JP2914287B2 - Pll回路 - Google Patents
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- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
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-
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- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
Description
ループ)回路に関し、特に無調整化可能なPLL回路に
関する。
野で幅広く使われており、IC(半導体集積回路)とし
ても集積化されている。
ロック図にて示したものであり、位相周波数比較器6
1、フィルタ62、及びVCO(電圧制御発振器)63
からなる帰還ループで構成されている。位相周波数比較
器61は、入力端子60に印加された入力信号と、VC
O63からのVCO信号との位相比較を行い、これら2
つの信号の周波数差及び位相差に応じた出力電圧を発生
する。位相周波数比較器61の出力電圧はフィルタ62
を通して帯域制限された後、VCO63の発振周波数を
制御する制御電圧信号としてVCO63に帰還される。
この帰還ループにより、出力端子64から入力信号の周
波数、及び位相に同期した信号が出力される。
対して、PLL回路が同期する範囲の周波数は、VCO
63が発振可能な範囲に限定される。このため、PLL
回路の設計時には、入力信号の周波数変位に応じて、V
CO63の発振範囲が設計される。
を行う場合、VCO63を構成する素子等のバラツキか
ら、設計値から発振周波数がずれる場合がある。
回路においては、VCO63に調整端子65を設け、例
えばPLL回路を集積化してなるICをパッケージ等に
組み立てる際に、調整を行い、発振範囲を調整する。し
かし、この方法では、調整を行うという作業工程が必要
とされるため、コスト、組立時間の増大等を招く。
れたものであり、その目的は、PLL回路の無調整化を
可能とし、これにより低コストのPLL回路を提供する
ことにある。
め、本発明は、入力信号に対するVCO信号の同期状態
を検出する手段を備えた位相周波数比較器と、ループの
時定数を調整するフィルタと、発振周波数範囲が可変自
在とされたVCOと、前記位相周波数比較器からの同期
検出信号を監視し、同期はずれを検出した際に、所定時
間内になおも同期が成立しない場合には、前記位相周波
数比較器の出力信号の状態に応じて前記入力信号と前記
VCO信号との周波数の高低を判別し該判別結果に基づ
きカウンタの値を変化させ、該カウンタのカウント値に
応じて前記VCOの発振周波数範囲を制御するVCO制
御手段と、を備えたことを特徴とするPLL回路を提供
する。
器は、前記入力信号と前記VCO信号とを入力しこれら
の信号の位相及び周波数差を比較する位相周波数比較回
路と、前記位相周波数比較回路の出力信号を入力とする
第1の遅延回路と、前記入力信号を入力とする第2の遅
延回路と、前記第1の遅延回路の出力と前記位相周波数
比較器の出力とを入力とする排他的論理和ゲートと、前
記第2の遅延回路の出力をラッチタイミングクロックと
し、前記排他的論理和ゲートの出力を同期検出信号とし
てラッチ出力するラッチ回路と、を備えたことを特徴と
する。
時間が可変自在な奇数個縦続形態に接続され、最終段の
出力と初段の入力が接続されてループを形成してなるイ
ンバータ回路群を備えると共に、前記VCO制御回路か
らの制御信号に基づき、所定のインバータ回路の出力
を、該インバータ回路の後段のインバータ回路の入力端
子又は初段のインバータ回路の入力端子のいずれかに切
り替え接続する少なくとも一つの切り替えスイッチを備
えた構成としてもよい。
路は、前記同期検出信号を入力とし、前記位相周波数比
較回路が同期不成立を検出してから一定時間を計測し、
該一定時間計測後にも同期検出信号がインアクティブ状
態の時に信号を出力するタイマ回路と、前記タイマ回路
から信号が出力された際に、前記位相周波数比較器の出
力を調べて、その出力の状態に応じてアップ信号とダウ
ン信号のいずれかを出力する判別回路と、前記判別回路
からのアップ信号とダウン信号の状態により、カウンタ
の値を変化させるカウンタ回路と、前記カウンタ回路の
値に応じた出力線をアクティブとするデコーダと、を備
えたことを特徴とする。
信号が同期しない場合、位相周波数比較器から同期はず
れ信号が出力される。VCO制御回路では、同期はずれ
を検出して、一定時間内に同期が成立しなければ、位相
周波数比較器の出力を調べて入力信号とVCO信号の高
低を判別し、VCOをどの様に制御すれば良いかを判断
する。VCOは、VCO制御回路からの制御により、発
振周波数範囲が変化させられる。以上の動作を同期が成
立するまで、VCO制御回路によりVCOの発振周波数
範囲を変化させる。
して以下に詳細に説明する。
ック図にて示したものである。図1を参照して、入力端
子1から入力された信号は位相周波数比較器2に入力さ
れる。位相周波数比較器2は、入力端子1に入力された
入力信号とVCO(電圧制御発振器)4からのVCO信
号との、周波数差及び位相差を比較し、その結果を出力
する。また、位相周波数比較器は、入力信号とVCO信
号との同期状態を表す同期信号(sync)を出力す
る。
信号を入力し、帯域を調整した後、VCO4へ発振制御
電圧信号を出力する。ここで、フィルタ3の時定数によ
り、PLL回路の帰還ループ帯域が定まる。
圧信号により発振周波数を変化させる。VCO4から出
力されるVCO信号は、出力端子6から出力信号として
取り出されると共に、位相周波数比較器2に帰還入力さ
れる。VCO4は、フィルタ3からの出力電圧で制御可
能な発振周波数の範囲を可変できる手段を備えており、
その発振周波数範囲はVCO制御回路5から制御され
る。
から同期信号(sync)を監視し、同期が一定時間以
上不成立であれば(同期信号が一定時間以上インアクテ
ィブ状態の時)、位相周波数比較器2の出力から周波数
差を検知して、その結果に応じてVCO4の制御を行
う。
明の実施例を図面を参照して説明する。
出力できる機能を備えた位相周波数比較器2の詳細な構
成について説明する。
ブロック図である。図2を参照して、本実施例に係る位
相周波数比較器2は、位相周波数比較部10と、同期状
態検出部11と、から構成されている。
JKフリップフロップ15、16、17と、第1から第
4のORゲート18、19、20、21と、から構成さ
れており、入力信号を入力する端子12は、第1のJK
フリップフロップ15のJ端子と、第3のORゲート2
0の一方の入力端子と、第4のORゲート21の一方の
入力端子に接続され、VCO信号を入力する端子13
は、第1のORゲート18の一方の入力端子と、第2の
ORゲート19の一方の入力端子と、第3のJKフリッ
プフロップ17のK端子に接続されている。
子Q2に接続された出力端子14は、第1のORゲート
18の他方の入力端子に接続される共に、同期状態検出
部11に入力されている。
は、第1のORゲート18の出力端子に接続され、第1
のJKフリップフロップ15の反転出力Q1 ̄(記号 ̄
は相補信号を意味する)は、第3のORゲート20の他
方の入力端子に接続され、第2のJKフリップフロップ
16のJ端子は、第3のORゲート20の出力端子に接
続され、第2のJKフリップフロップ16のK端子は、
第2のORゲート19の出力端子に接続され、第2のJ
Kフリップフロップ16の反転出力端子Q2 ̄は、第4
のORゲート21の他方の入力端子に接続されている。
には、第4のORゲート21の出力端子が接続され、第
3のJKフリップフロップ17の出力端子Q3は、第2
のORゲート19の他方の入力端子に接続されている。
等しい場合、すなわち常に、入力信号のパルスの次にV
CO信号のパルスが入力される場合には、入力信号のパ
ルスが来ると出力端子14からの出力信号(out)は
“1”(Highレベル)となり、次のVCO信号のパ
ルスが来ると出力信号は“0”(Lowレベル)とな
る。
入力信号とVCO信号のパルスの位相差に応じて、その
出力信号(out)が“1”になる時間と、“0”にな
る時間とが変化するために、位相比較が行われる。
べて早い場合には、入力信号のパルスが来て、次のVC
O信号のパルスが来る前に、また入力信号のパルスが来
る場合がある。この場合、出力信号(out)は“0”
状態のままである。
べて遅い場合には、入力信号のパルスが来て、次の入力
信号のパルスが来る間に、VCO信号のパルスが2つ以
上連続して来る場合がある。この場合、出力信号は
“1”のままである。
第1の遅延回路22と、第2の遅延回路23と、EX−
ORゲート(排他的論理和回路)24と、D型フリップ
フロップ25と、から構成されている。
Rゲート24の一の入力端子とは共に、位相周波数比較
器10の出力端子14に接続され、EX−ORゲート2
4の他の入力端子は第1の遅延回路22の出力に接続さ
れる。この構成で位相周波数比較部10の出力が変化し
た場合、第1の遅延回路22の遅延時間に等しい時間
(期間)だけ、EX−ORゲート24の出力が“1”
(Highレベル)となる。
信号入力端子12に接続され、第2の遅延回路23の出
力端子は、D型フリップフロップ25のクロック入力端
子(C)に接続され、EX−ORゲート24の出力端子
がD型フリップフロップ25のデータ入力端子(D)が
接続され、D型フリップフロップ25の出力は同期信号
(sync)を出力する端子(同期信号出力端子)26
に接続される。
第1の遅延回路22の遅延時間よりも短くしてあり、位
相周波数比較部10の出力変化の際の、EX−ORゲー
ト24が“1”を出力している時間内に、ラッチがかか
るようにする。
いて説明する。
ロック図である。図4を参照して、VCO制御回路は、
タイマ回路30、判別回路31、アップダウンカウンタ
32、及びデコーダ33から構成され、デコーダ33か
らVCO4に制御信号が出力される。
器2の同期信号が入力され、同期はずれが生じてから、
ある一定時間までに同期が成立しない場合には、タイマ
回路30の出力にパルスが生じ、同時にタイマ回路30
をリセットする。
0の出力端子に接続され、タイマ回路30からパルスが
入力された場合、位相周波数比較器2の出力を調べて、
出力に応じてアップ(Up)信号とダウン(Down)
信号のいずれかをアップダウンカウンタ32に出力す
る。
1からのアップ信号とダウン信号に応じて、内部のカウ
ンタのカウンタ値を上下させる。
2のカウンタ値を入力し、1からnまでのVCO制御線
34のうち、カウンタの値に該当する制御線の出力を
“1”とする。
する。図6は、VCO4の構成を示すブロック図であ
る。
インバータ40を奇数個接続してリングオシレータを形
成する。また、インバータ40にフィルタ3からの発振
制御電圧信号を加え、インバータ40の遅延時間を変化
させることにより、VCO4の発振周波数を変化させ
る。
6に示すように奇数段目の所定のインバータとその後段
のインバータの接続部に、切り替えスイッチ41をn個
設け、これらn個の切り替えスイッチ41は、VCO制
御回路5からのVCO制御信号により切替が制御され
る。
例えばVCO制御信号が“0”の場合には、前段のイン
バータの出力端子と後段のインバータの入力端子を接続
し、VCO制御信号が“1”の場合には、ループ中の最
後段のインバータの入力端子に接続されるようにする。
この場合、切り替えスイッチ41の制御信号を“1”に
した時に形成されるループに含まれるインバータ40の
個数が奇数個になるようにする。
動作について図面を参照して説明する。
するためのタイムチャートである。図3(A)は、入力
信号(in1)に比べて、VCO信号(in2)の周波
数が高い場合である。この場合、入力信号(in1)の
パルス(P0)が来た後に、続けて2回以上VCO信号
(in2)のパルス(P1、P2)が入力される場合が
ある。この時、位相周波数比較器2の出力信号(ou
t)は、“1”と“0”との繰り返しから、“0”に固
定されてしまう。
力(in1)のパルス(P3)が来た時に、出力信号
(out)が変化すると“1”を出力し、一方、変化が
ない場合には“0”を出力し、同期はずれが生じたこと
が検出される。
に比べて、VCO信号(in2)の周波数が低い場合の
動作を示したものである。この場合、入力信号(in
1)のパルス(P1)が来た後、VCO信号(in2)
のパルス(P3)が来る前に、次の入力信号(in1)
パルス(P2)がくる場合がある。
(out)は“1”と“0”の繰り返しから、“1”に
固定されてしまう。この時、位相周波数比較回路2の同
期信号(sync)も、図3(A)の場合と同様に、
“1”から“0”に変化してしまう。
O信号(in2)の周波数が等しい場合である。この
時、入力信号(in1)と、VCO信号(in2)のパ
ルスが来る度に出力信号(out)が変化する。また、
入力信号(in1)が来る度に出力が変化しているため
に同期信号(sync)は“1”を出力し、同期状態に
あることを通知する。
明する。図5は、VCO制御回路5の動作を説明するた
めのタイムチャートである。
と、位相周波数比較器2の同期信号(sync)が
“0”(インアクティブ状態)となる。すると、VCO
制御回路5において、タイマ回路30がオンになり、一
定の時間を計測する。この計測は同期信号(sync)
が“1”になるまで行われる。
且つ一定時間を経過すると、タイマ回路30の出力(S
1)にパルスが出力される。なお、このタイマ回路30
が計測する時間はフィルタ3の時定数やVCO4のゲイ
ンで定められるPLL回路の引き込み時間以上に設定す
る必要がある。タイマ回路30は、例えば同期信号(s
ync)をトリガとし、所定時間後に単発(ワンショッ
ト)パルスを発生するクリア機能付きのパルス発生回路
で構成される。
と、判別回路31は、位相周波数比較器2の出力信号
(out)を調べ、出力信号(out)が“0”であれ
ば、ダウン信号(S3)にパルスを発生させ、一方、出
力信号(out)が“1”であればアップ信号(S2)
にパルスを発生させる。
路31からのアップパルス(S1)及びダウンパルス
(S3)に応じて、内部のカウンタの値をアップ(上)
又はダウン(下)に計数させる。
VCO制御信号(S4)のうち、アップダウンカウンタ
32のカウント値に応じた番号のVCO制御信号の出力
を“1”にする。図5では、アップ信号(S2)が出力
されたために、アップダウンカウンタ32の値が一つ増
えて、VCO制御信号(S4)で、(i−1)番目の制
御信号が“1”になっていたのが、(i)番目の制御信
号が“1”に変化している。その際、(i−1)番目の
制御信号は“1”から“0”に変化する。
ーダ33からのVCO制御信号のうち“1”にセットさ
れた制御信号に接続された切り替えスイッチ41をルー
プに接続する。このとき、ループ中に含まれるインバー
タの数が変化するためにVCOの発振範囲が変化する。
ために、ある周波数範囲でPLL回路が同期しなくて
も、VCO制御を変化させることにより、PLLが同期
できるようになる。
LL−ICを製作した結果、従来では、VCOの調整端
子に、外部から電圧を加えて調整を行わなければならな
かったのに対して、本発明の実施例においては、VCO
制御回路5のカウンタの値が2つ変化して、入力信号と
VCO信号との同期が無調整で行われた。
を参照して説明する。前記実施例では、VCO制御回路
3は、タイマ回路30を用いていたが、本実施例では、
これをカウンタ回路50で置き換える。VCO制御回路
5の他の構成は、図4に示したものと同様である。
が“0”になってから、入力信号パルスをカウントし、
予め定めた所定数をカウントすると、出力パルスを発生
させる。
比べ、同期信号(sync)が“0”になってから、出
力パルスを発生させる時間の設定が正確にできるという
効果を有する。
PLL回路をIC化した場合の素子等のバラツキによっ
て生じたVCOの発振周波数範囲のずれの調整を不要と
し、このため、個々のICの調整に伴うコストを削減す
ることができるという効果を有する。
周波数範囲が制御できるように構成されており、発振周
波数範囲の制御をVCO制御回路で行い、IC内におい
て自動で調整することを可能としたことによるものであ
る。
ック図である。
を示す波形図である。(A)は入力信号に比べてVCO
信号の周波数が高い場合を示す。(B)は入力信号に比
べてVCO信号の周波数が低い場合を示す。(C)は入
力信号とVCO信号の周波数が等しい場合を示す。図面
中で、in1は入力信号を示す波形図である。in2は
VCO信号を示す波形図である。outは出力を示す波
形図である。syncは同期信号を示す波形図である。
ク図である。
期信号を示す波形図である。S1はタイマ回路出力を示
す波形図である。outは図2の位相比較器の出力を示
す波形図である。S2は判別回路のUp信号を示す波形
図である。S3は判別回路のDown信号を示す波形図
である。S4はデータのVCO制御線を示す波形図であ
る。
る。
ロック図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】入力信号に対するVCO信号の同期状態を
検出する手段を備えた位相周波数比較器と、 ループの時定数を調整するフィルタと、 発振周波数範囲が可変自在とされたVCOと、 前記位相周波数比較器からの同期検出信号を監視し、同
期はずれを検出した際に、所定時間内になおも同期が成
立しない場合には、前記位相周波数比較器の出力信号の
状態に応じて前記入力信号と前記VCO信号との周波数
の高低を判別し該判別結果に基づきカウンタの値を変化
させ、該カウンタのカウント値に応じて前記VCOの発
振周波数範囲を制御するVCO制御手段と、 を備えたPLL回路であって、前記位相周波数比較器が 、前記入力信号と前記VCO信号とを入力しこれらの信号
の位相及び周波数差を比較する位相周波数比較回路と 、前記位相周波数比較回路の出力信号を入力とする第1の
遅延回路と 、前記入力信号を入力とする第2の遅延回路と 、前記第1の遅延回路の出力と前記位相周波数比較器の出
力とを入力とする排他的論理和ゲートと 、前記第2の遅延回路の出力をラッチタイミングクロック
とし、前記排他的論理和ゲートの出力を同期検出信号と
してラッチ出力するラッチ回路と 、 を備えたことを特徴とするPLL回路。 - 【請求項2】前記VCO制御回路が、 前記同期検出信号を入力とし、前記位相周波数比較回路
が同期不成立を検出してから一定時間を計測し、該一定
時間計測後にも前記同期検出信号がインアクティブ状態
の時に信号を出力するタイマ回路と、 前記タイマ回路から信号が出力された際に、前記位相周
波数比較器の出力信号を調べて、その出力信号の状態に
応じてアップ信号とダウン信号のいずれかを出力する判
別回路と、 前記判別回路からのアップ信号とダウン信号の状態によ
り、カウンタの値を変化させるカウンタ回路と、 前記カウンタ回路の値に応じた出力線をアクティブとす
るデコーダと、 を備えたことを特徴とする請求項1記載のPLL回路。 - 【請求項3】前記タイマ回路が、同期信号が同期不成立
を出力してから、入力信号パルスの数を計数し、予め定
めた所定カウント値に達すると、出力信号を出力するカ
ウンタ回路を備えたことを特徴とする請求項2記載のP
LL回路。
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