JPH1022823A - Pll回路 - Google Patents

Pll回路

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JPH1022823A
JPH1022823A JP8170982A JP17098296A JPH1022823A JP H1022823 A JPH1022823 A JP H1022823A JP 8170982 A JP8170982 A JP 8170982A JP 17098296 A JP17098296 A JP 17098296A JP H1022823 A JPH1022823 A JP H1022823A
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Masahiro Segami
雅博 瀬上
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】位相比較器の不連続点および不感帯を無くし、
出力のジッタ特性が改善されたPLL回路を提供する。 【解決手段】電圧制御型のディレイ素子を複数個直列接
続してなり、基準クロックを遅延する可変ディレイライ
ンと、各ディレイ素子の入力端の信号から位相差を検出
し、位相進みおよび位相遅れに対応するパルス幅信号を
出力する位相比較回路と、位相進みおよび位相遅れに対
応するパルス幅信号に基づいてキャパシタを充放電する
チャージポンプと、各ディレイ素子の入力端の信号の位
相差の信号をもとに基準クロックの周波数を逓倍したク
ロックを得る周波数逓倍回路を備え、各ディレイ素子に
前記キャパシタの電圧を与えて前記可変ディレイライン
の全体の位相差が基準クロックの1周期になるようにフ
ィードバック制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路(IC)
内部でクロックを逓倍するために用いるフェイズ・ロッ
クト・ループ回路(以下PLL回路と略す)に関し、特
に出力のジッタ特性の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】IC内部で入力クロックを逓倍してジッ
タの極めて小さい内部クロックを得るためには、PLL
回路を内蔵することが一般的である。従来のPLL回路
は電圧制御発振器(VCO)を用いる方式とディレイラ
インを用いる方式に大別できる。
【0003】図4はVCOを用いる方式の構成例であ
る。基準クロック(周波数f1)と分周された出力クロ
ック(周波数f2)とを位相比較器1で位相比較し、そ
の出力をチャージポンプ回路(ループフィルタと呼ぶこ
ともある)2を介してVCO3に与える。VCO3はチ
ャージポンプ回路2の出力電圧に応じた周波数(Mf2
とする)のクロックを発生する。分周器4はこのクロッ
ク出力を1/Mに分周して位相比較器1に入力する。
【0004】このような構成においては、位相比較器1
の出力が零となるようにフィードバック制御され、VC
O3のクロック出力は基準クロックの周波数f1をM倍
に逓倍したMf1の周波数に制御される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
PLL回路は、入力周波数範囲が広いとか、分周比を変
えることにより出力周波数を簡単に変えられる点が特徴
として挙げられるが、遅れ要素がチャージポンプ回路2
と位相比較動作にあり、ループ特性が2次系となり、応
答が複雑でジッタも大きくなるという問題がある。
【0006】これに対し、図5に示すディレイラインを
用いる方式は、ループ特性が1次系になるため応答も単
純で、本質的にはジッタも小さくできるはずであり、ジ
ッタ特性の改善には好適な方式と言える。
【0007】以下図5に示すPLL回路について簡単に
説明する。ディレイランイ5は複数のディレイ素子を直
列接続したもので、基準クロックを遅延する。各素子の
遅延量はチャージポンプ回路2の出力電圧により制御さ
れる。位相比較器1は基準クロックとディレイライン5
の出力(基準クロックが遅れて出力されるだけである)
との位相比較を行う。位相比較の出力は図4と同様チャ
ージポンプ回路2に入力される。
【0008】周波数逓倍回路6は、ディレイライン5の
出力を適宜に組み合わせ、基準クロックの周波数のN倍
の周波数のクロックパルスを得ることができる。
【0009】このPLL回路では次のような特徴があ
る。 位相比較器1に入力される基準クロックとディレイラ
イン5の出力である内部クロックの周波数は同じであ
り、位相比較はクロックパルス1個ごとに行われるた
め、遅れ要素にならない。 ループ特性はチャージポンプ回路2のみに遅れを持つ
一次系である。
【0010】しかしながら、このようなディレイライン
を用いた方式のPLL回路では位相比較の方法に問題が
ある。すなわち、ロック点近傍で位相比較出力が不連続
であるため、低ジッタのクロックを得るには不適当であ
る。
【0011】本発明の目的は、このような点に鑑み、位
相比較器の不連続点および不感帯を無くし、出力のジッ
タ特性が改善されたPLL回路を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、外部電圧により遅延量が制御され
る電圧制御型のディレイ素子を複数個直列接続してな
り、基準クロックを遅延する可変ディレイラインと、前
記各ディレイ素子の入力端の信号から位相差を検出し、
位相進みおよび位相遅れに対応するパルス幅信号を出力
する位相比較回路と、前記位相進みおよび位相遅れに対
応するパルス幅信号に基づいてキャパシタを充放電する
チャージポンプと、前記各ディレイ素子の入力端の信号
の位相差の信号をもとに前記基準クロックの周波数を逓
倍したクロックを得る周波数逓倍回路を備え、前記各デ
ィレイ素子に前記キャパシタの電圧を与えて前記可変デ
ィレイラインの全体の位相差が基準クロックの1周期に
なるようにフィードバック制御する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明に係るPLL回路の一実施例を
示す構成図である。図において、10はタップ付き電圧
制御型ディレイライン、20は位相比較回路、30はチ
ャージポンプ回路、40は周波数逓倍回路である。
【0014】タップ付き電圧制御型のディレイライン
(以下単にディレイラインという)10は、複数の電圧
制御型のディレイ素子D0,D1,...,D9を直列接
続したものである。
【0015】位相比較回路20はディレイライン10の
タップ間の信号から位相差を検出し、位相進みと位相遅
れを出力するもので、ディレイ素子のタップ間の位相を
検出するゲートB1〜B8と、そのうちのゲートB2,
B4,B6,B8の出力から進みを検出するゲートB9
からなる進み検出回路20aと、ゲートB1,B5,B
7の出力に基づき遅れを検出するための、ゲートC1,
C2,C3,C4からなる遅れ検出回路20bより構成
されている。
【0016】ゲートB1は、ディレイライン10の初段
のディレイ素子D0の入力端の信号(タップA0の信
号)と、3番目のディレイ素子D2の入力端の信号(タ
ップA2の信号)の反転信号との論理積(AND)をと
る。2番目のゲートB2は、ディレイ素子D1の入力端
の信号と、4番目のディレイ素子D3の入力端の信号の
反転信号とのANDをとる。3番目のゲートB3は、デ
ィレイ素子D2の入力端の信号と、ディレイ素子D4の
入力端の信号の反転信号とのANDをとる。
【0017】以降同様な関係で、4番目のゲートB4は
ディレイ素子D3とD5、5番目のゲートB5はディレ
イ素子D4とD6、6番目のゲートB6はディレイ素子
D5とD7の各入力端の信号を受ける。
【0018】7番目のゲートB7と8番目のゲートB8
は上記の関係と異なる。すなわち、7番目のゲートB7
は、ディレイ素子D6の入力端の信号と、ディレイ素子
D9の入力端の信号の反転信号とのANDをとる。8番
目のゲートB8は、ディレイ素子D7の入力端の信号
と、ディレイ素子D8の入力端の信号の反転信号とのA
NDをとる。
【0019】ゲートB9は、ゲートB2,B4,B6,
B8の出力の反転信号のANDをとるもので、ディレイ
ライン10のタップA0からタップA8のまでの位相差
がクロック1周期になっている場合、所定のパルス幅の
出力が得られるようになっている。そして、ディレイラ
イン10の遅延値が小さい場合はこのパルス幅が大きく
なり、逆に遅延値が大きい場合はパルス幅が小さくな
る。
【0020】遅れ検出回路20bにおいて、ANDゲー
トC1はゲートB1の出力(B11)とゲートB5の出
力(B15)のANDをとり、ANDゲートC2はゲー
トB1の出力(B11)とゲートB7の出力(B17)
のANDをとり、ANDゲートC3はゲートB3の出力
(B13)とゲートB7の出力(B17)のANDをと
る。ORゲートC4はゲートC1,C2,C3の出力の
ORをとる。
【0021】ORゲートC4の出力もディレイライン1
0での位相差が丁度クロック1周期分である場合に所定
のパルス幅となっていて、ゲートB9の出力とは逆の関
係でパルス幅が変化する。すなわち、ディレイライン1
0の遅延値が小さい場合はこのパルス幅が小さくなり、
逆に遅延値が大きい場合はパルス幅が小さくなる。
【0022】チャージポンプ回路30は、電流源31,
33とスイッチ32,34とキャパシタ35を備える。
スイッチ32は位相比較回路20の進み検出回路20a
の出力信号がHIGHレベルになっている期間だけオン
になり、電流源31をキャパシタ35側に接続する。他
方スイッチ34は位相比較回路20の遅れ検出回路20
bの出力信号がHIGHレベルになっている期間だけオ
ンとなり、電流源33をキャパシタ35側に接続する。
【0023】電流源31の電流はキャパシタ35の放電
電流として、他方電流源33の電流はキャパシタ35の
充電電流として作用する。キャパシタ35の電圧はディ
レイライン10の各ディレイ素子A0〜A9の遅延時間
制御用の電圧として利用される。周波数逓倍回路40
は、ゲートB1とゲートB5の出力のORをとるもの
で、この場合は入力クロックの2倍の周波数の信号が出
力として得られる。
【0024】このような構成における動作を図2のタイ
ミングチャートを参照して次に説明する。入力クロック
(図2における入力A0に相当する)をディレイライン
10の第1のディレイ素子D0に加える。各ディレイ素
子はチャージポンプ回路30のキャパシタ35の出力電
圧で遅延量が決まり、ディレイライン10の各タップA
1〜A9の出力波形は図2の(2)〜(10)のようになる。
なお、図2ではタップA0からタップA8までの位相差
が丁度クロックの1周期である場合の波形を示す。
【0025】ゲートB2,B4,B6,B8の出力(B
12〜B18)は図2の(11)〜(14)に示すような波形で
あり、この出力信号を入力とする進み検出回路20aの
出力信号は図2の(22)に示すような波形となる。この場
合、この信号は入力クロックの立ち上がり時点から1周
期の1/8の時間幅だけHIGHレベルとなる。
【0026】他方、ゲートB1,B3,B5,B7の各
出力(B11〜B17)は図2の(15)〜(18)に示すよう
な波形であり、これらの出力を基にしたゲートC1,C
2,C3の各出力は図2の(19)〜(21)に示すような波形
となる。遅れ検出回路20bの出力信号は同図(23)に示
すような波形となる。この場合、この信号は進み検出回
路20aの出力波形と同様に入力クロックの立ち上がり
時点から1周期の1/8の時間幅だけHIGHレベルと
なる。
【0027】ここで、ディレイライン10の遅延値がず
れている場合の位相比較回路出力について考察する。遅
延値が小さい場合は、進み検出回路20aの出力のパル
ス幅が大きくなり、相対的に遅れ検出回路20bの出力
のパルス幅は小さくなる。逆に遅延値が大きい場合は、
進み検出回路20aの出力のパルス幅が小さくなり、遅
れ検出回路20bの出力のパルス幅は大きくなる。
【0028】いま、(遅れ検出回路20bのパルス幅−
進み検出回路20aのパルス幅)を実効位相比較出力と
すると、タップA0からA8までの位相遅延量と実効位
相比較出力との関係は図3に示すようになる。両者の関
係は全領域に渡って連続であり、しかもロック点近傍で
線形であり、低ジッタのクロックを容易に得ることがで
きる。
【0029】なお、ここで実効位相比較出力について詳
しく説明する。 φB19:進み検出回路20aの出力のパルス幅 φB20:遅れ検出回路20bの出力のパルス幅 φA0-8:タップA0〜A8までの位相遅延量 とすると、図2のタイムチャートより、 φB19=360゜−(7/8)φA0-8 φB20=(9/8)φA0-8−360゜ また、 0゜≦φB19≦360゜ 0゜≦φB20≦360゜ でなくてはならない。そこで、φA0-8は以下の領域で定
義される。
【0030】 φB19 : 0゜≦360゜−(7/8)φA0-8≦360゜ 変形すると、 360゜×(8/7)≧φA0-8≧0゜ 四捨五入すると、 0゜≦φA0-8≦411゜
【0031】 φB20 : 0゜≦(9/8)φA0-8−360゜≦360゜ 変形すると、 360゜×(8/9)≦φA0-8≦720゜×(8/9) すなわち、 320゜≦φA0-8≦640゜
【0032】したがって実効位相比較出力φeff(=φ
B20−φB19)は、 0゜≦φA0-8≦320゜のとき φeff=(7/8)φA0-8−360゜ 320゜≦φA0-8≦411゜のとき φeff=2φA0-8−720゜ 411゜≦φA0-8≦640゜ φeff=(9/8)φA0-8−360゜ となり、これを図示すれば図3のようになる。
【0033】なお、以上の説明は、説明および例示を目
的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。した
がって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変
形をなし得ることは当業者に明らかである。
【0034】例えば、周波数逓倍回路40は実施例では
1個のオアゲートにより2倍の逓倍クロックを得る場合
を示したが、これに限らず、適宜のロジック回路を用い
てゲートB1〜B8の出力を適宜に組み合わせてこれ以
外の逓倍出力を得ることもできる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
ような効果がある。 位相比較回路の特性がロック点近傍で連続でしかも線
形であるので、ロック点において理想的な線形フィード
バックがかかり、ジッタの極めて小さい出力クロックを
得ることができる。 位相比較回路はタップA0からA8までの位相差が0
゜〜640゜の広い区間で単調性を持つため、ノイズの
混入などによりロック点からはずれた状態からの回復も
容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るPLL回路の一実施例を示す構成
【図2】タイミングチャート
【図3】位相比較特性図
【図4】従来のPLL回路の一例を示す構成図
【図5】従来のPLL回路の他の一例を示す構成図であ
る。
【符号の説明】
10 タップ付き可変ディレイライン 20 位相比較回路 20a 進み検出回路 20b 遅れ検出回路 30 チャージポンプ回路 40 周波数逓倍回路 B1〜B9 ゲート C1〜C4 ゲート D0〜D9 ディレイ素子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部電圧により遅延量が制御される電圧制
    御型のディレイ素子を複数個直列接続してなり、基準ク
    ロックを遅延する可変ディレイラインと、 前記各ディレイ素子の入力端の信号から位相差を検出
    し、位相進みおよび位相遅れに対応するパルス幅信号を
    出力する位相比較回路と、 前記位相進みおよび位相遅れに対応するパルス幅信号に
    基づいてキャパシタを充放電するチャージポンプと、 前記各ディレイ素子の入力端の信号の位相差の信号をも
    とに前記基準クロックの周波数を逓倍したクロックを得
    る周波数逓倍回路を備え、 前記各ディレイ素子に前記キャパシタの電圧を与えて前
    記可変ディレイラインの全体の位相差が基準クロックの
    1周期になるようにフィードバック制御するようにした
    PLL回路
  2. 【請求項2】前記位相比較回路は、位相差のない場合に
    は位相進みおよび位相遅れに対応するパルス幅が所定の
    パルス幅であり、位相差が生じた場合にはそのパルス幅
    が変化するように構成されたことを特徴とする請求項1
    記載のPLL回路。
  3. 【請求項3】前記可変ディレイラインは少なくとも9個
    のディレイ素子からなることを特徴とする請求項1記載
    のPLL回路。
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