JP4456638B2 - Pll回路及び半導体集積装置 - Google Patents
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Description
電流源I1からMOSトランジスタTR21に出力される電流に比例した電流がMOSトランジスタTR22及びTR23に流れ、MOSトランジスタTR22に流れる電流と同じ電流がMOSトランジスタTR24に流れる。
また、特許文献2には、位相比較器から出力される位相比較信号のパルス幅が広い場合に、チャージポンプ回路で発生するジッタを減少させることが記載されている。
電源電圧VDDを変化させてもMOSトランジスタの閾値電圧は変化しないので、図20に示すように、電源電圧VDDを下げるとカレントミラー回路の動作電圧範囲も狭くなり、回路の動作電圧マージンが小さくなる。カレントミラー回路のようにMOSトランジスタを多段に縦積みした回路は電源電圧を低くすると回路動作が不安定になり、PLL回路の安定度も低下する。
本発明のPLL回路は、電源電圧または接地電圧を出力する充放電制御回路と、複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタに個別に接続され、前記充放電制御回路の出力を前記複数のキャパシタに選択的に供給する複数のスイッチからなる第1のスイッチ群と、前記複数のキャパシタに個別に接続された複数のスイッチからなる第2のスイッチ群と、電圧制御発振器の発振周波数信号または前記発振周波数信号を分周して得られる内部クロック信号と基準周波数信号の位相差に基づいて前記充放電制御回路が電源電圧を出力するか、それとも接地電圧を出力するかを制御すると共に、前記第1のスイッチ群を個別にオン、オフ制御して前記複数のキャパシタの内の特定のキャパシタを選択し、前記充放電制御回路の出力で前記特定のキャパシタを充電または放電させた後、前記2のスイッチ群を個別にオン、オフ制御して前記特定のキャパシタに充電された電荷を前記電圧制御発振器の発振周波数を制御する制御電圧を保持するキャパシタとシェアリングし、あるいは前記制御電圧を保持する前記キャパシタの電荷を前記特定のキャパシタとシェアリングさせる制御を行う制御回路とを備える。
本発明のPLL回路において、前記充放電制御回路は電源と接地との間に直列に接続され、一方のトランジスタがオンしたとき他方のトランジスタがオフする2個のトランジスタからなる。
本発明のPLL回路において、前記第1のスイッチ群は複数のトランジスタからなり、前記複数のトランジスタの第1の電極が前記充放電制御回路の出力端子または前記第3のスイッチに共通接続され、第2の電極が前記複数のキャパシタに個別に接続される。
本発明のPLL回路において、前記第2のスイッチ群は、複数のトランジスタからなり、前記複数のトランジスタの第1の電極が前記複数のキャパシタに個別に接続され、第2の電極がローパスフィルタの制御電圧を保持するキャパシタに共通接続される。
チャージポンプ回路27は、1または複数のキャパシタの電荷をローパスフィルタ(LPF)28の制御電圧Vcntlを保持するキャパシタに供給し、あるいはローパスフィルタ28のキャパシタの電荷を放電させる。
図2は、実施の形態のチャージポンプ回路27と制御回路26の基本構成を示す図である。以下、チャージポンプ回路27が4個のキャパシタとそのキャパシタに対応する個数のスイッチからなる場合を例にとり説明する。なお、チャージポンプ回路27に使用するキャパシタとスイッチの数は4個に限らず任意の個数で構成できる。
Ccntl)
上記の式から電圧Vbを一定としたときに、スイッチSW1〜SW4を選択的にオンさせ、キャパシタの容量kCを変化させることで制御電圧Vcntlを所望の値に制御できることが分かる。
図1の位相比較器24からは内部クロック信号Inner CLKと基準クロック信号(基準周波数信号)Ref. CLKの周波数差と周波数の増加または減少の方向を示すUP信号とDOWN信号が制御回路26に出力される。
図5のタイミングチャートは、内部クロック信号Inner CLKの周波数が基準クロックRef. CLKより低い場合を示している。
Dフリップフロップ31は、VCOクロック信号VCO CLKに同期したタイミングでUP信号をラッチする。Dフリップフロップ31の出力は、図5にUP−FF信号として示されており、1番目のパルスがVCOクロック信号VCOCLKの1周期分のパルス幅となり、2番目のパルスがVCOクロック信号VCO CLKの4周期分のパルス幅となり、3番目のパルスがVCOクロック信号VCOCLKの3周期+3周期分のパルス幅となっている。図5のUP−FF信号のパルスの下に示す数値「1」、「4」、「3」、「3」は、パルス幅がVCOクロック信号VCOCLKの何周期分かを示している。
図5にUPカウンタ出力として示す数値は、UP−FF信号の1番目のパルスのパルス幅のカウント値が「1」、2番目のパルスのパルス幅のカウント値が「4」、3番目のパルスのパルス幅の前半の期間Tのカウント値が「3」で、後半の期間Tのカウント値が「3」であることを示している。このとき、DOWNカウンタ34の出力は、図5に示すように「0」となり、最後に「1」が出力される。
極性判定回路35は、UPカウンタ33の出力とDOWNカウンタ34の出力を比較して充電極性を判定する。例えば、UPカウンタ33のカウント値がDOWNカウンタ34のカウント値より大きいとき、判定結果として「1」を出力し、UPカウンタ33のカウント値がDOWNカウンタ34のカウント値より小さいとき、判定結果として「0」を出力する。
容量判定回路36は、UPカウンタ33のカウント値とDOWNカウンタ34のカウント値との差の絶対値に基づいて容量を判定する。具体的には、容量判定回路36は、UPカウンタ33のカウント値とDOWNカウンタ34のカウント値の差の絶対値が「1」以下のときには、容量の最も小さいキャパシタC1を選択するスイッチコントロール(SW Control)信号を出力する。このとき、容量判定回路36からは、図7に示すようにスイッチSW1をオン、他のスイッチSW2〜SW4をオフさせる信号がスイッチコントロール信号(制御信号群c)として出力される。
pチャネルMOSトランジスタTR3のソースとnチャネルMOSトランジスタTR4のドレインは接続され、その接続点はpチャネルMOSトランジスタTR1とnチャネルMOSトランジスタTR2の接続点に接続されている。また、pチャネルMOSトランジスタTR3のドレインとnチャネルMOSトランジスタソースはスイッチSW1〜SW4の一端に接続されている。
この第2の実施の形態は、3種類の位相差信号phase0,phase1,phase2を出力する位相比較器41と、その位相差信号に基づいて極性判定及び容量判定を行う制御回路42とからなる。
ここで上記の位相比較器41の動作を図10のタイミングチャートを参照して説明する。
上述した第2の実施の形態によれば、UP信号、DOWN信号を使用せずに、極性判定及び容量判定を行うことができるので、位相比較器41の回路構成がより簡素になる。また、制御回路は、極性判定回路48と、容量判定回路49と、図示していないがスイッチSW0のオン、オフを制御する回路で構成できるので第1の実施の形態より回路構成が簡素になる。
図11の横軸は制御電圧Vcntlの値を示し、縦軸は制御電圧変化量ΔVcntlの値を示す。図11において、傾きが最も大きい直線は、容量値が最小のキャパシタとの容量比が最大の「64」であるキャパシタの制御電圧変化量ΔVcntlの特性を示している。次に大きい傾きの直線は容量比が「32」のキャパシタの制御電圧変化量ΔVcntlの特性を示している。以下、順に容量比が「16」、「8」、「4」、「2」、「1」のキャパシタの制御電圧変量ΔVcntlの特性を示している。
図16に示すように、UPカウンタ33のカウント値が「1」、DOWNカウンタ34のカウント値が「0」で、A/Dコンバータ53の出力(制御電圧Vcntlのデジタル値)が「1」のときには、引き算回路62の出力「1」にA/Dコンバータ53の出力「1」を加算した値がオフセット回路63の演算結果として得られる。
引き算回路62の出力が最大値の「4」であっても、そのときの制御電圧Vcntlが低く、オフセット値が「−1」のときには、容量判定回路61は、2番目に大きい容量を有するキャパシタC3を充電するスイッチコントロール信号(制御信号群c)を出力する。
第4の実施の形態は、図2の電源電圧または接地電圧を供給する回路とローパスフィルタ28との間に複数のキャパシタC21〜C24を直列に接続し、直列に接続されたキャパシタの容量を変化させることで制御電圧Vcntlを制御するものである。
スイッチSW21〜SW23及びSW24〜SW26は、図8に示したトランスファーゲートにより構成されている。
制御回路から、図18に示す極性選択信号として電源電圧VDDを選択するハイレベルの信号が与えられ、容量選択信号としてスイッチSW22、SW25を選択する信号が与えられたものする。スイッチSW22、SW25がオンすると、キャパシタC22は電源電圧VDDに充電され、そのときの充電電流がキャパシタC22を通りローパスフィルタ28のキャパシタC5、C6に流れる。その結果、図18に示すようにローパスフィルタ28のキャパシタC5,C6の制御電圧Vcntlが、図18に矢印で示す電圧分上昇する。
本発明は上述した実施の形態の限らず、例えば、以下のように構成することもできる。
(1)本発明はMOSトランジスタに限らずバイポーラトランジスタを使用する回路及び半導体集積装置にも適用できる。
(2)キャパシタの個数は、実施の形態に示した4個、あるいは3個に限らず任意の個数で良い。
(3)位相比較器41の位相差信号phase0〜2は3種類の信号に限らず、2種類、あるいは4種類以上でも良い。
Claims (10)
- 電源電圧または接地電圧を出力する充放電制御回路と、
複数のキャパシタと、
前記複数のキャパシタに個別に接続され、前記充放電制御回路の出力を前記複数のキャパシタに選択的に供給する複数のスイッチからなる第1のスイッチ群と、
前記複数のキャパシタに個別に接続された複数のスイッチからなる第2のスイッチ群と、
電圧制御発振器の発振周波数信号または前記発振周波数信号を分周して得られる内部クロック信号と基準周波数信号の位相差に基づいて前記充放電制御回路が電源電圧を出力するか、それとも接地電圧を出力するかを制御すると共に、前記位相差に基づいて前記第1のスイッチ群を個別にオン、オフ制御して前記複数のキャパシタの内の特定のキャパシタを選択し、前記充放電制御回路の出力で前記特定のキャパシタを充電または放電させた後、前記第2のスイッチ群を個別にオン、オフ制御して前記特定のキャパシタに充電された電荷を前記電圧制御発振器の発振周波数を制御する制御電圧を保持するキャパシタとシェアリングし、あるいは前記制御電圧を保持する前記キャパシタの電荷を前記特定のキャパシタとシェアリングさせる制御を行う制御回路とを備えるPLL回路。 - 前記充放電制御回路と前記第1のスイッチ群との間に接続された第3のスイッチを有し、
前記制御回路は、前記充放電制御回路の出力を前記特定のキャパシタに供給するときには前記第3のスイッチをオンし、前記特定のキャパシタに充電された電荷を前記制御電圧を保持する前記キャパシタとシェアリングするときには前記第3のスイッチをオフする請求項1記載のPLL回路。 - 前記制御回路は、前記発振周波数信号または前記内部クロック信号と前記基準周波数信号との位相差に基づいて充電極性を判定する極性判定回路と、前記位相差に基づいて充電容量または放電容量を判定する容量判定回路とを有する請求項1または2記載のPLL回路。
- 前記充放電制御回路は、電源と接地との間に直列に接続され、一方のトランジスタがオンしたとき他方のトランジスタがオフする2個のトランジスタからなる請求項1または2記載のPLL回路。
- 前記第1のスイッチ群は複数のトランジスタからなり、前記複数のトランジスタの第1の電極が前記充放電制御回路の出力端子または前記第3スイッチに共通接続され、第2の電極が前記複数のキャパシタに個別に接続される請求項2記載のPLL回路。
- 前記内部クロックに同期したタイミングで前記基準周波数信号をラッチする第1のラッチ回路と、前記内部クロック信号を第1の遅延時間分遅延させた第2の内部クロック信号に同期したタイミングで前記基準周波数信号をラッチする第2のラッチ回路と、前記内部クロック信号を第2の遅延時間分遅延させた第3の内部クロック信号に同期したタイミングで前記基準周波数信号をラッチする第3のラッチ回路とを有する位相比較器を備え、
前記制御回路は、前記第1、第2及び第3のラッチ回路の出力に基づいて充電極性を判定する極性判定回路と、前記第1、第2及び第3のラッチ回路の出力に基づいて充電又は放電容量を判定する容量判定回路とを備える請求項1または2記載のPLL回路。 - 前記制御回路は、前記発振周波数信号または前記内部クロック信号と前記基準周波数信号との周波数差及び周波数を増加するか、減少させるかを示すUP信号およびDOWN信号が与えられたときに、前記UP信号のパルス幅をカウントするUPカウンタと前記DOWN信号のパルス幅をカウントするDOWNカウンタとを有し、前記極性判定回路は前記UPカウンタとDOWNカウンタのカウント値に基づいて充電極性を判定し、前記容量判定回路は前記UPカウンタとDOWNカウンタのカウント値に基づいて充電または放電すべき容量値を判定する請求項1または2記載のPLL回路。
- 電源電圧または接地電圧を出力する充放電制御回路と、
複数のキャパシタと、
前記複数のキャパシタに個別に接続され、前記充放電制御回路の出力を前記複数のキャパシタに選択的に供給する複数のスイッチからなる第1のスイッチ群と、
前記複数のキャパシタに個別に接続された複数のスイッチからなる第2のスイッチ群と、
電圧制御発振器の発振周波数信号または前記発振周波数信号を分周して得られる内部クロック信号と基準周波数信号の位相差に基づいて前記充放電制御回路が電源電圧を出力するか、それとも接地電圧を出力するかを制御すると共に、前記位相差に基づいて前記第1のスイッチ群を個別にオン、オフ制御して前記複数のキャパシタの内の特定のキャパシタを選択し、前記充放電制御回路の出力で前記特定のキャパシタを充電または放電させた後、前記第2のスイッチ群を個別にオン、オフ制御して前記特定のキャパシタに充電された電荷を前記電圧制御発振器の発振周波数を制御する制御電圧を保持するキャパシタとシェアリングし、あるいは前記制御電圧を保持する前記キャパシタの電荷を前記特定のキャパシタとシェアリングさせる制御を行う制御回路とからなるPLL回路を実装した半導体集積装置。 - 前記充放電制御回路と前記第1のスイッチ群との間に接続された第3のスイッチを有し、
前記制御回路は、前記充放電制御回路の出力を前記特定のキャパシタに供給するときには前記第3のスイッチをオンし、前記特定のキャパシタの電荷を前記制御電圧を保持する前記キャパシタとシェアリングするときには前記第3のスイッチをオフする請求項8記載の半導体集積装置。 - 前記制御回路は、前記発振周波数信号または前記内部クロック信号と前記基準周波数信号の位相差に基づいて充電極性を判定する極性判定回路と、前記位相差に基づいて充電容量または放電容量を判定する容量判定回路とを有する請求項8または9記載の半導体集積装置。
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