JP4540247B2

JP4540247B2 - Ｐｌｌ回路

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Publication number: JP4540247B2
Application number: JP2001115282A
Authority: JP
Inventors: 浩三一丸
Original assignee: 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: US20020153960A1; JP2002314408A; US6639475B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＰＬＬ(Phase lock loop)回路の技術分野にかかり、特に、分数分周のＰＬＬ回路において、出力信号からスプリアス成分を除去することができるＰＬＬ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラー電話機は周波数マルチチャネルアクセス方式であり、使用周波数を空きチャネルに移行させるために、高速ロックアップが可能なＰＬＬ回路が必要となる。
【０００３】
図５の符号１０１は、そのようなＰＬＬ回路の従来技術のものであり、分数分周方式のＰＬＬ回路である。
このＰＬＬ回路１０１は、セルラー電話機の送受信回路を構成する半導体集積回路装置内に設けられており、発振器１３１、分周器１３２、基準信号発生器１３３、位相比較器１３４、チャージポンプ回路１３５、ローパスフィルタ１３６、制御回路１３８及び補償回路１３７を有している。
【０００４】
発振器１３１は、ローパスフィルタ１３６から出力される信号に応じた周波数の発振信号を生成して出力端子から出力しており、その発振信号は、分周器１３２に出力されると共に、外部出力信号ＯＵＴとして、このＰＬＬ回路１０１が設けられた半導体集積回路装置内の他の回路に出力される。
【０００５】
分周器１３２は、入力する発振器１３１からの発振信号を分周し、比較信号Ｖを生成して位相比較器１３４に出力する。また、基準信号発生器１３３は、一定周波数の基準信号Ｒを位相比較器１３４に出力する。
【０００６】
位相比較器１３４は、図６のタイミングチャートに示すように、比較信号Ｖ、基準信号Ｒの立ち上がりに同期してそれぞれ立ち上がり、他方基準信号Ｒが立ち下がると、基準信号Ｒの立ち下がりに同期して立ち下がる出力信号Ｄ、Ｕを出力する。
【０００７】
位相比較器１３４の出力信号Ｕ、Ｄは、チャージポンプ回路１３５に出力される。
チャージポンプ回路１３５の構成を図９に示す。このチャージポンプ回路１３５は、出力端子１８５、ソース側定電流回路１７１、シンク側定電流回路１７２、ソース側スイッチ回路１８１及びシンク側スイッチ回路１８２を有している。
【０００８】
位相比較器１３４から出力信号Ｕ，Ｄがそれぞれ出力されると、出力信号Ｕ、Ｄは、それぞれソース側スイッチ回路１８１とシンク側スイッチ回路１８２に入力される。
【０００９】
ソース側スイッチ回路１８１とシンク側スイッチ回路１８２は、上側及び下側動作トランジスタ１７５、１７７と、上側及び下側待機トランジスタ１７４、１７６と、インバータ１７８、１７９をそれぞれ有している。
【００１０】
各待機トランジスタ１７４、１７６と、各動作トランジスタ１７５、１７７はともにＭＯＳトランジスタで構成され、ソース側スイッチ回路１８１を構成する待機トランジスタ１７４と動作トランジスタ１７５のソース端子は共通に接続され、同様にシンク側スイッチ回路１８２の待機トランジスタ１７６と動作トランジスタ１７７とのソース端子もまた共通に接続されている。
【００１１】
各待機トランジスタ１７４、１７６と各動作トランジスタ１７５、１７７の共通に接続された部分は、それぞれソース側定電流回路１７１とシンク側定電流回路１７２とに接続されている。
【００１２】
上側待機トランジスタ１７４のゲート端子と下側動作トランジスタ１７７のゲート端子は、それぞれ位相比較器１３４の二つの出力端子に直接接続されており、出力信号Ｕ、Ｄがそのまま入力される。他方、上側動作トランジスタ１７５のゲート端子と下側待機トランジスタ１７６のゲート端子は、それぞれインバータ１７８、１７９を介して位相比較器１３４の二つの出力端子に接続されており、出力信号Ｕ、Ｄの反転信号が入力される。ソース側スイッチ回路１８１とシンク側スイッチ回路１８２の各待機トランジスタ１７４、１７６と、各動作トランジスタ１７５、１７７とは、一方が導通すると他方が遮断するように構成されている。
【００１３】
下側動作トランジスタ１７７が導通し、上側動作トランジスタ１７５が遮断している状態では、シンク側定電流回路１７２のみが出力端子１８５に接続され、シンク側定電流回路１７２が生成する定電流(以下シンク側定電流と称する。)ＣＤが出力端子１８５から吸い込まれる。
【００１４】
上側動作トランジスタ１７５が導通し、下側動作トランジスタ１７７が遮断している状態では、ソース側定電流回路１７１が生成する定電流(以下ソース側定電流と称する。)ＣＵが出力端子１８５から吐き出される。
【００１５】
出力信号Ｕ、Ｄがともに“Ｌ”の状態では、上側待機トランジスタ１７４のゲート端子には“Ｌ”が、上側動作トランジスタ１７５のゲート端子にはインバータ１７８で反転された“Ｈ”がそれぞれ入力される。上側動作トランジスタ１７５及び上側待機トランジスタ１７４はともにｐチャネルＭＯＳトランジスタで構成されているので、上側動作トランジスタ１７５は遮断し、上側待機トランジスタ１７４は導通しており、ソース側定電流回路１７１の供給する定電流ＣＵは上側待機トランジスタ１７４を介して接地電位へと流れる。
【００１６】
他方、下側待機トランジスタ１７６のゲート端子にはインバータ１７９で反転された“Ｈ”が、下側動作トランジスタ１７７のゲート端子には“Ｌ”がそれぞれ入力される。下側待機トランジスタ１７６及び下側動作トランジスタ１７７はともにｎチャネルＭＯＳトランジスタで構成されているので、下側動作トランジスタ１７７は遮断し、下側待機トランジスタ１７６は導通しており、シンク側定電流回路１７２の供給する定電流ＣＤは下側待機トランジスタ１７６を介して接地電位へと流れる。このため、出力端子１８５には定電流ＣＵ、ＣＤは流れない。
【００１７】
この状態で、出力信号Ｕ，Ｄがそれぞれ“Ｌ”から“Ｈ”に転じると、各待機トランジスタ１７４、１７６がそれぞれ遮断するとともに各動作トランジスタ１７５、１７７がそれぞれ導通する。
【００１８】
出力信号Ｕ，Ｄは前段の基準信号Ｒ、比較信号Ｖの立ち上がりに同期してそれぞれ個別に立ち上がる。上側動作トランジスタ１７５のみが導通すると、ソース側定電流ＣＵが出力端子１８５から吐き出され、下側動作トランジスタ１７７のみが導通すると、シンク側定電流ＣＤが出力端子１８５から吸い込まれる。また、ソース側及びシンク側の定電流源１７１、１７２の電流供給能力はともに等しくなっており、定電流ＣＵ、ＣＤの電流量はほぼ等しいので、各動作トランジスタ１７５、１７７が同時に導通すると、出力端子１８５への電流の供給は行われない。
【００１９】
その後、基準信号Ｒが“Ｈ”から“Ｌ”へと立ち下がり、各出力信号Ｄ，Ｕが同時に立ち下がると、各動作トランジスタ１７５、１７７は同時に遮断し、定電流ＣＵ、ＣＤは、図６のタイミングチャートに示すように、常に同じ時刻ｔ_sで供給が終了する。
【００２０】
以上より、出力信号Ｕ，Ｄがそれぞれ“Ｌ”から“Ｈ”に転じた後に、“Ｈ”から“Ｌ”へと転じる間には、ソース側又はシンク側の定電流源１７１、１７２がそれぞれ出力する定電流ＣＵ、ＣＤのいずれか一方のみがチャージポンプ回路１３５の出力端子から出力される。その電流を図６の符号ＳＳに示す。
【００２１】
この電流ＳＳはローパスフィルタ１３６に出力される。ローパスフィルタ１３６は、この電流ＳＳの高周波成分を除去して、発振器１３１に出力する。
発振器１３１は、ローパスフィルタ１３６が出力する電圧値に応じて発振信号の周波数を変化させる。上記した発振器１３１、分周器１３２、基準信号発生器１３３、位相比較器１３４、チャージポンプ回路１３５及びローパスフィルタ１３６はネガティブフィードバックループを形成している。このネガティブフィードバックループは、位相差が小さくなる方向、すなわち比較信号Ｖの位相が基準信号Ｒの位相に一致するように動作する。その結果、外部出力信号ＯＵＴの周波数は、基準信号の周波数を分周器１３２の分周値倍した値となる。
【００２２】
上記分周器１３２の分周値は、制御回路１３８によって制御され、分周値が周期的に変化するように構成されており、外部出力信号ＯＵＴの周波数は、基準信号の平均分周値倍の値でロックされる。
【００２３】
例えば、目標とする周波数を１００００２５ｋＨｚとする場合には、基準信号の周波数を２００ｋＨｚとし、７周期(３５μｓｅｃ)の期間の分周値を５０００とし、１周期(５μｓｅｃ)の期間の分周値を５００１とすればよい。このとき、８周期を平均した平均分周値は５０００．１２５(＝５０００＋１／８)になる。このとき外部出力信号ＯＵＴの周波数は、基準信号（２００ｋＨｚ)の平均分周値５０００．１２５(＝５０００＋１／８)倍、すなわち目標とする１００００２５ｋＨｚでロックされることになる。
【００２４】
このように、平均分周値が小数点以下の桁まで値を有すれば、２５ｋＨｚや１２．５ｋＨｚ等の狭いチャネル間隔で、８００ＭＨｚや１ＧＨｚ等の高周波を用いることが可能となる。
【００２５】
しかし、上記のように分周値を周期的に変化させた場合、外部出力信号ＯＵＴが目標とする周波数に一致した後でも、分周器１３２の分周値は周期的に変化するので、比較信号Ｖの位相と基準信号Ｒの位相とは完全に一致せず、位相差が生じる。この位相差が原因となり、位相比較器１３４から出力される信号には、周期的に変化するリップル電流が含まれてしまう。
【００２６】
位相比較器１３４から出力される信号に含まれるリップル電流は、外部出力信号ＯＵＴにスプリアス成分を発生させてしまい、セルラー電話機等の通信機の受信特性を悪化させるばかりでなく、送信の際の妨害成分となってしまうので、大変大きな問題となる。
【００２７】
そこで、上述のＰＬＬ回路１０１には、補償回路１３７が設けられている。補償回路１３７内には、予め求められたリップル電流の電荷量が記憶されており、制御回路１３８から制御信号が補償回路１３７内に入力されると、その制御信号が入力されるタイミングで、チャージポンプ回路１３５の出力信号に、記憶されたリップル電流の電荷量と同じ大きさでかつ極性が逆の電荷を重畳し、リップル電流をキャンセルすることができる。その結果、外部出力信号ＯＵＴには、スプリアス成分が重畳されないように制御される。
【００２８】
しかしながら、かかる補償回路１３７を用いても、外部出力信号ＯＵＴから完全にスプリアス成分を除去することはできなかった。
本発明の発明者等は、外部出力信号ＯＵＴにスプリアス成分が重畳される原因を調査研究したところ、その原因を発見した。
【００２９】
図７、図８に、チャージポンプ回路１３５から吐き出される定電流ＣＵと吸い込まれる定電流ＣＤとの関係を示す。
上述のＰＬＬ回路１０１は、その分周値が周期的に変化しているので、上側動作トランジスタ１７５は一定周期で導通するが、図７、図８に示すように、下側動作トランジスタ１７７の導通開始時刻ｔ₁₇₇は、上側動作トランジスタ１７５の導通開始時刻ｔ₁₇₅よりも早まったり遅くなったりする。早い状態を図７に示し、遅い状態を図８に示す。このように、各動作トランジスタ１７５、１７７は、分数分周により一方が他方よりも早く導通したり遅く導通したりするが、この導通開始時刻のずれは、リップル電流を生成する程度に微小なずれであるため、早く導通する側の動作トランジスタが、遅く導通する側の動作トランジスタの導通に影響を及ぼしてしまい、位相比較器１３４の出力信号Ｄ，Ｕ通りの動作をしなくなるので、チャージポンプ回路１３５の出力信号にリップル電流以外の誤差成分が含まれてしまう。
【００３０】
このため、補償回路１３７で補償電荷を重畳しても、この誤差成分を除去することはできない。この誤差成分は、位相比較のたびごとに生じるので、チャージポンプ回路１３５の出力信号に周期的に現れ、結果としてスプリアス成分が重畳されてしまうということがわかった。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、ＰＬＬ回路の出力信号にスプリアス成分が重畳されないようにする技術を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のＰＬＬ回路は、制御信号に応じた周波数の発振信号を出力する発振器と、上記発振信号を分周して出力する分数分周方式の分周器と、基準信号を生成する基準信号発生器と、上記分周器から出力される信号と上記基準信号との位相を比較して位相差に応じた第１及び第２の信号を出力する位相比較器と、上記第１の信号に応答して出力端子に第１の電流を供給する第１の電流供給回路と、上記第２の信号に応答して上記出力端子に第２の電流を供給する第２の電流供給回路とを有するチャージポンプ回路と、上記チャージポンプ回路の出力端子に接続されている容量素子と、上記チャージポンプ回路の出力端子の信号を入力して上記発振器に上記制御信号を供給するローパスフィルタと、上記チャージポンプ回路の出力端子と上記ローパスフィルタの入力端子との間に接続されているスイッチ素子と、上記チャージポンプ回路の出力端子の信号に含まれるリップル成分を除去するための補償電流を上記ローパスフィルタの入力端子に供給する補償回路とを有するＰＬＬ回路であって、上記ＰＬＬ回路がロック状態にあるときには、上記第１の電流と上記第２の電流との供給が異なる時間に開始され、それらの供給が同じ時間に停止される。
また、本発明のＰＬＬ回路は、上記スイッチ素子が上記第１又は第２の電流が供給されているときに遮断状態にあることが好ましい。
また、上記第１の電流供給回路が第１及び第２の定電流源を有し、上記第２の電流供給回路が第３の定電流源を有し、上記第２の定電流源の電流供給が上記第１の定電流源の電流供給開始時点から所定の時間経過後に開始されることが好ましい。
更には、本発明のＰＬＬ回路は、上記基準信号に応答して上記第２の定電流源の電流供給を制御する制御回路を有することが好ましい。
また、上記位相比較器が、上記基準信号を入力して上記第１の信号を出力する第１の論理回路と、上記分周器の出力信号を入力して上記第２の信号を出力する第２の論理回路と、上記基準信号に応答して上記第１及び第２の論理回路をリセットする第３の論理回路とを有し、上記第１の電流供給回路が、上記第１の信号に応答して上記第１の定電流源を上記出力端子に接続する第１のトランジスタと、上記制御回路の出力信号に応答して上記第２の定電流源を上記出力端子に接続する第２のトランジスタとを有し、上記第２の電流供給回路が上記第２の信号に応答して上記第３の定電流源を上記出力端子に接続する第３のトランジスタを有することが好ましい。
更には、上記分周器の分数分周値と上記補償回路とを制御する分周値制御回路を有することが好ましい。
【００３３】
本発明は、ＰＬＬ回路に設けられたチャージポンプ回路を構成するシンク側定電流回路(第２の定電流供給回路)が出力端子に供給する単位時間当たりの電荷量と、ソース側定電流回路(第１の定電流供給回路)が出力端子に供給する単位時間当たりの電荷量とが異なる大きさになる電流供給期間が設定されている。
【００３４】
例えば、ソース側定電流回路とシンク側定電流回路がそれぞれ定電流源と、動作トランジスタとを有し、各動作トランジスタが導通すると各定電流源を出力端子に接続するように構成され、遮断すると各定電流源を出力端子から切り離すように構成されているものとし、又、ソース側定電流回路とシンク側定電流回路の各動作トランジスタが同時に遮断する場合について説明する。
【００３５】
この場合、発振器の出力信号の周波数が安定した状態では、ソース側定電流回路とシンク側定電流回路から出力端子にそれぞれ供給される各電荷量は全体として互いに等しいが、各動作トランジスタは同時に遮断し、電流供給期間において、ソース側定電流回路とシンク側定電流回路がそれぞれ出力端子に供給する単位時間当たりの電荷量が異なれば、各動作トランジスタの導通開始時刻が互いに異なるようにすることができる。
【００３６】
従来では、各動作トランジスタのうち早く導通した側が、遅く導通する側の動作に影響を与えてしまっていたが、適当なずれ期間を設定すると、各動作トランジスタのうち、早く導通する側が遅く導通する側の動作に影響を与えないようになる。
【００３７】
その結果、チャージポンプ回路が原因となる誤差成分は出力端子の出力には含まれず、出力端子からはリップル電流分の電荷のみが出力される。従って、予めリップル電流の電荷量を求めておき、リップル電流と逆極性の電荷を出力端子に重畳することで、リップル電流を完全に消去することができる。
【００３８】
また、本発明において、ソース側定電流回路とシンク側定電流回路の少なくとも一方は複数の定電流源を有し、出力端子に接続される定電流源の個数を変えることができるように構成されている。
【００３９】
このように構成することで、電流供給期間において、出力端子に供給される単位時間あたりの電荷量を変えることができる。例えば、ある期間中は出力端子に接続される定電流源の個数を少なくし、それ以外の期間では多くすると、制御期間中に少量の電荷を出力端子に供給し、上記ずれ期間経過後に多量の電荷を出力端子に供給することができる。逆に、最初に多量の電荷を制御端子に供給した後、少量の電荷を制御端子に供給することもできる。
【００４０】
出力端子に電荷が供給されている期間に、スイッチ素子が遮断するようにすると、出力端子に供給される電荷は、ローパスフィルタに直接入力されなくなり、容量素子に充電される。
【００４１】
出力端子に電荷が供給されなくなった後に、スイッチ素子を導通させると、容量素子の充電電荷が放電されてローパスフィルタに入力されるが、その充電電荷は、リップル電流分の電荷量と等しくなっている。上述したようにリップル電流と逆極性の電荷をローパスフィルタの入力端子に重畳すれば、リップル電流を完全に消去し、ローパスフィルタに入力されるリップル電荷を０にすることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１の符号１は、本発明の実施形態のＰＬＬ回路を示している。
このＰＬＬ回路１は、セルラー電話機の送受信回路を構成する半導体集積回路装置内に設けられており、発振器３１と、分周器３２と、基準信号発生器３３と、位相比較器３４と、チャージポンプ回路３５と、ローパスフィルタ３６と、分周値制御回路３８と、補償回路３７と、遅延回路５０と、インバータ５１と、スイッチ回路９０とを有している。
【００４３】
発振器３１はローパスフィルタ３６から出力される信号に応じた周波数の発振信号を生成し、出力端子から分周器３２に出力すると共に、外部出力信号ＯＵＴとして、このＰＬＬ回路１が設けられた半導体集積回路装置内の他の回路に出力する。
【００４４】
分周値制御回路３８は、分周器３２の分周値を周期的に変化させるように構成されている。
分周器３２は、入力する発振器３１からの発振信号を、周期的に変化する分周値で分周し、比較信号Ｖを生成して位相比較器３４に出力する。また、基準信号発生器３３は、一定周波数の基準信号Ｒを位相比較器３４に出力する。
【００４５】
位相比較器３４は、後述するように、基準信号Ｒと比較信号Ｖの位相を比較し、位相差に応じた出力信号をチャージポンプ回路３５に出力するように構成されている。
【００４６】
チャージポンプ回路３５は、後述するように位相差に応じた電流を出力端子に出力するように構成されている。
チャージポンプ回路３５の出力端子には、スイッチ回路９０が接続されている。
【００４７】
スイッチ回路９０はスイッチ素子９１とコンデンサ９２とを有している。スイッチ素子９１は、一端がチャージポンプ回路３５の出力端子に、他端がローパスフィルタ３６の入力端子にそれぞれ接続され、コンデンサ９２は一端がチャージポンプ回路３５の出力端子に接続され、他端が接地電位に接続されている。スイッチ素子９１が遮断すると、ローパスフィルタ３６の入力端子が、チャージポンプ回路３５の出力端子から切り離され、チャージポンプ回路３５の出力電流でコンデンサ９２が充電され、スイッチ素子９１が導通すると、チャージポンプ回路３５の出力端子が後段のローパスフィルタ３６の入力端子に接続され、コンデンサ９２の放電電荷がローパスフィルタ３６に入力される。
【００４８】
ローパスフィルタ３６は、チャージポンプ回路３５から出力される定電流の高周波成分を除去して、発振器３１に出力する。
発振器３１は、ローパスフィルタ３６が出力する電圧値に応じて発振信号の周波数を変化させる。スイッチ素子９１が導通し、ローパスフィルタ３６が常時チャージポンプ回路３５と接続されている状態では、上記した発振器３１、分周器３２、基準信号発生器３３、位相比較器３４、チャージポンプ回路３５及びローパスフィルタ３６がネガティブフィードバックループを形成している。このネガティブフィードバックループは、位相差が小さくなる方向に発振器３１の発振周波数を制御し、その結果、比較信号Ｖの位相が基準信号の位相に一致する。その結果、外部出力信号ＯＵＴの周波数は、基準信号の周波数を分周器３２の平均分周値倍した値となる。
【００４９】
分数分周回路では、分周値が周期的に変化するので、ロックした状態でもチャージポンプ回路３５から電荷(リップル電流)が出力され、その電荷が、スプリアス成分の原因となってしまう。この電荷量と、電荷が出力されるタイミングとは予めわかっており、補償回路３７に、その電荷量とタイミングとを記憶させておき、補償回路３７が、チャージポンプ回路３５の出力信号に、記憶されたリップル電流の電荷量と電荷量が等しく、極性が逆の補償電荷を重畳して、リップル電流をキャンセルするように構成されている。
【００５０】
このように補償回路３７を用いても従来キャンセルできなかった電荷をキャンセルするために、本実施形態のＰＬＬ回路１では、チャージポンプ回路３５と、遅延回路５０と、インバータ５１とが設けられている。以下でその詳細について説明する。
【００５１】
上述したＰＬＬ回路１における、位相比較器３４とチャージポンプ回路３５の詳細な構成を図２に示す。
位相比較器３４は、シンク側Ｄラッチ回路６１と、ソース側Ｄラッチ回路６２とを有している。
【００５２】
シンク側Ｄラッチ回路６１とソース側Ｄラッチ回路６２は、それぞれの入力端子が前段の分周器３２と基準信号発生器３３にそれぞれ接続され、それぞれの出力端子がチャージポンプ回路３５に接続されている。それらの各入力端子に比較信号Ｖ、基準信号Ｒがそれぞれ入力されると、シンク側Ｄラッチ回路６１とソース側Ｄラッチ回路６２の各出力端子から、それぞれ出力信号Ｄ、Ｕがチャージポンプ回路３５に出力される。
【００５３】
チャージポンプ回路３５は、図２に示すように制御端子８５と、ソース側定電流回路７０と、ソース側スイッチ回路８１と、シンク側定電流回路７２と、シンク側スイッチ回路８２とを有している。
【００５４】
ソース側スイッチ回路８１は、上側動作トランジスタ７５と、上側待機トランジスタ７４と、インバータ７８とを有しており、他方、シンク側スイッチ回路８２は、下側動作トランジスタ７７と、下側待機トランジスタ７６と、インバータ７９とを有している。
【００５５】
各待機トランジスタ７４、７６と、各動作トランジスタ７５、７７はともにＭＯＳトランジスタで構成され、上側待機トランジスタ７４と上側動作トランジスタ７５のソース端子は共通に接続され、同様に下側待機トランジスタ７６と下側動作トランジスタ７７のソース端子もまた共通に接続されている。
【００５６】
各待機トランジスタ７４、７６と、各動作トランジスタ７５、７７の共通に接続された部分は、それぞれソース側定電流回路７０とシンク側定電流回路７２とに接続されている。
【００５７】
上側待機トランジスタ７４のゲート端子と下側動作トランジスタ７７のゲート端子は、それぞれソース側Ｄラッチ回路６２とシンク側Ｄラッチ回路６１の各出力端子に直接接続されており、出力信号Ｕ、Ｄがそのまま入力される。他方、上側動作トランジスタ７５のゲート端子と下側待機トランジスタ７６のゲート端子は、それぞれインバータ７８、７９を介してソース側Ｄラッチ回路６２とシンク側Ｄラッチ回路６１の各出力端子に接続されており、出力信号Ｕ、Ｄの反転信号が入力される。各待機トランジスタ７４、７６と、各動作トランジスタ７５、７７とは、一方が導通すると他方が遮断するように構成されている。
【００５８】
下側動作トランジスタ７７が導通し、上側動作トランジスタ７５が遮断している状態では、シンク側定電流回路７２のみが制御端子８５に接続され、シンク側定電流回路７２が生成する定電流(以下シンク側定電流と称する。)ＣＤが制御端子８５から吸い込まれる。
【００５９】
上側動作トランジスタ７５が導通し、下側動作トランジスタ７７が遮断している状態では、ソース側定電流回路７０が生成する定電流(以下ソース側定電流と称する。)ＣＵが制御端子８５から吐き出される。
【００６０】
ソース側定電流回路７０は、２個の定電流源７１₁、７１₂と、スイッチトランジスタ７３とを有している。一方の定電流源７１₁はソース側スイッチ回路８１に直結されており、他方の定電流源７１₂は、スイッチトランジスタ７３を介してソース側スイッチ回路８１に接続されている。従って、上側動作トランジスタ７５とスイッチトランジスタ７３とが導通した状態では、両方の定電流源７１₁、７１₂が制御端子８５に接続され、両方の生成する定電流が制御端子８５に供給される。スイッチトランジスタ７３が遮断していると、導通した上側動作トランジスタ７５を介して一方の定電流源７１₁のみが制御端子８５に接続され、一方の定電流源７１₁の生成する定電流のみが制御端子８５に供給される。
【００６１】
また、各動作トランジスタ７５、７７が両方導通している状態では、ソース側定電流回路７０とシンク側定電流回路７２の両方が制御端子８５に接続され、ソース側定電流ＣＵとシンク側定電流ＣＤとの差分が制御端子８５に供給される。
【００６２】
以下で、上記回路の動作について説明する。比較信号Ｖと基準信号Ｒがともに“Ｌ”の状態では、シンク側Ｄラッチ回路６１と、ソース側Ｄラッチ回路６２とからはともに“Ｌ”の出力信号Ｄ、Ｕが出力される。
【００６３】
トランジスタ７４、７５と、トランジスタ７６、７７は、それぞれｐチャネルＭＯＳトランジスタとｎチャネルＭＯＳトランジスタとで構成されている。各動作トランジスタ７５、７７のゲート端子にはそれぞれ“Ｈ”と“Ｌ”が入力されるのでともに遮断し、各待機トランジスタ７４、７６のゲート端子にはそれぞれ“Ｌ”と“Ｈ”とが入力されるのでともに導通する。
【００６４】
このように、比較信号Ｖと基準信号Ｒがともに“Ｌ”の状態では各動作トランジスタ７５、７７は遮断し、各待機トランジスタ７４、７６は導通しており、制御端子８５には定電流ＣＵ、ＣＤは流れない。
【００６５】
この状態から比較信号Ｖと基準信号Ｒがそれぞれ“Ｌ”から“Ｈ”に転じると、出力信号Ｄ、Ｕはそれぞれ比較信号Ｖ、基準信号Ｒに同期して“Ｌ”から“Ｈ”に転じ、各待機トランジスタ７４、７６は遮断し、同時に各動作トランジスタ７５、７７が導通して、ソース側定電流回路７０とシンク側定電流回路７２がそれぞれ制御端子８５に接続される。
【００６６】
遅延回路５０は、基準信号Ｒを所定の遅延時間だけ遅延させてインバータ５１に出力し、インバータ５１は遅延回路５０の出力信号を反転してスイッチトランジスタ７３のゲート端子に出力する。
【００６７】
基準信号Ｒが“Ｌ”から“Ｈ”に転じると、上側動作トランジスタ７５は基準信号Ｒが“Ｈ”に転じると同時に導通するが、基準信号Ｒが“Ｌ”から“Ｈ”に転じてから、上記所定の遅延時間が経過するまでの期間は、遅延回路５０の出力は“Ｌ”であり、この”Ｌ”の信号がインバータ５１で“Ｈ”に反転されてスイッチトランジスタ７３のゲート端子に入力されるので、ｐチャネルＭＯＳトランジスタで構成されるスイッチトランジスタ７３は導通せずにまだ遮断している。従って、ソース側定電流回路７０においては、一方の定電流源７１₁のみが導通した上側動作トランジスタ７５を介して制御端子８５に接続され、一方の定電流源７１₁が生成する定電流が制御端子８５へと供給される。
【００６８】
上記所定の遅延時間が経過した後は、遅延回路５０の出力は“Ｈ”に転じ、この”Ｈ”の信号がインバータ５１で“Ｌ”に反転されてスイッチトランジスタ７３のゲート端子に入力され、スイッチトランジスタ７３が導通し、両方の定電流源７１₁、７１₂が動作トランジスタ７５を介して制御端子８５に接続され、両方の定電流源７１₁、７１₂が供給する定電流が制御端子８５へと供給される。
【００６９】
このようにソース側定電流回路７０は、最初に一方の定電流源７１₁のみが生成する定電流を制御端子８５へと供給した後、両方の定電流源７１₁、７１₂が生成する定電流を制御端子８５へと供給している。その電流波形を図３のタイミングチャートの符号ＣＵに示す。
【００７０】
他方、動作トランジスタ７７が導通している期間は、シンク側定電流回路７２は下側動作トランジスタ７７を介して制御端子８５に接続される。
その後、比較信号Ｖと基準信号Ｒがそれぞれ“Ｈ”から“Ｌ”に転じる。これらの比較信号Ｖ、基準信号Ｒはシンク側Ｄラッチ回路６１とソース側Ｄラッチ回路６２に個別に入力されるが、各Ｄラッチ回路６１、６２のＤ端子はともに“Ｈ”に固定されているので、各Ｄラッチ回路６１、６２の出力信号Ｄ、Ｕは、入力された比較信号Ｖと基準信号Ｒが“Ｌ”に転じただけでは“Ｌ”には戻らず、“Ｈ”の状態を維持している。
【００７１】
位相比較器３４には、三入力のＮＡＮＤ回路６３と、インバータ６４とが設けられており、ＮＡＮＤ回路６３には、シンク側Ｄラッチ回路６１及びソース側Ｄラッチ回路６２の出力信号と、インバータ６４で反転された基準信号Ｒが入力される。
【００７２】
比較信号Ｖと基準信号Ｒがそれぞれ“Ｈ”から“Ｌ”に転じたときには、ＮＡＮＤ回路６３の三つの入力端子のうち、二つの入力端子には各Ｄラッチ回路６１、６２から“Ｈ”が入力されている。この状態で基準信号Ｒが“Ｈ”から“Ｌ”へと切り替わると、基準信号Ｒはインバータ６４で“Ｈ”に反転されてＮＡＮＤ回路６３の入力端子に入力され、ＮＡＮＤ回路６３の三個の入力端子の全てに“Ｈ”の信号が入力される。その結果、ＮＡＮＤ回路６３の出力は“Ｌ”になり、そのＬレベルの信号がシンク側Ｄラッチ回路６１及びソース側Ｄラッチ回路６２が有するローアクティブのクリア端子に出力され、各Ｄラッチ回路６１、６２はリセットされ、それぞれの出力信号は同時に“Ｌ”に転じる。
【００７３】
上述したように、出力信号Ｄ、Ｕはそれぞれ比較信号Ｖ、基準信号Ｒの立ち上がりに応じて個別に“Ｌ”から“Ｈ”へと立ち上がるが、逆に“Ｈ”から“Ｌ”へと立ち下がる際には、基準信号Ｒの立ち上がりに同期して同時に立ち下がる。
【００７４】
こうして、各Ｄラッチ回路６１、６２の出力信号Ｄ、Ｕが同時に“Ｈ”から“Ｌ”に転じると、導通していた各動作トランジスタ７５、７７は遮断するとともに遮断していた各待機トランジスタ７４、７６が導通し、ソース側定電流回路７０、シンク側定電流回路７２が生成する定電流ＣＵ、ＣＤは、制御端子８５に供給されなくなる。上述したように、各Ｄラッチ回路６１、６２の出力信号Ｄ、Ｕは同時に立ち下がるので、定電流ＣＵ、ＣＤは同時に供給されなくなる。
【００７５】
ネガティブフィードバックループがロックした状態では、発振器３１の出力周波数は一定であり、このとき発振器３１には一定電圧が入力されている。この状態ではチャージポンプ回路３５からはローパスフィルタ３６で除去しうるごく微小なリップル電流のみが出力されており、リップル電流を除くとチャージポンプ回路３５の出力は０になるので、シンク側定電流ＣＤによる電荷量とソース側定電流ＣＵによる電荷量とはリップル電流を除いて等しくなっている。
【００７６】
その状態での各定電流ＣＵ、ＣＤの状態を図３のタイミングチャートに示す。図中符号Ｉ_Hは、シンク側定電流回路７２の生成する定電流ＣＤの電流値を示している。
【００７７】
ソース側定電流回路７０の二個の定電流源７１₁、７１₂が生成するソース側定電流ＣＵの電流値は互いに等しく、シンク側定電流ＣＤの電流値Ｉ_Hの半分になっている。
【００７８】
従って、ソース側定電流ＣＵは、上側動作トランジスタ７５の導通期間の開始時刻ｔ₁から、遅延時間Δｔ_dが経過するまでの間は、シンク側定電流ＣＤの電流値Ｉ_Hの半分の電流値(１／２)Ｉ_Hであって、遅延時間Δｔ_dが経過してスイッチトランジスタ７３が導通した時刻ｔ₃から、導通期間が終了する時刻ｔ₄までの間は、定電流ＣＤと同じ電流値Ｉ_Hになっている。
【００７９】
フィードバックループがロックした状態では、各動作トランジスタ７５、７７の導通期間中に出力されるソース側定電流ＣＵの電荷量とシンク側定電流ＣＤの電荷量とは、リップル電流の分を除いて等しくなっている。
【００８０】
上述したように、各動作トランジスタ７５、７７は同時に遮断し、各動作トランジスタ７５、７７の導通期間は時刻ｔ₄で同時に終了するため、導通期間の初期に電流量が少ない上側動作トランジスタ７５の導通開始時刻ｔ₁が、下側動作トランジスタ７７の導通開始時刻ｔ₂よりも早くなる。
【００８１】
特に、スイッチトランジスタ７３が導通した後では、ソース側定電流回路７０から供給される電流値とシンク側定電流回路７２が吸い込む電流値とは等しく、スイッチトランジスタ７３の導通開始時刻ｔ₃以降の電荷量は互いに等しいのに対し、スイッチトランジスタ７３が導通する前は、上述したように、遅延期間Δｔ_dの間だけ、ソース側定電流回路７０の供給電流がシンク側定電流回路７２の吸い込み電流の半分になっているから、スイッチトランジスタ７３の導通開始時刻ｔ₃以前も、電荷量が等しくなるためには、下側動作トランジスタ７７は、上側動作トランジスタ７５よりも遅延時間Δｔ_dの１／２だけ遅れて導通することになる。
【００８２】
このように、本実施形態では、少なくともフィードバックループがロック状態にあるときに、予め設定された期間、上記の例では遅延時間Δｔ_dの間、一方の定電流回路の供給電流の大きさを、他方の定電流回路の供給電流の大きさとは異ならせている。そして、ソース側及びシンク側の定電流回路７０、７２を制御端子８５に接続する各動作トランジスタ７５、７７は、一緒に遮断されるから、電流量が異なる期間の長さを適切に設定することにより、両方の動作トランジスタ７５、７７の導通開始時刻ｔ₁、ｔ₂を異ならせることができる。この遅延時間Δｔ_dは、後述するように、一方の動作トランジスタの全導通期間にも設定することができる。
【００８３】
従来例においては、フィードバックループがロックした場合には、各動作トランジスタ１７５、１７７がそれぞれ導通する時刻は互いにごく近接しており、各動作トランジスタ１７５、１７７のうち早く導通した側が、遅く導通する側の動作に影響を与えてしまっていたが、本実施形態では、上述したように、各動作トランジスタ７５、７７の導通期間開始の時刻ｔ₁、ｔ₂は、遅延時間Δｔ_dの半分の(１／２)Δｔ_dだけずれており、適当な遅延時間Δｔ_dを設定すると、各動作トランジスタ７５、７７のうち、早く導通する側が遅く導通する側の動作に影響を与えないようになる。
【００８４】
その結果、各動作トランジスタ７５、７７は、位相比較器３４の出力信号Ｕ，Ｄ通りの動作をし、従来生じていたチャージポンプ回路３５が原因となる誤差成分はチャージポンプ回路３５の出力には現れなくなるので、補償回路３７でチャージポンプ回路３５の出力に補償電荷を重畳すると、完全にリップル成分をキャンセルすることができる。
【００８５】
しかしながら、上述したように、下側動作トランジスタ７７は、上側動作トランジスタ７５よりも遅延時間Δｔ_dの１／２だけ遅れて導通し、この遅れにより、チャージポンプ回路３５の制御端子８５から、リップル電流よりも大きな電流が出力されてしまう。チャージポンプ回路の制御端子８５から出力される電流の波形を図３の符号Ｃ_oに示す。
【００８６】
図３の波形Ｃ_oに示すように、上側動作トランジスタ７５の導通期間が開始する時刻ｔ₁から、下側動作トランジスタ７７の導通期間が開始する時刻ｔ₂までは、(１／２)Ｉ_Hなる電流値のソース側定電流ＣＵが制御端子８５から吐き出され、下側動作トランジスタ７７の導通期間が開始する時刻ｔ₂からスイッチトランジスタ７３が導通する時刻ｔ₃までの期間は、(１／２)Ｉ_Hなる電流値のシンク側定電流ＣＤが制御端子８５から吸い込まれる。
【００８７】
図３の波形Ｃ_oに示す電流は、位相比較の度ごとに周期的に制御端子８５から出力され、チャージポンプ回路３５の制御端子８５がローパスフィルタ３６の入力端子に常時接続されていると、その電流がローパスフィルタ３６にそのまま入力されてしまい、外部出力信号ＯＵＴにスプリアス成分が含まれてしまう。
【００８８】
このため、上述したＰＬＬ回路１には、スイッチ素子９１とコンデンサ９２とを備えたスイッチ回路９０が設けられており、スイッチ素子９１が遮断しているときには、チャージポンプ回路３５の出力電流が直接ローパスフィルタ３６に入力されなくなり、導通しているときには、チャージポンプ回路３５の出力電流が直接ローパスフィルタ３６に入力されるように構成されている。
【００８９】
スイッチ素子９１は、図３に示すように、早く導通する上側動作トランジスタ７５の導通期間の開始時刻ｔ₁以前に遮断する。するとチャージポンプ回路の制御端子８５はローパスフィルタ３６から切り離され、チャージポンプ回路の出力電流により、コンデンサ９２が充電される。
【００９０】
その後、各動作トランジスタ７５、７７が導通し、それぞれの導通期間が同時に時刻ｔ₄で終了した後に、スイッチ素子９１が導通する。すると、ローパスフィルタ３６とコンデンサ９２とが接続され、コンデンサ９２に充電された電荷が放電される。スイッチ素子９１が遮断している間にコンデンサ９２に充電される電荷はリップル電流と等しく、この電荷に、補償回路３７から出力され、図３の符号ＨＤに示す補償電荷を重畳すると、ローパスフィルタ３６に入力される電荷は０になる。図３の符号ＬＰは、ローパスフィルタ３６に入力される電圧の電圧波形を示している。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態のＰＬＬ回路１によれば、ロックした状態でローパスフィルタ３６の入力電圧ＬＰは０Ｖになるので、従来、除去しきれなかったスプリアス成分を、外部出力信号ＯＵＴから完全に除去することができる。
【００９２】
なお、上述した実施形態では、ソース側定電流回路７０は、上側動作トランジスタ７５の導通期間が開始した後遅延時間Δｔ_dが経過するまでの期間に、シンク側定電流回路７２が生成する電流値の１／２の電流値を供給しているが、この期間中にソース側定電流回路７０が生成する電流値はこれに限られるものではなく、例えば、シンク側定電流回路７２が生成する電流値の１／３になるように構成してもよい。
【００９３】
また、遅延時間Δｔ_dが経過した後、各動作トランジスタ７５、７７の導通期間が終了するまでの期間には、各定電流回路７０、７２の電流値は互いに等しくなっているが、ソース側定電流回路７０が供給する電流値は、シンク側定電流回路７２が生成する電流値と等しくなくともよく、例えばシンク側定電流回路７２が生成する電流値より少なくなるように構成してもよい。
【００９４】
また、ソース側定電流回路７０は、最初に少ない電流値を供給した後、その電流値よりも多い電流値を供給するように構成されているが、逆に多い電流値を供給した後、それよりも少ない電流値を供給するように構成してもよい。
【００９５】
また、上述したように、遅延時間Δｔ_dを一方の動作トランジスタの全導通期間に設定するように構成してもよい。遅延時間Δｔ_dを、上側動作トランジスタ７５の全導通期間に設定した場合の動作のタイミングチャートを図４に示す。この場合、ソース側定電流ＣＵの電流値は、終始シンク側定電流ＣＤの電流値Ｉ_Hの半分(１／２)Ｉ_Hのままになっており、下側動作トランジスタ７７の導通期間は、上側動作トランジスタ７５の導通期間すなわち遅延時間Δｔ_dの１／２になっている。
【００９６】
また、上述した実施形態では、ソース側定電流回路７０がソース側定電流ＣＵの電流値を変化させるように構成しているが、逆にシンク側定電流回路７２がシンク側定電流ＣＤの電流値を変化させるように構成してもよい。
【００９７】
【発明の効果】
チャージポンプ回路による誤差成分を除去でき、リップル電流を正確にキャンセルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＰＬＬ回路を示すブロック図
【図２】本発明の位相比較器及びチャージポンプ回路を説明する回路図
【図３】本発明の一実施形態のＰＬＬ回路の動作を示すタイミングチャート
【図４】本発明の他の実施形態のＰＬＬ回路の動作を示すタイミングチャート
【図５】従来のＰＬＬ回路を示すブロック図
【図６】従来のＰＬＬ回路の動作を説明するタイミングチャート
【図７】従来のＰＬＬ回路に用いられるチャージポンプ回路の動作トランジスタの動作を説明する第１の図
【図８】従来のＰＬＬ回路に用いられるチャージポンプ回路の動作トランジスタの動作を説明する第２の図
【図９】従来のＰＬＬ回路に用いられるチャージポンプ回路を説明する回路図
【符号の説明】
１……ＰＬＬ回路３１……発振器３２……分周器３４……位相比較器３５……チャージポンプ回路３６……ローパスフィルタ３７……補償回路３８……分周値制御回路５０……遅延回路７０……ソース側定電流回路７２……シンク側定電流回路

Claims

制御信号に応じた周波数の発振信号を出力する発振器と、
上記発振信号を分周して出力する分数分周方式の分周器と、
基準信号を生成する基準信号発生器と、
上記分周器から出力される信号と上記基準信号との位相を比較して位相差に応じた第１及び第２の信号を出力する位相比較器と、
上記第１の信号に応答して出力端子に第１の電流を供給する第１の電流供給回路と、上記第２の信号に応答して上記出力端子に第２の電流を供給する第２の電流供給回路とを有するチャージポンプ回路と、
上記チャージポンプ回路の出力端子に接続されている容量素子と、
上記チャージポンプ回路の出力端子の信号を入力して上記発振器に上記制御信号を供給するローパスフィルタと、
上記チャージポンプ回路の出力端子と上記ローパスフィルタの入力端子との間に接続されているスイッチ素子と、
上記チャージポンプ回路の出力端子の信号に含まれるリップル成分を除去するための補償電流を上記ローパスフィルタの入力端子に供給する補償回路と、
を有するＰＬＬ回路であって、
上記ＰＬＬ回路がロック状態にあるときには、上記第１の電流と上記第２の電流との供給が異なる時間に開始され、それらの供給が同じ時間に停止されるＰＬＬ回路。
上記スイッチ素子が上記第１又は第２の電流が供給されているときに遮断状態にある請求項１に記載のＰＬＬ回路。
上記第１の電流供給回路が第１及び第２の定電流源を有し、上記第２の電流供給回路が第３の定電流源を有し、上記第２の定電流源の電流供給が上記第１の定電流源の電流供給開始時点から所定の時間経過後に開始される請求項１又は２に記載のＰＬＬ回路。
上記基準信号に応答して上記第２の定電流源の電流供給を制御する制御回路を有する請求項３に記載のＰＬＬ回路。
上記位相比較器が、上記基準信号を入力して上記第１の信号を出力する第１の論理回路と、上記分周器の出力信号を入力して上記第２の信号を出力する第２の論理回路と、上記基準信号に応答して上記第１及び第２の論理回路をリセットする第３の論理回路とを有し、
上記第１の電流供給回路が、上記第１の信号に応答して上記第１の定電流源を上記出力端子に接続する第１のトランジスタと、上記制御回路の出力信号に応答して上記第２の定電流源を上記出力端子に接続する第２のトランジスタとを有し、
上記第２の電流供給回路が上記第２の信号に応答して上記第３の定電流源を上記出力端子に接続する第３のトランジスタを有する請求項４に記載のＰＬＬ回路。
上記分周器の分数分周値と上記補償回路とを制御する分周値制御回路を有する請求項１、２、３、４又は５に記載のＰＬＬ回路。