JP4575816B2 - 基準信号に基づいて信号を発生させる発振装置 - Google Patents

Description

本発明は、基準信号に基づいて信号を発生させる発振装置に関する。特に、本発明は、ＰＬＬ回路を用いて信号を発生させる発振装置に関する。

従来、高い精度で信号を発生する回路としてＰＬＬ（Phase Lock Loop）回路が広く用いられている。ＰＬＬ回路は、基準信号と発振信号との周波数を位相比較器で比較し、検出された位相差に基づいて発振信号の周波数を変化させる。しかしながら、位相比較器には、微小な位相差を検出できない場合があることが知られており、このような検出できない位相差の範囲は不感帯（デッドゾーン）と呼ばれている。

従来、このような不感帯の存在を補う方法の１つとして、ＰＬＬ回路においてチャージポンプ電流（Ｉｃ）に加えてタイミングシフト電流（Ｉｔ）を用いる方法が知られている。図１１は、従来のチャージポンプ型のＰＬＬ回路６０を示す。ＰＬＬ回路６０は、フィルタ回路６００と、発振器６１０と、分周器６１５と、位相比較器６２０と、基準信号発生器６２５と、スイッチ回路６３０と、充電用電流源６４０と、チャージポンプ電流源６５０とを備える。

フィルタ回路６００は、コンデンサ６０５を有し、コンデンサ６０５に蓄積された電荷量に基づく制御信号を出力する。発振器６１０は、その制御信号に基づく周波数の発振信号を出力する。分周器６１５は、その発振信号を分周又は逓倍して位相比較器６２０に出力する。位相比較器６２０は、発振信号と、基準信号発生器６２５から発せられた基準信号とを比較することにより発振信号及び基準信号の位相差を検出する。スイッチ回路６３０は、位相差に基づいて、充電用電流源６４０から発せられるタイミングシフト電流（Ｉｔ）によりコンデンサ６０５を充電させるか、又は、所定の放電電流（Ｉｃ−Ｉｔ）によりコンデンサ６０５を放電させるかを制御する。
現時点で先行公知文献の存在を確認していないので、その記載を省略する。

図１２は、ＰＬＬ回路６０において充電電流及びチャージポンプ電流が位相差に与える影響を示す。基準信号発生器６２５は、周期Ｔの基準信号を発生させる。ある定常的な状態において、発振器６１０は、基準信号との位相差をｔとする発振信号を出力している。このような状態において、位相比較器６２０は、発振信号が基準信号に対する位相差を有する場合において、信号の立ち上がり時にその位相差に応じたパルス（信号Ａ）を出力し、それ以外の場合に信号Ｂを出力する。その結果、信号Ａが出力された場合にはコンデンサ６０５に電荷が蓄積され、信号Ｂが出力された場合にはコンデンサ６０５から電荷が放出される。

ここで、発振信号は定常的な状態であり、その周波数は変更されないのであるから、コンデンサ６０５に蓄積される電荷量も一定の水準（Ｘ）付近で推移していることとなる。従って、信号Ａの出力により蓄積される電荷量と、信号Ｂの出力により放出される電荷量とは等しい。その結果、以下の式（１）が導かれる。
ｔ（Ｉｃ−Ｉｔ）＝（Ｔ−ｔ）Ｉｔ …式（１）

この式を変形することにより以下の式（２）が導かれる。
ｔＩｃ＝ＴＩｔ
ｔ＝Ｔ×Ｉｔ／Ｉｃ …式（２）
従って、位相差ｔは、Ｉｔ及びＩｃの電流値の比率に基づいて定まる。

これらの電流値の大きさは、装置内外の温度や電源電圧の変動に応じて変動する場合がある。従来、Ｉｔ及びＩｃの変動比率が互いに異なる場合には、その変動により位相差ｔもが変動してしまう場合があった。

また、ＰＬＬ回路の特性を表す指標として、当該回路により追従可能なジッタ成分の周波数帯域であるループ帯域が知られている。このループ帯域は、ＰＬＬ回路の特性、例えば発振器６１０の特性や、チャージポンプ電流の大きさ等によって定まる。ＰＬＬ回路の用途によっては、このループ帯域を可変としたい場合がある。例えば、発振器６１０において、印加された電圧の電圧値当たりの発振信号の周波数を示す特性が、その周波数の大きさに応じて変動してしまう場合がある。このような場合等において、ループ帯域を変更することができれば、ＰＬＬのループ帯域が出力周波数によって変動することを防ぐことができる。

ＰＬＬ回路のループ帯域を変更する方法としては、以下の２つの方法が考えられる。
１）フィルタ回路のゲインをスイッチにより変更
２）チャージポンプ電流値をスイッチにより切替
しかしながら、これらの方法によれば、ループ帯域の可変分解能の細かさに応じた数のスイッチが必要と成る。このため、多くのスイッチが必要となり、回路の複雑化や電力消費の増加を招くおそれがある。また、チャージポンプ電流の電流値をＤＡコンバータにより調節する方法も考えられるが、温度変化等の影響を受けてＤＡコンバータの特性が変化し、前記の位相差ｔを変動させてしまう場合がある。

そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる、基準信号に基づいて信号を発生させる発振装置を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、コンデンサを有し、コンデンサに蓄積された電荷量に基づく制御信号を出力するフィルタ回路と、前記制御信号に基づく周波数の発振信号を出力する発振器と、前記発振信号と、予め定められた周波数の基準信号とを比較することにより前記発振信号及び前記基準信号の位相差を検出する位相比較器と、前記位相差に基づいて、所定の充電電流により前記コンデンサを充電させるか、又は、所定の放電電流により前記コンデンサを放電させるかを制御するスイッチ回路と、前記充電電流及び前記放電電流のそれぞれを、予め定められた基準電流又は基準電圧に基づいて定める電流安定化回路とを備える発振装置を提供する。

また、前記電流安定化回路は、前記コンデンサに接続され、所定の位相制御電流を前記充電電流として前記コンデンサに供給する位相制御電流源と、所定のチャージポンプ電流を流し、前記スイッチ回路により前記コンデンサに接続された場合に前記コンデンサを放電させるチャージポンプ電流源とを有してもよく、この場合、前記位相制御電流および前記チャージポンプ電流の電流値を、前記基準電流又は前記基準電圧に実質的に比例する電流値としてもよい。

また、前記チャージポンプ電流源は、第１の基準電位に接続され、前記基準電流と実質的に比例する前記チャージポンプ電流および参照電流を前記第１の基準電位に流し、前記位相制御電流源は、前記第１の基準電位より高い第２の基準電位に接続され、前記参照電流と実質的に比例する前記位相制御電流を前記第２の基準電位から前記コンデンサへ流してもよい。
また、電流安定化回路は、前記基準電流に対する前記位相制御電流源に供給される前記参照電流の比率を、指定された値に設定することにより位相制御電流の大きさを変更する位相制御電流変更回路を更に有してもよい。

また、前記チャージポンプ電流源は、第１の基準電位に接続され、所定の参照電流と実質的に比例する前記チャージポンプ電流を前記第１の基準電位に流し、前記位相制御電流源は、前記第１の基準電位より高い第２の基準電位に接続され、前記基準電流と実質的に比例する前記参照電流および前記位相制御電流を、前記第２の基準電位から前記チャージポンプ電流源および前記コンデンサへ流してもよい。
また、前記チャージポンプ電流源は、前記基準電圧の大きさに比例した前記チャージポンプ電流及び参照電流を、前記第１の基準電位に流し、前記位相制御電流源は、前記第１の基準電位より高い第２の基準電位に接続され、前記参照電流と実質的に比例する前記位相制御電流を前記第２の基準電位から前記コンデンサへ流してもよい。

また、前記電流安定化回路は、前記基準電流に対する前記チャージポンプ電流の比率を指定された値に設定することにより、前記位相差の変動量に対する前記発振信号の周波数の変更量である応答特性を設定する電流調整回路を更に有してもよい。
また、前記電流調整回路は、前記基準電流に対する前記チャージポンプ電流の比率を変更する場合に、前記チャージポンプ電流と前記位相制御電流との比率を変更前の比率のまま保持するように前記位相制御電流を変更してもよい。

また、前記電流安定化回路は、前記基準電流の電流値を指定された値に設定することにより、前記位相差の変動に応答して前記発振信号の周波数を変更させる応答特性を設定する電流調整回路を更に有してもよい。
また、前記電流調整回路は、当該発振装置が発振信号の出力を開始してから経過した時間がより短い場合に、当該時間がより長い場合と比較して、前記位相差の変動に応答して周波数を変更させる応答速度をより速く設定してもよい。
また、前記チャージポンプ電流源は、前記基準電圧に対する前記チャージポンプ電流の比率を指定された値に設定することにより、前記位相差の変動量に対する前記発振信号の周波数の変更量である応答特性を更に設定してもよい。

また、前記電流安定化回路は、前記コンデンサに接続され、所定の位相制御電流を放電電流とし、当該放電電流により前記コンデンサを放電する位相制御電流源と、前記スイッチ回路により前記コンデンサに接続された場合に、所定のチャージポンプ電流を流すことにより前記コンデンサを充電するチャージポンプ電流源とを有してもよく、前記位相制御電流および前記チャージポンプ電流の電流値を、前記基準電流又は前記基準電圧に実質的に比例する電流値としてもよい。

また、本発明の第２の形態においては、２つの入力電圧値の積分値に基づく制御信号を出力する積分回路と、前記制御信号に基づく周波数の発振信号を出力する発振器と、前記発振信号と、予め定められた周波数の基準信号とを比較することにより前記発振信号及び前記基準信号の位相差に応じたパルス幅の位相差信号を出力する位相比較器と、前記発振信号と前記基準信号との位相差を、予め定められた基準位相差に近づけるように、前記位相差信号に基づいて前記２つの入力電圧値を制御する制御回路と、２つの前記入力電圧値を、共に、予め定められた基準電圧に基づいて定める電圧安定化回路とを備える発振装置を提供する。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明によれば、ＰＬＬ回路において基準信号に対する発振信号の位相差を安定させ、かつその位相差及びループ帯域を変更可能とすることができる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る発振装置１０の構成を示す。発振装置１０は、フィルタ回路１００と、発振器１１０と、分周器１１５と、位相比較器１２０と、基準信号発生器１２５と、スイッチ回路１３０と、電流安定化回路１４０と、基準電流源１５５とを備える。フィルタ回路１００は、コンデンサ１０５と、フィルタ１０８とを有し、コンデンサ１０５に蓄積された電荷量に基づく制御信号をフィルタ１０８を経由して発振器１１０に出力する。発振器１１０は、その制御信号に基づく周波数の発振信号を外部に出力する。具体的には、発振信号の周波数は、フィルタ回路１００から出力された制御信号の電圧値に基づいて定まる。

分周器１１５は、発振器１１０から出力された発振信号の周波数を予め定められた比率により分周又は逓倍し、位相比較器１２０に出力する。基準信号発生器１２５は、予め定められた周波数の基準信号を位相比較器１２０に出力する。位相比較器１２０は、発振器１１０から分周器１１５を介して入力した発振信号と、位相比較器１２０から入力した基準信号とを比較することにより、発振信号及び基準信号の位相差を検出する。

スイッチ回路１３０は、位相比較器１２０により検出された位相差に基づいて、所定の充電電流（Ｉｔ）によりコンデンサ１０５を充電させるか、又は、所定の放電電流（Ｉｃ−Ｉｔ）によりコンデンサ１０５を放電させるかを制御する。電流安定化回路１４０は、充電電流及びチャージポンプ電流のそれぞれを、予め定められた基準電流（Ｉｒｅｆ）に基づいて定める。このように、充電電流及びチャージポンプ電流のそれぞれは、共に基準電流源１５５の電流値に基づいて定められる。これにより、温度や電源電圧が変動した場合であっても、充電電流（Ｉｔ）及び放電電流（Ｉｃ−Ｉｔ）が互いに異なる影響を受けることを防ぎ、発振信号の位相差を安定させ、ジッタを小さくすることができる。

図２は、図１における電流安定化回路１４０の詳細な構成を示す（第１例）。電流安定化回路１４０は、チャージポンプ電流源１５０と、位相制御電流源１６０と、電流調整回路１７０とを有する。チャージポンプ電流源１５０は、充電電流（Ｉｔ）及び放電電流（Ｉｃ−Ｉｔ）を合計した大きさの所定のチャージポンプ電流（Ｉｃ）を流す。そして、チャージポンプ電流源１５０は、スイッチ回路１３０によりコンデンサ１０５に接続された場合において、コンデンサ１０５を放電電流（Ｉｃ−Ｉｔ）により放電させる。具体的には、チャージポンプ電流源１５０は、第１の基準電位（Ｖ−）に接続されたカレントミラー回路１５８を有し、カレントミラー回路１５８により、基準電流（Ｉｒｅｆ）と実質的に比例するチャージポンプ電流（Ｉｃ）及び位相制御電流（Ｉａ）を第１の基準電位（Ｖ−）に流す。

位相制御電流源１６０は、コンデンサ１０５に接続され、位相制御電流（Ｉｔ）をコンデンサ１０５に流す。そして、コンデンサ１０５は、スイッチ回路１３０によりコンデンサ１０５と電流安定化回路１４０との接続が遮断された場合において、位相制御電流（Ｉｔ）により充電される。具体的には、位相制御電流源１６０は、第１の基準電位（Ｖ−）より高い第２の基準電位（Ｖ＋）に接続されるカレントミラー回路１６５を有し、カレントミラー回路１６５は、参照電流（Ｋ×Ｉａ）と実質的に比例する位相制御電流（Ｉｔ）を第２の基準電位（Ｖ＋）からコンデンサ１０５に流す。なお、後述する位相制御電流変更回路１７２が、電流吐き出し型のＤＡコンバータにより実現される場合においては、カレントミラー回路１６５は不要となる。即ち、位相制御電流源１６０は、位相制御電流変更回路１７２から出力される電流をコンデンサ１０５に直接供給すればよい。

電流調整回路１７０は、位相制御電流変更回路１７２と、チャージポンプ電流変更回路１７５とを有する。位相制御電流変更回路１７２は、例えばＤＡコンバータ等により実現され、基準電流（Ｉｒｅｆ）に対する位相制御電流源１６０に与えられる参照電流の比率を、指定された値に設定することにより、位相制御電流の大きさを変更する。変更された結果得られる参照電流の大きさをＫ×Ｉａとする。チャージポンプ電流変更回路１７５は、例えばＤＡコンバータ等により実現され、基準電流（Ｉｒｅｆ）に対するチャージポンプ電流（Ｉｃ）の比率を、指定された値に設定する。この比率の設定により、基準信号と発振信号との位相差の変動量に対する前記発振信号の周波数の変更量である応答特性を設定することができる。更に、この応答特性を変更することにより、ＰＬＬ回路としてのループ帯域を任意に定めることができる。

より詳細には、チャージポンプ電流変更回路１７５は、カレントミラー回路１９０及びカレントミラー回路１９５を順次経由してスイッチ回路１３０に接続される。カレントミラー回路１９０は、回路電源の正電圧（Ｖｃｃ）に接続され、チャージポンプ電流変更回路１７５による吸い込み電流に実質的に比例する電流をカレントミラー回路１９５に流す。カレントミラー回路１９５は、回路電源の負電圧（Ｖｅｅ）に接続され、カレントミラー回路１９０により流される電流と実質的に比例するチャージポンプ電流（Ｉｃ）をスイッチ回路１３０から流す。これにより、チャージポンプ電流変更回路１７５を実現するＤＡコンバータの特性によらず、所望の大きさの電流をチャージポンプ電流として流すことができる。なお、当該ＤＡコンバータの特性によっては、チャージポンプ電流変更回路１７５をスイッチ回路１３０に直接接続してもよい。

更に、好ましくは、電流調整回路１７０は、基準電流（Ｉｒｅｆ）に対するチャージポンプ電流（Ｉｃ）の比率を変更する場合に、チャージポンプ電流（Ｉｃ）と位相制御電流（Ｉｔ）との比率を変更前の比率のまま保持するように位相制御電流（Ｉｔ）を併せて変更する。これにより、基準信号に対する発振信号の位相差を一定に保持したまま、応答特性のみを変更することができる。

また、更に好ましくは、電流調整回路１７０は、発振装置１０が発振信号の出力を開始してから経過した時間がより短い場合に、当該時間がより長い場合と比較して、位相差の変動に応答して周波数を変更させる応答速度をより速く設定する。これにより、電源投入時等において発振信号と基準信号との位相差が大きい場合にはその周波数を基準信号に素早く追従させると共に、その後に周波数が安定した場合には、基準信号の周波数の微小な変動の影響を受けにくくすることができる。

図３は、図２におけるチャージポンプ電流源１５０の変形例を示す。本変形例において、チャージポンプ電流源１５０は、基準電圧源３００と、チャージポンプ電流発生回路３１０と、位相制御電流発生回路３２０とを有する。基準電圧源３００は、第１の基準電位（Ｖ−）に接続され、第１の基準電位との電位差を予め定められた基準電圧値（Ｖｒｅｆ）とする電位を定める。チャージポンプ電流発生回路３１０は、基準電圧値（Ｖｒｅｆ）の大きさに比例した電流（Ｉ_１）を、第１の基準電位に流す。電流（Ｉ_１）は、基準電圧値（Ｖｒｅｆ）を基準抵抗値（Ｒ１）で除算した値となる。また、位相制御電流発生回路３２０は、基準電圧値（Ｖｒｅｆ）の大きさに比例した位相制御電流（Ｉ_２）を、第１の基準電位に流す。位相制御電流（Ｉ_２）は、基準電圧値（Ｖｒｅｆ）を基準抵抗値（Ｒ２）で除算した値となる。

このように、充電電流及び放電電流を定める共通の基準は、基準電流のみならず基準電圧であってもよい。このような構成によっても、充電電流及び放電電流が受ける温度変動等の影響を等しいものとすることができるので、発振信号の基準信号に対する位相差を一定に保つことができる。

図４は、図１における電流安定化回路１４０の詳細な構成を示す（第２例）。図２と同様に、電流安定化回路１４０は、チャージポンプ電流源１５０と、位相制御電流源１６０と、電流調整回路１７０とを有する。しかしながら、本図の例においては図２とは異なり、チャージポンプ電流源１５０は、第１の基準電位（Ｖ−）と接続される。そして、チャージポンプ電流源１５０は、所定の参照電流と実質的に比例するチャージポンプ電流を、スイッチ回路１３０から第１の基準電位に流す。また、実質的に比例する電流を流すために、例えばカレントミラー回路１５８を用いてもよい。

また、位相制御電流源１６０は、図２の例とは異なり、第１の基準電位（Ｖ−）より高い第２の基準電位に接続される。そして、位相制御電流源１６０は、基準電流と実質的に比例する参照電流および位相制御電流を、第２の基準電位（Ｖ＋）からチャージポンプ電流源１５０およびコンデンサ１０５に流す。また、実質的に比例する電流を流すために、例えばカレントミラー回路１６５を用いてもよい。

電流調整回路１７０は、図２と同様に、位相制御電流変更回路１７２と、チャージポンプ電流変更回路１７５とを有する。位相制御電流変更回路１７２は、例えばＤＡコンバータ等により実現され、基準電流（Ｉｒｅｆ）に対する位相制御電流の比率を、指定された値に設定する。チャージポンプ電流変更回路１７５は、例えばＤＡコンバータ等により実現され、基準電流（Ｉｒｅｆ）に対するチャージポンプ電流（Ｉｃ）の比率を、指定された値に設定する。この比率の設定により、基準信号と発振信号との位相差の変動量に対する発振信号の周波数の変更量である応答特性を設定することができる。更に、この応答特性を変更することにより、ＰＬＬ回路としてのループ帯域を任意に定めることができる。

図５は、図１における電流安定化回路１４０の詳細な構成を示す（第３例）。本例においては、図２に示した電流調整回路１７０と同様に、チャージポンプ電流源１５０は、位相制御電流変更回路１７２と、チャージポンプ電流変更回路１７５とを有する。しかしながら、図２とは異なり、位相制御電流変更回路１７２及びチャージポンプ電流変更回路１７５は、予め定められた基準電圧を共に入力する。位相制御電流変更回路１７２は、基準電圧に対する位相制御電流の比率を指定された値に設定し、位相制御電流源１６０に出力する。チャージポンプ電流変更回路１７５は、基準電圧に対するチャージポンプ電流の比率を指定された値に設定することにより、発振信号の応答特性を変更する。その他の構成は図２に示した電流安定化回路１４０と略同一であるから説明を省略する。
以上、本例によっても、チャージポンプ電流及び充電電流の電流値を共通の基準電圧に基づいて定めることができることから、充電電流及び放電電流が受ける温度変動等の影響を等しくし、発振信号の基準信号に対する位相差を一定に保つことができる。

図６は、図１における電流安定化回路１４０の詳細な構成を示す（第４例）。本例においては、図２に示した構成と同様に、電流安定化回路１４０は、チャージポンプ電流源１５０と、位相制御電流源１６０と、電流調整回路１７０とを有する。但し、図２とは異なり、電流調整回路１７０は、チャージポンプ電流変更回路１７５に代えて基準電流変更回路１８０を有する。基準電流変更回路１８０は、例えばＤＡコンバータ等により実現され、基準電流の電流値を指定された値に設定する。チャージポンプ電流源１５０は、基準電流に実質的に比例するチャージポンプ電流を流し、基準電流に実質的に比例する位相制御電流を流す。

この結果、基準電流の電流値を変更すれば、チャージポンプ電流及び充電電流の比率を一定に保持したまま、位相差の変動量に対する前記発振信号の周波数の変更量である応答特性のみを変更することができる。また、図２と同様に、位相制御電流変更回路１７２によって、チャージポンプ電流及び充電電流の比率を変更できるので、基準信号に対する発振信号の位相差を任意に設定することもできる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る発振装置１０の構成を示す。発振装置１０は、図１と同様に、フィルタ回路１００と、発振器１１０と、分周器１１５と、位相比較器１２０と、基準信号発生器１２５と、スイッチ回路１３０と、電流安定化回路１４０と、基準電流源１５５とを備える。以下、図１との相違点を説明する。スイッチ回路１３０は、位相比較器１２０により検出された位相差に基づいて、所定の放電電流（Ｉｔ）によりコンデンサ１０５を放電させるか、又は、所定の充電電流（Ｉｃ−Ｉｔ）によりコンデンサ１０５を充電させるかを制御する。電流安定化回路１４０は、チャージポンプ電流（Ｉｃ）および位相制御電流（Ｉｔ）を、共に、基準電流（Ｉｒｅｆ）に基づいて定める。この結果、充電電流及び放電電流のそれぞれは、基準電流（Ｉｒｅｆ）に基づいて定まる。これにより、温度や電源電圧が変動した場合であっても、充電電流及び放電電流が互いに異なる影響を受けることを防ぎ、発振信号の位相差を安定させ、ジッタを小さくすることができる。

図８は、図７における電流安定化回路１４０の詳細な構成を示す。電流安定化回路１４０は、図２と同様に、チャージポンプ電流源１５０と、位相制御電流源１６０と、電流調整回路１７０とを有する。以下、図２との相違点を説明する。チャージポンプ電流源１５０は、所定のチャージポンプ（Ｉｃ）を流し、スイッチ回路１３０によりコンデンサ１０５に接続された場合に、コンデンサ１０５を充電する。具体的には、チャージポンプ電流源１５０は、第２の基準電位（Ｖ＋）に接続されたカレントミラー回路１５８を有し、カレントミラー回路１５８により、参照電流と実質的に比例するチャージポンプ電流（Ｉｃ）をスイッチ回路１３０に流す。

位相制御電流源１６０は、コンデンサ１０５に接続され、所定の位相制御電流を放電電流とし、その放電電流によりコンデンサ１０５を放電する。具体的には、位相制御電流源１６０は、第２の基準電位（Ｖ＋）より低い第１の基準電位（Ｖ−）に接続されるカレントミラー回路１６５を有し、カレントミラー回路１６５は、基準電流（Ｉｒｅｆ）と実質的に比例する参照電流（Ｉａ）および位相制御電流（Ｉｔ）を流す。

電流調整回路１７０は、位相制御電流変更回路１７２と、チャージポンプ電流変更回路１７５とを有する。位相制御電流変更回路１７２は、例えばＤＡコンバータ等により実現され、基準電流（Ｉｒｅｆ）に対する位相制御電流の比率を、指定された値に設定することにより、位相制御電流の大きさを変更する。チャージポンプ電流変更回路１７５は、例えばＤＡコンバータ等により実現され、参照電流（Ｉａ）に対するチャージポンプ電流（Ｉｃ）の比率を、指定された値に設定する。この比率の設定により、基準信号と発振信号との位相差の変動量に対する発振信号の周波数の変更量である応答特性を設定することができる。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る発振装置１０の構成を示す。図１０は、図９に示す発振装置１０において、各々の制御信号の波形を示す。発振装置１０は、積分回路９００と、発振器９１０と、分周器９１５と、位相比較器９２０と、基準信号発生器９２５と、制御回路９３０と、電圧安定化回路９４０とを有する。発振器９１０、分周器９１５、および基準信号発生器９２５は、図１で説明した発振器１１０、分周器１１５、および基準信号発生器１２５と略同一であるので説明を省略する。積分回路９００は、２つの入力電圧値の積分値に基づく制御信号を出力する。一例として、積分回路９００は、コンパレータの出力を入力側にフィードバックする回路により実現される。

位相比較器９２０は、発振信号と、予め定められた周波数の基準信号とを比較する。そして、位相比較器９２０は、発振信号及び基準信号の位相差に応じたパルス幅の位相差信号を出力する。例えば、位相比較器９２０は、基準信号に対して発振信号の位相が遅れているときには、基準信号の立ち上がり時において、その遅れに応じたパルス幅の信号を端子Ｕに出力する（図１０のＶ_Ｕを参照。）。この場合、位相比較器９０２は、端子Ｄに信号を出力しない。ただし、位相比較器９２０を実現する回路素子の仕様によっては、基準信号の立ち上がり時に極めて小さいパルスが生じる場合もある。

制御回路９３０は、発振信号と基準信号との位相差を、予め定められた基準位相差に近づけるように、位相差信号に基づいて前記２つの入力電圧値を制御する。具体的には、制御回路９３０は、位相比較器９２０の端子Ｕおよび端子Ｄの各々の電圧値に基づいて、電圧（Ｖ_Ｕ）および電圧（Ｖ_Ｄ）を生成する。更に、制御回路９３０は、予め定められた位相制御電圧（Ｖｃ）を生成する。そして、制御回路９３０は、位相制御電圧（Ｖｃ）および電圧（Ｖ_Ｕ）を積分回路９００に対する一方の入力電圧値とし、電圧（Ｖ_Ｄ）を他方の入力電圧値とする。電圧安定化回路９４０は、２つの入力電圧値を、共に、予め定められた基準電圧（Ｖｒｅｆ）に基づいて定める。

ここで、発振信号の周波数が安定的に推移する場合においては、発振器９１０に入力される制御信号の電圧が安定するのであるから、積分回路９００に入力される２つの電流の電流値は等しくなる。即ち、位相制御電圧（Ｖｃ）により生じる電流（Ｉｃ）、電圧（Ｖ_Ｕ）により生じる電流（Ｉ_Ｕ）、および電圧（Ｖ_Ｄ）により生じる電流（Ｉ_Ｄ）の関係は、Ｉｃ＋Ｉ_Ｄ＝Ｉ_Ｕとなる。この場合、Ｖ_Ｕ＝Ｖｃ＋Ｖ_Ｄとなる。いま、電圧（Ｖｃ）が、電圧（Ｖ_Ｕ）の一方のレベル電圧（Ｖｈ）および他方のレベル電圧（Ｖｌ）を用いて、Ｖｃ＝Ｖｌ＋（Ｖｈ−Ｖｌ）／の４関係にあるとする。

この場合、制御回路９３０は、発振信号を基準信号に対して４分の１周期遅らせることにより、積分回路９００に入力される電圧値が等しくなるように制御する。このように、本実施形態によれば、位相制御電圧の大きさを適切に定めることによって、発振信号の基準信号に対する基準位相差を定めることができる。そして、位相比較器９２０および制御回路９３０は、発振信号の基準信号に対する位相差を、この基準位相差に近づけるように制御することができる。

また、本実施形態においてループ帯域は、発振器９１０の感度、ループフィルタの利得、および、積分回路９００への入力電圧値の振幅の各要素に基づいて定められる。例えば、入力電圧値の振幅を変更するには、図９に示す基準電圧（Ｖｒｅｆ）を変更すればよい。このように、本実施形態においても、上述の他の実施形態と同様に、ループ帯域を任意の定めることができる。

なお、図９に示す回路構成は一例であり、各種の変形例が考えられる。例えば、位相制御電圧（Ｖｃ）は、積分回路９００の何れの入力端子に印加されてもよい。また、積分回路９００は、入力電圧値（Ｖ_Ｕ）に代えて、基準電圧（Ｖｒｅｆ）に基づいて定められる所定の定電圧値を入力としてもよい。この場合であっても、位相比較器９２０および制御回路９３０は、発振信号の基準信号に対する位相差を、所定の位相差に定めることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る発振装置１０の構成を示す。 図２は、図１における電流安定化回路１４０の詳細な構成を示す（第１例）。 図３は、図２におけるチャージポンプ電流源１５０の変形例を示す。 図４は、図１における電流安定化回路１４０の詳細な構成を示す（第２例）。 図５は、図１における電流安定化回路１４０の詳細な構成を示す（第３例）。 図６は、図１における電流安定化回路１４０の詳細な構成を示す（第４例）。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る発振装置１０の構成を示す。 図８は、図７における電流安定化回路１４０の詳細な構成を示す。 図９は、本発明の第３の実施形態に係る発振装置１０の構成を示す。 図１０は、図９に示す発振装置１０において、各々の制御信号の波形を示す。 図１１は、従来のチャージポンプ型のＰＬＬ回路６０を示す。 図１２は、ＰＬＬ回路６０において充電電流及びチャージポンプ電流が位相差に与える影響を示す。

符号の説明

１０ 発振装置
６０ ＰＬＬ回路
１００ フィルタ回路
１０５ コンデンサ
１０８ フィルタ
１１０ 発振器
１１５ 分周器
１２０ 位相比較器
１２５ 基準信号発生器
１３０ スイッチ回路
１４０ 電流安定化回路
１５０ チャージポンプ電流源
１５５ 基準電流源
１５８ カレントミラー回路
１６０ 位相制御電流源
１６５ カレントミラー回路
１７０ 電流調整回路
１７２ 位相制御電流変更回路
１７５ チャージポンプ電流変更回路
１８０ 基準電流変更回路
１９０ カレントミラー回路
１９５ カレントミラー回路
３００ 基準電圧源
３１０ チャージポンプ電流発生回路
３２０ 位相制御電流発生回路
６００ フィルタ回路
６０５ コンデンサ
６０８ フィルタ
６１０ 発振器
６１５ 分周器
６２０ 位相比較器
６２５ 基準信号発生器
６３０ スイッチ回路
６４０ 充電用電流源
６５０ チャージポンプ電流源
９００ 積分回路
９１０ 発振器
９１５ 分周器
９２０ 位相比較器
９２５ 基準信号発振器
９３０ 制御回路
９４０ 電圧安定化回路

Claims (13)

1. コンデンサを有し、コンデンサに蓄積された電荷量に基づく制御信号を出力するフィルタ回路と、
   前記制御信号に基づく周波数の発振信号を出力する発振器と、
   前記発振信号と、予め定められた周波数の基準信号とを比較することにより前記発振信号及び前記基準信号の位相差を検出する位相比較器と、
   充電電流及び放電電流のそれぞれを、予め定められた基準電流又は基準電圧に基づいて定める電流安定化回路と、
   前記位相差に応じて、位相制御電流および前記放電電流を合計した大きさのチャージポンプ電流を前記コンデンサから放電させるか、前記コンデンサから前記チャージポンプ電流を放電させないかを切り替えるスイッチ回路とを備え、
   前記電流安定化回路は、
   前記コンデンサに接続され、前記位相制御電流を前記充電電流として前記コンデンサに供給する位相制御電流源と、
   前記チャージポンプ電流を前記スイッチ回路に流すチャージポンプ電流源と
   を有する
   発振装置。
2. 前記電流安定化回路は、前記チャージポンプ電流を変更するとともに、前記チャージポンプ電流と前記位相制御電流との比率を変更前の比率のまま保持して前記位相制御電流を変更する電流調整回路を更に有する請求項１記載の発振装置。
3. 前記チャージポンプ電流源は、前記基準電流と比例する前記チャージポンプ電流および参照電流を流し、
   前記位相制御電流源は、前記参照電流と比例する前記位相制御電流を前記コンデンサへ流す
   請求項１または２記載の発振装置。
4. 前記電流安定化回路は、前記基準電流に対する前記位相制御電流源に供給される前記参照電流の比率を、外部から指定された値に応じて設定する位相制御電流変更回路を更に有する請求項３記載の発振装置。
5. 前記チャージポンプ電流源は、参照電流と比例する前記チャージポンプ電流を流し、
   前記位相制御電流源は、前記基準電流と比例する前記参照電流を前記チャージポンプ電流源に流し、前記基準電流と比例する前記位相制御電流を前記コンデンサへ流す
   請求項１または２記載の発振装置。
6. 前記チャージポンプ電流源は、前記基準電圧の大きさに比例した前記チャージポンプ電流及び参照電流を流し、
   前記位相制御電流源は、前記参照電流と比例する前記位相制御電流を前記コンデンサへ流す
   請求項１または２記載の発振装置。
7. 前記電流調整回路は、前記基準電流に対する前記チャージポンプ電流の比率を外部から指定された値に応じて設定する請求項２記載の発振装置。
8. 前記電流調整回路は、前記基準電流の電流値を外部から指定された値に応じて設定する請求項２記載の発振装置。
9. 前記電流調整回路は、当該発振装置が発振信号の出力を開始してから経過した時間が短いほど応答速度が速くなるように、当該発振装置が発振信号の出力を開始してから経過した時間に応じて前記基準電流の電流値を設定する請求項８記載の発振装置。
10. 前記チャージポンプ電流源は、前記基準電圧に対する前記チャージポンプ電流の比率を外部から指定された値に応じて設定する請求項１または２記載の発振装置。
11. コンデンサを有し、コンデンサに蓄積された電荷量に基づく制御信号を出力するフィルタ回路と、
    前記制御信号に基づく周波数の発振信号を出力する発振器と、
    前記発振信号と、予め定められた周波数の基準信号とを比較することにより前記発振信号及び前記基準信号の位相差を検出する位相比較器と、
    充電電流及び放電電流のそれぞれを、予め定められた基準電流又は基準電圧に基づいて定める電流安定化回路と、
    前記位相差に応じて、位相制御電流および前記放電電流を合計した大きさのチャージポンプ電流を前記コンデンサに充電するか、前記コンデンサに前記チャージポンプ電流を充電しないかを切り替えるスイッチ回路とを備え、
    前記電流安定化回路は、
    前記コンデンサに接続され、前記位相制御電流を前記放電電流として前記コンデンサに流す位相制御電流源と、
    前記チャージポンプ電流を前記スイッチ回路に供給するチャージポンプ電流源と
    を有する
    発振装置。
12. 前記電流安定化回路は、前記チャージポンプ電流を変更するとともに、前記チャージポンプ電流と前記位相制御電流との比率を変更前の比率のまま保持して前記位相制御電流を変更する電流調整回路を更に有する請求項１１記載の発振装置。
13. ２つの入力電圧値の積分値に基づく制御信号を出力する積分回路と、
    前記制御信号に基づく周波数の発振信号を出力する発振器と、
    前記発振信号と、予め定められた周波数の基準信号とを比較することにより前記発振信号及び前記基準信号の位相差に応じたパルス幅の位相差信号を出力する位相比較器と、
    前記発振信号と前記基準信号との位相差を、外部から指定された基準位相差に近づけるように、前記位相差信号に基づいて前記２つの入力電圧値を制御する制御回路と、
    ２つの前記入力電圧値を、共に、前記外部から指定された基準電圧に基づいて定める電圧安定化回路と
    を備える発振装置。

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