JPH08330952A - Phase locked loop circuit - Google Patents

Phase locked loop circuit

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JPH08330952A
JPH08330952A JP7134391A JP13439195A JPH08330952A JP H08330952 A JPH08330952 A JP H08330952A JP 7134391 A JP7134391 A JP 7134391A JP 13439195 A JP13439195 A JP 13439195A JP H08330952 A JPH08330952 A JP H08330952A
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JP
Japan
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differentiator
locked loop
phase
output
signal
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Application number
JP7134391A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Shimano
利夫 島野
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

PURPOSE: To set an arbitrary damping factor without using of damping resistors. CONSTITUTION: This circuit consists or a variable oscillator 12, a phase comparator 16 which compares phases of the variable oscillation output of this oscillator 12 and a reference signal with each other, a charge pump circuit 18 which converts the phase comparison output into a corresponding control signal, a differentiator 40 which differentiates this control signal, and an adder 42 which adds the control signal to the differential signal, and the oscillation frequency of the variable oscillator 12 is controlled by the addition signal. The damping factor of a PLL system can be set by the gain of the differentiator 40 and the cut-off frequency. Thus, the dynamic range of the system is made narrow to not only reduce the power consumption but also make the circuit into an IC.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、入力信号に位相同期
した発振出力が得られるようになされたフェーズ・ロッ
クド・ループ回路に関し、特に位相比較出力に応じた制
御信号にその微分信号を加算したものを可変発振器の制
御信号として使用することにより、ダンピング抵抗器を
使用することなく適切なダンピングファクタを設定でき
るようにしたものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase locked loop circuit adapted to obtain an oscillating output phase-locked with an input signal, and more particularly to a differential signal added to a control signal corresponding to a phase comparison output. By using a thing as a control signal of a variable oscillator, it is possible to set an appropriate damping factor without using a damping resistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】各種電子機器には入力信号に位相同期し
た信号を内部で生成する必要がある。例えば伝送データ
よりクロックを抽出するときには位相同期回路としての
フェーズ・ロックド・ループ回路いわゆるPLL回路が
使用される。また、外部基準信号にその位相と周波数が
それぞれ同期した内部基準信号を生成するようなときも
このPLL回路がしばしば用いられる。PLL回路には
デジタル方式やアナログ方式があり、また位相比較器の
構成方法なども種々考えられることから多種類のPLL
回路が存在する。
2. Description of the Related Art Various electronic devices are required to internally generate a signal phase-locked with an input signal. For example, when a clock is extracted from transmission data, a phase locked loop circuit as a phase synchronization circuit, a so-called PLL circuit is used. This PLL circuit is often used when an internal reference signal whose phase and frequency are synchronized with an external reference signal is generated. There are various types of PLL circuits, such as digital type and analog type, and various types of phase comparator configuration methods are possible.
There is a circuit.

【0003】図11はこのような回路系に使用される位
相比較器にディジタル方式を採用したPLL回路10の
従来例を示す。
FIG. 11 shows a conventional example of a PLL circuit 10 adopting a digital system for a phase comparator used in such a circuit system.

【0004】可変発振器12としてこの例では電圧制御
形の可変発振器VCO(Voltage Controlled Oscillato
r)を例示する。端子14には基準信号が供給される。
基準信号としてはクロックのような周期信号であった
り、データのような非周期な信号であったりする。
In this example, the variable oscillator 12 is a voltage-controlled variable oscillator VCO (Voltage Controlled Oscillato).
r) is illustrated. A reference signal is supplied to the terminal 14.
The reference signal may be a periodic signal such as a clock or an aperiodic signal such as data.

【0005】VCO12の発振出力(2値化したクロッ
ク)は基準信号(基準クロック)とともに位相比較器1
6に入力される。位相比較器16は入力された2つのク
ロック信号の位相差に応じた信号を出力する。この例で
は、図12A,Bのように発振出力に対する基準信号の
立ち上がりエッジの時間差に応じたパルスがダウン信号
として出力され(同図C)、基準信号に対する発振出力
の立ち上がりエッジの時間差に応じたパルスがアップ信
号として出力される(同図D)。ダウン信号は発振周波
数を下げ、アップ信号は発振周波数を上げるようにVC
O12の制御端子に加えられる。比較すべき両エッジの
位置が同じであればアップ信号、ダウン信号ともゼロ出
力となりVCO12は一定周波数で発振を続ける。
The oscillation output (binarized clock) of the VCO 12 is supplied to the phase comparator 1 together with the reference signal (reference clock).
6 is input. The phase comparator 16 outputs a signal corresponding to the phase difference between the two input clock signals. In this example, as shown in FIGS. 12A and 12B, a pulse corresponding to the time difference of the rising edge of the reference signal with respect to the oscillation output is output as a down signal (FIG. 12C), and the pulse corresponding to the time difference of the rising edge of the oscillation output with respect to the reference signal is output. The pulse is output as an up signal (D in the same figure). The down signal lowers the oscillation frequency, and the up signal raises the oscillation frequency.
It is added to the control terminal of O12. If the positions of both edges to be compared are the same, both the up signal and the down signal are zero outputs and the VCO 12 continues to oscillate at a constant frequency.

【0006】図12に示すようにアップ信号もダウン信
号も共にパルス信号であるから、このままではVCO1
2に直接制御信号として加えることができない。通常は
電圧などに変換される。そのための変換回路としてチャ
ージポンプ回路18が使用される。
Since both the up signal and the down signal are pulse signals as shown in FIG. 12, the VCO1 is left as it is.
2 cannot be directly added as a control signal. Normally, it is converted into voltage. The charge pump circuit 18 is used as a conversion circuit therefor.

【0007】図13はチャージポンプ回路18の概念図
を示すもので、電圧積分用のコンデンサ22を有し、チ
ャージモードではこのコンデンサ22に対しスイッチ2
4と定電流源26とが直列接続され、ディスチャージモ
ードでは定電流源28とスイッチ30とが直列接続され
る。アップ信号によってスイッチ24が閉じて定電流I
pによってコンデンサ22がチャージされ、ダウン信号
によってスイッチ30が閉じて定電流Inによってディ
チャージされる。その結果、図14BおよびCのような
アップ信号とダウン信号であるときにはチャージポンプ
回路18の出力電圧(コンデンサ22の両端電圧)は図
14Aのような出力電圧(周波数制御電圧)となって出
力端子18aに得られる。
FIG. 13 is a conceptual diagram of the charge pump circuit 18, which has a capacitor 22 for voltage integration. In the charge mode, the switch 2 is connected to the capacitor 22.
4 and the constant current source 26 are connected in series, and the constant current source 28 and the switch 30 are connected in series in the discharge mode. The switch 24 is closed by the up signal and the constant current I
The capacitor 22 is charged by p, the switch 30 is closed by the down signal, and it is decharged by the constant current In. As a result, when the up signal and the down signal are as shown in FIGS. 14B and C, the output voltage of the charge pump circuit 18 (the voltage across the capacitor 22) becomes the output voltage (frequency control voltage) as shown in FIG. 14A. 18a.

【0008】ここで、VCO12の発振周波数変化が基
準信号の周波数に較べて十分低ければ、適切な近似を行
うことによって基準信号の位相に対するVCO12の発
振出力位相の伝達関数を求めることができる。基準信号
の位相をラプラス演算子sを使用してθi(s)と表
し、VCO発振出力位相をラプラス演算子を使用してθ
o(s)と表わすとき、PLL回路10全体の伝達関数
H(s)は、 H(s)=θo(s)/θi(s)=ωn2/(s2+ωn2) ・・・(1) VCO12の感度Kv、チャージポンプ電流Ip、積分
コンデンサ22の容量Cから、VCO12の固有角周波
数ωnは(2)式で表わされる。
If the oscillation frequency change of the VCO 12 is sufficiently lower than the frequency of the reference signal, the transfer function of the oscillation output phase of the VCO 12 with respect to the phase of the reference signal can be obtained by performing appropriate approximation. The phase of the reference signal is expressed as θi (s) using the Laplace operator s, and the VCO oscillation output phase is expressed as θi (s) using the Laplace operator.
When expressed as o (s), the transfer function H (s) of the entire PLL circuit 10 is H (s) = θo (s) / θi (s) = ωn 2 / (s 2 + ωn 2 ) (1 ) From the sensitivity Kv of the VCO 12, the charge pump current Ip, and the capacitance C of the integrating capacitor 22, the natural angular frequency ωn of the VCO 12 is expressed by the equation (2).

【0009】[0009]

【数1】 [Equation 1]

【0010】伝達関数H(s)からステップ応答を求め
ると、位相は正弦波状に振動し、VCO12に加えられ
る制御電圧は角周波数ωnで正弦波状に変化することが
判る(図15B)。よって、VCO12の周波数も正弦
波状に変化し(図15C)、その値V(t)は以下のよ
うになる。
When the step response is obtained from the transfer function H (s), it is found that the phase oscillates in a sine wave shape, and the control voltage applied to the VCO 12 changes in a sine wave shape at the angular frequency ωn (FIG. 15B). Therefore, the frequency of the VCO 12 also changes sinusoidally (FIG. 15C), and its value V (t) is as follows.

【0011】 V(t)=A sin(ωn t+θ)(A,θは任意の定数) ・・・(3) このようにコンデンサ22で積分しただけの電圧をVC
O12に対する制御電圧としたのでは、PLL回路10
のダンピングファクタζが零であるために図15に示す
ように制御電圧は振動を繰り返し、PLL回路10のフ
ィードバック系が不安定になる。因みに図15Aに示す
アップ、ダウン信号の位相差がゼロのとき、発振周波数
のズレが最大となり、発振周波数差がゼロのときアッ
プ、ダウン信号の位相差が最大となる。
V (t) = A sin (ωn t + θ) (A and θ are arbitrary constants) (3) In this way, the voltage just integrated by the capacitor 22 is VC.
The PLL circuit 10 is used as the control voltage for O12.
Since the damping factor ζ of 0 is zero, the control voltage repeatedly oscillates as shown in FIG. 15, and the feedback system of the PLL circuit 10 becomes unstable. Incidentally, when the phase difference between the up and down signals shown in FIG. 15A is zero, the deviation of the oscillation frequency is maximum, and when the difference between the oscillation frequencies is zero, the phase difference of the up and down signals is maximum.

【0012】制御電圧の振動を抑制してフィードバック
系の安定性を確保すると共に、フィードバックされる発
振出力中に含まれる周波数成分の高い不要な高周波成分
を除去する観点から図16に示すようなループフィルタ
32がチャージポンプ回路18とVCO12との間に設
けられる。
From the viewpoint of suppressing the oscillation of the control voltage to ensure the stability of the feedback system and removing the unnecessary high frequency component having a high frequency component contained in the feedback oscillation output, a loop as shown in FIG. The filter 32 is provided between the charge pump circuit 18 and the VCO 12.

【0013】図16の構成ではその伝達関数H(s)は
3次以上の系となってPLL回路10の定数設定が難し
い。そのため通常は図17のようにチャージポンプ用の
コンデンサ22と直列に抵抗器34を挿入してループフ
ィルタを構成するようにしている。この抵抗器34はダ
ンピング抵抗として機能する。この伝達関数は二次とな
り、(4)式で表わされる。
In the configuration of FIG. 16, the transfer function H (s) becomes a system of the third order or higher, and it is difficult to set the constant of the PLL circuit 10. Therefore, normally, as shown in FIG. 17, a resistor 34 is inserted in series with the charge pump capacitor 22 to form a loop filter. This resistor 34 functions as a damping resistor. This transfer function is quadratic and is expressed by equation (4).

【0014】 H(s)=(2ζ・ωn・s+ωn2)/(s2+2ζωn+ωn2) ・・・・・(4) ここで、VCO12の感度Kv、チャージポンプ電流I
p、積分コンデンサ22の容量C、ダンピング抵抗Rd
とするとωn、ζは、(5),(6)式のように表わす
ことができる。
H (s) = (2ζ · ωn · s + ωn 2 ) / (s 2 + 2ζωn + ωn 2 ) (4) Here, the sensitivity Kv of the VCO 12 and the charge pump current I
p, the capacitance C of the integrating capacitor 22, the damping resistance Rd
Then, ωn and ζ can be expressed as in equations (5) and (6).

【0015】[0015]

【数2】 [Equation 2]

【0016】[0016]

【数3】 (Equation 3)

【0017】角周波数ωnを決定した後にダンピング抵
抗Rdを選ぶことによって、容易に望みとするダンピン
グファクタζが得られる。通常0.7位に設定する。
The desired damping factor ζ can be easily obtained by selecting the damping resistance Rd after determining the angular frequency ωn. Usually set to 0.7.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図17のよ
うに積分用コンデンサ22と直列にダンピング抵抗器3
4を接続すると、コンデンサCへのチャージ、ディスチ
ャージのときに流れる電流Ip,In(=Icp)によ
ってダンピング抵抗器34の両端に図18Bのようなパ
ルス状の電圧降下(=IpRd、InRd)が発生す
る。これによってコンデンサ22の出力端子18aには
制御電圧(図18A)に対してパルス状の電圧が重畳さ
れてしまう(図18C)。
By the way, as shown in FIG. 17, the damping resistor 3 is connected in series with the integrating capacitor 22.
When 4 is connected, a pulse-like voltage drop (= IpRd, InRd) as shown in FIG. 18B is generated across the damping resistor 34 due to the currents Ip and In (= Icp) flowing when the capacitor C is charged and discharged. To do. As a result, a pulse voltage is superimposed on the control voltage (FIG. 18A) at the output terminal 18a of the capacitor 22 (FIG. 18C).

【0019】このパルス状の電圧が大き過ぎるとVCO
12の発振可能周波数範囲からはずれた値になり、正常
なフィードバックがかからなくなったり、VCO12の
タイプによってはVCO12にダメージを与えて破壊に
いたらしめる場合もある。
If this pulsed voltage is too large, the VCO
The value may be out of the oscillating frequency range of 12 and normal feedback may not be applied, or the VCO 12 may be damaged and destroyed depending on the type of the VCO 12.

【0020】また、このパルス状の電圧変化が速いため
にVCO12のタイプによってはこの電圧変化に応答で
きない場合があり、そのときには正常なフィードバック
がかからなくなってしまう。
Further, since this pulse-like voltage change is fast, it may not be possible to respond to this voltage change depending on the type of the VCO 12, and then normal feedback will not be applied.

【0021】電圧降下分(Icp・Rd)の値はコンデ
ンサ22の端子電圧に較べて大きいので、このパルス状
の電圧を歪なく処理するためにはPLL回路10のダイ
ナミックレンジが、ダンピング抵抗器34を使用しない
コンデンサ22のみのPLL回路に較べ数倍必要にな
る。
Since the value of the voltage drop (Icp · Rd) is larger than the terminal voltage of the capacitor 22, the dynamic range of the PLL circuit 10 is set to the damping resistor 34 in order to process this pulsed voltage without distortion. It is required to be several times as large as that of the PLL circuit which does not use the capacitor 22 and has only the capacitor 22.

【0022】このパルス状の電圧は図19に示すように
コンデンサ22、ダンピング抵抗器34の直列回路と並
列にコンデンサ36を接続して減衰させることも考えら
れるが、こうすると今度はPLL回路10が三次の伝達
関数となるため、定数設計が難しくなるなどの問題が発
生する。
This pulse voltage may be attenuated by connecting a capacitor 36 in parallel with a series circuit of a capacitor 22 and a damping resistor 34 as shown in FIG. 19, but this time the PLL circuit 10 will be attenuated. Since it is a cubic transfer function, problems such as difficulty in constant design occur.

【0023】そこでこの発明はこのような従来の課題を
解決したものであって、ダンピング抵抗器を使用するこ
となくダンピングファクタを任意に決定できるフェーズ
・ロックド・ループ回路を提案するものである。
Therefore, the present invention solves such a conventional problem, and proposes a phase locked loop circuit capable of arbitrarily determining a damping factor without using a damping resistor.

【0024】[0024]

【発明を解決するための手段】請求項1に記載したこの
発明にかかるフェーズ・ロックド・ループ回路では、可
変発振器と、この可変発振出力と基準信号との位相比較
を行なう位相比較器と、位相比較出力に応じた制御信号
に変換する変換回路と、この制御信号を微分する微分器
と、微分信号に上記制御信号を加算した信号で上記可変
発振器の発振周波数が制御されるようになされたことを
特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In a phase locked loop circuit according to the present invention as set forth in claim 1, a variable oscillator, a phase comparator for performing a phase comparison between the variable oscillation output and a reference signal, and a phase A conversion circuit for converting the control signal according to the comparison output, a differentiator for differentiating the control signal, and a signal obtained by adding the control signal to the differential signal to control the oscillation frequency of the variable oscillator. Is characterized by.

【0025】[0025]

【作用】微分出力を制御信号に加算したものでVCOを
制御すると、ダンピング抵抗器を用いることなくダンピ
ング効果を持たせることができ、そのときのダンピング
ファクタζは微分器のゲインや微分時定数の関数となる
から、これらの値によってダンピングファクタζを決定
できる。
When the VCO is controlled by adding the differential output to the control signal, the damping effect can be provided without using the damping resistor, and the damping factor ζ at that time is the gain of the differentiator or the differential time constant. Since it is a function, the damping factor ζ can be determined by these values.

【0026】ダンピング抵抗器を用いないため、積分用
コンデンサに重畳されるパルス状の電圧分が少なくな
り、その分回路全体のダイナミックレンジを小さくでき
る。ダイナミックレンジを狭くできると、PLL回路の
電源電圧を低電圧化でき、回路構成によってはICへの
内蔵も可能になる。
Since no damping resistor is used, the amount of pulsed voltage superimposed on the integrating capacitor is reduced, and the dynamic range of the entire circuit can be reduced accordingly. If the dynamic range can be narrowed, the power supply voltage of the PLL circuit can be lowered, and depending on the circuit configuration, it can be incorporated in the IC.

【0027】[0027]

【実施例】続いて、この発明に係るフェーズ・ロックド
・ループ回路の一例を上述したディジタル式PLL回路
に適用した場合につき、図面を参照して詳細に説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a case where an example of the phase locked loop circuit according to the present invention is applied to the above digital PLL circuit will be described in detail with reference to the drawings.

【0028】この発明に係るフェーズ・ロックド・ルー
プ回路(PLL回路)の一例を図1に示す。この発明に
おいても基本的には従来例と同様な回路構成を踏襲す
る。したがって図1のように可変発振器としてのVCO
12を始めとして基準信号と発振出力との位相比較を行
なう位相比較器16、位相比較出力を制御電圧に変換す
る変換回路として機能するチャージポンプ回路18がそ
れぞれ設けられ、チャージポンプ回路18よりの出力
(コンデンサの両端電圧)がVCO12に対する制御電
圧として利用される。端子14に供給される基準信号は
周期信号であったり、データであったり様々である。
An example of the phase locked loop circuit (PLL circuit) according to the present invention is shown in FIG. Also in the present invention, basically the same circuit configuration as the conventional example is followed. Therefore, as shown in FIG.
12, a phase comparator 16 for phase comparison between a reference signal and an oscillation output, and a charge pump circuit 18 functioning as a conversion circuit for converting the phase comparison output into a control voltage are provided, and the output from the charge pump circuit 18 is provided. (Voltage across the capacitor) is used as a control voltage for the VCO 12. The reference signal supplied to the terminal 14 may be a periodic signal or data.

【0029】このような構成に対してこの発明ではさら
にチャージポンプ回路18の後段に微分器40と加算器
42とが設けられ、微分出力と制御電圧との加算出力が
新たな制御電圧としてVCO12に加えられる。チャー
ジポンプ回路18には積分用のコンデンサ22のみが接
続され、従来のようなダンピング抵抗器34は用いられ
ない。
In contrast to such a configuration, the present invention further includes a differentiator 40 and an adder 42 at the subsequent stage of the charge pump circuit 18, and the added output of the differential output and the control voltage is supplied to the VCO 12 as a new control voltage. Added. Only the integrating capacitor 22 is connected to the charge pump circuit 18, and the conventional damping resistor 34 is not used.

【0030】上述した回路構成にあって、チャージポン
プ回路18に設けられた積分用コンデンサ22のインピ
ーダンスをZF(s)(sはラプラス演算子)としたと
き、チャージポンプ出力電圧に相似な量は、チャージポ
ンプ電流をIpとするとき、 Ip・ZF(s) ・・・・・(7a) となる。この値をチャージポンプ出力電圧に相似な量と
したのは、チャージポンプ電流Ipは常時コンデンサ2
2に流れている訳ではないからである。インピーダンス
がコンデンサ22のみの場合には、 ZF(s)=1/sC ・・・・・(7b) ∴Ip・ZF(s)=Ip/sC ・・・・・(8) コンデンサ22と直列にダンピング抵抗Rdがあるとき
には、チャージポンプ出力電圧に相似な量は、 ZF(s)=Rd+1/sC ・・・・・(9) ∴Ip・ ZF(s)=Ip(Rd+1/sC) =Ip・Rd+Ip/sC ・・・・・(10) となる。
In the circuit configuration described above, when the impedance of the integrating capacitor 22 provided in the charge pump circuit 18 is ZF (s) (s is the Laplace operator), a quantity similar to the charge pump output voltage is , Ip · ZF (s) (7a) when the charge pump current is Ip. The reason why this value is similar to the output voltage of the charge pump is that the charge pump current Ip is always the capacitor 2
This is because it does not flow to 2. When the impedance is only the capacitor 22, ZF (s) = 1 / sC (7b) ∴Ip · ZF (s) = Ip / sC (8) In series with the capacitor 22 When there is a damping resistor Rd, an amount similar to the charge pump output voltage is ZF (s) = Rd + 1 / sC (9) ∴Ip · ZF (s) = Ip (Rd + 1 / sC) = Ip · Rd + Ip / sC (10)

【0031】さて、上述した微分器40として理想的な
微分器を使用したとすると、そのときにはコンデンサ2
2のインピーダンスZF(s)は容量Cのみとなる。し
たがってチャージポンプ出力電圧を微分した信号を、チ
ャージポンプ出力電圧に加算すると加算出力Vsは、微
分器40の伝達関数をksとしたとき、 Vs=チャージポンプ出力+微分器出力 ・・・・・(11) ∴Vs=Ip/sC+(ks・Ip)/sC =Ip(k/C)+Ip/sC ・・・・・(12) となる。
If an ideal differentiator is used as the differentiator 40 described above, then the capacitor 2
The impedance ZF (s) of 2 is only the capacitance C. Therefore, when a signal obtained by differentiating the charge pump output voltage is added to the charge pump output voltage, the added output V s is V s = charge pump output + differentiator output, where ks is the transfer function of the differentiator 40. (11) ∴V s = Ip / sC + (ks · Ip) / sC = Ip (k / C) + Ip / sC (12)

【0032】この(12)式と(10)式を比較した場
合、ダンピング抵抗Rdに相当するものが、(k/C)
であることが分かる。よって、微分器40を用いたPL
L回路10のダンピングファクタζは(6)式から、 ζ=ωn・k/2 ・・・(13) となる。固有角周波数ωnはダンピング抵抗Rdを用い
たときと同じである((5)式参照)。
When the equations (12) and (10) are compared, the damping resistance Rd is (k / C).
It turns out that Therefore, PL using the differentiator 40
The damping factor ζ of the L circuit 10 is given by Equation (6) as follows: ζ = ωn · k / 2 (13) The natural angular frequency ωn is the same as when the damping resistor Rd is used (see the equation (5)).

【0033】このように微分器40として理想微分器を
使用したと仮定したとき、理論的にはダンピング抵抗R
dを追加したものと同じ応答を示し、kつまり微分器4
0のゲインによってダンピングファクタζの値を任意に
設定できることになる。
Assuming that an ideal differentiator is used as the differentiator 40 in this way, theoretically, the damping resistance R
shows the same response as the one with the addition of d, k
With the gain of 0, the value of the damping factor ζ can be set arbitrarily.

【0034】このことを図2を参照して説明する。図2
A,Bのようにコンデンサ22の出力電圧が変化してい
るときだけ微分出力が得られ、これがコンデンサ出力電
圧に加算されるのでVCO12に対する制御電圧として
は図2Cのようになる。そしてコンデンサ22の出力電
圧の変化は、チャージポンプ電流Icpとコンデンサ2
2の容量Cで決まる値になるので、微分器40のゲイン
kによって微分出力のピーク値を変更できる。このこと
はダンピング抵抗Rdを変えたことに相当する。
This will be described with reference to FIG. Figure 2
A differential output is obtained only when the output voltage of the capacitor 22 is changing like A and B, and this is added to the capacitor output voltage, so that the control voltage for the VCO 12 is as shown in FIG. 2C. The change in the output voltage of the capacitor 22 depends on the charge pump current Icp and the capacitor 2
Since the value is determined by the capacitance C of 2, the peak value of the differential output can be changed by the gain k of the differentiator 40. This corresponds to changing the damping resistance Rd.

【0035】このままでも、ダンピング抵抗を電子的に
可変したのと同じようなメリットがあるが、VCO12
に加えられる制御電圧の波形はダンピング抵抗Rdを用
いた場合と変わっていない。これを改良したのが図3の
構成である。
Even if it is left as it is, it has the same merit as changing the damping resistance electronically.
The waveform of the control voltage applied to is the same as that when the damping resistor Rd is used. This is improved by the configuration shown in FIG.

【0036】図3の構成は、図1の基本構成をそのまま
踏襲しており、さらにチャージポンプ回路18と加算器
42との間に、位相の遅れに影響しない程度のローパス
フィルタ46が接続される。
The configuration of FIG. 3 follows the basic configuration of FIG. 1 as it is, and further, a low-pass filter 46 is connected between the charge pump circuit 18 and the adder 42 to such an extent that the phase delay is not affected. .

【0037】こうすればチャージポンプ回路18より出
力されるコンデンサ出力電圧の急激な変化がローパスフ
ィルタ46によってフィルタリングされる(図4A,B
参照)。フィルタリングされた出力電圧波形に対して微
分処理が行なわれるので、これによって微分出力の急激
な変化を効果的に抑圧できる(図4C)。その結果、V
CO12に供給される制御電圧のピーク値も小さくなり
(図4D)、チャージポンプ出力電圧に重畳される微分
出力値ΔPを抑えることができる。
In this way, the rapid change in the capacitor output voltage output from the charge pump circuit 18 is filtered by the low-pass filter 46 (FIGS. 4A and 4B).
reference). Since the differential processing is performed on the filtered output voltage waveform, a rapid change in the differential output can be effectively suppressed by this (FIG. 4C). As a result, V
The peak value of the control voltage supplied to the CO 12 also becomes small (FIG. 4D), and the differential output value ΔP superimposed on the charge pump output voltage can be suppressed.

【0038】ΔPのピーク値が小さくなればそれだけV
CO12の可変発振範囲を狭くでき、PLL回路10全
体のダイナミックレンジも小さく設計できる。回路のダ
イナミックレンジが小さくなると、この回路に供給する
動作電圧の値も低くできるようになって低電圧電源を使
用できる。それに伴って微分器40を差動アンプ構成と
するなど、PLL回路10の回路構成を工夫することに
よってこのPLL回路10をICに内蔵することも可能
になる。
The smaller the peak value of ΔP, the more V
The variable oscillation range of the CO 12 can be narrowed and the dynamic range of the entire PLL circuit 10 can be designed small. When the dynamic range of the circuit becomes small, the value of the operating voltage supplied to this circuit can be lowered, and a low voltage power supply can be used. Along with this, it is possible to incorporate the PLL circuit 10 into the IC by devising the circuit configuration of the PLL circuit 10 such as the differentiator 40 having a differential amplifier configuration.

【0039】チャージポンプ回路18を差動構成とした
ときには、高域のスイッチングノイズが発生するが、上
述したローパスフィルタ46はこの高域ノイズを抑える
機能も併せ持つ。
When the charge pump circuit 18 has a differential structure, high-frequency switching noise is generated, but the low-pass filter 46 described above also has a function of suppressing this high-frequency noise.

【0040】上述した実施例は何れも微分器40として
理想的な微分器を使用した場合に付いて述べた。実際に
はCRで構成された一次の不完全微分器が使用される。
一次の不完全微分器を使用したときの回路構成は図1や
図3と同じであるが、一次の不完全微分器50として図
5に再掲する。
In each of the above-described embodiments, an ideal differentiator is used as the differentiator 40. In practice, a first-order incomplete differentiator composed of CR is used.
The circuit configuration when the first-order incomplete differentiator is used is the same as that in FIGS. 1 and 3, but is shown again in FIG. 5 as the first-order incomplete differentiator 50.

【0041】微分器50が一次の不完全微分器の場合、
伝達関数を、 kst/(1+st) ・・・・・(14) とすれば、そのときの出力電圧Vsは、
When the differentiator 50 is a first-order incomplete differentiator,
If the transfer function is kst / (1 + st) (14), the output voltage V s at that time is

【0042】[0042]

【数4】 [Equation 4]

【0043】ダンピングファクタζは、 ζ=ωn・k・t/2 ・・・・・(17) となる。kは微分器50のゲインであり、tは微分時定
数である。
The damping factor ζ is ζ = ωn · k · t / 2 (17) k is the gain of the differentiator 50, and t is the differential time constant.

【0044】角周波数ωnは理想微分器40を用いたと
きと同じである。(17)式より利得kあるいは微分時
定数tを制御することでダンピング抵抗Rdを使用した
ときと同じようなダンピング効果が得られる。
The angular frequency ωn is the same as when the ideal differentiator 40 is used. By controlling the gain k or the differential time constant t from the equation (17), the same damping effect as when the damping resistor Rd is used can be obtained.

【0045】一次の不完全微分器50を使用したときの
動作波形図を図6に示す。同図からも明らかなようにピ
ーク値の抑圧された微分出力が得られ(同図B)、これ
が同図Aのチャージポンプ出力電圧に加算されるので最
終的な制御電圧のピーク値を充分に抑えることができる
(同図C)。
FIG. 6 shows an operation waveform diagram when the first-order incomplete differentiator 50 is used. As is apparent from the figure, a differential output with a suppressed peak value is obtained (B in the figure), and this is added to the charge pump output voltage in A in the figure, so that the peak value of the final control voltage is sufficiently increased. It can be suppressed (Fig. C).

【0046】図7のように一次の不完全微分器50に対
してローパスフィルタ46を接続しておけば、図8A,
Bのようにチャージポンプ出力電圧の急激な変化を抑え
た波形(同図B)が一次の不完全微分器50に入力する
ので、これによって制御電圧のピーク値をさらに抑制で
きる(同図C,D)。
If the low-pass filter 46 is connected to the first-order incomplete differentiator 50 as shown in FIG.
A waveform (B in the same figure) in which abrupt changes in the charge pump output voltage are suppressed as in B is input to the first-order incomplete differentiator 50, whereby the peak value of the control voltage can be further suppressed (C in the same figure, C). D).

【0047】図9は一次の不完全微分器50の具体例
で、差動アンプを構成する一対のトランジスタQa,Q
bのエミッタ側にはそれぞれ可変定電流源56,58が
接続され、両エミッタ間に微分用のコンデンサ60が接
続される。一対のトランジスタQa,Qbの各コレクタ
側にはトランジスタのコレクタ・ベースを直結した負荷
抵抗62,64が接続される。
FIG. 9 shows a specific example of the first-order incomplete differentiator 50, which is a pair of transistors Qa and Q forming a differential amplifier.
Variable constant current sources 56 and 58 are connected to the emitter side of b, respectively, and a differentiating capacitor 60 is connected between both emitters. Load resistors 62 and 64 in which the collector and base of the transistors are directly connected are connected to the collectors of the pair of transistors Qa and Qb.

【0048】一対のトランジスタQa,Qbの各ベース
端子66には差動的にチャージポンプ出力電圧信号が供
給され、負荷抵抗62,64側に設けられた端子68か
ら差動的に微分出力が得られる。そして、この例では端
子70に供給される制御信号によって電流源の電流値i
が制御されて、微分器の微分時定数が制御される。この
一次の不完全微分器の伝達関数はトランジスタのエミッ
タ微分抵抗をreとして Vout/Vin=2re/(2re+1/(sC)) =st/(1+st) ・・・・・(18) t=2re/C ・・・・・微分時定数 re=26/i iの単位を[mA]としてreは
[Ω]となる。
A charge pump output voltage signal is differentially supplied to each base terminal 66 of the pair of transistors Qa and Qb, and a differential output is differentially obtained from a terminal 68 provided on the load resistors 62 and 64 side. To be Then, in this example, the current value i of the current source is controlled by the control signal supplied to the terminal 70.
Is controlled to control the differential time constant of the differentiator. The transfer function of this first-order incomplete differentiator is Vout / Vin = 2re / (2re + 1 / (sC)) = st / (1 + st) (18) t = 2re / where the emitter differential resistance of the transistor is re C ... Differential time constant re = 26 / i When the unit of i is [mA], re becomes [Ω].

【0049】reは電流iを制御することによってその
値を調整できるから、上式から微分器の利得を変えずに
微分時定数のみを制御できることが判る。
Since the value of re can be adjusted by controlling the current i, it can be understood from the above equation that only the differential time constant can be controlled without changing the gain of the differentiator.

【0050】よって電流iによってフェーズ・ロックド
・ループのダンピングファクタが制御できる。
Therefore, the damping factor of the phase locked loop can be controlled by the current i.

【0051】一次の不完全微分器の微分時定数を一定に
して、(17)式のkを変えるために、微分出力を増幅
度がkの増幅器を通して加算器に加えてもダンピングの
制御は可能である。前述の一次の不完全微分器ではk=
1である。
Damping can be controlled even if the differential output is added to the adder through the amplifier having the amplification degree k in order to change k in the equation (17) while keeping the differential time constant of the first-order incomplete differentiator constant. Is. In the above first-order incomplete differentiator, k =
It is 1.

【0052】この発明は図10のように基準信号の周波
数のN倍の周波数を出力するようなPLL回路にも適用
できる。この場合にはVCO12からの発振出力は分周
回路52で1/Nに分周されて位相比較器16に供給さ
れる。そのほかの構成は同様であるのでその説明は割愛
する。
The present invention can also be applied to a PLL circuit that outputs a frequency N times the frequency of the reference signal as shown in FIG. In this case, the oscillation output from the VCO 12 is divided into 1 / N by the frequency dividing circuit 52 and supplied to the phase comparator 16. The other structure is the same, so its explanation is omitted.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上のように、この発明ではダンピング
抵抗器の代わりに微分器を用いてフェーズ・ロックド・
ループを構成したものである。
As described above, according to the present invention, a differentiator is used in place of the damping resistor and the phase locked
This is what constitutes a loop.

【0054】これによれば理想微分器を使用した場合に
は変換係数kによってダンピングファクタζを制御する
ことができ、一次の不完全微分器を使用したときには、
この微分器の微分時定数つまりカットオフ周波数と微分
器の利得でダンピングファクタζを制御できる。したが
ってダンピング抵抗器を使用することなく適切なダンピ
ングファクタζを設定できる特徴を有する。
According to this, when the ideal differentiator is used, the damping factor ζ can be controlled by the conversion coefficient k, and when the first-order incomplete differentiator is used,
The damping factor ζ can be controlled by the differential time constant of the differentiator, that is, the cutoff frequency and the gain of the differentiator. Therefore, it has a feature that an appropriate damping factor ζ can be set without using a damping resistor.

【0055】もちろん、チャージポンプ電流やVCOの
感度の値を変えることによってもダンピングファクタζ
を制御できる。また、フェーズ・ロックド・ループ内に
ローパスフィルタを設けることによって微分出力のピー
ク値を効果的に抑制できるから、VCOの発振周波数範
囲を狭くすることができるようになる。その結果フェー
ズ・ロックド・ループ系のダイナミックレンジを狭くす
ることができ、動作電圧としては低電源化が可能であ
る。VCOの応答速度が遅くてもよい。
Of course, the damping factor ζ can be changed by changing the value of the charge pump current or the sensitivity of the VCO.
Can be controlled. Further, since the peak value of the differential output can be effectively suppressed by providing the low-pass filter in the phase locked loop, it becomes possible to narrow the oscillation frequency range of the VCO. As a result, the dynamic range of the phase locked loop system can be narrowed and the operating voltage can be lowered. The response speed of the VCO may be slow.

【0056】この低電源電圧化と相俟って、微分器のカ
ットオフ周波数や利得を電子的に制御することによって
ダンピングファクタζを任意に設定できるから、フェー
ズ・ロックド・ループ系をICに内蔵することも可能に
なる。したがってこの発明は入力する基準信号に位相お
よび周波数同期したクロックなどを出力したり、入力デ
ータに位相同期したクロックを出力したりする電子回路
系に極めて好適である。
In combination with this reduction in the power supply voltage, the damping factor ζ can be arbitrarily set by electronically controlling the cutoff frequency and gain of the differentiator, so that the phase locked loop system is built in the IC. It becomes possible to do it. Therefore, the present invention is extremely suitable for an electronic circuit system that outputs a clock that is phase- and frequency-synchronized with an input reference signal or outputs a clock that is phase-synchronized with input data.

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

【図1】この発明に係るフェーズ・ロックド・ループ回
路の第1実施例を示す系統図である。
FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment of a phase locked loop circuit according to the present invention.

【図2】その動作説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation.

【図3】この発明に係るフェーズ・ロックド・ループ回
路の第2実施例を示す系統図である。
FIG. 3 is a system diagram showing a second embodiment of the phase locked loop circuit according to the present invention.

【図4】その動作説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation.

【図5】この発明に係るフェーズ・ロックド・ループ回
路の第3実施例を示す系統図である。
FIG. 5 is a system diagram showing a third embodiment of the phase locked loop circuit according to the present invention.

【図6】その動作説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation.

【図7】この発明に係るフェーズ・ロックド・ループ回
路の第4実施例を示す系統図である。
FIG. 7 is a system diagram showing a fourth embodiment of the phase locked loop circuit according to the present invention.

【図8】その動作説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of the operation.

【図9】一次の不完全微分器の具体例を示す接続図であ
る。
FIG. 9 is a connection diagram showing a specific example of a first-order incomplete differentiator.

【図10】この発明に係るフェーズ・ロックド・ループ
回路の第5実施例を示す系統図である。
FIG. 10 is a system diagram showing a fifth embodiment of the phase locked loop circuit according to the present invention.

【図11】従来のフェーズ・ロックド・ループ回路の系
統図である。
FIG. 11 is a system diagram of a conventional phase locked loop circuit.

【図12】その動作説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of the operation.

【図13】チャージポンプ回路の一例を示す系統図であ
る。
FIG. 13 is a system diagram showing an example of a charge pump circuit.

【図14】その動作説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of the operation.

【図15】従来の動作説明図である。FIG. 15 is a diagram for explaining a conventional operation.

【図16】従来の他の例を示す系統図である。FIG. 16 is a system diagram showing another conventional example.

【図17】従来のさらに他の例を示す系統図である。FIG. 17 is a system diagram showing still another conventional example.

【図18】その動作説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram of the operation.

【図19】従来のさらに他の例を示す系統図である。FIG. 19 is a system diagram showing still another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 PLL回路 12 VCO 16 位相比較器 18 チャージポンプ回路 22 積分用コンデンサ 40 微分器 42 加算器 50 一次の不完全微分器 52 分周回路 10 PLL circuit 12 VCO 16 Phase comparator 18 Charge pump circuit 22 Integrating capacitor 40 Differentiator 42 Adder 50 Primary incomplete differentiator 52 Dividing circuit

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可変発振器と、この可変発振出力と基準
信号との位相比較を行なう位相比較器と、 位相比較出力に応じた制御信号に変換する変換回路と、 この制御信号を微分する微分器と、 微分信号に上記制御信号を加算した信号で上記可変発振
器の発振周波数が制御されるようになされたことを特徴
とするフェーズ・ロックド・ループ回路。
1. A variable oscillator, a phase comparator for performing a phase comparison between the variable oscillation output and a reference signal, a conversion circuit for converting into a control signal according to the phase comparison output, and a differentiator for differentiating the control signal. And a signal obtained by adding the control signal to a differential signal to control the oscillation frequency of the variable oscillator.
【請求項2】 上記可変発振器として、電圧制御形可変
発振器が使用されたことを特徴とする請求項1記載のフ
ェーズ・ロックド・ループ回路。
2. The phase locked loop circuit according to claim 1, wherein a voltage controlled variable oscillator is used as the variable oscillator.
【請求項3】 上記変換回路として、チャージポンプ回
路が使用されたことを特徴とする請求項1記載のフェー
ズ・ロックド・ループ回路。
3. The phase locked loop circuit according to claim 1, wherein a charge pump circuit is used as the conversion circuit.
【請求項4】 上記微分器として、理想微分器若しくは
一次の不完全微分器が使用されるようになされたことを
特徴とする請求項1記載のフェーズ・ロックド・ループ
回路。
4. The phase locked loop circuit according to claim 1, wherein an ideal differentiator or a first-order incomplete differentiator is used as the differentiator.
【請求項5】 上記微分器のゲインでフェーズ・ロック
ド・ループのダンピングファクタを設定できるようにし
たことを特徴とする請求項1記載のフェーズ・ロックド
・ループ回路。
5. The phase locked loop circuit according to claim 1, wherein a damping factor of the phase locked loop can be set by a gain of the differentiator.
【請求項6】 上記微分器の微分時定数によって上記フ
ェーズ・ロックド・ループのダンピングファクタを設定
できるようにしたことを特徴とする請求項1記載のフェ
ーズ・ロックド・ループ回路。
6. The phase locked loop circuit according to claim 1, wherein a damping factor of the phase locked loop can be set by a differential time constant of the differentiator.
【請求項7】 上記微分器の微分出力とチャージポンプ
出力の加算の割合を変えることによって上記フェーズ・
ロックド・ループのダンピングファクタを設定できるよ
うにしたことを特徴とする請求項1記載のフェーズ・ロ
ックド・ループ回路。
7. The phase difference is obtained by changing the ratio of addition of the differential output of the differentiator and the charge pump output.
2. The phase locked loop circuit according to claim 1, wherein a damping factor of the locked loop can be set.
【請求項8】 上記変換回路として使用されるチャージ
ポンプ回路の後段にローパスフィルタが接続されたこと
を特徴とする請求項1記載のフェーズ・ロックド・ルー
プ回路。
8. The phase-locked loop circuit according to claim 1, further comprising a low-pass filter connected in a stage subsequent to the charge pump circuit used as the conversion circuit.
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