれぞれ組み合わせることが出来るため、動作
振幅のみを可変させ増大させた場合に比べ、回路の飽和
状態を回避するために極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の回路構成を示す図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施例の回路構成を示す図であ
る。
【図3】従来例の回路構成を示す図である。
【図4】周波数分周回路のフリーラン周波数−バイアス
電流−動作振幅の特性を示すグラフである。
【図5】周波数分周回路のフリーラン周波数−動作振幅
−バイアス電流の特性を示すグラフである。
【図6】周波数分周回路の入力レベル−周波数の特性を
示すグラフである。
【符号の説明】
VCC 電源端子 GND グランド端子 VA Aタィプ振幅に関する抵抗選択信号端子 VB Bタィプ振幅に関する抵抗選択信号端子 VC Cタィプ振幅に関する抵抗選択信号端子 IN プリスケーラ入力端子 INB プリスケーラ入力端子 Vreg レギュレータ電位 IBIAS バイアス電流 1 共通回路

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部データに基づき周波数分周回路の動作
    振幅を、予め定められた複数の振幅値のうちのいずれか
    一つに選択的に可変させる手段を具備し、動作周波数帯
    域が選択的に可変される、ことを特徴とする周波数分周
    回路。
  2. 【請求項2】外部データに基づき周波数分周回路におけ
    るバイアス電流の電流値を、予め定められた複数の電流
    値のうちのいずれか一つに選択的に可変する手段を具備
    、動作周波数帯域が選択的に可変される、ことを特徴
    とする周波数分周回路。
  3. 【請求項3】予め定められた複数の動作振幅のうちの一
    つ、及び予め定められた複数のバイアス電流値のうちの
    一つを選択し動作振幅とバイアス電流値の組合せによ
    り周波数分周回路の動作周波数帯域選択的に可変され
    、ことを特徴とする周波数分周回路。
  4. 【請求項4】一の半導体チップ上に一の回路で構成さ
    れ、且つ同一の電源電圧にて動作しながら、動作周波数
    帯域を選択的に可変に設定するように構成されたことを
    特徴とする請求項1乃至のいずれか一に記載の周波数
    分周回路。
  5. 【請求項5】請求項1乃至4のいずれか一に記載の周波
    数分周回路において、前記周波数分周回路を構成する
    スタスレーブ型のフリップフロップが差動トランジスタ
    対を含み、前記差動トランジスタ対の電流源を構成する
    トランジスタのベースに出力電圧を選択的に可変する電
    圧源の出力を接続し、 前記フリップフロップの動作振幅を定める抵抗として抵
    抗値の異なる複数種の抵抗を備え、制御信号に基づきス
    イッチ素子のオン・オフを切替え前記複数種の抵抗のい
    ずれか一を選択することを特徴とする周波数分周回路。
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