JP2004134828A - 反転増幅回路とそれを用いたpll回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的高い周波数領域においても利得の減少が少なく、故障検出を簡易に行えるテスト機能を具備した反転増幅回路を提供する。
【解決手段】多段に接続されたインバータ回路10−1〜10−nと、インバータ回路10−1の出力Vaをインバータ回路10−1の入力Aに帰還するフィードバック抵抗Rfと、インバータ回路10−1の出力Vaとフィードバック抵抗Rfとの間に設けたスイッチ回路13と、トライステートインバータ回路11と、インバータ回路12と、TEST_ON信号入力と、TEST_IN入力とを備え、スイッチ回路13が開の時、フィードバック抵抗Rfとスイッチ回路13の間にいるロジック回路のテスト用信号(TEST_IN信号)を出力するようにした反転増幅回路1。
【選択図】 図1
【解決手段】多段に接続されたインバータ回路10−1〜10−nと、インバータ回路10−1の出力Vaをインバータ回路10−1の入力Aに帰還するフィードバック抵抗Rfと、インバータ回路10−1の出力Vaとフィードバック抵抗Rfとの間に設けたスイッチ回路13と、トライステートインバータ回路11と、インバータ回路12と、TEST_ON信号入力と、TEST_IN入力とを備え、スイッチ回路13が開の時、フィードバック抵抗Rfとスイッチ回路13の間にいるロジック回路のテスト用信号(TEST_IN信号)を出力するようにした反転増幅回路1。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微弱な電圧振幅を持つアナログ信号を増幅し、ロジック回路で用いる信号の電圧振幅にするための増幅回路に関し、比較的高い周波数信号をロジック回路内に入力させる増幅回路、特にPLL(Phase Locked Loop)中のプリスケーラの入力部に関する。
【0002】
【従来の技術】
微弱なアナログ信号をロジック回路で用いる電圧振幅にまで増幅する回路としては、図8に示すようなインバータ回路10−1と入力キャパシタCとフィードバック抵抗Rfとを組み合わせた回路を初段とし、後段に、波形整形手段としてのインバータ回路10−2〜10−nがn−1段直列接続されているものが、従来から用いられている。(例えば、特許文献1参照)
【0003】
微弱なアナログ入力電圧Viが、入力キャパシタCにより、直流電圧成分を除去されて、インバータ回路10−1の入力に供給される。このインバータ回路10−1の出力はフィードバック抵抗Rfを介して再びインバータ回路10−1の入力に接続される。ここで、微弱なアナログ入力電圧は、増幅されるのであるが、その様子を、図9を用いて示す。
【0004】
尚、図8、図9ではインバータ回路は簡単な回路構成で実現できるCMOSタイプのインバータ回路を一例として説明している。
【0005】
CMOSインバータ回路10−1の入力にフィードバック抵抗Rfを介して出力信号にフィードバックをかけることによって、CMOSインバータ回路10−1の入出力特性と、Vin=Voutの直線との交点がこの回路のバイアス点となり、微小なアナログ入力電圧Viを増幅する。この時、アナログ入力電圧Viの有する位相は反転され、周波数は保持されたまま、振幅が増幅されてアナログ出力電圧Vaとなる。
【0006】
そして、波形整形用のCMOSインバータ回路10−2〜10−nを介することで、CMOSインバータ回路10−nの出力は、振幅がロジック回路で用いられるハイレベルVDD、ロウレベルGNDの矩形波となって、ディジタルの出力電圧Voとなる。
【0007】
【特許文献1】
特開平 4−371017号公報(図5)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の増幅回路は、PLL(Phase Locked Loop)のプリスケーラ回路への入力のように、比較的高い周波数に最適化して設計されている場合は、動作試験を行う為に、SG(シグナル・ジェネレータ)等の高周波アナログ信号発生器を用意しなければならず、試験が複雑になってしまっていた。
【0009】
例えば、比較的高い周波数に最適化された回路であれば、入力段の直流成分カット用のキャパシタCの容量値は小さい値に設定されているため、低周波のテスト用信号を入力しても信号が減衰してしまい正しく入力されない恐れがある。
【0010】
これを避けて、ロジックテストができる様にするために、キャパシタCとインバータ回路10の入力段の間のノード[図7a)のaに相当。図7a)は入力端子から信号を入力させる例]にテスト用信号を入力すると、ノードaに図示していないテスト用信号線の浮遊容量Cpが付加されるため、フィードバック抵抗Rfとインバータ入力段の先述の浮遊容量Cpの時定数の関係で、実動作時に入力信号が減衰してしまい、目的の増幅動作ができなくなってしまう。
【0011】
さらに、図10にあるようなPLL回路を集積回路チップ(IC)内に構成した場合、発振器31の出力を直接入力信号Viとするしかなく、また、プリスケーラの入力部は、外部端子を取らないため、SGによるテスト用信号入力ができず、図10の回路が正常動作しない場合、ロジック回路部分が誤っているのか、高周波回路部分が誤っているのかの切り分けが難しいこと、一般に高周波回路チップは実装状態で目標性能を出すように設計されるため、実装前のオンウエハテストでは、仮にSGによる信号入力ができたとしても、機能テストの保障ができないこと、といった問題があった。
【0012】
〔発明の目的〕
本発明は、上述した従来技術の課題の解決のためになされたものであり、増幅回路にテスト機能を付加しても比較的高い周波数領域においても利得の減少の少ない、かつ、故障検出等が、ロジックテスター等を用いることにより、簡易に行える様にすることが可能となるような増幅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】
この発明にかかる増幅回路は、上記の目的を達成させるため、直列接続されたインバータ回路10−1〜10−nと、インバータ回路10−1の入力側に設けられた直流電圧成分を除去する入力キャパシタCと、インバータ回路10−1の出力を、インバータ回路10−1の入力側にフィードバックさせるフィードバック抵抗Rfを備える反転増幅回路に、テスト動作を可能にするTEST_ON信号により、フィードバックループを切断、導通するためのスイッチ回路13と、インバータ回路12と、テスト用ロジック低周波信号を入力させるTEST_IN信号を、テストモード時にのみ入力させるためのトライステートインバータ回路11を、フィードバック抵抗Rfの後に並列接続させて構成したことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本発明の実施される回路例の一例として、PLL回路(Phase Locked Loop)における実施の例で説明する。
【0015】
PLL回路の一般的回路構成を、図2を用いて説明する。PLL回路は、発振器31と、リファレンス・ディバイダ回路32と、位相比較器33と、チャージポンプ回路34と、ローパスフィルタ回路35と、電圧制御発振器36と、反転増幅回路1と、プリスケーラ回路37と、プログラマブル・ディバイダ回路38とを有して構成される。
【0016】
発振器31の出力fsはリファレンス・ディバイダ回路32で1/Rの周波数frに分周された後、位相比較器33でプログラマブル・ディバイダ回路38からの帰還信号fpと比較され、差分Δf信号がチャージポンプ回路34、ローパスフィルタ回路35を介して電圧制御発振器36に入力され、出力周波数foutが出力される。
【0017】
電圧制御発振器36のアナログ出力周波数fvcoは、反転増幅回路1、プリスケーラ回路37、プログラマブル・ディバイダ回路38を介して帰還信号fpとして位相比較器33へ帰還される。
【0018】
このPLL回路は、基準周波数fsに対して、プログラマブル・ディバイダ回路38での設定に基づき、出力周波数foutを得る回路であり、本発明にかかる反転増幅回路1以外は既知の回路であるため、特に詳細な説明は省略し、本発明に係る部分のみ説明する。
【0019】
図中の位相比較器33、チャージポンプ回路34、ローパスフィルタ回路35、電圧制御発振器36、プリスケーラ回路37、プログラマブル・ディバイダ回路38のループにおいて、電圧制御発振器36と、プリスケーラ回路37との間の反転増幅回路部に、本発明を効果的に用いることができる。
【0020】
ローパスフィルタ回路35からの制御電圧により発振する電圧制御発振器36からは、出力周波数foutとは別にフィードバック用に微弱なアナログ信号である周波数fvco信号が出力される。
【0021】
ここで、プリスケーラ回路37は、周波数を1/P分周するディジタル回路であるため、ロジック回路で用いる矩形波の信号レベルに増幅して変換する必要がある。
【0022】
図2中の本発明にかかる反転増幅回路(増幅回路および波形整形回路部)1の具体的な構成を、図1を用いて説明する。反転増幅回路1は、CMOSインバータ回路10−1と入力キャパシタCとフィードバック抵抗Rfとを組み合わせた回路を初段とし、後段に、波形整形手段としてのCMOSインバータ回路10−2〜10−nがn−1段直列接続されて構成される。初段は、フィードバック回路として、TEST_IN信号が入力されるトライステートインバータ回路11と、TEST_ON信号が入力されるCMOSインバータ回路12と、CMOSスイッチ回路13と、フィードバック抵抗Rfを、図示のように接続して構成される。
【0023】
すなわち、トライステートインバータ回路11は、TEST_IN信号が入力され、第1の反転出力がCMOSインバータ回路12の反転出力とCMOSスイッチ回路13の第2のゲートとの接続点に接続され、第2の反転出力がCMOSスイッチ回路13の出力とフィードバック抵抗Rfとの接続点に接続される。
【0024】
CMOSインバータ回路12は、TEST_ON信号が入力され、反転出力がCMOSスイッチ回路13の第2のゲートに出力される。
【0025】
CMOSスイッチ回路13は、入力端子AがCMOSインバータ回路10−1の出力に、出力端子Bがフィードバック抵抗Rfに接続され、第1のゲートにTEST_ON信号が、第2のゲートにTEST_ON信号の反転信号が入力される。
【0026】
CMOSインバータ回路10−1,10−2,…,10−n,CMOSインバータ回路12は、例えば図3に示す構成を有している。CMOSインバータ回路10、CMOSインバータ回路12は、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタを並列に接続するとともに、PMOSトランジスタのソースを電圧供給源VDDに接続し、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのゲートを共通に接続して入力端子Aとし、PMOSトランジスタのドレインとNMOSトランジスタのドレインを共通に接続して出力端子Bとし、NMOSトランジスタのソースを接地して構成される。
【0027】
CMOSスイッチ回路13は、例えば、図4に示す構成を有しており、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタを並列に接続するとともに、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのソースを共通接続して入力端子Aとし、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインを共通接続して出力端子Bとする。CMOSスイッチ回路13は、PMOSトランジスタのゲートS*にTEST_IN信号が入力され、NMOSトランジスタのゲートSにCMOSインバータ回路12の出力であるTEST_INの反転信号が入力される。
【0028】
トライステートインバータ回路11は、図5に示すように、CMOSインバータ回路111と、CMOSインバータ回路112と、CMOSインバータ回路113と、CMOSスイッチ回路114とを、図示のように接続して構成され、第1の出力端子Sと第2の出力端子Bを有している。
【0029】
CMOSインバータ回路111のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインが共通に接続されてトライステートインバータ回路11の第1の出力Sとされ、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのゲートが共通に接続された入力は、CMOSインバータ回路112のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインを共通に接続した出力に接続される。
【0030】
CMOSインバータ回路112のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインを共通に接続して出力とされてCMOSインバータ回路111の入力とCMOSスイッチ回路114のNMOSトランジスタのゲートに接続される。また、CMOSインバータ回路112のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのゲートはCMOSスイッチ回路114のPMOSトランジスタのゲートに接続される。
【0031】
CMOSインバータ回路113は、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインが共通に接続されて出力とされてCMOSスイッチ回路114のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのソースに接続される。CMOSインバータ回路113のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのゲートは、共通に接続され、ロジックテスト信号を入力するTEST_IN信号に接続される。
【0032】
反転増幅回路1を構成するCMOSインバータ回路12、CMOSインバータ回路111、CMOSインバータ回路112、CMOSインバータ回路113のPMOSトランジスタのソースは、電圧供給源VDDに接続され、NMOSトランジスタのソースは接地される。
【0033】
CMOSスイッチ回路114は、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタを並列に接続するとともに、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのソースを共通接続して入力とし、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインを共通接続してトライステートインバータ回路11の第2の出力Bとして、フィードバック抵抗RfとCMOSスイッチ回路13の出力Bに接続される。
【0034】
このような構成を有する反転増幅回路1において、CMOSインバータ回路10−1のPMOSトランジスタのゲートとNMOSトランジスタのゲートが共通接続された入力端子Aに、入力信号Vi(図2の電圧制御発振器36の出力周波数fout=fvcoに相当)が、入力キャパシタCを通過して、直流電圧成分を除去されて入力される。
【0035】
CMOSインバータ回路10の出力は、CMOSスイッチ回路13の入力Aに入力され、その出力がフィードバック抵抗Rfを介してCMOSインバータ回路10の入力Aに帰還される。
【0036】
この、反転増幅回路1の動作を説明する。モード切替信号であるTEST_ON入力信号がH(VDDレベル)であれば、ロジックテストモードとなり、CMOSスイッチ回路13はオフし、ハイインピーダンス状態になることから信号は導通しない。一方、TEST_ON入力信号がL(GNDレベル)であれば、通常動作モードとなり、CMOSスイッチ回路13はオンし、信号は導通する。
【0037】
ここで、トライステートインバータ回路11中のCMOSインバータ回路111のPMOSトランジスタのドレインとNMOSトランジスタのドレインに入力される信号(CMOSインバータ回路12の反転出力)SがLの時、CMOSスイッチ回路114がオンし、TEST_IN信号はフィードバック抵抗Rfに導通し、CMOSインバータ回路111のPMOSトランジスタのドレインと、NMOSトランジスタのドレインに入力される信号がHの時、CMOSスイッチ回路114がオフし、ハイインピーダンス状態となり、TEST_IN信号はフィードバック抵抗Rfに導通せず、かつフィードバックにおける、バイアス点の決定に影響を与えない。
【0038】
次いで、ロジックテストモードと通常動作モードについて、図1と図6を基にさらに説明する。
1)ロジックテストモード
【0039】
ロジックテスト動作を可能にする信号は、モード切替信号であるTEST_ON信号が、Hの時、CMOSスイッチ回路13がオフとなり、一方、トライステートインバータ回路11は、オンする。
【0040】
そしてロジックテスト用低周波信号であるディジタル入力信号TEST_INが、フィードバック抵抗Rfを通じてCMOSインバータ回路10に入力され、そのディジタル入力信号TEST_INによる出力結果はプリスケーラ回路37、もしくはプログラマブル・ディバイダ回路38の出力信号をモニタすることで、この回路のロジックテストができる。
【0041】
フィードバックのパスが切断されているため、インバータ回路10−1は反転動作のみを行うことから、ロジック回路で用いるH信号レベル、L信号レベルが確立できるので、ロジック機能の故障検出が可能となる。
【0042】
尚、図2でのテスト可能なロジック回路部はプリスケーラ回路37、プログラマブル・ディバイダ回路38、位相比較器33等である。
2)通常動作モード
【0043】
次にロジックテスト動作を可能にするモード切替信号TEST_ON信号がLの時、スイッチ回路13がオンして導通し、一方、トライステートインバータ回路11は、オフして、ハイインピーダンス状態となる。
【0044】
これにより、従来の増幅回路及び波形整形回路(図8を参照)と等価な回路状態となり、微弱なアナログ信号の入力信号ViはCMOSインバータ回路10−1で増幅されて、波形整形回路であるCMOSインバータ回路10−2〜10−nで波形整形され矩形波(パルス状)でロジック回路で用いられる信号レベルとなり、CMOSインバータ回路10−nから出力される。
【0045】
次いで、上記動作を図6のタイミングチャートを用いて、ロジックテストモードと、通常動作モードとの、入力及び出力信号の動作を説明する。
【0046】
ロジックテスト動作を可能にするモード切替信号TEST_ONがHの時、テストモードとなり、TEST_IN信号が端子Vaに出力される。フィードバックのパスがカットされているため、入力信号Viは不定となる。
【0047】
ロジックテスト動作を可能にする信号TEST_ON信号がLの時、通常動作モードとなり、入力信号ViがCMOSインバータ回路10−1により位相反転されると共に増幅されて出力される。トライステートインバータ回路11がオフして、ハイインピーダンス状態になっているため、テスト信号TEST_INは導通されない。
【0048】
そして、波形整形回路であるインバータ回路10−2〜10−nを介して波形整形される。
【0049】
本発明によるテストモード切替機能付き増幅回路では、図7b)に示すようにスイッチ回路13やトライステートインバータ回路11の接続による寄生容量Cpが生じてしまうが、特に高周波の領域における、寄生容量による利得の減少の割合は大きく減少する。
【0050】
本発明にかかる反転増幅回路は、寄生容量による利得の減少を小さくすることに、考慮された回路形式になっている。
【0051】
図7において、上記の寄生容量をまとめてCpとする。GNDまでのインピーダンスを考える起点であるa点から見た、GNDまでのインピーダンスは、a)に関しては、Z=1/jωCpになり、b)に関してはZ=Rf+1/jωCpとなる。
【0052】
例えば、説明の簡単化のため寄生容量で発生するインピーダンスZ=1/jωCpの角周波数(ω=2πf)が0となる程の高周波の入力信号Viとなったとする。
【0053】
CMOSインバータ回路10に入力される電圧が、a)に関しては、ωが0となってしまうと、入力信号Viも0となって入力されない。b)に関しては、ωが0となってしまったとしても、内部抵抗Rsと、フィードバック抵抗Rfとの比によって、入力信号Viが抵抗分割されて決まるため、a)に比べ、b)は高周波の入力に対して、利得の減少が小さくなることが分かる。
【0054】
尚、上記説明は、最も簡単に反転増幅回路を構成できるCMOSインバータ回路で説明したが、基本的には出力信号を入力に負帰還をかけるアナログの増幅回路であれば、本発明の適用は可能である。
【0055】
また、本実施例では最も簡単な波形整形回路であるCMOSインバータ回路10−2〜10−nの接続で構成しているが、例えば、コンパレータ回路で波形整形しても良い。
【0056】
また、入力段の直流成分カットも最も簡単な構成であるキャパシタCを用いた例であるが、特にこれに限定するものではなく、DCレベルを別途発生させて重ね合わせ調整しても良い。
【0057】
また、ここではPLL回路での適用例で説明したが、比較的高い周波数領域(数100MHz〜数GHz)のアナログ入力を増幅する回路と周辺にロジック回路を含んで構成された回路でロジック回路部をテストする場合、効果を奏すものである。
【0058】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明に係るロジックテスト機能付き反転増幅回路では、ロジックテスト機能を取り付けたことにより、簡易にオンウエハで、SGを用いることなく故障検出ができるようになる。また、比較的高い周波数領域のアナログ入力を増幅する時にも、従来の回路のフィードバックループ中のフィードバック抵抗Rfの後に、ロジックテストの機能を持つ回路を並列接続したことにより、寄生容量を起因とする利得の減少を抑えた状態でロジックテストが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる反転増幅回路の原理を説明する構成図。
【図2】本発明にかかるPLL(Phase Locked Loop)回路の構成を示すブロック図。
【図3】CMOSインバータ回路の構成図。
【図4】CMOSスイッチ回路の構成図。
【図5】トライステートインバータ回路の構成図。
【図6】ロジックテスト時、通常時のタイミングチャート。
【図7】反転増幅回路のインバータに、寄生容量を生じた時の回路図。
【図8】従来の反転増幅回路の構成を説明する構成図。
【図9】図8に示した従来の反転増幅回路の入出力電圧特性図。
【図10】従来のPLL回路の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
1 反転増幅回路
10−1〜10−n、12、111、112、113 CMOSインバータ回路
11 トライステートインバータ回路
13、114 CMOSスイッチ回路
31 発振器
32 リファレンス・ディバイダ回路
33 位相比較器
34 チャージポンプ回路
35 ローパスフィルタ回路
36 電圧制御発振器
37 プリスケーラ回路
38 プログラマブル・ディバイダ
C コンデンサ
Cp 寄生容量
Rf フィードバック抵抗
Rs 内部抵抗
Vi 入力信号
Vo 出力信号
Va インバータ10−1から出力される電圧
A GNDまでのインピーダンスを考える起点
【発明の属する技術分野】
本発明は、微弱な電圧振幅を持つアナログ信号を増幅し、ロジック回路で用いる信号の電圧振幅にするための増幅回路に関し、比較的高い周波数信号をロジック回路内に入力させる増幅回路、特にPLL(Phase Locked Loop)中のプリスケーラの入力部に関する。
【0002】
【従来の技術】
微弱なアナログ信号をロジック回路で用いる電圧振幅にまで増幅する回路としては、図8に示すようなインバータ回路10−1と入力キャパシタCとフィードバック抵抗Rfとを組み合わせた回路を初段とし、後段に、波形整形手段としてのインバータ回路10−2〜10−nがn−1段直列接続されているものが、従来から用いられている。(例えば、特許文献1参照)
【0003】
微弱なアナログ入力電圧Viが、入力キャパシタCにより、直流電圧成分を除去されて、インバータ回路10−1の入力に供給される。このインバータ回路10−1の出力はフィードバック抵抗Rfを介して再びインバータ回路10−1の入力に接続される。ここで、微弱なアナログ入力電圧は、増幅されるのであるが、その様子を、図9を用いて示す。
【0004】
尚、図8、図9ではインバータ回路は簡単な回路構成で実現できるCMOSタイプのインバータ回路を一例として説明している。
【0005】
CMOSインバータ回路10−1の入力にフィードバック抵抗Rfを介して出力信号にフィードバックをかけることによって、CMOSインバータ回路10−1の入出力特性と、Vin=Voutの直線との交点がこの回路のバイアス点となり、微小なアナログ入力電圧Viを増幅する。この時、アナログ入力電圧Viの有する位相は反転され、周波数は保持されたまま、振幅が増幅されてアナログ出力電圧Vaとなる。
【0006】
そして、波形整形用のCMOSインバータ回路10−2〜10−nを介することで、CMOSインバータ回路10−nの出力は、振幅がロジック回路で用いられるハイレベルVDD、ロウレベルGNDの矩形波となって、ディジタルの出力電圧Voとなる。
【0007】
【特許文献1】
特開平 4−371017号公報(図5)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の増幅回路は、PLL(Phase Locked Loop)のプリスケーラ回路への入力のように、比較的高い周波数に最適化して設計されている場合は、動作試験を行う為に、SG(シグナル・ジェネレータ)等の高周波アナログ信号発生器を用意しなければならず、試験が複雑になってしまっていた。
【0009】
例えば、比較的高い周波数に最適化された回路であれば、入力段の直流成分カット用のキャパシタCの容量値は小さい値に設定されているため、低周波のテスト用信号を入力しても信号が減衰してしまい正しく入力されない恐れがある。
【0010】
これを避けて、ロジックテストができる様にするために、キャパシタCとインバータ回路10の入力段の間のノード[図7a)のaに相当。図7a)は入力端子から信号を入力させる例]にテスト用信号を入力すると、ノードaに図示していないテスト用信号線の浮遊容量Cpが付加されるため、フィードバック抵抗Rfとインバータ入力段の先述の浮遊容量Cpの時定数の関係で、実動作時に入力信号が減衰してしまい、目的の増幅動作ができなくなってしまう。
【0011】
さらに、図10にあるようなPLL回路を集積回路チップ(IC)内に構成した場合、発振器31の出力を直接入力信号Viとするしかなく、また、プリスケーラの入力部は、外部端子を取らないため、SGによるテスト用信号入力ができず、図10の回路が正常動作しない場合、ロジック回路部分が誤っているのか、高周波回路部分が誤っているのかの切り分けが難しいこと、一般に高周波回路チップは実装状態で目標性能を出すように設計されるため、実装前のオンウエハテストでは、仮にSGによる信号入力ができたとしても、機能テストの保障ができないこと、といった問題があった。
【0012】
〔発明の目的〕
本発明は、上述した従来技術の課題の解決のためになされたものであり、増幅回路にテスト機能を付加しても比較的高い周波数領域においても利得の減少の少ない、かつ、故障検出等が、ロジックテスター等を用いることにより、簡易に行える様にすることが可能となるような増幅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】
この発明にかかる増幅回路は、上記の目的を達成させるため、直列接続されたインバータ回路10−1〜10−nと、インバータ回路10−1の入力側に設けられた直流電圧成分を除去する入力キャパシタCと、インバータ回路10−1の出力を、インバータ回路10−1の入力側にフィードバックさせるフィードバック抵抗Rfを備える反転増幅回路に、テスト動作を可能にするTEST_ON信号により、フィードバックループを切断、導通するためのスイッチ回路13と、インバータ回路12と、テスト用ロジック低周波信号を入力させるTEST_IN信号を、テストモード時にのみ入力させるためのトライステートインバータ回路11を、フィードバック抵抗Rfの後に並列接続させて構成したことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本発明の実施される回路例の一例として、PLL回路(Phase Locked Loop)における実施の例で説明する。
【0015】
PLL回路の一般的回路構成を、図2を用いて説明する。PLL回路は、発振器31と、リファレンス・ディバイダ回路32と、位相比較器33と、チャージポンプ回路34と、ローパスフィルタ回路35と、電圧制御発振器36と、反転増幅回路1と、プリスケーラ回路37と、プログラマブル・ディバイダ回路38とを有して構成される。
【0016】
発振器31の出力fsはリファレンス・ディバイダ回路32で1/Rの周波数frに分周された後、位相比較器33でプログラマブル・ディバイダ回路38からの帰還信号fpと比較され、差分Δf信号がチャージポンプ回路34、ローパスフィルタ回路35を介して電圧制御発振器36に入力され、出力周波数foutが出力される。
【0017】
電圧制御発振器36のアナログ出力周波数fvcoは、反転増幅回路1、プリスケーラ回路37、プログラマブル・ディバイダ回路38を介して帰還信号fpとして位相比較器33へ帰還される。
【0018】
このPLL回路は、基準周波数fsに対して、プログラマブル・ディバイダ回路38での設定に基づき、出力周波数foutを得る回路であり、本発明にかかる反転増幅回路1以外は既知の回路であるため、特に詳細な説明は省略し、本発明に係る部分のみ説明する。
【0019】
図中の位相比較器33、チャージポンプ回路34、ローパスフィルタ回路35、電圧制御発振器36、プリスケーラ回路37、プログラマブル・ディバイダ回路38のループにおいて、電圧制御発振器36と、プリスケーラ回路37との間の反転増幅回路部に、本発明を効果的に用いることができる。
【0020】
ローパスフィルタ回路35からの制御電圧により発振する電圧制御発振器36からは、出力周波数foutとは別にフィードバック用に微弱なアナログ信号である周波数fvco信号が出力される。
【0021】
ここで、プリスケーラ回路37は、周波数を1/P分周するディジタル回路であるため、ロジック回路で用いる矩形波の信号レベルに増幅して変換する必要がある。
【0022】
図2中の本発明にかかる反転増幅回路(増幅回路および波形整形回路部)1の具体的な構成を、図1を用いて説明する。反転増幅回路1は、CMOSインバータ回路10−1と入力キャパシタCとフィードバック抵抗Rfとを組み合わせた回路を初段とし、後段に、波形整形手段としてのCMOSインバータ回路10−2〜10−nがn−1段直列接続されて構成される。初段は、フィードバック回路として、TEST_IN信号が入力されるトライステートインバータ回路11と、TEST_ON信号が入力されるCMOSインバータ回路12と、CMOSスイッチ回路13と、フィードバック抵抗Rfを、図示のように接続して構成される。
【0023】
すなわち、トライステートインバータ回路11は、TEST_IN信号が入力され、第1の反転出力がCMOSインバータ回路12の反転出力とCMOSスイッチ回路13の第2のゲートとの接続点に接続され、第2の反転出力がCMOSスイッチ回路13の出力とフィードバック抵抗Rfとの接続点に接続される。
【0024】
CMOSインバータ回路12は、TEST_ON信号が入力され、反転出力がCMOSスイッチ回路13の第2のゲートに出力される。
【0025】
CMOSスイッチ回路13は、入力端子AがCMOSインバータ回路10−1の出力に、出力端子Bがフィードバック抵抗Rfに接続され、第1のゲートにTEST_ON信号が、第2のゲートにTEST_ON信号の反転信号が入力される。
【0026】
CMOSインバータ回路10−1,10−2,…,10−n,CMOSインバータ回路12は、例えば図3に示す構成を有している。CMOSインバータ回路10、CMOSインバータ回路12は、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタを並列に接続するとともに、PMOSトランジスタのソースを電圧供給源VDDに接続し、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのゲートを共通に接続して入力端子Aとし、PMOSトランジスタのドレインとNMOSトランジスタのドレインを共通に接続して出力端子Bとし、NMOSトランジスタのソースを接地して構成される。
【0027】
CMOSスイッチ回路13は、例えば、図4に示す構成を有しており、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタを並列に接続するとともに、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのソースを共通接続して入力端子Aとし、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインを共通接続して出力端子Bとする。CMOSスイッチ回路13は、PMOSトランジスタのゲートS*にTEST_IN信号が入力され、NMOSトランジスタのゲートSにCMOSインバータ回路12の出力であるTEST_INの反転信号が入力される。
【0028】
トライステートインバータ回路11は、図5に示すように、CMOSインバータ回路111と、CMOSインバータ回路112と、CMOSインバータ回路113と、CMOSスイッチ回路114とを、図示のように接続して構成され、第1の出力端子Sと第2の出力端子Bを有している。
【0029】
CMOSインバータ回路111のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインが共通に接続されてトライステートインバータ回路11の第1の出力Sとされ、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのゲートが共通に接続された入力は、CMOSインバータ回路112のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインを共通に接続した出力に接続される。
【0030】
CMOSインバータ回路112のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインを共通に接続して出力とされてCMOSインバータ回路111の入力とCMOSスイッチ回路114のNMOSトランジスタのゲートに接続される。また、CMOSインバータ回路112のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのゲートはCMOSスイッチ回路114のPMOSトランジスタのゲートに接続される。
【0031】
CMOSインバータ回路113は、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインが共通に接続されて出力とされてCMOSスイッチ回路114のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのソースに接続される。CMOSインバータ回路113のPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのゲートは、共通に接続され、ロジックテスト信号を入力するTEST_IN信号に接続される。
【0032】
反転増幅回路1を構成するCMOSインバータ回路12、CMOSインバータ回路111、CMOSインバータ回路112、CMOSインバータ回路113のPMOSトランジスタのソースは、電圧供給源VDDに接続され、NMOSトランジスタのソースは接地される。
【0033】
CMOSスイッチ回路114は、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタを並列に接続するとともに、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのソースを共通接続して入力とし、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのドレインを共通接続してトライステートインバータ回路11の第2の出力Bとして、フィードバック抵抗RfとCMOSスイッチ回路13の出力Bに接続される。
【0034】
このような構成を有する反転増幅回路1において、CMOSインバータ回路10−1のPMOSトランジスタのゲートとNMOSトランジスタのゲートが共通接続された入力端子Aに、入力信号Vi(図2の電圧制御発振器36の出力周波数fout=fvcoに相当)が、入力キャパシタCを通過して、直流電圧成分を除去されて入力される。
【0035】
CMOSインバータ回路10の出力は、CMOSスイッチ回路13の入力Aに入力され、その出力がフィードバック抵抗Rfを介してCMOSインバータ回路10の入力Aに帰還される。
【0036】
この、反転増幅回路1の動作を説明する。モード切替信号であるTEST_ON入力信号がH(VDDレベル)であれば、ロジックテストモードとなり、CMOSスイッチ回路13はオフし、ハイインピーダンス状態になることから信号は導通しない。一方、TEST_ON入力信号がL(GNDレベル)であれば、通常動作モードとなり、CMOSスイッチ回路13はオンし、信号は導通する。
【0037】
ここで、トライステートインバータ回路11中のCMOSインバータ回路111のPMOSトランジスタのドレインとNMOSトランジスタのドレインに入力される信号(CMOSインバータ回路12の反転出力)SがLの時、CMOSスイッチ回路114がオンし、TEST_IN信号はフィードバック抵抗Rfに導通し、CMOSインバータ回路111のPMOSトランジスタのドレインと、NMOSトランジスタのドレインに入力される信号がHの時、CMOSスイッチ回路114がオフし、ハイインピーダンス状態となり、TEST_IN信号はフィードバック抵抗Rfに導通せず、かつフィードバックにおける、バイアス点の決定に影響を与えない。
【0038】
次いで、ロジックテストモードと通常動作モードについて、図1と図6を基にさらに説明する。
1)ロジックテストモード
【0039】
ロジックテスト動作を可能にする信号は、モード切替信号であるTEST_ON信号が、Hの時、CMOSスイッチ回路13がオフとなり、一方、トライステートインバータ回路11は、オンする。
【0040】
そしてロジックテスト用低周波信号であるディジタル入力信号TEST_INが、フィードバック抵抗Rfを通じてCMOSインバータ回路10に入力され、そのディジタル入力信号TEST_INによる出力結果はプリスケーラ回路37、もしくはプログラマブル・ディバイダ回路38の出力信号をモニタすることで、この回路のロジックテストができる。
【0041】
フィードバックのパスが切断されているため、インバータ回路10−1は反転動作のみを行うことから、ロジック回路で用いるH信号レベル、L信号レベルが確立できるので、ロジック機能の故障検出が可能となる。
【0042】
尚、図2でのテスト可能なロジック回路部はプリスケーラ回路37、プログラマブル・ディバイダ回路38、位相比較器33等である。
2)通常動作モード
【0043】
次にロジックテスト動作を可能にするモード切替信号TEST_ON信号がLの時、スイッチ回路13がオンして導通し、一方、トライステートインバータ回路11は、オフして、ハイインピーダンス状態となる。
【0044】
これにより、従来の増幅回路及び波形整形回路(図8を参照)と等価な回路状態となり、微弱なアナログ信号の入力信号ViはCMOSインバータ回路10−1で増幅されて、波形整形回路であるCMOSインバータ回路10−2〜10−nで波形整形され矩形波(パルス状)でロジック回路で用いられる信号レベルとなり、CMOSインバータ回路10−nから出力される。
【0045】
次いで、上記動作を図6のタイミングチャートを用いて、ロジックテストモードと、通常動作モードとの、入力及び出力信号の動作を説明する。
【0046】
ロジックテスト動作を可能にするモード切替信号TEST_ONがHの時、テストモードとなり、TEST_IN信号が端子Vaに出力される。フィードバックのパスがカットされているため、入力信号Viは不定となる。
【0047】
ロジックテスト動作を可能にする信号TEST_ON信号がLの時、通常動作モードとなり、入力信号ViがCMOSインバータ回路10−1により位相反転されると共に増幅されて出力される。トライステートインバータ回路11がオフして、ハイインピーダンス状態になっているため、テスト信号TEST_INは導通されない。
【0048】
そして、波形整形回路であるインバータ回路10−2〜10−nを介して波形整形される。
【0049】
本発明によるテストモード切替機能付き増幅回路では、図7b)に示すようにスイッチ回路13やトライステートインバータ回路11の接続による寄生容量Cpが生じてしまうが、特に高周波の領域における、寄生容量による利得の減少の割合は大きく減少する。
【0050】
本発明にかかる反転増幅回路は、寄生容量による利得の減少を小さくすることに、考慮された回路形式になっている。
【0051】
図7において、上記の寄生容量をまとめてCpとする。GNDまでのインピーダンスを考える起点であるa点から見た、GNDまでのインピーダンスは、a)に関しては、Z=1/jωCpになり、b)に関してはZ=Rf+1/jωCpとなる。
【0052】
例えば、説明の簡単化のため寄生容量で発生するインピーダンスZ=1/jωCpの角周波数(ω=2πf)が0となる程の高周波の入力信号Viとなったとする。
【0053】
CMOSインバータ回路10に入力される電圧が、a)に関しては、ωが0となってしまうと、入力信号Viも0となって入力されない。b)に関しては、ωが0となってしまったとしても、内部抵抗Rsと、フィードバック抵抗Rfとの比によって、入力信号Viが抵抗分割されて決まるため、a)に比べ、b)は高周波の入力に対して、利得の減少が小さくなることが分かる。
【0054】
尚、上記説明は、最も簡単に反転増幅回路を構成できるCMOSインバータ回路で説明したが、基本的には出力信号を入力に負帰還をかけるアナログの増幅回路であれば、本発明の適用は可能である。
【0055】
また、本実施例では最も簡単な波形整形回路であるCMOSインバータ回路10−2〜10−nの接続で構成しているが、例えば、コンパレータ回路で波形整形しても良い。
【0056】
また、入力段の直流成分カットも最も簡単な構成であるキャパシタCを用いた例であるが、特にこれに限定するものではなく、DCレベルを別途発生させて重ね合わせ調整しても良い。
【0057】
また、ここではPLL回路での適用例で説明したが、比較的高い周波数領域(数100MHz〜数GHz)のアナログ入力を増幅する回路と周辺にロジック回路を含んで構成された回路でロジック回路部をテストする場合、効果を奏すものである。
【0058】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明に係るロジックテスト機能付き反転増幅回路では、ロジックテスト機能を取り付けたことにより、簡易にオンウエハで、SGを用いることなく故障検出ができるようになる。また、比較的高い周波数領域のアナログ入力を増幅する時にも、従来の回路のフィードバックループ中のフィードバック抵抗Rfの後に、ロジックテストの機能を持つ回路を並列接続したことにより、寄生容量を起因とする利得の減少を抑えた状態でロジックテストが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる反転増幅回路の原理を説明する構成図。
【図2】本発明にかかるPLL(Phase Locked Loop)回路の構成を示すブロック図。
【図3】CMOSインバータ回路の構成図。
【図4】CMOSスイッチ回路の構成図。
【図5】トライステートインバータ回路の構成図。
【図6】ロジックテスト時、通常時のタイミングチャート。
【図7】反転増幅回路のインバータに、寄生容量を生じた時の回路図。
【図8】従来の反転増幅回路の構成を説明する構成図。
【図9】図8に示した従来の反転増幅回路の入出力電圧特性図。
【図10】従来のPLL回路の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
1 反転増幅回路
10−1〜10−n、12、111、112、113 CMOSインバータ回路
11 トライステートインバータ回路
13、114 CMOSスイッチ回路
31 発振器
32 リファレンス・ディバイダ回路
33 位相比較器
34 チャージポンプ回路
35 ローパスフィルタ回路
36 電圧制御発振器
37 プリスケーラ回路
38 プログラマブル・ディバイダ
C コンデンサ
Cp 寄生容量
Rf フィードバック抵抗
Rs 内部抵抗
Vi 入力信号
Vo 出力信号
Va インバータ10−1から出力される電圧
A GNDまでのインピーダンスを考える起点
Claims (4)
- 出力信号を入力信号に負帰還をかけるフィードバック抵抗を備える反転増幅回路において、該フィードバック抵抗と該反転増幅回路の出力端子との間を開閉するスイッチ手段と、該スイッチ手段が開の時、該フィードバック抵抗と該スイッチ手段の間に信号を出力する信号制御手段を備えたことを特徴とする反転増幅回路。
- 出力信号を入力信号に負帰還をかけるフィードバック抵抗を備える反転増幅回路はインバータ回路で構成され、該フィードバック抵抗と該インバータ回路の出力端子との間を開閉するスイッチ手段と、該スイッチ手段が開の時、該フィードバック抵抗と該スイッチ手段の間に信号を出力する信号制御手段を備えたことを特徴とする反転増幅回路。
- 該スイッチ手段が開の時、該信号制御手段を介して出力する信号は、別途接続されているロジック回路のテスト用信号であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の反転増幅回路。
- 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の反転増幅回路を含んで構成されたことを特徴とするPLL回路。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002294442A JP2004134828A (ja) | 2002-10-08 | 2002-10-08 | 反転増幅回路とそれを用いたpll回路 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007266741A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Fujitsu Ltd | プリスケーラ及びバッファ |
-
2002
- 2002-10-08 JP JP2002294442A patent/JP2004134828A/ja active Pending
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