JPH06338787A - Charge pump circuit for pll frequency synthesizer - Google Patents

Charge pump circuit for pll frequency synthesizer

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JPH06338787A
JPH06338787A JP5128953A JP12895393A JPH06338787A JP H06338787 A JPH06338787 A JP H06338787A JP 5128953 A JP5128953 A JP 5128953A JP 12895393 A JP12895393 A JP 12895393A JP H06338787 A JPH06338787 A JP H06338787A
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pump circuit
frequency
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勝 堀越
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a charge pump circuit for a PLL synthesizer capable of maintaining the operating characteristic of a PLL satisfactorily and shortening lock-up time. CONSTITUTION:The charge pump circuit 16 is constituted of a differential circuit using a pair of bipolar transistors of the same junction type, and a push-pull circuit using a current mirror circuit consisting of the pair of bipolar transistors of the same junction type. Two output of a phase comparator 15 are inputted to the differential input terminal of the difference circuit in the charge pump circuit 16, and a differential operation is performed, and three values are outputted from the charge pump circuit 16 by performing a push-pull operation by the push-pull circuit corresponding to such differential output. The off-leak current of the bipolar transistor which constitutes the difference circuit represents satisfactory symmetry, and also, all the current mirror circuits in the push-pull circuit are comprises of the bipolar transistor of same characteristic, therefore, the influence of the off-leak current on a circuit at the next stage can be extremely suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は周波数シンセサイザに係
わり、特に、位相ロックループを用いた周波数シンセサ
イザのチャージポンプ回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a frequency synthesizer, and more particularly to a charge pump circuit for a frequency synthesizer using a phase locked loop.

【0002】[0002]

【従来の技術】無線通信器あるいは放送受信機器では、
局部発振器としてPLL(位相ロックループ)を用いた
周波数シンセサイザが用いられている。一般に、これら
の分野で使用されるPLL周波数シンセサイザ回路は、
外部接続された水晶振動子によって基準信号を発生する
水晶発振器と、この水晶発振器の発振出力を所定の分周
比で分周して基準信号を生成する基準分周器と、電圧制
御発振器(以下、VCOとも記す)の発振信号を可変の
分周比で分周する比較分周器と、基準分周器の分周出力
と比較分周器の分周出力との位相比較を行い、位相差信
号を出力する位相比較器と、この位相比較器の出力に応
じて3値の信号を出力するチャージポンプ回路と、この
チャージポンプ回路の出力を積分してその位相差に応じ
た電圧でVCOを制御するローパスフィルタ(以下、L
PFと記す)、とから構成されている。
2. Description of the Related Art In wireless communication devices or broadcast receiving devices,
A frequency synthesizer using a PLL (phase locked loop) is used as a local oscillator. Generally, PLL frequency synthesizer circuits used in these fields are
A crystal oscillator that generates a reference signal by an externally connected crystal oscillator, a reference frequency divider that generates a reference signal by dividing the oscillation output of this crystal oscillator with a predetermined frequency division ratio, a voltage-controlled oscillator (hereinafter , VCO) and a comparison frequency divider that divides the oscillation signal with a variable division ratio, and a phase comparison between the frequency division output of the reference frequency divider and the frequency division output of the comparison frequency divider. A phase comparator that outputs a signal, a charge pump circuit that outputs a ternary signal according to the output of this phase comparator, and an output of this charge pump circuit are integrated to obtain a VCO with a voltage that corresponds to the phase difference. Low-pass filter to control (hereinafter L
PF)), and.

【0003】このようなPLL周波数シンセサイザ回路
に用いられるチャージポンプ回路は、例えば図4に示す
ように、PMOS型のトランジスタ51とNMOS型の
トランジスタ52とからなるプッシュプル回路で構成す
ることができる。この回路で、2つの入力端子31,3
2には、前段の位相比較器からその比較結果に応じて
“H”または“L”レベルの信号が入力され、以下のよ
うに動作する。
A charge pump circuit used in such a PLL frequency synthesizer circuit can be constituted by a push-pull circuit composed of a PMOS type transistor 51 and an NMOS type transistor 52, as shown in FIG. 4, for example. With this circuit, two input terminals 31, 3
An "H" or "L" level signal is input to 2 from the preceding phase comparator according to the comparison result, and operates as follows.

【0004】(1) 上記比較分周器の出力位相が上記基準
分周器の出力位相より遅れている場合には、入力端子3
1,32の双方に“L”レベルの信号が入力される。こ
れによりトランジスタ51がオンしトランジスタ52が
オフするため、VCCからトランジスタ51を経て出力端
子39から次段のLPFにプッシュ電流が流れる。これ
によりLPF内のコンデンサCがチャージされてLPF
の出力電圧が増加し、次段のVCOの出力周波数が高く
なり位相差が縮小する。
(1) When the output phase of the comparison frequency divider is delayed from the output phase of the reference frequency divider, the input terminal 3
An “L” level signal is input to both 1 and 32. As a result, the transistor 51 is turned on and the transistor 52 is turned off, so that a push current flows from V CC through the transistor 51 to the LPF of the next stage from the output terminal 39. As a result, the capacitor C in the LPF is charged and the LPF
Output voltage increases, the output frequency of the VCO in the next stage increases, and the phase difference decreases.

【0005】(2) 比較分周器の出力位相が基準分周器の
出力位相より進んでいる場合には、入力端子31,32
の双方に“H”レベルの信号が入力される。これにより
トランジスタ52がオンしトランジスタ51がオフする
ため、LPF内のコンデンサCから出力端子39にプル
電流が流入し、トランジスタ52を経てGNDに流れ
る。この場合には、LPF内のコンデンサCが放電され
てLPFの出力電圧が減少し、次段のVCOの出力周波
数が減少して位相差が縮小する。
(2) When the output phase of the comparison frequency divider leads the output phase of the reference frequency divider, the input terminals 31, 32
An "H" level signal is input to both of them. As a result, the transistor 52 is turned on and the transistor 51 is turned off, so that the pull current flows from the capacitor C in the LPF to the output terminal 39, and flows through the transistor 52 to GND. In this case, the capacitor C in the LPF is discharged, the output voltage of the LPF decreases, the output frequency of the VCO in the next stage decreases, and the phase difference decreases.

【0006】(3) 上記以外の場合、例えば、位相が一致
しているとき、入力端子31,32にそれぞれ“H”及
び“L”レベルの信号が入力され、トランジスタ51,
52はともにオフするため、プッシュ電流もプル電流も
なく、LPFの出力は以前のレベルに保持される。尚、
図3の信号との一致をとる場合は、入力端子31にイン
バータを接続すればよい。
(3) In cases other than the above, for example, when the phases match, the "H" and "L" level signals are input to the input terminals 31 and 32, respectively, and the transistors 51 and
Since both 52 are turned off, there is no push current or pull current, and the output of the LPF is maintained at the previous level. still,
In order to match the signal of FIG. 3, an inverter may be connected to the input terminal 31.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記のMOS型トラン
ジスタを用いた構成のチャージポンプ回路(図4)で
は、トランジスタ51,52にPN接合が含まれないた
め、トランジスタがオフした状態でのいわゆるリーク電
流が少ない。このため、例えば上記した(3) の場合のよ
うに、双方のトランジスタがオフした場合でも、リーク
電流によるVCOの誤動作が生じることはほとんどな
く、PLLのC/N特性は良好である。
In the charge pump circuit (FIG. 4) having the above-described MOS type transistor, the transistors 51 and 52 do not include a PN junction, so that a so-called leak occurs when the transistor is off. The current is low. Therefore, as in the case of (3) above, for example, even when both transistors are turned off, the VCO rarely malfunctions due to the leak current, and the C / N characteristic of the PLL is good.

【0008】しかしながら、このMOS型の回路は、一
般に動作速度が遅く、PLLのロック時間が長くなると
いう欠点がある。この欠点は、例えば以下のような場合
に大きな問題となる。
However, this MOS type circuit generally has a drawback that the operation speed is slow and the lock time of the PLL becomes long. This drawback becomes a serious problem in the following cases.

【0009】一般に、PLLシンセサイザ回路を有する
コードレス電話や携帯電話等では、電源にバッテリーを
用いているが、消費電力の節約のため間欠駆動を行って
いる。例えば、図6に示すように、子機は所定の周期T
で親機に対してポーリングを行って着呼信号の受信等を
行う。この場合、子機では、この周期T(例えば1秒)
ごとに電源を投入してPLLを動作させ、PLLがロッ
クするのを待ってデータ転送を行うようになっている。
従って、電源を投入している時間はPLLのロックアッ
プタイムt1 と実際の通信時間t2 との和(一般には数
十ms程度)となるため、PLLのロックアップタイム
t1 が長いと待ち受け時において電源を投入している時
間が長くなり、バッテリーの寿命が短くなってしまうと
いう問題がある。このため、PLLのロックアップタイ
ムt1 をできる限り短縮することが望まれる。
Generally, in a cordless telephone, a mobile telephone or the like having a PLL synthesizer circuit, a battery is used as a power source, but intermittent driving is performed to save power consumption. For example, as shown in FIG. 6, the slave unit has a predetermined period T.
The polling is performed on the base unit to receive an incoming call signal. In this case, in the slave unit, this cycle T (for example, 1 second)
Each time, the power is turned on to operate the PLL, and data is transferred after waiting for the PLL to lock.
Therefore, the power-on time is the sum of the lock-up time t1 of the PLL and the actual communication time t2 (generally about several tens of ms). Therefore, if the lock-up time t1 of the PLL is long, the power supply is in standby. There is a problem that the charging time becomes longer and the battery life becomes shorter. Therefore, it is desired to shorten the lockup time t1 of the PLL as much as possible.

【0010】時間の短縮を図るためには、例えば図5に
示すように、バイポーラ型のPNPトランジスタ53と
NPNトランジスタ54によりチャージポンプ回路を構
成する方法が考えられる。この回路では、MOS型の場
合に比べて動作速度が速く、PLLのロックアップタイ
ムの短縮という目的を達成することができる。
In order to reduce the time, for example, as shown in FIG. 5, a method of forming a charge pump circuit with a bipolar PNP transistor 53 and an NPN transistor 54 can be considered. In this circuit, the operating speed is higher than that of the MOS type, and the purpose of shortening the lockup time of the PLL can be achieved.

【0011】しかしながら、この回路では、トランジス
タ53,54はPN接合を含むため、リーク電流が多
い。しかも、この場合、両トランジスタの接合のタイプ
が異なるものであるため、製造上両者の特性を均一化す
ることが困難であり、両トランジスタがともにオフの場
合、リーク電流値相互間に無視できない差が生じる。こ
のリーク電流値の差は、出力端子39からのプッシュ電
流またはプル電流として現れ、VCOの誤動作の原因と
なる。
However, in this circuit, since the transistors 53 and 54 include the PN junction, there is a large amount of leak current. Moreover, in this case, since the junction types of both transistors are different, it is difficult to make the characteristics of both transistors uniform in manufacturing, and when both transistors are off, there is a non-negligible difference between the leakage current values. Occurs. This difference in leak current value appears as a push current or a pull current from the output terminal 39 and causes a malfunction of the VCO.

【0012】以上説明したように、従来のPLLシンセ
サイザのチャージポンプ回路においては、動作速度の向
上及び動作精度の維持という2つの条件を同時に満たす
ことは困難であった。
As described above, in the conventional charge pump circuit of the PLL synthesizer, it is difficult to simultaneously satisfy the two conditions of improving the operation speed and maintaining the operation accuracy.

【0013】この発明は、係る課題を解決するためにな
されたもので、PLLの動作特性を良好に維持し、かつ
ロックアップタイムを短縮することができるPLLシン
セサイザのチャージポンプ回路を得ることを目的とす
る。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a charge pump circuit of a PLL synthesizer capable of maintaining good PLL operation characteristics and shortening the lockup time. And

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】この発明に係るPLLシ
ンセサイザのチャージポンプ回路は、基準信号を発生す
る水晶発振回路と、この水晶発振器の出力を分周してP
LLの基準周波数信号を生成する基準分周器と、印加さ
れる電圧によって発振周波数が制御される電圧制御発振
器と、この電圧制御発振器の出力信号を分周する比較分
周器と、この比較分周器の分周出力と前記基準分周器の
分周出力の位相とを比較し、その位相差に応じた幅のパ
ルスを出力する位相比較器と、この位相比較器の出力に
応じて3値の信号を出力するチャージポンプ回路と、こ
のチャージポンプ回路の出力に基づき、前記電圧制御発
振回路を制御するための電圧を発生するローパスフィル
タと、を有するPLLシンセサイザにおいて、前記チャ
ージポンプ回路は、(i) 同一接合型のバイポーラトラン
ジスタ対を含み、前記位相比較器の2つの出力を入力と
して差動動作する差動回路と、(ii)同一接合型のバイポ
ーラトランジスタ対からなるカレントミラー回路を含
み、前記差動回路の差動出力に応じてプッシュプル動作
を行うプッシュプル回路と、を有することを特徴とする
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION A charge pump circuit of a PLL synthesizer according to the present invention is a crystal oscillator circuit for generating a reference signal, and the output of the crystal oscillator is frequency-divided to generate a P signal.
A reference frequency divider that generates an LL reference frequency signal, a voltage controlled oscillator whose oscillation frequency is controlled by an applied voltage, a comparison frequency divider that divides the output signal of this voltage controlled oscillator, and this comparison frequency divider. A frequency comparator that compares the frequency-divided output of the frequency divider with the phase of the frequency-divided output of the reference frequency divider, and outputs a pulse having a width corresponding to the phase difference, and 3 depending on the output of the phase comparator. In a PLL synthesizer including a charge pump circuit that outputs a value signal and a low-pass filter that generates a voltage for controlling the voltage controlled oscillator circuit based on the output of the charge pump circuit, the charge pump circuit comprises: (i) A differential circuit including the same junction type bipolar transistor pair, which differentially operates using two outputs of the phase comparator as inputs, and (ii) the same junction type bipolar transistor pair. Ranaru comprises a current mirror circuit, is characterized in that it has a push-pull circuit performs a push-pull operation in accordance with the differential output of the differential circuit.

【0015】[0015]

【作用】この発明に係るPLLシンセサイザのチャージ
ポンプ回路では、比較分周器の分周出力と基準分周器の
分周出力との位相差に応じて位相比較器から出力される
2つの出力は、チャージポンプ回路の差動回路の差動入
力端に入力され、この差動回路の差動出力に応じたプッ
シュプル回路のプッシュプル動作により3値出力が行わ
れる。
In the charge pump circuit of the PLL synthesizer according to the present invention, the two outputs output from the phase comparator according to the phase difference between the frequency division output of the comparison frequency divider and the frequency division output of the reference frequency divider are , Is input to the differential input terminal of the differential circuit of the charge pump circuit, and three-value output is performed by the push-pull operation of the push-pull circuit according to the differential output of the differential circuit.

【0016】[0016]

【実施例】以下図面に基づき本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0017】図1は、本発明の一実施例におけるPLL
シンセサイザの全体構成を表わしたものである。この図
に示す回路は、例えばコードレス電話や携帯電話等の移
動体通信機器あるいは放送受信機器に用いられるPLL
シンセサイザ回路であって、外部接続された水晶振動子
(図示せず)によって基準信号を発生する基準発振器1
1と、この基準発振器11の発振出力を所定の分周比で
分周して基準信号を生成する基準分周器12と、VCO
13の発振信号を可変の分周比で分周する比較分周器1
4と、基準分周器12の分周出力と比較分周器14の分
周出力との位相比較を行って2つの位相差信号18,1
9を出力する位相比較器15と、この位相比較器15の
出力に応じて3値の信号20を出力するチャージポンプ
回路16と、このチャージポンプ回路16の出力を積分
してその位相差に応じた電圧でVCO13を制御するL
PF17とから構成されている。
FIG. 1 shows a PLL according to an embodiment of the present invention.
This shows the overall structure of the synthesizer. The circuit shown in this figure is a PLL used in a mobile communication device such as a cordless phone or a mobile phone or a broadcast receiving device.
A reference oscillator 1 which is a synthesizer circuit and generates a reference signal by an externally connected crystal unit (not shown).
1, a reference frequency divider 12 for generating a reference signal by dividing the oscillation output of the reference oscillator 11 at a predetermined frequency division ratio, and a VCO
A comparison frequency divider 1 for dividing the oscillation signal of 13 with a variable division ratio.
4 and the frequency-divided output of the reference frequency divider 12 and the frequency-divided output of the comparison frequency divider 14 are compared in phase to obtain two phase difference signals 18, 1.
9, a phase comparator 15 that outputs 9, a charge pump circuit 16 that outputs a ternary signal 20 in accordance with the output of the phase comparator 15, and an output of the charge pump circuit 16 that is integrated to obtain a phase difference. L that controls the VCO 13 with different voltage
It is composed of PF17.

【0018】次に、このような構成のPLLシンセサイ
ザ回路の動作の概要を説明する。
Next, an outline of the operation of the PLL synthesizer circuit having such a configuration will be described.

【0019】この回路では、基準分周器12によって図
3(a)に示すような一定周波数の基準周波数信号Aが
生成される一方、比較分周器14によって、VCO13
の発振信号を所定の分周比で分周した分周出力B(同図
(b))が得られる。そして、位相比較器15によっ
て、比較分周器14の分周出力Bと基準分周器12から
の基準周波数信号Aの位相が比較され、同図(c)及び
(d)に示すように、両者の位相差に応じたパルス幅を
有する位相差信号18または19が出力される。ここで
は、分周出力Bの位相が基準周波数信号Aより進んだ場
合は、その位相差に応じたパルス幅の位相差信号18
(同図(c))が出力され、逆に分周出力Bの位相が基
準周波数信号Aより遅れた場合は、その位相差に応じた
パルス幅の位相差信号19(同図(d))が出力される
ようになっている。
In this circuit, a reference frequency signal A having a constant frequency as shown in FIG. 3A is generated by the reference frequency divider 12, while a VCO 13 is generated by the comparison frequency divider 14.
A frequency division output B (FIG. 7B) obtained by frequency-dividing the oscillating signal of 1 by a predetermined frequency division ratio is obtained. Then, the phase comparator 15 compares the frequency-divided output B of the comparison frequency divider 14 with the phase of the reference frequency signal A from the reference frequency divider 12, and as shown in (c) and (d) of FIG. The phase difference signal 18 or 19 having a pulse width corresponding to the phase difference between the two is output. Here, when the phase of the divided output B leads the reference frequency signal A, the phase difference signal 18 having a pulse width corresponding to the phase difference is generated.
((C) in the figure) is output, and conversely, when the phase of the frequency-divided output B lags the reference frequency signal A, the phase difference signal 19 having the pulse width corresponding to the phase difference ((d) in the figure). Is output.

【0020】これらの位相差信号は、チャージポンプ回
路16によって3値信号に変換され、さらにLPF17
で積分されてVCO13を制御する制御電圧Vo が得ら
れる。VCO13は、この制御電圧Vo に応じた周波数
の発振信号を出力し、比較分周器14に入力する。この
ようにして、基準周波数信号Aの整数倍の周波数の発振
信号がVCO13により得られ、これが外部出力周波数
信号fo となる。この信号は、例えば局部発振周波数信
号として用いられることとなるが、その周波数は比較分
周器14の分周比を変えることで変化させることができ
る。
These phase difference signals are converted into a ternary signal by the charge pump circuit 16, and further the LPF 17 is supplied.
A control voltage V o for controlling the VCO 13 is obtained by being integrated by. VCO13 outputs an oscillation signal of a frequency corresponding to the control voltage V o, is input to the comparison frequency divider 14. In this way, the oscillation signal of an integral multiple of the frequency of the reference frequency signal A is obtained by VCO 13, which becomes the external output frequency signal f o. This signal is used as, for example, a local oscillation frequency signal, and the frequency can be changed by changing the division ratio of the comparison frequency divider 14.

【0021】次に、図1におけるチャージポンプ回路1
6の構成及び動作について説明する。
Next, the charge pump circuit 1 in FIG.
The configuration and operation of No. 6 will be described.

【0022】図2は、チャージポンプ回路の一構成例を
表したものである。この回路には、位相比較器15から
の位相差信号18,19をそれぞれ入力するための入力
端子31,32が備えられている。このうち第1の入力
端子31は、抵抗34を介して、差動回路を構成する第
1のトランジスタQ1のベースに接続されるとともに、
ダイオード35を介して接地へと接続されている。一
方、第2の入力端子32は、抵抗36を介して、差動回
路を構成する第2のトランジスタQ2のベースに接続さ
れるとともに、ダイオード37を介して接地へと接続さ
れている。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the charge pump circuit. This circuit is provided with input terminals 31 and 32 for inputting the phase difference signals 18 and 19 from the phase comparator 15, respectively. Of these, the first input terminal 31 is connected to the base of the first transistor Q1 forming the differential circuit via the resistor 34, and
It is connected to ground via a diode 35. On the other hand, the second input terminal 32 is connected to the base of the second transistor Q2 forming the differential circuit via the resistor 36, and is also connected to the ground via the diode 37.

【0023】トランジスタQ1及びQ2のエミッタは、
相互に接続され、さらに定電流源としての抵抗38を介
して接地に接続されている。トランジスタQ1のコレク
タは、トランジスタQ3及びQ5のベース同士を相互接
続してなる第1のカレントミラー回路のトランジスタQ
3のコレクタに接続され、トランジスタQ2のコレクタ
は、トランジスタQ4及びQ6のベース同士を相互接続
してなる第2のカレントミラー回路のトランジスタQ4
のコレクタに接続されている。トランジスタQ3及びQ
4は、ベース・コレクタ間がそれぞれ直接接続され、各
エミッタは電源VCCに接続されている。
The emitters of transistors Q1 and Q2 are
They are connected to each other and further connected to the ground via a resistor 38 as a constant current source. The collector of the transistor Q1 is the transistor Q of the first current mirror circuit in which the bases of the transistors Q3 and Q5 are mutually connected.
3 is connected to the collector of the transistor Q2, and the collector of the transistor Q2 is the transistor Q4 of the second current mirror circuit in which the bases of the transistors Q4 and Q6 are interconnected.
Connected to the collector. Transistors Q3 and Q
In 4, the base and collector are directly connected to each other, and each emitter is connected to the power supply V CC .

【0024】第1のカレントミラー回路を構成するトラ
ンジスタQ5のコレクタ及び第2のカレントミラー回路
を構成するトランジスタQ6のコレクタは、トランジス
タQ7及びQ8のベース同士を接続してなる第3のカレ
ントミラー回路のトランジスタQ7のコレクタ及びトラ
ンジスタQ8のコレクタにそれぞれ対応して接続されて
いる。トランジスタQ5及びQ6のエミッタはVCCに接
続されている。
The collector of the transistor Q5 which constitutes the first current mirror circuit and the collector of the transistor Q6 which constitutes the second current mirror circuit are the third current mirror circuit in which the bases of the transistors Q7 and Q8 are connected to each other. Are respectively connected to the collector of the transistor Q7 and the collector of the transistor Q8. The emitters of transistors Q5 and Q6 are connected to V CC .

【0025】第3のカレントミラー回路のトランジスタ
Q7のコレクタには、エミッタをトランジスタQ7及び
Q8のベースに接続したベース電流補正用のトランジス
タQ9のベースが接続されている。このトランジスタQ
9のコレクタはVCCに接続されている。また、トランジ
スタQ8のコレクタは出力端子39にも接続されてい
る。トランジスタQ7及びQ8のエミッタはともに接地
接続されている。
The collector of the transistor Q7 of the third current mirror circuit is connected to the base of a transistor Q9 for base current correction whose emitter is connected to the bases of the transistors Q7 and Q8. This transistor Q
The collector of 9 is connected to V CC . The collector of the transistor Q8 is also connected to the output terminal 39. The emitters of the transistors Q7 and Q8 are both grounded.

【0026】以上のような構成のチャージポンプ回路の
動作を図3とともに説明する。
The operation of the charge pump circuit having the above configuration will be described with reference to FIG.

【0027】位相比較器15から入力端子31,32
に、図3(c),(d)に示したような位相差信号1
8,19が入力されると、これらはそれぞれ、差動回路
のトランジスタQ1,Q2のベースに印加される。この
チャージポンプ回路は、トランジスタQ1,Q2のベー
スへの印加電圧の組合せに応じて以下のように動作す
る。
Input terminals 31, 32 from the phase comparator 15
In addition, the phase difference signal 1 as shown in FIGS.
When 8 and 19 are input, they are applied to the bases of the transistors Q1 and Q2 of the differential circuit, respectively. This charge pump circuit operates as follows according to the combination of the voltages applied to the bases of the transistors Q1 and Q2.

【0028】(I)位相進み状態の場合 図3(a),(b)において、分周出力Bの位相が基準
周波数信号Aより進んでいる場合は、その位相差に応じ
たパルス幅の位相差信号18(同図(c))が出力され
る。このとき、チャージポンプ回路16の入力端子3
1,32には、それぞれ、“H”,“L”レベルの信号
が入力されるため、トランジスタQ1のみがオンとな
り、VCCから電流I1がトランジスタQ3を経てトラン
ジスタQ1に流れる一方、トランジスタQ2には電流が
流れない。これにより、第1のカレントミラー回路のト
ランジスタQ5にも電流I1が流れ、第3のカレントミ
ラー回路のトランジスタQ7及びQ8にも同じ電流I1
が流れる。このとき、第2のカレントミラー回路のトラ
ンジスタQ4には電流が流れないので、トランジスタQ
6にも電流は流れない。従って、トランジスタQ8に
は、出力端子39から流入した電流I1が流れることと
なる。この電流は次段のLPF17(図1)のコンデン
サの放電電流であり、LPF17の出力電圧Vo を減少
させる。
(I) In case of phase lead state In FIGS. 3 (a) and 3 (b), when the phase of the divided output B is ahead of the reference frequency signal A, the pulse width position corresponding to the phase difference is The phase difference signal 18 ((c) in the figure) is output. At this time, the input terminal 3 of the charge pump circuit 16
Since "H" and "L" level signals are input to 1 and 32, respectively, only the transistor Q1 is turned on, and the current I1 flows from V CC to the transistor Q1 through the transistor Q3, while the current I1 flows to the transistor Q2. Does not flow current. As a result, the current I1 also flows through the transistor Q5 of the first current mirror circuit, and the same current I1 flows through the transistors Q7 and Q8 of the third current mirror circuit.
Flows. At this time, since no current flows in the transistor Q4 of the second current mirror circuit, the transistor Q4
No electric current flows through 6. Therefore, the current I1 flowing from the output terminal 39 flows through the transistor Q8. This current is the discharge current of the next capacitor LPF 17 (FIG. 1), reducing the output voltage V o of the LPF 17.

【0029】LPF17の出力電圧Vo が減少すると、
VCO13の発振周波数(fo )が低下するため、比較
分周器14の分周出力Bの位相を遅らせる方向に制御さ
れ、基準周波数信号Aとの位相差が縮小する。
When the output voltage V o of the LPF 17 decreases,
Since the oscillation frequency (f o ) of the VCO 13 is lowered, it is controlled so as to delay the phase of the frequency division output B of the comparison frequency divider 14, and the phase difference from the reference frequency signal A is reduced.

【0030】(II) 位相遅れ状態の場合 図3(a),(b)において、分周出力Bの位相が基準
周波数信号Aより遅れている場合は、その位相差に応じ
たパルス幅の位相差信号19(同図(d))が出力され
る。このとき、チャージポンプ回路16の入力端子3
1,32には、それぞれ、“L”,“H”レベルの信号
が入力されるため、トランジスタQ2のみがオンとな
り、VCCから電流I2がトランジスタQ4を経てトラン
ジスタQ2に流れる一方、トランジスタQ1には電流が
流れない。これにより、第2のカレントミラー回路のト
ランジスタQ6にも電流I2が流れる。このとき、第1
のカレントミラー回路のトランジスタQ5には電流が流
れないので、トランジスタQ7及びQ8には電流が流れ
ない。従って、トランジスタQ6を流れた電流I2は、
出力端子39から流出することとなる。この電流は次段
のLPF17(図1)のコンデンサの充電電流となり、
LPF17の出力電圧を増加させる。LPF17の出力
電圧Vo が増加すると、VCO13の発振周波数
(fo )が増加するため、比較分周器14の分周出力B
の位相が進む方向に制御され、基準周波数信号Aとの位
相差が縮小する。
(II) Phase delay state In FIGS. 3 (a) and 3 (b), when the phase of the divided output B is delayed from the reference frequency signal A, the pulse width corresponding to the phase difference is placed. The phase difference signal 19 ((d) in the figure) is output. At this time, the input terminal 3 of the charge pump circuit 16
Since "L" and "H" level signals are input to 1 and 32, respectively, only the transistor Q2 is turned on, and the current I2 flows from V CC to the transistor Q2 through the transistor Q4, while the current I2 flows to the transistor Q1. Does not flow current. As a result, the current I2 also flows through the transistor Q6 of the second current mirror circuit. At this time, the first
Since no current flows through the transistor Q5 of the current mirror circuit of, no current flows through the transistors Q7 and Q8. Therefore, the current I2 flowing through the transistor Q6 is
It will flow out from the output terminal 39. This current becomes the charging current for the capacitor of the LPF 17 (Fig. 1) in the next stage,
The output voltage of the LPF 17 is increased. When the output voltage V o of the LPF 17 increases, the oscillation frequency (f o ) of the VCO 13 increases, so the frequency division output B of the comparison frequency divider 14
Is controlled so that the phase of the signal is advanced, and the phase difference from the reference frequency signal A is reduced.

【0031】一方、位相比較器15は、不感帯(すなわ
ち、位相差があるにもかかわらず、入力端子31,32
のいずれにもパルスが入力されない状態)を有する。こ
の場合、トランジスタQ1及びQ2のベース電圧はとも
に“L”レベルとなるため、これらのトランジスタはと
もにオフとなって原則として電流は流れない。しかしな
がら、従来技術の説明において記載したように、これら
のトランジスタQ1,Q2はバイポーラ型であるため、
それぞれを流れるリーク電流IL1及びIL2が比較的大き
く、実際には、第1及び第2のカレントミラー回路のト
ランジスタQ5及びQ6にも、それぞれ同一の電流が流
れることとなる。
On the other hand, the phase comparator 15 has a dead zone (that is, despite the phase difference, the input terminals 31 and 32).
No pulse is input to any of the above). In this case, the base voltages of the transistors Q1 and Q2 are both at the "L" level, so that both of these transistors are off and no current flows in principle. However, as described in the description of the prior art, since these transistors Q1 and Q2 are of the bipolar type,
The leak currents I L1 and I L2 flowing therethrough are relatively large, and in fact, the same currents also flow to the transistors Q5 and Q6 of the first and second current mirror circuits, respectively.

【0032】ところが、差動回路を構成する2つのトラ
ンジスタQ1及びQ2は、ともに同一接合型のNPNト
ランジスタであるため、製造工程上、両者の特性を高精
度に一致させることが可能であり、リーク電流IL1とI
L2を等しくすることは容易である。また、第1のカレン
トミラー回路を構成する2つのトランジスタQ3,Q
5、及び第2のカレントミラー回路を構成する2つのト
ランジスタQ4,Q6はともに、同一接合型のPNPト
ランジスタであるため、トランジスタQ5,Q6を流れ
る電流は、それぞれ、トランジスタQ3,Q4を流れる
電流IL1,IL2と高精度に一致し、結局、トランジスタ
Q5,Q6をそれぞれ流れる電流IL1及びIL2は高精度
に一致する。同様に、第3のカレントミラー回路におい
ても、トランジスタQ7,Q8の特性が高精度に一致す
るよう製造可能であるため、それぞれを流れる電流も高
精度に一致する。従って、トランジスタQ5,Q6をそ
れぞれ流れる電流IL1,IL2は、そのまますべてトラン
ジスタQ7,Q8を流れることとなり、出力端子39を
介して次段のLPF17のコンデンサとの間に電流の出
入りが生じることはなくなる。あるいは、生じたとして
も、従来回路(図5)の場合に比べて極めて小さくな
る。このため、無用のプッシュまたはプル電流によって
VCO13が誤動作することがない。
However, since the two transistors Q1 and Q2 that form the differential circuit are NPN transistors of the same junction type, it is possible to make their characteristics coincide with each other with high accuracy in the manufacturing process, and the leakage is caused. Current I L1 and I
It is easy to make L2 equal. In addition, the two transistors Q3 and Q forming the first current mirror circuit
5 and the two transistors Q4 and Q6 forming the second current mirror circuit are PNP transistors of the same junction type, the current flowing through the transistors Q5 and Q6 is the current I flowing through the transistors Q3 and Q4, respectively. The L1 and I L2 coincide with each other with high precision, and the currents I L1 and I L2 flowing through the transistors Q5 and Q6 respectively coincide with each other with high precision. Similarly, also in the third current mirror circuit, since the transistors Q7 and Q8 can be manufactured so that the characteristics thereof coincide with each other with high accuracy, the currents flowing through them respectively also coincide with each other with high accuracy. Therefore, all the currents I L1 and I L2 flowing through the transistors Q5 and Q6, respectively, flow through the transistors Q7 and Q8 as they are, and the current flows in and out of the capacitors of the LPF 17 of the next stage via the output terminal 39. Disappears. Alternatively, even if it occurs, it becomes extremely small compared to the case of the conventional circuit (FIG. 5). Therefore, the VCO 13 does not malfunction due to useless push or pull current.

【0033】また、分周出力Bと基準周波数信号Aの位
相が一致した場合には、図3(c),(d)に示すよう
に、本来は望ましくない鋭い瞬間的パルスが入力端子3
1,32の双方に入力される場合がある。この場合、ト
ランジスタQ1,Q2のベースにはともに“H”レベル
の電圧が印加されるため、両トランジスタともにオンと
なって、それぞれに電流IS1,IS2が流れる。この場合
にも、上記した理由と同様、トランジスタQ1,Q2の
特性の同一性により、電流IS1とIS2は高精度に一致す
る。さらに、それ以降の動作、すなわち第1,第2及び
第3のカレントミラー回路の動作においても、各カレン
トミラー回路を流れる電流の高精度の対称性により、ト
ランジスタQ5,Q6をそれぞれ流れる電流IS1,IS2
は、それぞれ、そのまますべてトランジスタQ7,Q8
を流れることとなり、出力端子39を介して次段のLP
F17のコンデンサとの間に電流の出入りが生じること
はほとんどなくなる。このため、無用のプッシュまたは
プル電流によってVCO13が誤動作することがない。
When the frequency division output B and the reference frequency signal A are in phase with each other, as shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d), a sharp instantaneous pulse, which is originally undesirable, is input terminal 3.
It may be input to both 1 and 32. In this case, since the "H" level voltage is applied to both bases of the transistors Q1 and Q2, both transistors are turned on and currents I S1 and I S2 respectively flow. Also in this case, the currents I S1 and I S2 coincide with each other with high accuracy, due to the same characteristics of the transistors Q1 and Q2, for the same reason as described above. Further, also in the subsequent operation, that is, in the operation of the first, second and third current mirror circuits, the current I S1 flowing through the transistors Q5 and Q6 is caused by the highly accurate symmetry of the current flowing through each current mirror circuit. , I S2
Are all transistors Q7 and Q8 as they are.
Through the output terminal 39 and the LP of the next stage.
Almost no current flows in or out of the capacitor of F17. Therefore, the VCO 13 does not malfunction due to useless push or pull current.

【0034】なお、上記回路はすべてバイポーラトラン
ジスタで構成されているため、その動作速度は従来回路
(図4)に比べて高速であり、PLLのロックアップタ
イムが短くなる。
Since all the circuits described above are composed of bipolar transistors, the operating speed thereof is higher than that of the conventional circuit (FIG. 4), and the lockup time of the PLL is shortened.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
チャージポンプ回路を、同一接合型のバイポーラトラン
ジスタ対を用いた差動回路と、同一接合型のバイポーラ
トランジスタ対からなるカレントミラー回路を用いたプ
ッシュプル回路とにより構成し、位相比較器の2つの出
力を差動回路の入力端に入力して差動動作させるととも
に、差動回路の差動出力に応じてプッシュプル動作を行
うこととしたので、バイポーラトランジスタのオフリー
ク電流による次段回路への影響を極めて少なくしつつ、
高速動作を維持することができる。
As described above, according to the present invention,
The charge pump circuit is composed of a differential circuit using the same junction type bipolar transistor pair and a push-pull circuit using a current mirror circuit consisting of the same junction type bipolar transistor pair, and two outputs of the phase comparator are provided. Is input to the input terminals of the differential circuit for differential operation, and the push-pull operation is performed according to the differential output of the differential circuit. While keeping it extremely small,
High-speed operation can be maintained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】一般的なPLLシンセサイザの概略構成図であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a general PLL synthesizer.

【図2】本発明の一実施例におけるPLLシンセサイザ
のチャージポンプ回路を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a charge pump circuit of a PLL synthesizer according to an embodiment of the present invention.

【図3】図1のPLLシンセサイザの概略動作を示すタ
イミング図である。
3 is a timing diagram showing a schematic operation of the PLL synthesizer of FIG.

【図4】従来のチャージポンプ回路の一例を示す回路図
である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a conventional charge pump circuit.

【図5】従来のチャージポンプ回路の他の例を示す回路
図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing another example of a conventional charge pump circuit.

【図6】コードレス電話または移動電話における通信方
式を説明するための説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a communication system in a cordless phone or a mobile phone.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基準発振器 12 基準分周器 13 VCO 14 比較分周器 15 位相比較器 16 チャージポンプ回路 17 LPF 31,32 入力端子 39 出力端子 Q1,Q2 NPNトランジスタ(差動回路) Q3,Q5 PNPトランジスタ(第1のカレントミラ
ー回路) Q4,Q6 PNPトランジスタ(第2のカレントミラ
ー回路) Q7,Q8 NPNトランジスタ(第3のカレントミラ
ー回路)
11 Reference Oscillator 12 Reference Divider 13 VCO 14 Comparison Divider 15 Phase Comparator 16 Charge Pump Circuit 17 LPF 31, 32 Input Terminal 39 Output Terminal Q1, Q2 NPN Transistor (Differential Circuit) Q3, Q5 PNP Transistor (No. 1 current mirror circuit) Q4, Q6 PNP transistor (second current mirror circuit) Q7, Q8 NPN transistor (third current mirror circuit)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基準信号を発生する水晶発振器と、 この水晶発振器の出力を分周してPLLの基準周波数信
号を生成する基準分周器と、 印加される電圧によって発振周波数が制御される電圧制
御発振器と、 この電圧制御発振器の出力信号を分周する比較分周器
と、 この比較分周器の分周出力と前記基準分周器の分周出力
の位相とを比較し、その位相差に応じた幅のパルスを出
力する位相比較器と、 この位相比較器の出力に応じて3値の信号を出力するチ
ャージポンプ回路と、 このチャージポンプ回路の出力に基づき、前記電圧制御
発振器を制御するための電圧を発生するローパスフィル
タと、 を有するPLL周波数シンセサイザにおいて、 前記チャージポンプ回路は、 同一接合型のバイポーラトランジスタ対を含み、前記位
相比較器の2つの出力を入力として差動動作する差動回
路と、 同一接合型のバイポーラトランジスタ対からなるカレン
トミラー回路を含み、前記差動回路の差動出力に応じて
プッシュプル動作を行うプッシュプル回路と、 を具備することを特徴とするPLL周波数シンセサイザ
のチャージポンプ回路。
1. A crystal oscillator which generates a reference signal, a reference frequency divider which divides an output of the crystal oscillator to generate a reference frequency signal of a PLL, and a voltage whose oscillation frequency is controlled by an applied voltage. The controlled oscillator, a comparison frequency divider that divides the output signal of this voltage controlled oscillator, the frequency division output of this comparison frequency divider and the phase of the frequency division output of the reference frequency divider are compared, and the phase difference A phase comparator that outputs a pulse having a width corresponding to the voltage, a charge pump circuit that outputs a ternary signal according to the output of the phase comparator, and the voltage controlled oscillator is controlled based on the output of the charge pump circuit. In a PLL frequency synthesizer having a low-pass filter for generating a voltage for operating the charge pump circuit, the charge pump circuit includes a bipolar transistor pair of the same junction type, A differential circuit that operates differentially with two outputs as inputs, and a push-pull circuit that includes a current mirror circuit composed of the same junction type bipolar transistor pair, and that performs a push-pull operation according to the differential output of the differential circuit, A charge pump circuit for a PLL frequency synthesizer, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106849646A (en) * 2017-03-30 2017-06-13 中国人民解放军国防科学技术大学 A kind of low jitter charge pump with radiation-resisting performance
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