JPH10200400A - 位相同期回路 - Google Patents

位相同期回路

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JPH10200400A
JPH10200400A JP9003596A JP359697A JPH10200400A JP H10200400 A JPH10200400 A JP H10200400A JP 9003596 A JP9003596 A JP 9003596A JP 359697 A JP359697 A JP 359697A JP H10200400 A JPH10200400 A JP H10200400A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
gain
pll
locked loop
phase
Prior art date
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Pending
Application number
JP9003596A
Other languages
English (en)
Inventor
Fumikazu Takahashi
史一 高橋
Kazuo Kato
和男 加藤
Takashi Sase
隆志 佐瀬
Takashi Hotta
多加志 堀田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】LSIの素子ばらつきやプロセスによるばらつ
き等によりPLLのループ利得が大きく変動しても、最
適な範囲にループ利得を調節できるような手段を提供す
る。 【解決手段】PLLのループ利得を切り換えることがで
きる利得切換手段は利得切換端子を有し、利得切換端子
は電源電圧,開放,接地の三状態いずれかをとる。ルー
プ利得がばらつき、最適範囲から外れて帰還系が不安定
になっても、三状態によりそれぞれチャージポンプ回路
の出力電流を切り換えPLLの安定動作を補償する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、周波数シンセサイ
ザやFM信号の復調などに用いられる位相同期回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】位相同期回路(以下PLLと略す:Phas
e Locked Loop)は、周波数シンセサイザやステレオ復調
器などに用いられるほか、マイコンのクロック発生回路
など様々な分野で利用されている。その基本構成を図2
に示す。PLL20は、位相比較器11,ループフィル
タ12,電圧制御発振器(以下VCO)13,分周器1
4から構成される。位相比較器11は、入力信号fi
と、出力信号foを分周器14にて分周した帰還信号f
FBとの位相差を常に検出する。ループフィルタ12は
この位相差によって生じる出力を平滑化し、VCO13
の制御信号として与える。VCO13は、ループフィル
タ12の出力に応じて発振周波数を増減する。分周器1
4はVCO13の発振周波数を分周し、帰還信号fFB
として位相比較器11に出力する。入力信号fiの位相
が帰還信号fFBの位相よりも進んでいるときは、位相
比較器11はその位相差を検出し、ループフィルタ12
を介してVCO13の発振周波数を上げるように動作す
る。VCO13の発振周波数が上がれば帰還信号の周波
数が上がるため、帰還信号の位相は進み、入力信号との
位相差を小さくするように動作する。逆に入力信号の位
相が帰還信号の位相よりも遅れているときは、帰還信号
の位相を遅らせるように動作するため、入力信号と帰還
信号との位相差は同様に小さくなる。すなわち、PLL
20は入力信号と帰還信号との位相を同期させ、かつ周
波数が一致するように動作し、自動周波数制御の役目を
果たしている。
【0003】ところで、周知のようにPLLの安定度や
応答を決定する最も重要なパラメータにダンピングファ
クタζがある。一例として、代表的なフィルタの一つに
RCラグフィルタがあるが、このフィルタを用いた場合
のζを表わす式を下記に示す。
【0004】
【数1】 ζ=1/{2√(τ×KL)} KL=Kd×Kv×Kn …(数1) ただし、Kd:位相比較器の利得,Kv:VCOの利
得,Kn:分周器の利得とする。通常の設計では、PL
Lの用途によりζを最適範囲に選定し、その最適範囲を
満足するように各構成回路の利得やフィルタの時定数を
選ぶ。
【0005】安定度の高いPLLを実現するためには、
PLLの応答や安定性を左右するダンピングファクタζ
を常に最適範囲に確保しておくことが最重要である。上
式に示すようにζはループ利得KLに依存しており、K
LはPLLを構成する種々の回路の特性に依存してい
る。構成回路の特性が種々の物理的要因により変動すれ
ば、KLも同様に変動しζが最適値から外れてしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題点につ
いて説明する。IC化されたPLLの場合、位相比較器
の不感帯やフィルタの出力リップル等によって生じるジ
ッタや、電源電圧の変動、あるいはLSIの素子ばらつ
き等によって、KLが変動しζが最適範囲から外れてし
まう場合がある。特にプロセスが微細化するとばらつき
が非常に大きくなる傾向があるので、このような問題は
一層顕著になってくる。その結果PLLが振動気味にな
ったり、あるいは発散等の現象を生じ制御系が不安定に
なる恐れがある。
【0007】本発明の目的は、前述したような電源電圧
の変動や素子ばらつき等によりKLが大きく変動して
も、常に最適な範囲にKLを調整できるような手段を提
供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のPLL方式では位相比較器と位相比較器出
力を直流信号に変換するフィルタと、フィルタ出力で制
御されるVCOの負帰還回路で構成される位相同期ルー
プ回路において、位相同期ループ回路のKLをスリース
テート(三状態)により切り換える利得切換手段を、ル
ープフィルタに包括したチャージポンプ回路に設けるこ
とにより達成される。
【0009】利得切換手段は、ループ利得KLがばらつ
いて最適範囲から外れたときに、利得切換端子によりチ
ャージポンプ回路の出力電流を切り換え、KLを最適範
囲へと調節することができる。それによってPLLの安
定な動作を補償できるようにすることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1に本発明の第1の実施例のブ
ロック図を示す。図1で図2従来例と異なるところは、
PLLのループ利得を切り換えることができるスリース
テート切換器15が設けられていることにある。スリー
ステート切換器15は利得切換端子を有し、利得切換端
子は電源電圧,開放,接地の三状態いずれかをとる。も
しPLL10のループ利得が最適範囲から外れて帰還系
が不安定になっても、三状態によりそれぞれチャージポ
ンプ回路の出力電流を切り換えることにより、PLL1
0のループ利得を切り換えることができる。このよう
に、本実施例によればスリーステート切換器15によっ
て、ζが最適範囲から外れてしまった場合でも、ループ
利得を切り換えてζを最適な範囲に確保することがで
き、PLLの安定性を向上することができる。
【0011】次にスリーステート切換器の詳細実施例を
図3により説明する。図3はループフィルタ12とスリ
ーステート切換器15の回路構成を示している。ループ
フィルタ12は、チャージポンプ回路301とその出力
側のコンデンサ308で構成する。チャージポンプ回路
301の充放電スイッチは、UP信号により制御される
スイッチのPMOS302 及び直列の電流源のPMOS303 、DN
信号により制御されるスイッチのNMOS306 及び直列の電
流源のNMOS306 で構成している。
【0012】NMOS305 はNMOS307 のダイオードとカレン
トミラーを構成しており、NMOS307は直列のPMOS304 を
介して給電されている。各トランジスタの大きさは、充
放電電流が設定電流の大小に拘わらずほぼ等しくなるよ
うに、PMOS303 と304及びNMOS306 と307が等しく
選んである。
【0013】チャージポンプ回路301のPMOS303及び
304と利得切換回路15のPMOS312〜315は、同一
のゲートバイアス電圧を与えられたカレントミラー対を
構成している。そしてPMOS312〜314の各ソース側
は、電流比切換スイッチのPMOS309〜311を介して電
源のVccに接続されている。またPMOS312 〜315の
ドレイン側は、NMOS318 〜319からなるカレントミラ
ー回路の出力側に接続されており、同カレントミラーの
入力へはPMOS316 を介してバイアスの入力電流が与えら
れている。
【0014】電流比切換スイッチのPMOS309 〜311
は、互いに入力しきい値が異なる2個のインバータゲー
ト回路(比較回路)322及び323を介して、端子G
S3の電位によって切り換え制御される。
【0015】次に、実施例インバータゲート回路のしき
い値設定の詳細について説明する。図5はインバータゲ
ート回路のNMOS,PMOSの寸法比と回路のしきい
値電圧との関係を示す。NMOSのチャネル幅Wとチャ
ネル長Lの比(Wn/Ln)をβn,PMOSのチャネル
幅Wとチャネル長Lの比(Wp/Lp)をβpとし、両
者の比をβr(=βn/βp)とすると、CMOSイン
バータ回路のしきい値は図5に示すようにβrによって
決まる。すなわち、標準寸法比を中心としてそこからβ
rを大きくしていくと回路のしきい値は下がり、反対に
βrを小さくしていくと回路のしきい値は上がる。した
がって、二つのインバータゲート回路のβrを互いに増
減することにより、回路のしきい値をそれぞれVTL,
VTHのように設定できる。
【0016】図4はこの方法によりしきい値を定めた実
施例インバータゲート回路322と323の伝達特性を
示す。図示のように、インバータゲート回路322のし
きい値は電源電圧(Vcc)に近い値、VTHに設定さ
れている。反対にインバータゲート回路323のしきい
値電圧は接地(0)に近い値、VTLに設定されてい
る。入力の電位はそれぞれ「L」,「OPEN」,
「H」の三状態をとる。入力電位としきい値電圧との関
係は次の三状態である。
【0017】
【数2】 (1)VTL>「L」 (2)VTL≦「OPEN」<VTH (3)VTH≦「H」 …(数2) VTLとVTHの間の「OPEN」領域は十分広いこと
が望ましい。その理由は、図3に示すように利得切換端
子GS3は「OPEN」の状態では内部のMOS317,32
0のオン抵抗で終端された状態であるから、端子GS3
への誘導ノイズがある場合ノイズ電圧による変動に対し
てしきい値を超えて誤動作しないように十分なマージン
が必要なためである。
【0018】次に本実施例スリーステート切換器15の
動作を説明する。表1に利得切換端子GS3と電流比切
換スイッチPMOS309 〜311との関係を示す。
【0019】
【表1】
【0020】GS3が「H」、すなわち、電源電圧のと
きPMOS309 ,310,311はそれぞれオンとなり、PM
OS312 ,313,314,315の各電流はPMOS303 の
電流と等しく設定される。すなわち、Ioと等しくな
る。一方、IcはPMOS312, 313,314,315
の各電流の総和であるから、IcとIoの電流比は4:
1となる。GS3が「L」、すなわち接地のときPMOS30
9 ,310,311はそれぞれオフとなり、PMOS315 の
電流はPMOS303 の電流と等しく設定される。すなわち、
Ioと等しくなる。一方、IcはPMOS315 の電流と等し
くなるから、IcとIoの電流比は1:1となる。次に
GS3が「OPEN」、すなわち開放のときPMOS309 は
オンとなり、PMOS310 と311はそれぞれオフとなる。
よって、PMOS312 と315の電流はPMOS303 の電流と等
しく設定される。すなわち、Ioと等しくなる。一方、
IcはPMOS312 と315の電流の和であるから、Icと
Ioの電流比は2:1となる。
【0021】ところで、ループフィルタ12の利得は、
図3に示すコンデンサ308の出力電圧Vctと充放電
電流によって決まる。すなわち、
【0022】
【数3】 C・Vct=Io・Δt ∴ Vct/Δt=Io/C …(数3) ただし、Δt:充放電時間,C:コンデンサ308の容
量とする。
【0023】上式よりPLL10のループ利得はIoに
比例することがわかる。
【0024】以上より、本実施例によれば上述したスリ
ーステート切換器15の動作によりIoを切り換えると
同時に、PLL10のループ利得を切り換えることがで
きる。
【0025】また本実施例はしきい値を内在するインバ
ータゲート回路で説明したが、比較回路としてはしきい
値を別途与える差動増幅器でも同様に本発明の目的を達
成することができる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、 (1)PLLのループ利得が大きくばらついてもスリー
ステート切換器15によりチャージポンプ回路の出力電
流を切り換え、ループ利得を最適範囲に調節できる。
【0027】(2)比較論理回路のしきい値により利得
切換制御を行うことで、多値論理レベルを構成でき必要
に応じて広範囲にわたりループ利得を切り換えることが
できる。
【0028】(3)利得切換端子の入力状態を電源電
圧,開放,接地としたことにより、外付け部品なしにル
ープ利得を切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のPLL(Phase Locked Loop)の回路
構成を示すブロック図。
【図2】従来技術で周知のPLLの回路構成を示すブロ
ック図。
【図3】本発明のスリーステート切換器とループフィル
タの回路図。
【図4】スリーステート切換器の実現方法の説明図。
【図5】スリーステート切換器の実現方法の説明図。
【符号の説明】
11…位相比較器、12…ループフィルタ、13…電圧
制御発振器、14…分周器、15…スリーステート切換
器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀田 多加志 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】位相比較器と、前記位相比較器出力を電流
    に変換するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ
    回路の出力を直流信号に変換するフィルタと、前記フィ
    ルタ出力で制御される可変発振器の負帰還回路で構成さ
    れる位相同期ループ回路において、前記位相同期ループ
    回路のループ利得を切り換える利得切換手段を、前記チ
    ャージポンプ回路に設けたことを特徴とする位相同期ル
    ープ回路。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記利得切換手段を、
    複数の論理しきい値をもつ比較論理回路への入力電位に
    より切り換える位相同期ループ回路。
  3. 【請求項3】請求項2において、前記比較論理回路の入
    力しきい値が三値をとる位相同期ループ回路。
  4. 【請求項4】請求項3において、制御入力状態を開放,
    接地,電源電圧とする位相同期ループ回路。
JP9003596A 1997-01-13 1997-01-13 位相同期回路 Pending JPH10200400A (ja)

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JP9003596A JPH10200400A (ja) 1997-01-13 1997-01-13 位相同期回路

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JPH10200400A true JPH10200400A (ja) 1998-07-31

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JP (1) JPH10200400A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005294981A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 位相同期回路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005294981A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 位相同期回路

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