JP3268216B2 - Phase-locked oscillation circuit - 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、ディジタル素子で
実現される位相同期発振回路に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase locked oscillation circuit realized by digital elements.
【0002】[0002]
【従来の技術】位相同期発振回路(以下、「PLL回
路」)は、標準信号発生器や、同調回路として通信分野
などに幅広く応用されている回路である。2. Description of the Related Art A phase-locked oscillation circuit (hereinafter, referred to as a "PLL circuit") is a circuit widely used as a standard signal generator and a tuning circuit in the communication field and the like.
【0003】第1の従来技術を図4に示す。図4は、一
般的に知られているPLL回路構成である。図4の位相
比較回路41は、入力信号fsと電圧制御発振器(VC
O回路)44の出力foとの位相を比較し、2信号の位
相差に応じた差信号電圧を生ずる。位相比較回路41の
出力する差信号電圧を低域通過フィルター42でフィル
タリングし、さらに増幅器43により増幅して、VCO
回路44の発振周波数を制御する。位相差信号電圧は、
VCO回路の制御端子に印加され、その発振周波数fo
をfsとの差が縮まる方向へ制御する。つまり、入力信
号と、VCO信号周波数が十分に近ければ、foはfs
にロックし、位相差はなくなる。本従来技術の回路で
は、位相差信号電圧により、VCO回路はアナログ的に
制御されている。FIG. 4 shows a first prior art. FIG. 4 shows a generally known PLL circuit configuration. The phase comparison circuit 41 shown in FIG. 4 is configured such that the input signal fs and the voltage controlled oscillator (VC
The phase with the output fo of the O-circuit 44 is compared to generate a difference signal voltage corresponding to the phase difference between the two signals. The difference signal voltage output from the phase comparison circuit 41 is filtered by a low-pass filter 42, further amplified by an amplifier 43, and
The oscillation frequency of the circuit 44 is controlled. The phase difference signal voltage is
It is applied to the control terminal of the VCO circuit and its oscillation frequency fo
Is controlled in a direction to reduce the difference from fs. That is, if the input signal and the VCO signal frequency are sufficiently close, fo becomes fs
And the phase difference disappears. In the circuit of the related art, the VCO circuit is analog-controlled by the phase difference signal voltage.
【0004】次に、第2の従来技術を図5に示す。最近
では、ディジタル回路でPLL回路を構成する方法が試
みられているが、図5はその一例である。ディジタル的
に動作する位相比較回路51にて、入力クロック信号
と、発振回路(電圧制御発振器)53の出力クロック信
号を比較して、位相が進んでいるか遅れているかを出力
し、発振回路の遅延を制御して、入力クロック信号との
位相の一致をはかる。ディジタル位相比較回路51は、
出力信号が入力信号よりも位相が遅れていれば、出力信
号UPをアクティブにし、位相が進んでいれば出力信号
DOWNをアクティブにする。UPまたはDOWN信号
はチャージポンプ52を経て、発振回路53の制御を行
う。発振回路部分はCMOSインバータを用いて構成さ
れているが、発振周波数の制御はチャージポンプの出力
電圧値によって、アナログ的に制御されている。これに
類似するPLL回路は、特開平6−276092号公報
に示されている。Next, a second prior art is shown in FIG. Recently, a method of configuring a PLL circuit with a digital circuit has been attempted, and FIG. 5 shows one example. A digitally operated phase comparison circuit 51 compares the input clock signal with the output clock signal of an oscillation circuit (voltage controlled oscillator) 53, and outputs whether the phase is advanced or delayed, and outputs the delay of the oscillation circuit. To match the phase with the input clock signal. The digital phase comparison circuit 51
If the output signal is behind the phase of the input signal, the output signal UP is activated, and if the phase is advanced, the output signal DOWN is activated. The UP or DOWN signal controls the oscillation circuit 53 through the charge pump 52. The oscillation circuit portion is configured using a CMOS inverter, but the control of the oscillation frequency is controlled in an analog manner by the output voltage value of the charge pump. A PLL circuit similar to this is disclosed in JP-A-6-276092.
【0005】しかし、本従来技術では各部分はCMOS
ディジタル素子で構成されているものの、発振回路の制
御はアナログ的に行われているため、これでは完全なデ
ィジタル回路とはいえない。However, in this prior art, each part is CMOS.
Although constituted by digital elements, the control of the oscillation circuit is performed in an analog manner, so that it cannot be said that this is a complete digital circuit.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】前項で述べたように、
従来アナログ回路技術を用いて設計されていたPLL回
路を完全なCMOSディジタル回路でLSI化できれ
ば、アナログ回路に比べて様々なメリットがある。それ
は例えば、CMOSディジタル回路で構成することによ
り、低消費電力化が実現可能となること、また入力信号
の電圧振幅の変動には影響されないこと、などが挙げら
れる。完全なディジタルCMOS回路でPLL回路を構
成する傾向は近年高まっており、その主な手法としてリ
ングオシレータを用いて発振クロック信号を得るものが
ある。リングオシレータ中のインバータの段数をセレク
タで切り替えるのであるが、この構成の発振回路で許さ
れる最高動作周波数は、最低でもセレクタとCMOSイ
ンバータのゲート遅延時間分を考慮しなければならず、
高周波帯での動作に適さない。As described in the previous section,
If a PLL circuit, which has been conventionally designed using analog circuit technology, can be implemented as an LSI with a complete CMOS digital circuit, there are various advantages over analog circuits. For example, by configuring a CMOS digital circuit, it is possible to reduce power consumption, and it is not affected by fluctuations in the voltage amplitude of an input signal. The tendency of configuring a PLL circuit with a complete digital CMOS circuit has been increasing in recent years, and one of the main methods is to obtain an oscillation clock signal using a ring oscillator. The number of inverter stages in the ring oscillator is switched by a selector. The maximum operating frequency allowed by the oscillator circuit of this configuration must consider at least the gate delay time of the selector and the CMOS inverter.
Not suitable for operation in high frequency band.
【0007】本発明は、PLL回路を低域通過フィルタ
ーや電圧制御発振回路のようなアナログ回路技術を用い
ることなく完全なディジタル回路で構成することを目的
とし、また発振周波数の制御をより微小時間単位で行う
ことの可能な回路を提供することを目的とする。An object of the present invention is to configure a PLL circuit with a completely digital circuit without using an analog circuit technique such as a low-pass filter or a voltage-controlled oscillation circuit, and to control the oscillation frequency for a shorter time. It is an object to provide a circuit which can be performed in units.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明のディジタルPL
L回路は、CMOSインバータを2個直列に接続して、
PMOSFET1個とNMOSFET1個を組み合わせ
たトランスファーゲート1個を前述のインバータ列に直
列に接続したものを、n段並列に接続し、その出力から
入力への間の帰還ループ中にインバータを1個配置し
て、さらに出力段にCMOSインバータ2個を接続して
電位を安定化したリングオシレータ発振回路と、入力ク
ロック信号の位相と前記発振回路の出力信号の周波数の
位相を比較する位相比較回路と、前述位相比較回路の出
力を入力として、前述発振回路の発振周波数を制御する
ための信号を出力する制御回路とを有する。前述のリン
グオシレータのn個のトランスファーゲートは、トラン
ジスタサイズを調整することにより、それぞれ異なるR
C値(抵抗値及び容量値)に設計されており、前述制御
回路の出力によってn個のうち1つのゲートのみがオン
して、そのゲートのRC値に応じて発振回路の発振周波
数を制御することができる構成となっている。本発明の
ディジタルPLL回路は、位相比較から発振の動作まで
をすべてディジタル的に制御することができるため、低
消費電力化が可能となりCMOS素子で構成されている
ため高集積化も可能となる。また、発振回路部分を前述
課題の項目において述べたように、セレクタでCMOS
インバータの段数を切り替えるのではなく、同じCMO
Sインバータ数で出力トランスファーゲートのRC値を
調整して発振周波数を制御する構造をとっているため、
より微小な遅延時間での発振周波数の位相制御が可能と
なる。A digital PL according to the present invention.
The L circuit connects two CMOS inverters in series,
One transfer gate, which is a combination of one PMOSFET and one NMOSFET, connected in series to the above-described inverter row, is connected in n stages in parallel, and one inverter is arranged in a feedback loop from its output to its input. A ring oscillator oscillating circuit in which two CMOS inverters are connected to the output stage to stabilize the potential; a phase comparing circuit for comparing the phase of the input clock signal with the phase of the frequency of the output signal of the oscillating circuit; A control circuit that receives an output of the phase comparison circuit as an input and outputs a signal for controlling the oscillation frequency of the oscillation circuit. The n transfer gates of the above-described ring oscillator have different R values by adjusting the transistor size.
It is designed to have a C value (resistance value and capacitance value), and only one of n gates is turned on by the output of the control circuit, and the oscillation frequency of the oscillation circuit is controlled according to the RC value of the gate. It has a configuration that can be used. Since the digital PLL circuit of the present invention can digitally control everything from the phase comparison to the oscillation operation, low power consumption can be achieved, and high integration can be achieved because the circuit is constituted by CMOS elements. Further, as described in the above-mentioned subject, the oscillation circuit portion is formed by the selector using the CMOS.
Instead of switching the number of inverter stages, the same CMO
The oscillation frequency is controlled by adjusting the RC value of the output transfer gate with the number of S inverters.
It becomes possible to control the phase of the oscillation frequency with a smaller delay time.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】図1に本発明の一実施形態を示
す。本発明のディジタルPLL回路は、CMOS集積回
路技術を用いて製造するのに適している。図1の実施形
態では、入力ディジタルクロック信号CKIは、ディジ
タル位相比較回路11の第1の入力に入力され、該位相
比較回路11の第2の入力信号と位相を比較され、位相
比較回路11は制御回路12に対してU/D信号を出力
する。制御回路12は、U/D信号を入力としてnビッ
トの制御信号CTLを出力する。制御回路12は、予め
任意の1ビットをセットしてあり、U/D信号の論理値
によってセットビットを隣のいずれかのビットにシフト
してnビットの出力信号CTLとして出力する。発振回
路13は制御信号CTLを入力として、発振回路13の
出力クロック信号CKOの発振周波数を制御し、出力す
る。前述の発振回路13の出力クロック信号CKOは、
前述の位相比較回路11の第2の入力として使用され、
入力クロック信号CKIと位相を比較される。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The digital PLL circuit of the present invention is suitable for manufacturing using CMOS integrated circuit technology. In the embodiment of FIG. 1, the input digital clock signal CKI is input to a first input of a digital phase comparison circuit 11, and the phase is compared with a second input signal of the phase comparison circuit 11, and the phase comparison circuit 11 A U / D signal is output to the control circuit 12. The control circuit 12 receives the U / D signal and outputs an n-bit control signal CTL. The control circuit 12 sets an arbitrary one bit in advance, shifts the set bit to any adjacent bit according to the logical value of the U / D signal, and outputs it as an n-bit output signal CTL. The oscillation circuit 13 receives the control signal CTL as an input, controls the oscillation frequency of the output clock signal CKO of the oscillation circuit 13, and outputs it. The output clock signal CKO of the oscillation circuit 13 is
Used as a second input of the above-described phase comparison circuit 11,
The phase is compared with the input clock signal CKI.
【0010】本実施形態の発振回路13の回路図を図3
に示す。発振回路13は、CMOSインバータ2つを直
列に接続し、トランスファーゲートG1〜Gnを接続し
たユニットU1〜Unを並列に接続した切り替え回路
と、該切り替え回路にCMOSインバータ31を帰還ル
ープに配置して、さらに、出力ノードにCMOSインバ
ータ32、33を接続したリングオシレータである。図
3のトランスファーゲートG1〜Gnは、前述CTL
[1]〜CTL[n]によってオン・オフを切り替え
る。G1がオンしたとき一番速く発振し、Gnがオンし
たときには最低の周波数を得るように、G1〜Gnのト
ランジスタサイズを調整すると、CTL信号によって出
力クロック信号CKOの周波数制御が可能となる。FIG. 3 is a circuit diagram of the oscillation circuit 13 of the present embodiment.
Shown in The oscillating circuit 13 includes two CMOS inverters connected in series, a switching circuit in which units U1 to Un connected to transfer gates G1 to Gn are connected in parallel, and a CMOS inverter 31 arranged in a feedback loop in the switching circuit. And a ring oscillator in which CMOS inverters 32 and 33 are connected to the output node. The transfer gates G1 to Gn in FIG.
On / off is switched by [1] to CTL [n]. When the transistor sizes of G1 to Gn are adjusted so that oscillation occurs fastest when G1 is turned on and the lowest frequency is obtained when Gn is turned on, the frequency of the output clock signal CKO can be controlled by the CTL signal.
【0011】本実施形態において、制御回路12にリセ
ット付きnビットL/Rシフトレジスタ12′を用いた
場合を図2に示す。図2におけるnビットL/Rシフト
レジスタ12′は、リセット入力を有しており、リセッ
ト信号がアクティブになると、nビットの出力信号CT
L[n:1]は、任意の1ビットのみセットされて他の
ビットは全てリセットされるように構成されている。ま
た、前述シフトレジスタはU/D信号を入力としてお
り、U/D信号の論理値が1ならば、セットビットを上
位へ、0ならば下位へシフトする、という具合に設定し
ておくことが可能である。FIG. 2 shows a case where an n-bit L / R shift register with reset 12 'is used for the control circuit 12 in this embodiment. The n-bit L / R shift register 12 'in FIG. 2 has a reset input, and when the reset signal becomes active, an n-bit output signal CT
L [n: 1] is configured so that only one arbitrary bit is set and all other bits are reset. Further, the shift register receives a U / D signal as input, and if the logical value of the U / D signal is 1, the set bit is shifted to the upper side, and if the logical value of the U / D signal is 0, the set bit is shifted to the lower side. It is possible.
【0012】例えば、CTL[5]が初期にセットされ
ているとする。前述発振回路13はトランスファーゲー
トG5がオンして、周波数f5で発振する。位相比較回
路11は、CKOとCKIの位相を比較し、CKOがC
KIより位相が進んでいる場合は、U/D信号を論理値
1で出力し、それによってCTL信号のセットビットは
上位へ、つまりこの場合はCTL[6]が新たに論理値
1にセットされ、CTL[5]は論理値0となる。発振
回路13はこれを受けて、CTL[6]によってトラン
スファーゲートG5はオフしてG5よりRC値の大きい
トランスファーゲートG6がオンして、f5より遅い周
波数f6で発振する。また、f5で発振しているCKO
がCKIより位相が遅れている場合は、U/Dは0にな
って、CTLのセットビットはひとつ下位へシフトし、
CTL[4]が論理値1にセットされる。CTL[4]
はトランスファーゲートG4をオンして、発振回路はf
5より速い周波数f4で発振する。以上のようにして、
PLL回路の出力クロック信号CKOの周波数をCKI
にロックすることができる。For example, assume that CTL [5] is initially set. When the transfer gate G5 is turned on, the oscillation circuit 13 oscillates at the frequency f5. The phase comparison circuit 11 compares the phases of CKO and CKI, and
If the phase is ahead of KI, the U / D signal is output with a logical value of 1, whereby the set bit of the CTL signal goes higher, that is, in this case, CTL [6] is newly set to a logical value of 1. , CTL [5] have a logical value of 0. In response to this, the oscillating circuit 13 turns off the transfer gate G5 by CTL [6], turns on the transfer gate G6 having an RC value larger than G5, and oscillates at a frequency f6 lower than f5. Also, CKO oscillating at f5
If the phase is behind the CKI, U / D becomes 0 and the set bit of CTL shifts down by one,
CTL [4] is set to logical one. CTL [4]
Turns on the transfer gate G4 and the oscillation circuit f
It oscillates at a frequency f4 faster than 5. As described above,
The frequency of the output clock signal CKO of the PLL circuit is set to CKI
Can be locked.
【0013】本実施形態では、前述の通り発振回路13
を構成しているため、発振回路中のループ内の遅延時間
は、CMOSインバータ2個とトランスファーゲートの
RC値にのみ左右され、ジッタの少ない発振回路を提供
できる。In this embodiment, as described above, the oscillation circuit 13
, The delay time in the loop in the oscillation circuit depends only on the two CMOS inverters and the RC value of the transfer gate, so that an oscillation circuit with less jitter can be provided.
【0014】[0014]
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、位相比較回路で出力される位相の進みまたは遅れを
論理値で表現した信号を用いて、発振回路の周波数を制
御するトランスファーゲートの切り替えを行うことによ
り、ディジタル的に制御される完全なディジタルPLL
回路の実現が可能となる。As described above, according to the present invention, the transfer gate for controlling the frequency of the oscillation circuit using the signal representing the advance or delay of the phase outputted from the phase comparison circuit by a logical value is provided. Complete digital PLL controlled digitally by switching
A circuit can be realized.
【図1】本発明の一実施形態のブロック構成図である。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
【図2】図1の実施形態にて、制御回路12にシフトレ
ジスタを用いた場合のブロック構成図である。FIG. 2 is a block diagram showing a case where a shift register is used for a control circuit 12 in the embodiment of FIG. 1;
【図3】図1又は図2の実施形態に於ける発振回路13
の回路構成図である。FIG. 3 is an oscillation circuit 13 in the embodiment of FIG. 1 or FIG.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of FIG.
【図4】従来のPLL回路のブロック構成図である。FIG. 4 is a block diagram of a conventional PLL circuit.
【図5】従来のPLL回路のブロック構成図である。FIG. 5 is a block diagram of a conventional PLL circuit.
11 位相比較回路 12 制御回路 13 発振回路 12′L/Rシフトレジスタ G1〜Gn トランスファーゲート 31 CMOSインバータ CKI 入力クロック信号 CKO 出力信号 CTL 制御信号 U/D アップ/ダウン信号 Reference Signs List 11 phase comparison circuit 12 control circuit 13 oscillation circuit 12 'L / R shift register G1 to Gn transfer gate 31 CMOS inverter CKI input clock signal CKO output signal CTL control signal U / D up / down signal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−95057(JP,A) 特開 平7−95054(JP,A) 特開 平2−2214(JP,A) 特開 昭61−65620(JP,A) 特開 平4−165809(JP,A) 特開 平5−315899(JP,A) 特開 平6−140890(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03L 7/06 H03K 3/03 H03L 7/089 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-7-95057 (JP, A) JP-A-7-95054 (JP, A) JP-A-2-2214 (JP, A) JP-A 61-950 65620 (JP, A) JP-A-4-165809 (JP, A) JP-A-5-315899 (JP, A) JP-A-6-140890 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 7 , DB name) H03L 7/06 H03K 3/03 H03L 7/089
Claims (1)
比較回路よりの出力に基づき、上記発振回路の発振周波
数を制御する制御信号を出力する制御回路とを含む位相
同期発振回路に於いて、 入力クロック信号と上記発振回路の出力信号の位相を比
較する上記位相比較回路は、位相の遅れ(または進み)
を論理値0又は1(または1又は0)で表わしたU/D
信号を出力する構成であり、 上記制御回路は、任意のビットがセット状態、他のビッ
トがリセット状態となるnビットの出力をもち、上記位
相比較回路よりのU/D信号に基づいてセットビットが
シフトする構成であり、 上記発振回路は、インバータ2個とトランスファーゲー
ト1個を直列に接続したものをn個並列接続した回路
と、帰還インバータを使用したリングオシレータから成
り、上記各トランスファーゲートは、それぞれ異なる抵
抗値及び容量値を有し、上記制御回路の出力によって、
上記n個のトランスファーゲートの内の一つが導通状態
となって、その出力信号の周波数を制御できる構成であ
ることを特徴とする位相同期発振回路。1. A phase-locked oscillation circuit comprising: a phase comparison circuit; an oscillation circuit; and a control circuit that outputs a control signal for controlling an oscillation frequency of the oscillation circuit based on an output from the phase comparison circuit. The phase comparison circuit for comparing the phase of the input clock signal with the phase of the output signal of the oscillation circuit has a phase delay (or advance).
U / D expressed by a logical value 0 or 1 (or 1 or 0)
The control circuit has an n-bit output in which an arbitrary bit is in a set state and other bits are in a reset state, and sets a set bit based on a U / D signal from the phase comparison circuit. The oscillation circuit is composed of a circuit in which two inverters and one transfer gate are connected in series and n in parallel, and a ring oscillator using a feedback inverter, and each of the transfer gates is , Each having a different resistance value and capacitance value, according to the output of the control circuit,
A phase-locked oscillation circuit characterized in that one of the n transfer gates is turned on to control the frequency of the output signal.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP28116296A JP3268216B2 (en) | 1996-10-24 | 1996-10-24 | Phase-locked oscillation circuit |
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JP28116296A JP3268216B2 (en) | 1996-10-24 | 1996-10-24 | Phase-locked oscillation circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10126255A JPH10126255A (en) | 1998-05-15 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10541694B2 (en) | 2016-07-27 | 2020-01-21 | Socionext Inc. | Injection-locked phase lock loop circuit |
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JP7077659B2 (en) * | 2018-02-27 | 2022-05-31 | 富士通株式会社 | Oscillation circuit and control method of oscillation circuit |
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1996
- 1996-10-24 JP JP28116296A patent/JP3268216B2/en not_active Expired - Fee Related
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US10541694B2 (en) | 2016-07-27 | 2020-01-21 | Socionext Inc. | Injection-locked phase lock loop circuit |
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