説明

PLL回路

【課題】低電圧動作が可能なPLL回路を提供する。
【解決手段】フィルタ用キャパシタの一端が入力される電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の出力が入力され、フィードバック信号を出力するn分周器と、基準信号と前記フィードバック信号との位相差に応じた電圧パルスを出力する位相周波数比較器と、前記電圧パルスに基づき、前記フィルタ用キャパシタを充放電するチャージポンプとを備え、前記チャージポンプは、前記フィルタ用キャパシタの一端に接続される充放電用容量を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体集積回路で使用されるPLL回路に関するものである。
【背景技術】
【0002】
図4は従来のチャージポンプ型のPLL回路を示した構成図である。
【0003】
図4の従来例は、位相周波数比較器PFDと、チャージポンプCPと、フィルタ用キャパシタCfltと、電圧制御発振器VCOと、n分周器とを備える。
【0004】
位相周波数比較器PFDは、外部からの基準信号REFとフィードバック信号fbとの位相を比較し、位相差に応じた電圧パルスupと電圧パルスdownとを出力する。
【0005】
チャージポンプCPは、フィルタ用キャパシタCfltの充電もしくは放電する電荷量を決める。電圧制御発振器VCOは、フィルタ用キャパシタCfltの電圧fltに応じて周波数を決定する。電圧制御発振器VCOの出力clkは、n分周器を介して、位相周波数比較器PFDへフィードバックされる。位相周波数比較器PFDと、チャージポンプCPと、フィルタ用キャパシタCfltと、電圧制御発振器VCOと、n分周器とはループを形成する。
【0006】
チャージポンプCPにおいて、電流源Iupの一端は電圧源に接続され、電流源Idownの一端は電圧源に接続される。
【0007】
電流源Iupの他端は第1の充放電用スイッチの一端に接続される。この第1の充放電用スイッチの他端はフィルタ用キャパシタCfltと電圧制御発振器VCOとに接続され、この第1の充放電用スイッチの制御端は電圧パルスupに接続される。
【0008】
電流源Idownの他端は第2の充放電用スイッチの一端に接続される。この第2の充放電用スイッチの他端はフィルタ用キャパシタCfltと電圧制御発振器VCOとに接続され、この第2の充放電用スイッチの制御端は電圧パルスdownに接続される。
【0009】
このような図4の従来例の動作を説明する。チャージポンプCPは電荷Qchrgを出力し、フィルタ用キャパシタCfltを充放電する。電荷Qchrgは以下の式を満足する。ただし、電圧パルスupが第1の充放電スイッチをオンする期間Tpwup、電圧パルスdownが第2の充放電スイッチをオンする期間Tpwdownとする。
Qchrg=Iup×Tpwup−Idown×Tpwdown (1)
【0010】
フィルタ用キャパシタCfltを充放電すると、フィルタ用キャパシタCfltの電圧が変化し、電圧制御発振器VCOの発振周波数が変化し、n分周器の出力が変化する。こうして、位相周波数比較器PFDにフィードバックが生じ、安定状態でロックする。
【0011】
ここで、チャージポンプCPの動作電圧VCPは以下の式を満足する。ただし、電圧制御発振器VCOの動作電圧Vflt、電流源Iupの電圧V(Iup)、電流源Idownの電圧V(Idown)とする。
VCP=Vflt+V(Iup)+V(Idown) (2)
【0012】
なお、電圧V(Iup)、電圧V(Idown)は、CMOSプロセスを使用した場合MOSのオーバードライブ電圧0.2V程度であり、Bipolarプロセスを使用した場合トランジスタTrのベース・エミッタ電圧VBE=0.7V程度である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特開2004−186776号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
しかしながら、図4の従来例は、電流源Iup、電流源Idownのために、チャージポンプCPの低電圧動作が困難という課題がある。
【0015】
本発明の目的は、上述の課題を解決することであり、低電圧動作が可能なPLL回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
このような課題を達成する本発明は以下のとおりである。
(1)フィルタ用キャパシタの一端が入力される電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の出力が入力され、フィードバック信号を出力するn分周器と、基準信号と前記フィードバック信号との位相差に応じた電圧パルスを出力する位相周波数比較器と、前記電圧パルスに基づき、前記フィルタ用キャパシタを充放電するチャージポンプとを備え、前記チャージポンプは、前記フィルタ用キャパシタの一端に接続される充放電用容量を備えることを特徴とするPLL回路。
(2)前記チャージポンプは、前記フィルタ用キャパシタの一端に接続される第1の充放電用容量及び第2の充放電用容量と、一端が電圧源に接続され他端が前記第1の充放電用容量の一端に接続される第1の充放電用スイッチと、一端が電圧源に接続され他端が前記第2の充放電用容量の一端に接続される第2の充放電用スイッチとを備えることを特徴とする(1)に記載のPLL回路。
(3)前記位相周波数比較器は、第1の電圧パルスと第2の電圧パルスとを出力し、前記チャージポンプは、入力に前記第1の電圧パルスと前記第2の電圧パルスとが接続される排他的論理和回路と、入力に前記第1の電圧パルスと前記排他的論理和回路の出力とが接続され、出力に前記第1の充放電用スイッチの制御端が接続される第1の論理積回路と、入力に前記第2の電圧パルスと前記排他的論理和回路の出力とが接続され、出力に前記第2の充放電用スイッチの制御端が接続される第2の論理積回路とを備えることを特徴とする(2)に記載のPLL回路。
(4)一端が電圧源(V4_31)に接続され、他端が前記第1の充放電用容量の他端に接続され、制御端が前記第1の充放電用スイッチの制御端に接続される第3の充放電用スイッチ(SW25)と、一端が前記第1の充放電用容量の他端に接続され、他端が前記フィルタ用キャパシタの一端に接続され、制御端が前記第1の充放電用スイッチの制御端に逆位相で接続される第4の充放電用スイッチ(SW27)と、一端が電圧源(V7_34)に接続され、他端が前記第2の充放電用容量の他端に接続され、制御端が前記第2の充放電用スイッチの制御端に接続される第5の充放電用スイッチ(SW29)と、一端が前記第2の充放電用容量の他端に接続され、他端が前記前記フィルタ用キャパシタの一端に接続され、制御端が前記第2の充放電用スイッチの制御端に逆位相で接続される第6の充放電用スイッチ(SW30)とを備えることを特徴とする(2)に記載のPLL回路。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば以下のような効果がある。
本発明によれば、チャージポンプに電流源を用いていないため、低電圧動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図2】図1の実施例の動作波形図である。
【図3】本発明の他の実施例を示した構成図である。
【図4】従来のPLL回路を示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示した構成図である。
【0020】
図1の実施例の特徴は、充放電用容量(コンデンサ)Cchg20と、充放電用容量(コンデンサ)Cdis21とに係る構成にある。
【0021】
位相周波数比較器PFD10には外部からの基準信号REF1とフィードバック信号fb9とが入力される。位相周波数比較器PFD10は、基準信号REF1とフィードバック信号fb9との位相差に応じた電圧パルスup2と電圧パルスdown3とを出力する。
【0022】
排他的論理和回路EX−OR15の入力が電圧パルスup2の端子と電圧パルスdown3の端子とに接続される。排他的論理和回路EX−OR15には電圧パルスup2と電圧パルスdown3とが入力される。排他的論理和EX−OR15は充放電選択信号gate4を出力する。
【0023】
論理積回路AND16の入力が電圧パルスup2の端子と排他的論理和回路EX−OR15の出力の端子とに接続される。論理積回路AND16には電圧パルスup2と充放電選択信号gate4とが入力される。論理積回路AND16は充電信号chrg5を出力する。
【0024】
論理積回路AND17の入力が電圧パルスdown3の端子と排他的論理和回路EX−OR15の出力の端子とに接続される。論理積回路AND17には電圧パルスdown3と充放電選択信号gate4とが入力される。論理積回路AND17は放電信号dischrg6を出力する。
【0025】
充放電用スイッチSW18の一端は充放電用電圧源V1_22に接続され、充放電用スイッチSW18の制御端は論理積AND16の出力(充電信号chrg5)に接続される。充電信号chrg5がハイのとき充放電用スイッチSW18はオンとなり、充電信号chrg5がロウのとき充放電用スイッチSW18はオフとなる。
【0026】
充放電用スイッチSW19の一端は充放電用電圧源V2_23に接続され、充放電用スイッチSW19の制御端は論理積AND17の出力(放電信号dischrg6)に接続される。放電信号dischrg6がハイのとき充放電用スイッチSW19はオンとなり、放電信号dischrg6がロウのとき充放電用スイッチSW19はオフとなる。
【0027】
充放電用容量Cchg20の一端は充放電用スイッチSW18の他端に接続される。充放電用容量Cchg20の他端は電位flt7となる。
充放電用容量Cdis21の一端は充放電用スイッチSW19の他端に接続される。充放電用容量Cdis21の他端は電位flt7となる。
【0028】
フィルタ用キャパシタCflt12の一端は充放電用容量Cchg20の他端と充放電用容量Cdis21の他端と(電位flt7)に接続される。フィルタ用キャパシタCflt12の他端は電圧源V3_24に接続される。
【0029】
電圧制御発振器VCO13にはフィルタ用キャパシタCflt12の一端(電位flt7)が入力される。電圧制御発振器VCO13は出力clk8を出力する。電圧制御発振器VCO13は電位flt7に応じて発振周波数を決定する。
【0030】
n分周器14には電圧制御発振器VCO13の出力(出力clk8)が入力される。n分周器14はフィードバック信号(分周信号)fb9を出力する。n分周器14は出力clk8を分周する。
【0031】
排他的論理和EX−OR15と、論理積AND16と、論理積AND17と、充放電用スイッチSW18と、充放電用スイッチSW19と、充放電用容量Cchg20と、充放電用容量Cdis21とは、チャージポンプCP11を構成する。チャージポンプCP11は、フィルタ用キャパシタCflt12を充電もしくは放電する電荷量を決定する。
【0032】
位相周波数比較器PFD10と、チャージポンプCP11と、フィルタ用キャパシタCflt12と、電圧制御発振器VCO13と、n分周器14とは制御ループを形成する。
【0033】
図1の実施例の動作を説明する。図2は、図1の実施例の動作波形図である。
【0034】
図2aは出力clk8の波形であり、図2bは基準信号REF1であり、図2cはフィードバック信号(分周信号)fb9であり、図2dは電圧パルスup2であり、図2eは電圧パルスdown3であり、図2fは充放電選択信号gate4であり、図2gは充電信号chrg5であり、図2hは放電信号dischrg6であり、図2iは電位flt7である。
【0035】
出力clk8は、n分周器14によって分周され、フィードバック信号fb9となる。図2の実施例では、出力clk8が4分周される(n=4)。時刻t1の出力clk8の立上りが時刻t4のフィードバック信号fb9の立上りとなり、時刻t7の出力clk8の立上りが時刻t8のフィードバック信号fb9の立下りとなる。
【0036】
電圧パルスup2は、基準信号REF1の時刻t2のロウからハイへの変化基づいて、時刻t3にロウからハイへ変化する。また、電圧パルスdown3は、フィードバック信号fb9の時刻t4のロウからハイへの変化に基づいて、時刻t5にロウからハイへ変化する。電圧パルスup2と電圧パルスdown3とは所定の時刻t6にそれぞれハイからロウへ変化する。電圧パルスup2は時刻t3から時刻t6までの期間Tpwupでハイとなり、電圧パルスdown3は時刻t5から時刻t6までの期間Tpwdownでハイとなる。
【0037】
基準信号REF1とフィードバック信号fb9との位相差(t4−t2)に応じて電圧パルスup2と電圧パルスdown3とが決まる。充放電選択信号gate4は、電圧パルスup2の時刻t3の変化でハイとなり、電圧パルスdown3の時刻t5の変化でロウとなる。基準信号REF1とフィードバック信号fb9との位相差(t4−t2)と、充放電選択信号gate4がハイとなる時刻t3から時刻t5までの期間とは相関がある。
【0038】
電圧パルスup2と充放電選択信号gate4から時刻t3から時刻t5までの充電信号chrg5が生成され、充放電用スイッチSW18がオンする。また、放電信号dischrg6は生成されず、充放電用スイッチSW19はオフする。そして、電位flt7は、時刻t1から時刻t3で保持され、時刻t3から時刻t5で上昇し、時刻t5から時刻tAで保持される。
【0039】
時刻t3から時刻t5までの充電時の電位flt7の変化は、充放電用電圧源V1_22と充放電用容量Cchg20とで定まる。なお、放電時の電位flt7の変化は、充放電用電圧源V2_23と充放電用容量Cdis21とで定まる。
【0040】
このような図1の実施例は、充放電用電圧源V1_22と充放電用電圧源V2_23との電位差が低電圧であっても動作できる。
【0041】
チャージポンプCP11の動作電圧(V1_22−V2_23)は以下の式を満足する。ただし、電圧制御発振器VCO13の動作電圧を電圧Vfltとし、充放電用容量Cchg20の電圧V(Cchg20)、充放電用容量Cdis21の電圧V(Cdis21)とする。
V1_22−V2_23=Vflt+V(Cchg20)+V(Cdis21) (3)
【0042】
図1の実施例の電圧(V(Cchg20)+V(Cdis21))と、図4の従来例の電圧(V(Iup)+V(Idown))とは、図1の実施例の電圧(V(Cchg20)+V(Cdis21))が設計により低い値に設定可能であるに対し、図4の従来例の電圧(V(Iup)+V(Idown))が電流源であるために値が固定される。
【0043】
図3は、本発明の他の実施例を示した構成図である。図1の実施例と同等の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【0044】
充放電用スイッチSW25の一端は充放電用電圧源V4_31に接続され、充放電用スイッチSW25の制御端は論理積AND16の出力(充電信号chrg5)に接続される。
【0045】
充放電用スイッチSW26の一端は充放電用電圧源V5_32に接続され、充放電用スイッチSW26の制御端は論理積AND16の出力(充電信号chrg5)に接続される。
【0046】
充放電用容量Cchg20の一端は充放電用スイッチSW26の他端に接続される。充放電用容量Cchg20の他端は充放電用スイッチSW25の他端に接続される。充放電用容量Cchg20の他端は、充放電用スイッチSW27を介して、フィルタ用キャパシタCflt12の一端に接続される。
【0047】
充放電用スイッチSW27の一端は充放電用容量Cchg20の他端に接続され、充放電用スイッチSW27の他端はフィルタ用キャパシタCflt12の一端に接続され、充放電用スイッチSW27の制御端は論理積AND16の出力(充電信号chrg5)に接続される。
【0048】
充放電用スイッチSW28の一端は充放電用電圧源V6_33に接続され、充放電用スイッチSW28の制御端は論理積AND17の出力(放電信号dischrg6)に接続される。
【0049】
充放電用スイッチSW29の一端は充放電用電圧源V7_34に接続され、充放電用スイッチSW29の制御端は論理積AND17の出力(放電信号dischrg6)に接続される。
【0050】
充放電用容量Cdis21の一端は充放電用スイッチSW28の他端に接続される。充放電用容量Cdis21の他端は充放電用スイッチSW29の他端に接続される。充放電用容量Cdis21の他端は、充放電用スイッチSW30を介して、フィルタ用キャパシタCflt12の一端に接続される。
【0051】
充放電用スイッチSW30の一端は充放電用容量Cdis21の他端に接続され、充放電用スイッチSW30の他端はフィルタ用キャパシタCflt12の一端に接続され、充放電用スイッチSW30の制御端は論理積AND17の出力(放電信号dischrg6)に接続される。
【0052】
充放電用スイッチSW25と充放電用スイッチSW26とは同位相で動作し、充放電用スイッチSW25及び充放電用スイッチSW26と充放電用スイッチSW27とは逆位相で動作する。
【0053】
充放電用スイッチSW28と充放電用スイッチSW29とは同位相で動作し、充放電用スイッチSW28及び充放電用スイッチSW29と充放電用スイッチSW30とは逆位相で動作する。
【0054】
このような図3の実施例は、実質的に図1の実施例と同等であり、充放電用電圧源V4_31、充放電用電圧源V5_32、充放電用電圧源V6_33、充放電用電圧源V7_34が低電圧であっても動作できる。
【0055】
また、図3の実施例は、常に同じ電荷を充放電する。図3の実施例は、チャージポンプCP11の動作電圧を、電圧制御発振器VCO13の動作電圧Vfltまで下げることができる。
【0056】
本発明は、上記実施例に限定されることなく、変更、変形が可能である。
【符号の説明】
【0057】
Cchg20、Cdis21 充放電用容量(コンデンサ)
PFD10 位相周波数比較器
EX−OR15 排他的論理和回路
AND16、AND17 論理積回路
SW18、SW19 充放電用スイッチ
SW25、SW26、SW27、SW28、SW29、SW30 充放電用スイッチ
Cflt12 フィルタ用キャパシタ
VCO13 電圧制御発振器
14 n分周器
CP11 チャージポンプ
V1_22、V2_23 充放電用電圧源
V4_31、V5_32、V6_33、V7_34 充放電用電圧源
REF1 基準信号

【特許請求の範囲】
【請求項1】
フィルタ用キャパシタの一端が入力される電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力が入力され、フィードバック信号を出力するn分周器と、
基準信号と前記フィードバック信号との位相差に応じた電圧パルスを出力する位相周波数比較器と、
前記電圧パルスに基づき、前記フィルタ用キャパシタを充放電するチャージポンプとを備え、
前記チャージポンプは、前記フィルタ用キャパシタの一端に接続される充放電用容量を備える
ことを特徴とするPLL回路。
【請求項2】
前記チャージポンプは、
前記フィルタ用キャパシタの一端に接続される第1の充放電用容量及び第2の充放電用容量と、
一端が電圧源に接続され他端が前記第1の充放電用容量の一端に接続される第1の充放電用スイッチと、
一端が電圧源に接続され他端が前記第2の充放電用容量の一端に接続される第2の充放電用スイッチとを備える
ことを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。
【請求項3】
前記位相周波数比較器は、第1の電圧パルスと第2の電圧パルスとを出力し、
前記チャージポンプは、
入力に前記第1の電圧パルスと前記第2の電圧パルスとが接続される排他的論理和回路と、
入力に前記第1の電圧パルスと前記排他的論理和回路の出力とが接続され、出力に前記第1の充放電用スイッチの制御端が接続される第1の論理積回路と、
入力に前記第2の電圧パルスと前記排他的論理和回路の出力とが接続され、出力に前記第2の充放電用スイッチの制御端が接続される第2の論理積回路とを備える
ことを特徴とする請求項2に記載のPLL回路。
【請求項4】
一端が電圧源(V4_31)に接続され、他端が前記第1の充放電用容量の他端に接続され、制御端が前記第1の充放電用スイッチの制御端に接続される第3の充放電用スイッチ(SW25)と、
一端が前記第1の充放電用容量の他端に接続され、他端が前記フィルタ用キャパシタの一端に接続され、制御端が前記第1の充放電用スイッチの制御端に逆位相で接続される第4の充放電用スイッチ(SW27)と、
一端が電圧源(V7_34)に接続され、他端が前記第2の充放電用容量の他端に接続され、制御端が前記第2の充放電用スイッチの制御端に接続される第5の充放電用スイッチ(SW29)と、
一端が前記第2の充放電用容量の他端に接続され、他端が前記前記フィルタ用キャパシタの一端に接続され、制御端が前記第2の充放電用スイッチの制御端に逆位相で接続される第6の充放電用スイッチ(SW30)とを備える
ことを特徴とする請求項2に記載のPLL回路。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−66474(P2011−66474A)
【公開日】平成23年3月31日(2011.3.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−212719(P2009−212719)
【出願日】平成21年9月15日(2009.9.15)
【出願人】(000006507)横河電機株式会社 (4,443)
【Fターム(参考)】