JPH09148923A - 位相同期ループ回路の発振回路 - Google Patents

位相同期ループ回路の発振回路

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JPH09148923A
JPH09148923A JP7305961A JP30596195A JPH09148923A JP H09148923 A JPH09148923 A JP H09148923A JP 7305961 A JP7305961 A JP 7305961A JP 30596195 A JP30596195 A JP 30596195A JP H09148923 A JPH09148923 A JP H09148923A
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JP
Japan
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circuit
voltage
controlled oscillator
stages
delay
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7305961A
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English (en)
Inventor
Masahiro Konno
正広 昆野
Kazuhiko Kasai
和彦 笠井
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Publication date
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、自動補償回路のディレイセルの段
数を変化させることにより、単位ディレイセル当たりの
遅延時間を変化させ、電圧制御発振器の発振周波数帯を
細かく設定することを特徴とする。 【解決手段】自動補償回路10では、基準クロックR
efCKとディレイセル15からインバ―タ16を介して反
転された信号が位相比較器11に入力され、チャージポ
ンプ12、ローパスフィルタ13を介してオフセット電
圧Voffsetが抽出される。このオフセット電圧Voffset
と基準電圧Vref がレベル変換器14でレベル変換され
て、基準クロックRefCKと共に段数が可変のディレイセ
ル群15に供給される。一方、電圧制御発振器18で
は、制御信号Vcnt と上記オフセット電圧Voffsetがレ
ベル変換器19で電圧VP 、VN に変換され、段数が可
変のディレイセル群20に供給されて、所望の発振周波
数fvco が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、Kファクタ改善
のための自動補償回路を備えたリングオシレータ方式の
位相同期ループ回路に関するもので、特に電圧制御発振
回路の発振周波数帯域の可変に適用される発振回路に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIの高速化が進むにつれて、
位相同期ループ(PLL;Phase-locked loop )回路の
重要性はますます高まりつつある。これは特定用途向け
ICに関しても同様であり、広い周波数帯域で動作でき
る汎用的なPLL回路の実現が望まれている。
【0003】そして、従来、電圧制御発振器(VCO;
Voltage Controlled Oscilator)回路の発振周波数帯を
変化させる場合、VCO回路のディレイセルの段数を変
化させることによって行っていた。
【0004】図4は、従来の一般的なリングオシレータ
方式のPLL回路を示したものである。位相比較器(P
HC;Phase Comparator)1に入力されたシステムクロ
ック(SYSCK)信号は、位相比較器で(発振クロッ
クfvco と)位相比較され、その結果に応じた電流をチ
ャージポンプ(CHP)2が流し、ローパスフィルタ
(LPF)3を介して制御電圧Vcnt となる。そして、
制御電圧Vcnt によって電圧制御発振器(VCO;Volt
age Controlled Oscilator)4で発振周波数が調整され
る。発振クロックfvco は、再び位相比較器1に入力さ
れる。
【0005】図5は、このような構成のPLL回路に於
ける電圧制御発振器4のVCO特性図である。このよう
な一般的なPLL回路では、図示されるように、配線や
不純物濃度等によるプロセス、温度特性、電源電圧のば
らつき等により、周波数が変化して、VCO特性が右下
若しくは左上にばらついてしまう。このため、これらの
ばらつきを抑えるために自動補償回路を備えることがあ
る。
【0006】すなわち、自動補償回路を備えたリングオ
シレータ方式PLL回路は、図6に示されるように、位
相比較器1、チャージポンプ2、ローパスフィルタ3及
び電圧制御発振器4から成るPLL回路に、自動補償回
路(ACC;Automatic Compensated Circuit )5を加
えた構成となっている。自動補償回路5には、基準電圧
ref と基準クロックRefCKが入力される。そして、こ
の自動補償回路5からは電圧制御発振器4に対してオフ
セット電圧Voffsetが出力される。電圧制御発振器4で
は、ローパスフィルタ3からの電圧Vcnt と自動補償回
路5からの電圧Voffsetに基いて発振周波数が制御され
る。
【0007】図7は、この自動補償回路5を有するリン
グオシレータ方式PLL回路のVCO特性図である。図
6に示される構成のPLL回路により、自動補償回路5
にて設定される電Voffsetによって、制御電圧Vcnt
cnt センタ(=Vref )のとき、特性のばらつきをな
くすことができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したPLL回路
は、何れも電圧制御発振器4で発振周波数帯域を切り換
える際は、リングオシレータ内のディレイセルの段数を
変化させることによって行っている。
【0009】ところで、図6に示されたような従来の自
動補償回路を備えたリングオシレータ式PLL回路に於
いて、電圧制御発振器4の発振周波数帯域を変化させる
場合、内部のディレイセルの段数を可変にすることによ
って行っていた。しかしながら、電圧制御発振器4は、
奇数単位でしか段数を変化させることができない。した
がって、Kファクタのばらつきによる影響を受けない電
圧Vcnt センタでの発振周波数を細かく変化させること
ができず、設定が粗くなってしまうものであった。
【0010】このため、電圧制御発振器に高利得のもの
を設計しなければならず、ノイズや安定性に弱いものに
なってしまうという課題を有していた。そのうえ、高利
得化できない場合は、図8のVCO特性図に示されるよ
うに、歯抜けと称されて調整周波数ではカバーできない
周波数帯域が生じてしまうことがある。また、所望の周
波数帯域をカバーできたとしても、必要な発振周波数が
電圧Vcnt センタの最適値になるとは限らない。
【0011】更に、自動補償回路によって決定される単
位ディレイセル当たりのディレイ値は変化しないため、
最小可変周波数は、単位ディレイセルのディレイ(遅延
時間)の2倍の値で決まってしまう、等の課題を有して
いた。
【0012】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、広範囲に渡って、細かく発振周波数を可変すること
ができると共に、ノイズを除去して安定性の高い位相同
期ループ回路の発振回路を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、少
なくとも1段の第1の遅延素子を有するもので、基準電
圧及び基準クロックに基いてオフセット電圧を出力する
自動補償回路と、少なくとも1段の第2の遅延素子を有
して該第2の遅延素子の段数を設定変更可能なもので、
上記自動補償回路から出力された上記オフセット電圧と
制御電圧に基いて発振周波数を制御する電圧制御発振回
路とを備えるリングオシレータ方式の位相同期ループ回
路に於いて、上記自動補償回路は、上記第1の遅延素子
の段数を設定変更可能であることを特徴とする。
【0014】この発明の位相同期ループ回路の発振回路
にあっては、自動補償回路内のディレイセルの段数を変
化させることにより、単位ディレイセル当たりの遅延時
間を変化させ、電圧制御発振器の発振周波数帯を細かく
設定する。これにより、特に特定用途向けIC等の広い
範囲に渡って所望の発振周波数を要求される凡用の位相
同期ループ回路を実現するのに有効である。また、所望
の発振周波数をプロセス、温度特性、電源電圧ばらつき
による影響を受けない制御電圧の最適値にて設定可能と
なる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態を説明する。図1は、この発明の第1の実施
の形態を示す位相同期ループ(PLL)回路の構成を示
した図である。
【0016】同図に於いて、このPLL回路は、自動補
償回路(ACC)10と、電圧制御発振器(VCO)1
8とにより構成される。上記自動補償回路10には、基
準クロック(RefCK)信号と後述するディレイセル15
からの反転信号が入力される位相比較器(PHC)11
と、位相比較器で位相比較された結果の信号を受けてロ
ーパスフィルタ13に出力するチャージポンプ(CH
P)12と、このチャージポンプ12の出力からオフセ
ット電圧Voffsetを抽出するローパスフィルタ(LP
F)13と、このオフセット電圧Voffsetと基準電圧V
ref を入力してレベル変換するレベル変換器(LT)1
4と、Mステージから成るディレイセル群15と、イン
バ―タ16とにより構成される。
【0017】上記レベル変換器14は、オフセット電圧
offsetと基準電圧Vref を、例えばPチャンネルトラ
ンジスタの制御電圧VP 及びNチャンネルトランジスタ
の制御電圧VN に変換するためのものである。
【0018】上記ディレイセル群15は、直列接続され
たM個のディレイセルから構成されるもので、上記電圧
P 及びVN によって基準クロックRefCKの遅延時間を
制御するものである。この遅延クロックVは、インバ―
タ16により反転されて基準クロックと共に位相比較器
11に供給される。
【0019】一方、電圧制御発振器18は、制御信号V
cnt とオフセット電圧Voffsetが入力されて電圧VP
びVN に変換するレベル変換器19と、Nステージ、す
なわちリング式に接続されたN個のディレイセルにより
構成されるディレイセル群20とから構成される。
【0020】尚、この発明はKファクタによる影響改善
のための自動補償回路を有するリングオシレータ方式の
PLL回路に適用される。このような構成に於いて、自
動補償回路10は、1つのPLL回路となっている。そ
して、位相比較器11に入力される基準クロックとディ
レイセル群15からの遅延クロックVのPLLロック時
の波形は、図2に示されるようになっている。ここで
は、インバ―タ16が挿入されているため、基準クロッ
クRefCKより半周期遅れて遅延クロックVがロックする
ように設定されている。
【0021】すなわち、PLL回路がロックしていると
きは、自動補償回路10内のディレイセル群15の単位
ディレイセル当たりの遅延時間Tpdは、ディレイセル群
15がMステージであるから、次式で表される。
【0022】 Tpd=T/2M …(1) ここで、Tは基準クロックRefCKの周期である。また、
自動補償回路10のレベル変換器14及びディレイセル
群15と、電圧制御発振器18のレベル変換器19及び
ディレイセル群20は、同じ回路定数となっている。し
たがって、制御電圧信号Vcnt が固定の基準電圧Vref
と同じ電位であれば、電圧制御発振器18の単位ディレ
イセルの遅延時間も上記(1)式で表される値と同じに
なる。これが図9に示されたような特性となる理由であ
る。
【0023】次に、電圧制御発振器18の単位ディレイ
セル当たりの遅延時間が、上記(1)式で設定されてい
る場合について考える。ここで、電圧制御発振器18は
Nステージで構成されているので、電圧制御発振器18
の制御電圧Vcnt (=Vref )での発振周波数fvco
は、次式で表される。
【0024】 fvco =1/(2×Tpd×N) =M/(T×N) =f×M/N …(2) 但し、fは基準クロックRefCKの周波数である。
【0025】このように、この発明では、従来は発振回
路の周波数帯を切り換える際、上記(2)式のN(電圧
制御発振器のステージ数)だけを変化させていたのを、
更に同M(自動補償回路のステージ数)も変化させるこ
とによって、電圧制御発振器の発振周波数を、より細か
く設定することができる。
【0026】次に、この発明の第2の実施の形態とし
て、位相同期ループ回路の応用例について説明する。図
3は、この発明の第2の実施の形態に従った位相同期ル
ープ回路の構成を示したもので、図1と同じ構成要素に
は同一の参照番号を付して説明は省略する。
【0027】図3に於いて、ディレイセル群15は40
ステージのディレイセルで構成され、ディレイセル群2
0は5ステージのディレイセルで構成されている。ま
た、ディレイセル群15へは分周器21を介して、50
MHzのシステムクロック(SYSCK)の1/2、つ
まり25MHzの基準クロックRefCKが入力される。こ
の基準クロックRefCKは、位相比較器11にも入力され
る。
【0028】上記50MHzのシステムクロック(SY
SCK)は、位相比較器22にも供給される。この位相
比較器22には、ディレイセル群20からの出力fvco
(=200MHz)が、分周器23、24を経て供給さ
れる。そして、位相比較器22の出力は、チャージポン
プ25を介してローパスフィルタ26に供給される。こ
の場合、電圧制御発振器18内のレベル変換器19に
は、ローパスフィルタ13と26の出力が供給される。
【0029】上述したように、自動補償回路10の基準
クロックRefCKが25MHz、同ディレイセル群15の
ステージ数は40段、電圧制御発振器18のデイレイセ
ル群20のステージ数は5段で構成されている。したが
って、上記(2)式から、電圧制御発振器18の発振周
波数fvco は、 fvco =f×M/N =25×106 ×40/5 =200MHz となる。
【0030】位相同期ループ(PLL)回路のシステム
クロック(SYSCK)は50MHzであから、このP
LL回路は、50×4MHzの4逓倍PLL回路となっ
ていることがわかる。
【0031】例えば、自動補償回路10のディレイセル
群15のステージ数Mを40段に固定し、電圧制御発振
器18のデイレイセル群20のステージ数Nを3、5、
7に設定した場合、それぞれの電圧制御発振器18の発
振周波数fvco は、 N=3の場合、fvco =333MHz N=5の場合、fvco =200MHz N=7の場合、fvco =143MHz となる。
【0032】また、電圧制御発振器18のデイレイセル
群20のステージ数Nを5段に固定して自動補償回路1
0のディレイセル群15のステージ数Mを39、40、
41に設定すると、上記発振周波数fvco は、 M=39の場合、fvco =195MHz M=40の場合、fvco =200MHz M=41の場合、fvco =205MHz となる。
【0033】このように、上記(2)式に於ける分母側
の変数だけでなく分子側の変数をも変更することができ
るので、広範囲に渡って細かく発振周波数を可変するこ
とができる。また、電圧制御発振器の段数と自動補償回
路の段数との比を整数倍することによって、簡単に細か
くn逓倍のPLL回路を設定することができる。
【0034】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、広範囲
に渡って、細かく発振周波数を可変することができると
共に、電圧制御発振器を高利得にする必要がなくなるた
め、ノイズを除去して安定性の高い位相同期ループ回路
の発振回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示す位相同期ル
ープ(PLL)回路の構成を示した図である。
【図2】図1の位相比較器11に入力される基準クロッ
クとディレイセル群15からの反転信号の波形を示した
図である。
【図3】この発明の第2の実施の形態に従った位相同期
ループ回路の構成を示した図である。
【図4】従来の一般的なリングオシレータ方式のPLL
回路を示したブロック構成図である。
【図5】図4のPLL回路に於ける電圧制御発振器4の
VCO特性図である。
【図6】従来の自動補償回路を備えたリングオシレータ
方式のPLL回路を示したブロック構成図である。
【図7】図6のPLL回路のVCO特性図である。
【図8】調整周波数ではカバーできない周波数帯域が生
じた例を示すVCO特性図である。
【符号の説明】
1、11、22…位相比較器(PHC)、2、12、2
5…チャージポンプ(CHP)、3、13、26…ロー
パスフィルタ(LPF)、4、18…電圧制御発振器
(VCO)、5、10…自動補償回路(ACC)、1
4、19…レベル変換器(LT)、15、20…ディレ
イセル群、16…インバ―タ、21、23、24…分周
器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1段の第1の遅延素子を有す
    るもので、基準電圧及び基準クロックに基いてオフセッ
    ト電圧を出力する自動補償回路と、少なくとも1段の第
    2の遅延素子を有して該第2の遅延素子の段数を設定変
    更可能なもので、上記自動補償回路から出力された上記
    オフセット電圧と制御電圧に基いて発振周波数を制御す
    る電圧制御発振器とを備えるリングオシレータ方式の位
    相同期ループ回路に於いて、 上記自動補償回路は、上記第1の遅延素子の段数を設定
    変更可能であることを特徴とする位相同期ループ回路の
    発振回路。
  2. 【請求項2】 上記電圧制御発振器は、所望の発振周波
    数を上記制御電圧の最適値にて設定可能なことを特徴と
    する請求項1に記載の位相同期ループ回路の発振回路。
JP7305961A 1995-11-24 1995-11-24 位相同期ループ回路の発振回路 Withdrawn JPH09148923A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100483825B1 (ko) * 2002-11-19 2005-04-20 주식회사 버카나와이어리스코리아 어레이 지연-로킹 루프를 이용한 고해상도 다 위상 클럭발생기 회로

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100483825B1 (ko) * 2002-11-19 2005-04-20 주식회사 버카나와이어리스코리아 어레이 지연-로킹 루프를 이용한 고해상도 다 위상 클럭발생기 회로

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Legal Events

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Effective date: 20030204