JP3461036B2 - 周波数位相比較器 - Google Patents

周波数位相比較器

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

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、位相同期ループ回路や
モータの位相制御回路に用いるに適した周波数位相比較
器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、衛星放送などのディジタル・オー
ディオの登場によって、異なる標本化周波数で標本化さ
れたオーディオ信号を処理するディジタル・アナログ変
換装置が市場を賑わしている。ここで、例えば、衛星放
送のディジタル音声の転送レートは、Aモード・ステレ
オでは約0.8Mビット/秒、Bモード・ステレオでは
約1.5Mビット/秒である。このように異なる転送レ
ートに対応するためには、上記装置に送られてくるディ
ジタル音声信号の転送レートに追従する位相同期ループ
回路(以下「PLL」と略す)を備える必要がある。こ
のようなPLLには、単なる位相比較機能のみの位相比
較器を用いたのでは引き込み範囲が狭くなるため使用で
きず、周波数比較機能を含めてもつ周波数位相比較器が
必需となる。
【0003】このような周波数位相比較器としては、従
来、図5に示すような回路を用いることが一般的であっ
た。図5において、20、21は周期的パルス信号をク
ロック端子に受けるフリップフロップ、22はインバー
タ、23はアンド回路、26はP型のメタル・オキサイ
ド・セミコンダクタ電界効果型トランジスタ(以下「M
OSFET」と略す)、27はN型のMOSFETであ
る。28は電源端子であり、電源VDDに接続されてい
る。尚、トランジスタ26、27はプッシュプル接続さ
れている。
【0004】以上のように構成された従来の周波数位相
比較器について、以下にその動作を説明する。Dフリッ
プフロップ20は一方の入力D端子を電源電圧VDDに吊
られており、クロック端子Cには信号FREFが入力され
ている。フリップフロップ20のQ出力端子はノードA
を通ってインバータ22に入力され、アンド回路23の
一方の入力端子に接続されている。インバータ22の出
力はP型MOSFETのゲートに入力される。
【0005】一方、フリップフロップ21も一方の入力
D端子を電源電圧VDDに吊られており、クロック端子C
には信号FVCOが入力されている。このフリップフロッ
プ21のQ出力端子はノードBを通ってアンド回路23
の他方の入力端子に接続され、かつN型MOSFET2
7のゲートに入力される。アンド回路23の出力は、フ
リップフロップ20及び21のリセット入力端子に接続
されている。ノードAとBの両方がハイのときにはアン
ド回路23の出力はハイとなり、フリップフロップ20
と21はリセットされる。
【0006】さて、図6には図5の回路の各部の信号波
形図を示している。波形FREFはフリップフロップ20
の入力であり、波形FVCOはフリップフロップ21の入
力である。下の3つの波形A〜Cは、ノードA〜Cにそ
れぞれ対応する。同図において波形FREFに対して波形
VCOが、区間t1では位相が遅れている場合、区間t2
は両者の位相が一致する場合、そして区間t3では位相
が進んでいる場合を示す。
【0007】フリップフロップ20及び21のQ端子出
力は、MOSFET26と27を制御するのに用いられ
る。ノードCに現れるこの周波数位相比較器の出力は、
MOSFET26だけがオンのとき、即ち区間t1では
電源電圧VDDの出力が現れ、MOSFET27だけがオ
ンのとき、即ち区間t3ではグランドの出力が現れ、両
方のMOSFET26と27がオフの場合には、即ち区
間t2やフリップフロップ20、21のいずれにも入力
がない場合には常に高インピーダンス状態となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、FREFとFVCOの間の位相差がわずかな
場合にはノードA及びBの出力パルス幅が狭いため、M
OSFET26及び27の周波数特性如何では出力パル
スが消滅する場合があり、これにより入出力特性に図7
に示すような不感帯を生じるという問題点がある。
【0009】このような周波数位相比較器を、例えばP
LLに用いた場合には入力周波数に対して精度よく追従
できなくなるばかりか、不感帯の区間でPLLが見かけ
上発振したかのような症状を呈する、即ち「バンバン・
モード」が発生することがあるという問題点がある。
【0010】本発明は上記の問題点を解決するもので、
本質的に入出力特性に不感帯の生じない周波数位相比較
器を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の周波数位相比較器は、第1の周期的パルス信
号を受けるリセット端子付きの第1のフリップフロップ
と;第2の周期的パルス信号を受けるリセット端子付き
の第2のフリップフロップと;この第2のフリップフロ
ップ及び上記第1のフリップフロップの出力の間の論理
演算を行ない、その論理積演算出力を第1、第2のフ
リップフロップのそれぞれのリセット端子に印加して第
1、第2フリップフロップをリセットする論理回路と;
プッシュプル接続された第1、第2のトランジスタの一
方に第1フリップフロップからの出力信号が入力され、
他方に第2フリップフロップからの出力信号が入力され
る出力回路と;から成る周波数位相比較器において、上
記第1の周期的パルス信号と上記第2の周期的パルス信
号を受けて、それらの周期的パルス信号の各周期におい
て両者のパルス信号が共に存する最初の時点をタイミン
グとして所定の幅のパルス信号を発生するパルス発生手
段と、このパルス信号を上記第1のフリップフロップと
上記第2のフリップフロップのそれぞれの出力パルスに
付加して上記出力回路の第1、第2のトランジスタに与
えるパルス付加手段と、を備えることを特徴とするもの
である。
【0012】また、本発明の周波数位相比較器は、第1
の周期的パルス信号をクロック端子に受けるリセット端
子付きの第1のフリップフロップと、この第1のフリッ
プフロップの出力を所定時間τ1だけ遅延する第1の遅
延手段と、第2の周期的パルス信号をクロック端子に受
けるリセット端子付きの第2のフリップフロップと、こ
の第2のフリップフロップの出力を所定時間τ2だけ遅
延する第2の遅延手段と、この第2の遅延手段及び上記
第1の遅延手段の出力の間の論理積演算を行ない、その
論理積演算出力を第1、第2のフリップフロップのそれ
ぞれのリセット端子に印加して第1、第2フリップフロ
ップをリセットする論理回路と、プッシュプル接続され
た第1、第2のトランジスタの一方に第1の遅延手段か
らの出力信号がインバータを介して入力され、他方に第
2の遅延手段からの出力信号が入力される出力回路と、
から成ることを特徴とするものである。
【0013】
【作用】請求項1の構成によると、パルス発生手段によ
てパルスを生成して上記第1のフリップフロップ及び
第2のフリップフロップのそれぞれの出力にパルス付加
手段によって上記パルスを付加することにより、プッシ
ュプル接続された第1、第2のトランジスタが確実に応
する。
【0014】また請求項3の構成によれば、第1のフリ
ップフロップの出力に第1の遅延手段を、また第2の
リップフロップの出力に第2の遅延手段を設けたことに
より、第1のフリップフロップ及び第2のフリップフロ
ップのリセット端子に加わるパルスの伝播が遅れて第1
フリップフロップ及び第2のフリップフロップの出力
するパルスの幅が広くなり、プッシュプル接続された第
1、第2のトランジスタが確実に応答する。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図1は、本発明の第1の実施例におけ
る周波数位相比較器の回路図を示すものである。同図に
おいて、Dタイプのフリップフロップ20、21、イン
バータ22、アンド回路23及びMOSFET26、2
7は、従来例におけるそれらと同一であり、この部分の
詳しい説明は省略する。10はパルス発生回路であり、
ナンド回路10a、インバータ10b、ノア回路10
c、コンデンサ10d及び抵抗10eから構成される。
11はパルス付加回路であり、オア回路11a、11b
から構成される。
【0016】以上のように構成された本実施例につき、
図2の信号波形図を参照しながらその動作を説明する。
信号FREFと信号FVCOは、ナンド回路10aに入力さ
れ、その出力はノア回路10cの一方の入力端子とイン
バータ10bに送られる。インバータ10bの出力は抵
抗10eとコンデンサ10dから構成される時定数τ0
で遅延され、ノア回路10cの他方の入力端子に送られ
る。
【0017】これにより、パルス発生回路10の出力に
は基準信号FREFと目標信号FVCOの両者がハイになった
瞬間にパルス幅τ0のパルス信号Dが出力されることと
なる。このパルス信号Dは、ノア回路11a、11bの
一方の入力端子に入力される。これらノア回路11a、
11bの他方の入力端子にはノードA、Bがそれぞれ接
続されており、これらノア回路11a、11bの出力
E、Fには、それぞれ時間幅τ0のパルス信号Dが付加
される。これにより、MOSFET26、27には、位
相差が如何に小さくとも、確実に動作するパルス幅の信
号を供給することが出来ることとなる。
【0018】以上のように本実施例によれば、出力段
(出力回路)を構成するプッシュプル接続されたMOS
FET26、27が確実に動作するパルスを供給できる
ので、入出力特性に不感帯を生じることがなくなる。
【0019】図3は、本発明の第2の実施例における周
波数位相比較器の回路図を示すものである。同図におい
て、フリップフロップ20、21、インバータ22、ア
ンド回路23及びMOSFET26、27は、従来例に
おけるそれらと同一であり、詳しい説明は省略する。1
3は第1の遅延回路、14は第2の遅延回路である。
【0020】以上のように構成された本実施例につき、
図4の信号波形図を参照しながらその動作を説明する。
第1の遅延回路12は、フリップフロップ20の出力を
時間τ1だけ遅延し、第2の遅延回路13は、フリップ
フロップ21の出力を時間τ2だけ遅延する。このよう
に遅延時間をそれぞれ異ならせる理由は、フリップフロ
ップ20、21の出力からMOSFET26、27への
伝達までの時間がマスク上の配置によって異なるため、
これを補正するためである。従って、実質的には同一の
遅延時間τ3(=τ1=τ2)と考えても良い。
【0021】これにより、アンド回路23によって論理
積をとった結果は、時間τ3だけ遅れるので、フリップ
フロップ20、21のリセットのタイミングはτ3だけ
遅れる。その結果、フリップフロップ20、21から出
力されるパルスの幅は、それぞれ時間τ3だけ延びるこ
ととなる。従って、このような第1の遅延回路13及び
第2の遅延回路13を設けたことにより、実質的に第1
の実施例におけるパルス発生回路10とパルス付加回路
11を設けたのと同様の効果を得ることができる。
【0022】なお、以上の実施例では、論理回路はアン
ド回路23で構成され、合成手段はインバータ22とM
OSFET26、27で構成される。
【0023】なおまた、以上の実施例では、フリップフ
ロップ20、21のリセット端子をハイ・アクティブと
したが、ロー・アクティブとしてアンド回路をナンド回
路と置き換えても良い。また、第2の実施例における第
1の遅延回路12及び第2の遅延回路13は、ゲート遅
延で実現しても良いし、フリップフロップ20、21の
出力インピーダンスに対して容量負荷を設けて実現して
もよい。その他、本発明は種々変形実施可能である。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明の請求項1の構成の
周波数位相比較器では、パルス発生手段によって第1の
フリップフロップ及び第2のフリップフロップを通さず
に直接パルスを生成して上記第1のフリップフロップ
び第2のフリップフロップのそれぞれの出力にパルス付
加手段によって上記パルスを付加して出力回路に与える
ことにより、出力回路を構成する第1、第2トランジス
が確実に動作するパルスを供給できるので、入出力特
性に不感帯を生じることがなくなる。
【0025】また、請求項3の構成では、第1のフリッ
プフロップの出力に第1の遅延手段を、また第2のフリ
ップフロップの出力に第2の遅延手段を設けたことによ
り、第1のフリップフロップ及び第2のフリップフロッ
のリセット端子に加わるパルスの伝播が遅れて第1の
フリップフロップ及び第2のフリップフロップの出力す
るパルスの幅が広くなり、出力回路を構成する第1、第
2トランジスタを確実に応答させるパルスを供給できる
ので、入出力特性に不感帯を生じることがなくなる。
【0026】更にまた、集積回路化に際してはマスク上
の配置の違いによる遅延時間のずれを補正することがで
きるため、さらに不感帯除去の性能が向上する。
【0027】従って、本発明の周波数位相比較器を、例
えばPLLに用いた場合には入力周波数に対して精度よ
く追従でき、入出力特性の不感帯がないのでバンバン・
モードが発生せず、より安定なPLLが構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例における周波数位相比
較器の回路図である。
【図2】 同実施例における周波数位相比較器の主要部
の信号波形図である。
【図3】 本発明の第2の実施例における周波数位相比
較器の回路図である。
【図4】 同実施例における周波数位相比較器の主要部
の信号波形図である。
【図5】 本発明の従来例における周波数位相比較器の
回路図である。
【図6】 同従来例における周波数位相比較器の主要部
の信号波形図である。
【図7】 同従来例における周波数位相比較器の入出力
特性図である。
【符号の説明】
10 パルス発生回路 11 パルス付加回路 20、21 フリップフロップ 22 インバータ 23 アンド回路 26、27 MOSFET

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の周期的パルス信号を受けるリセッ
    ト端子付きの第1のフリップフロップと;第2の周期的
    パルス信号を受けるリセット端子付きの第2のフリップ
    フロップと;この第2のフリップフロップ及び上記第1
    のフリップフロップの出力の間の論理積演算を行ない、
    その論理積演算出力を第1、第2のフリップフロップの
    それぞれのリセット端子に印加して第1、第2フリップ
    フロップをリセットするAND回路と;プッシュプル接
    続された第1、第2のトランジスタの一方に第1フリッ
    プフロップからの出力信号が入力され、他方に第2フリ
    ップフロップからの出力信号が入力される出力回路と;
    から成る周波数位相比較器において、 上記第1の周期的パルス信号と上記第2の周期的パルス
    信号を受けて、それらの周期的パルス信号の各周期にお
    いて両者のパルス信号が共に存する最初の時点をタイミ
    ングとして所定の幅のパルス信号を発生するパルス発生
    手段と、 このパルス信号を上記第1のフリップフロップと上記第
    2のフリップフロップのそれぞれの出力パルスに付加し
    て上記出力回路の第1、第2のトランジスタに与えるパ
    ルス付加手段と、 を備えることを特徴とする周波数位相比較器。
  2. 【請求項2】 上記パルス発生手段は、 上記第1の周期的パルス信号と上記第2の周期的パルス
    信号とのの論理演算を行なう論理回路と、 この論理回路の出力を積分する積分回路と、 から成る請求項1に記載の周波数位相比較器。
  3. 【請求項3】 第1の周期的パルス信号をクロック端子
    に受けるリセット端子付きの第1のフリップフロップ
    と、 この第1のフリップフロップの出力を所定時間τ1だけ
    遅延する第1の遅延手段と、 第2の周期的パルス信号をクロック端子に受けるリセッ
    ト端子付きの第2のフリップフロップと、 この第2のフリップフロップの出力を所定時間τ2だけ
    遅延する第2の遅延手段と、 この第2の遅延手段及び上記第1の遅延手段の出力の間
    論理積演算を行ない、その論理積演算出力を第1、第
    2のフリップフロップのそれぞれのリセット端子に印加
    して第1、第2フリップフロップをリセットする論理回
    路と、 プッシュプル接続された第1、第2のトランジスタの一
    方に第1の遅延手段からの出力信号がインバータを介し
    入力され、他方に第2の遅延手段からの出力信号が入
    力される出力回路と、 から成る周波数位相比較器。
  4. 【請求項4】 上記所定時間τ1と上記所定時間τ2は、
    互いに異なることを特徴とする請求項3に記載の周波数
    位相比較器。
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