JP2008206035A - Pll回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位相比較器101は、入力される基準クロック信号及び帰還される発振信号の位相を相互に比較した結果に基づいて上昇信号または下降信号を出力する。チャージポンプ102は、入力される信号に応じた大きさの制御電圧を出力する。ループフィルタ103は、入力される制御電圧をフィルタリングする。電圧制御発振器100は、負電圧発生回路105から基準電圧として入力される接地電圧よりも低い電圧と、ループフィルタ103から出力される電圧とに応じた発振周波数の発振信号を出力する。
【選択図】図1
Description
このような低電源電圧に対応したPLL回路として、特許文献1にはチャージポンプの制御電圧レンジが広いPLL回路が開示されている。
ここで、PLL回路に用いられる一般的なチャージポンプとループフィルタの回路図を図13に示す。チャージポンプ1100は上昇信号UPに応じて電流Iupをループフィルタ103に対して流出することで制御電圧Vcontを高くし、下降信号DOWNに応じて電流Idownをループフィルタ103から流入させることで制御電圧Vcontを低くする回路である。
つまり、電圧制御発振器が一定の周波数で発振するために制御電圧Vcontは温度やプロセス条件の変動に依存して変化するので、その変化に伴って流出電流Iupは大きく変化する。また、流出電流Iupは流入電流Idownとの差が大きくなる。
以下に、図1〜3を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るPLL回路の構成図である。当該PLL回路はチャージポンプタイプのPLL回路である。
同図において、100は電圧制御発振器(VCO;Voltage Controlled Oscillator)、101は位相比較器、102はチャージポンプ、103はループフィルタ、104はループフィルタを構成する容量、105は負電圧発生回路である。
次に、ループフィルタ103はチャージポンプ102の出力電流を制御電圧Vcontに変換すると共にフィルタリングする。そして、電圧制御発振器100は制御電圧Vcontに応じた周波数の発振信号Voutを生成し、外部に出力すると共に帰還発振信号として位相比較器101に出力する。PLL回路は上記動作を繰り返し、所望の周波数にロックして発振信号Voutを出力する。
ここで、電圧制御発振器100の一例について図2を参照して説明する。
同図において、201,203,205はPMOSトランジスタ、202,204,206はNMOSトランジスタである。
PMOSトランジスタ201とNMOSトランジスタ202は、ゲート同士が共通接続されると共にドレイン同士が共通接続される。また、PMOSトランジスタ203とNMOSトランジスタ204はドレイン同士が共通接続され、またゲート同士が共通接続されると共にPMOSトランジスタ201とNMOSトランジスタ202のドレインに接続される。
次に、図4〜6を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。
図4は、本発明の第2の実施形態に係るPLL回路の構成図である。当該PLL回路もチャージポンプタイプのPLL回路である。
同図において、400は電圧制御発振器、402はチャージポンプ、405は昇圧回路である。その他の構成要素は図1と共通するので、ここでは説明を省略する。
昇圧回路405は、電源から供給される電源電圧VDD以上の電圧Vpを発生する。そして、チャージポンプ402は昇圧回路405が発生する電圧Vpにより駆動される。つまり、チャージポンプ402は電源電圧Vp(>VDD)で動作し、チャージポンプ402以外の構成要素は、電源電圧VDDで動作する。
ここで、チャージポンプ402の一例について図5を参照して説明する。
同図において、501,503,504はPMOSトランジスタ、502,505,506はNMOSトランジスタである。その他の構成要素は図4と共通するので、ここでは説明を省略する。
このチャージポンプは、上昇信号UPが入力されるとPMOSトランジスタ504がオンしてPMOSトランジスタ503が流出電流Iupをループフィルタ103に対して流す。また、下降信号DOWNが入力されるとNMOSトランジスタ505がオンしてNMOSトランジスタ506が流入電流Idownをループフィルタ103から引き込む。
この動作により、チャージポンプは制御電圧Vcontの値を制御する。
つまり、例えばチャージポンプ402の電源電圧がVp=1.8V、制御電圧Vcont=1.2Vの時、PMOSトランジスタ503のドレイン−ソース間電圧Vdsは約0.6Vであるが、電源電圧をVp=3VとするとPMOSトランジスタ503のドレイン−ソース間電圧Vdsは約1.8Vとなる。
次に、図7,8を参照して本発明の第3の実施形態について説明する。
図7は、本発明の第3の実施形態に係るPLL回路の構成図である。
同図において、700は電圧制御回路(負電圧制御部)である。その他の構成要素は図1と共通するので、ここでは説明を省略する。
なお、このPLL回路はチャージポンプタイプのPLL回路である。
負電圧発生回路105は負電圧VBを発生する。電圧制御回路700は、この負電圧VBの大きさをプログラマブル電圧Vprogの大きさに応じて制御して負電圧Vbに変更する。この負電圧Vbは、電圧制御発振器100に基準電圧として入力される。それにより、電圧制御発振器100は負電圧Vbと制御電圧Vcontの電圧差に応じて発振周波数が決定される。
ここで、電圧制御回路700の一例について図8を参照して説明する。
同図において、800は増幅器、801〜804はNMOSトランジスタである。
NMOSトランジスタ801のゲートとドレインは接続されると共に調整制御端子に接続され、プログラマブル電圧Vprogが入力される。また、NMOSトランジスタ802のゲートとドレインは接続されると共にNMOSトランジスタ801のソースに接続される。また、NMOSトランジスタ803のゲートとドレインは接続されると共にNMOSトランジスタ802のソースと増幅器800の一方の入力端とに接続される。
なお、この例ではNMOSトランジスタ801〜803のトランジスタサイズは等しいものとする。
この回路によれば、電圧制御発振器100の基準電圧を発振周波数に応じた適正な大きさにプログラマブルに調整できる。
次に、図9,10を参照して本発明の第4の実施形態について説明する。
図9は、本発明の第4の実施形態に係るPLL回路の構成図である。
同図において、900は電圧制御回路(電圧制御部)である。その他の構成要素は図4と共通するので、ここでは説明を省略する。
なお、このPLL回路はチャージポンプタイプのPLL回路である。
昇圧回路405は、電源電圧VDD以上の電圧VPを発生する。電圧制御回路900は、この電圧VPの大きさをプログラマブル電圧Vprogの大きさに応じて制御して電圧Vpに変更する。そして、チャージポンプ402は電圧制御回路900が出力する電圧Vpにより駆動される。つまり、チャージポンプ402は電源電圧Vp(>VDD)で動作し、チャージポンプ402以外の構成要素は、電源電圧VDDで動作する。
ここで、電圧制御回路900の一例について図10を参照して説明する。
同図において、1000は増幅器、1001はPMOSトランジスタである。
増幅器1000の一方の入力端は、電源制御回路900の調整制御端子としてプログラマブル電圧Vprogが入力され、増幅器1000の他方の入力端はPMOSトランジスタ1001のドレインに接続されると共に電圧Vpを出力する。また、増幅器1000の出力端はPMOSトランジスタ1001のゲートに接続される。また、PMOSトランジスタ1001のソースには電圧VPが入力される。
次に、図11を参照して本発明の第5の実施形態について説明する。
この実施形態は、DRAMが内蔵するPLL回路に関するものである。
図11は、本発明の第5の実施形態に係るDRAM及びDRAMが内蔵するPLL回路のブロック図である。
同図において、2000はDRAM、2100は高電圧発生部、2200は負電圧発生部、2300はPLL回路である。その他の構成要素は図7と共通するので、ここでは説明を省略する。また、図示した構成要素以外のDRAM2000の構成要素は記載を省略している。
なお、第1の実施形態と同様に、電圧制御回路700を用いずにバックバイアス電圧Vbbを電圧制御発振器100の基準電圧として直接印加しても良い。
次に、図12を参照して本発明の第6の実施形態について説明する。
この実施形態は、DRAMが内蔵するPLL回路に関するものである。
図12は、本発明の第6の実施形態に係るDRAM及びDRAMが内蔵するPLL回路のブロック図である。
同図において、3000はDRAM、3100はPLL回路である。その他の構成要素は図9,11と共通するので、ここでは説明を省略する。また、図示した構成要素以外のDRAM3000の構成要素は記載を省略している。
また、第5の実施形態と同様に、DRAM3000は負電圧であるバックバイアス電圧Vbbを発生する負電圧発生部2200と、電源電圧VDDよりも高い電圧であるワード線電圧Vppを発生する高電圧発生部2100とを備えている。
例えば、電圧制御発振器とチャージポンプは上述した回路構成に限らない。
また、PLL回路の構成も上述した構成に限らず、電圧制御発振器の出力信号を分周器によって分周してから位相比較器に入力しても良く、基準クロック信号を分周器によって分周してから位相比較器に入力しても良い。
さらに、PLL回路は上述してきた各実施形態の構成要素を同時に備えても良い。
Claims (13)
- 入力される基準クロック信号及び帰還される発振信号の位相を相互に比較した結果に基づいて周波数制御信号を出力する位相比較器と、
前記位相比較器に接続され、前記位相比較器から出力される周波数制御信号に応じた大きさの周波数の発振信号を出力する発振回路と、
前記発振回路に接続され、前記周波数制御信号に基づいて発生する動作振幅よりも大きな動作振幅を前記発振回路にて発生させるバイアス調整回路と、
を備えたことを特徴とするPLL回路。 - 前記発振回路は、
前記周波数制御信号が入力されるチャージポンプと、
前記チャージポンプから前記周波数制御信号に応じた大きさの制御電圧が入力されるループフィルタと、
入力される基準電圧と前記ループフィルタから出力される電圧とに応じた発振周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器とを備えており、
前記バイアス調整回路は、
前記電圧制御発振器の基準電圧端子に前記基準電圧として接地電圧よりも低い電圧を入力する
ことを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。 - 前記発振回路は、
前記周波数制御信号が入力されるチャージポンプと、
前記チャージポンプから前記周波数制御信号に応じた大きさの制御電圧が入力されるループフィルタと、
入力される基準電圧と前記ループフィルタから出力される電圧とに応じた発振周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器とを備えており、
前記バイアス調整回路は、
前記チャージポンプの電源端子に電源電圧よりも高い電圧を入力する
ことを特徴とする請求項1に記載のPLL回路。 - 前記バイアス調整回路は、
前記電圧制御発振器の前記基準電圧端子に前記基準電圧として負電圧を入力する負電圧発生回路である
ことを特徴とする請求項2に記載のPLL回路。 - 前記バイアス調整回路は、
前記チャージポンプの前記電源端子に前記電源電圧を昇圧した電圧を入力する昇圧回路である
ことを特徴とする請求項3に記載のPLL回路。 - 前記バイアス調整回路は、
調整制御端子から入力される調整信号に応じて、入力端子から入力される電圧の大きさを変化させて前記電圧制御発振器の前記基準電圧端子に前記基準電圧として入力する第1の電圧制御回路と、
負電圧を発生させて前記第1の電圧制御回路の前記入力端子に入力する負電圧発生回路と、
を備えたことを特徴とする請求項2に記載のPLL回路。 - 前記バイアス調整回路は、
調整制御端子から入力される調整信号に応じて、入力端子から入力される電圧の大きさを変化させて前記チャージポンプに対して入力する第2の電圧制御回路と、
電源電圧を昇圧して前記第2の電圧制御回路の前記入力端子に入力する昇圧回路と、
を備えたことを特徴とする請求項3に記載のPLL回路。 - 前記第1の電圧制御回路は、
前記調整制御端子にゲート電極とドレイン電極とが接続される第11のNMOSトランジスタと、
前記第11のNMOSトランジスタのソース電極にゲート電極とドレイン電極とが接続される第12のNMOSトランジスタと、
前記第12のNMOSトランジスタのソース電極にゲート電極とドレイン電極とが接続され、前記電圧制御発振器に出力する出力端子にソース電極が接続される第13のNMOSトランジスタと、
前記電圧制御発信器に出力する出力端子にドレイン電極が接続され、前記負電圧発生回路にソース電極が接続される第14のNMOSトランジスタと、
一方の入力端子が前記第12のNMOSトランジスタのソース電極と前記第13のNMOSトランジスタのゲート電極とドレイン電極とに接続され、他方の入力端子が接地され、出力端子が前記第14のNMOSトランジスタのゲート電極に接続される増幅器と、
を備えたことを特徴とする請求項6に記載のPLL回路。 - 前記第2の電圧制御回路は、
前記昇圧回路にソース電極が接続され、前記チャージポンプに出力する出力端子にドレイン電極が接続される第11のPMOSトランジスタと、
一方の入力端子が前記調整制御端子に接続され、他方の入力端子が前記チャージポンプに出力する出力端子に接続され、出力端子が前記第11のPMOSトランジスタのゲート電極に接続される増幅器と、
を備えたことを特徴とする請求項7に記載のPLL回路。 - 前記電圧制御発信器は、
ソース電極が前記ループフィルタからの入力を受ける入力端子に接続される第1のPMOSトランジスタ及び第2のPMOSトランジスタ及び第3のPMOSトランジスタと、
ソース電極が前記基準電圧端子に接続される第1のNMOSトランジスタ及び第2のNMOSトランジスタ及び第3のNMOSトランジスタと、を有し、
前記第1のPMOSトランジスタ及び前記第1のNMOSトランジスタのドレイン電極と、前記第2のPMOSトランジスタ及び前記第2のNMOSトランジスタのゲート電極とが接続され、
前記第2のPMOSトランジスタ及び前記第2のNMOSトランジスタのドレイン電極と、前記第3のPMOSトランジスタ及び前記第3のNMOSトランジスタのゲート電極とが接続され、
前記発振信号を出力する出力端子に、前記第2のPMOSトランジスタ及び前記第2のNMOSトランジスタのドレイン電極が接続され、
前記第1のPMOSトランジスタのゲート電極と、前記第1のNMOSトランジスタのドレイン電極とが前記発振信号を出力する出力端子に接続される
ことを特徴とする請求項2、4、6、8のいずれか1つに記載のPLL回路。 - 前記周波数制御信号は、前記発振信号の周波数を上昇させる上昇信号、あるいは前記発振信号の周波数を下降させる下降信号であり、
前記チャージポンプは、
ソース電極が前記電源端子に接続され、バイアス電圧が入力されるバイアス電圧端子にゲート電極が接続される第1のPMOSトランジスタ及び第2のPMOSトランジスタと、
ソース電極が前記第2のPMOSトランジスタのドレイン電極に接続され、前記上昇信号がゲート電極に入力される第3のPMOSトランジスタと、
ドレイン電極とゲート電極とが前記第1のPMOSトランジスタのドレイン電極に接続され、ソース電極が接地される第1のNMOSトランジスタと、
前記下降信号がゲート電極に入力され、ドレイン電極が前記第3のPMOSトランジスタのドレイン電極に接続される第2のNMOSトランジスタと、
ソース電極が接地され、ドレイン電極が第2のNMOSトランジスタのソース電極に接続され、ゲート電極が前記第1のNMOSトランジスタのゲート電極に接続される第3のNMOSトランジスタと、を有し、
前記第3のPMOSトランジスタのドレイン電極と第2のNMOSトランジスタのドレイン電極とが前記ループフィルタへ出力する出力端子に接続される
ことを特徴とする請求項3、5、7、9のいずれか1つに記載のPLL回路。 - 入力される基準クロック信号及び帰還される発振信号の位相を相互に比較した結果に基づいて周波数制御信号を出力する位相比較器と、
前記周波数制御信号が入力されるチャージポンプと、
前記チャージポンプから前記周波数制御信号に応じた大きさの制御電圧が入力されるループフィルタと、
入力される基準電圧と前記ループフィルタから出力される電圧とに応じた発振周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器と、
調整制御端子から入力される調整信号に応じて、入力端子から入力される電圧の大きさを変化させて前記電圧制御発振器の前記基準電圧端子に前記基準電圧として入力する第1の電圧制御回路と、
前記第1の電圧制御回路の前記入力端子にバックバイアス電圧を入力する負電圧発生部と、
を備えたことを特徴とするDRAM。 - 入力される基準クロック信号及び帰還される発振信号の位相を相互に比較した結果に基づいて周波数制御信号を出力する位相比較器と、
前記周波数制御信号が入力されるチャージポンプと、
前記チャージポンプから前記周波数制御信号に応じた大きさの制御電圧が入力されるループフィルタと、
入力される基準電圧と前記ループフィルタから出力される電圧とに応じた発振周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器と、
調整制御端子から入力される調整信号に応じて、入力端子から入力される電圧の大きさを変化させて前記チャージポンプに対して入力する第2の電圧制御回路と、
前記第2の電圧制御回路の前記入力端子にワード線電圧を入力する高電圧発生部と、
を備えたことを特徴とするDRAM。
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