JP6060719B2 - PLL circuit - Google Patents
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Description
本発明は、低電圧のPLL回路に関するものである。 The present invention relates to a low voltage PLL circuit.
従来より、PLL回路は広く利用されており、その基本的な回路構成を図3に示した。PLL回路100は一般に、位相周波数比較回路(PFD)20と、チャージポンプ(CP)200と、ローパスフィルタ(LF)30と、電圧制御発振回路(VCO)40より構成されている。位相周波数比較回路20には外部からの基準信号REFと電圧制御発振回路(VCO)40からの帰還信号FBが入力しており、この位相周波数比較回路20によりその位相差信号がチャージポンプ200を介して、ローパスフィルタ30に接続される。ローパスフィルタ30では位相差信号の不要成分を取り除いて、その出力に応じて直流電圧に変換し、電圧制御発振回路40に駆動入力する。この発振回路40では、直流電圧によって周波数の変化した信号を出力し、これがPLL回路100の出力となる。又この出力は、帰還信号FBとして位相周波数比較回路20に入力している。基準信号REFを入力してから、このPLL回路100では信号がループを繰返し、最終的に、PLL回路100の安定した出力となる。この出力が安定するまでの期間をロックアップタイムという。このPLL回路は、シンセサイザ、データ伝送での復調回路、FM復調回路、あるいはモータ回転数制御など多様に応用されている。PLL回路100の出力と、帰還信号FBとの間に、分周回路を介してフィードバックし、位相周波数比較回路20に入力する利用方法が、一般的である。
Conventionally, PLL circuits have been widely used, and their basic circuit configuration is shown in FIG. The PLL circuit 100 generally includes a phase frequency comparison circuit (PFD) 20, a charge pump (CP) 200, a low-pass filter (LF) 30, and a voltage controlled oscillation circuit (VCO) 40. A reference signal REF from the outside and a feedback signal FB from the voltage controlled oscillation circuit (VCO) 40 are input to the phase
公知文献を以下に示す。 Known documents are shown below.
半導体集積回路では、その高集積化の開発を常に進めているが、ディープサブミクロン・プロセスにおいて、従来よりも低電圧電源、低耐圧MOSデバイスのみで回路を構成する必要がある。低電圧電源、低耐圧MOSデバイスのみでPLL回路を構成する場合は、その電源電圧範囲、デバイス特性の制限下において、回路定数を最適化することにより最大性能を引き出し、性能限界としていた。 In the semiconductor integrated circuit, development of high integration is constantly advanced. However, in the deep submicron process, it is necessary to configure the circuit only with a low-voltage power supply and a low-breakdown voltage MOS device as compared with the conventional one. When a PLL circuit is configured with only a low-voltage power supply and a low-breakdown-voltage MOS device, the maximum performance is derived by optimizing the circuit constants under the limitation of the power supply voltage range and device characteristics, and the performance limit is set.
しかし、
問題点1
低耐圧MOSデバイスのみで設計した場合、電源電圧を下げるため低消費電力化の効果がある一方で、電圧ダイナミックレンジが狭くなることにより、信号雑音比(SN比)特性の悪化、特性バラツキ増大が問題となっていた。そのため、要求特性が必須である場合は、多電源化(一部を高電圧化)をおこなうことで、その問題を回避していた。
But,
When designed with only a low-breakdown-voltage MOS device, the power supply voltage is lowered, which has the effect of reducing power consumption. On the other hand, the voltage dynamic range is narrowed, resulting in deterioration in signal-to-noise ratio (SN ratio) characteristics and increased characteristic variations. It was a problem. Therefore, when the required characteristics are essential, the problem has been avoided by increasing the number of power supplies (partially increasing the voltage).
問題点2
PLL回路を構成する要素回路VCO、CP回路については、電圧ダイナミックレンジを狭くした場合、有効となる制御電圧レンジも同じように狭くなる。このとき必要とする
VCO周波数可変レンジを環境条件・製造バラツキを含めて補償するためには、VCO制御感度を高くすることで、単位あたりの電圧範囲の周波数可変レンジを広くする必要がある。これは位相ノイズを増加させる主な原因、及びPLL回路の要素回路であるフィードバック分周回路の最大周波数動作マージンの要求特性を引き上げ、消費電力増加の原因にもなっていた。
For the element circuits VCO and CP circuit constituting the PLL circuit, when the voltage dynamic range is narrowed, the effective control voltage range is similarly narrowed. In order to compensate the VCO frequency variable range required at this time including environmental conditions and manufacturing variations, it is necessary to widen the frequency variable range of the voltage range per unit by increasing the VCO control sensitivity. This has been the main cause of increasing the phase noise and the required characteristic of the maximum frequency operation margin of the feedback frequency dividing circuit which is an element circuit of the PLL circuit, which has also caused an increase in power consumption.
本発明はこのような問題点を解決するもので、比較的簡易である補償回路を追加することにより、位相ノイズ、消費電力の増加を抑制できるPLL回路を提供することを課題とする。 The present invention solves such problems, and an object thereof is to provide a PLL circuit that can suppress an increase in phase noise and power consumption by adding a relatively simple compensation circuit.
本発明のPLL回路は、PLLロックアップ後に、補償回路により、VCO制御電圧がCP出力電圧の中心(電源電圧の50%)電圧付近にあるかを高速に判定する。そして、もし中心電圧付近でない場合は、CP出力電圧の中心付近でPLLがロックするようにVCO発振周波数レンジ特性を段階的に変更することで、課題を解決する。 In the PLL circuit of the present invention, after the PLL lockup, the compensation circuit determines at high speed whether the VCO control voltage is near the center voltage (50% of the power supply voltage) of the CP output voltage. If it is not near the center voltage, the problem is solved by changing the VCO oscillation frequency range characteristics step by step so that the PLL is locked near the center of the CP output voltage.
すなわち、本発明の請求項1の発明は、
少なくとも、位相周波数比較回路と、チャージポンプと、ローパスフィルタと、電圧制御発振回路とがこの順に接続されてなるPLL回路において、
ロックアップ後に電圧制御発振回路の制御電圧を補償する補償回路を有し、
補償回路は、チャージポンプの電源電圧を段階的に分圧し、分圧電圧を出力する分圧回路と、
ロックアップ後の電圧制御発振回路の制御電圧と、分圧電圧とを段階的に比較し、電圧差を検出する比較回路と、
検出された電圧差に対応し、電圧制御発振回路の発振周波数レンジ特性を変更する周波数可変回路と、
を有し、発振周波数レンジ特性を変更し、再度ロックアップした後、電圧制御発振回路の制御電圧がチャージポンプの電源電圧の中心付近でロックアップするまで補償を繰り返すことを特徴とするPLL回路としたものである。
That is, the invention of
At least in a PLL circuit in which a phase frequency comparison circuit, a charge pump, a low pass filter, and a voltage controlled oscillation circuit are connected in this order,
Having a compensation circuit for compensating the control voltage of the voltage controlled oscillation circuit after lock-up,
The compensation circuit divides the power supply voltage of the charge pump step by step, and outputs a divided voltage;
A comparison circuit that compares the control voltage of the voltage controlled oscillation circuit after the lock-up and the divided voltage step by step, and detects a voltage difference;
In response to the detected voltage difference, a frequency variable circuit that changes the oscillation frequency range characteristics of the voltage controlled oscillation circuit,
And a PLL circuit that repeats compensation until the control voltage of the voltage controlled oscillator circuit locks up near the center of the power supply voltage of the charge pump after changing the oscillation frequency range characteristic and locking up again. It is a thing.
本発明の請求項2の発明は、
分圧回路は、分圧電圧間のノードにそれぞれスイッチが接続され、
比較回路は、電圧比較回路の反転入力に、スイッチを経由して分圧電圧が接続され、非反転入力には電圧制御発振回路の制御電圧が接続されて、入力の電圧差の反転によりラッチ信号を出力し、
周波数可変回路は、電圧制御発振回路の出力信号を、補償回路で動作する周波数の信号に変換する分周回路と、
分周回路から出力された信号から、分圧電圧の低い順にスイッチをONするスイッチ選択パルスを出力するパルス循環回路と、
ラッチ信号入力時の、スイッチ選択パルスを記憶するレジスタAと、
記憶されたスイッチ選択パルスに対応した数値を、電圧制御発振回路の周波数調整部の発振周波数レンジ特性選択コードに加減算して改善発振周波数レンジ特性選択コードを出力する加減算回路と、
ラッチ信号の入力時の改善発振周波数レンジ特性選択コードを記憶し、記憶した選択コードを電圧制御発振回路の周波数調整部に入力するレジスタBと、
位相周波数比較回路から入力されたロックアップ信号から、パルス循環回路に初期化の信号を出力する周波数ロック検出回路と、
からなることを特徴とする請求項1に記載のPLL回路としたものである。
The invention of
In the voltage divider circuit, a switch is connected to each node between the divided voltages,
In the comparison circuit, the divided voltage is connected to the inverting input of the voltage comparison circuit via a switch, the control voltage of the voltage controlled oscillation circuit is connected to the non-inverting input, and the latch signal is obtained by inverting the voltage difference of the input. Output
The frequency variable circuit is a frequency dividing circuit that converts the output signal of the voltage controlled oscillation circuit into a signal having a frequency that operates in the compensation circuit;
A pulse circulation circuit for outputting a switch selection pulse for turning on the switch in order of the divided voltage from the signal output from the frequency dividing circuit;
A register A for storing a switch selection pulse when a latch signal is input;
An addition / subtraction circuit for adding / subtracting a numerical value corresponding to the stored switch selection pulse to / from the oscillation frequency range characteristic selection code of the frequency adjustment unit of the voltage controlled oscillation circuit and outputting an improved oscillation frequency range characteristic selection code;
A register B for storing an improved oscillation frequency range characteristic selection code at the time of inputting a latch signal, and inputting the stored selection code to a frequency adjustment unit of the voltage controlled oscillation circuit;
A frequency lock detection circuit that outputs an initialization signal to the pulse circulation circuit from the lockup signal input from the phase frequency comparison circuit;
The PLL circuit according to
本発明は以上のような構成であるので、環境条件・製造バラツキによることなく、CP出力電圧の中心付近でPLLがロックするように動作補償することにより、通常と比較してVCO制御感度を低く、かつバラツキを小さく設計することが可能となり、VCO位相ノイズ減少によるPLL特性向上に寄与するPLL回路とすることができる。また、フィードバック分周回路の最大周波数動作マージンの要求特性を引き下げ、PLL消費電力の減少に寄与することが期待できる。 Since the present invention is configured as described above, the VCO control sensitivity can be lowered compared to the normal operation by compensating the operation so that the PLL is locked near the center of the CP output voltage without depending on environmental conditions and manufacturing variations. In addition, it is possible to design a PLL circuit that contributes to improving PLL characteristics by reducing VCO phase noise. In addition, it can be expected that the required characteristics of the maximum frequency operation margin of the feedback frequency divider circuit will be lowered and contribute to the reduction of PLL power consumption.
以下本発明を実施するための形態につき説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
図1は、本発明のPLL回路の第一の実施の形態例を示した回路図である。本形態例のPLL回路は、少なくとも、位相周波数比較回路2と、チャージポンプ20と、ローパスフィルタ3と、電圧制御発振回路4とがこの順に接続されてなる。そして、ロックアップ後に電圧制御発振回路4の制御電圧を補償する補償回路5を有し、
補償回路5は、チャージポンプ20の電源電圧を段階的に分圧し、分圧電圧を出力する分圧回路6と、
ロックアップ後の電圧制御発振回路4の制御電圧と、分圧電圧とを段階的に比較し、電圧差を検出する比較回路7と、
検出された電圧差に対応し、電圧制御発振回路4の発振周波数レンジ特性を変更する周波数可変回路8と、
を有し、発振周波数を変更し、再度ロックアップした後、電圧制御発振回路4の制御電圧がチャージポンプ20の電源電圧の中心付近でロックアップするまで補償を繰り返す。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a PLL circuit of the present invention. The PLL circuit according to this embodiment includes at least a phase
The
A
A frequency variable circuit 8 that changes the oscillation frequency range characteristic of the voltage controlled
After the oscillation frequency is changed and locked up again, compensation is repeated until the control voltage of the voltage controlled
このような構成から、本実施形態のPLLは、次のような動作を行う。
まず、位相周波数比較回路2と、チャージポンプ20と、ローパスフィルタ3と、電圧制御発振回路4とにより、初期のロックアップ状態に安定する。このロックアップ状態での電圧制御発振回路4の制御電圧が、比較回路7に印加される。比較回路7には、ロックアップ状態に安定してから、他入力端子に分圧回路6に発生するチャージポンプ20の電源電圧の分圧電圧が印加される。分圧電圧を、例えば低い電圧から順次、段階的に替えていき、制御電圧と一致する分圧電圧を選択する。この分圧電圧と、チャージポンプ20の電源電圧の中心の電圧との電圧差に対応し、周波数可変回路8で、この電圧差が減少するように、電圧制御発振回路4の発振周波数レンジ特性を変更する。発振周波数レンジ特性を変更し、再度ロックアップした後、さらに電圧制御発振回路4の制御電圧がチャージポンプ20の電源電圧の中心付近でロックアップするまで補償を繰り返す。
With such a configuration, the PLL of the present embodiment performs the following operation.
First, the initial lockup state is stabilized by the phase
電圧制御発振回路4の発振周波数レンジ特性は、通常利用されているLC共振回路を利用した回路で例示できる。
LC共振タイプの発振周波数Fo=1/SQRT(2π*L*C)となる。VCO(電圧
制御型発振回路)を構成するためには、一般的には容量CをC±ΔCとして、各容量ごとに、電圧で容量が変わるバラクタ素子を採用することにより、各共振周波数レンジ特性を実現している。但し、実際はLとCの製造上のバラツキにより、Foはターゲット値からずれたものに仕上がる。そのため、バラツキがあっても、ターゲット値を包含するように±ΔCを大きく設計する。
The oscillation frequency range characteristic of the voltage-controlled
The LC resonance type oscillation frequency Fo = 1 / SQRT (2π * L * C). In order to construct a VCO (voltage controlled oscillation circuit), in general, the capacitance C is C ± ΔC, and for each capacitance, a varactor element whose capacitance varies with the voltage is adopted. Is realized. However, due to variations in manufacturing of L and C, in actuality, Fo is finished to deviate from the target value. Therefore, even if there is variation, ± ΔC is designed to be large so as to include the target value.
以上は、バラクタ素子での構成を例示したが、電圧に対して容量変化しない単純なCを電気的スイッチによりON/OFFすることで、周波数を一律シフトすることも可能である。 Although the configuration of the varactor element has been described above, it is possible to shift the frequency uniformly by turning ON / OFF a simple C that does not change its capacity with respect to the voltage using an electrical switch.
このようにして、本実施形態例では、チャージポンプ20の電源電圧の中心付近でPLLがロックアップするようにできる。
In this way, in this embodiment, the PLL can be locked up near the center of the power supply voltage of the
なお、電圧制御発振回路4の制御電圧は、ローパスフィルタ3の出力電圧や、チャージポンプ20の出力電圧とすることができる。図ではチャージポンプ20の出力電圧としている。また一般には、CP電源電圧は、回路の電源電圧と等しい。
The control voltage of the voltage controlled
図2は、本発明のPLL回路の第二の実施の形態例を示した回路図である。第一の実施形態に対し、より具体的な例である。ただし、図2では位相周波数比較回路2と、チャージポンプ20と、ローパスフィルタ3とは図示しておらず、電圧制御発振回路14は、周波数コントロール部の一部を示した。また、周波数コントロール部として、負性抵抗機能を有する回路に並列接続したLCR回路を例示し、CR回路で周波数調整部144とした。周波数調整部144として、図2ではそれぞれスイッチを有する異なるCR回路を、3つ並列接続した構成で例示している。電圧制御発振回路4の制御電圧である直流入力電圧値に応じて、この3CR回路の選択を、スイッチSC0、SC1、SC2を切り替えることで実施し、発振周波数レンジ特性を変動し、ロックアップしていく。この選択は、コード化SC[2:0]している。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the PLL circuit of the present invention. This is a more specific example with respect to the first embodiment. However, in FIG. 2, the phase
図2で、本実施の形態例での補償回路15は、次のような構成である。分圧回路16では、チャージポンプ電源を8分割し、分圧電圧間のノードにそれぞれ電圧の低い順にスイッチS0、S1、S2、・・・、S7が接続されている。 In FIG. 2, the compensation circuit 15 in the present embodiment has the following configuration. In the voltage dividing circuit 16, the charge pump power supply is divided into eight, and switches S0, S1, S2,..., S7 are connected to nodes between the divided voltages in order of increasing voltage.
比較回路17は、反転入力に、スイッチS0、S1、S2、・・・、S7を経由して分圧電圧が接続され、非反転入力には電圧制御発振回路14の制御電圧が接続されている。そして入力の電圧差の反転によりラッチ信号Latchを出力する。 In the comparison circuit 17, the divided voltage is connected to the inverting input via the switches S0, S1, S2,..., S7, and the control voltage of the voltage controlled oscillation circuit 14 is connected to the non-inverting input. . Then, the latch signal Latch is output by inversion of the input voltage difference.
周波数可変回路18は、
電圧制御発振回路14の出力信号を、補償回路15で動作する周波数の信号に変換する分周回路19と、
分周回路19から出力された信号から、分圧電圧の低い順にスイッチをONするスイッチ選択パルスS[7:0]を出力するパルス循環回路21と、
ラッチ信号Latch入力時の、スイッチ選択パルスS[7:0]を記憶するレジスタA12と、
記憶されたスイッチ選択パルスS[7:0]に対応した数値−4、−3、−2、−1、0、+1、+2、+3を、電圧制御発振回路14の周波数調整部144の発振周波数レンジ特性選択コードSC[2:0]に加減算して改善発振周波数レンジ特性選択コードを出力する加減算回路11と、
ラッチ信号Latchの入力時の改善発振周波数レンジ特性選択コードを記憶し、記憶した選択コードを電圧制御発振回路14の周波数調整部144に入力するレジスタB13と、
位相周波数比較回路2から入力されたロックアップ信号から、パルス循環回路21に初期
化の信号を出力する周波数ロック検出回路22と、
からなる。
The frequency variable circuit 18
A
A pulse circulation circuit 21 that outputs a switch selection pulse S [7: 0] for turning on the switch in order of increasing divided voltage from the signal output from the
A register A12 for storing a switch selection pulse S [7: 0] when the latch signal Latch is input;
Numerical values -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, and +3 corresponding to the stored switch selection pulse S [7: 0] are used as the oscillation frequency of the frequency adjusting unit 144 of the voltage controlled oscillation circuit 14. An addition / subtraction circuit 11 for adding / subtracting to / from the range characteristic selection code SC [2: 0] and outputting an improved oscillation frequency range characteristic selection code;
A register B13 for storing an improved oscillation frequency range characteristic selection code upon input of the latch signal Latch, and inputting the stored selection code to the frequency adjustment unit 144 of the voltage controlled oscillation circuit 14;
A frequency lock detection circuit 22 that outputs an initialization signal to the pulse circulation circuit 21 from the lockup signal input from the phase
Consists of.
このような構成から、本実施形態のPLLは、次のような動作を行う。
まず、位相周波数比較回路2と、チャージポンプ20と、ローパスフィルタ3と、電圧制御発振回路14とにより、初期のロックアップ状態に安定する。ロックアップ状態での電圧制御発振回路14の制御電圧が、比較回路17の非反転入力に印加される。また、電圧制御発振回路14の出力信号は、分周回路19に印加されており、分周回路19からは、補償回路15を動作させる周波数の信号がパルス循環回路21に出力されている。
With such a configuration, the PLL of the present embodiment performs the following operation.
First, the initial lock-up state is stabilized by the phase
パルス循環回路21は、分圧電圧の低い順にスイッチをONするスイッチ選択パルスS[7:0]を出力する。ロックアップ状態に安定した場合、周波数ロック検出回路22でロックアップ状態を検出し、パルス循環回路21を初期化する。初期化したパルス循環回路21からは、分圧回路16の分圧電圧の低い順にスイッチS0、S1、S2、・・・、S7をONするスイッチ選択パルスS[7:0]を出力する。そして順次スイッチをON、OFFし、分圧電圧を、スイッチを経由して比較回路17の反転入力に入力する。
The pulse circulation circuit 21 outputs a switch selection pulse S [7: 0] for turning on the switch in order from the lowest divided voltage. When the lockup state is stabilized, the lockup state is detected by the frequency lock detection circuit 22 and the pulse circulation circuit 21 is initialized. From the initialized pulse circulation circuit 21, switch selection pulses S [7: 0] for turning on the
比較回路17では、電圧制御発振回路14の制御電圧と、分圧電圧との電圧差が反転した時点で、ラッチ信号Latchを出力する。 The comparison circuit 17 outputs a latch signal Latch when the voltage difference between the control voltage of the voltage controlled oscillation circuit 14 and the divided voltage is inverted.
そして、このラッチ信号Latchは、レジスタA12に入力しラッチする。レジスタA12の入力信号として、パルス循環回路21の出力が接続されている。したがってレジスタA12では、反転したときの分圧電圧に対応するスイッチ選択パルスS[7:0]をラッチする。レジスタA12は、加減算回路11に出力している。 The latch signal Latch is input to the register A12 and latched. As an input signal of the register A12, the output of the pulse circulation circuit 21 is connected. Therefore, the register A12 latches the switch selection pulse S [7: 0] corresponding to the divided voltage when inverted. The register A12 outputs to the addition / subtraction circuit 11.
加減算回路11では、レジスタA12から入力されたスイッチ選択パルスS[7:0]に対応した数値−4、−3、−2、−1、0、+1、+2、+3を、周波数調整部144の発振周波数レンジ特性選択コードSC[2:0]に加減算して改善発振周波数レンジ特性選択コードを出力する。これは、このラッチされた分圧電圧と、チャージポンプ20の電源電圧の中心の電圧との電圧差に対応し、周波数可変回路8で、この電圧差が減少するように、電圧制御発振回路4の発振周波数レンジ特性を変更するためである。本例では、チャージポンプ20の電源電圧の中心付近の電圧として、スイッチS4に対応する電圧を例示している。したがって、スイッチS0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7に、数値+3、+2、+1、0、−1、−2、−3、−4が対応している。これから、改善発振周波数レンジ特性選択コードで選択された発振周波数レンジ特性で、電圧制御発振回路14の制御電圧がチャージポンプ20の電源電圧の中心付近の電圧に近づくことになる。
In the addition / subtraction circuit 11, numerical values −4, −3, −2, −1, 0, +1, +2, and +3 corresponding to the switch selection pulse S [7: 0] input from the register A 12 are input to the frequency adjustment unit 144. The oscillation frequency range characteristic selection code SC [2: 0] is added to or subtracted from, and the improved oscillation frequency range characteristic selection code is output. This corresponds to the voltage difference between the latched divided voltage and the center voltage of the power supply voltage of the
改善発振周波数レンジ特性選択コードは、レジスタB13に入力され、ラッチ信号Latchでラッチされる。レジスタB13から周波数調整部144に改善された発振周波数レンジ特性選択コードSCとして入力され、発振周波数レンジ特性を変更する。 The improved oscillation frequency range characteristic selection code is input to the register B13 and latched by the latch signal Latch. The oscillation frequency range characteristic selection code SC is input as an improved oscillation frequency range characteristic selection code SC from the register B13 to change the oscillation frequency range characteristic.
図4に、発振周波数レンジ特性を、発振周波数レンジ特性選択コードSCをパラメタとして例示した。横軸は電圧制御発振回路の制御電圧、縦軸は発振周波数である。制御電圧がチャージポンプ電圧Vの半分V/2の値になるように選択コードSCが選ばれる。 FIG. 4 illustrates the oscillation frequency range characteristic using the oscillation frequency range characteristic selection code SC as a parameter. The horizontal axis represents the control voltage of the voltage controlled oscillation circuit, and the vertical axis represents the oscillation frequency. The selection code SC is selected so that the control voltage has a value half V / 2 of the charge pump voltage V.
発振周波数レンジ特性を変更し、再度ロックアップした後、さらに、チャージポンプ20の出力電圧がチャージポンプ20の電源電圧の中心付近でロックアップするまで補償を繰り返す。本例では、スイッチS4がONである場合で、比較回路が判定するまで、数回その動作を繰り返し、補償を終了する。
After changing the oscillation frequency range characteristic and locking up again, compensation is repeated until the output voltage of the
このようにして、本実施形態例でも、チャージポンプ20の電源電圧の中心付近でPLLがロックアップするようにできる。
In this way, even in this embodiment, the PLL can be locked up near the center of the power supply voltage of the
なお、本実施の形態例では、周波数調整部144の発振周波数レンジ特性選択コードSC[2:0]を3ビット(3CR回路)としたが、周波数調整の精度は、多ビット化することにより、高精度化することが可能である。 In this embodiment, the oscillation frequency range characteristic selection code SC [2: 0] of the frequency adjustment unit 144 is 3 bits (3CR circuit), but the accuracy of frequency adjustment can be increased by increasing the number of bits. High accuracy can be achieved.
レジスタA12で補正するスイッチ選択パルスが選択され、ラッチされた後は、不要な回路動作を休止したほうが好ましい。このため図に例示したように、レジスタA12の出力に接続され、選択された状態でリセット信号RESETを出力するリセット回路23を設け、分周回路19に入力し、リセット状態にするほうがよい。本例では、リセット信号を発生する条件として、スイッチS4がH、その他のスイッチがLとなる条件としている。
After the switch selection pulse to be corrected in the register A12 is selected and latched, it is preferable to suspend unnecessary circuit operations. For this reason, as illustrated in the figure, it is preferable to provide a
ただし、ロック状態が実現していない場合や、途中でロック状態から外れた場合、周波数ロック検出回路22より、リセット状態を解除する制御を行う。 However, when the lock state is not realized or when the lock state is removed in the middle, the frequency lock detection circuit 22 performs control to release the reset state.
また、加減算回路の入力に記載してある初期値や、レジスタBの出力の初期値は、設計上の代表値を設定する。 Also, the initial value described at the input of the adder / subtractor circuit and the initial value of the output of the register B are set as design representative values.
周波数ロック検出回路22としては、位相周波数比較回路2の出力を利用する回路が例示できる。すなわち、PLLロックアップ状態であるときは、均衡状態であるため、位相周波数比較回路2の高電圧出力側と、低電圧出力側の出力パルス幅が同じとなり、これを検出することで周波数ロック状態であるとすることができる。
An example of the frequency lock detection circuit 22 is a circuit that uses the output of the phase
パルス循環回路としては、通常用いられるシフトレジスタを例示できる。 As the pulse circulation circuit, a commonly used shift register can be exemplified.
以上のように、本発明の実施の形態で示すように、本発明のPLLは、環境条件・製造バラツキによることなく、CP出力電圧の中心付近でPLLがロックするように動作補償することができるので、通常と比較してVCO制御感度を低く、かつバラツキを小さく設計することが可能となり、VCO位相ノイズ減少によるPLL特性向上に寄与するPLL回路とすることができる。 As described above, as shown in the embodiment of the present invention, the PLL of the present invention can compensate the operation so that the PLL is locked near the center of the CP output voltage without being affected by environmental conditions and manufacturing variations. As a result, the VCO control sensitivity can be designed to be lower and the variation can be designed smaller than usual, and a PLL circuit that contributes to improving the PLL characteristics by reducing the VCO phase noise can be obtained.
電源電圧が低い程、アナログ量を扱う回路にとっては、信号情報として扱うことができる電圧範囲が小さくなり、定常ノイズの占める割合が大きくなるが、本発明のPLLは、常に最適な位置で動作するように補正するので、ディープサブミクロン・プロセスのように、低電圧で、製造上のバラつきがあっても解消できる。 The lower the power supply voltage, the smaller the voltage range that can be handled as signal information for a circuit that handles analog quantities, and the proportion of steady noise increases, but the PLL of the present invention always operates at the optimum position. Therefore, even if there is a manufacturing variation at a low voltage as in the deep submicron process, it can be eliminated.
また、フィードバック分周回路の最大周波数動作マージンの要求特性を引き下げ、PLL消費電力の減少に寄与することが期待できる。 In addition, it can be expected that the required characteristics of the maximum frequency operation margin of the feedback frequency divider circuit will be lowered and contribute to the reduction of PLL power consumption.
1・・・・PLL回路
2・・・・位相周波数比較回路
20・・・チャージポンプ
3・・・・ローパスフィルタ
4・・・・電圧制御発振回路
5・・・・補償回路
6・・・・分圧回路
7・・・・比較回路
8・・・・周波数可変回路
11・・・・加減算回路
12・・・・レジスタA
13・・・・レジスタB
14・・・・電圧制御発振回路
15・・・・補償回路
16・・・・分圧回路
17・・・・比較回路
18・・・・周波数可変回路
19・・・・分周回路
21・・・・パルス循環回路
22・・・・周波数ロック検出回路
23・・・・リセット回路
30・・・・ローパスフィルタ
40・・・・電圧制御発振回路
100・・・PLL回路
200・・・チャージポンプ
DESCRIPTION OF
13... Register B
14. Voltage controlled oscillation circuit 15 ... Compensation circuit 16 ... Voltage divider circuit 17 ... Comparison circuit 18 ...
Claims (2)
ロックアップ後に電圧制御発振回路の制御電圧を補償する補償回路を有し、
補償回路は、チャージポンプの電源電圧を段階的に分圧し、分圧電圧を出力する分圧回路と、
ロックアップ後の電圧制御発振回路の制御電圧と、分圧電圧とを段階的に比較し、電圧差を検出する比較回路と、
検出された電圧差に対応し、電圧制御発振回路の発振周波数レンジ特性を変更する周波数可変回路と、
を有し、発振周波数レンジ特性を変更し、再度ロックアップした後、電圧制御発振回路の制御電圧がチャージポンプの電源電圧の中心付近でロックアップするまで補償を繰り返すことを特徴とするPLL回路。 At least in a PLL circuit in which a phase frequency comparison circuit, a charge pump, a low pass filter, and a voltage controlled oscillation circuit are connected in this order,
Having a compensation circuit for compensating the control voltage of the voltage controlled oscillation circuit after lock-up,
The compensation circuit divides the power supply voltage of the charge pump step by step, and outputs a divided voltage;
A comparison circuit that compares the control voltage of the voltage controlled oscillation circuit after the lock-up and the divided voltage step by step, and detects a voltage difference;
In response to the detected voltage difference, a frequency variable circuit that changes the oscillation frequency range characteristics of the voltage controlled oscillation circuit,
A PLL circuit characterized by repeating the compensation until the control voltage of the voltage controlled oscillator circuit locks up near the center of the power supply voltage of the charge pump after changing the oscillation frequency range characteristic and locking up again.
比較回路は、電圧比較回路の反転入力に、スイッチを経由して分圧電圧が接続され、非反転入力には電圧制御発振回路の制御電圧が接続されて、入力の電圧差の反転によりラッチ信号を出力し、
周波数可変回路は、電圧制御発振回路の出力信号を、補償回路で動作する周波数の信号に変換する分周回路と、
分周回路から出力された信号から、分圧電圧の低い順にスイッチをONするスイッチ選択パルスを出力するパルス循環回路と、
ラッチ信号入力時の、スイッチ選択パルスを記憶するレジスタAと、
記憶されたスイッチ選択パルスに対応した数値を、電圧制御発振回路の周波数調整部の発振周波数レンジ特性選択コードに加減算して改善発振周波数レンジ特性選択コードを出力する加減算回路と、
ラッチ信号の入力時の改善発振周波数レンジ特性選択コードを記憶し、記憶した選択コードを電圧制御発振回路の周波数調整部に入力するレジスタBと、
位相周波数比較回路から入力されたロックアップ信号から、パルス循環回路に初期化の信号を出力する周波数ロック検出回路と、
からなることを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。 In the voltage divider circuit, a switch is connected to each node between the divided voltages,
In the comparison circuit, the divided voltage is connected to the inverting input of the voltage comparison circuit via a switch, the control voltage of the voltage controlled oscillation circuit is connected to the non-inverting input, and the latch signal is obtained by inverting the voltage difference of the input. Output
The frequency variable circuit is a frequency dividing circuit that converts the output signal of the voltage controlled oscillation circuit into a signal having a frequency that operates in the compensation circuit;
A pulse circulation circuit for outputting a switch selection pulse for turning on the switch in order of the divided voltage from the signal output from the frequency dividing circuit;
A register A for storing a switch selection pulse when a latch signal is input;
An addition / subtraction circuit for adding / subtracting a numerical value corresponding to the stored switch selection pulse to / from the oscillation frequency range characteristic selection code of the frequency adjustment unit of the voltage controlled oscillation circuit and outputting an improved oscillation frequency range characteristic selection code;
A register B for storing an improved oscillation frequency range characteristic selection code at the time of inputting a latch signal, and inputting the stored selection code to a frequency adjustment unit of the voltage controlled oscillation circuit;
A frequency lock detection circuit that outputs an initialization signal to the pulse circulation circuit from the lockup signal input from the phase frequency comparison circuit;
The PLL circuit according to claim 1, comprising:
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