JPH0879063A - 位相ロック・ループ回路およびパルス供給/生成方法 - Google Patents

位相ロック・ループ回路およびパルス供給/生成方法

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JPH0879063A
JPH0879063A JP7222337A JP22233795A JPH0879063A JP H0879063 A JPH0879063 A JP H0879063A JP 7222337 A JP7222337 A JP 7222337A JP 22233795 A JP22233795 A JP 22233795A JP H0879063 A JPH0879063 A JP H0879063A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】融通性が高く、フィードバック遅延がほぼゼロ
で、基板ノイズおよび電源ノイズの影響を受け難く、広
範囲の周波数で動作可能なPLLの、チャージ・ポンプ
へのパルスの供給方法を提供する。 【解決の手段】位相/周波数検出器10は、ロック周波
数である入力基準クロックと、クロック分配ツリー30
の出力で、入力基準クロックより大きい周波数の信号
と、電流制御発振器20の出力で、入力基準クロックに
ほぼ対応する周波数まで低減された信号を、入力し、ク
ロック分配ツリーと電流制御発振器の出力の複合信号が
入力クロックとの周波数対応を果たし、その結果、位相
の判定が可能になり、チャージ・ポンプに供給する増分
パルスと減分パルスを合成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
関連特許出願 に出願された"Method and Apparatus for Reducing Jit
ter in a Phase Locked Loop Circuit"という名称の特
許出願第 号(整理番号No.21323/00155:BU9
-94-055)
【0002】に出願された"Differential Charge Pump
With Integrated Common Mode Control"という名称の特
許出願第 号(整理番号No. 21323/00156:BU
9-94-062)
【0003】に出願された"Differential Current Cont
rolled Oscillator With Variable Load"という名称の
特許出願第 号(整理番号No. 21323/00157:
BU9-94-063)
【0004】に出願された"Lock Indicator For Phase
Locked Loop Circuit"という名称の特許出願第
号(整理番号No. 21323/00160:BU9-94-059)
【0005】に出願された"Resistorless Phase Locked
Loop Circuit EmployingDirect Current Injection"と
いう名称の特許出願第 号(整理番号No. 21
323/00161:BU9-94-087)
【0006】
【従来の技術】ASIC(特定用途向け集積回路)チッ
プおよびマイクロプロセッサ・チップの設計および製造
では、チップ設計者自身の設計を選び生み出す元になる
従来回路のライブラリをチップ設計者に提供すること
が、従来のやり方である。チップ設計者は、このライブ
ラリから必要な回路を選び、それを接続して所望のチッ
プ構成を形成する。マイクロプロセッサの場合は、ライ
ブラリ回路の設計およびパラメータが固定されているた
め、チップ設計者に所与の制約事項が課せられる。AS
ICチップの場合は、設計だけでなく、配線規則も固定
されているため、さらに制約事項が課せられる。したが
って、設計者は、回路設計に拘束され、ASICチップ
の場合には様々な回路を使用する際の規則にも拘束され
る。
【0007】チップ設計者が使用できるライブラリ回路
の1つとして、位相ロック・ループ回路がある。この位
相ロック・ループ(PLL)は、数多くの様々な応用分
野で広く使用されている。これらは、2通りまたは3通
りの機能を実行するために使用される。主な機能は、回
路の出力クロックをクロック入力にロックする、すなわ
ち、整合させることである。もう1つの機能は、回路の
出力周波数を入力周波数に対して逓倍(すなわち増加)
するか、または分割(すなわち減少)することである。
位相ロック・ループのもう1つの機能は、クロック回復
を行うこと、すなわち、入力信号に関連する入力ジッタ
を減衰し、ジッタ入力データからクロックを回復するこ
とである。
【0008】他の回路と同様、位相ロック・ループ回路
を提供する場合、融通性が高い回路、すなわち、広範囲
の応用分野および環境で使用可能な回路を提供すること
が望ましい。具体的には、アナログ回路であって、多量
の基板ノイズが発生するディジタルCMOS技術で使用
可能な、位相ロック・ループ回路を提供することが1つ
の目標になっている。また、広い周波数範囲で動作可能
なPLLを提供することも望ましい。さらに、ASIC
チップの設計では、クロック分配ツリーで誘導される遅
延ならびに周波数を逓倍することに回路のフィードバッ
ク部分で分割器によって誘導される恐れのある遅延を補
正することが必要である。このような分割器によって誘
導される遅延は、カードなどの比較的低周波数の発生源
から信号を受け取り、それをチップ上で使用するために
逓倍する場合に発生することが多い。
【0009】また、高周波数範囲ならびに低周波数範囲
の両方でジッタを低減することも望ましい。さらに事態
を複雑にするものとして、最近出現した設計上の問題
は、チップが動作する電源電圧の低減に関連するもの
で、この電圧は5Vまたは3Vあるいは2Vにまで低減
されている。このような低電源電圧では、ループをロッ
ク済み状態に維持するために従来のチャージ・ポンプで
は相応しくない場合が多い。さらに、このような制約事
項および条件をすべて無効にするには、その回路に可能
な限り小さい「使用面積」すなわちチップの表面積とし
て使用することが要求される。これは、PLLならびに
その他の回路の設計でこれまで重要な考慮事項であり、
今後も引き続き重要な考慮事項である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、融通性が高く、フィードバック遅延がほぼゼロ
で、基板ノイズおよび電源ノイズの影響を非常に受け難
く、使用面積が少なく、広範囲の周波数で動作可能な、
マイクロプロセッサ・チップならびにASICチップで
の使用に適したPLLを提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、位相ロ
ック・ループ回路での使用に特に適合した位相/周波数
検出器が提供される。この位相/周波数検出器は、ロッ
ク周波数である周波数を示す入力基準クロック信号を受
け取る。一実施例では、位相/周波数検出器は、合成さ
れた2つの他の入力信号を受け取り、これらの入力信号
の一方は、クロック分配ツリーからのものであり、入力
基準クロックの周波数よりかなり大きい周波数を有す
る。もう一方の入力信号は、電流制御発振器からのもの
であり、入力信号の周波数にほぼ対応する周波数まで低
減される。クロック分配ツリーと電流制御発振器からの
入力は、それらからの複合信号が入力クロックの周波数
との周波数対応の役割を果たし、その結果、位相の判定
が可能になり、チャージ・ポンプに供給される増分パル
スと減分パルスを出力するように合成される。この構成
により、基準クロック信号より周波数が高い場合でも、
制御が必要な出力クロック・ツリーからのパルスの位相
が使用され、好ましい実施例では、基準クロック信号の
周波数を有する結果信号を供給するためにクロック分配
ツリーからの信号と合成するように、電流制御発振器の
出力と位相/周波数検出器との間に周波数分割器が挿入
される。
【0012】位相/周波数検出器の他の実施例では、検
出される基準信号と出力信号との位相差にかかわらず、
ともに等しくかつ固定され生成される増分パルスと減分
パルスのそれぞれに幅成分を課す遅延回路が設けられて
いる。これにより、デッド・ゾーンが防止され、通常は
デッド・ゾーン発生の原因になりそうな増分パルスと減
分パルスの幅の差が非常に小さい場合でも、入力と増分
パルスおよび減分パルスの両方に一定の増分が行われ、
これにより、増分パルスと減分パルスの幅が非常に小さ
くてもシステムによる操作が可能になる。
【0013】
【発明の実施の形態】
位相ロック・ループ回路 次に図面、特にここでは図1を参照すると、同図には、
本発明による位相ロック・ループ(PLL)のブロック
図が示されている。様々な構成要素およびその補助回路
について、以下に詳述する。
【0014】この回路は、基準クロック入力を受け取
り、その基準クロック入力周波数を出力クロック信号と
比較する位相/周波数検出器10を含む。位相/周波数
検出器10は、周知の方法で周波数逓倍を行うフィード
バック分割器/パルス発生器12の出力ストローブ・パ
ルスも入力として受け取る。このストローブ・パルス
は、出力クロックを(後述するように)マスキングし
て、フィードバック分割器12に関連する遅延のない周
波数分割を実施するために、位相/周波数分割器10内
で使用される。というのは、位相/周波数分割器は、フ
ィードバック分割器/パルス発生器12からではなく、
クロック出力からのマスキング済みフィードバック信号
を直接比較するからである。一般に、クロックからのフ
ィードバックは周波数を整合させるために使用し、フィ
ードバック分割器からのフィードバックは後述するよう
に周波数を整合させるために使用する。位相/周波数検
出器10は、チャージ・ポンプ14および16に増分
(INC)パルスと減分(DEC)パルスを出力する。
【0015】位相/周波数検出器10は、立上り検出器
である。これは、クロック基準信号の立上りとPLL出
力クロックの立上りとを比較する。図5(詳細は後述す
る)は、「デッド・ゾーン」を有する典型的な先行技術
の位相/周波数検出器のINC出力とDEC出力の生成
を示している。出力クロック位相が基準クロック位相よ
り遅れるすなわち遅延すると、増分(INC)パルスが
生成される。このパルスの幅t1は、基準クロックの立
上りと出力クロックの立上りとのタイミング差と等し
い。出力クロック位相が基準クロック位相より先行する
すなわち進むと、減分(DEC)パルスが生成される。
このDECパルスの幅t2は、出力クロックの立上りと
基準クロックの立上りとのタイミング差と等しい。位相
/周波数検出回路には速度制限があるため、基準クロッ
クと出力クロックの位相が所与の規定値Δに達すると、
INC信号もDEC信号も一切生成されない。この値Δ
がゼロ付近である場合、検出器の位相交差は「デッド・
ゾーン」と呼ばれる。というのは、この検出器はこの領
域で機能的に「デッド」状態になるからである。
【0016】これにより、PLLの余分な静的位相エラ
ーが発生する。「デッド・ゾーン」を持たない位相/周
波数検出器を構築するため、検出器の状態マシンで余分
な遅延が追加される。その構造については、図3に関連
して後述する。図6は、この回路のように「デッド・ゾ
ーン」を持たない位相/周波数検出器10のタイミング
図を示している。出力クロックが位相上、基準クロック
より遅れる(遅延する)と、INCパルスが生成され
る。このINCパルスの幅は、t1およびt3という2
つの部分から構成される。t1は、基準クロックの立上
りと出力クロックの立上りとのタイミング差と等しい。
t3は、位相検出器の状態マシンの余分な遅延によって
生成される。DECパルスも生成され、その幅はt3と
等しい。後述するように、チャージ・ポンプは、幅がI
NCパルスおよびDECパルスと等しい電流パルスを生
成する。INCはフィルタ18に電荷を追加し、DEC
はフィルタ18から電荷を差し引くので、INC電荷と
DEC電荷のt3部分はループ・フィルタ18で互いに
打ち消しあう。フィルタへの正味電荷は、t1のみに比
例する。
【0017】チャージ・ポンプ14は、一対のキャパシ
タから構成される差動ループ・フィルタ18に電流信号
を出力し、信号の目的が周波数の増分か減分かに応じ
て、ループ・フィルタ・キャパシタ18上の電荷を増加
または減少する。この増分/減分信号は第2のチャージ
・ポンプ16にも供給され、このチャージ・ポンプ16
は増分/減分信号を電流出力に変換し、その出力は差動
電流制御発振器20に供給され、その発振器は入力電流
の変化に応答してその出力周波数を変更する。発振器2
0に電流を供給するチャージ・ポンプ16を使用する
と、フィルタ18のキャパシタに抵抗器を結合する必要
性がなくなる。実際にこれは、電流制御発振器20に関
連して後述するように、このような抵抗器によって通常
実施される差動機能を実行する。(位相/周波数検出器
10、チャージ・ポンプ14と16、電流制御発振器2
0の回路の詳細については、後述する。)したがって、
位相上、出力クロックが基準クロックより早い場合、位
相/周波数検出器10は減分パルスを生成し、チャージ
・ポンプ14と16はこの論理信号を電流パルスに変換
する。チャージ・ポンプ14からのパルスは、ループ・
フィルタ・キャパシタ18での電圧を減少する。これに
対して、位相上、出力クロック信号が基準クロックより
遅い場合、位相/周波数検出器10は、ループ・フィル
タ・キャパシタ18での電圧を増加するためにチャージ
・ポンプ14が使用する増分パルスを生成する。ループ
・フィルタ・キャパシタ18は、第1のチャージ・ポン
プ14からの電流を電圧に変換する。本質的に、ループ
・フィルタ・キャパシタ18とチャージ・ポンプ16
は、平滑DC電圧を電圧/電流変換器22に提供するた
めにパルス発生器からのパルスを平滑する。
【0018】ループの安定性のために必要なゼロは、位
相/周波数検出器10の出力に必要な利得が印加された
後で発振器20に電流を直接注入するチャージ・ポンプ
16によって作成される。
【0019】ゼロを作成する際のチャージ・ポンプの作
用については、ファイラがキャパシタCと直列の抵抗器
Rから構成される先行技術を検討すれば、もっともよく
説明することができる。このフィルタは、電流パルスi
(ω)を押し出すチャージ・ポンプから給電される。こ
の場合、ωは2πfと等しく、fは周波数である。次に
フィルタでの電圧v(ω)が、電圧/電流変換器に供給
され、その変換器の利得はgになる。電圧/電流変換器
の出力i1は電流制御発振器に供給される。
【0020】v(ω)は次式で定義される。
【数1】
【0021】i1は次式で定義される。
【数2】
【0022】この場合、上記の式の第1項すなわちg×
R×i(ω)=idは、実際は電流i(ω)に利得係数
g×Rを掛けたものであるのに対し、第2項は注入され
た電荷の積分を表していることが分かる。したがって、
発振器に供給される電流は2つの成分の合計になる。
【0023】この実施態様では、上記の式の2つの項を
合計することによって、合計注入電流が作成される。チ
ャージ・ポンプ16は、正しい利得を電流に印加するこ
とによって第1項idを作成し、チャージ・ポンプ14
はフィルタおよび電圧/電流変換器により容量性積分を
実施する。次に合計電流の2つの成分は電流制御発振器
の入力で合計される。この抵抗器なしの実施態様の主な
利点は、ループ・フィルタ内に抵抗器が不要であり、そ
のために空間とコストが節約される点である。また、広
範囲の入力および出力クロック動作周波数に対応するた
めに利得g×Rの変更が容易である点である。
【0024】ループ・フィルタ・キャパシタ18からの
出力電圧は、周知の方法で電圧が出力として電流に変換
される従来設計の電圧/電流変換器22に入力として供
給される。電圧/電流変換器22からの出力電流は、チ
ャージ・ポンプ16からの出力とともに差動電流制御発
振器20に供給される。この2つの入力は、電流制御発
振器20によって合計されて差動出力を提供する。その
周波数は、電圧/電流変換器22と第2のチャージ・ポ
ンプ16の電流出力の値によって異なる。
【0025】差動電流制御発振器20の差動電圧出力
は、この発振器20の差動電圧出力を所望の周波数の単
端出力に変換する従来設計の差動/CMOS変換器24
に供給される。差動/CMOS変換器24の出力は、ク
ロック分配ツリー30への入力として入力クロック周波
数の所望の倍数を有する信号を提供する、従来設計の順
方向周波数分割器およびバッファ26に供給される。
【0026】クロック分割ツリー30は、必要な様々な
クロック機能を実行するためにチップ設計者が設計し使
用する一連のクロック回路である。ASICチップの場
合は、それぞれが同一クロック・タイミング信号を必要
とする複数のチップが使用される可能性がある。処理変
数はクロック分配ツリー内のチップ間で異なる遅延をも
たらす傾向があるので、様々なチップの様々な遅延にか
かわらず、同一クロックにより動作するすべてのチップ
で適切な位相整合を行うために、順方向分割器およびバ
ッファ26からの出力ではなくクロック分割ツリーから
の出力が、位相/周波数検出器10への入力として使用
される。また、クロック分割ツリーからの出力は、位相
/周波数検出器10からの出力用の周波数逓倍器として
動作する、従来設計のフィードバック分割器およびバッ
ファ12への入力としても使用される。
【0027】周波数逓倍率の制御ならびにチャージ・ポ
ンプ16の利得の制御を行うために、デコーダ38に信
号を出力する制御回路36が設けられている。このデコ
ーダ38は、周知の方法でチャージ・ポンプ16と分割
器26および12に信号を出力し、回路の周波数低倍率
を設定する。
【0028】また、ジッタ制御回路42も設けられてい
る。これについては以下に詳述するが、位相/周波数検
出器10からの出力信号を入力として受け取り、チャー
ジ・ポンプ14、16への出力を制御して、後述する方
法でジッタを低減するものである。(図1に示すよう
に、ジッタ制御回路42は、位相/周波数検出器10に
接続されている。ただし、後述するようにロック・イン
ジケータ44に接続し、これによって作動させることも
できる。)ロック・インジケータ44は、位相/周波数
検出器10からの入力とクロック基準信号とを受け取
り、「ロック済み」信号を出力する。最後に、周知の方
法でループ・フィルタ・キャパシタ18に適切な電荷を
提供することによって回路を適切な位相ロック向けの安
定した範囲で初期設定する初期設定回路46が設けられ
ている。
【0029】電気入力は様々な回路に提供されるが、こ
れらの回路は当技術分野で周知のものであるので、図1
には示していない。これらの回路の一部は、様々な構成
要素の回路を説明する際に参照する。
【0030】初期設定 次に図2を参照すると、電源投入時に、電力が印加され
たときに設定されるラッチによって入力INITおよび
INITNが強制的にそれぞれハイおよびローに変更さ
れる。これらの入力は、FET素子84および86をオ
ンにして、FILTNをハイに、FILTをローにし、
ICOを強制的にその最低動作周波数に変更する。IN
ITがハイになることによってFET62〜80も活動
化され、そのFETがFILT/FILTN電圧を感知
し、FILTがアース付近になり、FILTNが電源電
圧付近になるまで、CLRをローに保つ。次にCLRが
立ち上がり、INITAのラッチをリセットし、初期設
定装置をオフにする。FET82および88は永続的に
オフであるが、FET84および86によってFILT
およびFILTNに追加されるキャパシタンスと一致す
る。このような初期設定回路は当技術分野では周知であ
る。
【0031】位相/周波数検出器および分割器 位相/周波数検出器10は、クロック・ツリー30およ
びフィードバック分割器12からの出力信号を受け取
り、これらの信号を使用して基準クロックに対する位相
差を検出し、必要な増分信号と減分信号を出力するよう
に構成されている。出力周波数は入力周波数の倍数なの
で、両方の信号(クロック・ツリー30の出力とフィー
ドバック分割器12の出力)が使用され、フィードバッ
ク分割器は入力信号の周波数と一致する信号を出力しな
がら、遅延をもたらす。このため、フィードバック分割
器12の出力の位相は、クロック・ツリー30からの出
力信号の位相より遅れる。位相/周波数検出器10は、
このパルスのマスキングしていない立上りまたは立下り
が基準クロック入力の立上りまたは立下りの周波数と一
致するように、クロック・ツリーからの出力信号に対し
てマスキングを行う回路(これについては後述する)を
含む。この機能を示す波形は、図3に示す。
【0032】図3に示すように、パルス信号Aは、その
周波数が基準クロックの周波数の所与の倍数であるクロ
ック・ツリー30からの出力信号を表している。この図
示の例では、この信号が基準クロック周波数の3倍の周
波数になっている。フィードバック分割器12は周知の
ようにBとして示すパルス信号を出力する。基本的に、
信号Bのそれぞれのパルスは、信号Aの3つのパルス分
の長さにわたる。また、信号Bは、フィードバック分割
器12によって誘導される遅延の結果である信号Aより
遅れている。この実施例では、信号Aの立上りを位相整
合に使用する。信号Aのマスキングの結果は信号Cとし
て示す。信号Bは、以下の方法で信号Aに対してマスキ
ングを行う場合に使用する。信号Bがハイの場合、信号
Aに対してマスキングを行わないので、信号Aの立上り
X1は、信号Cの立上りX1'として出力される結果で
ある。しかし、信号Bがローの場合は、信号Aに対して
マスキングを行うので、信号Aの立上り、したがって立
上りX2とX3は、マスキングが行われ、出力として現
れなくなる。もう一度信号Bがハイになると、これは信
号Aの立上りX4に対してマスキングを行わないので、
これは出力X4'として出力信号C上に現れる。信号A
の立上りX5およびX6にはマスキングが行われ、立上
りX7にはマスキングが行われずに信号C上にX7'と
して現れる。したがって、出力信号Cは、クロック・ツ
リー30からのフィードバック信号である信号Aの周波
数の1/3の周波数のパルスを有する。これらのパルス
は、フィードバック分割器12からの信号Bの誘導遅延
が発生せずに、基準クロックの周波数と一致している。
信号Cは反転されて信号
【数3】 (以降Cバーという)を形成し、この信号Cバーが位相
/検出器のコア状態マシンに入力される立下りとして使
用される。このコア状態マシンは立下り検出器である。
位相/周波数検出器10用の回路は、信号AおよびBか
らの信号Cの生成を含むものであるが、図4に示す。
【0033】次に図4を参照すると、2つの入力信号A
およびBがNANDゲート110に入力され、ゲート1
10が信号Cバーを出力する。基準クロック信号(
【数4】 (以降Fバーという)として示す)はNANDゲート1
11に入力される。ゲート110の出力は、その位相が
ゲート111からの信号の位相と比較される信号であ
る。この回路の残りの部分は、一般に周知の方法でこの
位相比較を実行する。ゲート110からの出力は、NA
NDゲート112への一方の入力として、またNAND
ゲート114への一方の入力としても供給される。ゲー
ト114からの出力は、インバータ118および120
に信号を出力するNANDゲート116に入力される。
ゲート116とインバータ118および120は、遅延
回路121として機能するが、その機能および目的につ
いては後述する。インバータ120からの出力は、NA
NDゲート122ならびにゲート112、またNAND
ゲート124および126にも入力される。ゲート11
4からの出力は、ゲート124への一方の入力でもあ
り、その出力はゲート114への一方の入力になる。ゲ
ート126からの出力はNANDゲート128への一方
の入力になり、もう一方の入力はゲート111から入力
される。
【0034】ゲート122の出力は増分(INC)信号
を生成するインバータ132に入力され、インバータ1
32の出力は非増分信号(INCN)と呼ばれる反転増
分信号を生成するインバータ134に入力される。同様
に、ゲート112の出力は減分信号(DEC)を出力す
るインバータ136に入力され、インバータ136の出
力は非減分(DECN)信号と呼ばれる減分信号を反転
するインバータ138にも入力される。チャージ・ポン
プ14および16を作動させるために使用するのは、I
NC信号とDEC信号である。チャージ・ポンプは差動
式なので、差動回路で周知のように「NOT」信号も必
要である。また、チャージ・ポンプ14、16が電流を
出力する時間を制御するのは、INCパルスまたはDE
Cパルスの持続期間である。
【0035】前述のように、位相/周波数検出器10は
遅延回路121を含む。この回路の目的は、インバータ
118および120の遅延値に応じて、一定値の遅延を
もたらすことである。これは、INCパルスまたはDE
Cパルスの位相幅が回路の速度制限により信号の位相差
に対して検出器が反応できないようなものになっている
状態である、いわゆる「デッド・ゾーン」をなくすため
のものである。この遅延は、すべての増分パルスとすべ
ての減分パルスに所与の一定パルス幅をもたらすもので
ある。これについては、図5および図6に示す。図5は
遅延がもたらされていない従来の信号出力の図であり、
図6は本発明による遅延を有する信号出力の図である。
【0036】上記の図4および図5の説明を検討するた
め、図5には、入力基準信号が信号Fとして示され、位
相/周波数検出器10からの出力信号が信号Cとして示
されている。図5に示すように、パルス信号Cがt1分
だけ基準パルス信号Fより遅れていると、増分(IN
C)パルスが生成され、その幅は信号Cが信号Fより遅
れる時間に対応する。信号Fが信号Cより遅れると、減
分(DEC)パルスが生成され、その幅t2は信号Fが
信号Cより遅れる時間に対応する。これらのパルスDE
CまたはINCの幅が小さい場合は、これは、システム
が十分反応できるほど速くないデッド・ゾーンに対応す
る。
【0037】遅延を有するこの回路によって生成される
パルス信号を図6に示す。パルスCがパルスFより遅れ
ると、t1+t3の幅の増分(INC)パルスが生成さ
れ、t3は遅延回路121によって誘導される遅延に対
応し、t1は遅れの量に対応する。t3と等しい幅の減
分(DEC)パルスも生成される。したがって、この2
つのパルスINCおよびDECがチャージ・ポンプ14
および16に供給されると、それぞれの信号のt3成分
が互いに打ち消しあい、その結果、t1に比例する電荷
の増分がチャージ・ポンプ14および16からキャパシ
タ18および発振器20にそれぞれ供給される。しか
し、これは、システムが処理できる幅のINCパルスと
DECパルスの生成によって実施されるが、それぞれの
パルスは互いに打ち消しあう成分を持っている。同様
に、パルスFがパルスCより遅れると、幅t2およびt
3の減分(DEC)パルスが生成され、幅t3の増分
(INC)パルスが生成される。それぞれのt3値は、
チャージ・ポンプ14および16に供給されるときに打
ち消される。したがって、デッド・ゾーンを発生せずに
小さいINCパルスまたはDECパルスでも効果的に作
成される。
【0038】また、分割器が位相/周波数分割器10へ
の入力信号として使用される場合、ゲート110への入
力と同様のNANDゲート111への2重入力は、入力
としての個々の元の信号ならびに分割信号を使用して分
割器によって入力に発生する遅延をなくすために使用す
ることができる。これは図7に示すが、同図には、信号
Gならびに基準クロック入力Hを供給する入力分割器1
42とゲート111が示されている。この場合、ゲート
111の出力はゲート110の出力と同様のものにな
る。
【0039】ジッタ制御 位相ロック・ループが動作する環境の特性の1つは、入
力クロック・パルスの周波数に固有のわずかな変動の結
果であるジッタとして知られている。この結果、矯正ま
たは補正しないと、特に低周波数範囲では電流制御発振
器20からの出力信号上に現れるノイズ状態が発生す
る。図8は、ノイズ周波数の関数として典型的なPLL
ノイズ利得(出力ノイズを入力ノイズで割ったもの)を
示す図である。低周波数では、この利得が一定であり、
したがって、すべての入力ジッタが出力ノイズとしてP
LLを介して供給される。利得が低下し始める周波数
は、様々な成分の値を制御することによって、たとえ
ば、F1とF2との間でいくらか調整することができる
が、その場合でも低周波数では一定のスループットにな
る。ジッタ制御回路42は、PLLがロック済み状態ま
たは動作状態のときに、低周波数でも出力ジッタまたは
ノイズを低減する。
【0040】ジッタ制御回路は、PLLのロック・フェ
ーズ中、すなわち、その回路がロックされていないが増
分パルスおよび減分パルスを生成しているときに、PL
Lがロック済み状態になるように基準電流発生器から比
較的大きい電流が供給されるが、PLLがロック済み状
態のときは、PLLをロック済み状態に維持するために
かなり小さい平均電流が供給されるという原理に基づい
て動作する。出力上のジッタの量は、チャージ・ポンプ
14、16の出力電流によるが、チャージ・ポンプに供
給される電流がこのように低減した結果、チャージ・ポ
ンプの出力が低減され、これにより、ジッタのために出
力ノイズが低減される。
【0041】チャージ・ポンプへの電流を制御するため
の回路を図9に示す。この回路は、電流発生器149か
らの4つの電流入力I1、I2、I3、I4を使用す
る。電流I1はチャージ・ポンプ14に直接供給され、
電流I3はチャージ・ポンプ16に直接供給される。電
流I2は電界効果トランジスタ(FET)150を介し
てチャージ・ポンプ14に供給され、電流I4はFET
152を介してチャージ・ポンプ16に供給される。し
たがって、FET150および152がオンになると、
チャージ・ポンプ14に供給される総電流はI1プラス
I2になり、チャージ・ポンプ16に供給される総電流
はI3プラスI4になる。これに対して、FET150
および152がオフになると、チャージ・ポンプ14に
供給される電流はI1になり、チャージ・ポンプ16に
供給される電流はI3になる。このため、ロック済み状
態に達するために周波数を調整しているPLLのロック
・フェーズ中はFET150および152がオンになる
が、PLLがロック済み状態または動作状態に達する
と、FET150および152がオフになり、このた
め、チャージ・ポンプ14および16に供給される電流
が低減される。このように電流が低減された結果、出力
信号のノイズが低減される。
【0042】このノイズの低減は図10に示す。領域A
として示されている図の左側は、所与のクロック入力周
波数でそれがロック状態からロック済み状態に移行する
ときの出力信号上のノイズ周波数の変動を示している。
(入力は固定周波数ジッタを含む。)この領域Aでは、
4つの電流I1、I2、I3、I4のすべてがチャージ
・ポンプ14および16に供給される。
【0043】領域Bとして示されている次の領域は、同
じ所与の周波数および入力ジッタでPLLがロック済み
状態に達したときの出力信号上のノイズを示している。
この領域Bでは、電流I1およびI3だけがチャージ・
ポンプ14および16に供給される。図11は、領域A
および領域Bの各部を拡大して示し、出力信号のノイズ
の大幅な低下を示している。
【0044】さらに図10を参照すると、次の領域であ
る領域Cは、基準クロックの周波数が変更され、その結
果、出力周波数が変更されたときの出力信号のノイズを
示している。この変更時に、PLLはロック・モードに
入り、したがって、4つの電流I1、I2、I3、I4
のすべてがチャージ・ポンプ14および16に印加さ
れ、その結果、ノイズ・レベルが高くなっている。
【0045】領域Dに示すように、PLLがこの新しい
周波数でロック済み状態に移行すると、FET150お
よび152をオフにすることによってI2およびI4か
らの電流が除去されてI1およびI3からの電流だけが
残り、したがって、この新しい入力周波数での出力信号
のノイズが低減される。
【0046】図12に示すジッタ利得の低減は、チャー
ジ・ポンプの出力の低減によるので、チャージ・ポンプ
への電流の低減幅が大きくなると、出力ノイズが低下す
る。しかし、安定性の懸念からチャージ・ポンプの出力
を非常に小さい値に低減することは望ましくない。した
がって、この低減の程度はシステム設計パラメータの1
つになる。約0.6というXの値まで低減することは容
易に達成され、回路パラメータを最適化することによっ
て、約0.25というXの値までの低減も達成すること
ができる。
【0047】図9に示すように、ロック・インジケータ
44からの出力信号に応答して、FET150および1
52がオン/オフになる。この信号は、FET154、
156、158、160に印加される。FET154お
よび156はPFETであり、FET158および16
0はNFETである。ロック・インジケータからの信号
によって、PLLがロック解除状態になっていることが
示されると、FET154、156、158、160が
FET150および152をオンにし、したがって、電
流I1、I2、I3、I4が供給される。ロック・イン
ジケータからの信号がロック済み状態または動作状態を
示すと、FET154、156、158、160がFE
T150および152をオフにする。あるいは、位相/
周波数検出器10からの信号を必要な回路とともに使用
して、図1に示すようにFET150および152をオ
ン/オフにすることもできる。
【0048】チャージ・ポンプ 前述のように、チャージ・ポンプ14および16は、ル
ープ・フィルタ・キャパシタ18および電流制御発振器
20をそれぞれ制御するために使用される。ポンプ14
は差動出力ポンプであり、ポンプ16は単端出力ポンプ
であるので、この2つのポンプ14、16の回路は異な
っている。チャージ・ポンプ回路は、位相/周波数検出
器10からのディジタル訂正パルスをアナログ制御電圧
および電流に変換し、電流制御発振器20を駆動する。
サーボ理論に関しては、これは、全体的なフィードバッ
ク・ループを安定状態に維持しながらエラーを最小限に
するために、「比例プラス積分」制御機能を提供する。
図13に示すように、入力INC、INCN、DEC、
DECN上に位相/周波数検出器から訂正信号が到着す
る。固定基準電流は線I0、I1、I2、I3上で回路
に入る。IPBIASは、2つの電流スイッチIPSW
0およびIPSWM用のバイアス電圧を生成するために
これらの電流のうちの2つを使用する。訂正信号による
指令を受けるブロックIPSWDは、発振器20の電流
感知ノードに電流パルスを注入し、フィードバックの
「比例」部分を提供する。ブロックIPSWMは、FI
LTおよびFILTNに接続されたフィルタ・キャパシ
タの一方またはもう一方から電流パルスを引き出す。こ
れは、フィードバックの「積分」部分を表す差動電圧に
キャパシタによって積分される。ブロックIPCMはF
ILTおよびFILTNの電圧を監視し、両方のノード
のコモンモード電圧を一定に保持するのに必要な等価電
流を両方のノード上に供給する。ポンプ14用の回路に
ついては、図14および図15に示す。
【0049】次に図14を参照すると、FET202、
204、206、208は減分(DEC)パルスと非減
分(DECN)パルスをゲートするために同図に示すよ
うに接続され、FET210、212、214、216
は位相/周波数検出器10からの増分(INC)パルス
と非増分(INCN)パルスをゲートするために接続さ
れている。FET204および208はFET218を
介してアースに接続され、FET212および216は
FET220を介してアースに接続されている。バイア
ス1は、FET202、206、210、214用の電
圧を設定する。これらの素子は、チャージ・ポンプの出
力インピーダンスを増加するためのカスコード回路を構
成する。第2の電圧バイアスであるバイアス2は、FE
T218および220内の電流源の電流を設定する。
【0050】図14に示す差動チャージ・ポンプ・スイ
ッチは、INC信号およびDEC信号による指令を受け
るFILTまたはFILTNから制御済みの電流パルス
を引き出す。電流源FET218およびFET220
は、正電源またはFILT/FILTNノードのいずれ
かに差動スイッチFET204、208、212、21
6によって向けられる一定電流を生成する。カスコード
素子FET202、206、210、214は、ポンプ
出力の出力インピーダンスを増加し、スイッチング・ノ
イズを低減する。
【0051】INCパルスは、FET212をオンに
し、FET216をオフにして、FILTNから電流を
引き出し、差動フィルタ電圧を増加する。DECパルス
は、FET204をオンにし、FET208をオフにし
て、FILTから電流を引き出し、差動フィルタ電圧を
低減する。
【0052】検出器10からのDEC信号がハイで、D
ECN信号がローの場合、FET204はオンになり、
FET208はオフになり、DECパルスがハイである
限り、そのままの状態を維持する。これにより、FET
218からの電流がループ・フィルタ・キャパシタ18
に流れるようになり、ノードFILTに接続されたキャ
パシタからの電荷が除去される。これに対して、INC
信号がハイで、INCN信号がローの場合、これらの信
号はFET212をオンにし、FET216をオフに
し、その結果、ノードFILTNに接続されたループ・
フィルタ・キャパシタに電流が供給される。図15に示
すコモン・モード回路は、FILTおよびFILTN上
のコモン・モード電圧を電源電圧のほぼ半分に維持し、
ポンプ14の動作範囲を拡大する。このコモン・モード
回路は、図14のチャージ・ポンプ回路の出力FILT
およびFILTNに接続している。また、カスコード化
電流ミラーのためにバイアス電圧が供給される。I1お
よびI0は、カスコード化PFET電流ミラー用のバイ
アス電流を提供する。図15のこのコモン・モード回路
を使用すると、図13に示すチャージ・ポンプ出力から
出力線FILTおよびFILTN上のダイオードをクラ
ンプする必要がなくなり、チャージ・ポンプ14の線形
範囲が延長される。
【0053】図15に示すコモンモード・フィードバッ
ク回路は、フィルタ・ノードでのコモンモード電圧を一
定に保つために機能する。入力I1で印加された基準電
流はNFET F12、F15、F19を流れ、FET
F19、F20、F23、F24が線形動作領域内に
保持されるようにFET F15〜F17のゲート上の
バイアス電圧を確立する。素子の整合のため、FET1
3、16、16内の電流はI1電流と等しい。I0内の
等価基準電流により、カスコードFET F12、F1
3、F14用のバイアス電圧が生成される。
【0054】FET F23およびF24はノードFI
LTおよびFILTNでの電圧を感知する。これらの素
子のサイズは、コモンモード電圧が所望の設定点にある
ときにこれらの素子が渡す総電流がFET F20内の
電流と等しくなるように設定されている。FET F2
3およびFET F24からの電流はPFET F1、
F2、F6、F7によってミラーリングされる。主チャ
ージ・ポンプによって電流がFILTまたはFILTN
から引き出されることにより、コモンモード電圧が低下
するので、FET F6内の電流が低下する。FET
F13内の電流は一定の状態を維持するので、FET
F6とFET F13との間のノードでの電圧が低下
し、整合したカスコード化電流源FET F4とF9な
らびにF5とF10がオンになる。これらは、FILT
およびFILTNに等価電流を供給し、差動電圧に影響
せずにコモンモード電圧を増加する。2次フィードバッ
ク経路であるFET F3、F8、F22、F21はル
ープ利得を低減して、回路を安定化する。I0からの電
流は、強制的にトランジスタF11およびF18を通過
し、これらのトランジスタはFET F12、F13、
F14用の電圧バイアスを設定する。
【0055】チャージ・ポンプ16は、位相/周波数検
出器10からの差動パルスに応答して、電流制御発振器
20に単端出力電流を供給する。チャージ・ポンプ16
用の回路については、図16に示す。同図に示すよう
に、差動入力16は、構造上、チャージ・ポンプ14の
ものと同様であり、INC信号とINCN信号を受け取
るように構成されたFET230、232、234、2
36と、位相/周波数検出器10からのDEC信号とD
ECN信号を受け取るように構成されたFET238、
240、242、244を含んでいる。FET246お
よび248はFET232および236をアースに接続
し、FET250および252はFET240および2
44をアースに接続する。FET260および262は
第1の電流ミラーとして動作し、FET264および2
66は第2の電流ミラーとして動作し、FET268お
よび270は第3の電流ミラーとして動作する。FET
272、274、276、278はFET230、23
4、238、242をアースに接続する。FET280
および282は、電流制御発振器20に接続された出力
電流である出力I0の電荷を追加するために使用され、
FET284、286、288、290は、出力I0の
電荷を低減するために使用される。位相/周波数検出器
10からのINC線およびINCN線上のパルスは、F
ET232をオンにし、FET236をオフにし、次に
これらがFET280および282をオンにし、その結
果、パルスの幅に対応する時間の間、I0に電流が流
れ、発振器20への電流が追加される。これに対して、
DEC線およびDECN線上のパルスにより、FET2
40がオンになり、FET244がオフになり、それに
より、FET284、286、288、290がオンに
なり、このFET290がI0をアースに接続し、その
結果、DECパルスの幅に対応する時間の間、電流制御
発振器20に負の電流が発生する。
【0056】要約すると、図16に示す単端チャージ・
ポンプは、INC信号およびDEC信号による指令を受
ける発振器20に双方向の電流パルスを注入する。電流
源であるFET248、246、250、252は、入
力VE0およびVE1に応じて、3通りのレベルの電流
の1つを発生する。ポンプの増分側の電流は、スイッチ
FET232およびFET326を介して電流ミラーF
ET260および280に流れ、発振器20への電流源
となる。ポンプの減分側の電流は、スイッチFET24
0、241を介して電流ミラーFET264およびFE
T268に流れ、次にミラーFET290、286を通
過し、電流制御発振器からの電流を低下させる。FET
274およびFET278からの一定電流は電流ミラー
に追加され、正味出力電流をいっさい発生せずに応答時
間を改善する。カスコード素子FET262、266、
270、282、272、230、234、276、2
38、242、288、284は、応答時間を改善し、
電流源の出力インピーダンスを増加する。
【0057】このため、チャージ・ポンプ16は、発振
器20に供給される電流を減少または増加するように動
作し、その出力周波数は入力電流の関数になる。前述の
ように、フィルタ・ループ18内の抵抗器の代わりにチ
ャージ・ポンプ16が使用されているが、抵抗器のこの
ような使用は先行技術では一般的なやり方である。した
がって、空間を要する抵抗器をループ・フィルタ18内
に設けずに、同じ結果が達成される。
【0058】電流制御発振器 電流制御発振器20は、差動信号を出力し、その周波数
は入力電流の規模につれて変化する。発振器20は負荷
要素としてFETを使用し、これにより、電流が変化す
るにつれて抵抗が変化できるようになる。電流の変化に
つれて抵抗を変化させることにより、差動負荷対で比較
的一定の電圧を維持し、それにより、電流制御発振の動
作範囲を拡張することが可能である。これは図17を参
照することにより理解することができるが、同図は、電
流制御発振器の全体構造を高レベルで示している。
【0059】発振器20は、FET300、302、3
04という一連の差動対を含み、これらがリング発振器
を構成する。FET対300、302、304は、それ
ぞれそこを横切る負荷306、308、310を有す
る。(FET対300上のポイント1はFET対306
のポイント1に接続され、FET対300上のポイント
2はFET対306上のポイント2に接続されてい
る。)発振器の入力Iへの電流は電圧/電流変換器22
から供給される。差動負荷対での電圧降下は、負荷30
6、308、310の電流の値と抵抗の値との関数とし
て、すなわち、V=IRという基本公式通りに変化す
る。したがって、電流Iが変化し、抵抗Rがそのままの
状態を維持すると、出力電圧は電流の関数として変化す
る。これは、発振器20の動作範囲を狭くするものであ
る。しかし、負荷306、308、310の抵抗が電流
とは反対に変化すると、電圧はほぼ一定の状態を維持す
る。図示の実施例にはFET対300、302、304
の3つの段階が示され、使用されているが、リング発振
器を形成するために4つまたはそれ以上の状態あるいは
2つの状態を使用することもできる。図18には、負荷
306、308、310の抵抗の変動性に備えるものを
含み、発振器20の回路が示されている。
【0060】図18に示すように、3対の差動FET対
300、302、304はそれぞれ、FET312と3
14の対、FET316と318の対、FET320と
322の対から構成される。安定電流を提供するため、
それぞれFET対330と332、334と336、3
38と340から構成され、それぞれ3つの差動FET
対300、302、304のFETと回路関係になるよ
うに接続された、3つの電流源324、326、328
が設けられている。負荷306は、図示の通り差動FE
T対300に接続されたFET342、344、34
6、348から構成されている。同様に、負荷308
は、差動FET対302に接続されたFET350、3
52、354、356から構成され、負荷310は、差
動対304に接続されたFET358、360、36
2、364から構成されている。
【0061】FET366、368、370、372、
374は、電流入力として電圧/電流変換器22からの
入力電流入出力とチャージ・ポンプ16に接続されてい
る。バイアス回路からの電流は、FET用の動作電流を
提供する。
【0062】前述のように、差動対300、302、3
04は電流を出力し、その周波数は周知の方法で入力電
流の変化につれて変化する。さらに、出力電圧は、それ
ぞれの負荷306、308、310の抵抗を電流変動と
は反対に変化させることにより、一定に維持される。こ
の負荷抵抗の変化は、これを次のように実施する。入力
電流は、NFET366および368から構成される第
1のカスコード化電流ミラーに強制的に供給される。こ
の電流は、1次電流ミラーから、NFET370および
372から構成される2次電流ミラーにミラーリングさ
れる。第2の電流ミラーはPFET374に接続された
ダイオードに電流を強制的に供給する。このPFET3
74は、可変負荷用の可変制御電圧を提供する。入力電
流が増加すると、FET334での電圧降下が増加し、
負荷抵抗が減少する。入力電流が減少すると、FET3
74での電圧が減少し、負荷抵抗が増加する。それぞれ
の負荷は、可変抵抗PFET344、348、352、
356、360、362と、ダイオード接続PFET3
42、348、350、356、358、364から構
成される。ダイオード接続PFETはこの負荷を線形に
改善し、負荷における電圧の揺れを制限する。可変抵抗
器は、電流の変化とは反比例して抵抗を変化させ、した
がって、発振器20の動作範囲を拡大する。
【0063】ロック・インジケータ ロック・インジケータ44は、PLLが位相ロック済み
状態になっていることを示す信号を出力する。このよう
な状態は、出力クロック信号を必要とする回路が位相ロ
ック済み状態でのみ動作することをシステム設計者が把
握するため、またはそのように判定できるようにするた
めに必要である。さらに、ロック済み状態を検出する際
に、ロック・インジケータがタイミングならびにチャー
ジ・ポンプ14および16からの訂正パルスに敏感にな
らないようにすることが必要である。また、ロック・イ
ンジケータが入力周波数非依存になり、タイマを使用し
ないことが望ましい。というのは、ロック特性は様々な
周波数に対して様々な時間値を持つ可能性があり、多く
の先行技術のロック・インジケータは時間依存であり、
様々な周波数での様々なパラメータに対応しない。
【0064】ロック・インジケータ44は、PLLがそ
の位相ロック済み状態になっているかどうかを判定する
ために、基準クロックと位相/周波数検出器10の出力
信号に依存している。簡単に説明すると、位相/周波数
検出器10から出力された増分パルスと減分パルスの幅
の差が所与の値vより大きい場合にリセット信号を発生
することにより、ロック・インジケータは機能する。基
準クロックからのパルスの数がカウントされ、基準クロ
ックの所与の数nすなわち16個の入力パルスの場合に
位相/周波数検出器10からのすべての出力パルスがv
より大きい値を持っていない場合、ロック・インジケー
タ44は、PLLが位相ロック済み状態になっているこ
とを示す。ロック済み状態になると、ロック・インジケ
ータ44は、vより大きい値を有する数のパルスが基準
クロックの所与の数mのパルス内で発生するまでロック
済み状態を維持する。この数mは通常、数nより大き
い。この状態が発生すると、ロック・インジケータ44
は、PLLがロック解除状態になっていることを示す出
力信号を発生する。その時点でロック・インジケータが
もう一度ロック済み状態に陥る、基準クロックの所与の
数nのパルス中にvより大きい幅値を有する出力が発生
しなくなるまで、ロック・インジケータはロック解除状
態を維持する。ロック・インジケータ44の出力はロッ
ク済み状態またはロック解除状態にラッチされる。
【0065】ロック済み状態およびロック解除状態を判
定しラッチするための回路を図19に示す。基準クロッ
ク信号は、XORゲート386に接続された一対のNA
NDゲート382、384を含む遅延回路380に入力
される。XORゲート386の出力は、ロック・カウン
タ388とロック解除カウンタ390に信号を出力する
一連の7つのインバータ387に入力される。この遅延
回路の目的は、基準クロック信号内に遅延をもたらし
て、増分信号および減分信号を生成するときに位相/周
波数検出器10によって発生する遅延と一致させること
である。
【0066】ロック・カウンタ388(その構造につい
ては後述する)は、後述するように16個のパルスに達
する前にリセットされるまで、16個のパルスをカウン
トし、16個のパルスの後で1つの信号を出力する。ロ
ック・カウンタ388からの出力は、遅延回路392を
通過し、ラッチ394に入力される。ロック・カウンタ
からラッチ394への入力パルスはラッチ394をラッ
チして、ロック済み状態を示す。
【0067】位相/周波数検出器10からの増分信号お
よび減分信号は、XORゲート398に入力され、その
出力はINCパルスとDECパルスとの幅の差になり、
その出力は一対のインバータ400を通過する。インバ
ータ400は、増分パルスと減分パルスの幅の差が所与
の値vより大きい場合のみ、出力信号を生成する。vの
値はインバータ400用に選択された値によって決ま
り、したがって、この値を選択することによって、ジッ
タ許容差の量を設計で回路に取り入れることができる。
インバータ400の出力はORゲート402に入力さ
れ、そのORゲートの出力はロック・カウンタ388を
リセットするために使用される。
【0068】また、ロック・カウンタ388の出力はO
Rゲート404に入力され、そのORゲートの出力はロ
ック解除カウンタ390をリセットするために使用され
る。ロック解除カウンタ390は32個のパルスをカウ
ントし、それがリセットされていない場合に出力パルス
を生成し、そのパルスがORゲート406によりゲート
され、ラッチ394をロック解除状態にラッチする。
【0069】この回路は次のように動作する。基準クロ
ックが信号を入力すると、その信号は遅延回路380を
通過し、ロック・カウンタ388とロック解除カウンタ
390の両方に印加される。この時点で、ラッチ394
はロック解除位置になっている。ロック・カウンタ38
8はパルスのカウントを開始し、リセットされていなけ
れば、16個のパルスの終わりに出力信号を生成してラ
ッチ394をロック済み位置にする。基準クロックが信
号を入力するのと同時に、位相/周波数検出器10が増
分INC信号と減分DEC信号をXORゲート398に
入力する。これらのINCおよびDECパルスの幅の差
がvより小さい場合、インバータ400からの出力は一
切行われない。この出力なし状態が16個のパルス分持
続する場合は、ロック・カウンタ388がリセットされ
ず、ラッチ394がロック済み状態にラッチされる。た
だし、ロック・カウンタ388が16個のパルスをカウ
ントしている間に、増分INCパルスと減分DECパル
スの幅の間にvより大きい値が発生すると、インバータ
400がORゲート402に信号を出力し、そのORゲ
ートがロック・カウンタ388をリセットし、そのカウ
ンタがもう一度カウントを開始する。ロック・カウンタ
388のカウントとリセットは、インバータ400から
のリセット信号なしで16個のパルスがカウントされる
まで続行する。この時点で、ラッチ394はロック済み
状態に入る。
【0070】ラッチがロック済み状態になった後、ロッ
ク済み状態からロック解除状態に出るには、その時点で
ラッチ394がロック解除状態にラッチされる16個を
超えるパルスの期間に増分パルスと減分パルスがvより
大きい値を有することが必要である。これは次のように
発生する。この場合、リセットされない限り、32個の
パルスをカウントするロック解除カウンタ390にも遅
延回路380からの出力が入力されることに留意された
い。32個のパルスの後、ロック解除カウンタ390は
信号を出力し、ラッチ394をロック解除状態にする。
ロック・カウンタ388が出力信号を生成する16個の
パルスをカウントしたと想定すると、ロック・カウンタ
388からの出力信号はORゲート404を通過し、ロ
ック解除カウンタ390をリセットし、このカウンタが
もう一度32個までのカウントを開始する。したがっ
て、ロック解除カウンタ390から出力信号が一切生成
されず、このため、ラッチがロック済み状態を維持す
る。次に、増分INCパルスと減分DECパルスとの幅
の差がvより大きいことを示す単一パルスがインバータ
400によって生成されると想定する。これが発生する
と、ロック・カウンタ388は、その16個のパルス・
カウントに達する前にリセットされるので、ロック解除
カウンタには一切リセット信号が送達されず、したがっ
て、32個のカウントに達するかまたはリセットされる
までその32個のパルスのカウントを続行する。インバ
ータからそれ以上のパルスが生成されないと想定する
と、ロック・カウンタ388が16個のパルスのカウン
トに達したときに、ロック解除カウンタ390をリセッ
トする信号が出力される。したがって、ラッチ394は
ロック済み状態を維持する。ただし、インバータ400
によって生成される信号が16個より多いクロック・パ
ルス分持続する場合、ロック解除カウンタ390は、そ
の32個のカウントに達する前にリセット信号を受け取
らず、ラッチ394への信号を生成してロック解除状態
にラッチする。この状態は、ロック・カウンタ388に
よって16個のパルスがカウントされるまで続行し、そ
の後、そのカウンタがラッチ394をロック済み状態に
ラッチする。
【0071】したがって、この回路のロック・インジケ
ータはクロック・ジッタに対して比較的鈍感であること
に留意されたい。というのは、増分パルスと減分パルス
の幅の差が値vより大きい場合にのみ応答して、PLL
がロック解除状態になり、その値はロック済み状態に影
響しない、ある程度のジッタを考慮したものであるから
である。さらに、PLLがまだロック済みモードになっ
ている間にループ・フィルタ・キャパシタ18上の電荷
を補給する必要があるために、vより大きい値の複数の
断続パルスに応答して、PLLがロック解除状態に移行
することはない。また、ロック・インジケータは、入力
クロック周波数に応答するのであって、時間に応答する
のではない。このため、同一動作特性を有する広範囲の
周波数で適用可能である。
【0072】次に図20を参照すると、同図にはロック
・カウンタ388の構造が示されている。この回路は、
4つのインバータ414に直列に接続された一連の5つ
の2で分割回路412を含む。この2で分割回路は当技
術分野では周知のものであり、このような従来の回路で
あればどの回路でも使用することができる。追加の2で
分割回路とインバータを追加すると、32パルス・カウ
ントのロック解除カウンタ390の構造が得られる。
【0073】ロック・カウンタ388用の16個のパル
ス・カウントの値とロック解除カウンタ390用の32
個のパルス・カウントの値はある程度まで任意であり、
PLL回路の様々なパラメータに応じて変更可能である
ことに留意されたい。たとえば、場合によっては余分な
電荷パルスを考慮し、それに対応するために8パルス・
カウンタで十分な場合もあるが、ロック・カウンタ38
8用として32個のパルスが必要な場合もある。これに
対して、ロック解除カウンタ390用として64パルス
・カウンタで十分な場合もある。さらに、vという値
は、素子およびインバータ400のサイズまたは値を変
更することによって、入力信号のジッタに応じて調整ま
たは選択することができる。
【0074】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【0075】(1)入力クロック基準信号と回路出力信
号との位相/周波数の差を比較し、出力として増分パル
スと減分パルスを提供する位相/周波数検出器と、前記
位相/周波数検出器に結合されたチャージ・ポンプと、
前記チャージ・ポンプに結合されたループ・フィルタ・
キャパシタであって、前記ループ・フィルタ・キャパシ
タが電流制御発振器に電流入力を提供するように結合さ
れ、前記電流制御発振器の出力が電流制御発振器の電流
入力に応答して出力周波数を提供する、ループ・フィル
タ・キャパシタとを含み、前記位相/周波数検出器が、
ロック周波数である第1の周波数を有する基準クロック
信号を受け取る第1の入力ポートと、前記第1の周波数
より大きい第2の周波数でクロック分配ツリーからの出
力を受け取る第2の入力ポートであって、その出力の位
相が前記第1の周波数にロックされる第2の入力ポート
と、前記第1の周波数にほぼ対応する第2の周波数で、
それから位相が外れている電流制御発振器からの出力信
号を受け取る第3の入力ポートと、前記第2および第3
の入力ポートで受け取った前記信号を合成して、前記第
3の信号の周波数に対応する周波数と前記第2の信号の
位相に対応する位相を有する複合信号を生成する信号合
成回路と、前記第1のポートおよび前記信号合成回路と
回路関係にある出力回路であって、前記複合信号と前記
基準信号の位相差に対応する幅を有する増分パルスと減
分パルスを出力する出力回路とを含むことを特徴とす
る、位相ロック・ループ回路。 (2)周波数分割器が、電流制御発振器の出力および前
記第3のポートと回路関係にあって、前記第2の周波数
の信号を供給することを特徴とする、上記(1)に記載
の位相ロック・ループ回路。 (3)前記周波数分割器が、基準クロック信号の周波数
と同等の周波数の信号を供給することを特徴とする、上
記(2)に記載の位相ロック・ループ回路。 (4)前記信号合成回路が、電流制御発振器からの信号
によりクロック分配ツリーからの信号の一部分に対して
マスキングを行って、分割した周波数の信号を供給する
ためのゲートを含むことを特徴とする、上記(1)に記
載の位相ロック・ループ回路。 (5)前記複合信号と前記基準クロック信号の位相差に
かかわらず、前記増分パルスと減分パルスのそれぞれに
所与の幅の増分を提供するように構成された遅延回路を
さらに特徴とする、上記(1)に記載の位相ロック・ル
ープ回路。 (6)入力クロック基準信号と回路出力信号との位相/
周波数の差を比較し、出力として増分パルスと減分パル
スを提供する位相/周波数検出器と、前記位相/周波数
検出器に結合されたチャージ・ポンプと、前記チャージ
・ポンプに結合されたループ・フィルタ・キャパシタで
あって、前記ループ・フィルタ・キャパシタが電流制御
発振器に電流入力を提供するように結合され、前記電流
制御発振器の出力が電流制御発振器の電流入力に応答し
て出力周波数を提供する、ループ・フィルタ・キャパシ
タとを含み、前記位相/周波数検出器が、電流制御発振
器からの入力信号と基準クロック信号を受け取るための
入力ポートと、それぞれが前記信号の位相の差に対応す
る幅を有する増分パルスと減分パルスを出力するための
比較回路と、前記信号の位相差にかかわらず、前記増分
パルスと減分パルスに所与の幅増分値の等価幅をもたら
すための遅延回路とを含むことを特徴とする、位相ロッ
ク・ループ回路。 (7)入力として基準クロック信号と回路出力信号を受
け取り、入力クロック信号と回路出力信号の位相/周波
数を比較し、増分パルスおよび減分パルスとして基準ク
ロック信号と回路出力信号の位相の差に応答してその幅
の増分パルスと減分パルスを出力する位相/周波数検出
器を有する位相ロック・ループ回路において、入力信号
の位相差にかかわらず、それぞれが前記幅の所定の等価
増分値を有する前記増分パルスと減分パルスを生成する
ステップを含む、前記位相/周波数検出器から増分パル
スと減分パルスを供給する方法。 (8)入力として基準クロック信号と回路出力信号を受
け取り、入力クロック信号と回路出力信号の位相/周波
数を比較し、増分パルスおよび減分パルスとして基準ク
ロック信号と回路出力信号の位相の差に応答してその幅
の増分パルスと減分パルスを出力する位相/周波数検出
器を有する位相ロック・ループ回路において、入力クロ
ック信号の周波数に対応する第1の周波数を有する第1
の信号成分と入力クロック信号の位相に対応する第2の
周波数を有する第2の成分として前記回路出力信号を供
給し、前記第1および第2の成分を合成して、基準クロ
ックの周波数および位相に対応する信号を供給すること
を含む、前記位相/周波数検出器から前記パルスを生成
する方法。 (9)前記信号の位相差にかかわらず、それぞれの増分
パルスおよび減分パルスに所与の幅の増分値をもたらす
ステップを含むことを特徴とする、上記(8)に記載の
方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】改良型位相ロック・ループ回路の高レベル・ブ
ロック図である。
【図2】初期設定回路の回路図である。
【図3】クロック分配ツリーからのフィードバック信号
に対するフィードバック周波数分割器のマスキング機能
のグラフ表現である。
【図4】位相/周波数検出器の回路の回路図である。
【図5】「デッド・ゾーン」を有する従来の位相/周波
数検出器から出力されるINCパルスとDECパルスの
グラフ表現である。
【図6】「デッド・ゾーン」を持たないこのPLLの位
相/周波数検出器から出力されるINCパルスとDEC
パルスのグラフ表現である。
【図7】分割された入力が使用される、図5と同様の回
路の一部を示す図である。
【図8】ジッタ制御回路を使用しない場合の周波数に対
するジッタ利得の変動を示すグラフ表現である。
【図9】PLLのジッタ制御回路の回路図である。
【図10】本発明のジッタ制御を使用した場合の出力ノ
イズの低減を示すグラフ表現である。
【図11】図9のグラフの一部を示す拡大図である。
【図12】本発明のジッタ制御装置および方法を使用し
た場合のPLLのジッタ利得を周波数の関数として示す
グラフ表現である。
【図13】チャージ・ポンプ構成の高レベル図である。
【図14】PLL回路の差動チャージ・ポンプの主スイ
ッチの回路図である。
【図15】図12のチャージ・ポンプのコモン・モード
回路の回路図である。
【図16】PLL回路の単端出力チャージ・ポンプの回
路図である。
【図17】PLL回路の電流制御発振器の高レベル・ブ
ロック図である。
【図18】電流制御発振器の構成要素を示す回路図であ
る。
【図19】PLL回路のロック・インジケータの回路図
である。
【図20】図18のロック・インジケータに使用する分
割回路の1つを示す図である。
【符号の説明】
10 位相/周波数検出器 12 フィードバック分割器/パルス発生器 14 チャージ・ポンプ1 16 チャージ・ポンプ2 18 フィルタ(ループ・フィルタ・キャパシタ) 20 電流制御発振器 22 電圧/電流変換器 24 差動/CMOS変換器 26 順方向分割器およびバッファ 30 クロック分配ツリー 36 制御回路 38 デコーダ 42 ジッタ制御回路 44 ロック・インジケータ 46 初期設定回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・ユージン・ストレイヤー アメリカ合衆国13827 ニューヨーク州オ ウェゴ マクリーン・ロード 1755

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力クロック基準信号と回路出力信号との
    位相/周波数の差を比較し、出力として増分パルスと減
    分パルスを提供する位相/周波数検出器と、 前記位相/周波数検出器に結合されたチャージ・ポンプ
    と、 前記チャージ・ポンプに結合されたループ・フィルタ・
    キャパシタであって、前記ループ・フィルタ・キャパシ
    タが電流制御発振器に電流入力を提供するように結合さ
    れ、前記電流制御発振器の出力が電流制御発振器の電流
    入力に応答して出力周波数を提供する、ループ・フィル
    タ・キャパシタとを含み、 前記位相/周波数検出器が、 ロック周波数である第1の周波数を有する基準クロック
    信号を受け取る第1の入力ポートと、 前記第1の周波数より大きい第2の周波数でクロック分
    配ツリーからの出力を受け取る第2の入力ポートであっ
    て、その出力の位相が前記第1の周波数にロックされる
    第2の入力ポートと、 前記第1の周波数にほぼ対応する第2の周波数で、それ
    から位相が外れている電流制御発振器からの出力信号を
    受け取る第3の入力ポートと、 前記第2および第3の入力ポートで受け取った前記信号
    を合成して、前記第3の信号の周波数に対応する周波数
    と前記第2の信号の位相に対応する位相を有する複合信
    号を生成する信号合成回路と、 前記第1のポートおよび前記信号合成回路と回路関係に
    ある出力回路であって、前記複合信号と前記基準信号の
    位相差に対応する幅を有する増分パルスと減分パルスを
    出力する出力回路とを含むことを特徴とする、位相ロッ
    ク・ループ回路。
  2. 【請求項2】周波数分割器が、電流制御発振器の出力お
    よび前記第3のポートと回路関係にあって、前記第2の
    周波数の信号を供給することを特徴とする、請求項1に
    記載の位相ロック・ループ回路。
  3. 【請求項3】前記周波数分割器が、基準クロック信号の
    周波数と同等の周波数の信号を供給することを特徴とす
    る、請求項2に記載の位相ロック・ループ回路。
  4. 【請求項4】前記信号合成回路が、電流制御発振器から
    の信号によりクロック分配ツリーからの信号の一部分に
    対してマスキングを行って、分割した周波数の信号を供
    給するためのゲートを含むことを特徴とする、請求項1
    に記載の位相ロック・ループ回路。
  5. 【請求項5】前記複合信号と前記基準クロック信号の位
    相差にかかわらず、前記増分パルスと減分パルスのそれ
    ぞれに所与の幅の増分を提供するように構成された遅延
    回路をさらに特徴とする、請求項1に記載の位相ロック
    ・ループ回路。
  6. 【請求項6】入力クロック基準信号と回路出力信号との
    位相/周波数の差を比較し、出力として増分パルスと減
    分パルスを提供する位相/周波数検出器と、 前記位相/周波数検出器に結合されたチャージ・ポンプ
    と、 前記チャージ・ポンプに結合されたループ・フィルタ・
    キャパシタであって、前記ループ・フィルタ・キャパシ
    タが電流制御発振器に電流入力を提供するように結合さ
    れ、前記電流制御発振器の出力が電流制御発振器の電流
    入力に応答して出力周波数を提供する、ループ・フィル
    タ・キャパシタとを含み、 前記位相/周波数検出器が、 電流制御発振器からの入力信号と基準クロック信号を受
    け取るための入力ポートと、 それぞれが前記信号の位相の差に対応する幅を有する増
    分パルスと減分パルスを出力するための比較回路と、 前記信号の位相差にかかわらず、前記増分パルスと減分
    パルスに所与の幅増分値の等価幅をもたらすための遅延
    回路とを含むことを特徴とする、位相ロック・ループ回
    路。
  7. 【請求項7】入力として基準クロック信号と回路出力信
    号を受け取り、入力クロック信号と回路出力信号の位相
    /周波数を比較し、増分パルスおよび減分パルスとして
    基準クロック信号と回路出力信号の位相の差に応答して
    その幅の増分パルスと減分パルスを出力する位相/周波
    数検出器を有する位相ロック・ループ回路において、 入力信号の位相差にかかわらず、それぞれが前記幅の所
    定の等価増分値を有する前記増分パルスと減分パルスを
    生成するステップを含む、前記位相/周波数検出器から
    増分パルスと減分パルスを供給する方法。
  8. 【請求項8】入力として基準クロック信号と回路出力信
    号を受け取り、入力クロック信号と回路出力信号の位相
    /周波数を比較し、増分パルスおよび減分パルスとして
    基準クロック信号と回路出力信号の位相の差に応答して
    その幅の増分パルスと減分パルスを出力する位相/周波
    数検出器を有する位相ロック・ループ回路において、 入力クロック信号の周波数に対応する第1の周波数を有
    する第1の信号成分と入力クロック信号の位相に対応す
    る第2の周波数を有する第2の成分として前記回路出力
    信号を供給し、前記第1および第2の成分を合成して、
    基準クロックの周波数および位相に対応する信号を供給
    することを含む、前記位相/周波数検出器から前記パル
    スを生成する方法。
  9. 【請求項9】前記信号の位相差にかかわらず、それぞれ
    の増分パルスおよび減分パルスに所与の幅の増分値をも
    たらすステップを含むことを特徴とする、請求項8に記
    載の方法。
JP22233795A 1994-08-31 1995-08-30 位相ロック・ループ回路およびパルス供給/生成方法 Expired - Fee Related JP3172404B2 (ja)

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