JPH10233683A - Ｐｌｌ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロックアップの高速化と、低消費電流化との
両方を実現することができるＰＬＬ回路を提供する。 【解決手段】 ロック検出器５は、位相比較器３からの
ロック状態か否かを示す信号に応じて、基準信号Ｓ１
と、ＶＣＯ７から出力されて、可変分周器４により分周
された出力信号Ｓ２とが、予め決められた一定の位相関
係にあるか否か（ロックしているか否か）を検出する。
ロック検出器５は、検出結果に応じて、定電流回路６１
の電流値を切り換える制御信号を形成して、これを定電
流回路６１に供給する。定電流回路６１は、ロック検出
器５から制御信号に基づいて、ロック状態にあるときに
は、能動ループフィルタ６の駆動電流の電流値を小さく
し、非ロック状態であるときには、能動ループフィルタ
６の駆動電流の電流値を大きくする。

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、例えば、携帯電
話端末のＰＬＬシンセサイザ回路に用いられるＰＬＬ
（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、携帯電話機の通信モジュール
は、図３に示すように、送信回路１１と、受信回路１２
と、アンテナ共用回路１３と、ＰＬＬシンセサイザ回路
２０とを備えている。アンテナ共用回路１３は、例え
ば、携帯電話機から送信する信号が、受信した信号に対
して干渉することを防止して、制御部１０により動作状
態とされる送信回路１１または受信回路１２とによりア
ンテナ１４を共用して用いることができるようにする。

【０００３】ＰＬＬシンセサイザー回路２０は、送信回
路１１には、送信信号を複数の送信スロットのそれぞれ
に対応した周波数の高周波無線信号に変換するための周
波数信号を、受信回路１２には、複数の受信スロットの
それぞれで受信した周波数の高周波無線信号から受信信
号に変換するための周波数信号を、それぞれ、スロット
の切り換えに合わせて高速に切り換える回路である。

【０００４】ＰＬＬシンセサイザ回路２０は、例えば、
図４に示すように、位相比較器２１、ローパスフィルタ
（ＬＰＦ）２２、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２３、可変
分周器２４からなる。そして、ＶＣＯ２３から出力され
た信号は、可変分周器２４に供給されて、ここで制御部
１０からのプリセット値に応じて分周される。

【０００５】この分周された信号Ｓ１２と、基準発振器
から出力された基準信号Ｓ１１とが、位相比較器２１に
おいて位相比較される。そして、その位相差に相当する
制御電圧がＬＰＦ２２を通じてＶＣＯ２３に印加され
て、このＶＣＯ２３の出力周波数信号の周波数が制御さ
れる。

【０００６】これにより、ＶＣＯ２３から出力されて、
可変分周器２４により分周された信号Ｓ１２と、基準信
号Ｓ１１とが、一定の位相関係を有するように制御され
る。このように、基準信号Ｓ１１と、信号Ｓ１２とが、
一定の位相関係になることをロックといい、この一定の
位相関係が保たれている状態をロック状態という。

【０００７】そして、携帯電話機の場合、送受する信号
は高周波無線信号であり、周波数変化が大きい場合もあ
るため、ＰＬＬシンセサイザ回路２０において、ＶＣＯ
２３に印加する制御電圧は、トランジスタやＦＥＴ（電
界効果トランジスタ）などの能動素子が用いられて形成
され、高速な動作が可能な能動ループフィルタ（アクテ
ィブループフィルタ）により得るようにされている。

【０００８】図５、図６は、この種のＰＬＬシンセサイ
ザ回路に用いられるＰＬＬ回路の能動ループフィルタの
一例を示すものである。図５は、いいわゆる定電流ドラ
イブの能動ループフィルタを示し、図６は、いわゆる抵
抗ドライブの能動ループフィルタを示している。

【０００９】図５、図６に示すように、この場合の能動
ループフィルタは、位相比較器２１からの出力信号が、
トランジスタ２２２のベース端子に入力信号として供給
される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータなどから電源電
圧の供給を受けて、定電流回路２１、あるいは、プルア
ップ抵抗２６により、この能動ループフィルタの駆動電
流を形成して駆動し、位相差に応じた制御電圧をＶＣＯ
２３に対して印加することができるようにされている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、ＰＬ
Ｌ回路のロックアップ時間は、能動ループフィルタの持
つ定数により決定される。しかし、ＰＬＬ回路におい
て、周波数変化が大きい場合、ＶＣＯへ印加する制御電
圧も大きく変化するため、能動ループフィルタを構成す
る能動アンプ（アクティブアンプ）の出力のドライブ能
力がロックアップ時間を決定するようになる。すなわ
ち、能動ループフィルタが、ＶＣＯに対してどれだけ早
く目的とするレベルの制御電圧を印加することができる
かによって、ＰＬＬ回路のロックアップ時間が決まる。

【００１１】通常、能動アンプには、トランジスタある
いはＦＥＴを用いている。前述の図５、図６に示した能
動ループフィルタの場合にはトランジスタが用いられて
いる。このため、ＶＣＯに印加する制御電圧を降下させ
る場合、トランジスタのコレクタあるいはＦＥＴを用い
た場合にはＦＥＴのドレインにより電流を引き込むた
め、ＶＣＯに印加する制御電圧を早く降下させることが
できる。

【００１２】これに対し、ＶＣＯに印加する制御電圧を
低い制御電圧から高い制御電圧に高速に上昇させる場合
には、能動ループフィルタから出力される、いわゆる、
吐き出し電流を大きくしなければならない。吐き出し電
流は、図５、図６に示した能動ループフィルタの場合に
は、定電流回路２２１の電流値、あるいは、プルアップ
抵抗２２６の抵抗値に依存する。

【００１３】例えば、図５、図６に示した能動ループフ
ィルタにおいて、図７の点線で示すように、目的とする
レベルの制御電圧を得るために、ある程度の時間がかか
っていた場合に、図７において実線が示すように、制御
電圧を高速に上昇させて、ＶＣＯに印加する目的とする
レベルの制御電圧を迅速に得ようとすれば、定電流回路
２２１の電流値を大きくして、あるいは、プルアップ抵
抗２２６の抵抗値を小さくして、能動ループフィルタの
駆動電流を大きくする必要が生じる。

【００１４】しかし、このように、駆動電流を大きくし
た場合には、能動ループフィルタの消費電流が増大して
しまう。携帯電話機などの場合には、電源として予め決
められた電池やバッテリを用いるため、能動ループフィ
ルタの消費電流が増大することにより電池やバッテリの
寿命が短くなるなどして好ましくない。

【００１５】また、例えば、携帯電話機などにおいて
は、上述のように、電源は予め決められた電池やバッテ
リを用いるようにされているために、電源電圧が限定さ
れる。このため、能動ループフィルタの電源電圧を昇圧
回路で作り出すことが多い。

【００１６】このような場合に、能動ループフィルタに
供給する電源電圧を高くして、能動ループフィルタの駆
動電流を大きくしようとすると、例えば、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータなどの能動ループフィルタに供給する電源電圧
を昇圧する回路においての消費電流量は昇圧比倍される
ため、電池やバッテリにかかる負担は大きくなる。

【００１７】このように、能動ループフィルタの駆動電
流を大きくした場合には、ロックアップ時間を短縮する
ことはできるが、消費電流が増大してしまうため好まし
くない。また、消費電流を押さえれば、ロックアップの
高速化を図ることができない。

【００１８】以上のことにかんがみ、この発明は、ロッ
クアップの高速化と、低消費電流化との両方を両立して
実現することができるＰＬＬ回路を提供することを目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明によるＰＬＬ回路は、印加される制御電圧
に応じた周波数の信号を発生する電圧制御発振器と、前
記電圧制御発振器の出力信号を所定周波数に分周する分
周器と、前記分周器の出力信号と基準信号とを比較し、
その位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、前記
位相比較器の前記位相差に応じた信号に基づいて、前記
電圧制御発振器に供給する前記制御電圧を生成するため
のフィルタと、前記位相差が所定範囲内にあるロック状
態であるか否かを検出するロック検出手段とを備え、前
記フィルタは、能動ループフィルタで構成するととも
に、前記ロック検出手段での検出結果に基づいて、前記
ロック状態のときと、非ロック状態のときとで前記能動
ループフィルタの駆動電流を切り換えることを特徴とす
る。

【００２０】請求項１に記載のＰＬＬ回路によれば、ロ
ック検出手段により、分周器からの出力信号と基準信号
との位相差が所定の範囲内にあり、分周器からの出力信
号と基準信号とが予め決められた一定の位相関係になっ
ているか否か、すなわち、ロック状態となっているか否
かが検出される。

【００２１】このロック検出手段の検出結果に基づい
て、分周器からの出力信号と基準信号とが予め決められ
た一定の位相関係になっていない状態（非ロック状態）
のときには、能動ループフィルタで構成されたフィルタ
の駆動電流の電流値が大きくされる。このため、高速に
電圧制御発振器に印加する制御電圧を形成することが可
能となり、電圧制御発振器から出力されて分周器で分周
された出力信号を、この出力信号と基準信号との位相差
が所定の範囲内となるように迅速に引き込むことができ
る。すなわちロックアップの高速化を図ることができ
る。

【００２２】また、分周器からの出力信号と基準信号と
が一定の位相関係になっている状態（ロック状態）のと
きには、非ロック状態の場合よりも、能動ループフィル
タで構成された前記フィルタの駆動電流の電流値が小さ
くされる。このため、このフィルタの低消費電流化を図
ることができる。

【００２３】このように、分周器から出力された出力信
号が基準信号にロックしているか否かに応じて、能動ル
ープフィルタの駆動電流を制御することによって、ロッ
クアップの高速化と、フィルタの低消費電流化とを実現
する。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は、この発明によるＰＬＬ回
路の一実施の形態を説明するための図である。この実施
の形態のＰＬＬ回路は、前述の図３に示した携帯電話器
のＰＬＬシンセサイザ回路に用いられるものである。

【００２５】図１に示すように、この実施の形態のＰＬ
Ｌ回路は、水晶振動子８からの信号の供給を受けて、基
準信号Ｓ１を形成する基準発振器１と、分周器（レファ
レンスディバイダ）２と、位相比較器３と、前述の制御
部１０から分周比が与えられる可変分周器（プログラマ
ブルディバイダ）４と、ロック検出器５と、能動ループ
フィルタ６と、ＶＣＯ７とを備えている。

【００２６】この実施の形態において、能動ループフィ
ルタ６は、アクティブアンプの構成とされ、図５を用い
て前述した能動ループフィルタと同様に、トランジスタ
２２２のコレクタ端子とベース端子との間にコンデンサ
２２３、抵抗２２４が接続され、位相比較器３とトラン
ジスタ２２２のベース端子との間に抵抗２２５が接続さ
れている。そして、トランジスタ２２２のコレクタ側
に、この能動ループフィルタ６のドライブ用の定電流回
路６１が設けられている。

【００２７】この実施の形態の定電流回路６１は、ＰＬ
Ｌ回路を高速にロックさせるようにすることが可能な比
較的大きい電流値と、低消費電流化が可能な比較的小さ
い電流値の２通りに切り換え可能に構成されている。こ
の電流値の切り換えは、後述するように、ロック検出器
５からの出力によって行われる。

【００２８】ロック検出器５は、後述にもするように、
位相比較器３から出力される、可変分周器４において分
周されて出力された出力信号Ｓ２と、基準信号Ｓ１との
位相差が所定範囲内にあり、予め決められた一定の位相
関係を有しているか否か（ロックしているか否か）を示
す信号に基づいて、前述したように、定電流回路６１が
形成する能動ループフィルタ６の２種類の駆動電流を切
り換える制御信号を形成し、これを定電流回路６１に供
給するものである。

【００２９】そして、この実施の形態のＰＬＬ回路は、
以下のように動作する。基準発振器１により発振され
て、分周器２により分周された基準信号Ｓ１が、位相比
較器３に供給される。

【００３０】一方、ＶＣＯ７から出力された出力信号
が、可変分周器４に供給される。可変分周器４は、制御
部１０から与えられる分周比に応じて、ＶＣＯ７からの
出力信号を分周し、これを出力信号Ｓ２として位相比較
器３に供給する。

【００３１】位相比較器３は、基準信号Ｓ１と、出力信
号Ｓ２との位相差に応じた信号を形成する。この位相差
に応じた信号は、能動ループフィルタ６の抵抗２２５を
介して、トランジスタ２２２のベース端子に供給され
る。

【００３２】そして、この実施の形態において、位相比
較器３は、前述したように位相差に応じた信号を能動ル
ープフィルタ６に供給するため、例えば、複数のスイッ
チ回路と、コンデンサとからなる、いわゆるチャージポ
ンプ回路を備えている。

【００３３】そして、位相比較器３は、基準信号Ｓ１
と、出力信号Ｓ２とが、予め決められた一定の位相関係
になく、この予め決められた位相関係を基準として、出
力信号Ｓ２の位相が、基準信号Ｓ１の位相よりも進んで
いる進相の場合と、出力信号Ｓ２の位相が基準信号Ｓ１
の位相よりも遅れている遅相の場合とで、チャージポン
プ回路のスイッチを切り換えて、チャージポンプ回路の
充放電を制御することにより、基準信号Ｓ１と出力信号
Ｓ２との位相差に応じた信号を出力する。

【００３４】また、位相比較器３は、基準信号Ｓ１と、
出力信号Ｓ２とが予め決められた一定の位相関係にある
ときには、チャージポンプ回路のスイッチの、例えば、
すべてオフにすることにより、能動ループフィルタ６に
供給する位相差に応じた信号が、大きく変化することが
ないようにする。

【００３５】そこで、この実施の形態の位相比較器３
は、このようなチャージポンプ回路のスイッチの状態に
応じて、基準信号Ｓ１と、出力信号Ｓ２とが予め決めら
れた位相関係にあるロック状態と、予め決められた位相
関係にない非ロック状態とで、レベルがハイレベルとロ
ーレベルに変化するようにされた、ロック状態か否かを
示す信号Ｓ３を出力する。このロック状態と非ロック状
態とでレベルが異なるようにされる信号Ｓ３がロック検
出器５に供給される。

【００３６】ロック検出器５は、位相比較器３からのロ
ック状態か否かを示す信号Ｓ３を監視することにより、
基準信号Ｓ１と出力信号Ｓ２とがロック状態にあるか、
非ロック状態にあるかを検出する。

【００３７】そして、ロック検出器５は、基準信号Ｓ１
と出力信号Ｓ２とが非ロック状態にあることを検出した
ときには、定電流回路６１に対して、ＰＬＬ回路を高速
にロックさせるようにすることが可能な比較的大きい電
流値とする制御信号Ｓ４を供給する。また、基準信号Ｓ
１と出力信号Ｓ２とがロック状態にあることを検出した
ときには、定電流回路６１に対して、ＰＬＬ回路の低消
費電流化が可能な比較的小さい電流値とする制御信号Ｓ
４を供給する。

【００３８】定電流回路３２は、ロック検出器６１から
の制御信号Ｓ４に基づいて、駆動電流の電流値を切り換
える。したがって、定電流回路６１は、基準信号Ｓ１と
出力信号Ｓ２とが非ロック状態にある出力信号Ｓ２の周
波数遷移時には、駆動電流の電流値を大きくするように
切り換えられる。また、定電流回路６１は、基準信号Ｓ
１と出力信号Ｓ２とがロック状態にある定常時には、Ｖ
ＣＯ７に印加する制御電圧を高速に上昇させる必要はな
いため、駆動電流の電流値を小さくするように切り換え
られる。

【００３９】そして、能動ループフィルタ６の駆動電流
が大きな電流値とされたときには、能動ループフィルタ
６は、ＶＣＯ７を駆動させるドライブ能力が向上し、高
速に、基準信号Ｓ１と、出力信号Ｓ２とが予め決められ
た位相関係となるようにすることができる。すなわち、
ＰＬＬ回路を高速にロックするように動作させることが
できる。

【００４０】また、能動ループフィルタ６の駆動電流が
小さな電流値とされたときには、能動ループフィルタ６
の駆動電流が抑制される。

【００４１】このように、非ロック状態のときには、能
動ループフィルタ６の駆動電流の電流値を大きくするこ
とによって、基準信号Ｓ１と出力信号Ｓ２とを予め決め
られた位相関係になるように高速に合わせ込むようにす
る高速モードとし、ロック状態のときには、能動ループ
フィルタ６の駆動電圧の電流値を小さくした低速モード
とすることにより、この実施の形態のＰＬＬ回路は、ロ
ックアップの高速化（高速動作）と低消費電流化との両
方を実現することができる。

【００４２】なお、定電流回路６１は、例えば、ロック
状態のときに電流値の小さな駆動電流を提供する定電流
回路と、非ロック状態のときに電流値の大きな駆動電流
を提供する定電流回路との２つの定電流回路を用い、こ
れら２つの定電流回路をロック検出器５のロック／非ロ
ックの検出結果に応じて切り換えて使用するなど、様々
な構成とすることができる。すなわち、定電流回路６
は、ロック検出器５の検出結果に応じて、前述したよう
に、能動ループフィルタ６の駆動電流の電流値を切り換
えることができるものであればよい。

【００４３】また、前述の実施の形態において、ロック
検出器５は、位相比較器３が有するチャージポンプ回路
のスイッチの状態に応じて、ロック状態か非ロック状態
かを検出するものとして説明したが、これに限るもので
はない。例えば、位相比較器３から能動ループフィルタ
６に供給される位相差に応じた信号に応じて、ロック状
態か否かを検出するようにしてもよい。

【００４４】また、前述の実施の形態においては、定電
流回路６１の電流値を切り換えることにより、能動ルー
プフィルタ６の駆動電流の電流値を切り換えるようにす
る、いわゆる定電流ドライブの能動ループフィルタの場
合として説明したが、これに限るものではなく、いわゆ
る抵抗ドライブの能動ループフィルタにもこの発明を適
用することができる。

【００４５】図２は、図１に示したＰＬＬ回路の能動ル
ープフィルタ６の他の例を示す図であり、いわゆる抵抗
ドライブの能動ループフィルタを用いてこの発明による
ＰＬＬ回路を構成するようにしたものである。

【００４６】この場合、図２に示すように、抵抗３４を
スイッチ回路３５を介して、抵抗３３と並列に接続し、
スイッチ回路３５をロック検出器５からのロック／非ロ
ックの検出結果に応じて切り換えることにより、能動ル
ープフィルタの駆動電流の電流値を切り換えるようにさ
れている。その他の各部は、図１を用いて前述したＰＬ
Ｌ回路の対応する各部と同様に構成されて、同様に動作
するものである。

【００４７】したがって、ロック検出器５は、位相比較
器３からのロック状態か否かを示す信号Ｓ３に基づい
て、スイッチ回路３５を切り換える制御信号Ｓ４を形成
し、これをスイッチ回路３５に供給する。

【００４８】そして、基準信号Ｓ１と可変分周器４から
の出力信号Ｓ２とが、予め決められた一定の位相関係に
ない非ロック状態（周波数遷移時）においては、スイッ
チ回路３５はオンにされる。これにより、能動ループフ
ィルタ６の駆動電流の電流値が大きくされて、ＰＬＬ回
路を高速にロックするように動作させる。

【００４９】また、基準信号Ｓ１と可変分周器４からの
出力信号Ｓ２とが、予め決められた一定の位相関係にあ
るロック状態（定常時）においては、スイッチ回路３５
がオフされる。これにより、能動ループフィルタ６の駆
動電圧の電流値が小さくされて、能動ループフィルタの
消費電流が抑制される。

【００５０】このように、抵抗ドライブの能動ループフ
ィルタの場合にも、ロック検出器５の検出結果に応じ
て、ＰＬＬ回路が、非ロック状態のときには、能動ルー
プフィルタの駆動電流の電流値を大きくし、ロック時に
は、能動ループフィルタの駆動電圧の電流値を小さくす
ることにより、ロックアップの高速化と低消費電流化と
の両方を実現することができる。

【００５１】また、前述した実施の形態においては、図
１、図２に示したように、能動ループフィルタはトラン
ジスタを用いて構成するようにしたが、これに限るもの
ではない。例えば、ＦＥＴを用いて能動ループフィルタ
を構成した場合にもこの発明を適用することができる。

【００５２】また、前述の実施の形態においては、この
発明によるＰＬＬ回路を、携帯電話器のＰＬＬシンセサ
イザ回路に用いられるものとして説明したが、これに限
るものではなく、ラジオ受信機のＰＬＬシンセサイザ回
路や、その他の電子機器のＰＬＬ回路として用いること
もできる

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によるＰ
ＬＬ回路によれば、ロックアップの高速化と低消費電流
化との両方を両立して実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるＰＬＬ回路の一実施の形態を説
明するための図である。

【図２】この発明によるＰＬＬ回路で用いられる能動ル
ープフィルタの他の例を説明するための図である。

【図３】携帯電話機で用いられるＰＬＬシンセサイザ回
路などについて説明するためのブロック図である。

【図４】従来のＰＬＬ回路の一例を説明するための図で
ある。

【図５】従来の能動ループフィルタの一例を示す図であ
る。

【図６】従来の能動ループフィルタの一例を示す図であ
る。

【図７】能動ループフィルタによりＶＣＯ（電圧制御発
振器）に印加される制御電圧の変化について説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１…基準発振器、２…分周器（リファレンスディバイ
ダ）、３…位相比較器、４…可変分周器（プログラマブ
ルディバイダ）、５…ロック検出器、６…能動ループフ
ィルタ、７…ＶＣＯ（電圧制御発振器）、８…水晶振動
子、６１…定電流回路、２２２…トランジスタ、２２３
…コンデンサ、２２４、２２５…抵抗、３３、３４…抵
抗、３５…スイッチ回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印加される制御電圧に応じた周波数の信号
   を発生する電圧制御発振器と、 前記電圧制御発振器の出力信号を所定周波数に分周する
   分周器と、 前記分周器の出力信号と基準信号とを比較し、その位相
   差に応じた信号を出力する位相比較器と、 前記位相比較器の前記位相差に応じた信号に基づいて、
   前記電圧制御発振器に供給する前記制御電圧を生成する
   ためのフィルタと、 前記位相差が所定範囲内にあるロック状態であるか否か
   を検出するロック検出手段とを備え、 前記フィルタは、能動ループフィルタで構成するととも
   に、前記ロック検出手段での検出結果に基づいて、前記
   ロック状態のときと、非ロック状態のときとで前記能動
   ループフィルタの駆動電流を切り換えることを特徴とす
   るＰＬＬ回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載のＰＬＬ回路を、送信高周
   波信号の形成用の周波数信号、または、受信高周波信号
   の選択用の周波数信号を形成するためのシンセサイザ回
   路に用いてなる携帯無線機。