JP2006311489A - 位相同期ループ回路、オフセットpll送信機、通信用高周波集積回路及び無線通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ループ利得検出にあたっては、まず、位相比較器101の第2の入力(IN−2)への入力信号の周波数を変化させ、その変化に対する応答を電圧制御型発信器102の出力で検出する。検出手段としては、電圧制御型発信器102の出力にカウンタ103を接続し、そのカウンタ103の出力に積分器104を接続することで行う。この検出結果をチャージポンプ105の電流値にフィードバックすることで、位相同期ループ特性を最適化する。
【選択図】図1
Description
このように、非特許文献1〜3に開示されたシステムは、オフセットPLL送信機を代表とする、様々な方式のPLLに適用することができない。
本発明の他の目的は、様々なタイプの位相同期ループにおけるループ帯域を、簡単な構成で、かつ、短い時間でかつ高精度に設定でき、PLL回路に集積化して高集積化・低消費電力化を図ることができる校正システムを具備する位相同期ループ回路及び通信用高周波集積回路を提供することにある。
本発明の他の目的は、様々なタイプのPLLに適用することができ、位相雑音が少なく負荷変動の影響を受けにくい、位相同期ループ回路及び通信用高周波集積回路及び無線通信システムを提供することにある。
図1において、位相同期ループ(PLL)回路は、第1のループフィルタ100と、この第1のループフィルタの出力が周波数制御端子に接続された第1の電圧制御発振器102と、この第1の電圧制御発振器の出力が接続される第1の周波数変換回路(DCM)107と、第1の位相比較器(PD)101と、この第1の位相比較器101の出力と第1のループフィルタ100の入力の間に接続される第1のチャージポンプ回路(CP)105とを備えている。
VCOの発振周波数の電圧制御感度をKv、チャージポンプ105の駆動電流をIcp、容量をCとすれば、これらの値とループ利得とは次式の関係にある。
ループ利得∝(Icp・Kv)/C
この関係を利用して、チャージポンプ電流Icpを最適化することで、ループ帯域を校正し、PLL回路の位相同期ループ特性を最適化することができる。
最初に、オフセットPLLの構成及び動作の原理について簡単に説明する。オフセットPLL型の位相同期ループ回路は、電圧制御型発振器(VCO)201とダウンコンバージョンミキサ(DCM)202と位相比較器(PD)203とチャージポンプ(CP)204とループフィルタ(LF)205とで構成されている。
[変形例1]
なお、図3では、実施例1の位相同期ループ回路における積分器218による積分時間、すなわち波形307での積分値ゼロから終端Bまでの時間T1と、波形306での積分値ゼロから終端Aまでの時間T2が等しいことを前提に説明した。しかし、実施例1の変形例として、積分時間T1と積分時間T2の関係を最適化することで、差分値(B-A)とループ利得の逆数(1/Loop-gain)の比例関係を改善することもできる。
[変形例2]
また、実施例1の位相同期ループ回路では積分器218が一段の構成となっていたが、これに代えて、積分器を多段に接続し、前段の積分器で得られた差分値(B-A)を、後段の積分器で同期してさらに積分するように構成しても良い。このような構成とすることで、差分値(B-A)とループ利得の逆数(1/Loop-gain)の比例関係の特性がより改善され、ループ特性を検出する精度の向上を図ることができる。
図13は、図12の高周波集積回路部1100を半導体集積回路チップ1300として構成した場合のレイアウトの一例を示すものである。
この半導体集積回路チップ1300は、平面形状が実質的に矩形、より好ましくは正方形のチップである。図13の集積回路チップ1300には、図12の二点鎖線で囲まれた領域の送信系回路(Transmitter)1101、シンセサイザブロック1207及び90度シフタ1209の部分を表示し、他の部分の表示は省略している。
Claims (20)
- 第1の電圧制御発振器と、
前記第1の電圧制御発振器の出力が接続される第1の周波数変換回路と、
前記第1の周波数変換回路の出力が第1の入力に接続され、第2の入力に第1の基準信号が接続される第1の位相比較器と、
前記第1の位相比較器の出力が接続される第1のチャージポンプ回路と、
前記第1のチャージポンプ回路の出力が接続される第1のループフィルタとを具備し、
前記第1のループフィルタの出力が前記第1の電圧制御発振器の入力に接続されて成り、
前記第1の位相比較器の前記第2の入力に、第1の基準信号と周波数が変化するループ特性検出用の第1の信号源とを選択的に接続可能に構成され、
前記第1の信号源は、前記第1の基準信号を発生させる過程で生じる遅延を補償する構成を有することを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項1において、
前記第1の電圧制御発信器の出力に接続された第1のカウンタと、
前記第1のカウンタの出力に接続された第1の積分器と、
前記第1の積分器の検出結果に基いてループ特性を検出する制御部とを有することを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項1において、
前記周波数が変化する第1の信号源は、前記周波数をフラクショナル周波数に設定し得るものであることを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項1において、
前記周波数が変化する第1の信号源は、第1のシグマデルタ変調器を含むことを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項1において、
前記第1の位相比較器の前記第1の入力側に設けられた第1のスイッチと、前記第2の入力側に設けられた第2のスイッチとを備え、
前記第1のスイッチは、前記位相同期ループ回路の動作状態応じて、前記第1の入力を、前記第1の周波数変換回路の出力に直接的に接続された第1のパスと、前記第1の周波数変換回路の出力が分周器を経由して接続された第2のパスのいずれかに切替えられるように構成され、
前記第2のスイッチは、前記位相同期ループ回路の動作状態応じて、前記第2の入力を、前記第1の基準信号もしくは前記周波数が変化する第1の信号源のいずれかに切替えられるように構成されていることを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項2において、
前記第1の積分器を複数段の積分器で構成したことを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項2において、
前記第1の積分回路で用いるクロックとして、前記第1の位相比較器の第1の入力側の入力信号を用いることを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項5において、
前記第1の基準信号を生成するためのローカル信号と、前記第1の周波数変換回路へ入力するローカル信号とを、フラクショナル型の発信器からなる同一の高周波発信器で生成することを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項4において、
前記第1の信号源の分周器の出力信号を、前記シグマデルタ変調器のクロックとして使用することを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項9において、
ループ特性検出モードにおいて、前記第1のスイッチは、前記第1の周波数変換回路の出力が2分周器を経由して接続された第2のパスに接続され、通常モードの1/2の周波数を前記第1の位相比較器の入力信号として用いるように構成されていることを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項7において、
前記第1のシグマデルタ変調器を動作させた状態で位相同期ループをロック状態にし、異なる動作状態に変化させることで、ループ特性を検出するための信号を生成することを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項2において、
前記周波数が変化するループ特性検出用の第1の信号源は、ループ特性検出用の第1の周波数f1と第2の周波数f2のステップ状に変化する周波数を与えるものであり、前記ステップ入力後の第2の周波数f2の継続時間は、時定数に基く所定の値であることを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項12において、
前記第1の周波数f1の継続時間と前記第2の周波数f2の継続時間を相違させたことを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項2において、
前記制御部は、
前記第1の位相比較器の前記第2の入力に、ループ特性検出用の第1の周波数f1と第2の周波数f2がステップ状に印加されたときの前記第1の積分器による測定時間を、前記第1の周波数f1と前記第2の周波数f2とで相違させたことを特徴とする位相同期ループ回路。 - 請求項2において、
前記積分器のクロックとして、前記高周波発信器の出力信号を分周器で分周した信号を使用することを特徴とする位相同期ループ回路。 - 第1の電圧制御発振器と、
前記第1の電圧制御発振器の出力が接続される第1の周波数変換回路と、
前記第1の周波数変換回路の出力が第1の入力に接続され、第2の入力に第1の基準信号が接続される第1の位相比較器と、
前記第1の位相比較器の出力が接続される第1のチャージポンプ回路と、
前記第1のチャージポンプ回路の出力が接続される第1のループフィルタとを有するオフセットPLL送信機であって、
前記第1の位相比較器の前記第2の入力に、周波数が可変でかつ分周数を変化させた周波数に設定し得るループ特性検出用の第1の信号源が接続可能に構成され、
前記第1の電圧制御発振器の出力側に接続された第1のカウンタと、
前記第1のカウンタの出力に接続された第1の積分器と、
前記第1の積分器の検出結果に基いてループ特性を検出し、検出結果を前記チャージポンプの電流値にフィードバックする制御部とを備えたことを特徴とするオフセットPLL送信機。 - PLL送信機を含むシンセサイザブロックを有する通信用高周波集積回路であって、
前記PLL送信機は、
第1の電圧制御発振器と、
前記第1の電圧制御発振器の出力が接続される第1の周波数変換回路と、
前記第1の周波数変換回路の出力が第1の入力に接続され、第2の入力に第1の基準信号が接続される第1の位相比較器と、
前記第1の位相比較器の出力が接続される第1のチャージポンプ回路と、
前記第1のチャージポンプ回路の出力が接続される第1のループフィルタとを有するPLL送信機であり、
前記第1の位相比較器の前記第2の入力に、周波数が可変でかつ分周数を変化させた周波数に設定し得るループ特性検出用の第1の信号源が接続可能に構成され、
前記第1の電圧制御発振器の出力側に接続された第1のカウンタと、
前記第1のカウンタの出力に接続された第1の積分器と、
前記第1の積分器の検出結果に基いてループ特性を検出し、検出結果を前記チャージポンプの電流値にフィードバックする制御部とを備えたことを特徴とする通信用高周波集積回路。 - 請求項17において、
平面形状が実質的に矩形の半導体チップの第1の角に、前記第1の電圧制御発振器を位置させ、
前記第1の周波数変換回路を前記半導体チップの第2の角に位置させ、
前記第1の電圧制御発振器と前記第1の周波数変換回路との間に、前記第1のカウンタと前記第1の積分器および前記制御部とを配置した、
ことを特徴とする通信用高周波集積回路。 - 請求項18において、
前記第1の基準信号を生成するためのローカル信号と前記第1の周波数変換回路へ入力するローカル信号とを生成するフラクショナル型の第2の電圧制御発振器と、該第2の電圧制御発振器の基準信号のクロック信号を生成するための電圧制御型水晶発振器とを有してなり、
前記半導体チップは平面形状がほぼ正方形であり、
前記第2の電圧制御発振器を、前記半導体チップの前記第1、第2の角を含まない辺の近傍に配置し、
前記電圧制御型水晶発振器を前記半導体チップの第3の角に位置させた、
ことを特徴とする通信用高周波集積回路。 - 高周波集積回路部と、ベースバンド信号処理を行うLSI部とパワーアンプ部とアンテナ部と基準信号を生成するクリスタル部で構成された、マルチバンド方式の移動体通信システムであって、
前記高周波集積回路部は、PLL送信機を含むシンセサイザブロックを有しており、
前記PLL送信機は、
第1の電圧制御発振器と、
前記第1の電圧制御発振器の出力が接続される第1の周波数変換回路と、
前記第1の周波数変換回路の出力が第1の入力に接続され、第2の入力に第1の基準信号が接続される第1の位相比較器と、
前記第1の位相比較器の出力が接続される第1のチャージポンプ回路と、
前記第1のチャージポンプ回路の出力が接続される第1のループフィルタとを有するPLL送信機であり、
前記第1の位相比較器の前記第2の入力に、周波数が可変でかつ分周数を変化させた周波数に設定し得るループ特性検出用の第1の信号源が接続可能に構成され、
前記第1の電圧制御発振器の出力側に接続された第1のカウンタと、
前記第1のカウンタの出力に接続された第1の積分器と、
前記第1の積分器の検出結果に基いてループ特性を検出し、検出結果を前記チャージポンプの電流値にフィードバックする制御部とを備えたことを特徴とする無線通信システム。
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