JPH05175737A - サンプルホールド型位相比較回路 - Google Patents

サンプルホールド型位相比較回路

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JPH05175737A
JPH05175737A JP3313437A JP31343791A JPH05175737A JP H05175737 A JPH05175737 A JP H05175737A JP 3313437 A JP3313437 A JP 3313437A JP 31343791 A JP31343791 A JP 31343791A JP H05175737 A JPH05175737 A JP H05175737A
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    • H03D13/005Circuits for comparing the phase or frequency of two mutually-independent oscillations in which one of the oscillations is, or is converted into, a signal having a special waveform, e.g. triangular
    • H03D13/006Circuits for comparing the phase or frequency of two mutually-independent oscillations in which one of the oscillations is, or is converted into, a signal having a special waveform, e.g. triangular and by sampling this signal by narrow pulses obtained from the second oscillation

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
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  • Measuring Phase Differences (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Processing Of Color Television Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サンプルホールド型位相比較器において、サ
ンプル用のアナログスイッチのオンオフによるノイズ
(リファレンスリーク)を除去する。 【構成】 全く同一構成で統一性能の2つのサンプルホ
ールド型位相比較器を設ける。一方で、基準信号REF と
被位相比較信号SIG との位相差に対応する電圧VA を出
力する。他方で、基準信号REF とその一定遅延信号REF
′との位相差に対応する電圧VB を出力する。減算器
2でVA とVB との差電圧V0 を得て、回路出力とす
る。この減算により、アナログスイッチ10のフィール
ドスルーによるリファレンスリークを除去できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明はサンプルホールド型位相比較回路
に関し、特に通信装置等に使用されるPLL(フェイズ
ロックドループ)回路内の位相比較器として広く採用さ
れているサンプルホールド型位相比較回路に関するもの
である。
【0002】
【従来技術】従来のこの種のサンプルホールド型位相比
較回路の例を図5に示す。PチャンネルMOSトランジ
スタ17と抵抗18とにより電流設定回路が構成されて
いる。 抵抗18には、電源電圧VDDからトランジスタ
17のゲートソース間電圧VGSを差引いた電圧が印加さ
れているので、この抵抗18(RB )に流れる電流IB
は、 IB =VDD−VGS/RB ……(1) となる。
【0003】Pチャンネルトランジスタ16はトランジ
スタ17と共にカレントミラーを構成しており、よって
そのドレイン電流ID は、 ID =IB ・N ……(2) となる。但し、 N=(W16/L16)・(L17/W17) W16,W17:各トランジスタ16,17のチャンネル幅 L16,L17:各トランジスタ16,17のチャンネル長 である。
【0004】VDDは一定であり、VGSもトランジスタG
m 、スレッショルド電圧、ドレイン電流等でほぼ決まる
値であり、結局IB とID はRB によってきまる。この
電流は、アナログスイッチ12で断続され、コンデンサ
8に供給される。
【0005】すなわち、コンデンサ8には、アナログス
イッチ12がオンの時一定の電流が流れ、充電電圧は直
線的に増大する。充電された電圧はアナログスイッチ1
2がオフの間にアナログスイッチ10とコンデンサ6、
バッファアンプ4で構成されるサンプルホールド回路で
サンプル及びホールドされ、その出力電圧V0 が位相比
較結果として出力される。
【0006】図6は図5におけるスイッチ10,12,
14の各制御信号SC,SA,SBを生成するためのス
イッチドライバを示しており、クロック信号CLK 及び基
準信号REF 、更には被位相比較信号SIG を入力として、
図8に示す如き各制御信号SA,SB,SCを夫々生成
するものである。
【0007】次に図8のタイミングチャートを用いて、
出力端子1の出力V0 が基準信号REF と被位相比較信号
SIG との位相差に直線的に対応する値になることを説明
する。図8に示す様に、信号SIG と信号REF の位相差θ
ラジアンとする。信号SAは信号REF の立上りから信号
SIG の立上りにいたるθラジアンに相当する期間“1”
になり、その他は“0”である。
【0008】信号SAが“1”の時、スイッチ12がオ
ンし、コンデンサ8が充電される。このときのコンデン
サ4の最終的な充電電圧V1 は、 V1 =ID ・θ・T/(2π・C8 ) となる。尚、C8 はコンデンサ8の容量、Tは信号REF
の周期を示す。
【0009】上式に(1)式、(2)式を代入すると、 V1 =θ・T・N・(VDD−VGS)/(2π・C8 ・RB ) =K・θ/(RB ・C8 ) ……(3) K=T・N・(VDD−VGS)/2π ……(4) となる。
【0010】すなわち、充電終了直後の電圧V1 は位相
差θに比例し、コンデンサ8の容量値と抵抗RB に逆比
例することがわかる。スイッチ10は、スイッチ12が
オフになった直後に、信号SCによってオンする。これ
によって、ホールドコンデンサ6にコンデンサ8に充電
されていた電荷が供給され、電圧V1 がサンプリングさ
れる。コンデンサ6の容量値C6 がC8 にくらべて充分
小さければサンプリング後の電圧V1 ′はV1 にほぼ等
しい。
【0011】一定時間後に信号SCが“0”になり、ア
ナログスイッチ10がオフになると、電圧V1 ′はコン
デンサ6にホールドされ、バッアァアンプ4を介して位
相比較結果として出力される。その後信号SBによりス
イッチ14が一定期間オンし、コンデンサ8に充電され
た電荷を放電する。
【0012】以下、上記の動作が繰返され、結果的に、
信号SIG と信号REF との位相差に直線的に対応する直流
電圧出力V0 が得られる。以上がサンプルホールド型位
相比較器の原理である。
【0013】このタイプのサンプルホールド型位相比較
器では、電圧位相変換係数Kは、(3)式から、 K=V1 /θ=K・/(C8 ・RB ) ……(5) となる。
【0014】従来のサンプルホールド型位相比較器で
は、定電流充電用のランプコンデンサ8及びホールドコ
ンデンサ6の容量値を充分大きな値にすることによっ
て、アナログスイッチ10によるフィールドスルー(以
下に詳述する)を小さくできリファレンスリークを小さ
く抑えることができる。
【0015】ところが、近年、小型低消費電力化の観点
から、ランプコンデンサ8やホールドコンデンサ6を小
さくし、LSIに内蔵する必要性が増大している。この
場合は、大きな容量値を得ることが難しくなり、アナロ
グスイッチ10によるフィールドスルーが無視できなく
なる。
【0016】アナログスイッチは、図7に示すようにこ
れを構成するCMOSトランジスタ37,38による寄生容
量40〜43を駆動端子と信号経路との間に有してい
る。巨大な論理振幅を有する駆動信号Sが入力される
と、これらの寄生容量を介して信号端子IN、OUT に漏
込み雑音となる。特にアナログスイッチ10による駆動
信号の漏込みは、図8の拡大図に示す様に、出力電圧V
0 のリップルとなって現れる。このリップルは丁度、信
号REF と同じ周波数であるから、リファレンスリークに
相当するのである。
【0017】以上の如く従来回路では、LSIにコンデ
ンサ等を内蔵し小型低消費電力化する場合にはリファレ
ンスリークの増大が避けられず、本来のサンプルホール
ド型位相比較器の利点が発揮できない恐れがある。
【0018】
【発明の目的】本発明の目的は、サンプルホールド用の
アナログスイッチをオンオフ制御する制御信号に起因す
るノイズであるいわゆるリファレンスリークが出力に重
畳されることがないようにしたサンプルホールド型位相
比較回路を提供することである。
【0019】
【発明の構成】本発明によるサンプルホールド型位相比
較回路は、基準信号と被位相比較信号との位相差に対応
した期間定電流で第1のコンデンサを充電する第1の充
電手段と、このコンデンサの充電電圧をサンプルホール
ドする第1のサンプルホールド手段と、前記基準信号を
一定時間遅延する遅延手段と、この遅延出力と前記基準
信号との位相差に対応した期間前記定電流で第2のコン
デンサを充電する第2の充電手段と、この第2のコンデ
ンサの充電電圧をサンプルホールドする第2のサンプル
ホールド手段と、前記第1及び第2のサンプルホールド
手段の差電圧を出力する減算手段とを含むことを特徴と
する。
【0020】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
【0021】図1は本発明の実施例の回路図であり、図
5と同等部分は同一符号により示している。図5の従来
例と異なるのは、基準信号REF と被位相比較信号SIG と
の位相差に応じた出力電圧VA を出力する第1のサンプ
ルホールド型位相比較器(図5の回路と同一であり、ト
ランジスタ16,アナログスイッチ10,12,14、
コンデンサ8,6、バッファアンプ4で構成される)の
他に、第2のサンプルホールド型位相比較器(トランジ
スタ15、アナログスイッチ9,11,13、コンデン
サ7,5、バッファアンプ3で構成される)を有してい
る点である。
【0022】トランジスタ15はトランジスタ16と全
く同じサイズとするので、コンデンサ7に充電される定
電流ID2は、ID に等しい。また、コンデンサ7とコン
デンサ8、コンデンサ5とコンデンサ6も等しく、スイ
ッチ13とスイッチ9の動作タイミングをスイッチ14
及びスイッチ10と一致させると、第2のサンプルホー
ルド型位相比較器の電圧位相変換係数は、第1のサンプ
ルホールド位相比較器のそれと等しくKとなる。
【0023】第2のサンプルホールド型位相比較器は、
図3のタイムチャートに示す様に、信号REF とこれを既
知の一定規格遅延回路22(図2参照)で遅延させた信
号REF ′との間の固定位相差φに応じた電圧VB を出力
する。従って、 VB =K・φ ……(6) となる。
【0024】一方、第1のサンプルホールド型位相比較
器は、従来例と全く同じで、信号REF と信号SIG との位
相差をθとすると、出力電圧VA は、 VA =K・θ ……(7) である。但しKは、(5)式で与えられる。
【0025】この2つの位相比較結果の差電圧V0 を減
算器2で生成すると、 V0 =VA −VB =K・(θ−φ) ……(8) となる。θ−φは丁度信号SIG と信号REF ′の位相差に
等しく、従って出力電圧V0 はこの位相差に比例した値
になる。以上が本発明の動作原理である。
【0026】ところで、アナログスイッチ9と10で発
生するフィールドスルーは、2つのサンプルホールド型
位相比較器が同一の構成であり、スイッチの動作タイミ
ングも等しいので、殆ど同じ波形になる。故に、減算器
2での減算過程で丁度キャンセルされてしまい、出力に
は現れることがない。これによって、リファレンスリー
クを極めて小さくできる。
【0027】減算器は具体的には、図4に示す様に演算
増幅器と4個の等しい抵抗器3を用いて容易に構成でき
る。
【0028】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、サンプルホールド型位相比較器においてアナログス
イッチのフィールドスルーにより生ずるリファレンスリ
ークを略除去することができるので、ランプコンデンサ
やホールドコンデンサを小さくすることが可能となり、
LSI化が実現できる。また、コンデンサの容量が小と
なったぶん充電電流を小とできるので、低消費電力化と
なるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の回路図である。
【図2】図1の回路の各カナログスイッチをオンオフす
る制御信号を発生するためのスイッチドライバの例を示
す図である。
【図3】図1の回路の動作を示す各部信号波形図であ
る。
【図4】減算器2の回路例図である。
【図5】従来のサンプルホールド型位相比較器の回路図
である。
【図6】図5の回路の各アナログスイッチをオンオフす
る制御信号を発生するためのスイッチドライバの例を示
す図である。
【図7】アナログスイッチの等価回路及びその具体例を
示す図である。
【図8】図5の回路の動作を示す各部信号波形図であ
る。
【符号の説明】
2 減算器 5〜8 コンデンサ 9〜13 スイッチ 15〜17 トランジスタ 20,21 スイッチドライバ 20 遅延回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準信号と被位相比較信号との位相差に
    対応した期間定定流で第1のコンデンサを充電する第1
    の充電手段と、このコンデンサの充電電圧をサンプルホ
    ールドする第1のサンプルホールド手段と、前記基準信
    号を一定時間遅延する遅延手段と、この遅延出力と前記
    基準信号との位相差に対応した期間前記定電流で第2の
    コンデンサを充電する第2の充電手段と、この第2のコ
    ンデンサの充電電圧をサンプルホールドする第2のサン
    プルホールド手段と、前記第1及び第2のサンプルホー
    ルド手段の差電圧を出力する減算手段とを含むことを特
    徴とするサンプルホールド型位相比較回路。
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