JPH07112153B2 - PLL circuit - Google Patents

PLL circuit

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JPH07112153B2
JPH07112153B2 JP60209952A JP20995285A JPH07112153B2 JP H07112153 B2 JPH07112153 B2 JP H07112153B2 JP 60209952 A JP60209952 A JP 60209952A JP 20995285 A JP20995285 A JP 20995285A JP H07112153 B2 JPH07112153 B2 JP H07112153B2
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voltage
frequency
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孝夫 岡崎
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Hitachi Ltd
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、PLL(フェーズ・ロックド・ループ)回路
に関し、例えばディジタル電話交換装置におけるコーダ
/デコーダ(CODEC)におけるPLL回路に利用して有効な
技術に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a PLL (Phase Locked Loop) circuit and, for example, to a technique effectively used for a PLL circuit in a coder / decoder (CODEC) in a digital telephone exchange. Is.

〔背景技術〕[Background technology]

本願発明者等は、この発明に先立って第3図に示すよう
なPLL回路を開発した。電圧制御型発振回路VCOは、一対
のキャパシタC1,C2のうち一方のキャパシタC1(又はC
2)への充電電圧が一定のレベルに達したことをインバ
ータ回路IV2(又はIV1)のロジックスレッショルド電圧
により検出して、ナンドゲート回路G1,G2により構成さ
れたフリップフロップ回路を反転させ、上記キャパシタ
C1(又はC2)を放電動作に切り換えるとともに、他方の
キャパシタC2(又はC1)を放電動作から充電動作に切り
換えるという動作を交互に行わせることによって発振動
作を行う。上記キャパシタC1,C2の充電電流は、次の制
御電圧に従った制御電流を形成する電流源回路により形
成される。この場合、PLLループにおける応答性を高く
するため、言い換えるならば、高周波利得を大きくする
ため、上記制御電流は、ロウパスフィルタLPFの出力電
圧VCに従った電流信号を形成するMOSFETQ1及びその自走
周波数を設定するための定電流Ioを形成するMOSFETQ4の
他、位相比較回路PFCの出力パルスup,▲▼信号
を受けて、それに見合った電流Iu及びIdを形成するMOSF
ETQ6,Q5が設けられる。これによって、上記電圧制御型
発振回路VCOの発振周波数を受ける分周回路のCOUNTの分
周出力φnと基準周波数φとの位相差(周波数差)に従
って形成された位相比較出力up,▲▼により、
直ちに電圧制御型発振回路VCOの周波数が変化させられ
るから高周波利得を大きくできる。
Prior to the present invention, the present inventors have developed a PLL circuit as shown in FIG. The voltage-controlled oscillator circuit VCO has one capacitor C1 (or C
The fact that the charging voltage to 2) has reached a certain level is detected by the logic threshold voltage of the inverter circuit IV2 (or IV1), the flip-flop circuit composed of the NAND gate circuits G1 and G2 is inverted, and the capacitor
Oscillation is performed by switching C1 (or C2) to the discharging operation and switching the other capacitor C2 (or C1) from the discharging operation to the charging operation alternately. The charging current of the capacitors C1 and C2 is formed by a current source circuit that forms a control current according to the next control voltage. In this case, in order to increase the response in the PLL loop, in other words, to increase the high frequency gain, the control current is the MOSFET Q1 that forms a current signal according to the output voltage VC of the low pass filter LPF and its self-running. In addition to the MOSFET Q4 that forms the constant current Io for setting the frequency, the MOSF that receives the output pulse up, ▲ ▼ signals of the phase comparison circuit PFC and forms the currents Iu and Id corresponding to them.
ETQ6 and Q5 are provided. As a result, the phase comparison output up, ▲ ▼ formed according to the phase difference (frequency difference) between the frequency division output φn of the frequency divider COUNT receiving the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator VCO and the reference frequency φ
Since the frequency of the voltage controlled oscillator VCO is immediately changed, the high frequency gain can be increased.

しかしながら、第4図の特性図に示すように、実線で示
した制御電圧VCの上昇に伴い、点線で示すように、それ
に対応した高周波利得(位相比較出力パルスup/▲
▼に対応した周波数変化分)が小さくなることが判
明した。この理由は、第1に、MOSFETQ1に流れる電流Ic
の増加に伴い、MOSFETQ1、Q4〜Q6のドレイン電圧が低下
して、MOSFETQ6,Q5の電流Iu及びIdが減少することによ
るものである。第2に、第6図に示したキャパシタC1又
はC2の電圧波形のようにフリップフロップ回路における
反転遅延時間DLが起因するものである。すなわち、キャ
パシタC1又はC2の充電電圧がロジックスレッショルド電
圧VLに達しても、実際に放電動作に切り換わる迄の遅延
時間DLが存在する。この遅延時間DLは、その発振周波数
が高くされるに従って、その半周期に占める割合が大き
くなる。このため、制御電流に従ってロジックスレッシ
ョルドで電圧に達する充電時間が短くされても、実際に
放電動作に切り替わる迄の遅延時間の存在によって周期
(周波数)の変化分が小さくされるものである。
However, as shown in the characteristic diagram of FIG. 4, as the control voltage VC shown by the solid line increases, as shown by the dotted line, the corresponding high frequency gain (phase comparison output pulse up / ▲
It was found that the frequency change corresponding to ▼) becomes small. The reason is that the current Ic flowing through the MOSFET Q1 is
This is because the drain voltages of the MOSFETs Q1 and Q4 to Q6 decrease with the increase of the current Iu and Id of the MOSFETs Q6 and Q5. Secondly, it is caused by the inversion delay time DL in the flip-flop circuit like the voltage waveform of the capacitor C1 or C2 shown in FIG. That is, even if the charging voltage of the capacitor C1 or C2 reaches the logic threshold voltage VL, there is a delay time DL before actually switching to the discharging operation. This delay time DL increases in proportion to its half cycle as the oscillation frequency is increased. Therefore, even if the charging time to reach the voltage at the logic threshold according to the control current is shortened, the change of the cycle (frequency) is reduced by the existence of the delay time until the switching to the actual discharging operation.

ところで、上記MOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ)はプロセス変動によりその特性に比較的大きなバ
ラツキを生じる。このため、上記各制御電流Ic、Io及び
Iu,Idは、比較的大きなプロセスバラツキを持つものと
なる。したがって、第4図の制御電圧VC対発振周波数F
の特性は、最も電流が流れるパワーワースト状態pwと、
最も電流が流れなくなるスピードワースト状態swとのよ
うに大きく変動するものとなってしまう。これにより、
上記スピードワースト状態swでは、設定すべき周波数Fo
に対して、その高周波利得が小さな領域で動作すること
になるため、高周波応答性、言い換えるならば、PLLの
引き込み特性が悪くなってしまうという問題がある。
By the way, the MOSFET (insulated gate field effect transistor) has a relatively large variation in its characteristics due to process variations. Therefore, the control currents Ic, Io and
Iu and Id have relatively large process variations. Therefore, the control voltage VC vs. the oscillation frequency F in FIG.
The characteristics of are the power worst state pw in which the most current flows,
It becomes a large fluctuation like the speed worst state sw where the most current does not flow. This allows
In the above speed worst state sw, the frequency Fo to be set
On the other hand, since the high-frequency gain operates in a small region, there is a problem that the high-frequency response, in other words, the pull-in characteristic of the PLL deteriorates.

なお、コーダ/デコーダ(CODEC)に関しては、例えば1
981年6月30日付朝倉書店発行『集積回路応用ハンドブ
ック』第593頁〜600頁参照。
For the coder / decoder (CODEC), for example,
See pages 593 to 600 of "Integrated Circuit Application Handbook" published by Asakura Shoten on June 30, 981.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

この発明の目的は、プロセスバラツキに対する応答性の
改善を図ったPLL回路を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a PLL circuit that improves the responsiveness to process variations.

この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
この明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
The above and other objects and novel features of the present invention are as follows.
It will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、以下の通りである。すなわち、発
振周波数に基づいて形成される周波数信号と基準周波数
信号との位相差に従ったパルス信号を受けるロウパスフ
ィルタが形成する制御電圧に従って変化する第1の電流
を形成する第1の電流源回路(Q1)と、上記位相比較回
路が形成するパルス信号に応じて増減する第2の電流を
形成する第2の電流源回路(Q4,Q5)と、上記位相比較
回路が形成するパルス信号に応じて増減するとともに上
記ロウパスフィルタが形成する制御電圧に応じてその増
減量が変化する第3の電流を形成する第3の電流源回路
(Q2,Q3)を設けて、その合成電流により上記発振周波
数を形成する発振回路の発振動作を制御するものであ
る。
The outline of a typical one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, the first current source that forms the first current that changes according to the control voltage formed by the low-pass filter that receives the pulse signal that follows the phase difference between the frequency signal formed based on the oscillation frequency and the reference frequency signal. Circuit (Q1), a second current source circuit (Q4, Q5) that forms a second current that increases and decreases according to the pulse signal that the phase comparison circuit forms, and a pulse signal that the phase comparison circuit forms. A third current source circuit (Q2, Q3) that forms a third current whose amount increases or decreases in accordance with the control voltage formed by the low-pass filter and which changes in amount according to the control voltage formed by the low-pass filter is provided. It controls the oscillation operation of the oscillation circuit that forms the oscillation frequency.

〔実施例〕〔Example〕

第1図には、この発明の一実施例の回路図が示されてい
る。同図の各回路素子は、公知のCMOS(相補型MOS)集
積回路の製造技術によって、1個の単結晶シリコンのよ
うな半導体基板上において形成される。同図においてP
チャンネルMOSFETは、そのソース・ドレイン間に直線が
付加されてることにより、NチャンネルMOSFETと区別さ
れる。
FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of the present invention. Each circuit element in the figure is formed on a semiconductor substrate such as a single crystal silicon by a known CMOS (complementary MOS) integrated circuit manufacturing technique. P in the figure
The channel MOSFET is distinguished from the N-channel MOSFET by adding a straight line between its source and drain.

特に制限されないが、集積回路は、単結晶P型シリコン
からなる半導体基板に形成される。NチャンネルMOSFET
は、かかる半導体基板表面に形成されたソース領域、ド
レイン領域及びソース領域とドレイン領域との間に半導
体基板表面に薄い厚さのゲート絶縁膜を介して形成れた
ポリシリコンからなるようなゲート電極から構成され
る。PチャンネルMOSFETは、上記半導体基板表面に形成
されたN型ウェル領域に形成される。これによって、半
導体基板は、その上に形成された複数のNチャンネルMO
SFETの共通の基板ゲートを構成する。N型ウェル領域
は、その上に形成されたPチャンネルMOSFETの基板ゲー
トを構成する。PチャンネルMOSFETの基板ゲートすなわ
ちN型ウェル領域は、第1図の電源端子Vccに結合され
る。
Although not particularly limited, the integrated circuit is formed on a semiconductor substrate made of single crystal P-type silicon. N-channel MOSFET
Is a gate electrode made of polysilicon formed on the surface of the semiconductor substrate with a thin gate insulating film interposed between the source region, the drain region and the source region and the drain region. Composed of. The P-channel MOSFET is formed in the N-type well region formed on the surface of the semiconductor substrate. As a result, the semiconductor substrate has a plurality of N channel MOs formed thereon.
Configure a common substrate gate for SFETs. The N-type well region constitutes the substrate gate of the P-channel MOSFET formed thereon. The substrate gate of the P-channel MOSFET, that is, the N-type well region, is coupled to the power supply terminal Vcc in FIG.

電圧制御型発振回路VCOは、特に制限されないが、次の
各回路素子により構成される。一対のキャパシタC1,C2
の一方の電極は、回路の接地電位に接続される。このキ
ャパシタC1,C2には、放電回路を構成するNチャンネル
型のスイッチMOSFETQ10,Q12がそれぞれ並列形態に設け
られる。上記キャパシタC1,C2の他方の電極と後述する
電流源回路との間には、充電回路を構成するPチャンネ
ル型のスイッチMOSFETQ9,Q11がそれぞれ設けられる。上
記キャパシタC1及びC2の充電動作と放電動作との切り換
えを行うため、上記MOSFETQ9,Q10及びMOSFETQ11,Q12の
ゲートは、それぞれ共通化されて、次に説明するフリッ
プフロップ回路の相補出力信号が供給される。
Although not particularly limited, the voltage controlled oscillator circuit VCO is composed of the following circuit elements. A pair of capacitors C1, C2
One of the electrodes is connected to the ground potential of the circuit. N-channel type switch MOSFETs Q10 and Q12 forming a discharge circuit are provided in parallel with the capacitors C1 and C2, respectively. P-channel type switch MOSFETs Q9 and Q11 that form a charging circuit are provided between the other electrodes of the capacitors C1 and C2 and a current source circuit described later. In order to switch the charging operation and the discharging operation of the capacitors C1 and C2, the gates of the MOSFETs Q9, Q10 and the MOSFETs Q11, Q12 are made common, and the complementary output signals of the flip-flop circuit described below are supplied. It

上記フリップフロップ回路は、特に制限されないが、一
方の入力と出力とが互いに交差結線されたナンド(NAN
D)ゲート回路G1,G2と、他方の入力にそれぞれ設けられ
たインバータ回路IV1,IV2とにより構成される。上記イ
ンバータ回路IV1とIV2の入力には、それぞれ上記キャパ
シタC2とC1の充放電電圧が供給される。上記各インバー
タ回路IV1,IV2は、電圧検出回路として動作する。例え
ば、フリップフロップ回路を構成するナンドゲート回路
G1の出力信号がハイレベルで、ナンドゲート回路G2の出
力信号がロウレベルなら、上記ナンドゲート回路G1の出
力信号のハイレベルによってNチャンネルMOSFETQ12が
オン状態となってキャパシタC2の放電動作を行い、上記
ナンドゲート回路G2の出力信号のロウレベルによって,P
チャンネルMOSFETQ9がオン状態となってキャパシタC1の
充電動作を行うものである。
The flip-flop circuit is not particularly limited, but the NAND (NAN) in which one input and the output are cross-connected to each other is used.
D) It is composed of gate circuits G1 and G2 and inverter circuits IV1 and IV2 respectively provided at the other inputs. The charging and discharging voltages of the capacitors C2 and C1 are supplied to the inputs of the inverter circuits IV1 and IV2, respectively. Each of the inverter circuits IV1 and IV2 operates as a voltage detection circuit. For example, a NAND gate circuit forming a flip-flop circuit
When the output signal of G1 is high level and the output signal of the NAND gate circuit G2 is low level, the high level of the output signal of the NAND gate circuit G1 turns on the N-channel MOSFET Q12 to discharge the capacitor C2, and the NAND gate circuit Depending on the low level of the G2 output signal, P
The channel MOSFET Q9 is turned on to charge the capacitor C1.

上記キャパシタC1への充電動作によって、その充電電圧
V1がインバータ回路IV2のロジックスレッショルド電圧
に達すると、その出力はハイレベルからロウレベル(正
論理“0")に変化する。これに応じてナンドゲート回路
G2の出力信号はロウレベルからハイレベルに変化する。
この出力信号のハイレベルによりナンドゲート回路G1の
出力信号は、ハイレベルからロウレベルに変化させられ
る。したがって、キャパシタC1に着目すれば、Pチャン
ネルMOSFETQ9はオフ状態に、NチャンネルMOSFETQ10は
オン状態に切り換えられるのでキャパシタC1に対しては
放電動作がなされる。キャパシタC2に着目すれば、Pチ
ャンネルMOSFETQ11はオン状態に、NチャンネルMOSFETQ
12はオフ状態に切り換えられるのでキャパシタC2に対し
ては充電動作がなされる。以上の動作の繰り返しにより
発振動作がなされる。
The charging voltage for the capacitor C1
When V1 reaches the logic threshold voltage of the inverter circuit IV2, its output changes from high level to low level (positive logic “0”). NAND gate circuit accordingly
The output signal of G2 changes from low level to high level.
By the high level of this output signal, the output signal of the NAND gate circuit G1 is changed from the high level to the low level. Therefore, paying attention to the capacitor C1, the P-channel MOSFET Q9 is switched to the off state and the N-channel MOSFET Q10 is switched to the on state, so that the capacitor C1 is discharged. Focusing on the capacitor C2, the P-channel MOSFET Q11 is turned on and the N-channel MOSFET Q11 is turned on.
Since the switch 12 is turned off, the capacitor C2 is charged. The oscillation operation is performed by repeating the above operation.

上記発振回路は、上記キャパシタC1,C2への充電電流
が、回路により形成された制御電流によって設定される
ことにより、その発振周波数の制御が行われる。
The oscillation frequency of the oscillation circuit is controlled by setting the charging current to the capacitors C1 and C2 by the control current formed by the circuit.

上記発振回路VCOの出力信号は、インバータ回路IV3を通
して分周回路COUNTに供給される。この分周回路COUNTの
分周出力φnと基準周波数信号φは、位相比較回路PFC
に供給される。位相比較回路PFCは、上記両信号φnと
φとの位相差(周波数差)に従ってアップ/ダウン信号
up/▲▼信号を形成する。ロウパスフィルタLPF
は、上記位相比較信号up及び▲▼を平滑して、
制御電圧VCを形成する。この制御電圧VCは、Nチャンネ
ルMOSFETQ1のゲートに供給され、このMOSFETQ1のドレイ
ンから上記制御電圧VCに従った制御電流Ic出力される
(第1の電流源回路)。また、定電圧VBがゲートに供給
されたNチャンネルMOSFETQ4は、そのドレインから上記
発振回路VCOの自走発振周波数を設定するための定電流I
oを形成する。PLLループにおける高周波応答性を高くす
るため、上記位相比較回路PFCにより構成されたダウン
信号▲▼とアップ信号upは、それぞれインバー
タ回路IV7,IV8を介してNチャンネルMOSFETQ5,Q6のソー
スに供給される。これらのMOSFETQ5,Q6のゲートには、
上記定電圧VBが供給されることにより、各MOSFETQ5,Q6
のソース電位がロウレベルにされたとき、言い換えるな
らば、ダウン信号▲▼がハイレベルに、アップ
信号upがハイレベルにされたとき、それぞれ動作状態に
され、定電圧VBに従ったダウン電流Id,アップ電流Iuを
形成する(第2の電流源回路)。なお、両周波数信号φ
nとφとの位相が等しいとき、ダウン信号▲▼
はハイレベルに、アップ信号upはロウレベルにされる。
これによって、MOSFETQ5は動作状態にされ、上記定電流
Idを流すようにされる。上記基準周波数信号φに対して
分周出力φnの周波数が低くされたとき、その位相差に
従ってアップ信号upがハイレベルにされる。これによ
り、MOSFETQ6が動作状態にされ、その間定電流Iuを流す
ものとされる。逆に、上記基準周波数信号φに対して分
周出力φnの周波数が高くされたとき、その位相差に従
ってダウン信号▲▼がロウレベルにされる。こ
れにより、MOSFETQ5が非動作状態にされ、上記流れてい
た定電流Idが流れなくされる。
The output signal of the oscillation circuit VCO is supplied to the frequency dividing circuit COUNT through the inverter circuit IV3. The frequency division output φn of the frequency division circuit COUNT and the reference frequency signal φ are the phase comparison circuit PFC.
Is supplied to. The phase comparison circuit PFC is an up / down signal according to the phase difference (frequency difference) between the above signals φn and φ.
up / ▲ ▼ Form signal. Low pass filter LPF
Smooths the phase comparison signals up and ▲ ▼ above,
Form the control voltage VC. The control voltage VC is supplied to the gate of the N-channel MOSFET Q1, and the control current Ic according to the control voltage VC is output from the drain of the MOSFET Q1 (first current source circuit). The N-channel MOSFET Q4, whose gate is supplied with the constant voltage VB, has a constant current I for setting the free-running oscillation frequency of the oscillation circuit VCO from its drain.
form o. In order to improve the high frequency response in the PLL loop, the down signal ▲ ▼ and the up signal up configured by the phase comparison circuit PFC are supplied to the sources of the N-channel MOSFETs Q5 and Q6 via the inverter circuits IV7 and IV8, respectively. . The gates of these MOSFETs Q5 and Q6 are
By supplying the above constant voltage VB, each MOSFET Q5, Q6
When the source potential of is set to a low level, in other words, when the down signal ▲ ▼ is set to a high level and the up signal up is set to a high level, the down current Id, which is in accordance with the constant voltage VB, is activated. An up current Iu is formed (second current source circuit). Both frequency signals φ
When the phases of n and φ are the same, the down signal ▲ ▼
Is set to a high level and the up signal up is set to a low level.
As a result, MOSFET Q5 is activated and the constant current
Id is made to flow. When the frequency of the divided output φn is lowered with respect to the reference frequency signal φ, the up signal up is set to the high level according to the phase difference. As a result, the MOSFET Q6 is put into operation and the constant current Iu is allowed to flow during that time. On the contrary, when the frequency of the divided output φn is increased with respect to the reference frequency signal φ, the down signal ▲ ▼ is set to the low level according to the phase difference. As a result, the MOSFET Q5 is deactivated, and the constant current Id that has been flowing is stopped.

また、この実施例では、制御電圧VCの上昇に伴う高周波
利得の低下を補償するために、次のMOSFETが設けられ
る。NチャンネルMOSFETQ2及びQ3のゲートには、上記制
御電圧VCが供給される。これらMOSFETQ2及びQ3のソース
には、上記ダウン信号▲▼及びアップ信号upを
受けるインバータ回路IV5及びIV6の出力電圧が供給され
る。これらのMOSFETQ2及びQ3は、上記MOSFETQ5,Q6と類
似の動作により、そのゲートに制御電圧VCと、上記ダウ
ン信号▲▼及びアップ信号upとにより補償電流
Id′及びIu′を形成する(第3の電流源回路)。
Further, in this embodiment, the following MOSFET is provided in order to compensate for the decrease in the high frequency gain due to the increase in the control voltage VC. The control voltage VC is supplied to the gates of the N-channel MOSFETs Q2 and Q3. The sources of these MOSFETs Q2 and Q3 are supplied with the output voltages of the inverter circuits IV5 and IV6, which receive the down signal ▲ ▼ and the up signal up. These MOSFETs Q2 and Q3 operate in a manner similar to that of the MOSFETs Q5 and Q6, and have their gates supplied with a compensating current by the control voltage VC and the down signal ▲ ▼ and the up signal up.
Id 'and Iu' are formed (third current source circuit).

上記各MOSFETQ1〜Q6のドレインは、共通化されてPチャ
ンネルMOSFETQ7のドレインに接続される。このPチャン
ネルMOSFETQ7は、PチャンネルMOSFETQ8と共に電流ミラ
ー形態にされ、上記各MOSFETQ1〜Q6の合成電流I(Io+
Ic+Id+Iu+Id′+Iu′)に従った上記キャパシタC1,C
2へ充電電流を形成する。
The drains of the MOSFETs Q1 to Q6 are commonly connected to the drain of the P-channel MOSFET Q7. The P-channel MOSFET Q7 is formed into a current mirror form together with the P-channel MOSFET Q8, and the combined current I (Io +
The above capacitors C1 and C according to Ic + Id + Iu + Id ′ + Iu ′)
Form a charging current to 2.

なお、位相比較回路PFCに供給される分周出力φnの周
波数は、分周回路COUNTによって1/Nに分周されているの
で、上記電圧制御型発振回路VCOから、上記基準周波数
φrefに対してN倍とされた発振出力信号が形成され
る。例えば、前記CODECにあっては、ディジタル電話交
換システム側から供給された8KHzの信号を上記基準周波
数信号φrefとして用い、上記電圧制御型発振回路VCOか
ら内部回路動作に必要な数+MHzの高い周波数信号を形
成するものである。この周波数信号は、クロック発生回
路CPGに供給され、ここでアナログ/ディジタル変換
や、その逆のディジタル/アナログ変換及びスイッチド
キャパシタフィルタ等の動作等に必要な内部クロック信
号φ1,φ2等が形成される。
Since the frequency of the frequency division output φn supplied to the phase comparison circuit PFC is divided into 1 / N by the frequency division circuit COUNT, the voltage controlled oscillator circuit VCO outputs the frequency with respect to the reference frequency φref. An oscillation output signal multiplied by N is formed. For example, in the CODEC, a signal of 8 KHz supplied from the digital telephone exchange system side is used as the reference frequency signal φref, and a high frequency signal of the number + MHz required for internal circuit operation from the voltage controlled oscillator circuit VCO. Is formed. This frequency signal is supplied to the clock generation circuit CPG, where internal clock signals φ1, φ2 and the like necessary for analog / digital conversion, vice versa digital / analog conversion, operation of a switched capacitor filter and the like are formed. It

この実施例における周波数制御動作は、次の通りであ
る。
The frequency control operation in this embodiment is as follows.

両周波数信号φとφnの周波数が等しいとき、言い換え
るならば、PLLがロック状態のときには、アップ信号up
がロウレベルに、ダウン信号▲▼がハイレベル
にされる。上記アップ信号upのロウレベルによってMOSF
ETQ3とQ6が非動作状態にされ、ダウン信号▲▼
のハイレベルによってMOSFETQ2とQ5が動作状態にされ
る。したがって、電圧制御型発振回路VCOは、MOSFETQ1,
Q2及びQ4,Q5により、それぞれ制御電圧VC及び定電圧VB
に従った電流Ic,Id′及びIo,Idの合成電流により行われ
るキャパシタC1,C2の充放電動作により発振動作を行う
ものとなる。
When the frequencies of both frequency signals φ and φn are equal, in other words, when the PLL is in the locked state, the up signal up
Is set to the low level and the down signal ▲ ▼ is set to the high level. Depending on the low level of the up signal up, MOSF
ETQ3 and Q6 are deactivated, down signal ▲ ▼
A high level on activates MOSFETs Q2 and Q5. Therefore, the voltage controlled oscillator circuit VCO is
Control voltage VC and constant voltage VB by Q2, Q4 and Q5 respectively
The oscillating operation is performed by the charge / discharge operation of the capacitors C1 and C2 performed by the combined current of the currents Ic, Id ′ and Io, Id according to the above.

上記基準周波数信号φに対して分周出力φnの周波数が
低くされたとき、その位相差に従ってアップ信号upがハ
イレベルにされる。これにより、MOSFETQ6及びQ3が動作
状態にされ、その間定電流Iu及びIu′を流すものとされ
る。これにより、上記合成電流が大きくされ、上記キャ
パシタC1,C2の充電時間が速くされる結果、その発振周
波数が高くされる。なお、上記アップ信号upにより、ロ
ウパスフィルタLPFの出力電圧VCは高くされるものであ
る。
When the frequency of the divided output φn is lowered with respect to the reference frequency signal φ, the up signal up is set to the high level according to the phase difference. As a result, the MOSFETs Q6 and Q3 are put into the operating state, and the constant currents Iu and Iu 'are made to flow during that time. As a result, the combined current is increased and the charging time of the capacitors C1 and C2 is shortened. As a result, the oscillation frequency thereof is increased. The output signal VC of the low pass filter LPF is raised by the up signal up.

逆に、上記基準周波数信号φに対して分周出力φnの周
波数が高くされたとき、その位相差に従ってダウン信号
▲▼がロウレベルにされる。これにより、MOSF
ETQ5及びQ2が非動作状態にされ、上記流れていた定電流
Id,Id′が流れなくされる。この結果、上記合成電流I
(Ic+Io+Id+Id′)が減らされるから、上記キャパシ
タC1,C2の充電時間が長くされる結果、その発振周波数
が低くされる。なお、上記ダウン信号▲▼によ
り、ロウパスフィルタLPFの出力電圧VCは低くされるも
のである。
On the contrary, when the frequency of the divided output φn is increased with respect to the reference frequency signal φ, the down signal ▲ ▼ is set to the low level according to the phase difference. This allows MOSF
ETQ5 and Q2 are deactivated and the constant current that was flowing above
Id and Id 'are lost. As a result, the composite current I
Since (Ic + Io + Id + Id ') is reduced, the charging time of the capacitors C1 and C2 is lengthened, and as a result, the oscillation frequency thereof is lowered. The output signal VC of the low-pass filter LPF is lowered by the down signal ▲ ▼.

この実施例では、制御電圧VCが高くされるに伴って、MO
SFETQ2及びQ3により形成される制御電流Id′及びIu′の
電流値が大きくされる。この結果、第5図の特性図に点
線で示したように、制御電圧VCの上昇に伴うMOSFETQ5,Q
6による高周波利得の低下に対して、上記MOSFETQ2,Q3に
より形成される制御電流Id′及びIu′が増大するため、
同図に破線で示したように高周波利得を大きくできる。
したがって、例えば、そのプロセスバラツキにより、MO
SFETにおいて最も電流が流れないスピードワースト状態
SW′においても、同図に矢印で示したように充分な高周
波利得を得ることができる。
In this embodiment, as the control voltage VC is increased, the MO
The current values of the control currents Id 'and Iu' formed by SFETs Q2 and Q3 are increased. As a result, as indicated by the dotted line in the characteristic diagram of FIG. 5, MOSFETs Q5, Q
Since the control currents Id 'and Iu' formed by the MOSFETs Q2 and Q3 increase with respect to the decrease in the high frequency gain due to 6,
The high frequency gain can be increased as indicated by the broken line in the figure.
Therefore, for example, due to the process variation, MO
Speed worst state where current does not flow most in SFET
Also in SW ', a sufficient high frequency gain can be obtained as shown by the arrow in the figure.

第2図には、この発明の他の一実施例の回路図が示され
ている。
FIG. 2 shows a circuit diagram of another embodiment of the present invention.

この実施例では、制御電圧VCが一定の電圧以上にされた
ことを検出して、その上昇に伴う高周波利得の低下を補
償するためのMOSFETQ2,Q3を動作可能にさせるものであ
る。すなわち、電圧比較回路OPは、一定の基準電圧Vrに
対して制御電圧VCが高くされると、ロウレベルからハイ
レベルに変化する検出信号を形成する。この検出信号
は、特に制限されないが、アンド(AND)ゲート回路G3,
G4に供給される。これらのゲート回路G3,G4は、それぞ
れ位相比較回路PFCにより形成されたダウン信号▲
▼及びアップ信号upをインバータ回路IV5及びIV6に
伝える。上記インバータ回路IV5及びIV6の出力電圧がそ
のソースに供給されたMOSFETQ2,Q3のゲートには、前記
第1図に示したような制御電圧VCに代え、定電圧VBが供
給される。これにより、制御電圧VCが上記基準電圧Vrよ
り高くされたとき、MOSFETQ2,Q3は、上記ゲート回路G3,
G4及びインバータ回路IV5,IV6を通してそれぞれダウン
信号▲▼,アップ信号upが供給され、定電圧VB
に従った高周波利得補償用の電流Id′及びIu′を形成す
るものである。
In this embodiment, it is detected that the control voltage VC is set to be equal to or higher than a certain voltage, and the MOSFETs Q2 and Q3 for compensating the decrease in the high frequency gain due to the increase are made operable. That is, the voltage comparison circuit OP forms a detection signal that changes from the low level to the high level when the control voltage VC is increased with respect to the constant reference voltage Vr. This detection signal is not particularly limited, but AND gate circuit G3,
Supplied to G4. These gate circuits G3 and G4 are the down signals generated by the phase comparison circuit PFC.
▼ and the up signal up are transmitted to the inverter circuits IV5 and IV6. The constant voltage VB is supplied to the gates of the MOSFETs Q2 and Q3 whose sources are supplied with the output voltages of the inverter circuits IV5 and IV6, instead of the control voltage VC shown in FIG. As a result, when the control voltage VC is made higher than the reference voltage Vr, the MOSFETs Q2 and Q3 are connected to the gate circuit G3,
Down signal ▲ ▼ and up signal up are supplied through G4 and inverter circuits IV5 and IV6, respectively, and constant voltage VB
To form the currents Id 'and Iu' for high frequency gain compensation according to the above.

なお、電圧制御型発振回路VCO自走発振周波数(自走時
ではダウン信号▲▼はロウレベルである。)の
設定のため、上記MOSFETQ5,Q6によるダウン電流Id及び
アップ電流Iuはその電流値を大きくすることはできな
い。なぜなら、電圧制御型発振回路VCOの自走発振周波
数は、上記2つの電流IoとIdにより決定され、ダウン電
流Idを大きく設定すると、それに伴い自走発振周波数が
低くされてしまう。この結果、PLL回路における低い周
波数領域での周波数制御範囲が狭くされてしまうからで
ある。
Since the voltage-controlled oscillator circuit VCO free-running oscillation frequency (the down signal ▲ ▼ is low level when free-running) is set, the down current Id and up current Iu by the MOSFETs Q5 and Q6 are large. You cannot do it. This is because the free-running oscillation frequency of the voltage controlled oscillator circuit VCO is determined by the above two currents Io and Id, and if the down current Id is set large, the free-running oscillation frequency will be lowered accordingly. As a result, the frequency control range in the low frequency region of the PLL circuit is narrowed.

〔効 果〕[Effect]

(1)制御電圧の上昇に伴い、その高周波利得を決定す
る制御電流を増加させることによって、高周波利得の低
下を補償することができるという効果が得られる。
(1) As the control voltage increases, the control current that determines the high-frequency gain is increased, so that the decrease in the high-frequency gain can be compensated.

(2)上記(1)により、そのプロセスバラツキにより
最も電流が流れなくなるスピードワースト状態において
も、大きな高周波利得を得ることができるから、プロセ
スバラツキに無関係に高い応答性を得ること、言い換え
るならば、引き込み時間を速くできるという効果が得ら
れる。
(2) Due to the above (1), a large high frequency gain can be obtained even in the speed worst state in which the current hardly flows due to the process variation. Therefore, in other words, high response is obtained regardless of the process variation. The effect is that the pull-in time can be shortened.

(3)制御電圧とアップ/ダウン信号を用いて、高周波
利得の低下を補償する制御電流を形成することにより、
制御電圧が低い領域での過剰な利得の増大が防止でき、
安定した引き込み特性を得ることができるという効果が
得られる。
(3) By using the control voltage and the up / down signal to form a control current that compensates for the decrease in high frequency gain,
It is possible to prevent excessive gain increase in the region where the control voltage is low,
The effect that a stable pull-in characteristic can be obtained is obtained.

(4)上記(1)ないし(3)により、PLL回路の応答
性の改善が図られ、プロセスバラツキに対するPLL回路
を含む半導体集積回路装置の製品歩留りを高くできると
いう効果が得られる。
(4) Due to the above items (1) to (3), the response of the PLL circuit can be improved, and the product yield of the semiconductor integrated circuit device including the PLL circuit against process variations can be increased.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、第1図及び第
2図に示した電圧制御型発振回路は、上記インバータ回
路IV1,IV2に代えて、電圧比較回路を用いて、キャパシ
タC1,C2の充電電圧を検出するものであってもよい。ま
た、電圧制御型発振回路は、1つの充放電回路を用い、
その充電及び放電動作をヒステリシス特性を持つ電圧比
較回路によって切り換えるようにするもの等充電及び/
又は放電動作を交互に繰り返すとともに、その電流が電
流源回路によって制御されるものであれば何であっても
よい。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the above-mentioned embodiments and can be variously modified without departing from the scope of the invention. Nor. For example, the voltage controlled oscillator circuit shown in FIGS. 1 and 2 is one which detects the charging voltage of the capacitors C1 and C2 by using a voltage comparison circuit instead of the inverter circuits IV1 and IV2. Good. Further, the voltage control type oscillation circuit uses one charge / discharge circuit,
Switching the charging and discharging operations by a voltage comparison circuit having a hysteresis characteristic, etc.
Alternatively, the discharge operation may be alternately repeated and the current may be controlled by the current source circuit.

〔利用分野〕[Field of application]

この発明は、CODEC等各種半導体集積回路装置に内蔵さ
れるPLL回路として広く利用できるものである。
The present invention can be widely used as a PLL circuit built in various semiconductor integrated circuit devices such as CODECs.

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

第1図は、この発明の一実施例を示す回路図、 第2図は、この発明の他の一実施例を示す回路図、 第3図は、本願発明者等において、この発明に先立って
開発されたPLL回路の一例を示す回路図、 第4図は、第3図に示したPLL回路の特性図、 第5図は、この発明に係るPLL回路の特性図、 第6図は、電圧制御型発振回路の動作の一例を示す波形
図である。 VCO……電圧制御型発振回路、LPF……ロウパスフィル
タ、PFC……位相比較回路、COUNT……分周回路、IV1〜I
V8……インバータ回路、G1,G2……ナンドゲート回路、G
3,G4……アンドゲート回路、CPG……クロック発生回路
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the developed PLL circuit, FIG. 4 is a characteristic diagram of the PLL circuit shown in FIG. 3, FIG. 5 is a characteristic diagram of the PLL circuit according to the present invention, and FIG. FIG. 6 is a waveform chart showing an example of the operation of the controlled oscillator circuit. VCO: Voltage controlled oscillator circuit, LPF: Low pass filter, PFC: Phase comparison circuit, COUNT: Divider circuit, IV1 to I
V8 ... Inverter circuit, G1, G2 ... NAND gate circuit, G
3, G4 ... AND gate circuit, CPG ... Clock generation circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】制御電流に従ってその発振周波数が制御さ
れる発振回路と、この発振回路の発振周波数に基づいて
形成される周波数信号と基準周波数信号との位相差に従
ったパルス信号を形成する位相比較回路と、この位相比
較回路の出力信号を平滑して上記周波数信号と上記基準
周波数信号の位相差に応じた制御電圧を形成するロウパ
スフィルタと、このロウパスフィルタが形成する制御電
圧に従って変化する第1の電流を形成する第1の電流源
回路と、上記位相比較回路が形成するパルス信号に応じ
て増減する第2の電流を形成する第2の電流源回路と、
上記位相比較回路が形成するパルス信号と上記ロウパス
フィルタが形成する制御電圧に応じて増減する第3の電
流を形成する第3の電流源回路とを含み、上記第1、第
2、第3の電流源回路の合成電流が上記制御電流として
上記発振回路に与えられるように構成されてなることを
特徴とするPLL回路。
1. An oscillation circuit whose oscillation frequency is controlled according to a control current, and a phase which forms a pulse signal according to a phase difference between a frequency signal formed based on the oscillation frequency of the oscillation circuit and a reference frequency signal. A comparator circuit, a low-pass filter that smoothes the output signal of the phase comparator circuit to form a control voltage according to the phase difference between the frequency signal and the reference frequency signal, and changes according to the control voltage formed by the low-pass filter. A first current source circuit that forms a first current, and a second current source circuit that forms a second current that increases or decreases according to the pulse signal formed by the phase comparison circuit,
A first current source circuit that forms a third current that increases or decreases according to a control signal that the low-pass filter forms, and a pulse signal that the phase comparison circuit forms; 2. A PLL circuit configured such that the combined current of the current source circuit of 1 is given to the oscillation circuit as the control current.
【請求項2】上記第1の電流源回路はそのゲートに上記
ロウパスフィルタの出力電圧が供給されそのソースに接
地電位が供給されるMOSFET(Q1)からなり、上記第2の
電流源回路はそのゲートに定電圧が供給されそのソース
に上記位相比較回路の出力パルスに応じた信号が供給さ
れるMOSFET(Q5,Q6)からなり、上記第3の電流源回路
はそのゲートに上記ロウパスフィルタの出力電圧が供給
されそのソースに上記位相比較回路の出力パルスに応じ
た信号が供給されるMOSFET(Q2,Q3)からなり、上記各M
OSFET(Q1,Q5,Q6,Q2,Q3)のドレインが共通接続されて
上記制御電流を形成することを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載のPLL回路。
2. The first current source circuit comprises a MOSFET (Q1) whose gate is supplied with the output voltage of the low-pass filter and whose source is supplied with a ground potential, and the second current source circuit is composed of: It comprises a MOSFET (Q5, Q6) whose gate is supplied with a constant voltage and whose source is supplied with a signal corresponding to the output pulse of the phase comparator circuit. The third current source circuit has its gate connected to the low-pass filter. It is composed of MOSFETs (Q2, Q3) whose output voltage is supplied and whose source receives a signal corresponding to the output pulse of the phase comparator circuit.
The PLL circuit according to claim 1, wherein the drains of the OSFETs (Q1, Q5, Q6, Q2, Q3) are commonly connected to form the control current.
【請求項3】上記発振回路は、一対の容量素子と、該一
対の容量素子のそれぞれの充電電圧を入力として受けて
その相補出力信号により上記各容量素子の充電動作と放
電動作とを制御するフリップフロップ回路と、該フリッ
プフロップ回路の相補出力信号により上記一対の容量素
子を交互に充放電させる一対の充放電切換え回路と、該
一対の充放電切換え回路に上記制御電流に従った電流を
供給する電流源回路とからなることを特徴とする特許請
求の範囲第1又は第2項記載のPLL回路。
3. The oscillating circuit receives a pair of capacitive elements and respective charging voltages of the pair of capacitive elements as inputs, and controls a charging operation and a discharging operation of each of the capacitive elements by a complementary output signal thereof. A flip-flop circuit, a pair of charge / discharge switching circuits for alternately charging / discharging the pair of capacitive elements by a complementary output signal of the flip-flop circuit, and a current according to the control current to the pair of charge / discharge switching circuits. The PLL circuit according to claim 1 or 2, wherein the PLL circuit is a current source circuit that operates.
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