JP2001024485A - Pll回路 - Google Patents

Pll回路

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JP2001024485A
JP2001024485A JP11194901A JP19490199A JP2001024485A JP 2001024485 A JP2001024485 A JP 2001024485A JP 11194901 A JP11194901 A JP 11194901A JP 19490199 A JP19490199 A JP 19490199A JP 2001024485 A JP2001024485 A JP 2001024485A
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Japan
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current
voltage
circuit
type mos
power supply
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JP11194901A
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Inventor
Yuji Osagawa
勇二 長川
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Renesas Design Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Renesas Design Corp
Mitsubishi Electric Corp
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リングオシレータ部が電源変動によりその周
波数が変化するため、電源ノイズ等により生成したクロ
ックにジッタが発生していた。 【解決手段】 PLL回路は、位相比較器と、ループフ
ィルタと、この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−電流変換回路およびその出力電
流に対応した電流源を有する複数のリングオシレータか
ら構成されたCMOSリングオシレータを含む電圧制御
発信器とを備えており、電圧−電流変換回路は出力電流
を決定する素子として電源電圧の変動に応じて変化する
可変抵抗を用いるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体集積回路
におけるPLL(フェーズ・ロックド・ループ)回路に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来のPLL回路の基本構成を示
すブロック図であり、図において、101は位相比較器
PC、102はローパスフィルタLPF、103はアン
プ、104は電圧制御発信器VCOである。この動作に
ついて説明すると、基準信号frefと電圧制御発信器
の出力信号fvcをPCに入力して誤差の成分fref
−fvcを出力する。この後ローパスフィルタで位相比
較器からの出力を直流分を取り出して補正値電圧を得
る。これらが構成するループフィルタによるループの繰
り返しによって電圧制御発信器の出力信号fvcは基準
信号frefに正確に合うようになる。
【0003】そして、図4は例えば図3に示すような従
来のPLL回路の電圧制御発信器であり、図において、
1はCMOSリングオシレータ、2a〜2eは電流制御
用のP型MOSトランジスタ、3a〜3eは電流制御用
のN型MOSトランジスタ、4a〜4eはそれぞれP型
MOSトランジスタ側においてP型MOSトランジスタ
2a〜2eが、N型MOSトランジスタ側においてN型
MOSトランジスタ3a〜3eが接続された奇数個のC
MOSインバータ、5はCMOSインバータ4a〜4e
がリング状に接続されたリングオシレータ、6はリング
オシレータ5の出力を増幅するバッファゲートである。
上記のCMOSリングオシレータ1はリングオシレータ
5とバッファゲート6により構成される。ここで、リン
グオシレータとは、インバータ、NAND、NORなど
の反転出力の論理ゲートを奇数段直列接続し、最終段の
出力を初段の入力に戻して自己発振させる回路のことを
いう。
【0004】また、7は電圧−電流変換回路、10a’
は第1の電流合成回路、10bは第2の電流合成回路、
8はPLL回路のループフィルタからの出力Vinを+
側入力とする差動増幅器、3fは差動増幅器8の出力を
ゲート電極とし−側入力をソース電極とするN型MOS
トランジスタ、2fはN型MOSトランジスタ3fと電
源電圧VDD間に設けられたP型MOSトランジスタ、
2gはP型MOSトランジスタ2fとカレントミラー回
路を構成するP型トランジスタ、3gはP型MOSトラ
ンジスタ2gと接地電位GND間に設けられたN型トラ
ンジスタ、9aはN型MOSトランジスタ3fのソース
電極と差動増幅器8の−側入力との接続部と接地電圧G
NDとの間に設けられた抵抗であり、第1の電流合成回
路10a’は差動増幅器8とN型MOSトランジスタ3
fと抵抗9aとP型MOSトランジスタ2fとから構成
され、第2の電流合成回路10bはP型MOSトランジ
スタ2gとN型MOSトランジスタとから構成されてい
る。なお、P型MOSトランジスタ2gとN型MOSト
ランジスタ3gは、それぞれCMOSリングオシレータ
1の電流制御用P型MOSトランジスタ2g〜2e、電
流制御用N型MOSトランジスタ3a〜3eとカレント
ミラー回路を構成している。
【0005】次に動作について説明する。ループフィル
タからの出力Vinが電圧制御発信器に入力すると、差
動増幅器8は+側入力と−側入力とが同電位となるよう
に作用するため、出力Vinと−側入力が同電位となる
ようN型MOSトランジスタ3fのゲート電位を制御す
る。そして、差動増幅器8の−側入力が抵抗9aに接続
されているため抵抗9aにVinの電圧が印加されるこ
ととなる。従って、第1の電流合成回路10a’には電
位Vinと抵抗9aにより決定される出力電流Iが流れ
る。一方、第2の電流合成回路10bもP型トランジス
タ2fと、P型MOSトランジスタ2gがカレントミラ
ー回路を構成しているため同一の電流Iが流れることと
なる。
【0006】これに対して、CMOSリングオシレータ
1はCMOSインバータ4a〜4eの各出力部に寄生す
る容量を充放電する時間により発信周波数fvcが決定
される。充電に要する電流の大きさは、電流制御用P型
MOSトランジスタ2a〜2eに流れる電流で決まる
が、この電流制御用P型MOSトランジスタ2a〜2e
はP型MOSトランジスタ2fとカレントミラー回路を
構成しているため、第1の電流合成回路10a’の電流
と同一となり電流Iとなる。
【0007】また、放電に要する電流の大きさは、電流
制御用N型MOSトランジスタ3a〜3eに流れる電流
で決まるが、電流制御用N型MOSトランジスタ3a〜
3eはN型トランジスタ3gとカレントミラー回路を構
成しているため、やはり第2の電流合成回路10bの電
流と同一となり電流Iとなる。
【0008】従って、第1の電流合成回路10a’の電
流Iが変化すると、CMOSインバータ4a〜4eの各
出力部に寄生する容量を充放電する時間が変化し、その
結果、CMOSリングオシレータ1からの発信周波数f
vcが変化することになる。
【0009】このCMOSリングオシレータ1の発信周
波数fvcは第1の電流合成回路10a’の電流Iによ
り変化するが、その一方で、電源電圧VDDにも依存す
る。この電源電圧VDDに依存する理由はCMOSイン
バータ4a〜4eのスレッショルド電圧、すなわちしき
い値電圧が電源電圧VDDに依存するためであり、CM
OSインバータ4a〜4eのスレッショルド電圧は電源
電圧VDDが高くなるほど高くなり電源電圧VDDが低
くなるほど低くなる。
【0010】従って、CMOSインバータ4a〜4eの
各出力部に寄生する容量を充放電する電流Iが一定な場
合、CMOSインバータ4a〜4eのスレッショルド電
圧に到達するまでの時間は、電源電圧VDDが高いほど
長くかかり、電源電圧VDDが低いほど短くてすむ。そ
の結果、CMOSリングオシレータ1の発信周波数fv
cは電源電圧VDDが高いほど遅くなり、電源電圧VD
Dが低いほど速くなる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来のPLL回路は、
以上のように電流制御発信器の一部がリングオシレータ
5により構成されているので、CMOSリングオシレー
タ1が電源電圧VDDにより周波数を変化させるため、
電源電圧VDDの変動により生成したクロックが変動す
るといった課題があった。この発明は上記のような課題
を解決するためになされたもので、電源電圧VDDの変
動に対して生成したクロックの変動が少ないPLL回路
を得ることを目的する。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明に係るPLL回
路は、位相比較器と、ループフィルタと、これより出力
される制御電圧を電流に変換する電圧−電流変換回路お
よびその出力電流に対応した電流源を有し、リング状に
電気接続した複数の論理ゲート回路より構成する発信回
路を含む電圧制御発信器とを備えており、電圧−電流変
換回路は出力電流を決定する素子として電源電圧の変動
に応じて変化する可変抵抗を用いるものである。
【0013】この発明に係るPLL回路は、可変抵抗が
電源電圧と接地電圧間を分圧する分圧回路と、この出力
をゲート電極に電気接続したP型MOSトランジスタお
よびゲート電極を接地電圧に電気接続したN型MOSト
ランジスタからなるトランスミッションゲートと、抵抗
とを備えており、トランスミッションゲートおよび抵抗
が直列または並列に接続するものである。
【0014】この発明に係るPLL回路は、発信回路が
CMOSリングオシレータからなるものである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1によるP
LL回路の電圧制御発信器を示す回路図であり、図にお
いて、1はCMOSリングオシレータ、2a〜2eは電
流制御用のP型MOSトランジスタ、3a〜3eは電流
制御用のN型MOSトランジスタ、4a〜4eはそれぞ
れP型MOSトランジスタ側においてP型MOSトラン
ジスタ2a〜2eが、N型MOSトランジスタ側におい
てN型MOSトランジスタ3a〜3eが接続された奇数
個のCMOSインバータ、5はCMOSインバータ4a
〜4eがリング状に接続されたリングオシレータ、6は
リングオシレータ5の出力を増幅するバッファゲートで
ある。上記CMOSリングオシレータ1はリングオシレ
ータ5とバッファゲート6とにより構成される。
【0016】また、7は電圧−電流変換回路、10aは
第1の電流合成回路、10bは第2の電流合成回路、8
はPLL回路のループフィルタからの出力Vinを+側
入力とする差動増幅器、3fは差動増幅器8の出力をゲ
ート電極とし−側入力をソース電極とするN型MOSト
ランジスタ、2fはN型MOSトランジスタ3fと電源
電圧VDD間に設けられたP型MOSトランジスタ、2
gはP型MOSトランジスタ2fとカレントミラー回路
を構成するP型MOSトランジスタ、3gはP型MOS
トランジスタ2gと接地電位GND間に設けられたN型
MOSトランジスタ、2hはP型MOSトランジスタ、
3hはN型MOSトランジスタ、12aはP型MOSト
ランジスタ2hとN型MOSトランジスタ3hとからな
るトランスミッションゲート、9b,9c,9dは抵
抗、13は抵抗9cと抵抗9dとから構成され電源電圧
VDDと接地電圧GND間をこれらにより分圧する分圧
回路であり、可変抵抗11aはトランスミッションゲー
ト12aと抵抗9bと分圧回路13とにより構成されて
いる。上記トランスミッションゲート12aを構成する
P型MOSトランジスタ2hとN型MOSトランジスタ
3hのゲート電極はそれぞれ、接地電圧GND、分圧回
路13の出力に接続されている。
【0017】分圧回路13の出力電位は、電源電圧VD
Dが高いほどその出力電位が高くなるため、N型MOS
トランジスタ3hのソース、ドレイン間のインピーダン
スは電源電圧VDDが高いほど小さくなる。従って、ト
ランスミッションゲート12aと抵抗9bの直列の合成
抵抗からなる可変抵抗11aの抵抗値も電源電圧VDD
が高いほど小さくなる。
【0018】なお、P型MOSトランジスタ2gとN型
MOSトランジスタ3gは、それぞれCMOSリングオ
シレータ1の電流制御用P型MOSトランジスタ2g〜
2e、電流制御用N型MOSトランジスタ3a〜3eと
カレントミラー回路を構成している。
【0019】次に動作について説明する。ループフィル
タからの出力Vinが電圧制御発信器に入力すると、差
動増幅器8は+側入力と、−側入力が同電位となるよう
作用するため、出力Vinと−側入力が同電位となるよ
うN型MOSトランジスタ3fのゲート電位を制御す
る。そして、差動増幅器8の−側入力が可変抵抗11a
に接続されているため可変抵抗11aにVinの電圧が
印加されることとなる。従って、第1の電流合成回路1
0aには電位Vinと可変抵抗11aにより決定される
出力電流Iが流れる。従って、可変抵抗11aの抵抗値
の電源電圧依存性により電流合成回路10aの電流Iは
電源電圧VDDが高いほど大きくなり、電源電圧VDD
が低いほど小さくなる。一方、第2の電流合成回路10
bもP型MOSトランジスタ2fと、P型MOSトラン
ジスタ2gがカレントミラー回路を構成しているため同
一の電流Iが流れることとなる。
【0020】CMOSリングオシレータ1は、CMOS
インバータ4a〜4eの各出力部に寄生する容量を充放
電する時間によりその発信周波数fvcが決定される。
充電に要する電流の大きさは、電流制御用P型MOSト
ランジスタ2a〜2eに流れる電流で決まるが、電流制
御用P型MOSトランジスタ2a〜2eはP型MOSト
ランジスタ2fとカレントミラー回路を構成しているた
め、第1の電流合成回路10aの電流と同一となり電流
Iとなる。また、放電に要する電流の大きさは、電流制
御用N型MOSトランジスタ3a〜3eに流れる電流で
決まるが、電流制御用N型MOSトランジスタ3a〜3
eはN型MOSトランジスタ3gとカレントミラー回路
を構成しているため第2の電流合成回路10bの電流と
同一となり電流Iとなる。
【0021】このように、第1の電流合成回路10aの
電流Iは、差動増幅器8の+側入力Vinと、可変抵抗
11aにより決定される。従って、可変抵抗11aの抵
抗値の電源電圧VDD依存性により電流合成回路10a
の電流Iは電源電圧VDDが高いほど大きくなり、電源
電圧VDDが低いほど小さくなる。
【0022】また、CMOSリングオシレータ1は、C
MOSインバータ4a〜4eのスレッショルド電圧は電
源電圧VDDが高くなるほど高くなり、CMOSインバ
ータ4a〜4eのスレッショルド電圧に到達する時間が
長くなるように作用するが、上記のように電流合成回路
10aの電流Iも電源電圧VDDが高くなるほど増える
ため、CMOSインバータ4a〜4eの各出力部に寄生
する容量の充放電時間が短くなるよう作用する。すなわ
ち、CMOSインバータ4a〜4eの各出力部に寄生す
る容量を充放電する電流Iが変化することとなる。その
結果、CMOSリングオシレータ1の発信周波数fvc
の電源電圧VDDに対する依存性を少なくすることが可
能となる。
【0023】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、PLL回路は電圧制御発信器104を構成する電圧
−電流変換回路5の出力電流Iを決定する素子として、
トランスミッションゲート12aと抵抗9bとを直列に
接続し、上記トランスミッションゲート12aの抵抗値
を電源電圧VDDと接地電圧GND間を分圧する分圧回
路13により制御する可変抵抗11aを用いて構成した
ので、この可変抵抗11aがCMOSインバータ4a〜
4eのスレショルド電圧の変化に対する周波数の変化を
補うように、CMOSインバータ4a〜4eの各出力部
に寄生する容量を充放電する電流Iが変化するように作
用するので、これにより、生成したクロックfvcの電
源電圧VDDによる変動が小さくなる効果が得られる。
【0024】実施の形態2.図2はこの発明の実施の形
態2によるPLL回路に含まれる電圧制御発信器を示す
回路図であり、図において、11bは差動増幅器8の−
側入力と接地電圧GNDとの間に設けられた可変抵抗、
2jはP型MOSトランジスタ、3jはN型MOSトラ
ンジスタ、12bはP型MOSトランジスタ2jとN型
MOSトランジスタ3jとからなるトランスミッション
ゲート、9eは抵抗、13は分圧回路であり、同一符号
は同一または相当部分を示すのでその説明は省略する。
トランスミッションゲート12bと抵抗9eは差動増幅
器8の−側入力と接地電圧GND間に並列に接続されて
おり、トランスミッションゲート12bを構成するP型
MOSトランジスタ2jとN型MOSトランジスタ3j
のゲート電極はそれぞれ、接地電圧GND、分圧回路1
3の出力に接続されている。
【0025】次に動作について説明する。分圧回路13
の出力電位は、電源電圧VDDが高いほどその出力電位
が高くなるため、N型トランジスタ3jのソース、ドレ
イン間のインピーダンスは電源電圧VDDが高いほど小
さくなる。従って、トランスミッションゲート12bと
抵抗9eの並列の合成抵抗からなる可変抵抗11bの抵
抗値も電源電圧VDDが高いほど小さくなる。
【0026】電流合成回路10aの電流値Iは、図1の
回路と同様に作用し、差動増幅器8の+側入力Vin
と、可変抵抗11bにより決定される。従って、可変抵
抗11bの抵抗値の電源電圧依存性により、電流合成回
路10aの電流Iは電源電圧VDDが高いほど大きくな
り、電源電圧VDDが低いほど小さくなる。
【0027】CMOSリングオシレータ1は、図1の回
路と同様なので、CMOSインバータ4a〜4eのスレ
ッショルド電圧は電源電圧VDDが高くなるほど高くな
り、CMOSインバータ4a〜4eのスレッショルド電
圧に到達する時間が長くなるよう作用するが、上記のよ
うに、電流合成回路10aの電流Iも電源電圧VDDが
高くなるほど増えるため、CMOSインバータ4a〜4
eの各出力部に寄生する容量の充放電時間が短くなるよ
う作用する。すなわち、CMOSインバータ4a〜4e
のスレッショルド電圧の変化に対する周波数の変化を補
うよう、CMOSインバータ4a〜4eの各出力部に寄
生する容量を充放電する電流Iが変化することになる。
その結果、CMOSリングオシレータ1の発信周波数f
vcの電源電圧依存性を少なくすることが可能となる。
【0028】以上のように、この実施の形態2によれ
ば、PLL回路では、電圧制御発信器VCOを構成する
電圧−電流変換回路7の出力電流Iを決定する素子とし
て、トランスミッションゲート12bと抵抗9eとを並
列に接続し、トランスミッションゲート12bの抵抗値
を電源電圧VDDと接地電圧GND間を分圧する分圧回
路13により制御するよう構成した可変抵抗11bを用
いたことにより、CMOSインバータ4a〜4eのスレ
ッショルド電圧の変化に対する周波数の変化を補うよう
に、CMOSインバータ4a〜4eの各出力部に寄生す
る容量を充放電する電流Iが変化するように作用するの
で、これにより、生成したクロックの電源電圧による変
動が少なくなるという効果が得られる。
【0029】なお、上記実施の形態1,2の分圧回路1
3は、抵抗9c,9dにより電源電圧VDDと接地電圧
GNDを分圧しているが、これに限定されるものではな
く、コンデンサ、ダイオードにより分圧しても同様の効
果が得られる。
【0030】また、上記実施の形態1,2では、可変抵
抗11a,11bをいずれもトランスミッションゲート
12a,12bと抵抗9b,9eとによって構成してい
たが、これらのトランスミッションゲート12a,12
bに限定されるものではなく、任意のN型MOSトラン
ジスタと抵抗により構成しても同様の効果が得られる。
【0031】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電圧
制御発信器が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、その出力電流に
対応した電流源を有し、リング状に接続した複数の論理
ゲート回路より構成する発信回路とを含み、電圧−電流
変換回路は出力電流を決定する素子として電源電圧の変
動に応じて変化する可変抵抗を用いるように構成したの
で、可変抵抗がリング状に接続した論理ゲート回路のス
レッショルド電圧の変化に対する周波数の変化を補うた
め、この論理ゲート回路の各出力部に寄生する容量を充
放電する電流が変化するように作用するので、発信回路
より生成したクロックの電源電圧による変動が減少する
効果がある。
【0032】この発明に係るPLL回路は、可変抵抗が
電源電圧と接地電圧間を分圧する分圧回路と、この出力
をゲート電極に電気接続したP型MOSトランジスタお
よびゲート電極を接地電圧に電気接続したN型MOSト
ランジスタからなるトランスミッションゲートと、抵抗
とを備えており、トランスミッションゲートおよび抵抗
が直列または並列に接続するように構成したので、電源
電圧の変動に応じて制御量を変化させる制御手段として
の分圧回路からの出力で可変抵抗を変化することがで
き、上記の発信回路より生成したクロックの電源電圧に
よる変動が減少する効果がある。
【0033】この発明に係るPLL回路は、発信回路が
CMOSリングオシレータからなるように構成したの
で、これに含まれるCMOSインバータのスレッショル
ド電圧の変化に対する周波数の変化を補うように、CM
OSインバータの各出力部に寄生する容量を充放電する
電流を変化させるように可変抵抗を構成することがで
き、これが電圧−電流変換回路での電流が電源電圧の変
動に応じて制御量を変化させる制御手段として作用する
ので、上記の発信回路より生成したクロックの電源電圧
による変動が減少する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるPLL回路に
含まれる電圧制御発信器の回路図である。
【図2】 この発明の実施の形態2によるPLL回路に
含まれる電圧制御発信器の回路図である。
【図3】 従来のPLL回路の基本構成を示すブロック
図である。
【図4】 従来のPLL回路に含まれる電圧制御発信器
の回路図である。
【符号の説明】
1 CMOSリングオシレータ、2a〜2h P型MO
Sトランジスタ、3a〜3h N型MOSトランジス
タ、4a〜4e CMOSインバータ、5 リングオシ
レータ、6 バッファゲート、7 電圧−電流変換回
路、8 差動増幅器、9a〜9e 抵抗、10a,10
a’ 電流合成回路、11a,11b 可変抵抗、12
a,12b トランスミッションゲート、13 分圧回
路、101位相比較器、102 ローパスフィルタ、1
03 アンプ、104 電圧制御発信器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J043 AA02 AA07 BB01 DD02 DD07 DD14 DD15 LL01 5J106 AA04 CC03 CC21 CC38 CC41 DD05 JJ01 KK14 LL01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位相比較器と、ループフィルタと、この
    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−電流変換回路およびその出力電流に対応した電
    流源を有し、リング状に電気接続した複数の論理ゲート
    回路より構成する発信回路を含む電圧制御発信器とを備
    えたPLL回路において、 上記電圧−電流変換回路は上記出力電流を決定する素子
    として電源電圧の変動に応じて変化する可変抵抗を用い
    ることを特徴とするPLL回路。
  2. 【請求項2】 可変抵抗が電源電圧と接地電圧間を分圧
    する分圧回路と、この出力をゲート電極に電気接続した
    P型MOSトランジスタおよびゲート電極を接地電圧に
    電気接続したN型MOSトランジスタからなるトランス
    ミッションゲートと、抵抗とを備えており、上記トラン
    スミッションゲートおよび抵抗が直列または並列に接続
    することを特徴とする請求項1記載のPLL回路。
  3. 【請求項3】 発信回路がCMOSリングオシレータか
    らなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の
    PLL回路。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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