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JP2011188323A - Pll circuit - Google Patents

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JP2011188323A
JP2011188323A JP2010052566A JP2010052566A JP2011188323A JP 2011188323 A JP2011188323 A JP 2011188323A JP 2010052566 A JP2010052566 A JP 2010052566A JP 2010052566 A JP2010052566 A JP 2010052566A JP 2011188323 A JP2011188323 A JP 2011188323A
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Japan
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circuit
control voltage
voltage
output
loop filter
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Pending
Application number
JP2010052566A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Watabe
由司 渡部
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

【課題】ループフィルタの容量値を抑え、且つ動作を安定させることが可能なPLL回路を提供することを目的としている。
【解決手段】入力信号の位相と電圧制御発振回路の出力信号の位相とを比較し、位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、前記位相比較器の出力信号に応じて充放電電流を生成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平滑し第一の制御電圧を生成するループフィルタと、前記ループフィルタから出力される前記第一の制御電圧を所定の電圧になるよう第二の制御電圧を生成する制御電圧生成回路と、を備え、前記第一の制御電圧と前記第二の制御電圧とが前記電圧制御発振回路に入力される。
【選択図】図6
An object of the present invention is to provide a PLL circuit capable of suppressing the capacitance value of a loop filter and stabilizing the operation.
A phase comparator that compares a phase of an input signal with a phase of an output signal of a voltage controlled oscillation circuit and outputs a signal corresponding to a phase difference, and a charge / discharge current according to the output signal of the phase comparator A charge pump circuit that generates a first control voltage by smoothing an output of the charge pump circuit, and a first control voltage that is output from the loop filter so that the first control voltage is a predetermined voltage. A control voltage generation circuit for generating a second control voltage, and the first control voltage and the second control voltage are input to the voltage controlled oscillation circuit.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、ループフィルタの容量値を抑え、且つ動作を安定させるPLL回路に関する。   The present invention relates to a PLL circuit that suppresses the capacitance value of a loop filter and stabilizes the operation.

図1は従来のPLL(Phase-locked loop)回路を説明する図である。従来のPLL回路10は、分周回路2、3、位相比較器4、チャージポンプ5、ループフィルタ6、電圧制御発信回路7により構成される。   FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional PLL (Phase-locked loop) circuit. A conventional PLL circuit 10 includes frequency dividing circuits 2 and 3, a phase comparator 4, a charge pump 5, a loop filter 6, and a voltage control transmission circuit 7.

PLL回路10では、外部から入力クロックが入力され、分周回路2で分周される。またPLL回路10では、電圧制御発振回路7の出力クロックが分周回路3で分周される。分周回路2で分周された入力クロックと、分周回路3で分周された出力クロック(フィードバッククロック)との位相差および周波数差は、位相比較器4で比較される。位相比較器4からは、位相・周波数差に応じたアップパルス信号UPおよびダウンパルス信号DNがチャージポンプ5へ出力される。チャージポンプ5には、位相比較器4からのアップパルス信号UPおよびダウンパルス信号DNに応じたパルス電流が流れる。このパルス電流は、ループフィルタ6の容量に電荷が充電もしくは放電されることにより電圧に変換される。ループフィルタ6からは、上述したように変換された電圧が電圧制御発振回路7の発振周波数を制御するコントロール電圧として出力される。   In the PLL circuit 10, an input clock is input from the outside, and the frequency dividing circuit 2 divides the frequency. In the PLL circuit 10, the output clock of the voltage controlled oscillation circuit 7 is divided by the frequency dividing circuit 3. The phase comparator 4 compares the phase difference and the frequency difference between the input clock divided by the frequency dividing circuit 2 and the output clock (feedback clock) divided by the frequency dividing circuit 3. From the phase comparator 4, an up pulse signal UP and a down pulse signal DN corresponding to the phase / frequency difference are output to the charge pump 5. A pulse current corresponding to the up pulse signal UP and the down pulse signal DN from the phase comparator 4 flows through the charge pump 5. This pulse current is converted into a voltage by charging or discharging a charge in the capacity of the loop filter 6. From the loop filter 6, the voltage converted as described above is output as a control voltage for controlling the oscillation frequency of the voltage controlled oscillation circuit 7.

図2は、従来のPLL回路の有するチャージポンプを示す図である。チャージポンプ5は、トランジスタM1、M2を有する。トランジスタM1のゲートには、アップパルス信号UPを反転させた信号が入力される。トランジスタM2のゲートには、ダウンパルス信号DNが入力される。   FIG. 2 is a diagram illustrating a charge pump included in a conventional PLL circuit. The charge pump 5 includes transistors M1 and M2. A signal obtained by inverting the up pulse signal UP is input to the gate of the transistor M1. The down pulse signal DN is input to the gate of the transistor M2.

図3は、従来のPLL回路の有するループフィルタを示す図である。ループフィルタ6は、抵抗R、容量素子C1、C2を有する。   FIG. 3 is a diagram illustrating a loop filter included in a conventional PLL circuit. The loop filter 6 includes a resistor R and capacitive elements C1 and C2.

図4は、従来のPLL回路のボード線図を示す図である。図4において、零点F1=1/(2π×R×C1)、ポール点F2=1/(2π×R×C2)と表される。またPLL回路10のループ帯域Fcは、Kvを電圧制御発振回路7のゲイン、Icpをチャージポンプ6に流れる電流、Nは分周回路3の分周数としたとき、以下のように表される。   FIG. 4 is a diagram showing a Bode diagram of a conventional PLL circuit. In FIG. 4, zero point F1 = 1 / (2π × R × C1) and pole point F2 = 1 / (2π × R × C2). The loop band Fc of the PLL circuit 10 is expressed as follows, where Kv is the gain of the voltage controlled oscillation circuit 7, Icp is the current flowing through the charge pump 6, and N is the frequency dividing number of the frequency dividing circuit 3. .

Fc=Kv×Icp×R/(2π×N)
PLL回路10が安定な収束をするためには、F1<Fc<F2の条件を満たす必要があり、位相余裕が十分大きくなるようF1、F2を設定する必要がある。
Fc = Kv × Icp × R / (2π × N)
In order for the PLL circuit 10 to achieve stable convergence, the condition of F1 <Fc <F2 must be satisfied, and F1 and F2 must be set so that the phase margin is sufficiently large.

PLL回路10では、位相比較器4の比較周波数が低くなると、ループの安定性を確保するためにループ帯域を下げる。ループ帯域を下げるとループフィルタ6の容量値(C1、C2)が大きくなり、例えば容量素子C1、C2をコンデンサで構成した場合には回路のレイアウト面積の増大を招く。   In the PLL circuit 10, when the comparison frequency of the phase comparator 4 is lowered, the loop band is lowered in order to ensure the stability of the loop. When the loop band is lowered, the capacitance values (C1, C2) of the loop filter 6 are increased. For example, when the capacitive elements C1, C2 are constituted by capacitors, the layout area of the circuit is increased.

そこでレイアウト面積を小さくするため、ループフィルタ6の容量素子をMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタで構成することが一般的である。しかし、チャージポンプ5の出力が可変であるため、ループフィルタ6の容量素子であるMOSトランジスタMOSのゲート電圧も可変となる。このため、MOSトランジスタによって得られる容量値は変化する。ゲート電圧の変化による容量値の変化は、図5に示すように、MOSトランジスタの閾値電圧Vth付近で特に大きい。図5は、MOSトランジスタの容量値−ゲート電圧特性を示す図である。   Therefore, in order to reduce the layout area, the capacitor element of the loop filter 6 is generally composed of a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) transistor. However, since the output of the charge pump 5 is variable, the gate voltage of the MOS transistor MOS which is the capacitive element of the loop filter 6 is also variable. For this reason, the capacitance value obtained by the MOS transistor changes. The change in the capacitance value due to the change in the gate voltage is particularly large in the vicinity of the threshold voltage Vth of the MOS transistor as shown in FIG. FIG. 5 is a diagram showing the capacitance-gate voltage characteristics of the MOS transistor.

レイアウト面積を小さくするための別の方法としては、ループフィルタ6の容量値を減らす方法がある。この方法では、チャージポンプ5に流れるパルス電流を減らすが、ループフィルタ6の容量素子のリーク電流によって電圧制御発振回路7の制御電圧が変動し、ジッタ特性劣化を引き起こす。   As another method for reducing the layout area, there is a method for reducing the capacitance value of the loop filter 6. In this method, the pulse current flowing through the charge pump 5 is reduced, but the control voltage of the voltage controlled oscillation circuit 7 fluctuates due to the leakage current of the capacitive element of the loop filter 6 and causes deterioration of jitter characteristics.

このような不具体の対応策として、例えば特許文献1では、リーク電流による電圧制御回路の制御電圧の変動を防止することが開示されている。また特許文献2には、安定なクロック信号を供給する遅延ロックループ回路が記載されている。   As such an unspecified measure, for example, Patent Document 1 discloses that the fluctuation of the control voltage of the voltage control circuit due to the leakage current is prevented. Patent Document 2 describes a delay locked loop circuit that supplies a stable clock signal.

しかしながら、リーク電流による微小電圧差を補償するためには、高精度な演算増幅器が必要である。また特許文献1ではサンプル・ホールド回路を使用しており、サンプル・ホールド回路の有するスイッチトランジスタ自身もオフリークが発生するため、電流誤差が増える。また、補償回路のスイッチング時には制御電圧にノイズが混入されることでジッタ特性劣化を引き起こしてしまう。   However, in order to compensate for a minute voltage difference due to leakage current, a highly accurate operational amplifier is required. In Patent Document 1, a sample-and-hold circuit is used, and the switch transistor itself in the sample-and-hold circuit also generates off-leakage, so that a current error increases. Further, when the compensation circuit is switched, noise is mixed into the control voltage, which causes jitter characteristic deterioration.

本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、ループフィルタの容量値を抑え、且つ動作を安定させることが可能なPLL回路を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a PLL circuit capable of suppressing the capacitance value of a loop filter and stabilizing the operation.

本発明は、上記目的を達成するために以下の如き構成を採用した。   The present invention employs the following configuration in order to achieve the above object.

本発明のPLL回路は、入力信号の位相と電圧制御発振回路の出力信号の位相とを比較し、位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、前記位相比較器の出力信号に応じて充放電電流を生成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平滑し第一の制御電圧を生成するループフィルタと、前記ループフィルタから出力される前記第一の制御電圧を所定の電圧になるよう第二の制御電圧を生成する制御電圧生成回路と、を備え、前記第一の制御電圧と前記第二の制御電圧とが前記電圧制御発振回路に入力される。   The PLL circuit of the present invention compares the phase of the input signal with the phase of the output signal of the voltage controlled oscillation circuit, and outputs a signal corresponding to the phase difference, and according to the output signal of the phase comparator A charge pump circuit that generates a charge / discharge current; a loop filter that smoothes an output of the charge pump circuit to generate a first control voltage; and the first control voltage output from the loop filter is set to a predetermined voltage. A control voltage generation circuit for generating a second control voltage so that the first control voltage and the second control voltage are input to the voltage controlled oscillation circuit.

また本発明のPLL回路において、前記電圧制御発振回路は、バイアス回路とリングオシレータとを有し、前記バイアス回路は、前記第一の制御電圧を電流に変換し前記リングオシレータの遅延回路に電流を供給する第一のバイアス回路と、前記第二の制御電圧を電流に変換し前記リングオシレータの遅延回路に電流を供給する第二のバイアス回路と、を有する。   Also, in the PLL circuit of the present invention, the voltage controlled oscillation circuit includes a bias circuit and a ring oscillator, and the bias circuit converts the first control voltage into a current and supplies a current to the delay circuit of the ring oscillator. A first bias circuit for supplying the second bias voltage; and a second bias circuit for converting the second control voltage into a current and supplying the current to the delay circuit of the ring oscillator.

また本発明のPLL回路において、前記制御電圧生成回路の応答性は、前記第一の制御電圧の応答性よりも遅い。   In the PLL circuit of the present invention, the response of the control voltage generation circuit is slower than the response of the first control voltage.

また本発明のPLL回路において、前記電圧制御発振回路は、前記第一の制御電圧の変動に対する出力周波数の変動率が前記第二の制御電圧の変動に対する変動率よりも小さい。   In the PLL circuit of the present invention, the voltage-controlled oscillation circuit has a fluctuation rate of an output frequency with respect to the fluctuation of the first control voltage smaller than a fluctuation ratio with respect to the fluctuation of the second control voltage.

また本発明のPLL回路において、前記制御電圧生成回路は、前記第一の制御電圧を所定の電圧になるよう負帰還をかけて制御し、前記電圧制御発振回路に出力する演算増幅回路からなる。   In the PLL circuit of the present invention, the control voltage generation circuit includes an operational amplifier circuit that controls the first control voltage by applying a negative feedback so as to be a predetermined voltage, and outputs the same to the voltage controlled oscillation circuit.

また本発明のPLL回路において、前記ループフィルタは、容量素子がMOSトランジスタで形成されており、前記第一の制御電圧は、前記MOSトランジスタの飽和容量となる電圧に制御される。   In the PLL circuit of the present invention, the loop filter has a capacitive element formed of a MOS transistor, and the first control voltage is controlled to a voltage that becomes a saturation capacitance of the MOS transistor.

本発明によれば、ループフィルタの容量値を抑え、且つ動作を安定させることができる。   According to the present invention, the capacitance value of the loop filter can be suppressed and the operation can be stabilized.

従来のPLL(Phase-locked loop)回路を説明する図である。It is a figure explaining the conventional PLL (Phase-locked loop) circuit. 従来のPLL回路の有するチャージポンプを示す図である。It is a figure which shows the charge pump which the conventional PLL circuit has. 従来のPLL回路の有するループフィルタを示す図である。It is a figure which shows the loop filter which the conventional PLL circuit has. 従来のPLL回路のボード線図を示す図である。It is a figure which shows the Bode diagram of the conventional PLL circuit. MOSトランジスタの容量値−ゲート電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the capacitance value-gate voltage characteristic of a MOS transistor. 本発明のPLL回路を示す図である。It is a figure which shows the PLL circuit of this invention. 本発明のPLL回路の有する電圧制御発振回路を示す図である。It is a figure which shows the voltage control oscillation circuit which the PLL circuit of this invention has. 本発明のPLL回路の有するバイアス回路を示す図である。It is a figure which shows the bias circuit which the PLL circuit of this invention has. 本発明のPLL回路の有するリングオシレータを説明する図である。It is a figure explaining the ring oscillator which the PLL circuit of this invention has.

以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図6は、本発明のPLL回路を示す図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram showing a PLL circuit of the present invention.

本実施形態のPLL回路100は、分周回路110、120、位相比較器130、チャージポンプ140、ループフィルタ150、電圧制御発振回路(以下、VCOと呼ぶ)160、演算増幅回路170を有する。   The PLL circuit 100 according to the present embodiment includes frequency dividing circuits 110 and 120, a phase comparator 130, a charge pump 140, a loop filter 150, a voltage controlled oscillation circuit (hereinafter referred to as VCO) 160, and an operational amplifier circuit 170.

本実施形態の分周回路110、120はPLL回路100の逓倍設定を行う。分周回路110には、基準となる入力クロック信号が入力される。分周回路120には、VCO160から出力される信号が入力される。分周回路110、120の出力は、位相比較器130へ入力される。   The frequency dividing circuits 110 and 120 of the present embodiment perform multiplication setting of the PLL circuit 100. The frequency dividing circuit 110 receives a reference input clock signal. A signal output from the VCO 160 is input to the frequency dividing circuit 120. Outputs of the frequency dividing circuits 110 and 120 are input to the phase comparator 130.

位相比較器130は、分周回路110で分周された基準信号と、分周回路120で分周された帰還信号との各位相を比較する。チャージポンプ140は位相比較器130の出力信号に応じて充放電電流を生成する。   The phase comparator 130 compares the phases of the reference signal frequency-divided by the frequency divider circuit 110 and the feedback signal frequency-divided by the frequency divider circuit 120. The charge pump 140 generates charge / discharge current according to the output signal of the phase comparator 130.

ループフィルタ150は、チャージポンプ140の出力を平滑化する。ループフィルタ150の出力は、VCO160に第一の制御電圧VCOIN1として供給される。   Loop filter 150 smoothes the output of charge pump 140. The output of the loop filter 150 is supplied to the VCO 160 as the first control voltage VCOIN1.

VCO160は、入力された制御電圧VCOIN1と、演算増幅回路170から供給される制御電圧VCOIN2に応じた周波数の出力信号を出力する。   The VCO 160 outputs an output signal having a frequency corresponding to the input control voltage VCOIN1 and the control voltage VCOIN2 supplied from the operational amplifier circuit 170.

本実施形態の演算増幅回路170の一方の入力には、ループフィルタ150の出力ある制御電圧VCOIN1が供給される。演算増幅回路170の他方の入力には、基準電圧VREFが供給される。基準電圧VREFは、PLL回路100の内部で生成される固定の電圧である。本実施形態の演算増幅回路170は、制御電圧VCOIN1が基準電圧VREFとなるように、制御電圧VCOIN2を出力し、この制御電圧VCOIN2に応じたVCO160の出力を位相比較器130へフィードバックすることで、制御電圧VCOIN1を補正させる。すなわち本実施形態の演算増幅回路170は、制御電圧VCOIN1を基準電圧VREFと同じ電圧となるようにし、制御電圧VCOIN2を生成する制御電圧生成回路の役割を果たしている。   The control voltage VCOIN1 that is the output of the loop filter 150 is supplied to one input of the operational amplifier circuit 170 of the present embodiment. A reference voltage VREF is supplied to the other input of the operational amplifier circuit 170. The reference voltage VREF is a fixed voltage generated inside the PLL circuit 100. The operational amplifier circuit 170 of the present embodiment outputs the control voltage VCOIN2 so that the control voltage VCOIN1 becomes the reference voltage VREF, and feeds back the output of the VCO 160 corresponding to the control voltage VCOIN2 to the phase comparator 130. The control voltage VCOIN1 is corrected. That is, the operational amplifier circuit 170 of this embodiment plays a role of a control voltage generation circuit that generates the control voltage VCOIN2 by making the control voltage VCOIN1 the same voltage as the reference voltage VREF.

次に、図7を参照して本実施形態のVCO160について説明する。図7は、本発明のPLL回路の有する電圧制御発振回路を示す図である。   Next, the VCO 160 of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing a voltage controlled oscillation circuit included in the PLL circuit of the present invention.

本実施形態のVCO160は、バイアス回路161、リングオシレータ162、差動−シングル変換回路163を有する。   The VCO 160 of this embodiment includes a bias circuit 161, a ring oscillator 162, and a differential-single conversion circuit 163.

バイアス回路161からは、制御信号Pcnt、Ncntが出力され、リングオシレータ162に供給される。リングオシレータ162の出力は、差動−シングル変換回路163の入力へ供給される。   Control signals Pcnt and Ncnt are output from the bias circuit 161 and supplied to the ring oscillator 162. The output of the ring oscillator 162 is supplied to the input of the differential-single conversion circuit 163.

本実施形態のバイアス回路161は、制御電圧VCOIN1、VCOIN2の上昇によってリングオシレータ162に供給する電流量を増やすように制御信号Pcnt、Ncntを出力する。また本実施形態のバイアス回路161は、制御電圧VCOIN1、VCOIN2の低下によってリングオシレータ162に供給する電流量を減らすように制御信号Pcnt、Ncntを出力する。リングオシレータ162は、複数の差動アンプ164により構成されており、バイアス回路161から供給される電流量に応じた周波数の信号を出力し、差動−シングル変換回路163によってシングルのクロックを出力する。   The bias circuit 161 of the present embodiment outputs the control signals Pcnt and Ncnt so as to increase the amount of current supplied to the ring oscillator 162 as the control voltages VCOIN1 and VCOIN2 rise. Further, the bias circuit 161 according to the present embodiment outputs the control signals Pcnt and Ncnt so as to reduce the amount of current supplied to the ring oscillator 162 due to the decrease of the control voltages VCOIN1 and VCOIN2. The ring oscillator 162 includes a plurality of differential amplifiers 164, outputs a signal having a frequency corresponding to the amount of current supplied from the bias circuit 161, and outputs a single clock by the differential-single conversion circuit 163. .

以下に図8を参照して本実施形態のバイアス回路161について説明する。図8は、本発明のPLL回路の有するバイアス回路を示す図である。   Hereinafter, the bias circuit 161 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing a bias circuit included in the PLL circuit of the present invention.

本実施形態のバイアス回路161は、制御電圧VCOIN1を電圧−電流変換したものと、制御電圧VCOIN2を電圧−電流変換したものとを加算し、カレントミラーで折り返してリングオシレータ162に供給する制御信号Pcnt、Ncntを出力する。   The bias circuit 161 according to the present embodiment adds the control voltage VCOIN1 obtained by voltage-current conversion and the control voltage VCOIN2 obtained by voltage-current conversion, and returns the control signal Pcnt supplied to the ring oscillator 162 by a current mirror. , Ncnt.

本実施形態のバイアス回路161は、トランジスタM10〜M14、抵抗R1、R2を有する。トランジスタM10、M11はPMOSトランジスタであり、トランジスタM12〜M14はNMOSトランジスタである。   The bias circuit 161 of this embodiment includes transistors M10 to M14 and resistors R1 and R2. The transistors M10 and M11 are PMOS transistors, and the transistors M12 to M14 are NMOS transistors.

トランジスタM10のゲートとトランジスタM11のゲートとは、トランジスタM12のドレインとトランジスタM13のドレインとに接続されている。トランジスタM12のゲートには制御電圧VCOIN1が供給され、制御電圧VCOIN1が電流に変換される。トランジスタM13のゲートには制御電圧VCOIN2が供給され、制御電圧VCOIN2が電流に変換される。トランジスタM12のソースとグランドとの間には、抵抗R1が接続されている。トランジスタM13のソースとグランドとの間には抵抗R2が接続されている。   The gate of the transistor M10 and the gate of the transistor M11 are connected to the drain of the transistor M12 and the drain of the transistor M13. A control voltage VCOIN1 is supplied to the gate of the transistor M12, and the control voltage VCOIN1 is converted into a current. A control voltage VCOIN2 is supplied to the gate of the transistor M13, and the control voltage VCOIN2 is converted into a current. A resistor R1 is connected between the source of the transistor M12 and the ground. A resistor R2 is connected between the source of the transistor M13 and the ground.

またトランジスタM10のゲートとトランジスタM11のゲートとの接続点の電圧は、制御信号Pcntとして出力される。   The voltage at the connection point between the gate of the transistor M10 and the gate of the transistor M11 is output as the control signal Pcnt.

トランジスタM11のドレインは、トランジスタM14のドレインと接続されている。またトランジスタM14のドレインは、トランジスタM14のゲートと接続されている。トランジスタM14のゲートの電圧は、制御信号Ncntとして出力される。   The drain of the transistor M11 is connected to the drain of the transistor M14. The drain of the transistor M14 is connected to the gate of the transistor M14. The voltage of the gate of the transistor M14 is output as the control signal Ncnt.

本実施形態のバイアス回路161では、制御電圧VCOIN2が供給されるトランジスタM13のソースとグランドとの間に接続された抵抗R2の抵抗値を、抵抗R1の抵抗値よりも小さくした。本実施形態のバイアス回路161は、この構成により、制御電圧VCOIN1の変動に対するVCO160の出力周波数の変動率を制御電圧VCOIN2の変動に対するVCO160の出力周波数の変動率よりも小さくすることができる。   In the bias circuit 161 of the present embodiment, the resistance value of the resistor R2 connected between the source of the transistor M13 to which the control voltage VCOIN2 is supplied and the ground is made smaller than the resistance value of the resistor R1. With this configuration, the bias circuit 161 of the present embodiment can make the variation rate of the output frequency of the VCO 160 with respect to the variation of the control voltage VCOIN1 smaller than the variation rate of the output frequency of the VCO 160 with respect to the variation of the control voltage VCOIN2.

また本実施形態の制御電圧VCOIN2を生成する演算増幅回路170は、制御電圧VCOIN1の応答性よりも遅くなるよう形成する。すなわち本実施形態の演算増幅回路170の応答性は、ループフィルタ150の応答性よりも遅いものとした。   Further, the operational amplifier circuit 170 that generates the control voltage VCOIN2 of the present embodiment is formed so as to be slower than the response of the control voltage VCOIN1. That is, the response of the operational amplifier circuit 170 of this embodiment is slower than the response of the loop filter 150.

これによりPLL回路100は、基準となる入力クロック信号に対する位相補正は制御電圧VCOIN1に基づいて行い、温度等に起因する遅い変動する位相補正は制御電圧VCOIN2に基づいて行うことができる。よって制御電圧VCOIN1が所定の電圧となるように制御することができる。   As a result, the PLL circuit 100 can perform phase correction for the reference input clock signal based on the control voltage VCOIN1, and can perform slow fluctuation phase correction caused by temperature or the like based on the control voltage VCOIN2. Therefore, the control voltage VCOIN1 can be controlled to be a predetermined voltage.

次に図9を参照して本実施形態のPLL回路の有するリングオシレータを説明する。図9は、本発明のPLL回路の有するリングオシレータを説明する図である。   Next, the ring oscillator included in the PLL circuit of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating a ring oscillator included in the PLL circuit of the present invention.

本実施形態のリングオシレータ162は、遅延要素である複数の差動アンプ164により構成されている。図9(A)は、差動アンプ164を示した図であり、図9(B)は差動アンプをさらに詳細に示した図である。   The ring oscillator 162 according to the present embodiment includes a plurality of differential amplifiers 164 that are delay elements. FIG. 9A shows the differential amplifier 164, and FIG. 9B shows the differential amplifier in more detail.

図9(B)に示すように、差動アンプ164はトランジスタM20〜M24により構成されている。トランジスタM20、M22はPMOSトランジスタであり、それ以外はNMOSトランジスタである。   As shown in FIG. 9B, the differential amplifier 164 includes transistors M20 to M24. The transistors M20 and M22 are PMOS transistors, and the other transistors are NMOS transistors.

トランジスタM20、M22のゲートには、制御信号Pcntが供給される。トランジスタM20のドレインとトランジスタM21のドレインとが接続されており、この接続点の電圧が差動アンプ164の一方の出力O−となる。トランジスタM21のゲートには、差動アンプ164の一方の入力I+が供給される。   A control signal Pcnt is supplied to the gates of the transistors M20 and M22. The drain of the transistor M20 and the drain of the transistor M21 are connected, and the voltage at this connection point becomes one output O− of the differential amplifier 164. One input I + of the differential amplifier 164 is supplied to the gate of the transistor M21.

トランジスタM22のドレインとトランジスタM23のドレインとが接続されており、この接続点の電圧が差動アンプ164の他方の出力O+となる。トランジスタM23のゲートには、差動アンプ164の他方の入力I−が供給される。トランジスタM21のソースとトランジスタM23のソースとは、トランジスタM24のドレインと接続されている。トランジスタM24のゲートには、制御信号Ncntが供給される。   The drain of the transistor M22 and the drain of the transistor M23 are connected, and the voltage at this connection point becomes the other output O + of the differential amplifier 164. The other input I− of the differential amplifier 164 is supplied to the gate of the transistor M23. The source of the transistor M21 and the source of the transistor M23 are connected to the drain of the transistor M24. A control signal Ncnt is supplied to the gate of the transistor M24.

従来のPLL回路では、特に位相比較器での周波数の比較において、比較周波数が低い仕様ではループフィルタの容量値は大きくなってしまう。またPLL回路の出力周波数が高い仕様、広い周波数レンジが必要な仕様ではVCOのゲインは大きくなるが、ループ帯域を上げられない場合ループフィルタの容量値は大きくなる。このため、ループフィルタをチップに内蔵する場合、チップサイズが増大してしまうという問題があった。   In the conventional PLL circuit, especially in the comparison of the frequency by the phase comparator, the capacitance value of the loop filter becomes large if the comparison frequency is low. Further, in the specification where the output frequency of the PLL circuit is high and the specification which requires a wide frequency range, the gain of the VCO is large, but when the loop band cannot be increased, the capacitance value of the loop filter is large. For this reason, when the loop filter is built in the chip, there is a problem that the chip size increases.

本実施形態によれば、バイアス回路161と演算増幅回路170とを有する構成とした。本実施形態は、この構成により、制御電圧VCOIN1の変動に対するVCO160の出力周波数の変動率をこれまでよりも小さくでき、チャージポンプ140の出力を安定させてループフィルタ150を構成するMOSトランジスタのゲートに供給される電圧を安定させる。したがって本実施形態では、ループフィルタ150を構成するトランジスタにおいて安定した容量値を得ることができ、PLL回路100の動作を安定させることができる。   According to the present embodiment, the bias circuit 161 and the operational amplifier circuit 170 are provided. According to this configuration, in the present embodiment, the variation rate of the output frequency of the VCO 160 with respect to the variation of the control voltage VCOIN 1 can be made smaller than before, and the output of the charge pump 140 can be stabilized and the gate of the MOS transistor constituting the loop filter 150 can be stabilized. Stabilizes the supplied voltage. Therefore, in this embodiment, a stable capacitance value can be obtained in the transistors constituting the loop filter 150, and the operation of the PLL circuit 100 can be stabilized.

また本実施形態において演算増幅回路170に入力される基準電圧VREFは、制御電圧VCOIN1をループフィルタ150を形成するMOSトランジスタが飽和容量となる電圧とするような値とする。本実施形態では、この構成により、チャージポンプ140の出力電圧が一定に制御され、常に安定した容量値を得ることができる。またループフィルタ150を形成するMOSトランジスタの製造工程において特性にばらつきが生じた場合でも、MOSトランジスタの容量のCV特性(ゲートに電圧を印加したときの容量の変化の特性)が変化することの影響を防止できる。   In this embodiment, the reference voltage VREF input to the operational amplifier circuit 170 is set to a value such that the control voltage VCOIN1 is a voltage at which the MOS transistor forming the loop filter 150 has a saturation capacity. In this embodiment, with this configuration, the output voltage of the charge pump 140 is controlled to be constant, and a stable capacitance value can always be obtained. In addition, even when characteristics are varied in the manufacturing process of the MOS transistor forming the loop filter 150, the influence of changing the CV characteristics of the capacity of the MOS transistor (the characteristics of the change in capacity when a voltage is applied to the gate). Can be prevented.

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。   As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on each embodiment, this invention is not limited to the requirements shown in the said embodiment. With respect to these points, the gist of the present invention can be changed without departing from the scope of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form.

100 PLL回路
110、120 分周回路
130 位相比較器
140 チャージポンプ
150 ループフィルタ
160 電圧制御発振回路(VCO)
170 演算増幅回路
100 PLL circuit 110, 120 Frequency divider circuit 130 Phase comparator 140 Charge pump 150 Loop filter 160 Voltage controlled oscillator (VCO)
170 Operational amplifier circuit

特開2001−184778号公報JP 2001-184778 A 特開2008−72597号公報JP 2008-72597 A

Claims (6)

入力信号の位相と電圧制御発振回路の出力信号の位相とを比較し、位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、
前記位相比較器の出力信号に応じて充放電電流を生成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平滑し第一の制御電圧を生成するループフィルタと、
前記ループフィルタから出力される前記第一の制御電圧を所定の電圧になるよう第二の制御電圧を生成する制御電圧生成回路と、を備え、
前記第一の制御電圧と前記第二の制御電圧とが前記電圧制御発振回路に入力されるPLL回路。
A phase comparator that compares the phase of the input signal with the phase of the output signal of the voltage controlled oscillation circuit and outputs a signal according to the phase difference;
A charge pump circuit for generating a charge / discharge current according to an output signal of the phase comparator;
A loop filter for smoothing the output of the charge pump circuit and generating a first control voltage;
A control voltage generation circuit that generates a second control voltage so that the first control voltage output from the loop filter becomes a predetermined voltage, and
A PLL circuit in which the first control voltage and the second control voltage are input to the voltage controlled oscillation circuit.
前記電圧制御発振回路は、
バイアス回路とリングオシレータとを有し、
前記バイアス回路は、
前記第一の制御電圧を電流に変換し前記リングオシレータの遅延回路に電流を供給する第一のバイアス回路と、
前記第二の制御電圧を電流に変換し前記リングオシレータの遅延回路に電流を供給する第二のバイアス回路と、を有する請求項1記載のPLL回路。
The voltage controlled oscillation circuit is
A bias circuit and a ring oscillator;
The bias circuit includes:
A first bias circuit for converting the first control voltage into a current and supplying a current to a delay circuit of the ring oscillator;
The PLL circuit according to claim 1, further comprising: a second bias circuit that converts the second control voltage into a current and supplies the current to a delay circuit of the ring oscillator.
前記制御電圧生成回路の応答性は、前記第一の制御電圧の応答性よりも遅い請求項1又は2記載のPLL回路。   The PLL circuit according to claim 1, wherein a response of the control voltage generation circuit is slower than a response of the first control voltage. 前記電圧制御発振回路は、
前記第一の制御電圧の変動に対する出力周波数の変動率が前記第二の制御電圧の変動に対する変動率よりも小さい請求項1ないし3の何れか一項に記載のPLL回路。
The voltage controlled oscillation circuit is
4. The PLL circuit according to claim 1, wherein a variation rate of an output frequency with respect to a variation in the first control voltage is smaller than a variation rate with respect to a variation in the second control voltage. 5.
前記制御電圧生成回路は、
前記第一の制御電圧を所定の電圧になるよう負帰還をかけて制御し、前記電圧制御発振回路に出力する演算増幅回路からなる請求項1ないし4の何れか一項に記載のPLL回路。
The control voltage generation circuit includes:
5. The PLL circuit according to claim 1, further comprising an operational amplifier circuit that controls the first control voltage by applying negative feedback so as to be a predetermined voltage and outputs the first control voltage to the voltage controlled oscillation circuit. 6.
前記ループフィルタは、容量素子がMOSトランジスタで形成されており、
前記第一の制御電圧は、前記MOSトランジスタの飽和容量となる電圧に制御される請求項1ないし5の何れか一項に記載のPLL回路。
The loop filter has a capacitive element formed of a MOS transistor,
6. The PLL circuit according to claim 1, wherein the first control voltage is controlled to a voltage that becomes a saturation capacity of the MOS transistor. 7.
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