JP3006540B2 - PLL frequency synthesizer - Google Patents
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- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、PLL周波数シン
セサイザに関し、特に、位相引き込み時とロック時でチ
ャージポンプ回路のスイッチング特性を切り替えるPL
L周波数シンセサイザに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PLL frequency synthesizer, and more particularly, to a PLL that switches the switching characteristics of a charge pump circuit between a phase lock and a lock.
It relates to an L frequency synthesizer.
【0002】[0002]
【従来の技術】図5は、従来のPLL周波数シンセサイ
ザの一構成例を示す図である。2. Description of the Related Art FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a conventional PLL frequency synthesizer.
【0003】本従来例は図5に示すように、所定の周波
数を有する周波数信号foutを生成し、出力する電圧制
御発振器(以下、VCOと称する)105と、VCO1
05から出力された周波数信号foutを分周することに
より、シグナル信号fsigを生成し、出力するプログラ
マブル分周器101と、外部から入力されるリファレン
ス信号frefとプログラマブル分周器101から出力さ
れたシグナル信号fsigとの位相を比較することによ
り、その位相差信号を生成し、出力する位相比較器10
2と、位相比較器102から出力された位相差信号に応
じた電流を出力するチャージポンプ回路103と、チャ
ージポンプ回路103から出力された電流を積分すると
ともに雑音成分を除去して電圧に変換するループフィル
タ104とから構成されており、ループフィルタ104
において変換された電圧に基づいて、VCO105から
出力される周波数信号の周波数が制御されている。In this conventional example, as shown in FIG. 5, a voltage controlled oscillator (hereinafter, referred to as VCO) 105 for generating and outputting a frequency signal fout having a predetermined frequency, and a VCO 1
The frequency divider 105 generates a signal signal fsig by dividing the frequency signal fout output from the programmable frequency divider 105, and outputs a reference signal fref input from the outside and a signal output from the programmable frequency divider 101. The phase comparator 10 generates a phase difference signal by comparing the phase with the signal fsig and outputs the signal.
2, a charge pump circuit 103 that outputs a current corresponding to the phase difference signal output from the phase comparator 102, and integrates the current output from the charge pump circuit 103 and removes noise components to convert the voltage into a voltage. And a loop filter 104.
The frequency of the frequency signal output from the VCO 105 is controlled based on the voltage converted in.
【0004】また、チャージポンプ回路103は、出力
Aに電流を流し込む定電流源131と、出力Aから電流
を引き抜く定電流源132と、位相比較器102のUP
出力端子にゲートが接続されたスイッチングトランジス
タ130と、位相比較器102のDOWN出力端子にゲ
ートが接続されたスイッチングトランジスタ133とか
ら構成されている。The charge pump circuit 103 includes a constant current source 131 for supplying a current to the output A, a constant current source 132 for extracting a current from the output A, and an UP of the phase comparator 102.
The switching transistor 130 includes a switching transistor 130 having a gate connected to the output terminal, and a switching transistor 133 having a gate connected to the DOWN output terminal of the phase comparator 102.
【0005】このようにPLLループを構成することに
よって、 fout=fref×N となる任意の周波数信号を、分周数Nを設定することで
得ることができる。By configuring the PLL loop in this way, an arbitrary frequency signal satisfying fout = fref × N can be obtained by setting the frequency division number N.
【0006】以下に、上記のように構成されたPLL周
波数シンセサイザにおける位相比較器102及びチャー
ジポンプ回路103の動作について説明する。The operation of the phase comparator 102 and the charge pump circuit 103 in the PLL frequency synthesizer configured as described above will be described below.
【0007】図6は、図5に示した位相比較器102及
びチャージポンプ回路103の動作を説明するためのタ
イミングチャートである。FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of the phase comparator 102 and the charge pump circuit 103 shown in FIG.
【0008】図6に示すように、位相比較器102のU
P出力端子及びDOWN出力端子に“L”レベル信号が
出力されている場合、スイッチングトランジスタ130
がON状態となるとともに、スイッチングトランジスタ
133がOFF状態となり、出力Aには定電流源132
で定められる定電流Ipが流れ込む(Ip(source))。[0008] As shown in FIG.
When an “L” level signal is output to the P output terminal and the DOWN output terminal, the switching transistor 130
Is turned on, the switching transistor 133 is turned off, and the output A is supplied to the constant current source 132.
(Ip (source)).
【0009】また、位相比較器102のUP出力端子及
びDOWN出力端子に“H”レベル信号が出力されてい
る場合、スイッチングトランジスタ130がOFF状態
となるとともに、スイッチングトランジスタ133がO
N状態となり、出力Aから、定電流源133で定められ
る定電流Ipが引き抜かれる(Ip(sink))。When an "H" level signal is output to the UP output terminal and the DOWN output terminal of the phase comparator 102, the switching transistor 130 is turned off and the switching transistor 133 is turned off.
In the N state, the constant current Ip determined by the constant current source 133 is extracted from the output A (Ip (sink)).
【0010】また、位相比較器102のUP出力端子に
“H”レベル信号が、DOWN出力端子に“L”レベル
信号がそれぞれ出力されている場合、スイッチングトラ
ンジスタ130及びスイッチングトランジスタ133が
共にOFF状態となるため、出力Aにおいて、電流の流
れ込みも引き抜きも行われない。When the "H" level signal is output to the UP output terminal of the phase comparator 102 and the "L" level signal is output to the DOWN output terminal, both the switching transistor 130 and the switching transistor 133 are turned off. Therefore, at the output A, neither current flowing nor extracting is performed.
【0011】また、位相比較器102のUP出力端子に
“L”レベル信号が、DOWN出力端子に“H”レベル
信号がそれぞれ出力されている場合、スイッチングトラ
ンジスタ130及びスイッチングトランジスタ133が
共にON状態となるため、Ip(source)=Ip(sink)であ
れば、出力Aからは、電流が出力されない。When the "L" level signal is output to the UP output terminal of the phase comparator 102 and the "H" level signal is output to the DOWN output terminal, both the switching transistor 130 and the switching transistor 133 are turned on. Therefore, if Ip (source) = Ip (sink), no current is output from the output A.
【0012】一般に、無線通信に用いられるPLL周波
数シンセサイザにおいては、高いC/Nが求められるた
め、位相比較器にリセット信号遅延回路やアンチ・バッ
クラッシュ回路を設け(「PLL周波数シンセサイザ・
回路設計法」小沢利行著1994年7月10日総合電子
出版社発行P135,136参照)、不感帯が生じるこ
とを回避している。In general, a PLL frequency synthesizer used for wireless communication requires a high C / N. Therefore, a reset signal delay circuit and an anti-backlash circuit are provided in a phase comparator (refer to “PLL frequency synthesizer.
Circuit Design Method, by Toshiyuki Ozawa, published on July 10, 1994 by Sogo Denshi Publishing Co., Ltd., p. 135, 136).
【0013】しかしながら、遅延回路等を設けることに
よって、位相差が存在する場合においても誤差信号が出
力されなくなることはなくなるが、シグナル信号とリフ
ァレンス信号とが完全に同相で入力された場合において
も、位相比較器102のUP出力信号(スイッチングト
ランジスタ130をON)とDOWN出力信号(スイッ
チングトランジスタ133をON)とが出力される状態
が生じてしまう。However, the provision of the delay circuit and the like prevents the error signal from being output even when there is a phase difference. However, even when the signal signal and the reference signal are completely input in the same phase, A state occurs in which the UP output signal of the phase comparator 102 (the switching transistor 130 is turned on) and the DOWN output signal (the switching transistor 133 is turned on) are output.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
PLL周波数シンセサイザにおいては、高いC/Nを実
現するために位相比較器に不感帯回避のための遅延回路
を設けるなどの工夫がなされている。As described above, in the conventional PLL frequency synthesizer, in order to realize a high C / N ratio, the phase comparator is provided with a delay circuit for avoiding a dead zone. .
【0015】しかし、この位相比較器にて生成される位
相差信号が原因で、逆に、チャージポンプ回路のスイッ
チング動作によって、出力に電流揺らぎが生じ、C/N
が劣化したり、リファレンスリークが大きくなる等の問
題が生じてしまう。However, due to the phase difference signal generated by the phase comparator, the switching operation of the charge pump circuit causes a current fluctuation in the output, and the C / N
Are deteriorated, and the reference leak is increased.
【0016】ここで、C/Nが高く、リファレンスリー
クが小さな条件は、下式によって与えられる。The condition where the C / N is high and the reference leak is small is given by the following equation.
【0017】[0017]
【数1】 (Equation 1)
【0018】そのため、チャージポンプ回路内のスイッ
チングトランジスタにおいては、ゲート・拡散層結合容
量をできるだけ小さくし、それにより、高速なスイッチ
ング動作及びスイッチングノイズの低減(定電流源がス
イッチング動作の影響を受けない)を図る必要がある。Therefore, in the switching transistor in the charge pump circuit, the gate / diffusion layer coupling capacitance is made as small as possible, thereby reducing the high-speed switching operation and the switching noise (the constant current source is not affected by the switching operation). ).
【0019】ところが、スイッチングトランジスタの大
きさを小さくすると、オン抵抗が大きくなり、スイッチ
ングトランジスタにおける電圧降下が大きくなるため、
図5中A点にて取り得ることが可能な電圧範囲であるチ
ャージポンプ回路の出力可変電圧範囲(チャージポンプ
出力電流Ipを一定値でとれる出力電圧範囲)が狭くな
ってしまい、特に、VCOの中心周波数(VCO制御電
圧=VCC/2における発振周波数)から、離れている
HIGHチャンネル(以下、Hchと称する)(VCO
の出力周波数が高いチャンネル=VCO制御電圧が高い
チャンネル)あるいはLOWチャンネル(以下、Lch
と称する)(VCOの出力周波数が低いチャンネル=V
CO制御電圧が低いチャンネル)へのセットリングタイ
ムが遅くなってしまうといった問題が生じてしまう。[0019] However, reducing the size of the switching transistor, the on-resistance is large Ri Na, switch
Voltage drop in the switching transistor increases,
The variable output voltage range of the charge pump circuit (the output voltage range in which the charge pump output current Ip can be obtained at a constant value), which is the voltage range that can be obtained at point A in FIG. In particular, a HIGH channel (hereinafter, referred to as Hch) (HCO) (VCO) that is separated from the center frequency of the VCO (VCO control voltage = oscillation frequency at VCC / 2)
Channel with high output frequency = channel with high VCO control voltage) or LOW channel (hereinafter, Lch
(Referred to as channel with low output frequency of VCO = V
This causes a problem that the settling time to the channel having a low CO control voltage becomes long.
【0020】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、全てのチャ
ンネル周波数においてセットリングタイムを遅くするこ
となく、C/Nが高く、かつ、リファレンスリークの少
ないスペクトル特性を実現できる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 in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has a high C / N ratio without delaying the settling time at all channel frequencies. An object of the present invention is to provide a PLL frequency synthesizer that can realize a spectral characteristic with little reference leak.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、所定の周波数を有する周波数信号を生成
し、出力する電圧制御発振器と、該電圧制御発振器から
出力された周波数信号を分周するプログラマブル分周器
と、外部から入力されるリファレンス信号と前記プログ
ラマブル分周器にて分周された周波数信号との位相を比
較し、比較結果を位相差信号として出力する位相比較器
と、出力電流を決定する定電流源と、該定電流源に対す
る電源ラインに設けられた複数のスイッチング素子とを
具備し、前記位相比較器から出力された位相差信号に応
じて前記スイッチング素子がオン/オフすることにより
前記定電流源で定められた電流を出力するチャージポン
プ回路と、該チャージポンプ回路から出力された電流を
積分するとともに雑音成分を除去して電圧に変換するル
ープフィルタとを有し、該ループフィルタにおいて変換
された電圧に基づいて、前記電圧制御発振器から出力さ
れる周波数信号の周波数が制御されるPLL周波数シン
セサイザにおいて、前記チャージポンプ回路は、大きさ
が大きくオン抵抗が小さな第1のトランジスタと、該第
1のトランジスタと並列に接続され、ゲート・拡散層容
量を小さくしてスイッチングノイズが抑えられた第2の
トランジスタとを前記スイッチング素子として有し、出
力可変電圧範囲が可変であり、位相引き込み時は前記第
1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタにより出
力電流を制御し、位相引き込み完了後は前記第1のトラ
ンジスタの動作を停止させ、前記第2のトランジスタの
みにより出力電流を制御し、前記スイッチング素子は、
スイッチング特性が可変であることを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a voltage controlled oscillator that generates and outputs a frequency signal having a predetermined frequency, and separates the frequency signal output from the voltage controlled oscillator. A programmable frequency divider, a phase comparator that compares the phases of a reference signal input from the outside and a frequency signal divided by the programmable frequency divider, and outputs a comparison result as a phase difference signal; A constant current source for determining an output current;
A plurality of switching elements provided on a power supply line, and the switching elements are turned on / off according to a phase difference signal output from the phase comparator.
A charge pump circuit that outputs a current determined by the constant current source ; and a loop filter that integrates the current output from the charge pump circuit and removes a noise component to convert the voltage into a voltage. In the PLL frequency synthesizer in which the frequency of the frequency signal output from the voltage controlled oscillator is controlled based on the voltage converted in the above, the charge pump circuit includes a first transistor having a large size and a small on-resistance; A second transistor connected in parallel with the first transistor and having reduced gate / diffusion layer capacitance and reduced switching noise as the switching element; At the time, the output current is controlled by the first transistor and the second transistor, After phase pull-completion stops the operation of said first transistor, controlled only by the output current the second transistor, the switching element,
The switching characteristic is variable.
【0022】[0022]
【0023】[0023]
【0024】また、外部から入力されるリファレンス信
号をカウントし、カウント値に基づいた信号を出力する
プログラマブルカウンタを有し、該プログラマブルカウ
ンタから出力される信号に基づいて、前記スイッチング
素子のスイッチ制御が行われることを特徴とすることを
特徴とする。[0024] Further, there is provided a programmable counter for counting a reference signal inputted from the outside and outputting a signal based on the count value, and the switch control of the switching element is performed based on the signal output from the programmable counter. It is characterized by being performed.
【0025】(作用)上記のように構成された本発明に
おいては、チャージポンプ回路が、位相引き込み時は出
力可変電圧範囲が広くなり、位相引き込み完了後は発生
するスイッチングノイズを抑えるように動作するので、
全ての設定チャンネル周波数で安定なセットリングタイ
ムを維持しつつ、C/N特性及びリファレンスリーク特
性の向上が図られる。(Operation) In the present invention configured as described above, the charge pump circuit operates so that the output variable voltage range becomes wide at the time of phase pull-in and the switching noise generated after the phase pull-in is completed. So
The C / N characteristic and the reference leak characteristic are improved while maintaining a stable settling time at all set channel frequencies.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0027】図1は、本発明の周波数PLLシンセサイ
ザの実施の一形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a frequency PLL synthesizer according to the present invention.
【0028】本形態は図1に示すように、所定の周波数
を有する周波数信号foutを生成し、出力する電圧制御
発振器(以下、VCOと称する)5と、VCO5から出
力された周波数信号foutを分周することにより、シグ
ナル信号fsigを生成し、出力するプログラマブル分周
器1と、外部から入力されるリファレンス信号frefと
プログラマブル分周器1から出力されたシグナル信号f
sigとの位相を比較することにより、その位相差信号を
生成し、出力する位相比較器2と、位相比較器2から出
力された位相差信号に応じた電流を出力するチャージポ
ンプ回路3と、チャージポンプ回路3から出力された電
流を積分するとともに雑音成分を除去して電圧に変換す
るループフィルタ4と、外部から入力されるリファレン
ス信号frefをカウントし、カウント値に基づいた信号
を出力するプログラマブルカウンタ6とから構成されて
おり、ループフィルタ4において変換された電圧に基づ
いて、VCO5から出力される周波数信号の周波数が制
御され、また、プログラマブルカウンタ6から出力され
た信号は、位相比較器2から出力された位相差信号とと
もにチャージポンプ回路3に入力されている。In this embodiment, as shown in FIG. 1, a voltage-controlled oscillator (hereinafter referred to as VCO) 5 for generating and outputting a frequency signal fout having a predetermined frequency and a frequency signal fout output from the VCO 5 are separated. The frequency divider generates and outputs a signal signal fsig, a reference signal fref input from the outside, and a signal signal f output from the programmable frequency divider 1.
a phase comparator 2 that generates and outputs a phase difference signal by comparing the phase with the sig, and a charge pump circuit 3 that outputs a current corresponding to the phase difference signal output from the phase comparator 2. A loop filter 4 that integrates the current output from the charge pump circuit 3 and removes noise components to convert it into a voltage; and a programmable filter that counts an externally input reference signal fref and outputs a signal based on the count value. And a counter 6. The frequency of the frequency signal output from the VCO 5 is controlled based on the voltage converted by the loop filter 4. The signal output from the programmable counter 6 is Are input to the charge pump circuit 3 together with the phase difference signal output from.
【0029】なお、チャージポンプ回路3は、出力Aに
電流を流し込む定電流源31と、出力Aから電流を引き
抜く定電流源32と、位相比較器2の出力端子UPaに
ゲートが接続されたスイッチングトランジスタ30a
と、位相比較器2の出力端子UPaに入力端子が接続さ
れたインバータ20と、プログラマブルカウンタ6から
出力された信号とインバータ20から出力された信号と
が入力され、両者の論理積を反転させた信号を出力する
NANDゲート21と、位相比較器2の出力端子DOW
Naから出力された信号とプログラマブルカウンタ6か
ら出力された信号とが入力され、両者の論理積を出力す
るANDゲート22と、位相比較器2の出力端子DOW
Naにゲートが接続されたスイッチングトランジスタ3
3aと、スイッチングトランジスタ30aと並列に接続
され、NANDゲート21の出力端子UPbにゲートが
接続されたスイッチングトランジスタ30bと、スイッ
チングトランジスタ33aと並列に接続され、ANDゲ
ート22の出力端子DOWNbにゲートが接続されたス
イッチングトランジスタ33bとから構成されている。
なお、第1のトランジスタとなるスイッチングトランジ
スタ30b,33bは、ゲートサイズ(W(ゲート幅)
/L(ゲート長))が大きく、かつ、オン抵抗が小さな
ものであり、また、第2のトランジスタとなるスイッチ
ングトランジスタ30a,33aは、ゲート・拡散層結
合容量が小さく、高速スイッチング動作及び低スイッチ
ングノイズを実現できるものである。また、スイッチン
グトランジスタ30b,33bにおいては、スイッチン
グトランジスタ30b,33bのオン抵抗(サイズ)に
よってチャージポンプ回路3の出力可変電圧範囲が決定
されることを考慮して設計する必要があり、また、スイ
ッチングトランジスタ30a,33aにおいては、チャ
ージポンプ回路3の出力使用電圧範囲で定電流源31,
32で定まる出力電流Ipを流すことができる最小サイ
ズに設計するよう留意する必要がある。The charge pump circuit 3 includes a constant current source 31 for supplying a current to the output A, a constant current source 32 for extracting a current from the output A, and a switching device having a gate connected to the output terminal UPa of the phase comparator 2. Transistor 30a
And an inverter 20 having an input terminal connected to the output terminal UPa of the phase comparator 2, and a signal output from the programmable counter 6 and a signal output from the inverter 20, and the logical product of both signals is inverted. A NAND gate 21 for outputting a signal and an output terminal DOW of the phase comparator 2
A signal output from the Na and a signal output from the programmable counter 6 are input, and an AND gate 22 that outputs a logical product of the signals, and an output terminal DOW of the phase comparator 2
Switching transistor 3 whose gate is connected to Na
3a, a switching transistor 30b connected in parallel with the switching transistor 30a and having a gate connected to the output terminal UPb of the NAND gate 21, and a switching transistor 33a connected in parallel with the switching transistor 33a and a gate connected to the output terminal DOWNb of the AND gate 22. And a switching transistor 33b.
The switching transistors 30b and 33b serving as the first transistors have a gate size (W (gate width)).
/ L (gate length)), the on-resistance is small, and the switching transistors 30a and 33a, which are the second transistors, have a small gate-diffusion layer coupling capacitance, and have high-speed switching operation and low switching. Noise can be realized. The switching transistors 30b and 33b need to be designed in consideration of the fact that the output variable voltage range of the charge pump circuit 3 is determined by the on-resistance (size) of the switching transistors 30b and 33b. At 30a and 33a, the constant current sources 31,
Care must be taken to design the minimum size that allows the output current Ip determined by 32 to flow.
【0030】ここで、プログラマブルカウンタ6におい
ては、外部から入力されるリファレンス信号frefがカ
ウントされ、そのカウント値が予め設定されたカウント
値になるまで“H”レベル信号が出力され、カウント値
が予め設定されたカウント値となると“L”レベル信号
が出力される。なお、プログラマブルカウンタ6におい
て予め設定されるカウント値は、カウント時間(fref
をカウントする回数)が位相引き込み動作が完了する時
間とほぼ一致するような値とする。Here, the programmable counter 6 counts the reference signal fref input from the outside, and outputs an "H" level signal until the count value reaches a preset count value. When the count value reaches the set value, an “L” level signal is output. The preset count value of the programmable counter 6 is equal to the count time (fref
(The number of times of counting) is almost equal to the time when the phase pull-in operation is completed.
【0031】以下に、上記のように構成されたPLL周
波数シンセサイザにおけるチャージポンプ回路3の制御
について説明する。Hereinafter, control of the charge pump circuit 3 in the PLL frequency synthesizer configured as described above will be described.
【0032】まず、位相引き込み時においては、プログ
ラマブルカウンタ6におけるカウント値が、予め設定さ
れたカウント値まで達していないため、プログラマブル
カウンタ6からは“H”レベル信号が出力されている。
そのため、位相比較器2の出力端子UPaに出力されて
いる信号とNANDゲート21の出力端子UPbに出力
されている信号との論理、及び位相比較器2の出力端子
DOWNaに出力されている信号とANDゲート22の
出力端子DOWNbに出力されている信号との論理はそ
れぞれ一致している。First, at the time of phase pull-in, since the count value of the programmable counter 6 has not reached the preset count value, the programmable counter 6 outputs an "H" level signal.
Therefore, the logic of the signal output to the output terminal UPa of the phase comparator 2 and the signal output to the output terminal UPb of the NAND gate 21 and the signal output to the output terminal DOWNNa of the phase comparator 2 The logic of the signal output to the output terminal DOWNb of the AND gate 22 matches the logic of the signal output to the output terminal DOWNb.
【0033】位相比較器2の出力端子UPaに出力され
ている信号によってスイッチングトランジスタ30aが
制御され、また、NANDゲート21の出力端子UPb
に出力されている信号によってスイッチングトランジス
タ30bが制御され、定電流源31で定まる電流Ip(so
urce)の出力Aへの流し込みが決定される。このとき、
位相比較器2の出力端子UPaに出力されている信号、
すなわちスイッチングトランジスタ30aのゲートに印
加される信号と、NANDゲート21の出力端子UPb
に出力されている信号、すなわちスイッチングトランジ
スタ30bのゲートに印加される信号の論理は互いに一
致しているため、スイッチングトランジスタ30a,3
0bは同時にON状態あるいはOFF状態となる。The switching transistor 30a is controlled by the signal output to the output terminal UPa of the phase comparator 2, and the output terminal UPb of the NAND gate 21
The switching transistor 30b is controlled by the signal output to the constant current source 31 and the current Ip (so
urce) to the output A is determined. At this time,
A signal output to the output terminal UPa of the phase comparator 2,
That is, the signal applied to the gate of the switching transistor 30a and the output terminal UPb of the NAND gate 21
, Ie, the logic of the signal applied to the gate of the switching transistor 30b matches each other, the switching transistors 30a, 3
0b is simultaneously turned ON or OFF.
【0034】また、位相比較器2の出力端子DOWNa
に出力されている信号によってスイッチングトランジス
タ33aが制御され、また、ANDゲート22の出力端
子DOWNbに出力されている信号によってスイッチン
グトランジスタ33bが制御され、定電流源32で定ま
る電流Ip(sink)の出力Aからの引き抜きが決定され
る。このとき、位相比較器2の出力端子DOWNaに出
力されている信号、すなわちスイッチングトランジスタ
33aのゲートに印加される信号と、ANDゲート22
の出力端子DOWNbに出力されている信号、すなわち
スイッチングトランジスタ33bのゲートに印加される
信号の論理も互いに一致しているため、スイッチングト
ランジスタ33a,33bは同時にON状態あるいはO
FF状態となる。ここで、スイッチングトランジスタ3
0aのオン抵抗をRa、スイッチングトランジスタ30
bのオン抵抗をRbとすると、2つのトランジスタがO
N状態である場合におけるオン抵抗は、(Ra×Rb)
/(Ra+Rb)で決まる合成抵抗となり、Ra>Rb
であれば、スイッチングトランジスタ30bがON状態
である間(位相引き込み動作中)はオン抵抗が小さくな
る。 The output terminal DOWNa of the phase comparator 2
The output of the current Ip (sink) determined by the constant current source 32 is controlled by the switching transistor 33a controlled by the signal output to the output terminal DOWNb of the AND gate 22. A withdrawal from A is determined. At this time, the signal output to the output terminal DOWNa of the phase comparator 2, that is, the signal applied to the gate of the switching transistor 33a and the AND gate 22
Of the signal output to the output terminal DOWNb, that is, the signal applied to the gate of the switching transistor 33b also coincides with each other.
The state becomes the FF state. Here, the switching transistor 3
0a is the on-resistance of the switching transistor 30
Assuming that the on-resistance of Rb is Rb, two transistors
The ON resistance in the N state is (Ra × Rb)
/ (Ra + Rb), and the resultant resistance is Ra> Rb
, The switching transistor 30b is in the ON state
(During the phase pull-in operation)
You.
【0035】上記のような構成とすることにより、PL
L周波数シンセサイザにおける位相引き込み動作中は、
チャージポンプ回路のスイッチングトランジスタ30
b,33bのオン抵抗が小さくなり、スイッチングトラ
ンジスタで発生する電圧降下が小さくなり、それによ
り、図1中A点にて取り得ることが可能な電圧範囲であ
る出力可変電圧範囲が広くなる。そのため、VCO5か
ら出力される周波数信号の周波数をどのチャンネル周波
数(発振周波数)に設定しても、オーバーダンピングを
起こさずに安定したスピード(セットリングタイム)で
位相引き込み動作を実現することができる。With the above configuration, the PL
During the phase pull-in operation in the L frequency synthesizer,
Switching transistor 30 of charge pump circuit
b, 33b have low on-resistance, and the switching
As a result, the voltage drop generated in the transistor is reduced, and the voltage range that can be taken at point A in FIG.
Variable output voltage range becomes wide that. Therefore, even if the frequency of the frequency signal output from the VCO 5 is set to any channel frequency (oscillation frequency), the phase pull-in operation can be realized at a stable speed (settling time) without causing overdamping.
【0036】その後、位相引き込みがほぼ完了すると、
プログラマブルカウンタ6におけるカウント値が、予め
設定された値に達し、プログラマブルカウンタ6から
“L”レベル信号が出力される。Thereafter, when the phase pull-in is almost completed,
The count value of the programmable counter 6 reaches a preset value, and the programmable counter 6 outputs an “L” level signal.
【0037】すると、NANDゲート21の出力端子U
Pbが“H”レベルとなり、それにより、スイッチング
トランジスタ30bのスイッチング動作が停止される。Then, the output terminal U of the NAND gate 21
Pb becomes “H” level, whereby the switching operation of the switching transistor 30b is stopped.
【0038】また、ANDゲート22の出力端子DOW
Nbが“L”レベルとなり、それにより、スイッチング
トランジスタ33bのスイッチング動作が停止される。The output terminal DOW of the AND gate 22
Nb goes to the “L” level, whereby the switching operation of the switching transistor 33b is stopped.
【0039】つまり、位相比較器2の出力端子UPaに
出力されている信号によって、ゲート・拡散層結合容量
が小さなスイッチングトランジスタ30aのみが制御さ
れ、定電流源31で定まる電流Ip(source)の出力Aへ
の流し込みが決定されるとともに、位相比較器2の出力
端子DOWNbに出力されている信号によって、ゲート
・拡散層結合容量が小さなスイッチングトランジスタ3
3aのみが制御され、定電流源32で定まる電流Ip(si
nk)の出力Aからの引き抜きが決定される。That is, only the switching transistor 30 a having a small gate-diffusion layer coupling capacitance is controlled by the signal output to the output terminal UPa of the phase comparator 2, and the output of the current Ip (source) determined by the constant current source 31 is controlled. A is determined, and the signal output to the output terminal DOWNb of the phase comparator 2 causes the switching transistor 3 having a small gate-diffusion layer coupling capacitance to be output.
3a is controlled, and the current Ip (si
nk) from output A is determined.
【0040】このような構成とすることにより、PLL
周波数シンセサイザにおける位相引き込み動作がほば完
了すると、位相引き込み時に使用した、オン抵抗の小さ
なスイッチングトランジスタ30b,33bがOFF状
態に設定され、チャージポンプ回路3のスイッチング動
作である電流流し込み(Ip(source))と電流引き抜き
(Ip(sink))とが、ゲート・拡散層結合容量が小さな
スイッチングトランジスタ30a,33aのみで決定さ
れるため、高速かつ少ないスイッチングノイズでスイッ
チング制御が可能となり、それにより、スイッチング動
作が原因で発生する出力電圧の揺らぎを抑え、VCO発
振周波数の揺らぎ(出力電圧の揺らぎと正比例)や、リ
ファレンスリークを減少させることができる。なお、プ
ログラマブルカウンタ6のカウント値には、チャージポ
ンプ回路3のスイッチングトランジスタ切り替え動作
が、セットリングタイムに影響を与えないような最適値
を設定する。With such a configuration, the PLL
When the phase pull-in operation of the frequency synthesizer is almost completed, the switching transistors 30b and 33b having a small on-resistance used during the phase pull-in are set to the OFF state, and the current flowing (Ip (source)) as the switching operation of the charge pump circuit 3 is performed. ) And current extraction (Ip (sink)) are determined only by the switching transistors 30a and 33a having a small gate-diffusion layer coupling capacitance, so that switching control can be performed at high speed and with low switching noise. The fluctuation of the output voltage caused by the above can be suppressed, and the fluctuation of the VCO oscillation frequency (directly proportional to the fluctuation of the output voltage) and the reference leak can be reduced. Note that the count value of the programmable counter 6 is set to an optimum value such that the switching transistor switching operation of the charge pump circuit 3 does not affect the settling time.
【0041】上記のように構成された本形態において
は、チャージポンブ回路3内のスイッチングトランジス
タの特性を、位相引き込み動作時は、オン抵抗が小さく
なるよう設定し、それにより、チャージポンプ回路3の
出力可変電圧範囲を広くとって、セットリングタイム
が、設定されるチャンネル周波数に依存性をもたないよ
うにし、位相引き込みがほぼ完了したら、スイッチング
ノイズが小さくなるようにしてチャージポンプ出力電圧
の揺らぎや、リファレンスリークを抑えるよう制御され
ている。In the present embodiment configured as described above, the characteristics of the switching transistors in the charge pump circuit 3 are set so that the on-resistance is reduced during the phase pull-in operation. The output variable voltage range is widened so that the settling time does not depend on the set channel frequency, and when the phase pull-in is almost completed, the switching noise is reduced to reduce the fluctuation of the charge pump output voltage. And, it is controlled to suppress the reference leak.
【0042】以下に、上述したPLL周波数シンセサイ
ザの計算機シミュレーション結果について説明する。The result of computer simulation of the above-mentioned PLL frequency synthesizer will be described below.
【0043】図2及び図3は、PLL周波数シンセサイ
ザにおけるVCO制御電圧特性を示す図であり、(a)
は図5に示したPLL周波数シンセサイザにおけるVC
O制御電圧特性を示す図、(b)は図1に示したPLL
周波数シンセサイザにおけるVCO制御電圧特性を示す
図である。FIGS. 2 and 3 are diagrams showing VCO control voltage characteristics in the PLL frequency synthesizer.
Is the VC in the PLL frequency synthesizer shown in FIG.
FIG. 1B is a diagram showing O control voltage characteristics, and FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating VCO control voltage characteristics in a frequency synthesizer.
【0044】なお、図1に示したPLL周波数シンセサ
イザにおいては、チャージポンプ回路3内の各スイッチ
ングトランジスタのゲートサイズ(ゲート幅(μm)/
ゲート長(μm))を、スイッチングトランジスタ30
a=100/1,スイッチングトランジスタ30b=4
00/1,スイッチングトランジスタ33a=100/
1,スイッチングトランジスタ33b=400/1にそ
れぞれ設定し、図5に示したPLL周波数シンセサイザ
においては、チャージポンプ回路103内の各スイッチ
ングトランジスタのゲートサイズを、スイッチングトラ
ンジスタ130=500/1,スイッチングトランジス
タ33=500/1にそれぞれ設定した。In the PLL frequency synthesizer shown in FIG. 1, the gate size of each switching transistor in the charge pump circuit 3 (gate width (μm) /
Gate length (μm))
a = 100/1, switching transistor 30b = 4
00/1, switching transistor 33a = 100 /
1, the switching transistor 33b is set to 400/1, and in the PLL frequency synthesizer shown in FIG. 5, the gate size of each switching transistor in the charge pump circuit 103 is set as follows: switching transistor 130 = 500/1, switching transistor 33 = 500/1.
【0045】また、図2においては、横軸に時間をと
り、縦軸にVCO制御電圧をとってVCO制御電圧がL
ch(0.5V)からHch(2.0V)に収束する時
間(セットリングタイム)が本発明と従来例とで比較さ
れた結果が示されており、図3においては、VCO制御
電圧が十分に収束した時間(3.5μs〜4μs)にお
ける波形が拡大表示(1.99V〜2.01V)されて
いる。なお、図3においては、10ns周期に現れる波
形の波高値がリファレンスリーク量を(本シミュレーシ
ョンはリファレンス信号を100MHzで実施)、ま
た、VCO設定制御電圧2Vに対する波形全体の揺らぎ
がC/Nをそれぞれ決定すると考えて差し支えがない。In FIG. 2, time is plotted on the horizontal axis, and VCO control voltage is plotted on the vertical axis.
The result of comparing the time (settling time) for convergence from ch (0.5 V) to Hch (2.0 V) between the present invention and the conventional example is shown. In FIG. 3, the VCO control voltage is sufficient. The waveform at the time (3.5 μs to 4 μs) converged to (1) is enlarged and displayed (1.99 V to 2.01 V). In FIG. 3, the peak value of the waveform appearing in a cycle of 10 ns indicates the reference leak amount (this simulation is performed at a reference signal of 100 MHz), and the fluctuation of the entire waveform with respect to the VCO setting control voltage 2 V indicates C / N. It is safe to think that it will be decided.
【0046】図2及び図3に示したシミュレーション結
果からもわかるように、本発明は従来例と同等なセット
リングタイムでリファレンスリークとC/N特性の改善
を図ることができる。As can be seen from the simulation results shown in FIGS. 2 and 3, the present invention can improve the reference leak and the C / N characteristics with the same settling time as the conventional example.
【0047】(他の実施の形態)図4は、本発明の周波
数PLLシンセサイザの他の実施の形態を示す図であ
る。(Other Embodiment) FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the frequency PLL synthesizer of the present invention.
【0048】本形態は図4に示すように、図1に示した
ものに対して、プログラマブルカウンタ6が設けられて
おらず、チャージポンプ回路3内のスイッチングトラン
ジスタの制御に外部から入力されるロック検出信号(L
D信号)が用いられている部分のみが異なり、その他の
構成については同様である。In this embodiment, as shown in FIG. 4, a programmable counter 6 is not provided as compared with the one shown in FIG. 1, and a lock input from the outside to control the switching transistor in the charge pump circuit 3 is provided. Detection signal (L
D signal), and the other configuration is the same.
【0049】本形態におけるチャージポンプ回路3の動
作は、図1に示したものと全く同一であるが、本形態に
おいては、プログラマブルカウンタ6を必要としないた
め、少ない回路規模で簡単にスイッチングトランジスタ
の切り替え制御を行うことができる。The operation of the charge pump circuit 3 in this embodiment is exactly the same as that shown in FIG. 1. However, in this embodiment, since the programmable counter 6 is not required, the switching transistor can be easily implemented with a small circuit scale. Switching control can be performed.
【0050】[0050]
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
チャージポンプ回路が、位相引き込み時は出力可変電圧
範囲が広くなり、位相引き込み完了後は発生するスイッ
チングノイズを抑えるように動作する構成としたため、
全ての設定チャンネル周波数で安定に、セットリングタ
イムを維持しつつ、C/N特性及びリファレンスリーク
特性の向上を図ることができる。As described above, in the present invention,
Because the charge pump circuit operates so that the output variable voltage range becomes wider during phase pull-in and the switching noise that occurs after phase pull-in is completed,
C / N characteristics and reference leak characteristics can be improved stably at all set channel frequencies while maintaining the settling time.
【図1】本発明の周波数PLLシンセサイザの実施の一
形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a frequency PLL synthesizer of the present invention.
【図2】PLL周波数シンセサイザにおけるVCO制御
電圧特性を示す図であり、(a)は図5に示したPLL
周波数シンセサイザにおけるVCO制御電圧特性を示す
図、(b)は図1に示したPLL周波数シンセサイザに
おけるVCO制御電圧特性を示す図である。2A and 2B are diagrams showing VCO control voltage characteristics in a PLL frequency synthesizer, and FIG. 2A shows the PLL shown in FIG.
FIG. 2B is a diagram illustrating a VCO control voltage characteristic in the frequency synthesizer, and FIG. 2B is a diagram illustrating a VCO control voltage characteristic in the PLL frequency synthesizer illustrated in FIG.
【図3】PLL周波数シンセサイザにおけるVCO制御
電圧特性を示す図であり、(a)は図5に示したPLL
周波数シンセサイザにおけるVCO制御電圧特性を示す
図、(b)は図1に示したPLL周波数シンセサイザに
おけるVCO制御電圧特性を示す図である。3A and 3B are diagrams showing VCO control voltage characteristics in a PLL frequency synthesizer, and FIG. 3A shows the PLL shown in FIG.
FIG. 2B is a diagram illustrating a VCO control voltage characteristic in the frequency synthesizer, and FIG. 2B is a diagram illustrating a VCO control voltage characteristic in the PLL frequency synthesizer illustrated in FIG.
【図4】本発明の周波数PLLシンセサイザの他の実施
の形態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the frequency PLL synthesizer of the present invention.
【図5】従来のPLL周波数シンセサイザの一構成例を
示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional PLL frequency synthesizer.
【図6】図5に示した位相比較器及びチャージポンプ回
路の動作を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 6 is a timing chart for explaining operations of the phase comparator and the charge pump circuit shown in FIG.
1 プログラマブル分周器 2 位相比較器 3 チャージポンプ回路 4 ループフィルタ 5 電圧制御発振器(VCO) 6 プログラマブルカウンタ 20 インバータ 21 NANDゲート 22 ANDゲート 30a,30b,33a,33b スイッチングトラ
ンジスタ 31,32 定電流源DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Programmable frequency divider 2 Phase comparator 3 Charge pump circuit 4 Loop filter 5 Voltage controlled oscillator (VCO) 6 Programmable counter 20 Inverter 21 NAND gate 22 AND gate 30a, 30b, 33a, 33b Switching transistor 31, 32 Constant current source
Claims (2)
し、出力する電圧制御発振器と、 該電圧制御発振器から出力された周波数信号を分周する
プログラマブル分周器と、 外部から入力されるリファレンス信号と前記プログラマ
ブル分周器にて分周された周波数信号との位相を比較
し、比較結果を位相差信号として出力する位相比較器
と、出力電流を決定する定電流源と、該定電流源に対する電
源ラインに設けられた 複数のスイッチング素子とを具備
し、前記位相比較器から出力された位相差信号に応じて
前記スイッチング素子がオン/オフすることにより前記
定電流源で定められた電流を出力するチャージポンプ回
路と、 該チャージポンプ回路から出力された電流を積分すると
ともに雑音成分を除去して電圧に変換するループフィル
タとを有し、 該ループフィルタにおいて変換された電圧に基づいて、
前記電圧制御発振器から出力される周波数信号の周波数
が制御されるPLL周波数シンセサイザにおいて、 前記チャージポンプ回路は、 大きさが大きくオン抵抗が小さな第1のトランジスタ
と、 該第1のトランジスタと並列に接続され、ゲート・拡散
層容量を小さくしてスイッチングノイズが抑えられた第
2のトランジスタとを前記スイッチング素子として有
し、 出力可変電圧範囲が可変であり、位相引き込み時は前記
第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタにより
出力電流を制御し、位相引き込み完了後は前記第1のト
ランジスタの動作を停止させ、前記第2のトランジスタ
のみにより出力電流を制御し、 前記スイッチング素子は、スイッチング特性が可変であ
ることを特徴とするPLL周波数シンセサイザ。1. A voltage-controlled oscillator for generating and outputting a frequency signal having a predetermined frequency, a programmable frequency divider for dividing a frequency signal output from the voltage-controlled oscillator, and a reference signal input from the outside And a phase comparator that compares the phase of the frequency signal divided by the programmable frequency divider and outputs the comparison result as a phase difference signal; a constant current source that determines an output current; Electric
And a plurality of switching elements provided to the source line, depending on the phase difference signal outputted from said phase comparator
When the switching element is turned on / off,
A charge pump circuit that outputs a current determined by the constant current source ; and a loop filter that integrates the current output from the charge pump circuit and removes a noise component to convert the voltage into a voltage. Based on the converted voltage,
In a PLL frequency synthesizer in which the frequency of a frequency signal output from the voltage controlled oscillator is controlled, the charge pump circuit includes: a first transistor having a large size and a small on-resistance; and a parallel connection with the first transistor. A second transistor in which the gate / diffusion layer capacitance is reduced and switching noise is suppressed as the switching element, an output variable voltage range is variable, and the first transistor and the An output current is controlled by a second transistor, and after the phase pull-in is completed, the operation of the first transistor is stopped, an output current is controlled only by the second transistor, and the switching element has a variable switching characteristic. A PLL frequency synthesizer, comprising:
イザにおいて、 外部から入力されるリファレンス信号をカウントし、カ
ウント値に基づいた信号を出力するプログラマブルカウ
ンタを有し、 該プログラマブルカウンタから出力される信号に基づい
て、前記スイッチング素子のスイッチ制御が行われるこ
とを特徴とすることを特徴とするPLL周波数シンセサ
イザ。2. The PLL frequency synthesizer according to claim 1 , further comprising: a programmable counter that counts a reference signal input from the outside and outputs a signal based on the count value, and a signal output from the programmable counter. Wherein the switching control of the switching element is performed based on the following.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9122287A JP3006540B2 (en) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | PLL frequency synthesizer |
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---|---|---|---|
JP9122287A JP3006540B2 (en) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | PLL frequency synthesizer |
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JPH10313248A JPH10313248A (en) | 1998-11-24 |
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JP2003133972A (en) | 2001-10-29 | 2003-05-09 | Fujitsu Ltd | Electronic device having wireless transmitter |
JP5549313B2 (en) * | 2010-03-26 | 2014-07-16 | 富士通セミコンダクター株式会社 | PLL circuit |
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1997
- 1997-05-13 JP JP9122287A patent/JP3006540B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPH10313248A (en) | 1998-11-24 |
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