周波数比較器、周波数合成器及び関連方法
【課題】電圧に基づいて内部周波数を設定し、これを外部周波数と比較するアナログ周波数比較器と、アナログ周波数比較器の同じ原理でクロック信号を合成するアナログ周波数合成器、及び関連の方法を提供する。
【解決手段】周波数比較器は、第一信号と入力電圧に基づいて基準信号を生成する周波数検出回路と、該入力電圧に基づいて第二信号を生成する周波数発生器と、周波数検出回路と周波数発生器に結合され、基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げる電荷ポンプ回路と、電荷ポンプ回路に結合され、該電圧レベルに基づいて第一信号と第二信号間の周波数関係を示す決定論理とを含む。
【解決手段】周波数比較器は、第一信号と入力電圧に基づいて基準信号を生成する周波数検出回路と、該入力電圧に基づいて第二信号を生成する周波数発生器と、周波数検出回路と周波数発生器に結合され、基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げる電荷ポンプ回路と、電荷ポンプ回路に結合され、該電圧レベルに基づいて第一信号と第二信号間の周波数関係を示す決定論理とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はクロック信号処理に関し、特に電圧に基づいて内部周波数を設定し、これを外部周波数と比較するアナログ周波数比較器と、クロック信号を合成するアナログ周波数合成器、及び関連の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）の応用分野では、内部に発生するクロック信号と周波数が異なった外部クロック信号を受信するための外部ピンを設けることが一般である。このような集積回路は、両周波数の高低を判断し、判断結果に基づいて所要の周波数をもつクロック信号を選択する機能が必要である。従来の技術によれば、内部動作に必要な周波数を選定するのは、位相周波数検出器（ＰＦＤ）、計数器、及び複数のデジタル論理の組み合わせである。しかし、ＰＦＤ、計数器及び複数のデジタル論理の組み合わせは広いチップ面積を要し、コスト高をもたらす。
【０００３】
図１を参照する。図１は従来の周波数比較器１０を表す説明図である。従来の周波数比較器１０は周波数検出回路１１と、第一計数回路１２と、第二計数回路１３と、決定論理１４とを含む。第一クロック信号ＩＮ１と第二クロック信号ＩＮ２を周波数検出回路１１に同時に入力すれば、第一クロック信号ＩＮ１と第二クロック信号ＩＮ２にそれぞれ対応する第一リセット信号ＲＳＴ１と第二リセット信号ＲＳＴ２は、第一計数回路１２と第二計数回路１３に送信される。両リセット信号ＲＳＴ１、ＲＳＴ２は第一計数回路１２と第二計数回路１３をそれぞれリセットし、第一クロック信号ＩＮ１と第二クロック信号ＩＮ２のクロック周期の計数を始めさせる。第一クロック信号ＩＮ１が第二クロック信号ＩＮ２より周波数が高ければ、オーバーフロー信号ＯＦ１とオーバーフロー信号ＯＦ２は順次出力され、決定論理１４に入力される。したがって、決定論理１４は両オーバーフロー信号ＯＦ１、ＯＦ２に基づき、第一クロック信号ＩＮ１と第二クロック信号ＩＮ２の周波数関係を示す状態信号を出力する。それ以外、アメリカ合衆国特許第6,834,093号は別種の周波数比較器を掲示している。詳しくは当該特許を参照する。
【０００４】
外部周波数を受信した後、集積回路は、当該外部周波数を任意倍に変更し、これを内部クロック信号の周波数として内部クロック信号を合成するか、または外部周波数を利用して、位相の異なる複数のクロック信号を生成する必要がある。そのため、周波数合成器や周波数逓倍器は必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は前述の問題を解決するため、電圧に基づいて内部周波数を設定し、これを外部周波数と比較するアナログ周波数比較器と、アナログ周波数比較器の原理を利用してクロック信号を合成する周波数合成器、及び関連の方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は第一信号と第二信号の周波数を比較する周波数比較器を提供する。該周波数比較器は、第一信号と入力電圧に基づいて基準信号を生成する周波数検出回路と、該入力電圧に基づいて第二信号を生成する周波数発生器と、周波数検出回路と周波数発生器に結合され、基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げる電荷ポンプ回路と、電荷ポンプ回路に結合され、該電圧レベルに基づいて第一信号と第二信号間の周波数関係を示す決定論理とを含む。
【０００７】
この発明は更に、第一信号に基づいて第二信号を生成する周波数合成器を提供する。該周波数合成器は、第一信号と第一入力電圧に基づいて基準信号を生成する周波数検出回路と、第二入力電圧に基づいて第二信号を生成する周波数発生器と、周波数検出回路と周波数発生器に結合され、基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げる電荷ポンプ回路と、電荷ポンプ回路、周波数検出回路、及び周波数発生器に結合され、該電圧レベルに基づいて周波数検出回路と周波数発生器を調整し、基準信号と第二信号の周波数を調整する調整回路とを含む。
【０００８】
この発明は更に、第一信号と第二信号の周波数を比較する周波数比較方法を提供する。該方法は、（ａ）第一信号と入力電圧に基づいて基準信号を生成し、（ｂ）該入力電圧に基づいて第二信号を生成し、（ｃ）基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げ、（ｄ）該電圧レベルに基づいて第一信号と第二信号間の周波数関係を示すステップからなる。
【０００９】
この発明は更に、第一信号に基づいて第二信号を生成する周波数合成方法を提供する。該方法は、（ｅ）第一信号と第一入力電圧に基づいて基準信号を生成し、（ｆ）第二入力電圧に基づいて第二信号を生成し、（ｇ）基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げ、（ｈ）該電圧レベルに基づいて基準信号と第二信号の周波数を調整するステップからなる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明はデジタル論理の代わりにアナログ周波数比較器と周波数合成器を利用する。かかる構成はアナログ回路と統合性が良く、複数のデジタル論理と計数器を不要とするため、所要のチップ面積を縮小してコストを削減する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
かかる装置及び方法の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示を参照して以下に説明する。
【００１２】
当業者に周知されるとおり、民生用電子機器のメーカーは、本明細書及び特許請求の範囲に掲載されるものと異なった用語で同一の素子を呼ぶことが可能である。そのため、本発明は呼び名でなく、もっぱら機能で素子を特定する。なお、本明細書及び特許請求の範囲に用いられる「含む」や「有する」などの用語は限定的に捉えるべきでなく、例示されるものに限らないと解すべきである。また、「結合」とは直接の電気的接続もしくは間接の電気的接続を意味する。したがって、「第一装置が第二装置に結合される」とは、両装置が直接に相互接続され、もしくはその他の装置や接続を介して相互に接続されることをさす。
【００１３】
図２を参照する。図２はこの発明による周波数比較器１００を表す説明図である。周波数比較器１００は第一信号Ｓ１（すなわち外部クロック信号）と第二信号Ｓ２（すなわち内部クロック信号）の周波数を比較する装置であり、周波数検出回路１０１と、周波数発生器１０２と、電荷ポンプ回路１０３と、決定論理１０４と、バイアス電圧発生器１０５とを含む。周波数検出回路１０１は第一信号Ｓ１と入力電圧Ｖｒｏｓｃに基づいて基準信号Ｓｒを生成し、周波数発生器１０２は入力電圧Ｖｒｏｓｃに基づいて第二信号Ｓ２を生成する。周波数検出回路１０１と周波数発生器１０２に結合される電荷ポンプ回路１０３は、基準信号Ｓｒと第二信号Ｓ２の一方に基づいて充電電流Ｉｃをイネーブルして電圧レベルＶｏｓｅｔを上げ、更に基準信号Ｓｒと第二信号Ｓ２のもう一方に基づいて放電電流Ｉｄｃをイネーブルして電圧レベルＶｏｓｅｔを下げる。電荷ポンプ回路１０３に結合される決定論理１０４は、電荷ポンプ回路１０３から出力された電圧レベルＶｏｓｅｔに基づいて第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２の周波数関係を判断する。周波数検出回路１０１と周波数発生器１０２に結合されるバイアス電圧発生器１０５は入力電圧Ｖｒｏｓｃを生成する。
【００１４】
注意すべきは、本実施例での充電動作は基準信号Ｓｒによって制御され、放電動作は第二信号Ｓ２によって制御される。もっともこれは本発明を限定するものではない。例えば別の実施例として、充電動作が第二信号Ｓ２によって制御され、放電動作が基準信号Ｓｒによって制御されることも可能である。第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２の周波数関係は電圧レベルＶｏｓｅｔに基づいて判断できる。
【００１５】
下記は周波数比較器１００における回路素子の動作について詳述する。図２に示す実施例では、周波数検出回路１０１は、第一信号Ｓ１に結合され、第一信号Ｓ１を第一のこぎり波信号Ｓｗ１に変換する第一のこぎり波発生器１０１１と、第一のこぎり波信号Ｓｗ１と入力電圧Ｖｒｏｓｃに結合され、第一のこぎり波信号Ｓｗ１と入力電圧Ｖｒｏｓｃを比較して基準信号Ｓｒを生成する第一比較器１０１２とを含む。第一のこぎり波発生器１０１１は、単一パルス発生回路１０１１ａと、第一容量Ｃ１と、第一電流源Ｉ１と、第一スイッチＷ１と、第二スイッチＷ２と、スイッチ制御回路１０１１ｂとを含む。図２に示すように、第一信号Ｓ１に結合される単一パルス発生回路１０１１ａは、第一信号Ｓ１の周期ごとに１つのパルス信号（すなわちＳｐ１）を生成する。第一容量Ｃ１は第一のこぎり波発生器１０１１の出力ノードＮ１と第一基準電圧Ｖｓｓ（すなわち接地電圧）の間に結合され、第一電流源Ｉ１は第二基準電圧Ｖｄｄ（すなわち供給電圧）に結合されている。第一電流源Ｉ１と第一のこぎり波発生器１０１１の出力ノードＮ１の間に結合される第一スイッチＷ１は、第一スイッチ制御信号Ｓｃ１に基づいて第一電流源Ｉ１を第一容量Ｃ１に選択的に結合し、第一のこぎり波発生器１０１１の出力ノードＮ１と第一基準電圧Ｖｓｓの間に結合される第二スイッチＷ２は、第二スイッチ制御信号Ｓｃ２に基づいて第一容量Ｃ１を第一基準電圧Ｖｓｓに選択的に結合する。単一パルス発生回路１０１１ａ、第一スイッチＷ１、及び第二スイッチＷ２に結合されるスイッチ制御回路１０１１ｂは、単一パルス発生回路１０１１ａの出力信号Ｓｐ１に基づいて第一スイッチ制御信号Ｓｃ１と第二スイッチ制御信号Ｓｃ２を生成する。
【００１６】
図２を再び参照する。周波数発生器１０２は、第二信号Ｓ２に結合され、第二信号Ｓ２を第二のこぎり波信号Ｓｗ２に変換する第二のこぎり波発生器１０２１と、第二のこぎり波信号Ｓｗ２と入力電圧Ｖｒｏｓｃに結合され、第二のこぎり波信号Ｓｗ２と入力電圧Ｖｒｏｓｃを比較して第二信号Ｓ２を生成する第二比較器１０２２とを含む。第二のこぎり波発生器１０２１は、第二容量Ｃ２と、第二電流源Ｉ２と、第三スイッチＷ３と、第四スイッチＷ４と、スイッチ制御回路１０２１ａとを含む。第二容量Ｃ２は、第二のこぎり波発生器１０２１の出力ノードＮ２と第一基準電圧Ｖｓｓの間に結合され、第二電流源Ｉ２は第二基準電圧Ｖｄｄに結合されている。第二電流源Ｉ２と第二のこぎり波発生器１０２１の出力ノードＮ２の間に結合される第三スイッチＷ３は、第三スイッチ制御信号Ｓｃ３に基づいて第二電流源Ｉ２を第二容量Ｃ２に選択的に結合し、第二のこぎり波発生器１０２１の出力ノードＮ２と第一基準電圧Ｖｓｓの間に結合される第四スイッチＷ４は、第四スイッチ制御信号Ｓｃ４に基づいて第二容量Ｃ２を第一基準電圧Ｖｓｓに選択的に結合する。第二信号Ｓ２、第三スイッチＷ３、及び第四スイッチＷ４に結合されるスイッチ制御回路１０２１ａは、第二のこぎり波発生器１０２１の出力ノードＮ２から出力された第二信号Ｓ２に基づいて、第三スイッチ制御信号Ｓｃ３と第四スイッチ制御信号Ｓｃ４を生成する。
【００１７】
そのほか、電圧レベルＶｏｓｅｔと第三基準電圧Ｖｒ３に結合される決定論理１０４は、第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２間の周波数関係を示す指示信号Ｖｉｄを出力する。本実施例によるバイアス電圧発生器１０５は、抵抗器Ｒｒｅｆと、抵抗器Ｒｒｅｆに結合され、抵抗器Ｒｒｅｆの抵抗値に基づいて入力電圧Ｖｒｏｓｃを設定する基準電圧発生回路１０５１とを含む。注意すべきは、基準電圧発生回路１０５１、周波数検出回路１０１、周波数発生器１０２、電荷ポンプ回路１０３、及び決定論理１０４はすべて同一のチップに統合されており、抵抗器Ｒｒｅｆのみがチップ外に設けられている。言い換えれば、外部抵抗器Ｒの抵抗値は調整しやすい。実際の応用では、抵抗器Ｒｒｅｆを基準電圧発生回路１０５１に外部結合すれば、入力電圧Ｖｒｏｓｃの設定はすぐに完了する。入力電圧Ｖｒｏｓｃは、周波数発生器１０２によって生成される第二信号Ｓ２の周波数ｆ２を定めるものであり、その設定については下記に詳述する。
【００１８】
図３を参照する。図３は図１に示すバイアス電圧発生器１０５を表す説明図である。閉ループとして接続されるエラー増幅器１０５２とパストランジスターＭ１を介して、抵抗器Ｒｒｅｆに結合される第四基準電圧Ｖｒ４は基準電流Ｉｒｅｆ（Ｉｒｅｆ＝Ｖｒ４／Ｒｒｅｆ）を生成する。基準電流Ｉｒｅｆは後に電流ミラー１０５３によってミラーリングされ、ミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒとして生成される。当業者に周知されているとおり、電流ミラー回路１０５３の電流ミラー比Ｎｍｉｒｒｏｒは、ＰＭＯＳトランジスターＭ２、Ｍ３またはその他可能な手段で直接に設定できる。したがって、ミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒを抵抗器Ｒ１に流せば入力電圧Ｖｒｏｓｃを生成できる。注意すべきは、図３に示す回路構成は本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００１９】
単一パルス発生回路１０１１ａの動作について、第一信号Ｓ１が入力されると、単一パルス発生回路１０１１ａは第一信号Ｓ１の周期ごとに１つのパルス信号Ｓｐ１を生成して次段の回路に出力し、第一信号Ｓ１のデューティーサイクルを安定させる。図４を参照する。図４は図２に示す単一パルス発生回路１０１１ａを表す説明図である。単一パルス発生回路１０１１ａは、複数のインバーターＩｎｖ１、Ｉｎｖ２と、複数のトランジスターＭ４、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７と、第三トランジスターＣ３と、抵抗器Ｒ２と、ＮＡＮＤゲートＮＧとを含む。第一信号Ｓ１はまず、図４に示すインバーターＩｎｖ１、トランジスターＭ４、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、第三トランジスターＣ３、及び抵抗器Ｒ２からなる遅延ユニットで遅延され、遅延信号Ｓｄｅｌａｙとして生成され、ＮＡＮＤゲートＮＧに入力される。その後、ＮＡＮＤゲートＮＧは遅延信号Ｓｄｅｌａｙと第一信号Ｓ１を比較し、図５に示すような単一パルス信号Ｓｐ１を出力する。図５は図４と図２に示す遅延信号Ｓｄｅｌａｙ、第一信号Ｓ１、単一パルス信号Ｓｐ１、及び第一のこぎり波信号Ｓｗ１のタイミング図である。遅延ユニットの動作については当業者に周知されているため、ここで説明を省略とする。注意すべきは、図４に示す回路構成は本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。言い換えれば、単一パルス信号Ｓｐ１を生成できる単一パルス発生回路は、すべて本発明に適する。
【００２０】
スイッチ制御回路１０１１ｂの動作に関して、スイッチ制御回路１０１１ｂは上記単一パルス信号Ｓｐ１を受信し、これを第一スイッチ制御信号Ｓｃ１と第二スイッチ制御信号Ｓｃ２に変換する。図５と図６を参照する。図６は図２に示す第一のこぎり波発生器１０１１を表す説明図である。図６に示す簡素化された図面では、スイッチ制御回路１０１１ｂは入力された単一パルス信号Ｓｐ１に対し何の処理も行うことなく、単に伝送路として機能する。第一スイッチＷ１と第二スイッチＷ２はトランジスターＭ８、Ｍ９によって構成される。もっとも、本発明はそれに限らない。単一パルス信号Ｓｐ１が低レベルになるときは、トランジスターＭ９をオンにしてトランジスターＭ８をオフにし、第一電流源Ｉ１で出力ノードＮ１を充電する。単一パルス信号Ｓｐ１のインパルスが現れるときは、トランジスターＭ８をオンにしてトランジスターＭ９をオフにし、出力ノードＮ１を接地電圧へ放電させる。そうすれば、図５に示すような第一のこぎり波信号Ｓｗ１は得られる。
【００２１】
図２に示す第一比較器１０１２の動作に関して、第一比較器１０１２は第一のこぎり波信号Ｓｗ１と入力電圧Ｖｒｏｓｃを比較して基準信号Ｓｒを生成する。本実施例では、入力電圧Ｖｒｏｓｃは第一比較器１０１２の反転端子（すなわちＮ−）に結合され、第一のこぎり波信号Ｓｗ１は第一比較器１０１２の非反転端子（すなわちＮ＋）に結合される。第一信号Ｓ１の周波数に対応する第一のこぎり波信号Ｓｗ１の最大電圧が入力電圧Ｖｒｏｓｃより低ければ、基準信号Ｓｒは低電圧レベルのままとなる。第一信号Ｓ１の周波数に対応する第一のこぎり波信号Ｓｗ１の最大電圧が入力電圧Ｖｒｏｓｃを上回れば、基準信号Ｓｒは、第一信号Ｓ１の周期ごとに１つのパルスをもつ単一パルス信号と等価である。
【００２２】
図２を再び参照する。クロック信号を生成するためには、周波数発生器１０２の第二信号Ｓ２をスイッチ制御回路１０２１ａに帰還させるフィードバックループが必要である。入力電圧Ｖｒｏｓｃの設定完了後、周波数発生器１０２の負帰還特性は第二信号Ｓ２を誘起する。周波数発生器１０２の動作を更に詳しく説明するため、第二信号Ｓ２の初期値は低電圧レベルとする。図７を参照する。図７は図２に示す第二のこぎり波発生器１０２１を表す説明図である。図７に示す簡素化された図面では、スイッチ制御回路１０１１ａは入力された第二信号Ｓ２に対して何の処理も行うことなく、単に伝送路として機能する。第三スイッチＷ３と第四スイッチＷ４はトランジスターＭ１１、Ｍ１０によって構成される。したがって、第二信号Ｓ２はトランジスターＭ１１をオンにしてトランジスターＭ１０をオフにし、第二電流源Ｉ２で第二容量Ｃ２の出力ノードＮ２を介して第二容量Ｃ２を充電する。注意すべきは、第一のこぎり波信号Ｓｗ１と同じような傾斜（ramping、すなわち充電傾き）を有する第二のこぎり波信号Ｓｗ２を生成するためには、第二電流源Ｉ２、トランジスターＭ１０、トランジスターＭ１１、及び第二容量Ｃ２は、前記第一のこぎり波発生器１０１１ａの第一電流源Ｉ１、トランジスターＭ８、トランジスターＭ９、及び第一容量Ｃ１と一致しなければならない。第二のこぎり波信号Ｓｗ２が入力信号Ｖｒｏｓｃに達すると、第二比較器１０２２は第二信号Ｓ２の電圧レベルを図８に示すように高レベルにする。図８は図７と図２に示す第二信号Ｓ２、第二のこぎり波信号Ｓｗ２、及び入力電圧Ｖｒｏｓｃのタイミング図である。図に示すように、第二信号Ｓ２の高電圧レベルはトランジスターＭ１０、Ｍ１１のゲート端子に帰還し、トランジスターＭ１１をオフにしてトランジスターＭ１０をオンにする。そうすると、第二電流Ｉ２は再び第二容量Ｃ２を充電して第二信号Ｓ２の電圧レベルを上げ、第二信号Ｓ２はそれによって生成される。注意すべきは、第二信号Ｓ２の周波数は入力電圧Ｖｒｏｓｃ、第二容量Ｃ２、及び第二電流Ｉ２によって決められ、第二信号Ｓ２のパルス時間ｔ１は第二信号Ｓ２から第二のこぎり波信号Ｓｗ２への帰還時間に近い。本実施例は抵抗器Ｒｒｅｆで入力電圧Ｖｒｏｓｃを設定する。また別の実施例として、第二容量Ｃ２、または第二電流Ｉ２を調整することで第二信号Ｓ２の周波数を変えることも可能である。かかる変更は本発明の範囲に属する。
【００２３】
第一信号Ｓ１の周波数が第二信号Ｓ２より高い場合、第一信号Ｓ１の周波数に対応する第一のこぎり波信号Ｓｗ１の最大電圧は、バイアス電圧発生器１０５によって設定された入力電圧Ｖｒｏｓｃより低く、基準信号Ｓｒは前記周波数検出回路１０１の作用により低電圧レベルのままとなる。言い換えれば、電荷ポンプ回路１０３の充電電流Ｉｃは電荷ポンプ回路１０３の中の第四容量Ｃ４を充電しない。図９を参照する。図９は図２に示す電荷ポンプ回路１０３を表す説明図である。電荷ポンプ１０３は複数のトランジスターＭ１２〜Ｍ１８と、第五スイッチＷ５と、第六スイッチＷ６と、第四容量Ｃ４を含む。そのうちトランジスターＭ１３、Ｍ１８は第三電流Ｉ３を充電電流Ｉｃとしてミラーリングする電流ミラーとされ、トランジスターＭ１７、Ｍ１８は第三電流Ｉ３を第四電流Ｉ４としてミラーリングする別の電流ミラーとされ、トランジスターＭ１６、Ｍ１２は第四電流Ｉ４を放電電流Ｉｄｃとしてミラーリングする電流ミラーとされる。注意すべきは、本実施例では、充電電流Ｉｃは放電電流Ｉｄｃと一致しなければならない。また、トランジスターのアスペクト比を設定して同様のミラー電流を獲得する方法も当業者に周知されているため、ここで詳しい説明を省略とする。したがって、電圧レベルＶｏｓｅｔは図８に示す高電圧周期ｔ１から、決定論理１０４の第三電圧Ｖｒ３より低くなるまで逓減する。注意すべきは、本実施例では、決定論理１０４は比較器によって構成され、電圧レベルＶｏｓｅｔは図２に示す比較器の反転端子（すなわちＮ−）に結合され、第三基準電圧Ｖｒ３は図２に示す比較器の非反転端子（すなわちＮ＋）に結合される。その後、決定論理１０４の出力（すなわち指示信号Ｖｉｄ）は高電圧レベルに切り替わる。決定論理１０４の指示信号Ｖｉｄが高電圧レベルにある状態は、第一信号Ｓ１の周波数が第二信号Ｓ２より高いことを示す。
【００２４】
それに反して、第一信号Ｓ１の周波数が第二信号Ｓ２より低い場合では、第一信号Ｓ１の周波数に対応する第一のこぎり波信号Ｓｗ１の最大電圧はバイアス電圧発生器１０５によって設定された入力電圧Ｖｒｏｓｃを上回り、基準信号Ｓｒは、前記周波数検出回路１０１の作用により、第一信号Ｓ１の周期ごとに１つのパルスをもつ単一パルス信号と等価となる。図８と図１０を参照する。図１０は図６と図２に示す基準信号Ｓｒ、第一のこぎり波信号Ｓｗ１、及び入力電圧Ｖｒｏｓｃのタイミング図である。注意すべきは、図１０に示すパルスの高電圧周期ｔ２は第一信号Ｓ１の周波数と関係し、図８に示すパルスの高電圧周期ｔ１はループ応答と関係する。高電圧周期ｔ２は高電圧周期ｔ１より低くない。その結果、電圧レベルＶｏｓｅｔは第三基準電圧Ｖｒ３に達するまで逓増し、決定論理１０４の指示信号Ｖｉｄは低電圧レベルに切り替わる。この状態は、第一信号Ｓ１の周波数が第二信号Ｓ２より低いことを示す。
【００２５】
第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２の周波数が図２に示す周波数比較器１００によって決定された後、決定論理１０４の指示信号Ｖｉｄは設計上の要求にしたがって、第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２のうち早いもの、もしくは遅いものを選択する（すなわち周波数選択器として機能する）ことができる。選択信号（例えば指示信号Ｖｉｄ）に基づいて複数のクロック信号（例えば第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２）から１つを選ぶ周波数選択器については、当業者に周知されているため、ここで詳しい説明を省略とする。
【００２６】
図１１を参照する。図１１はこの発明による周波数合成器２００を表す説明図である。第一信号Ｓ１に基づいて第二信号Ｓ２を生成する周波数合成器２００は、周波数検出回路２０１と、周波数発生器２０２と、電荷ポンプ回路２０３と、調整回路２０４と、低域通過フィルター（ＬＰＦ）２０５とを含む。周波数検出回路２０１は第一信号Ｓ１と第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１に基づいて基準信号Ｓｒｅｆを生成し、周波数発生器２０２は第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２に基づいて第二信号Ｓ２を生成する。周波数検出回路２０１と周波数発生器２０２に結合される電荷ポンプ回路２０３は、基準信号Ｓｒｅｆと第二信号Ｓ２の一方に基づいて充電電流Ｉｃ’をイネーブルして電圧レベルＶｏｓｅｔを上げ、更に基準信号Ｓｒｅｆと第二信号Ｓ２のもう一方に基づいて放電電流Ｉｄｃをイネーブルして電圧レベルＶｏｓｅｔを下げる。本実施例では、充電動作は第二信号Ｓ２によって制御される。もっとも本発明はそれに限らない。電荷ポンプ回路２０３、周波数検出回路２０１、及び周波数発生器２０２に結合される調整回路２０４は、電圧レベルＶｏｓｅｔに基づいて周波数検出回路２０１と周波数発生器２０２を調整し、基準信号Ｖｒｅｆと第二信号Ｓ２の周波数を調整する。電荷ポンプ回路２０３と調整回路２０４に結合されるＬＰＦ２０５は、調整回路２０４から出力された電圧レベルＶｏｓｅｔをフィルタリングして第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を生成する。本実施例では、ＬＰＦ２０５は電圧レベルＶｏｓｅｔの直流レベルを抽出し、これを第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１として調整回路２０４に帰還させる。
【００２７】
図１１に示す実施例では、周波数検出回路２０１は、第一信号Ｓ１に結合され、第一信号Ｓ１を第一のこぎり波信号Ｓｗ１’に変換する第一のこぎり波発生器２０１１と、第一のこぎり波信号Ｓｗ１’と第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１に結合され、第一のこぎり波信号Ｓｗ１’と第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を比較して基準信号Ｖｒｅｆを生成する第一比較器２０１２とを含む。第一のこぎり波発生器２０１１は、単一パルス発生回路２０１１ａと、第一容量Ｃ１’と、第一電流源Ｉ１’と、第一スイッチＷ１’と、第二スイッチＷ２’と、スイッチ制御回路１０１１ｂとを含む。第一信号Ｓ１に結合される単一パルス発生回路２０１１ａは、第一信号Ｓ１の周期ごとに１つのパルス信号Ｓｐ１を生成する。第一容量Ｃ１’は、第一のこぎり波発生器２０１１の出力ノードＮ１’と第一基準電圧Ｖｓｓ（すなわち接地電圧）の間に結合され、第一電流源Ｉ１’は第二基準電圧Ｖｄｄ（すなわち供給電圧）に結合されている。第一電流源Ｉ１’と第一のこぎり波発生器２０１１の出力ノードＮ１’の間に結合される第一スイッチＷ１’は、第一スイッチ制御信号Ｓｃ１’に基づいて第一電流源Ｉ１’を第一容量Ｃ１’に選択的に結合し、第一のこぎり波発生器２０１１の出力ノードＮ１’と第一基準電圧Ｖｄｄの間に結合される第二スイッチＷ２’は、第二スイッチ制御信号Ｓｃ２’に基づいて第一容量Ｃ１’を第一基準電圧Ｖｄｄに選択的に結合する。単一パルス発生回路２０１１ａ、第一スイッチＷ１’、及び第二スイッチＷ２’に結合されるスイッチ制御回路２０１１ｂは、単一パルス発生回路２０１１ａの出力信号（すなわちＳｐ１）に基づいて第一スイッチ制御信号Ｓｃ１’と第二スイッチ制御信号Ｓｃ２’を生成する。
【００２８】
周波数発生器２０２は、第二信号Ｓ２に結合され、第二信号Ｓ２を第二のこぎり波信号Ｓｗ２’に変換する第二のこぎり波発生器２０２１と、第二のこぎり波信号Ｓｗ２’と第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２に結合され、第二のこぎり波信号Ｓｗ２’と第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２を比較して第二信号Ｓ２を生成する第二比較器２０２２とを含む。第二のこぎり波発生器２０２１は、第二容量Ｃ２’と、第二電流源Ｉ２’と、第三スイッチＷ３’と、第四スイッチＷ４’と、スイッチ制御回路２０２１ａとを含む。第二容量Ｃ２’は、第二のこぎり波発生器２０２１の出力ノードＮ２’と第一基準電圧Ｖｓｓの間に結合され、第二電流源Ｉ２’は第二基準電圧Ｖｄｄに結合されている。第二電流源Ｉ２’と第二のこぎり波発生器２０２１の出力ノードＮ２’の間に結合される第三スイッチＷ３’は、第三スイッチ制御信号Ｓｃ３’に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合し、第二のこぎり波発生器２０２１の出力ノードＮ２’と第一基準電圧Ｖｓｓの間に結合される第四スイッチＷ４’は、第四スイッチ制御信号Ｓｃ４’に基づいて第二容量Ｃ２’を第一基準電圧Ｖｓｓに選択的に結合する。第二信号Ｓ２’、第三スイッチＷ３’、及び第四スイッチＷ４’に結合されるスイッチ制御回路２０２１ａは、第二のこぎり波発生器２０２１の出力ノードＮ２’から出力された第二信号Ｓ２’に基づいて、第三スイッチ制御信号Ｓｃ３’と第四スイッチ制御信号Ｓｃ４’を生成する。
【００２９】
本実施例では、調整回路２０４は、相互に直列接続された２個の抵抗器Ｒ１、Ｒ２を有する分圧器によって構成され、その入力ノードＮ３’は第一比較器２０１２に結合され、出力ノードＮ４’は第二比較器２０２２に結合されている。注意すべきは、周波数比較器１００と比べ、周波数合成器２００では調整回路２０４が別設されるほか、前記決定論理１０４の代わりにＬＰＦ２０５が設けられている。それ以外、周波数合成器２００の周波数検出回路２０１、周波数発生器２０２、及び電荷ポンプ回路２０３はいずれも周波数比較器１００の周波数検出回路１０１、周波数発生器１０２、及び電荷ポンプ回路１０３に近いので、ここで詳しい説明を省略とする。
【００３０】
図１１に示す周波数合成器２００を再び参照する。第一電流源Ｉ１’は第二電流源Ｉ２’と一致し、第一容量Ｃ１’は第二容量Ｃ２’と一致し、充電電流Ｉｃ’は放電電流Ｉｄｃ’と一致している。入力ノードＮ３’は第一比較器２０１２の反転端子（すなわちＮ−）に結合され、出力ノードＮ４’は第二比較器２０２２の反転端子（すなわちＮ−）に結合されている。そのため、第二比較器２０２２の基準電圧（すなわち第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２）は抵抗器Ｒ１、Ｒ２間の抵抗値比によって決められる。前述によれば、第一信号Ｓ１（すなわち外部クロック信号）の周波数を不変とすれば、電荷ポンプ回路２０３の第五スイッチＷ５’の、第一信号Ｓ１の各周期におけるターンオン時間は、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１によって決められる。簡単に言えば、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値比は３とされる（Ｒ１／Ｒ２＝３）。注意すべきは、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値比は設計上の要求に応じて変更できる。図１１に示す周波数合成器１１では、抵抗器Ｒ１、第一比較器２０１２、電荷ポンプ回路２０３、及びＬＰＦ２０５は閉ループ帰還システムを形成する。したがって、図１２に示すように第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１は第一のこぎり波信号Ｓｗ１’のピーク電圧に固定される。図１２は第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１、第一のこぎり波信号Ｓｗ１’、及び第二のこぎり波信号Ｓｗ２’のタイミング図である。第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２は第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１の４分の１であるため、図１２に示すように、周波数発生器２０２は第一のこぎり波信号Ｓｗ１’の周波数を４倍（すなわち１＋Ｒ１／Ｒ２）にして第二のこぎり波信号Ｓｗ２’を生成する。したがって、第一信号Ｓ１の４倍の周波数をもつ第二信号Ｓ２を生成するためには、Ｒ１／Ｒ２＝３と設定すればよい。また、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値比をその他任意の値にして、所要の第二信号Ｓ２を生成することも可能である。同じく、周波数合成器２００が周波数逓倍器もしくは分周器として動作するように、分圧器と比較器２０１２、２０２２間の接続を調整することも可能である。そのうち第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２間の周波数関係は分圧器の抵抗に基づいて設定される。
【００３１】
注意すべきは、本発明は前記抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値比設定に限らず、第一のこぎり波信号Ｓｗ１’と第二のこぎり波信号Ｓｗ２’の充電傾きを調整できる方法であれば、すべて本発明の範囲に属する。例えば、本発明の一実施例として、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を用いて第一電流源Ｉ１’と第二電流源Ｉ２’を設定し、所要の周波数を固定することが可能であり、また別の実施例として、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を用いて第一容量Ｃ１’と第二容量Ｃ２’を設定し、所要の周波数を固定することも可能である。第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を用いて抵抗器Ｒ１とＲ２を設定すること、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を用いて第一容量Ｃ１’と第二容量Ｃ２’を設定すること、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を用いて第一電流源Ｉ１’と第二電流源Ｉ２’を設定すること、並びにこれらの方法の組み合わせは、いずれも第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２間の周波数関係を制御できるため、本発明の範囲に属する。
【００３２】
図１３を参照する。図１３はこの発明による周波数比較方法のフローチャートである。該方法は下記のように、図２に示す第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２の周波数を比較する。
ステップ３０２：開始。
ステップ３０４：第一信号Ｓ１を受信する。
ステップ３０６：第一信号Ｓ１を第一のこぎり波信号Ｓｗ１に変換する。
ステップ３０８：第一のこぎり波信号Ｓｗ１と入力電圧Ｖｒｏｓｃを比較し、基準信号Ｖｒｅｆを生成する。ステップ３１２に進む。
ステップ３１０：入力電圧Ｖｒｏｓｃに対応する第二信号Ｓ２を生成する。
ステップ３１２：基準信号Ｖｒｅｆと第二信号Ｓ２で容量Ｃ５を電荷ポンプ方式で充放電する。
ステップ３１４：決定論理１０４を用いて第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２間の周波数関係を示す。
【００３３】
上記周波数比較方法のステップ３０２〜３１４はいずれも前述で紹介されているため、ここで説明を省略とする。
【００３４】
図１４を参照する。図１３はこの発明による周波数合成方法のフローチャートである。該方法は下記のように、図１１に示す第一信号Ｓ１に基づいて第二信号Ｓ２の周波数を生成する。
ステップ４０２：開始。
ステップ４０４：第一信号Ｓ１を受信する。
ステップ４０６：第一信号Ｓ１を第一のこぎり波信号Ｓｗ１に変換する。
ステップ４０８：第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を設定する。ステップ４１３に進む。
ステップ４１０：第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２を設定する。
ステップ４１２：第二信号Ｓ２を生成する。ステップ４１４に進む。
ステップ４１３：基準信号Ｓｒｅｆを生成する。
ステップ４１４：基準信号Ｓｒｅｆと第二信号Ｓ２で容量Ｃ５’を電荷ポンプ方式で充放電する。
ステップ４１６：電圧レベルＶｏｓｅｔを低域通過方式でフィルタリングし、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を生成する。ステップ４０８に進む。
上記周波数合成方法のステップ４０２〜４１６はいずれも前述で紹介されているため、ここで説明を省略とする。
【００３５】
以上はこの発明に好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明はデジタル回路の代わりにアナログ回路を利用することを内容とする。かかる方法は実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の周波数比較器を表す説明図である。
【図２】この発明による周波数比較器を表す説明図である。
【図３】図１に示すバイアス電圧発生器を表す説明図である。
【図４】図２に示す単一パルス発生回路を表す説明図である。
【図５】図４と図２に示す遅延信号Ｓｄｅｌａｙ、第一信号Ｓ１、単一パルス信号Ｓｐ１、及び第一のこぎり波信号Ｓｗ１のタイミング図である。
【図６】図２に示す第一のこぎり波発生器を表す説明図である。
【図７】図２に示す第二のこぎり波発生器を表す説明図である。
【図８】図７と図２に示す第二信号Ｓ２、第二のこぎり波信号Ｓｗ２、及び入力電圧Ｖｒｏｓｃのタイミング図である。
【図９】図２に示す電荷ポンプ回路を表す説明図である。
【図１０】図６と図２に示す基準信号Ｓｒ、第一のこぎり波信号Ｓｗ１、及び入力電圧Ｖｒｏｓｃのタイミング図である。
【図１１】この発明による周波数合成器を表す説明図である。
【図１２】第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１、第一のこぎり波信号Ｓｗ１’、及び第二のこぎり波信号Ｓｗ２’のタイミング図である。
【図１３】この発明による周波数比較方法のフローチャートである。
【図１４】この発明による周波数合成方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１００ 周波数比較器
１１、１０１、２０１ 周波数検出回路
１２、１３ 計数回路
１４、１０４ 決定論理
１０２、２０２ 周波数発生器
１０３、２０３ 電荷ポンプ回路
１０５ バイアス電圧発生器
２００ 周波数合成器
２０４ 調整回路
２０５ ＬＰＦ
１０１１、１０２１、２０１１、２０２１ のこぎり波発生器
１０１１ａ、２０１１ａ 単一パルス発生回路
１０１１ｂ、１０２１ａ、２０１１ｂ、２０２１ａ スイッチ制御回路
１０１２、１０２２、２０１２、２０２２ 比較器
１０５１ 基準電圧発生回路
１０５２ エラー増幅器
１０５３ 電流ミラー回路
【技術分野】
【０００１】
この発明はクロック信号処理に関し、特に電圧に基づいて内部周波数を設定し、これを外部周波数と比較するアナログ周波数比較器と、クロック信号を合成するアナログ周波数合成器、及び関連の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）の応用分野では、内部に発生するクロック信号と周波数が異なった外部クロック信号を受信するための外部ピンを設けることが一般である。このような集積回路は、両周波数の高低を判断し、判断結果に基づいて所要の周波数をもつクロック信号を選択する機能が必要である。従来の技術によれば、内部動作に必要な周波数を選定するのは、位相周波数検出器（ＰＦＤ）、計数器、及び複数のデジタル論理の組み合わせである。しかし、ＰＦＤ、計数器及び複数のデジタル論理の組み合わせは広いチップ面積を要し、コスト高をもたらす。
【０００３】
図１を参照する。図１は従来の周波数比較器１０を表す説明図である。従来の周波数比較器１０は周波数検出回路１１と、第一計数回路１２と、第二計数回路１３と、決定論理１４とを含む。第一クロック信号ＩＮ１と第二クロック信号ＩＮ２を周波数検出回路１１に同時に入力すれば、第一クロック信号ＩＮ１と第二クロック信号ＩＮ２にそれぞれ対応する第一リセット信号ＲＳＴ１と第二リセット信号ＲＳＴ２は、第一計数回路１２と第二計数回路１３に送信される。両リセット信号ＲＳＴ１、ＲＳＴ２は第一計数回路１２と第二計数回路１３をそれぞれリセットし、第一クロック信号ＩＮ１と第二クロック信号ＩＮ２のクロック周期の計数を始めさせる。第一クロック信号ＩＮ１が第二クロック信号ＩＮ２より周波数が高ければ、オーバーフロー信号ＯＦ１とオーバーフロー信号ＯＦ２は順次出力され、決定論理１４に入力される。したがって、決定論理１４は両オーバーフロー信号ＯＦ１、ＯＦ２に基づき、第一クロック信号ＩＮ１と第二クロック信号ＩＮ２の周波数関係を示す状態信号を出力する。それ以外、アメリカ合衆国特許第6,834,093号は別種の周波数比較器を掲示している。詳しくは当該特許を参照する。
【０００４】
外部周波数を受信した後、集積回路は、当該外部周波数を任意倍に変更し、これを内部クロック信号の周波数として内部クロック信号を合成するか、または外部周波数を利用して、位相の異なる複数のクロック信号を生成する必要がある。そのため、周波数合成器や周波数逓倍器は必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は前述の問題を解決するため、電圧に基づいて内部周波数を設定し、これを外部周波数と比較するアナログ周波数比較器と、アナログ周波数比較器の原理を利用してクロック信号を合成する周波数合成器、及び関連の方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は第一信号と第二信号の周波数を比較する周波数比較器を提供する。該周波数比較器は、第一信号と入力電圧に基づいて基準信号を生成する周波数検出回路と、該入力電圧に基づいて第二信号を生成する周波数発生器と、周波数検出回路と周波数発生器に結合され、基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げる電荷ポンプ回路と、電荷ポンプ回路に結合され、該電圧レベルに基づいて第一信号と第二信号間の周波数関係を示す決定論理とを含む。
【０００７】
この発明は更に、第一信号に基づいて第二信号を生成する周波数合成器を提供する。該周波数合成器は、第一信号と第一入力電圧に基づいて基準信号を生成する周波数検出回路と、第二入力電圧に基づいて第二信号を生成する周波数発生器と、周波数検出回路と周波数発生器に結合され、基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げる電荷ポンプ回路と、電荷ポンプ回路、周波数検出回路、及び周波数発生器に結合され、該電圧レベルに基づいて周波数検出回路と周波数発生器を調整し、基準信号と第二信号の周波数を調整する調整回路とを含む。
【０００８】
この発明は更に、第一信号と第二信号の周波数を比較する周波数比較方法を提供する。該方法は、（ａ）第一信号と入力電圧に基づいて基準信号を生成し、（ｂ）該入力電圧に基づいて第二信号を生成し、（ｃ）基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げ、（ｄ）該電圧レベルに基づいて第一信号と第二信号間の周波数関係を示すステップからなる。
【０００９】
この発明は更に、第一信号に基づいて第二信号を生成する周波数合成方法を提供する。該方法は、（ｅ）第一信号と第一入力電圧に基づいて基準信号を生成し、（ｆ）第二入力電圧に基づいて第二信号を生成し、（ｇ）基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げ、（ｈ）該電圧レベルに基づいて基準信号と第二信号の周波数を調整するステップからなる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明はデジタル論理の代わりにアナログ周波数比較器と周波数合成器を利用する。かかる構成はアナログ回路と統合性が良く、複数のデジタル論理と計数器を不要とするため、所要のチップ面積を縮小してコストを削減する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
かかる装置及び方法の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示を参照して以下に説明する。
【００１２】
当業者に周知されるとおり、民生用電子機器のメーカーは、本明細書及び特許請求の範囲に掲載されるものと異なった用語で同一の素子を呼ぶことが可能である。そのため、本発明は呼び名でなく、もっぱら機能で素子を特定する。なお、本明細書及び特許請求の範囲に用いられる「含む」や「有する」などの用語は限定的に捉えるべきでなく、例示されるものに限らないと解すべきである。また、「結合」とは直接の電気的接続もしくは間接の電気的接続を意味する。したがって、「第一装置が第二装置に結合される」とは、両装置が直接に相互接続され、もしくはその他の装置や接続を介して相互に接続されることをさす。
【００１３】
図２を参照する。図２はこの発明による周波数比較器１００を表す説明図である。周波数比較器１００は第一信号Ｓ１（すなわち外部クロック信号）と第二信号Ｓ２（すなわち内部クロック信号）の周波数を比較する装置であり、周波数検出回路１０１と、周波数発生器１０２と、電荷ポンプ回路１０３と、決定論理１０４と、バイアス電圧発生器１０５とを含む。周波数検出回路１０１は第一信号Ｓ１と入力電圧Ｖｒｏｓｃに基づいて基準信号Ｓｒを生成し、周波数発生器１０２は入力電圧Ｖｒｏｓｃに基づいて第二信号Ｓ２を生成する。周波数検出回路１０１と周波数発生器１０２に結合される電荷ポンプ回路１０３は、基準信号Ｓｒと第二信号Ｓ２の一方に基づいて充電電流Ｉｃをイネーブルして電圧レベルＶｏｓｅｔを上げ、更に基準信号Ｓｒと第二信号Ｓ２のもう一方に基づいて放電電流Ｉｄｃをイネーブルして電圧レベルＶｏｓｅｔを下げる。電荷ポンプ回路１０３に結合される決定論理１０４は、電荷ポンプ回路１０３から出力された電圧レベルＶｏｓｅｔに基づいて第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２の周波数関係を判断する。周波数検出回路１０１と周波数発生器１０２に結合されるバイアス電圧発生器１０５は入力電圧Ｖｒｏｓｃを生成する。
【００１４】
注意すべきは、本実施例での充電動作は基準信号Ｓｒによって制御され、放電動作は第二信号Ｓ２によって制御される。もっともこれは本発明を限定するものではない。例えば別の実施例として、充電動作が第二信号Ｓ２によって制御され、放電動作が基準信号Ｓｒによって制御されることも可能である。第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２の周波数関係は電圧レベルＶｏｓｅｔに基づいて判断できる。
【００１５】
下記は周波数比較器１００における回路素子の動作について詳述する。図２に示す実施例では、周波数検出回路１０１は、第一信号Ｓ１に結合され、第一信号Ｓ１を第一のこぎり波信号Ｓｗ１に変換する第一のこぎり波発生器１０１１と、第一のこぎり波信号Ｓｗ１と入力電圧Ｖｒｏｓｃに結合され、第一のこぎり波信号Ｓｗ１と入力電圧Ｖｒｏｓｃを比較して基準信号Ｓｒを生成する第一比較器１０１２とを含む。第一のこぎり波発生器１０１１は、単一パルス発生回路１０１１ａと、第一容量Ｃ１と、第一電流源Ｉ１と、第一スイッチＷ１と、第二スイッチＷ２と、スイッチ制御回路１０１１ｂとを含む。図２に示すように、第一信号Ｓ１に結合される単一パルス発生回路１０１１ａは、第一信号Ｓ１の周期ごとに１つのパルス信号（すなわちＳｐ１）を生成する。第一容量Ｃ１は第一のこぎり波発生器１０１１の出力ノードＮ１と第一基準電圧Ｖｓｓ（すなわち接地電圧）の間に結合され、第一電流源Ｉ１は第二基準電圧Ｖｄｄ（すなわち供給電圧）に結合されている。第一電流源Ｉ１と第一のこぎり波発生器１０１１の出力ノードＮ１の間に結合される第一スイッチＷ１は、第一スイッチ制御信号Ｓｃ１に基づいて第一電流源Ｉ１を第一容量Ｃ１に選択的に結合し、第一のこぎり波発生器１０１１の出力ノードＮ１と第一基準電圧Ｖｓｓの間に結合される第二スイッチＷ２は、第二スイッチ制御信号Ｓｃ２に基づいて第一容量Ｃ１を第一基準電圧Ｖｓｓに選択的に結合する。単一パルス発生回路１０１１ａ、第一スイッチＷ１、及び第二スイッチＷ２に結合されるスイッチ制御回路１０１１ｂは、単一パルス発生回路１０１１ａの出力信号Ｓｐ１に基づいて第一スイッチ制御信号Ｓｃ１と第二スイッチ制御信号Ｓｃ２を生成する。
【００１６】
図２を再び参照する。周波数発生器１０２は、第二信号Ｓ２に結合され、第二信号Ｓ２を第二のこぎり波信号Ｓｗ２に変換する第二のこぎり波発生器１０２１と、第二のこぎり波信号Ｓｗ２と入力電圧Ｖｒｏｓｃに結合され、第二のこぎり波信号Ｓｗ２と入力電圧Ｖｒｏｓｃを比較して第二信号Ｓ２を生成する第二比較器１０２２とを含む。第二のこぎり波発生器１０２１は、第二容量Ｃ２と、第二電流源Ｉ２と、第三スイッチＷ３と、第四スイッチＷ４と、スイッチ制御回路１０２１ａとを含む。第二容量Ｃ２は、第二のこぎり波発生器１０２１の出力ノードＮ２と第一基準電圧Ｖｓｓの間に結合され、第二電流源Ｉ２は第二基準電圧Ｖｄｄに結合されている。第二電流源Ｉ２と第二のこぎり波発生器１０２１の出力ノードＮ２の間に結合される第三スイッチＷ３は、第三スイッチ制御信号Ｓｃ３に基づいて第二電流源Ｉ２を第二容量Ｃ２に選択的に結合し、第二のこぎり波発生器１０２１の出力ノードＮ２と第一基準電圧Ｖｓｓの間に結合される第四スイッチＷ４は、第四スイッチ制御信号Ｓｃ４に基づいて第二容量Ｃ２を第一基準電圧Ｖｓｓに選択的に結合する。第二信号Ｓ２、第三スイッチＷ３、及び第四スイッチＷ４に結合されるスイッチ制御回路１０２１ａは、第二のこぎり波発生器１０２１の出力ノードＮ２から出力された第二信号Ｓ２に基づいて、第三スイッチ制御信号Ｓｃ３と第四スイッチ制御信号Ｓｃ４を生成する。
【００１７】
そのほか、電圧レベルＶｏｓｅｔと第三基準電圧Ｖｒ３に結合される決定論理１０４は、第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２間の周波数関係を示す指示信号Ｖｉｄを出力する。本実施例によるバイアス電圧発生器１０５は、抵抗器Ｒｒｅｆと、抵抗器Ｒｒｅｆに結合され、抵抗器Ｒｒｅｆの抵抗値に基づいて入力電圧Ｖｒｏｓｃを設定する基準電圧発生回路１０５１とを含む。注意すべきは、基準電圧発生回路１０５１、周波数検出回路１０１、周波数発生器１０２、電荷ポンプ回路１０３、及び決定論理１０４はすべて同一のチップに統合されており、抵抗器Ｒｒｅｆのみがチップ外に設けられている。言い換えれば、外部抵抗器Ｒの抵抗値は調整しやすい。実際の応用では、抵抗器Ｒｒｅｆを基準電圧発生回路１０５１に外部結合すれば、入力電圧Ｖｒｏｓｃの設定はすぐに完了する。入力電圧Ｖｒｏｓｃは、周波数発生器１０２によって生成される第二信号Ｓ２の周波数ｆ２を定めるものであり、その設定については下記に詳述する。
【００１８】
図３を参照する。図３は図１に示すバイアス電圧発生器１０５を表す説明図である。閉ループとして接続されるエラー増幅器１０５２とパストランジスターＭ１を介して、抵抗器Ｒｒｅｆに結合される第四基準電圧Ｖｒ４は基準電流Ｉｒｅｆ（Ｉｒｅｆ＝Ｖｒ４／Ｒｒｅｆ）を生成する。基準電流Ｉｒｅｆは後に電流ミラー１０５３によってミラーリングされ、ミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒとして生成される。当業者に周知されているとおり、電流ミラー回路１０５３の電流ミラー比Ｎｍｉｒｒｏｒは、ＰＭＯＳトランジスターＭ２、Ｍ３またはその他可能な手段で直接に設定できる。したがって、ミラー電流Ｉｍｉｒｒｏｒを抵抗器Ｒ１に流せば入力電圧Ｖｒｏｓｃを生成できる。注意すべきは、図３に示す回路構成は本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００１９】
単一パルス発生回路１０１１ａの動作について、第一信号Ｓ１が入力されると、単一パルス発生回路１０１１ａは第一信号Ｓ１の周期ごとに１つのパルス信号Ｓｐ１を生成して次段の回路に出力し、第一信号Ｓ１のデューティーサイクルを安定させる。図４を参照する。図４は図２に示す単一パルス発生回路１０１１ａを表す説明図である。単一パルス発生回路１０１１ａは、複数のインバーターＩｎｖ１、Ｉｎｖ２と、複数のトランジスターＭ４、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７と、第三トランジスターＣ３と、抵抗器Ｒ２と、ＮＡＮＤゲートＮＧとを含む。第一信号Ｓ１はまず、図４に示すインバーターＩｎｖ１、トランジスターＭ４、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、第三トランジスターＣ３、及び抵抗器Ｒ２からなる遅延ユニットで遅延され、遅延信号Ｓｄｅｌａｙとして生成され、ＮＡＮＤゲートＮＧに入力される。その後、ＮＡＮＤゲートＮＧは遅延信号Ｓｄｅｌａｙと第一信号Ｓ１を比較し、図５に示すような単一パルス信号Ｓｐ１を出力する。図５は図４と図２に示す遅延信号Ｓｄｅｌａｙ、第一信号Ｓ１、単一パルス信号Ｓｐ１、及び第一のこぎり波信号Ｓｗ１のタイミング図である。遅延ユニットの動作については当業者に周知されているため、ここで説明を省略とする。注意すべきは、図４に示す回路構成は本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。言い換えれば、単一パルス信号Ｓｐ１を生成できる単一パルス発生回路は、すべて本発明に適する。
【００２０】
スイッチ制御回路１０１１ｂの動作に関して、スイッチ制御回路１０１１ｂは上記単一パルス信号Ｓｐ１を受信し、これを第一スイッチ制御信号Ｓｃ１と第二スイッチ制御信号Ｓｃ２に変換する。図５と図６を参照する。図６は図２に示す第一のこぎり波発生器１０１１を表す説明図である。図６に示す簡素化された図面では、スイッチ制御回路１０１１ｂは入力された単一パルス信号Ｓｐ１に対し何の処理も行うことなく、単に伝送路として機能する。第一スイッチＷ１と第二スイッチＷ２はトランジスターＭ８、Ｍ９によって構成される。もっとも、本発明はそれに限らない。単一パルス信号Ｓｐ１が低レベルになるときは、トランジスターＭ９をオンにしてトランジスターＭ８をオフにし、第一電流源Ｉ１で出力ノードＮ１を充電する。単一パルス信号Ｓｐ１のインパルスが現れるときは、トランジスターＭ８をオンにしてトランジスターＭ９をオフにし、出力ノードＮ１を接地電圧へ放電させる。そうすれば、図５に示すような第一のこぎり波信号Ｓｗ１は得られる。
【００２１】
図２に示す第一比較器１０１２の動作に関して、第一比較器１０１２は第一のこぎり波信号Ｓｗ１と入力電圧Ｖｒｏｓｃを比較して基準信号Ｓｒを生成する。本実施例では、入力電圧Ｖｒｏｓｃは第一比較器１０１２の反転端子（すなわちＮ−）に結合され、第一のこぎり波信号Ｓｗ１は第一比較器１０１２の非反転端子（すなわちＮ＋）に結合される。第一信号Ｓ１の周波数に対応する第一のこぎり波信号Ｓｗ１の最大電圧が入力電圧Ｖｒｏｓｃより低ければ、基準信号Ｓｒは低電圧レベルのままとなる。第一信号Ｓ１の周波数に対応する第一のこぎり波信号Ｓｗ１の最大電圧が入力電圧Ｖｒｏｓｃを上回れば、基準信号Ｓｒは、第一信号Ｓ１の周期ごとに１つのパルスをもつ単一パルス信号と等価である。
【００２２】
図２を再び参照する。クロック信号を生成するためには、周波数発生器１０２の第二信号Ｓ２をスイッチ制御回路１０２１ａに帰還させるフィードバックループが必要である。入力電圧Ｖｒｏｓｃの設定完了後、周波数発生器１０２の負帰還特性は第二信号Ｓ２を誘起する。周波数発生器１０２の動作を更に詳しく説明するため、第二信号Ｓ２の初期値は低電圧レベルとする。図７を参照する。図７は図２に示す第二のこぎり波発生器１０２１を表す説明図である。図７に示す簡素化された図面では、スイッチ制御回路１０１１ａは入力された第二信号Ｓ２に対して何の処理も行うことなく、単に伝送路として機能する。第三スイッチＷ３と第四スイッチＷ４はトランジスターＭ１１、Ｍ１０によって構成される。したがって、第二信号Ｓ２はトランジスターＭ１１をオンにしてトランジスターＭ１０をオフにし、第二電流源Ｉ２で第二容量Ｃ２の出力ノードＮ２を介して第二容量Ｃ２を充電する。注意すべきは、第一のこぎり波信号Ｓｗ１と同じような傾斜（ramping、すなわち充電傾き）を有する第二のこぎり波信号Ｓｗ２を生成するためには、第二電流源Ｉ２、トランジスターＭ１０、トランジスターＭ１１、及び第二容量Ｃ２は、前記第一のこぎり波発生器１０１１ａの第一電流源Ｉ１、トランジスターＭ８、トランジスターＭ９、及び第一容量Ｃ１と一致しなければならない。第二のこぎり波信号Ｓｗ２が入力信号Ｖｒｏｓｃに達すると、第二比較器１０２２は第二信号Ｓ２の電圧レベルを図８に示すように高レベルにする。図８は図７と図２に示す第二信号Ｓ２、第二のこぎり波信号Ｓｗ２、及び入力電圧Ｖｒｏｓｃのタイミング図である。図に示すように、第二信号Ｓ２の高電圧レベルはトランジスターＭ１０、Ｍ１１のゲート端子に帰還し、トランジスターＭ１１をオフにしてトランジスターＭ１０をオンにする。そうすると、第二電流Ｉ２は再び第二容量Ｃ２を充電して第二信号Ｓ２の電圧レベルを上げ、第二信号Ｓ２はそれによって生成される。注意すべきは、第二信号Ｓ２の周波数は入力電圧Ｖｒｏｓｃ、第二容量Ｃ２、及び第二電流Ｉ２によって決められ、第二信号Ｓ２のパルス時間ｔ１は第二信号Ｓ２から第二のこぎり波信号Ｓｗ２への帰還時間に近い。本実施例は抵抗器Ｒｒｅｆで入力電圧Ｖｒｏｓｃを設定する。また別の実施例として、第二容量Ｃ２、または第二電流Ｉ２を調整することで第二信号Ｓ２の周波数を変えることも可能である。かかる変更は本発明の範囲に属する。
【００２３】
第一信号Ｓ１の周波数が第二信号Ｓ２より高い場合、第一信号Ｓ１の周波数に対応する第一のこぎり波信号Ｓｗ１の最大電圧は、バイアス電圧発生器１０５によって設定された入力電圧Ｖｒｏｓｃより低く、基準信号Ｓｒは前記周波数検出回路１０１の作用により低電圧レベルのままとなる。言い換えれば、電荷ポンプ回路１０３の充電電流Ｉｃは電荷ポンプ回路１０３の中の第四容量Ｃ４を充電しない。図９を参照する。図９は図２に示す電荷ポンプ回路１０３を表す説明図である。電荷ポンプ１０３は複数のトランジスターＭ１２〜Ｍ１８と、第五スイッチＷ５と、第六スイッチＷ６と、第四容量Ｃ４を含む。そのうちトランジスターＭ１３、Ｍ１８は第三電流Ｉ３を充電電流Ｉｃとしてミラーリングする電流ミラーとされ、トランジスターＭ１７、Ｍ１８は第三電流Ｉ３を第四電流Ｉ４としてミラーリングする別の電流ミラーとされ、トランジスターＭ１６、Ｍ１２は第四電流Ｉ４を放電電流Ｉｄｃとしてミラーリングする電流ミラーとされる。注意すべきは、本実施例では、充電電流Ｉｃは放電電流Ｉｄｃと一致しなければならない。また、トランジスターのアスペクト比を設定して同様のミラー電流を獲得する方法も当業者に周知されているため、ここで詳しい説明を省略とする。したがって、電圧レベルＶｏｓｅｔは図８に示す高電圧周期ｔ１から、決定論理１０４の第三電圧Ｖｒ３より低くなるまで逓減する。注意すべきは、本実施例では、決定論理１０４は比較器によって構成され、電圧レベルＶｏｓｅｔは図２に示す比較器の反転端子（すなわちＮ−）に結合され、第三基準電圧Ｖｒ３は図２に示す比較器の非反転端子（すなわちＮ＋）に結合される。その後、決定論理１０４の出力（すなわち指示信号Ｖｉｄ）は高電圧レベルに切り替わる。決定論理１０４の指示信号Ｖｉｄが高電圧レベルにある状態は、第一信号Ｓ１の周波数が第二信号Ｓ２より高いことを示す。
【００２４】
それに反して、第一信号Ｓ１の周波数が第二信号Ｓ２より低い場合では、第一信号Ｓ１の周波数に対応する第一のこぎり波信号Ｓｗ１の最大電圧はバイアス電圧発生器１０５によって設定された入力電圧Ｖｒｏｓｃを上回り、基準信号Ｓｒは、前記周波数検出回路１０１の作用により、第一信号Ｓ１の周期ごとに１つのパルスをもつ単一パルス信号と等価となる。図８と図１０を参照する。図１０は図６と図２に示す基準信号Ｓｒ、第一のこぎり波信号Ｓｗ１、及び入力電圧Ｖｒｏｓｃのタイミング図である。注意すべきは、図１０に示すパルスの高電圧周期ｔ２は第一信号Ｓ１の周波数と関係し、図８に示すパルスの高電圧周期ｔ１はループ応答と関係する。高電圧周期ｔ２は高電圧周期ｔ１より低くない。その結果、電圧レベルＶｏｓｅｔは第三基準電圧Ｖｒ３に達するまで逓増し、決定論理１０４の指示信号Ｖｉｄは低電圧レベルに切り替わる。この状態は、第一信号Ｓ１の周波数が第二信号Ｓ２より低いことを示す。
【００２５】
第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２の周波数が図２に示す周波数比較器１００によって決定された後、決定論理１０４の指示信号Ｖｉｄは設計上の要求にしたがって、第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２のうち早いもの、もしくは遅いものを選択する（すなわち周波数選択器として機能する）ことができる。選択信号（例えば指示信号Ｖｉｄ）に基づいて複数のクロック信号（例えば第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２）から１つを選ぶ周波数選択器については、当業者に周知されているため、ここで詳しい説明を省略とする。
【００２６】
図１１を参照する。図１１はこの発明による周波数合成器２００を表す説明図である。第一信号Ｓ１に基づいて第二信号Ｓ２を生成する周波数合成器２００は、周波数検出回路２０１と、周波数発生器２０２と、電荷ポンプ回路２０３と、調整回路２０４と、低域通過フィルター（ＬＰＦ）２０５とを含む。周波数検出回路２０１は第一信号Ｓ１と第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１に基づいて基準信号Ｓｒｅｆを生成し、周波数発生器２０２は第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２に基づいて第二信号Ｓ２を生成する。周波数検出回路２０１と周波数発生器２０２に結合される電荷ポンプ回路２０３は、基準信号Ｓｒｅｆと第二信号Ｓ２の一方に基づいて充電電流Ｉｃ’をイネーブルして電圧レベルＶｏｓｅｔを上げ、更に基準信号Ｓｒｅｆと第二信号Ｓ２のもう一方に基づいて放電電流Ｉｄｃをイネーブルして電圧レベルＶｏｓｅｔを下げる。本実施例では、充電動作は第二信号Ｓ２によって制御される。もっとも本発明はそれに限らない。電荷ポンプ回路２０３、周波数検出回路２０１、及び周波数発生器２０２に結合される調整回路２０４は、電圧レベルＶｏｓｅｔに基づいて周波数検出回路２０１と周波数発生器２０２を調整し、基準信号Ｖｒｅｆと第二信号Ｓ２の周波数を調整する。電荷ポンプ回路２０３と調整回路２０４に結合されるＬＰＦ２０５は、調整回路２０４から出力された電圧レベルＶｏｓｅｔをフィルタリングして第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を生成する。本実施例では、ＬＰＦ２０５は電圧レベルＶｏｓｅｔの直流レベルを抽出し、これを第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１として調整回路２０４に帰還させる。
【００２７】
図１１に示す実施例では、周波数検出回路２０１は、第一信号Ｓ１に結合され、第一信号Ｓ１を第一のこぎり波信号Ｓｗ１’に変換する第一のこぎり波発生器２０１１と、第一のこぎり波信号Ｓｗ１’と第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１に結合され、第一のこぎり波信号Ｓｗ１’と第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を比較して基準信号Ｖｒｅｆを生成する第一比較器２０１２とを含む。第一のこぎり波発生器２０１１は、単一パルス発生回路２０１１ａと、第一容量Ｃ１’と、第一電流源Ｉ１’と、第一スイッチＷ１’と、第二スイッチＷ２’と、スイッチ制御回路１０１１ｂとを含む。第一信号Ｓ１に結合される単一パルス発生回路２０１１ａは、第一信号Ｓ１の周期ごとに１つのパルス信号Ｓｐ１を生成する。第一容量Ｃ１’は、第一のこぎり波発生器２０１１の出力ノードＮ１’と第一基準電圧Ｖｓｓ（すなわち接地電圧）の間に結合され、第一電流源Ｉ１’は第二基準電圧Ｖｄｄ（すなわち供給電圧）に結合されている。第一電流源Ｉ１’と第一のこぎり波発生器２０１１の出力ノードＮ１’の間に結合される第一スイッチＷ１’は、第一スイッチ制御信号Ｓｃ１’に基づいて第一電流源Ｉ１’を第一容量Ｃ１’に選択的に結合し、第一のこぎり波発生器２０１１の出力ノードＮ１’と第一基準電圧Ｖｄｄの間に結合される第二スイッチＷ２’は、第二スイッチ制御信号Ｓｃ２’に基づいて第一容量Ｃ１’を第一基準電圧Ｖｄｄに選択的に結合する。単一パルス発生回路２０１１ａ、第一スイッチＷ１’、及び第二スイッチＷ２’に結合されるスイッチ制御回路２０１１ｂは、単一パルス発生回路２０１１ａの出力信号（すなわちＳｐ１）に基づいて第一スイッチ制御信号Ｓｃ１’と第二スイッチ制御信号Ｓｃ２’を生成する。
【００２８】
周波数発生器２０２は、第二信号Ｓ２に結合され、第二信号Ｓ２を第二のこぎり波信号Ｓｗ２’に変換する第二のこぎり波発生器２０２１と、第二のこぎり波信号Ｓｗ２’と第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２に結合され、第二のこぎり波信号Ｓｗ２’と第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２を比較して第二信号Ｓ２を生成する第二比較器２０２２とを含む。第二のこぎり波発生器２０２１は、第二容量Ｃ２’と、第二電流源Ｉ２’と、第三スイッチＷ３’と、第四スイッチＷ４’と、スイッチ制御回路２０２１ａとを含む。第二容量Ｃ２’は、第二のこぎり波発生器２０２１の出力ノードＮ２’と第一基準電圧Ｖｓｓの間に結合され、第二電流源Ｉ２’は第二基準電圧Ｖｄｄに結合されている。第二電流源Ｉ２’と第二のこぎり波発生器２０２１の出力ノードＮ２’の間に結合される第三スイッチＷ３’は、第三スイッチ制御信号Ｓｃ３’に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合し、第二のこぎり波発生器２０２１の出力ノードＮ２’と第一基準電圧Ｖｓｓの間に結合される第四スイッチＷ４’は、第四スイッチ制御信号Ｓｃ４’に基づいて第二容量Ｃ２’を第一基準電圧Ｖｓｓに選択的に結合する。第二信号Ｓ２’、第三スイッチＷ３’、及び第四スイッチＷ４’に結合されるスイッチ制御回路２０２１ａは、第二のこぎり波発生器２０２１の出力ノードＮ２’から出力された第二信号Ｓ２’に基づいて、第三スイッチ制御信号Ｓｃ３’と第四スイッチ制御信号Ｓｃ４’を生成する。
【００２９】
本実施例では、調整回路２０４は、相互に直列接続された２個の抵抗器Ｒ１、Ｒ２を有する分圧器によって構成され、その入力ノードＮ３’は第一比較器２０１２に結合され、出力ノードＮ４’は第二比較器２０２２に結合されている。注意すべきは、周波数比較器１００と比べ、周波数合成器２００では調整回路２０４が別設されるほか、前記決定論理１０４の代わりにＬＰＦ２０５が設けられている。それ以外、周波数合成器２００の周波数検出回路２０１、周波数発生器２０２、及び電荷ポンプ回路２０３はいずれも周波数比較器１００の周波数検出回路１０１、周波数発生器１０２、及び電荷ポンプ回路１０３に近いので、ここで詳しい説明を省略とする。
【００３０】
図１１に示す周波数合成器２００を再び参照する。第一電流源Ｉ１’は第二電流源Ｉ２’と一致し、第一容量Ｃ１’は第二容量Ｃ２’と一致し、充電電流Ｉｃ’は放電電流Ｉｄｃ’と一致している。入力ノードＮ３’は第一比較器２０１２の反転端子（すなわちＮ−）に結合され、出力ノードＮ４’は第二比較器２０２２の反転端子（すなわちＮ−）に結合されている。そのため、第二比較器２０２２の基準電圧（すなわち第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２）は抵抗器Ｒ１、Ｒ２間の抵抗値比によって決められる。前述によれば、第一信号Ｓ１（すなわち外部クロック信号）の周波数を不変とすれば、電荷ポンプ回路２０３の第五スイッチＷ５’の、第一信号Ｓ１の各周期におけるターンオン時間は、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１によって決められる。簡単に言えば、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値比は３とされる（Ｒ１／Ｒ２＝３）。注意すべきは、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値比は設計上の要求に応じて変更できる。図１１に示す周波数合成器１１では、抵抗器Ｒ１、第一比較器２０１２、電荷ポンプ回路２０３、及びＬＰＦ２０５は閉ループ帰還システムを形成する。したがって、図１２に示すように第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１は第一のこぎり波信号Ｓｗ１’のピーク電圧に固定される。図１２は第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１、第一のこぎり波信号Ｓｗ１’、及び第二のこぎり波信号Ｓｗ２’のタイミング図である。第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２は第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１の４分の１であるため、図１２に示すように、周波数発生器２０２は第一のこぎり波信号Ｓｗ１’の周波数を４倍（すなわち１＋Ｒ１／Ｒ２）にして第二のこぎり波信号Ｓｗ２’を生成する。したがって、第一信号Ｓ１の４倍の周波数をもつ第二信号Ｓ２を生成するためには、Ｒ１／Ｒ２＝３と設定すればよい。また、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値比をその他任意の値にして、所要の第二信号Ｓ２を生成することも可能である。同じく、周波数合成器２００が周波数逓倍器もしくは分周器として動作するように、分圧器と比較器２０１２、２０２２間の接続を調整することも可能である。そのうち第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２間の周波数関係は分圧器の抵抗に基づいて設定される。
【００３１】
注意すべきは、本発明は前記抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値比設定に限らず、第一のこぎり波信号Ｓｗ１’と第二のこぎり波信号Ｓｗ２’の充電傾きを調整できる方法であれば、すべて本発明の範囲に属する。例えば、本発明の一実施例として、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を用いて第一電流源Ｉ１’と第二電流源Ｉ２’を設定し、所要の周波数を固定することが可能であり、また別の実施例として、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を用いて第一容量Ｃ１’と第二容量Ｃ２’を設定し、所要の周波数を固定することも可能である。第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を用いて抵抗器Ｒ１とＲ２を設定すること、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を用いて第一容量Ｃ１’と第二容量Ｃ２’を設定すること、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を用いて第一電流源Ｉ１’と第二電流源Ｉ２’を設定すること、並びにこれらの方法の組み合わせは、いずれも第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２間の周波数関係を制御できるため、本発明の範囲に属する。
【００３２】
図１３を参照する。図１３はこの発明による周波数比較方法のフローチャートである。該方法は下記のように、図２に示す第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２の周波数を比較する。
ステップ３０２：開始。
ステップ３０４：第一信号Ｓ１を受信する。
ステップ３０６：第一信号Ｓ１を第一のこぎり波信号Ｓｗ１に変換する。
ステップ３０８：第一のこぎり波信号Ｓｗ１と入力電圧Ｖｒｏｓｃを比較し、基準信号Ｖｒｅｆを生成する。ステップ３１２に進む。
ステップ３１０：入力電圧Ｖｒｏｓｃに対応する第二信号Ｓ２を生成する。
ステップ３１２：基準信号Ｖｒｅｆと第二信号Ｓ２で容量Ｃ５を電荷ポンプ方式で充放電する。
ステップ３１４：決定論理１０４を用いて第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２間の周波数関係を示す。
【００３３】
上記周波数比較方法のステップ３０２〜３１４はいずれも前述で紹介されているため、ここで説明を省略とする。
【００３４】
図１４を参照する。図１３はこの発明による周波数合成方法のフローチャートである。該方法は下記のように、図１１に示す第一信号Ｓ１に基づいて第二信号Ｓ２の周波数を生成する。
ステップ４０２：開始。
ステップ４０４：第一信号Ｓ１を受信する。
ステップ４０６：第一信号Ｓ１を第一のこぎり波信号Ｓｗ１に変換する。
ステップ４０８：第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を設定する。ステップ４１３に進む。
ステップ４１０：第二入力電圧Ｖｒｏｓｃ２を設定する。
ステップ４１２：第二信号Ｓ２を生成する。ステップ４１４に進む。
ステップ４１３：基準信号Ｓｒｅｆを生成する。
ステップ４１４：基準信号Ｓｒｅｆと第二信号Ｓ２で容量Ｃ５’を電荷ポンプ方式で充放電する。
ステップ４１６：電圧レベルＶｏｓｅｔを低域通過方式でフィルタリングし、第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１を生成する。ステップ４０８に進む。
上記周波数合成方法のステップ４０２〜４１６はいずれも前述で紹介されているため、ここで説明を省略とする。
【００３５】
以上はこの発明に好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明はデジタル回路の代わりにアナログ回路を利用することを内容とする。かかる方法は実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の周波数比較器を表す説明図である。
【図２】この発明による周波数比較器を表す説明図である。
【図３】図１に示すバイアス電圧発生器を表す説明図である。
【図４】図２に示す単一パルス発生回路を表す説明図である。
【図５】図４と図２に示す遅延信号Ｓｄｅｌａｙ、第一信号Ｓ１、単一パルス信号Ｓｐ１、及び第一のこぎり波信号Ｓｗ１のタイミング図である。
【図６】図２に示す第一のこぎり波発生器を表す説明図である。
【図７】図２に示す第二のこぎり波発生器を表す説明図である。
【図８】図７と図２に示す第二信号Ｓ２、第二のこぎり波信号Ｓｗ２、及び入力電圧Ｖｒｏｓｃのタイミング図である。
【図９】図２に示す電荷ポンプ回路を表す説明図である。
【図１０】図６と図２に示す基準信号Ｓｒ、第一のこぎり波信号Ｓｗ１、及び入力電圧Ｖｒｏｓｃのタイミング図である。
【図１１】この発明による周波数合成器を表す説明図である。
【図１２】第一入力電圧Ｖｒｏｓｃ１、第一のこぎり波信号Ｓｗ１’、及び第二のこぎり波信号Ｓｗ２’のタイミング図である。
【図１３】この発明による周波数比較方法のフローチャートである。
【図１４】この発明による周波数合成方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１００ 周波数比較器
１１、１０１、２０１ 周波数検出回路
１２、１３ 計数回路
１４、１０４ 決定論理
１０２、２０２ 周波数発生器
１０３、２０３ 電荷ポンプ回路
１０５ バイアス電圧発生器
２００ 周波数合成器
２０４ 調整回路
２０５ ＬＰＦ
１０１１、１０２１、２０１１、２０２１ のこぎり波発生器
１０１１ａ、２０１１ａ 単一パルス発生回路
１０１１ｂ、１０２１ａ、２０１１ｂ、２０２１ａ スイッチ制御回路
１０１２、１０２２、２０１２、２０２２ 比較器
１０５１ 基準電圧発生回路
１０５２ エラー増幅器
１０５３ 電流ミラー回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一信号と第二信号の周波数を比較する周波数比較器であって、
第一信号と入力電圧に基づいて基準信号を生成する周波数検出回路と、
上記入力電圧に基づいて第二信号を生成する周波数発生器と、
周波数検出回路と周波数発生器に結合され、基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げる電荷ポンプ回路と、
電荷ポンプ回路に結合され、上記電圧レベルに基づいて第一信号と第二信号間の周波数関係を示す決定論理とを含むことを特徴とする周波数比較器。
【請求項２】
前記周波数検出回路は、
前記第一信号に結合され、第一信号を第一のこぎり波信号に変換する第一のこぎり波発生器と、
第一のこぎり波信号と前記入力電圧に結合され、第一のこぎり波信号と前記入力電圧を比較して前記基準信号を生成する第一比較器とを含むことを特徴とする請求項１記載の周波数比較器。
【請求項３】
前記第一のこぎり波発生器は、
前記第一信号に結合され、第一信号の周期ごとに１つのパルス信号を生成する単一パルス発生回路と、
第一のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合される第一容量と、
第二基準電圧に結合される第一電流源と、
第一電流源と第一のこぎり波発生器の出力ノードの間に結合され、第一スイッチ制御信号に基づいて第一電流源を第一容量に選択的に結合する第一スイッチと、
第一のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合され、第二スイッチ制御信号に基づいて第一容量を第一基準電圧に選択的に結合する第二スイッチと、
単一パルス発生回路、第一スイッチ、及び第二スイッチに結合され、単一パルス発生回路の出力に基づいて、上記第一スイッチ制御信号と第二スイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを含むことを特徴とする請求項２記載の周波数比較器。
【請求項４】
前記周波数発生器は、
前記第二信号に結合され、第二信号を第二のこぎり波信号に変換する第二のこぎり波発生器と、
第二のこぎり波信号と前記入力電圧に結合され、第二のこぎり波信号と前記入力電圧を比較して前記第二信号を生成する第二比較器とを含むことを特徴とする請求項１記載の周波数比較器。
【請求項５】
前記第二のこぎり波発生器は、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合される第二容量と、
第二基準電圧に結合される第二電流源と、
第二電流源と第二のこぎり波発生器の出力ノードの間に結合され、第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合する第三スイッチと、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合され、第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合する第四スイッチと、
第二信号、第三スイッチ、及び第四スイッチに結合され、第二のこぎり波発生器の出力ノードから出力された第二信号に基づいて、上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを含むことを特徴とする請求項４記載の周波数比較器。
【請求項６】
前記決定論理は前記電圧レベルと第三基準電圧を有し、第一信号と第二信号間の周波数関係を示す指示信号を出力することを特徴とする請求項１記載の周波数比較器。
【請求項７】
前記周波数比較器は更に、
抵抗器と、
上記抵抗器に結合され、該抵抗器の抵抗値に基づいて前記入力電圧を設定する基準電圧発生回路とを含み、該基準電圧発生回路、周波数検出回路、周波数発生器、電荷ポンプ回路、及び決定論理は１枚のチップに統合され、上記抵抗器はチップ外に設けられることを特徴とする請求項１記載の周波数比較器。
【請求項８】
第一信号に基づいて第二信号を生成する周波数合成器であって、
第一信号と第一入力電圧に基づいて基準信号を生成する周波数検出回路と、
第二入力電圧に基づいて第二信号を生成する周波数発生器と、
周波数検出回路と周波数発生器に結合され、基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げる電荷ポンプ回路と、
電荷ポンプ回路、周波数検出回路、及び周波数発生器に結合され、上記電圧レベルに基づいて周波数検出回路と周波数発生器を調整し、基準信号と第二信号の周波数を調整する調整回路とを含むことを特徴とする周波数合成器。
【請求項９】
前記周波数合成器は更に、
電荷ポンプ回路と調整回路の間に結合され、調整回路に出力される前記電圧レベルを低域通過方式でフィルタリングする低域通過フィルター（ＬＰＦ）を含むことを特徴とする請求項８記載の周波数合成器。
【請求項１０】
前記周波数検出回路は、
前記第一信号に結合され、第一信号を第一のこぎり波信号に変換する第一のこぎり波発生器と、
第一のこぎり波信号と前記第一入力電圧に結合され、第一のこぎり波信号と前記第一入力電圧を比較して前記基準信号を生成する第一比較器とを含むことを特徴とする請求項８記載の周波数合成器。
【請求項１１】
前記第一のこぎり波発生器は、
前記第一信号に結合され、第一信号の周期ごとに１つのパルス信号を生成する単一パルス発生回路と、
第一のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合される第一容量と、
第二基準電圧に結合される第一電流源と、
第一電流源と第一のこぎり波発生器の出力ノードの間に結合され、第一スイッチ制御信号に基づいて第一電流源を第一容量に選択的に結合する第一スイッチと、
第一のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合され、第二スイッチ制御信号に基づいて第一容量を第一基準電圧に選択的に結合する第二スイッチと、
単一パルス発生回路、第一スイッチ、及び第二スイッチに結合され、単一パルス発生回路の出力に基づいて、上記第一スイッチ制御信号と第二スイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを含むことを特徴とする請求項１０記載の周波数合成器。
【請求項１２】
前記周波数発生器は、
前記第二信号に結合され、第二信号を第二のこぎり波信号に変換する第二のこぎり波発生器と、
第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧に結合され、第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧を比較して前記第二信号を生成する第二比較器とを含むことを特徴とする請求項１１記載の周波数合成器。
【請求項１３】
前記第二のこぎり波発生器は、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合される第二容量と、
第二基準電圧に結合される第二電流源と、
第二電流源と第二のこぎり波発生器の出力ノードの間に結合され、第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合する第三スイッチと、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合され、第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合する第四スイッチと、
第二信号、第三スイッチ、及び第四スイッチに結合され、第二のこぎり波発生器の出力ノードから出力された第二信号に基づいて、上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを含むことを特徴とする請求項１２記載の周波数合成器。
【請求項１４】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と異なり、前記調整回路は電荷ポンプ回路から出力された前記電圧レベルに基づいて第一入力電圧と第二入力電圧を調整することを特徴とする請求項１３記載の周波数合成器。
【請求項１５】
前記調整回路は分周器であり、該分周器は入力ノードが第一比較器と第二比較器の一方に結合され、出力ノードが第一比較器と第二比較器のもう一方に結合されることを特徴とする請求項１４記載の周波数合成器。
【請求項１６】
前記分周器は複数の抵抗器を含み、前記周波数検出回路、周波数発生器、及び電荷ポンプ回路は１枚のチップに統合され、前記調整回路の少なくとも１つの抵抗器はチップ外に設けられることを特徴とする請求項１５記載の周波数合成器。
【請求項１７】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と一致し、前記調整回路は電荷ポンプ回路から出力された前記電圧レベルに基づいて第一入力電圧と第二入力電圧を調整することを特徴とする請求項１３記載の周波数合成器。
【請求項１８】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と一致し、前記調整回路は電荷ポンプ回路から出力された前記電圧レベルに基づいて第一容量と第二容量を調整することを特徴とする請求項１３記載の周波数合成器。
【請求項１９】
前記周波数発生器は、
前記第二信号に結合され、第二信号を第二のこぎり波信号に変換する第二のこぎり波発生器と、
第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧に結合され、第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧を比較して前記基準信号を生成する第二比較器とを含むことを特徴とする請求項８記載の周波数合成器。
【請求項２０】
前記第二のこぎり波発生器は、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合される第二容量と、
第二基準電圧に結合される第二電流源と、
第二電流源と第一のこぎり波発生器の出力ノードの間に結合され、第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合する第三スイッチと、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合され、第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合する第四スイッチと、
第二信号、第三スイッチ、及び第四スイッチに結合され、第二のこぎり波発生器の出力ノードから出力された第二信号に基づいて、上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを含むことを特徴とする請求項１９記載の周波数合成器。
【請求項２１】
第一信号と第二信号の周波数を比較する周波数比較方法であって、
（ａ）第一信号と入力電圧に基づいて基準信号を生成し、
（ｂ）上記入力電圧に基づいて第二信号を生成し、
（ｃ）基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げ、
（ｄ）上記電圧レベルに基づいて第一信号と第二信号間の周波数関係を示すステップからなることを特徴とする周波数比較方法。
【請求項２２】
前記ステップ（ａ）は、
前記第一信号を第一のこぎり波信号に変換し、
第一のこぎり波信号と前記入力電圧を比較して前記基準信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の周波数比較方法。
【請求項２３】
前記第一信号を第一のこぎり波信号に変換するステップは、
前記第一信号の周期ごとに１つのパルス信号を生成し、
第一容量を提供し、
第一電流源を提供し、
第一スイッチ制御信号に基づいて第一電流源を第一容量に選択的に結合し、
第二スイッチ制御信号に基づいて第一容量を第一基準電圧に選択的に結合し、
上記第一信号の周期ごとに１つ生成されたパルス信号に基づいて、上記第一スイッチ制御信号と第二スイッチ制御信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２２記載の周波数比較方法。
【請求項２４】
前記ステップ（ｂ）は、
第二信号を第二のこぎり波信号に変換し、
第二のこぎり波信号と前記入力電圧を比較して前記第二信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の周波数比較方法。
【請求項２５】
前記第二信号を第二のこぎり波信号に変換するステップは、
第二容量を提供し、
第二電流源を提供し、
第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合し、
第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合し、
第二信号に基づいて上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２４記載の周波数比較方法。
【請求項２６】
前記ステップ（ｄ）は、前記電圧レベルと第三基準電圧に基づいて、第一信号と第二信号間の周波数関係を示す指示信号を出力するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の周波数比較方法。
【請求項２７】
前記周波数比較方法は更に、
抵抗器を提供し、
該抵抗器の抵抗値に基づいて前記入力電圧を設定するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の周波数比較方法。
【請求項２８】
第一信号に基づいて第二信号を生成する周波数合成方法であって、
（ｅ）第一信号と第一入力電圧に基づいて基準信号を生成し、
（ｆ）第二入力電圧に基づいて第二信号を生成し、
（ｇ）基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げ、
（ｈ）上記電圧レベルに基づいて基準信号と第二信号の周波数を調整するステップからなることを特徴とする周波数合成方法。
【請求項２９】
前記周波数合成方法は更に、
前記電圧レベルを低域通過方式でフィルタリングするステップを含むことを特徴とする請求項２８記載の周波数合成方法。
【請求項３０】
前記ステップ（ｅ）は、
第一信号を第一のこぎり波信号に変換し、
第一のこぎり波信号と前記第一入力電圧を比較して前記基準信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２８記載の周波数合成方法。
【請求項３１】
前記第一信号を第一のこぎり波信号に変換するステップは、
第一信号の周期ごとに１つのパルス信号を生成し、
第一容量を提供し、
第一電流源を提供し、
第一スイッチ制御信号に基づいて第一電流源を第一容量に選択的に結合し、
第二スイッチ制御信号に基づいて第一容量を第一基準電圧に選択的に結合し、
上記第一信号の周期ごとに１つ生成されたパルス信号に基づいて、上記第一スイッチ制御信号と第二スイッチ制御信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項３０記載の周波数合成方法。
【請求項３２】
前記ステップ（ｆ）は、
第二信号を第二のこぎり波信号に変換し、
第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧を比較して前記第二信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項３１記載の周波数合成方法。
【請求項３３】
前記第二信号を第二のこぎり波信号に変換するステップは、
第二容量を提供し、
第二電流源を提供し、
第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合し、
第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合し、
第二信号に基づいて上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項３２記載の周波数合成方法。
【請求項３４】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と異なり、前記ステップ（ｈ）は前記電圧レベルに基づいて第一入力電圧と第二入力電圧を調整することを特徴とする請求項３３記載の周波数合成方法。
【請求項３５】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と一致し、前記ステップ（ｈ）は前記電圧レベルに基づいて第一入力電圧と第二入力電圧を調整することを特徴とする請求項３３記載の周波数合成方法。
【請求項３６】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と一致し、前記調整回路は前記電圧レベルに基づいて第一容量と第二容量を調整することを特徴とする請求項３３記載の周波数合成方法。
【請求項３７】
前記ステップ（ｈ）は、
第二信号を第二のこぎり波信号に変換し、
第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧を比較して前記基準信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２８記載の周波数合成方法。
【請求項３８】
前記第二信号を第二のこぎり波信号するステップは、
第二容量を提供し、
第二電流源を提供し、
第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合し、
第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合し、
第二信号に基づいて上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項３７記載の周波数合成方法。
【請求項１】
第一信号と第二信号の周波数を比較する周波数比較器であって、
第一信号と入力電圧に基づいて基準信号を生成する周波数検出回路と、
上記入力電圧に基づいて第二信号を生成する周波数発生器と、
周波数検出回路と周波数発生器に結合され、基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げる電荷ポンプ回路と、
電荷ポンプ回路に結合され、上記電圧レベルに基づいて第一信号と第二信号間の周波数関係を示す決定論理とを含むことを特徴とする周波数比較器。
【請求項２】
前記周波数検出回路は、
前記第一信号に結合され、第一信号を第一のこぎり波信号に変換する第一のこぎり波発生器と、
第一のこぎり波信号と前記入力電圧に結合され、第一のこぎり波信号と前記入力電圧を比較して前記基準信号を生成する第一比較器とを含むことを特徴とする請求項１記載の周波数比較器。
【請求項３】
前記第一のこぎり波発生器は、
前記第一信号に結合され、第一信号の周期ごとに１つのパルス信号を生成する単一パルス発生回路と、
第一のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合される第一容量と、
第二基準電圧に結合される第一電流源と、
第一電流源と第一のこぎり波発生器の出力ノードの間に結合され、第一スイッチ制御信号に基づいて第一電流源を第一容量に選択的に結合する第一スイッチと、
第一のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合され、第二スイッチ制御信号に基づいて第一容量を第一基準電圧に選択的に結合する第二スイッチと、
単一パルス発生回路、第一スイッチ、及び第二スイッチに結合され、単一パルス発生回路の出力に基づいて、上記第一スイッチ制御信号と第二スイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを含むことを特徴とする請求項２記載の周波数比較器。
【請求項４】
前記周波数発生器は、
前記第二信号に結合され、第二信号を第二のこぎり波信号に変換する第二のこぎり波発生器と、
第二のこぎり波信号と前記入力電圧に結合され、第二のこぎり波信号と前記入力電圧を比較して前記第二信号を生成する第二比較器とを含むことを特徴とする請求項１記載の周波数比較器。
【請求項５】
前記第二のこぎり波発生器は、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合される第二容量と、
第二基準電圧に結合される第二電流源と、
第二電流源と第二のこぎり波発生器の出力ノードの間に結合され、第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合する第三スイッチと、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合され、第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合する第四スイッチと、
第二信号、第三スイッチ、及び第四スイッチに結合され、第二のこぎり波発生器の出力ノードから出力された第二信号に基づいて、上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを含むことを特徴とする請求項４記載の周波数比較器。
【請求項６】
前記決定論理は前記電圧レベルと第三基準電圧を有し、第一信号と第二信号間の周波数関係を示す指示信号を出力することを特徴とする請求項１記載の周波数比較器。
【請求項７】
前記周波数比較器は更に、
抵抗器と、
上記抵抗器に結合され、該抵抗器の抵抗値に基づいて前記入力電圧を設定する基準電圧発生回路とを含み、該基準電圧発生回路、周波数検出回路、周波数発生器、電荷ポンプ回路、及び決定論理は１枚のチップに統合され、上記抵抗器はチップ外に設けられることを特徴とする請求項１記載の周波数比較器。
【請求項８】
第一信号に基づいて第二信号を生成する周波数合成器であって、
第一信号と第一入力電圧に基づいて基準信号を生成する周波数検出回路と、
第二入力電圧に基づいて第二信号を生成する周波数発生器と、
周波数検出回路と周波数発生器に結合され、基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げる電荷ポンプ回路と、
電荷ポンプ回路、周波数検出回路、及び周波数発生器に結合され、上記電圧レベルに基づいて周波数検出回路と周波数発生器を調整し、基準信号と第二信号の周波数を調整する調整回路とを含むことを特徴とする周波数合成器。
【請求項９】
前記周波数合成器は更に、
電荷ポンプ回路と調整回路の間に結合され、調整回路に出力される前記電圧レベルを低域通過方式でフィルタリングする低域通過フィルター（ＬＰＦ）を含むことを特徴とする請求項８記載の周波数合成器。
【請求項１０】
前記周波数検出回路は、
前記第一信号に結合され、第一信号を第一のこぎり波信号に変換する第一のこぎり波発生器と、
第一のこぎり波信号と前記第一入力電圧に結合され、第一のこぎり波信号と前記第一入力電圧を比較して前記基準信号を生成する第一比較器とを含むことを特徴とする請求項８記載の周波数合成器。
【請求項１１】
前記第一のこぎり波発生器は、
前記第一信号に結合され、第一信号の周期ごとに１つのパルス信号を生成する単一パルス発生回路と、
第一のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合される第一容量と、
第二基準電圧に結合される第一電流源と、
第一電流源と第一のこぎり波発生器の出力ノードの間に結合され、第一スイッチ制御信号に基づいて第一電流源を第一容量に選択的に結合する第一スイッチと、
第一のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合され、第二スイッチ制御信号に基づいて第一容量を第一基準電圧に選択的に結合する第二スイッチと、
単一パルス発生回路、第一スイッチ、及び第二スイッチに結合され、単一パルス発生回路の出力に基づいて、上記第一スイッチ制御信号と第二スイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを含むことを特徴とする請求項１０記載の周波数合成器。
【請求項１２】
前記周波数発生器は、
前記第二信号に結合され、第二信号を第二のこぎり波信号に変換する第二のこぎり波発生器と、
第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧に結合され、第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧を比較して前記第二信号を生成する第二比較器とを含むことを特徴とする請求項１１記載の周波数合成器。
【請求項１３】
前記第二のこぎり波発生器は、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合される第二容量と、
第二基準電圧に結合される第二電流源と、
第二電流源と第二のこぎり波発生器の出力ノードの間に結合され、第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合する第三スイッチと、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合され、第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合する第四スイッチと、
第二信号、第三スイッチ、及び第四スイッチに結合され、第二のこぎり波発生器の出力ノードから出力された第二信号に基づいて、上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを含むことを特徴とする請求項１２記載の周波数合成器。
【請求項１４】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と異なり、前記調整回路は電荷ポンプ回路から出力された前記電圧レベルに基づいて第一入力電圧と第二入力電圧を調整することを特徴とする請求項１３記載の周波数合成器。
【請求項１５】
前記調整回路は分周器であり、該分周器は入力ノードが第一比較器と第二比較器の一方に結合され、出力ノードが第一比較器と第二比較器のもう一方に結合されることを特徴とする請求項１４記載の周波数合成器。
【請求項１６】
前記分周器は複数の抵抗器を含み、前記周波数検出回路、周波数発生器、及び電荷ポンプ回路は１枚のチップに統合され、前記調整回路の少なくとも１つの抵抗器はチップ外に設けられることを特徴とする請求項１５記載の周波数合成器。
【請求項１７】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と一致し、前記調整回路は電荷ポンプ回路から出力された前記電圧レベルに基づいて第一入力電圧と第二入力電圧を調整することを特徴とする請求項１３記載の周波数合成器。
【請求項１８】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と一致し、前記調整回路は電荷ポンプ回路から出力された前記電圧レベルに基づいて第一容量と第二容量を調整することを特徴とする請求項１３記載の周波数合成器。
【請求項１９】
前記周波数発生器は、
前記第二信号に結合され、第二信号を第二のこぎり波信号に変換する第二のこぎり波発生器と、
第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧に結合され、第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧を比較して前記基準信号を生成する第二比較器とを含むことを特徴とする請求項８記載の周波数合成器。
【請求項２０】
前記第二のこぎり波発生器は、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合される第二容量と、
第二基準電圧に結合される第二電流源と、
第二電流源と第一のこぎり波発生器の出力ノードの間に結合され、第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合する第三スイッチと、
第二のこぎり波発生器の出力ノードと第一基準電圧の間に結合され、第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合する第四スイッチと、
第二信号、第三スイッチ、及び第四スイッチに結合され、第二のこぎり波発生器の出力ノードから出力された第二信号に基づいて、上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを含むことを特徴とする請求項１９記載の周波数合成器。
【請求項２１】
第一信号と第二信号の周波数を比較する周波数比較方法であって、
（ａ）第一信号と入力電圧に基づいて基準信号を生成し、
（ｂ）上記入力電圧に基づいて第二信号を生成し、
（ｃ）基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げ、
（ｄ）上記電圧レベルに基づいて第一信号と第二信号間の周波数関係を示すステップからなることを特徴とする周波数比較方法。
【請求項２２】
前記ステップ（ａ）は、
前記第一信号を第一のこぎり波信号に変換し、
第一のこぎり波信号と前記入力電圧を比較して前記基準信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の周波数比較方法。
【請求項２３】
前記第一信号を第一のこぎり波信号に変換するステップは、
前記第一信号の周期ごとに１つのパルス信号を生成し、
第一容量を提供し、
第一電流源を提供し、
第一スイッチ制御信号に基づいて第一電流源を第一容量に選択的に結合し、
第二スイッチ制御信号に基づいて第一容量を第一基準電圧に選択的に結合し、
上記第一信号の周期ごとに１つ生成されたパルス信号に基づいて、上記第一スイッチ制御信号と第二スイッチ制御信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２２記載の周波数比較方法。
【請求項２４】
前記ステップ（ｂ）は、
第二信号を第二のこぎり波信号に変換し、
第二のこぎり波信号と前記入力電圧を比較して前記第二信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の周波数比較方法。
【請求項２５】
前記第二信号を第二のこぎり波信号に変換するステップは、
第二容量を提供し、
第二電流源を提供し、
第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合し、
第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合し、
第二信号に基づいて上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２４記載の周波数比較方法。
【請求項２６】
前記ステップ（ｄ）は、前記電圧レベルと第三基準電圧に基づいて、第一信号と第二信号間の周波数関係を示す指示信号を出力するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の周波数比較方法。
【請求項２７】
前記周波数比較方法は更に、
抵抗器を提供し、
該抵抗器の抵抗値に基づいて前記入力電圧を設定するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の周波数比較方法。
【請求項２８】
第一信号に基づいて第二信号を生成する周波数合成方法であって、
（ｅ）第一信号と第一入力電圧に基づいて基準信号を生成し、
（ｆ）第二入力電圧に基づいて第二信号を生成し、
（ｇ）基準信号と第二信号の一方に基づいて充電電流をイネーブルして電圧レベルを上げ、更に基準信号と第二信号のもう一方に基づいて放電電流をイネーブルして電圧レベルを下げ、
（ｈ）上記電圧レベルに基づいて基準信号と第二信号の周波数を調整するステップからなることを特徴とする周波数合成方法。
【請求項２９】
前記周波数合成方法は更に、
前記電圧レベルを低域通過方式でフィルタリングするステップを含むことを特徴とする請求項２８記載の周波数合成方法。
【請求項３０】
前記ステップ（ｅ）は、
第一信号を第一のこぎり波信号に変換し、
第一のこぎり波信号と前記第一入力電圧を比較して前記基準信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２８記載の周波数合成方法。
【請求項３１】
前記第一信号を第一のこぎり波信号に変換するステップは、
第一信号の周期ごとに１つのパルス信号を生成し、
第一容量を提供し、
第一電流源を提供し、
第一スイッチ制御信号に基づいて第一電流源を第一容量に選択的に結合し、
第二スイッチ制御信号に基づいて第一容量を第一基準電圧に選択的に結合し、
上記第一信号の周期ごとに１つ生成されたパルス信号に基づいて、上記第一スイッチ制御信号と第二スイッチ制御信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項３０記載の周波数合成方法。
【請求項３２】
前記ステップ（ｆ）は、
第二信号を第二のこぎり波信号に変換し、
第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧を比較して前記第二信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項３１記載の周波数合成方法。
【請求項３３】
前記第二信号を第二のこぎり波信号に変換するステップは、
第二容量を提供し、
第二電流源を提供し、
第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合し、
第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合し、
第二信号に基づいて上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項３２記載の周波数合成方法。
【請求項３４】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と異なり、前記ステップ（ｈ）は前記電圧レベルに基づいて第一入力電圧と第二入力電圧を調整することを特徴とする請求項３３記載の周波数合成方法。
【請求項３５】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と一致し、前記ステップ（ｈ）は前記電圧レベルに基づいて第一入力電圧と第二入力電圧を調整することを特徴とする請求項３３記載の周波数合成方法。
【請求項３６】
前記第一入力電圧は前記第二入力電圧と一致し、前記調整回路は前記電圧レベルに基づいて第一容量と第二容量を調整することを特徴とする請求項３３記載の周波数合成方法。
【請求項３７】
前記ステップ（ｈ）は、
第二信号を第二のこぎり波信号に変換し、
第二のこぎり波信号と前記第二入力電圧を比較して前記基準信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項２８記載の周波数合成方法。
【請求項３８】
前記第二信号を第二のこぎり波信号するステップは、
第二容量を提供し、
第二電流源を提供し、
第三スイッチ制御信号に基づいて第二電流源を第二容量に選択的に結合し、
第四スイッチ制御信号に基づいて第二容量を第一基準電圧に選択的に結合し、
第二信号に基づいて上記第三スイッチ制御信号と第四スイッチ制御信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項３７記載の周波数合成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−７９２７４（Ｐ２００８−７９２７４Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５７００（Ｐ２００７−２５７００）
【出願日】平成１９年２月５日（２００７．２．５）
【出願人】（５０７０３７８１７）沛亨半導體股▲ふん▼有限公司 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月５日（２００７．２．５）
【出願人】（５０７０３７８１７）沛亨半導體股▲ふん▼有限公司 (2)
【Ｆターム（参考）】
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