JP2007060588A - PLL circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】 電圧電流変換回路の抵抗値のばらつきを抑えることで、電圧制御発振器の発振周波数のばらつきを低減するPLL回路を提供する。
【解決手段】 電圧電流変換回路50は可変抵抗回路4と、リミット回路5と、カレント比調整回路6を備えて構成される。可変抵抗回路4を内蔵することで抵抗を内蔵した場合のプロセスばらつきを制御でき、かつ内蔵することで、外付抵抗端子の寄生容量の影響を受けずに済み、PLLループ帯域の影響を受けない高帯域で応答可能な電圧電流変換回路が実現できる。この可変抵抗回路4にCMOS可変抵抗を用いることで連続的な抵抗値調整を可能とする。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PLL circuit for reducing variation in oscillation frequency of a voltage controlled oscillator by suppressing variation in resistance value of a voltage-current conversion circuit.
A voltage-current conversion circuit includes a variable resistance circuit, a limit circuit, and a current ratio adjustment circuit. By incorporating the variable resistor circuit 4, process variations when the resistor is incorporated can be controlled, and by incorporating the resistor, it is not affected by the parasitic capacitance of the external resistor terminal, and is not affected by the PLL loop band. A voltage-current conversion circuit capable of responding in a high band can be realized. By using a CMOS variable resistor for the variable resistor circuit 4, continuous resistance value adjustment is possible.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、PLL回路に関し、さらに詳しくは、広範囲な発振可能周波数範囲を必要とする電圧電流変換回路が使用される電圧制御型発振器を備えたPLL回路に関するものである。 The present invention relates to a PLL circuit, and more particularly to a PLL circuit including a voltage-controlled oscillator in which a voltage-current conversion circuit that requires a wide oscillation frequency range is used.
従来から基準周波数に位相を引き込むための回路としてPLL回路が使用される。図13は従来のPLL回路の基本構成を示すブロック図である。このPLL回路150は、基準信号Frと出力信号Fvの位相を比較する位相比較器101と、位相比較101より出力された信号の直流分を取り出すLPF102と、その直流電圧に応じて周波数が変動する電圧制御発振器(VCO)103を備えて構成される。
次にPLL回路150の各動作を説明する。基準信号Frと電圧制御発振器103の出力信号Fvを位相比較器101に入力して誤差分を出力する。この後LPF102で位相比較器101より出力された信号の直流分を取り出し、制御電圧VCOINを出力する。これらが構成ループの繰り返しによって電圧制御発振器103の出力信号は基準信号に正確に合わせることができる。
図14は電圧制御発振器の基本構成を示すブロック図である。電圧制御発振器103はLPF102より入力される制御電圧VCOINに応じて電流を出力する電圧電流変換回路131と、その電流に応じた発振周波数を出力する電流制御発振器132により構成される。
図15は電圧電流変換回路131の従来例を示す図である。LPF102より入力される制御電圧VCOINをゲートに印加されたNMOSトランジスタM0のソース側は抵抗R0を介して接地され、ドレイン側はPchトランジスタM1と抵抗R1に接続されている。PMOSM1にはM0に流れる電流とR1に流れる電流の和が流れ、M1のゲート電圧をM2に印加し、M2に流れる電流をM3、M4、M5のMOSトランジスタによるカレントミラーで折り返し、電流制御発振器132の制御ノードPG、NGを形成する。
図18は上記の電圧電流変換特性を示した図である。縦軸はBIAS電流を示し、横軸はVCOIN電圧を示す。このグラフから従来はff(符号140)、typ(符号141)、ss(符号142)がVCOINの変化と共にバラツキが発生しているのが解る。
Conventionally, a PLL circuit is used as a circuit for drawing a phase into a reference frequency. FIG. 13 is a block diagram showing a basic configuration of a conventional PLL circuit. The
Next, each operation of the
FIG. 14 is a block diagram showing the basic configuration of the voltage controlled oscillator. The voltage controlled
FIG. 15 is a diagram showing a conventional example of the voltage-
FIG. 18 is a diagram showing the voltage-current conversion characteristics described above. The vertical axis represents the BIAS current, and the horizontal axis represents the VCOIN voltage. From this graph, it can be seen that ff (symbol 140), typ (symbol 141), and ss (symbol 142) conventionally vary with changes in VCOIN.
図16は従来の電圧電流変換回路を示す図である。VCO制御電圧VCOINを一方の入力端子に入力された演算増幅回路AMPの出力は、PMOSトランジスタM0のゲートに与えられており、PMOSトランジスタM0のドレインが抵抗R0を介して接地され、ソースは電源に接続されている。M0とR0の接続点はAMPのもう一方の入力端子に接続され帰還ループを形成する。この回路は抵抗R0の両端に入力端子VCOINに印加される電圧と同じ電圧を印加させて出力端子に電流を発生させるものである。M0に流れる電流IoutはIout=VCOIN/R0となり入力電圧に比例した電流を取り出すことができる。POSトランジスタM1はPMOSトランジスタM0と等しいゲート電圧を与えることでM0に流れる電流と等しい電流を流す。
図17は差動増幅回路で構成した電流制御発振器の従来回路の一例を示す図である。電圧電流変換回路131より入力される電流IoutがM3、M4、M5のMOSトランジスタによるカレントミラーで折り返し、電流制御発振回路132のPch制御ノードPG及びNch制御ノードNGを形成し、差動増幅回路で構成されたリング発振器132の発振周波数を制御する。
以上のような電圧電流変換回路131の応用例として以下のような技術が開示されている。例えば特許文献1には、PLL回路において発振回路のバイアス制御電圧が一方の入力端子に入力されるアンプの出力を抵抗を介して接地されたトランジスタのゲートに与え、そのトランジスタと抵抗の接続点がアンプのもう一方の入力端子に接続され帰還ループを形成することで線形性をよくする技術が開示されている。
また特許文献2として、固定抵抗素子をマトリックス上におき、外部からの制御信号に応じて抵抗値の制御を行いバイアス回路の抵抗を可変とし抵抗プロセスのバラツキを抑える技術について開示されている。
FIG. 17 is a diagram showing an example of a conventional circuit of a current controlled oscillator constituted by a differential amplifier circuit. The current Iout input from the voltage-
The following techniques are disclosed as application examples of the voltage-
従来技術ではPLLの電圧制御発振器(VCO)の発振周波数は電圧電流変換回路131及び電流制御発振器132夫々のプロセスばらつき、温度ばらつき、電源ばらつきにより変動する。中でもプロセスばらつきによる変動はVCO103の必要とされる発振周波数が高周波になるほど顕著になる。SLOWスピードのワースト条件では仕様に必要なロックレンジを満たすことが難しくなり、一方HIGHスピードのワースト条件ではオーバーレンジによるPLLの帰還ループのデッドロックという問題がある。加えて光メディア書き込みクロック発生用PLLではCAV対応のため、広い範囲のロックレンジを満たしつつ低速から高速にかけて一定のVCOゲインを実現することが課題となる。
即ち、電圧電流変換回路131の従来例である図15及び図16の回路の課題として、使用する抵抗に内蔵POLY抵抗を使用した場合、抵抗値がプロセスばらつきによる変動、温度ばらつきによる変動をうけ±20%変動し、電圧電流変換特性に影響を及ぼすことが問題である。
また内蔵POLY抵抗使用による抵抗ばらつきの解決法としては、ばらつきの少ない外付け抵抗を使用することが考えられるが、外付け抵抗を用いることによる部品点数の増加というデメリットがあり、又図16のように差動増幅回路の帰還ループで外付け抵抗を使用する場合には、外付け抵抗端子Pの寄生容量により、負帰還回路の帯域が低下し、PLLループ帯域の影響を受ける場合がある。
また特許文献1等の技術を使用しても、線形性の向上に寄与するが、内部抵抗のばらつきの影響を受けるといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、電圧電流変換回路の抵抗値のばらつきを抑えることで、電圧制御発振器の発振周波数のばらつきを低減するPLL回路を提供することを目的とする。
In the prior art, the oscillation frequency of the voltage-controlled oscillator (VCO) of the PLL varies due to process variations, temperature variations, and power supply variations of the voltage-
That is, as a problem of the circuit of FIG. 15 and FIG. 16 which is a conventional example of the voltage-
As a solution to the resistance variation due to the use of the built-in POLY resistor, it is conceivable to use an external resistor with little variation, but there is a demerit that the number of parts is increased by using the external resistor, and as shown in FIG. In the case where an external resistor is used in the feedback loop of the differential amplifier circuit, the band of the negative feedback circuit may be lowered due to the parasitic capacitance of the external resistor terminal P, and may be affected by the PLL loop band.
Even if the technique of
In view of such problems, an object of the present invention is to provide a PLL circuit that reduces variations in the oscillation frequency of a voltage controlled oscillator by suppressing variations in resistance values of the voltage-current converter circuit.
本発明はかかる課題を解決するために、請求項1は、基準信号と出力信号の位相を比較する位相比較器と、該位相比較器の出力信号から制御電圧を取り出すフィルタと、該フィルタから出力される制御電圧に基づいた周波数を有する信号を発振する電圧制御発振器と、を備えたPLL回路において、前記電圧制御発振器は、前記制御電圧を電流に変換する電圧電流変換器と、該電圧電流変換器より出力される出力電流に対応した電流源を有し、リング状に接続された1以上の差動インバータ回路を有する電流制御型発振器とを備え、前記電圧電流変換器は前記出力電流を決定する可変抵抗回路を備えたことを特徴とする。
本発明の電圧電流変換回路は、出力電流を決定する可変抵抗回路を有し、プロセスばらつきを低減させるものである。そうすることによりプロセスばらつきの影響を受けないな制御電流を得ることができる。
請求項2は、前記可変抵抗回路はCMOS型トランジスタにより構成され、当該CMOS型トランジスタのプロセスばらつきに応じて該CMOS型トランジスタのゲート電圧を調整することにより、当該可変抵抗回路の可変抵抗値を調整することを特徴とする。
可変抵抗回路はプロセスばらつきによるMOS抵抗値の変動を、抵抗を構成するMOSのゲート電圧を調整することで常に一定の抵抗値にすることができる。
請求項3は、前記可変抵抗回路は、更に1以上の固定抵抗器を備えることを特徴とする。
可変抵抗回路MOS抵抗と固定抵抗を備えることで可変抵抗全体のダイナミックレンジをより大きくとることも可能である。
請求項4は、前記可変抵抗回路は、基準電圧の変動に応じて前記CMOS型トランジスタのゲート電圧を制御するリファレンス回路を備え、前記プロセスばらつきの変動を受けない一定の抵抗値を決定することを特徴とする。
可変抵抗回路は、定電圧源と定電圧源に連動する定電流源によりプロセスばらつきの変動を受けない一定の抵抗値を生成することができ、その結果VCOのゲインの変動を抑えることができる。
In order to solve this problem, the present invention provides a phase comparator for comparing the phases of a reference signal and an output signal, a filter for extracting a control voltage from the output signal of the phase comparator, and an output from the filter. A voltage-controlled oscillator that oscillates a signal having a frequency based on a control voltage to be generated, wherein the voltage-controlled oscillator includes a voltage-current converter that converts the control voltage into a current, and the voltage-current converter A current-controlled oscillator having a current source corresponding to the output current output from the converter and having one or more differential inverter circuits connected in a ring shape, and the voltage-current converter determines the output current A variable resistance circuit is provided.
The voltage-current conversion circuit of the present invention has a variable resistance circuit that determines an output current, and reduces process variations. By doing so, a control current that is not affected by process variations can be obtained.
According to a second aspect of the present invention, the variable resistance circuit is composed of a CMOS type transistor, and the variable resistance value of the variable resistance circuit is adjusted by adjusting the gate voltage of the CMOS type transistor according to process variations of the CMOS type transistor. It is characterized by doing.
The variable resistance circuit can always make the fluctuation of the MOS resistance value due to process variations constant by adjusting the gate voltage of the MOS constituting the resistance.
According to a third aspect of the present invention, the variable resistance circuit further includes one or more fixed resistors.
By providing the variable resistance circuit MOS resistance and the fixed resistance, it is possible to further increase the dynamic range of the entire variable resistance.
According to a fourth aspect of the present invention, the variable resistance circuit includes a reference circuit that controls a gate voltage of the CMOS transistor in accordance with a change in a reference voltage, and determines a constant resistance value that is not affected by the process variation. Features.
The variable resistance circuit can generate a constant resistance value that is not subject to variations in process variations by a constant voltage source and a constant current source that is linked to the constant voltage source, and as a result, can suppress a variation in the gain of the VCO.
請求項5は、前記電圧電流変換回路は、前記プロセスばらつきに応じて前記フィルタより供給される電圧が所定の値以上になったときに、前記電圧制御発振器の発振周波数の上限を制限するリミット回路を備えることを特徴とする。
MOS型トランジスタをダイオードと接続した素子をつなぐことでリミット電圧を形成し、制御電圧の入力端子と並列に接続したリミット入力端子に入力させる。これにより制御電圧がリミット電圧以下では線形性の電圧電流変換特性が得られるが、リミット電圧以上のときは入力電圧にリミットがかかり、リミット電圧以上に応じた発振は行われない。
請求項6は、前記リミット回路は、前記制御電圧の入力端子と並列に接続した複数のMOS型トランジスタを備えたことを特徴とする。
リミット電圧を制御電圧の入力端子と並列に接続したリミット入力端子に入力させることにより、制御電圧がリミット電圧以下では線形性の電圧電流変換特性が得られる。
請求項7は、前記リミット回路は、前記制御電圧の入力端子と並列に接続した複数の抵抗を備えたことを特徴とする。
MOSトランジスタの代わりに抵抗を使用した素子によりリミット電圧を形成することができる。
請求項8は、前記電圧電流変換回路は、前記プロセスばらつきの変動に応じて供給する前記出力電流の電流値を、カレント比を変えることで調整するカレント比調整回路を備えたことを特徴とする。
基準電圧とアンプを用いた負帰還回路にて制御された電流を受けるゲート箇所に、のカレント比調整回路を付加することで、CMOS可変抵抗に流す定電流値を変更可能にすることができ、それにより可変抵抗を調整しプロセス変動によらず一定のVCOゲインを実現することが可能となる。
請求項9は、前記電圧電流変換回路は、前記プロセスばらつきの変動に応じて供給する前記出力電流の電流値を調整するために、前記可変抵抗回路の抵抗値を決定する定電圧源の値を調整する定電圧調整回路を備えたことを特徴とする。
リファレンス回路に印可する基準電圧を変更することができる定電圧調整回路を付加することによって、CMOS可変抵抗の抵抗値を調整し、プロセス変動によらず一定のVCOゲインを実現することが可能となる。
請求項10は、前記定電圧調整回路は、複数のブリーダ抵抗と、該ブリーダ抵抗により分圧された電圧を選択するセレクタと、を備えることを特徴とする。
基準電圧に1以上N個の抵抗を直列接続し、抵抗分圧によって各抵抗のN個の接続点からN種類の電圧値を取り出しN個定電圧制御セレクタで所望の定電圧を得る。
5. The voltage / current converter circuit according to
A limit voltage is formed by connecting an element in which a MOS transistor is connected to a diode, and the limit voltage is input to a limit input terminal connected in parallel with the control voltage input terminal. As a result, a linear voltage-current conversion characteristic can be obtained when the control voltage is equal to or lower than the limit voltage. However, when the control voltage is equal to or higher than the limit voltage, the input voltage is limited and oscillation corresponding to the limit voltage or higher is not performed.
According to a sixth aspect of the present invention, the limit circuit includes a plurality of MOS transistors connected in parallel with the control voltage input terminal.
By inputting the limit voltage to a limit input terminal connected in parallel with the control voltage input terminal, linear voltage-current conversion characteristics can be obtained when the control voltage is equal to or lower than the limit voltage.
According to a seventh aspect of the present invention, the limit circuit includes a plurality of resistors connected in parallel with an input terminal of the control voltage.
The limit voltage can be formed by an element using a resistor instead of the MOS transistor.
According to an eighth aspect of the present invention, the voltage-current conversion circuit includes a current ratio adjustment circuit that adjusts a current value of the output current to be supplied in accordance with a variation in the process variation by changing a current ratio. .
By adding a current ratio adjustment circuit to the gate location that receives the current controlled by the negative feedback circuit using the reference voltage and the amplifier, the constant current value flowing through the CMOS variable resistor can be changed. Thereby, it is possible to adjust the variable resistance and realize a constant VCO gain regardless of process variations.
According to a ninth aspect of the present invention, the voltage-current conversion circuit adjusts a value of a constant voltage source for determining a resistance value of the variable resistance circuit in order to adjust a current value of the output current supplied in accordance with a variation in the process variation. A constant voltage adjustment circuit for adjustment is provided.
By adding a constant voltage adjustment circuit that can change the reference voltage applied to the reference circuit, it becomes possible to adjust the resistance value of the CMOS variable resistor and realize a constant VCO gain regardless of process variations. .
According to a tenth aspect of the present invention, the constant voltage adjustment circuit includes a plurality of bleeder resistors and a selector that selects a voltage divided by the bleeder resistors.
One or more N resistors are connected in series to a reference voltage, N voltage values are extracted from N connection points of each resistor by resistance voltage division, and a desired constant voltage is obtained by the N constant voltage control selector.
請求項1の発明によれば、PLLの電圧電流変換回路が、プロセス変動を受けない可変抵抗を使用することで、プロセスばらつきの影響を受けない制御電流を得ることができる。
また請求項2では、PLLの電圧電流変換回路が、プロセスのばらつきに応じてゲート電圧の調整により抵抗値を調整可能な複数のCMOS型トランジスタおよび複数の固定抵抗を備えるPLL回路においては、CMOSトランジスタ及び複数の固定抵抗を備えることで連続的な抵抗値を決定することができ固定抵抗のみを用いるより高い分解能で抵抗値を決めることができる。
また請求項3では、PLLの電圧電流変換回路が、1以上の複数固定抵抗を備えるので、正確な制御が可能となる。
また請求項4では、PLLの電圧電流変換回路が、基準電圧の変動に応じてCMOS型トランジスタのゲート電圧を制御するリファレンス回路を備えるので、プロセスばらつきの変動を受けない一定の抵抗値を決定することができ、プロセスばらつきの影響を受けない制御電流を得ることができる。
また請求項5では、PLLの電圧電流変換回路が、プロセスばらつきに応じてループフィルタより供給される電圧が所定の値以上になったときに電圧制御発振器の発振周波数の上限を制限するリミット回路を備えるので、PLLの異常発振、すなわちデッドロックを回避することができる。
According to the first aspect of the present invention, the voltage-current conversion circuit of the PLL can obtain a control current that is not affected by process variations by using a variable resistor that is not subject to process variations.
According to another aspect of the present invention, the voltage-to-current converter circuit of the PLL includes a CMOS transistor in a PLL circuit including a plurality of CMOS transistors and a plurality of fixed resistors whose resistance values can be adjusted by adjusting a gate voltage according to process variations. In addition, a continuous resistance value can be determined by providing a plurality of fixed resistors, and the resistance value can be determined with a higher resolution than using only the fixed resistors.
According to the third aspect of the present invention, since the voltage-current conversion circuit of the PLL includes one or more plural fixed resistors, accurate control can be performed.
According to another aspect of the present invention, since the voltage-current conversion circuit of the PLL includes a reference circuit that controls the gate voltage of the CMOS transistor in accordance with a change in the reference voltage, a constant resistance value that is not affected by a process variation is determined. Therefore, a control current that is not affected by process variations can be obtained.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a limit circuit for limiting the upper limit of the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator when the voltage supplied from the loop filter exceeds a predetermined value according to process variations. Therefore, it is possible to avoid abnormal oscillation of the PLL, that is, deadlock.
また請求項6では、PLLの電圧電流変換回路が、制御電圧の入力端子と並列に接続した複数のMOS型トランジスタを有するので、正確なレファレンス回路を持ち、より正確な制御が可能となる。
また請求項7では、PLLの電圧電流変換回路が、制御電圧の入力端子と並列に接続した複数の抵抗を有するので、正確なレファレンス回路を持ち、より正確な制御が可能となる。
また請求項8では、PLLの電圧電流変換回路が、プロセスばらつきの変動に応じて供給する前記出力電流の電流値を、カレント比を変えることで調整するカレント比調整回路を有するので、抵抗値のばらつきに加え、プロセスのばらつきを抑制することが可能となる。
また請求項9では、PLLの電圧電流変換回路が、プロセスばらつきの変動に応じて供給する出力電流の電流値を調整するために、可変抵抗回路の抵抗値を決定する定電圧源の値を変え、抵抗値を変えることにより所定のVCOゲインを得る回路を有するので、抵抗値のばらつきに加え、プロセスのばらつきを抑制することが可能となる。
また請求項10では、定電圧調整回路は、複数のブリーダ抵抗と、該ブリーダ抵抗により分圧された電圧を選択するセレクタと、を備えることで、所望の定電圧を容易に得ることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, since the voltage-current conversion circuit of the PLL has a plurality of MOS transistors connected in parallel with the input terminal of the control voltage, it has an accurate reference circuit and can perform more accurate control.
According to the seventh aspect of the present invention, since the voltage-to-current converter circuit of the PLL has a plurality of resistors connected in parallel with the input terminal of the control voltage, it has an accurate reference circuit and can perform more accurate control.
According to another aspect of the present invention, the voltage-to-current converter circuit of the PLL has a current ratio adjustment circuit that adjusts the current value of the output current to be supplied according to the variation in process variation by changing the current ratio. In addition to variations, process variations can be suppressed.
According to a ninth aspect of the present invention, the voltage-to-current converter circuit of the PLL changes the value of the constant voltage source that determines the resistance value of the variable resistance circuit in order to adjust the current value of the output current to be supplied in accordance with variations in process variations. Since the circuit for obtaining a predetermined VCO gain by changing the resistance value is provided, it is possible to suppress the process variation in addition to the resistance value variation.
According to a tenth aspect of the present invention, the constant voltage adjusting circuit includes a plurality of bleeder resistors and a selector that selects a voltage divided by the bleeder resistors, so that a desired constant voltage can be easily obtained.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1は本発明の実施形態に係る電圧電流変換回路の構成ブロック図である。電圧電流変換回路50は可変抵抗回路4と、リミット回路5と、カレント比調整回路6を備えて構成される。可変抵抗回路4を内蔵することで抵抗を内蔵した場合のプロセスばらつきを制御でき、かつ内蔵することで、外付抵抗端子の寄生容量の影響を受けずに済み、PLLループ帯域の影響を受けない高帯域で応答可能な電圧電流変換回路が実現できる。この可変抵抗回路4にCMOS可変抵抗を用いることで連続的な抵抗値調整を可能とする。またプロセスばらつきに影響されない精度の良い定電流源を用いることができればより精度のよい抵抗値調整を行うことができる。又リミット回路5を付加することで、各ワースト条件に応じたロックレンジを取り出すことが可能である。そしてまたカレント比調整回路6を付加することで、VCOリングのプロセスバラツキによる変動に応じて供給する制御電流値についてカレント比を変えることで調整し、プロセス変動によらず一定のVCOゲインを実現することができる。
図2は可変抵抗回路の内部回路の図である。図2を参照して可変抵抗回路4について説明する。次に図2を参照して可変抵抗回路4に関する説明をする。基準電圧VCOINをAMP1の一方の入力端子に入力し、AMP1の出力をNMOSトランジスタM0のゲート側に接続し、そのトランジスタM0とCMOS可変抵抗回路41のトランジスタM7の接続点がアンプのもう一方の入力端子に接続され、電流値をI0とする負帰還ループ形成する。このM7の動作点及び抵抗値を決定する回路は、次のように構成する。即ち、基準電圧をAMP2の一方の入力端子に入力し、AMP2の出力を上記の定電流回路より生成された電流源がドレイン側に接続されたトランジスタのゲートに与え、そのトランジスタのドレインと基準電圧の変動に連動した電流源の接続点がAMP2のもう一方の入力端子に接続され、電流値をI1とする負帰還ループを形成することで基準電圧の変動に応じて一定の抵抗値を決定するように、CMOS可変抵抗M6のゲート電圧を制御するリファレンス回路42を形成する。M6のゲート電圧と等しい電圧をモニタし、CMOS可変抵抗回路41のトランジスタM7のゲートに印加することで、トランジスタM7は可変抵抗回路として働き抵抗値を決定する。そしてバイアス制御電圧の帰還ループで用いるCMOS可変抵抗回路41の抵抗値を決定する。ここで上記電流源は基準電圧の変動に追随する定電流源であることが必要である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a voltage / current converter circuit according to an embodiment of the present invention. The voltage-
FIG. 2 is a diagram of an internal circuit of the variable resistance circuit. The
図3は基準電圧の変動に追随する電流源の定電流回路である。図3の定電流回路について説明する。基準電圧VrefをAmpの一方の入力端子に入力し、Ampの出力を外付け抵抗Rを介して接地されたNMOSトランジスタM0のゲートに与え、M0のソースと抵抗Rの接続点はAmpのもう一方の入力端子に接続され負帰還ループを形成する。これによりM0に流れる電流は外付け抵抗Rと基準電圧Vrefにより決定される。そしてM0をカレントミラーとして構成したPMOSトランジスタM1、M2を介してレファレンス回路42に供給する。
図4はリミット回路5と差動アンプ入力段の構成を示す回路図である。MOS型トランジスタM0、M1、M2をダイオードと接続した素子をつなぐことでリミット電圧Vlimitを形成し、制御電圧VCOINの入力端子と並列に接続したリミット入力端子に入力させる。これによりVCOINがリミット電圧Vlimit以下では線形性の電圧電流変換特性が得られるが、リミット電圧Vlimit以上のときは入力電圧にリミットがかかり、リミット電圧Vlimit以上に応じた発振は行われない。尚この時、MOSトランジスタM0、M1、M2の代わりに抵抗R0、R1を使用した素子によりリミット電圧を形成しても良い(図5参照)。
FIG. 3 shows a constant current circuit of a current source that follows the fluctuation of the reference voltage. The constant current circuit of FIG. 3 will be described. The reference voltage Vref is inputted to one input terminal of Amp, the output of Amp is given to the gate of the NMOS transistor M0 grounded through the external resistor R, and the connection point between the source of M0 and the resistor R is the other end of Amp. To form a negative feedback loop. Thereby, the current flowing through M0 is determined by the external resistor R and the reference voltage Vref. Then, M0 is supplied to the
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the
図6は可変抵抗回路の一例を示す図である。CMOS可変抵抗回路41のもう一つの構成として図6を採り上げる。可変抵抗は固定抵抗と併用することもできる。併用することでダイナミックレンジを稼ぐことができる。並列に接続したNMOS可変抵抗M0及びM1のソース側はグランドに接地し、ドレイン側は固定POLY抵抗R0と直列に接続した抵抗素子となる。NMOSM5はソース側をグランド接地し、ドレイン側をPMOS M6のゲート及びドレインに接続し、ゲート側をAmp側に接続する。PMOS M6のソースは電源接地され、PMOSトランジスタM6よりカレントミラー接続をされたPMOSM7のドレイン側はPMOSトランジスタM4のソース側と可変抵抗トランジスタM0のゲート側に接続されている。M7と同じくM6よりカレントミラー接続されたM8のドレイン側は可変抵抗トランジスタM1のゲートとダイオード接続されたPMOSM3のソース側に接続される。M4のドレインはグランドに接続される。
基準電圧VCOINをAmpの一方の入力端子に入力し、アンプの出力をトランジスタのゲートM5に与え、CMOS可変抵抗M0、M1と直列に接続された抵抗R0の他端と定電流源の接続点がアンプのもう一方の入力端子に接続され帰還ループを形成する。
次に図6の構成の作用を説明する。可変抵抗M0のゲートにPMOSトランジスタM4のドレインが接続し、M0のゲート可変抵抗NMOS M0及び可変抵抗NMOSM1と固定抵抗R0の接続点とPMOSトランジスタ M4のゲートが接続することにより、可変抵抗と固定抵抗の接続点の電圧電流特性を比例とすることで図2に記載の可変抵抗回路41全体の電圧電流特性を比例とし、かつプロセス変動によらず、抵抗値を一定値にすることができる。
この可変抵抗回路41を使った電圧電流変換回路の電圧電流特性を示したのが図7である。図7では明らかにff、typ、ss共に殆どばらつきなく変化しているのが解る。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a variable resistance circuit. FIG. 6 is taken up as another configuration of the CMOS
The reference voltage VCOIN is inputted to one input terminal of Amp, the output of the amplifier is given to the gate M5 of the transistor, and the connection point between the other end of the resistor R0 connected in series with the CMOS variable resistors M0 and M1 and the constant current source is Connected to the other input terminal of the amplifier to form a feedback loop.
Next, the operation of the configuration of FIG. 6 will be described. The drain of the PMOS transistor M4 is connected to the gate of the variable resistor M0, and the connection point between the gate variable resistor NMOS M0 and the variable resistor NMOS M1 of the M0 and the fixed resistor R0 and the gate of the PMOS transistor M4 are connected, so that the variable resistor and the fixed resistor are connected. By making the voltage-current characteristics of the connection points proportional, the voltage-current characteristics of the entire
FIG. 7 shows the voltage-current characteristics of a voltage-current conversion circuit using the
図8は本発明の第二の実施形態に係る可変抵抗回路の内部回路の図である。図1の第一の実施形態におけるカレント比調整回路6を用いてカレント比を変えることで、VCOリングのプロセスバラツキによる変動に応じて供給する制御電流値を調整するのと同様の効果を以下の方法によって実現可能である。
図8の本発明の実施形態において、リファレンス回路42に印可するVrefを変更することできる定電圧調整回路43を付加することによって、CMOS可変抵抗R0及びR1の抵抗値を調整し、プロセス変動によらず一定のVCOゲインを実現することが可能である。
図9は図8の定電圧調整回路43の実施例を示す図である。定電圧Vrefに1以上N個の抵抗R0、R1・・・RNを直列接続し、抵抗分圧によって各抵抗のN個の接続点からN種類の電圧値を取り出し、定電圧制御セレクタ(SEL1〜SELN)44で所望の定電圧を得る。
図10は本発明の第三の実施形態に係る可変抵抗回路の内部回路の図である。図1の第一の実施形態におけるカレント比調整回路6を用いるのと同様の効果を以下の方法によって実現可能である。図10の本発明の実施形態において、リファレンス回路42に印可するVrefを変更することできる定電流調整回路45を付加することによってCMOS可変抵抗R0及びR1の抵抗値を調整し、プロセス変動によらず一定のVCOゲインを実現することが可能である。
図11は図10の定電流調整回路45の第一の実施例を示す図である。図10のCMOS可変抵抗42及びリファレンス回路41に供給する定電流回路において、基準抵抗Vrefを定電圧調整回路43によって変更し、供給電流を調整することが可能である。
図12は図10の定電流調整回路45の第二の実施例を示す図である。図12においてVrefとAmpを用いた負帰還回路にて制御された電流を受けるM2のゲート箇所にカレント比調整回路6を付加することで、図6に示すCMOS可変抵抗回路に流す定電流値を変更可能にすることができ、それにより可変抵抗を調整しプロセス変動によらず一定のVCOゲインを実現することが可能である。
FIG. 8 is a diagram of the internal circuit of the variable resistance circuit according to the second embodiment of the present invention. By changing the current ratio using the current
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 8, the resistance values of the CMOS variable resistors R0 and R1 are adjusted by adding a constant
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of the constant
FIG. 10 is a diagram of an internal circuit of the variable resistance circuit according to the third embodiment of the present invention. The same effect as using the current
FIG. 11 is a diagram showing a first embodiment of the constant
FIG. 12 is a diagram showing a second embodiment of the constant
以上の通り本発明によれば、位相比較器と、ループフィルタと、ループフィルタから出力される制御電圧を電流に変換する電圧電流変換回路と、電圧電流変換回路より出力される出力電流に対応した電流源を有し、リング状に接続された1以上の差動インバータ回路を有する電圧制御発振器とを備えたPLL回路において、電圧電流変換回路は出力電流を決定する可変抵抗回路4を有し、プロセスばらつきを低減させるものである。そうすることによりプロセスばらつきの影響を受けない制御電流を得ることができる。
このとき可変抵抗回路4はプロセスばらつきによるMOS抵抗値の変動を、抵抗を構成するMOSのゲート電圧を調整することで常に一定の抵抗値にすることができる。又、可変抵抗回路4と固定抵抗R0を備えることで可変抵抗全体のダイナミックレンジをより大きくとることも可能である。
また可変抵抗回路4は、定電圧源と定電圧源に連動する定電流源によりプロセスばらつきの変動を受けない一定の抵抗値を生成することができ、その結果VCOのゲインの変動を抑えることができる。
さらに電圧電流変換回路は、プロセスばらつきの変動に応じて供給する出力電流の電流値をカレント比を変えることで調整するカレント比調整回路6を有することで、VCOリングが広範囲のロックレンジで一定のゲインを保持できるようになるので、プロセスの変動によらず一定のVCOゲインを得ることが可能になる。
As described above, according to the present invention, the phase comparator, the loop filter, the voltage-current conversion circuit that converts the control voltage output from the loop filter into current, and the output current output from the voltage-current conversion circuit are supported. In a PLL circuit having a current source and a voltage controlled oscillator having one or more differential inverter circuits connected in a ring shape, the voltage-current conversion circuit has a
At this time, the
In addition, the
Furthermore, the voltage-current converter circuit has a current
4 可変抵抗回路、5 リミット回路、6 カレント比調整回路、50 電圧電流変換回路、101 位相比較器、102 LPF、103 電圧制御発振器(VCO)、150 PLL回路 4 variable resistance circuit, 5 limit circuit, 6 current ratio adjustment circuit, 50 voltage current conversion circuit, 101 phase comparator, 102 LPF, 103 voltage controlled oscillator (VCO), 150 PLL circuit
Claims (10)
前記電圧制御発振器は、前記制御電圧を電流に変換する電圧電流変換器と、該電圧電流変換器より出力される出力電流に対応した電流源を有し、リング状に接続された1以上の差動インバータ回路を有する電流制御型発振器とを備え、前記電圧電流変換器は前記出力電流を決定する可変抵抗回路を備えたことを特徴とするPLL回路。 A phase comparator that compares the phases of the reference signal and the output signal, a filter that extracts a control voltage from the output signal of the phase comparator, and a voltage control that oscillates a signal having a frequency based on the control voltage output from the filter In a PLL circuit comprising an oscillator,
The voltage-controlled oscillator includes a voltage-current converter that converts the control voltage into a current, and a current source corresponding to an output current output from the voltage-current converter, and one or more differences connected in a ring shape A PLL circuit comprising: a current-controlled oscillator having a dynamic inverter circuit; and the voltage-current converter includes a variable resistance circuit that determines the output current.
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