專利名稱：Pll電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PLL電路，并且尤其涉及被提供有具有低增益輸入和高增益輸入 的壓控振蕩器(VCO)的PLL電路。
背景技術(shù)：
近年來，PLL(鎖相環(huán))電路被經(jīng)常用作被安裝在半導(dǎo)體器件上的振蕩器電路。PLL 電路控制輸出信號(hào)的振蕩頻率使得基準(zhǔn)信號(hào)和輸出信號(hào)的相位同步。圖12是在USP 6，680，632中公布的PLL電路的框圖。在圖12中，PLL電路100 包括分頻器102和112、相位比較器104、電荷泵電路106、低通濾波器108、被提供有緩沖器 114和116的控制電路130、以及壓控振蕩器(VCO) 110。相位比較器104將通過分頻器102分頻基準(zhǔn)信號(hào)(REF)而獲得的信號(hào)與通過分頻 器112分頻PLL電路100的輸出信號(hào)(CLK)而獲得的信號(hào)進(jìn)行比較，并且然后輸出用于控 制電荷泵電路106的信號(hào)。電荷泵電路106根據(jù)相位比較器104的輸出信號(hào)輸出要在流入 方向或者流出方向中控制的電流。低通濾波器108輸入來自于電荷泵電路的信號(hào)，并且移 除被包括在信號(hào)中的高頻噪聲。高頻噪聲被移除的信號(hào)被輸出到壓控振蕩器110的低增益 輸入。高頻噪聲被移除的信號(hào)經(jīng)由被提供有緩沖器114和濾波器116的控制電路130被輸 出到壓控振蕩器110的高增益輸入。緩沖器114將低通濾波器108的輸出與MID_VC0信號(hào)進(jìn)行比較，并且進(jìn)行控制使 得低通濾波器108的輸出要與MID_VC0信號(hào)相同。PLL電路100的壓控振蕩器110能夠同 時(shí)在低增益模式和高增益模式下進(jìn)行操作。圖14是示出在日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 2008-48320中公布的PLL電路 的框圖。如圖14中所示，PLL電路包括分頻器210、211、以及221、相位比較器212、第一電 荷泵電路213、積分濾波器214、第一電壓電流轉(zhuǎn)換電路215、第二電荷泵電路216、波紋濾波 器217、第二電壓電流轉(zhuǎn)換電路218、基準(zhǔn)電壓生成電路219、以及電流控制振蕩器220。圖14中所示的PLL電路通過分頻器210分頻基準(zhǔn)信號(hào)Fin。此外，使用分頻器211 分頻輸出信號(hào)Fout。然后，通過相位比較器212將分頻器210的輸出信號(hào)的相位與分頻器 211的進(jìn)行比較。然后，相位比較器212基于其間的相位差生成升壓信號(hào)UP和降壓信號(hào)DN。 第一電荷泵電路213和第二電荷泵電路216基于升壓信號(hào)UP的脈沖寬度和降壓信號(hào)DN的 脈沖寬度之間的差輸出電流。通過積分濾波器214的電容器Cl將從第一電荷泵電路213輸出的電流轉(zhuǎn)換為電 壓。這時(shí)，積分濾波器214移除通過第一電荷泵電路213的操作生成的高頻噪聲。
另一方面，從第二電荷泵電路216輸出的電流經(jīng)由波紋濾波器217被轉(zhuǎn)換為電壓。 波紋濾波器217減少波紋噪聲。然后，波紋噪聲的電平被減少的電壓被輸入到第二電壓電 流轉(zhuǎn)換電路218。第二電壓電流轉(zhuǎn)換電路218將在基準(zhǔn)電壓生成電路219中生成的基準(zhǔn)電 壓與經(jīng)由波紋濾波器217輸入的電壓進(jìn)行比較。然后，第二電壓電流轉(zhuǎn)換電路218根據(jù)兩 個(gè)電壓之間的比較結(jié)果輸出電流。
第一電壓電流轉(zhuǎn)換電路215的輸出和第二電壓電流轉(zhuǎn)換電路218的輸出被相互連 接，并且然后被輸入到電流控制振蕩器220。即，被輸入到電流控制振蕩器220的電流是第 一電壓電流轉(zhuǎn)換電路215的輸出電流和電壓電流轉(zhuǎn)換電路218的輸出電流的相加。電流控 制振蕩器220基于根據(jù)此電壓生成的電流控制輸出信號(hào)的振蕩頻率。然后，分頻器221分 頻電流控制振蕩器220的輸出信號(hào)以生成輸出信號(hào)Fout。此外，輸出Fout被反饋，并且輸 出信號(hào)Fout和基準(zhǔn)信號(hào)Fin的相位被比較。然后，輸出信號(hào)Fout的相位與基準(zhǔn)信號(hào)Fin 的相位同步。因此，圖14中所示的PLL電路能夠以不同電流操作積分濾波器214和波紋濾波器 217。因此，被提供給積分濾波器214的電流能夠小于被提供給波紋濾波器217的電流。此 夕卜，基于被提供給積分濾波器214和波紋濾波器217的電流之間的比率α能減少積分濾波 器的電容器Cl的電容值。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在圖12中所示的USP 6，680，632中公布的PLL電路中，作為圖13中所示的 濾波器的由電阻器R和電容C組成的無源濾波器通常被用作低通濾波器108。然后，本發(fā) 明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下述問題，為了移除在電荷泵電路106中生成的噪聲并且確保穩(wěn)定性，在USP 6，680，632中公布的PLL電路需要增加構(gòu)成濾波器108的電容的值。另一方面，為了以不同電流操作波紋濾波器217和積分濾波器214，在日本未經(jīng)審 查的專利申請(qǐng)公開No. 2008-48320中公布的PLL電路被提供有第一電荷泵電路213和第二 電荷泵電路216。這減少電容器Cl的電容值，并且還減少電路面積。然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)下述問題，在日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 2008-48320中公布的PLL電路中，因?yàn)樵?經(jīng)過第一電荷泵電路213、積分濾波器214、以及電壓電流轉(zhuǎn)換電路215的路徑與經(jīng)過第二 電荷泵電路216、波紋濾波器217、以及第二電壓電流轉(zhuǎn)換電路218的路徑之間，對(duì)于頻率中 的變化的電壓表現(xiàn)和電路構(gòu)造是不同的，很難匹配電流控制振蕩器的兩個(gè)路徑的增益。即， 為了作為PLL電路進(jìn)行操作，期望的是，實(shí)現(xiàn)具有相同電路構(gòu)造的電路以能夠容易地控制 兩個(gè)路徑的增益。本發(fā)明的一個(gè)示例性方面是PLL電路，該P(yáng)LL電路包括第一和第二電荷泵電路，該 第一和第二電荷泵電路根據(jù)相位比較器的輸出信號(hào)控制輸出電壓；第一濾波器，該第一濾 波器濾除被包括在根據(jù)從第一電荷泵電路輸出的電流生成的信號(hào)中的預(yù)定的頻率分量，并 且輸出信號(hào)作為第一電壓信號(hào)；第二濾波器，該第二濾波器輸入從第二電荷泵電路輸出的 電流并且輸出預(yù)定的恒壓作為第二電壓信號(hào)；電壓控制單元，該電壓控制單元根據(jù)第一電 壓信號(hào)和基準(zhǔn)電壓信號(hào)之間的比較結(jié)果輸出第三電壓信號(hào)，其中從第一濾波器輸出第一電 壓信號(hào)；以及壓控振蕩器，所述壓控振蕩器具有第一低增益特性、第二低增益特性、以及高 增益特性，并且通過第一電壓信號(hào)控制壓控振蕩器以第一低增益特性工作、通過第二電壓信號(hào)控制壓控振蕩器以第二低增益特性工作，并且通過第三電壓信號(hào)控制壓控振蕩器以高 增益特性工作，從而壓控振蕩器根據(jù)第一至第三電壓信號(hào)來生成振蕩頻率。PLL電路將壓控 振蕩器的輸出信號(hào)反饋到相位比較器。根據(jù)本發(fā)明的具有此種構(gòu)造的PLL電路能夠當(dāng)PLL電路被鎖定時(shí)抑制壓控振蕩器 的增益，從而減少壓控振蕩器的噪聲敏感性。此外，通過被提供以利用不同電流操作第一和 第二濾波器的第一和第二電荷泵電路，能夠減少組成第一濾波器的電容器的電容值并且因 此減少PLL電路的電路面積。此外，由于第二濾波器的輸出被設(shè)置為預(yù)定的恒壓，因此壓控 振蕩器能夠穩(wěn)定地進(jìn)行操作。本發(fā)明提供了一種PLL電路，該P(yáng)LL電路減少環(huán)路濾波器的電路面積，穩(wěn)定壓控振 蕩器的操作，并且減少噪聲敏感性。


結(jié)合附圖，根據(jù)某些示例性實(shí)施例的以下描述，以上和其它示例性方面、優(yōu)點(diǎn)和特 征將更加明顯，其中圖1是示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的PLL電路的框圖；圖2是示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的PLL電路的框圖；圖3示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的PLL電路的濾波器1的示例；圖4A和圖4B示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的PLL電路的濾波器2的示例；圖5A和圖5B示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的PLL電路的濾波器2的示例；圖6示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的PLL電路的濾波器3的示例；圖7A、圖7B以及圖7C解釋根據(jù)第一示例性實(shí)施例的PLL電路的操作，圖7A示出 時(shí)間和控制電壓之間的關(guān)系，圖7B示出時(shí)間和頻率之間的關(guān)系，并且圖7C示出時(shí)間和相位 差之間的關(guān)系；圖8A和圖8B解釋根據(jù)第一示例性實(shí)施例的PLL電路的壓控振蕩器(VCO)，圖8A 示出壓控振蕩器的控制電壓和振蕩頻率之間的關(guān)系，并且圖8B示出每個(gè)濾波器的輸出信 號(hào)的頻率與開環(huán)增益之間的關(guān)系；圖9是示出根據(jù)第二示例性實(shí)施例的PLL電路的框圖；圖IOA和圖IOB示出根據(jù)第二示例性實(shí)施例的PLL電路的時(shí)鐘生成電路的示例；圖11是示出根據(jù)第三示例性實(shí)施例的PLL電路的框圖；圖12是在USP 6，680, 632中公布的PLL電路的框圖；圖13示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的PLL電路的濾波器；以及圖14是在日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 2008-48320中公布的PLL電路的框圖。
具體實(shí)施例方式[第一示例性實(shí)施例]在下文中參考附圖解釋本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的PLL電路的框圖。如圖1中所示，PLL電路包括分 頻器1、2 ；相位比較器3 ；第一電荷泵電路4 ；第二電荷泵電路5 ；第一濾波器(濾波器1)6 ；第二濾波器(濾波器2) 7 ；第三濾波器(濾波器3)8 ；比較器9 ；以及壓控振蕩器(VCO) 10。 比較器9和第三濾波器8組成電壓控制單元30。分頻器1分頻基準(zhǔn)信號(hào)REF并且輸出分頻的信號(hào)。分頻器2分頻壓控振蕩器的輸 出Fout并且輸出分頻的信號(hào)。相位比較器3基于分頻器1的輸出信號(hào)與分頻器2的輸出 信號(hào)之間的相位差輸出升壓信號(hào)和降壓信號(hào)。例如，升壓信號(hào)和降壓信號(hào)是脈沖信號(hào)。如 果分頻器1的輸出信號(hào)具有相對(duì)于分頻器2的輸出信號(hào)的相位延遲，那么升壓信號(hào)的脈沖 寬度被設(shè)置為比降壓信號(hào)的脈沖寬度長(zhǎng)。另一方面，如果分頻器2的輸出信號(hào)具有相對(duì)于 分頻器1的輸出信號(hào)的脈沖延遲，那么升壓信號(hào)的脈沖寬度被設(shè)置為比降壓信號(hào)的脈沖寬 度短。此外，如果分頻器1的輸出信號(hào)的相位匹配分頻器2的輸出信號(hào)的相位，那么升壓信 號(hào)的脈沖寬度被設(shè)置為等于降壓信號(hào)的脈沖寬度。 第一電荷泵電路4基于升壓信號(hào)和降壓信號(hào)控制輸出電流。例如，如果升壓信號(hào) 的脈沖寬度比降壓信號(hào)的脈沖寬度長(zhǎng)，那么在與其間的脈沖寬度差相對(duì)應(yīng)的時(shí)段期間流出 電流。例如，如果升壓信號(hào)的脈沖寬度比降壓信號(hào)的脈沖寬度短，那么在與其間的脈沖寬度 差相對(duì)應(yīng)的時(shí)段期間流入電流。第一電荷泵電路4的輸出經(jīng)由結(jié)點(diǎn)11被輸出到第一濾波 器6ο第一濾波器6濾除包括在根據(jù)從第一電荷泵電路4輸出的電流生成的信號(hào)中的預(yù) 定的頻率分量(例如，高頻噪聲)，并且輸出該信號(hào)作為第一電壓信號(hào)。從第一濾波器6輸 出的第一電壓信號(hào)經(jīng)由結(jié)點(diǎn)15被輸出到比較器9的一個(gè)輸入。從第一濾波器6輸出的第 一電壓信號(hào)經(jīng)由結(jié)點(diǎn)13被輸出到壓控振蕩器10的低增益輸入。例如，如圖3中所示，通過 在第一電荷泵電路4的輸出(結(jié)點(diǎn)11)與接地電壓(GND)之間提供電容器能夠組成第一濾 波器6。第二電荷泵電路5根據(jù)升壓信號(hào)和降壓信號(hào)控制輸出電流。例如，如果升壓信號(hào) 的脈沖寬度比降壓信號(hào)的脈沖寬度長(zhǎng)，那么在與脈沖寬度差相對(duì)應(yīng)的時(shí)段期間流出電流。 此外，例如，如果升壓信號(hào)的脈沖寬度比降壓信號(hào)的脈沖寬度短，那么在與脈沖寬度差相對(duì) 應(yīng)的時(shí)段期間流入電流。第二電荷泵電路5的輸出經(jīng)由結(jié)點(diǎn)12被輸出到第二濾波器7。第二濾波器7輸入從第二電荷泵電路5輸出的電流，并且輸出預(yù)定的恒定電壓作 為第二電壓信號(hào)。是第二濾波器7的輸出的第二電壓信號(hào)經(jīng)由結(jié)點(diǎn)14被輸出到壓控振蕩 器10的低增益輸入。例如，如圖4Α中所示，第二濾波器7能夠由與結(jié)點(diǎn)12和接地電壓(GND)相連接的 電容器20、具有與接地電壓(GND)相連接的源極和與結(jié)點(diǎn)14相連接的漏極以及柵極的N溝 道晶體管21、以及與結(jié)點(diǎn)14和電源電壓相連接的恒流源22組成。這時(shí)，通過使用N溝道晶體管21的互導(dǎo)(gm)，結(jié)點(diǎn)14的電壓保持在預(yù)定的恒壓。 因此，濾波器7的輸出保持在預(yù)定的恒壓。通過使用是與用于晶體管21的電流源22相連 接的二極管的晶體管21，在沒有使用差分構(gòu)造的情況下濾波器的電源抑制比(PSRR)的劣 化很小。此外，作為第二濾波器7的另一構(gòu)造示例，如圖4B中所示，第二濾波器7可以由與 結(jié)點(diǎn)12和接地電壓(GND)相連接的電容器20、具有與電源電壓相連接的源極和與結(jié)點(diǎn)14 相連接的漏極以及柵極的P溝道晶體管24、以及與結(jié)點(diǎn)14和接地電壓(GND)相連接的恒流 源22組成。
作為第二濾波器7的又一構(gòu)造示例，如圖5A中所示，第二濾波器7可以由與結(jié)點(diǎn) 12和接地電壓(GND)相連接的電容器20、與電源電壓和結(jié)點(diǎn)14相連接的電阻器25、以及與 結(jié)點(diǎn)14和接地電壓(GND)相連接的電阻器26組成。然而，對(duì)于此構(gòu)造，因?yàn)榕c其它構(gòu)造的 濾波器相比較電源噪聲敏感性不是有利的，所以期待的是，提供兩種電路并且具有不同的 構(gòu)造。
作為第二濾波器7的另一示例，如圖5B中所示，第二濾波器7可以由與結(jié)點(diǎn)12和 接地電壓(GND)相連接的電容器20、與電源電壓和結(jié)點(diǎn)14相連接的恒流源22、以及與結(jié)點(diǎn) 14和接地電壓(GND)相連接的電阻器26組成。接下來，在下文中解釋電壓控制單元30。組成電壓控制單元30的第三濾波器8根 據(jù)第一濾波器6的第一電壓信號(hào)和基準(zhǔn)電壓Vref之間的比較結(jié)果輸出第三電壓信號(hào)。比 較器9比較第一電壓信號(hào)和基準(zhǔn)電壓Vref，并且比較結(jié)果經(jīng)由結(jié)點(diǎn)16被輸入到第三濾波器 8。第三濾波器的輸出經(jīng)由結(jié)點(diǎn)17被輸出到壓控振蕩器10的高增益輸入。例如，如圖6中 所示，通過被提供在比較器9的輸出(結(jié)點(diǎn)16)和接地電壓(GND)之間的電容器能夠形成 第三濾波器8?；鶞?zhǔn)電壓Vref能夠與從第二濾波器輸出的預(yù)定的恒壓相同。例如，如圖2中所示， 能夠使用第二濾波器7的輸出(恒壓)。通過使用第二濾波器7的輸出作為基準(zhǔn)電壓Vref， 能夠消除生成基準(zhǔn)電壓Vref的電路，從而簡(jiǎn)化PLL電路的構(gòu)造。注意的是，圖2中所示的 PLL電路的標(biāo)記對(duì)應(yīng)于圖1中所示PLL電路的標(biāo)記。圖2中所示的PLL電路的操作和構(gòu)造 也對(duì)應(yīng)于圖1中所示的PLL電路的操作和構(gòu)造。此外，壓控振蕩器(VCO) 10具有第一低增益特性(S卩，第一低增益路徑)、第二低增 益特性(即，第二低增益路徑)、以及高增益特性(即，高增益路徑)。通過具有第一低增益 特性的第一電壓信號(hào)，通過具有第二低增益特性的第二電壓信號(hào)，以及通過具有高增益特 性的第三電壓信號(hào)來控制壓控振蕩器(VCO) 10，以根據(jù)第一至第三電壓信號(hào)來生成振蕩頻率。然后，根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路將壓控振蕩器10的輸出信號(hào)Fout反饋到 相位比較器3。接下來，在下文中解釋根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路的操作。PLL電路通過分頻 器1分頻基準(zhǔn)信號(hào)REF。此外，分頻器2分頻輸出信號(hào)Fout。然后，相位比較器3比較分頻 器1和2的輸出的相位。相位比較器3根據(jù)相位差生成升壓信號(hào)和降壓信號(hào)。第一電荷泵 電路4和第二電荷泵電路5根據(jù)升壓信號(hào)和降壓信號(hào)之間的脈沖寬度差輸出電流。如果升 壓信號(hào)的脈沖寬度比降壓信號(hào)的脈沖寬度長(zhǎng)，那么電流輸出將會(huì)在要流出電荷泵電路的方 向中。相反地，如果升壓信號(hào)的脈沖寬度比降壓信號(hào)的脈沖寬度短，那么電流將會(huì)在要流入 電荷泵電路的方向中。通過第一濾波器6將從第一電荷泵電路4輸出的電流轉(zhuǎn)換為電壓。這時(shí)，第一濾 波器6濾除通過第一電荷泵電路4的操作生成的高頻噪聲。如果第一電荷泵電路4的輸出 電流處于流出方向中那么通過第一濾波器6轉(zhuǎn)換的電壓值增加，并且如果輸出電流處于流 入方向中那么減少。然后，通過第一濾波器6轉(zhuǎn)換的電壓值被輸出到壓控振蕩器10的低增 益輸入。比較器9將通過第一濾波器6轉(zhuǎn)換的電壓值與基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較。然后，如果來自于第一濾波器6的電壓大于或者等于基準(zhǔn)電壓Vref，那么比較器9輸出信號(hào)。第三 濾波器8基于從比較器9輸出的信號(hào)將電壓信號(hào)(第三電壓信號(hào))輸出到壓控振蕩器10 的高增益輸入。 另一方面，從第二電荷泵電路5輸出的電流經(jīng)由第二濾波器7被轉(zhuǎn)換為電壓。然 后，第二濾波器7將預(yù)定的恒壓輸出到壓控振蕩器10的低增益輸入。圖7示出根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路的壓控振蕩器10的相位差和時(shí)間、頻率 和時(shí)間、以及控制電壓和時(shí)間之間的關(guān)系。第一濾波器(濾波器1)6輸出第一電壓信號(hào)作為 控制電壓，第二濾波器(濾波器2)7輸出第二電壓信號(hào)作為控制電壓，并且第三濾波器(濾 波器3)8輸出第三電壓信號(hào)作為控制電壓。在根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路中，PLL電路被鎖定的頻率應(yīng)為Fpll，如圖7B 中所示。此外，如圖7A中所示，從當(dāng)PLL電路被鎖定時(shí)的時(shí)刻T5開始，來自于濾波器1的 控制電壓和來自于濾波器2的控制電壓都是基準(zhǔn)電壓Vref。此外，來自于濾波器3的控制 電壓被設(shè)置為預(yù)定的恒壓。如圖7A中所示，當(dāng)PLL電路啟動(dòng)時(shí)，來自于濾波器2的控制電壓逐漸地增加并且 達(dá)到在時(shí)刻Tl被事先指定為濾波器2的輸出電壓的電壓Vref。這時(shí)，PLL電路的振蕩頻率 以比PLL電路被鎖定時(shí)的頻率Fpll低的頻率逐漸地增加。在PLL電路啟動(dòng)時(shí)，來自于濾波器1的控制電壓逐漸地增加，在時(shí)刻T3時(shí)幾乎達(dá) 到電源電壓，并且然后保持恒定。這時(shí)，PLL電路的振蕩頻率以比在PLL電路被鎖定時(shí)的頻 率Fpll低的頻率逐漸地增加。盡管在時(shí)刻T3，PLL電路的振蕩頻率已經(jīng)達(dá)到Fpll，但是在 此時(shí)刻沒有正式地鎖定PLL電路，因此例如，相位差大，并且PLL電路沒有被正確地鎖定。注 意，電流可以被設(shè)計(jì)為在時(shí)刻T3沒有達(dá)到Fpll并且可以被設(shè)置為完全未鎖定狀態(tài)。使用圖1中所示的比較器9將來自于濾波器1的控制電路與基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行 比較。當(dāng)來自于濾波器1的控制電壓超過基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)來自于濾波器3的控制電壓在 時(shí)刻T2增加，并且壓控振蕩器10的高增益路徑開始操作。即，PLL電路的壓控振蕩器10 僅以低增益路徑進(jìn)行操作直到T2，然而壓控振蕩器10從T2開始以低和高增益路徑進(jìn)行操 作。然后，從T2開始濾波器3將控制電壓輸出到壓控振蕩器10的高增益輸入，從而來 自于濾波器1的控制電壓變得與是當(dāng)PLL被鎖定時(shí)的控制電壓的基準(zhǔn)電壓Vref相同。另 一方面，濾波器1和2將控制電壓輸出到壓控振蕩器10的低增益輸入以將PLL電路的相位 差減少到0。參考圖8A解釋這時(shí)的操作。圖8A示出壓控振蕩器10的振蕩頻率與控制電壓之 間的關(guān)系。如圖8A中所示，在低增益路徑中，對(duì)于控制電壓中的變化來說壓控振蕩器10的 振蕩頻率中的變化小(即，圖形的斜率小)。另一方面，在高增益路徑中，對(duì)于控制電壓中的 變化來說壓控振蕩器10的振蕩頻率中的變化大(即，圖形的斜率大)。因此，如果使用壓控 振蕩器10改變振蕩頻率，那么當(dāng)使用高增益路徑時(shí)能夠?qū)⒄袷庮l率更快地設(shè)置為目標(biāo)頻 率(Fpll)0在根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路中，濾波器3將控制電壓輸出到壓控振蕩器10 的高增益路徑，從而從壓控振蕩器10輸出的振蕩頻率將會(huì)是目標(biāo)頻率(Fpll)。此外，同時(shí)， 濾波器1和2將控制電壓輸出到壓控振蕩器10的低增益路徑以將PLL電路的相位差減少到O。 這時(shí)，壓控振蕩器10的高和低增益路徑中的操作相互獨(dú)立。高增益路徑調(diào)節(jié)電 壓，并且低增益路徑作為PLL調(diào)節(jié)相位。然而，基于濾波器1、2以及3中的每一個(gè)的控制電 壓提供的壓控振蕩器10內(nèi)部的總電流值是恒定的，因此在壓控振蕩器10內(nèi)部改變低增益 操作和高增益操作的分配。然后，來自于濾波器1的控制電壓開始減少以接近于基準(zhǔn)電壓Vref，并且在時(shí)刻 T5時(shí)變成與基準(zhǔn)電壓Vref相同。這時(shí)，如圖7C中所示，來自于壓控振蕩器10的輸出Fout 和被輸入到分頻器1的REF之間的相位差開始減少，并且在時(shí)刻T5時(shí)變成0。從時(shí)刻T5開 始，PLL電路被鎖定，并且來自于濾波器1和2的控制電壓都保持在基準(zhǔn)電壓Vref處恒定。 此外，來自于濾波器3的控制電壓被設(shè)置在預(yù)定電壓處恒定。從時(shí)刻T5開始?jí)嚎卣袷幤?0以低增益路徑和高增益路徑進(jìn)行操作。在根據(jù)本示 例性實(shí)施例的PLL電路中，當(dāng)濾波器1的電壓接近基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，低增益路徑變得主要， 并且沒有高增益路徑的效果的影響。因此，當(dāng)被鎖定時(shí)PLL電路以低增益路徑進(jìn)行操作。這 時(shí)，高增益路徑負(fù)責(zé)生成固定的偏置頻率。圖8B示出根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路的壓控振蕩器10中的開環(huán)增益和每個(gè) 濾波器的輸出信號(hào)的頻率之間的關(guān)系。如圖8B中所示，在根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路 的壓控振蕩器10中，使濾波器3的頻帶小于濾波器1和2的頻帶。此外，通過將每個(gè)DC增 益調(diào)節(jié)為最佳值，能夠防止在鎖定處理中調(diào)整到壓控振蕩器10的高增益路徑和低增益路 徑的電流分配時(shí)出現(xiàn)周跳。此外，能夠在鎖定PLL電路的同時(shí)忽略高增益路徑(濾波器3 的路徑)。因此，在根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路中，壓控振蕩器10的增益能夠在PLL電 路被鎖定的同時(shí)變小，因此對(duì)控制電壓的敏感性能夠變小。這能夠減少在鎖定PLL電路時(shí) 的壓控振蕩器10的噪聲敏感性。此外，根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路被提供有第一和第 二電荷泵電路4、5來以不同的電流操作第一和第二濾波器6，7。這減少組成第一濾波器6 的電容器的電容值，從而減少PLL電路的面積。根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路不僅實(shí)現(xiàn) 不同電流的情況下的容量減少，而且可以實(shí)現(xiàn)不同增益的情況下的容量減少或者可以組合 電流和增益。此外，圖14中所示的在日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開No. 2008-48320中公布的 PLL電路，被提供有經(jīng)過第一電荷泵213、積分濾波器214、以及第一電壓電流轉(zhuǎn)換電路215 的路徑，和經(jīng)過第二電荷泵電路216、波紋濾波器217、以及第二電壓電流轉(zhuǎn)換電路218的路 徑。因此很難匹配兩條路徑的增益。然而，在根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路中，當(dāng)PLL電 路被鎖定時(shí)第一濾波器6和第二濾波器7的輸出電壓被設(shè)置為相同。這能夠?qū)崿F(xiàn)具有固定 的控制電壓的壓控振蕩器(VCO) 10并且還實(shí)現(xiàn)壓控振蕩器10穩(wěn)定地進(jìn)行操作。[第二示例性實(shí)施例]在下文中解釋本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例。圖9是示出根據(jù)本示例性實(shí)施例的 PLL電路的電路構(gòu)造的框圖。如圖9中所示，根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路與第一示例 性實(shí)施例的不同之處在于生成被提供給壓控振蕩器(VCO)IO的高增益輸入的第三電壓信 號(hào)的電壓控制單元30的構(gòu)造。其它的構(gòu)造與第一示例性實(shí)施例相同，因此省略了重復(fù)的解 釋。
根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路的電壓控制單元30包括比較器9、計(jì)數(shù)器31、時(shí) 鐘生成電路32、運(yùn)算電路33、以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(在下文中被稱為DAC) 34。
比較器9將基準(zhǔn)電壓Vref與經(jīng)由結(jié)點(diǎn)15從第一濾波器6提供的第一電壓信號(hào)進(jìn) 行比較，并且經(jīng)由結(jié)點(diǎn)16將比較結(jié)果輸出到計(jì)數(shù)器31。例如，如果第一電壓信號(hào)大于或者 等于基準(zhǔn)電壓Vref，那么比較器9輸出“ 1”。如果第一電壓信號(hào)小于基準(zhǔn)電壓Vref，那么比 較器9輸出“0”。計(jì)數(shù)器31根據(jù)從時(shí)鐘生成電路32提供的時(shí)鐘生成計(jì)數(shù)值。例如，如果比較器9的 輸出是“1”，那么計(jì)數(shù)器31在從時(shí)鐘生成電路32輸出的時(shí)鐘的上升沿輸出“1”。在這里， “1”表示計(jì)數(shù)增加(UP)。另一方面，如果比較器9的輸出是“0”，那么計(jì)數(shù)器31在從時(shí)鐘生 成電路32輸出的時(shí)鐘的上升沿輸出“0”。在這里，“0”表示計(jì)數(shù)減少(DN)。來自于計(jì)數(shù)器 31的輸出被提供給運(yùn)算電路33。例如，如圖IOA中所示，時(shí)鐘生成電路32可以由環(huán)形振蕩器組成，該環(huán)形振蕩器包 括奇數(shù)個(gè)反相器41_1至41_3 (在圖IOA的情況下3級(jí))。例如，如圖IOB中所示，鐘生成電 路32也可以由奇數(shù)個(gè)反相器41_1至41_3和在其后級(jí)中的分頻電路42組成。運(yùn)算電路33根據(jù)從計(jì)數(shù)器31提供的計(jì)數(shù)值計(jì)算要被提供給DAC34的控制代碼。 即，如果來自于計(jì)數(shù)器31的輸出是“ 1，，那么運(yùn)算電路進(jìn)行加法計(jì)算，并且如果來自于計(jì)數(shù) 器31的輸出是“0”那么進(jìn)行減法計(jì)算。DAC 34根據(jù)來自于運(yùn)算電路33的控制代碼生成第三電壓信號(hào)。然后，第三生成的 電壓信號(hào)經(jīng)由結(jié)點(diǎn)17被提供給壓控振蕩器10的高增益輸入。必須以高增益路徑(電壓控制單元)處于比低增益路徑低的頻帶中的方式設(shè)計(jì)根 據(jù)本發(fā)明的PLL電路。因此，電壓控制單元30必須由極其低頻帶的低通濾波器組成。盡管 能夠通過比較器9和第三濾波器8以與第一示例性實(shí)施例類似的方式組成電壓控制單元 30，然而這增加電路面積并且不容易動(dòng)態(tài)地改變特性。即，為了實(shí)現(xiàn)低頻帶，由于電容用于 第三濾波器8，根據(jù)第一示例性實(shí)施例的PLL電路的電壓控制單元30需要減少電容器9的 增益(即，減少輸出電流)并且增加用于第三濾波器8的容量。因此，容易受到泄漏電流的 影響，并且電路面積也增加。根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路通過電壓控制單元30的上述構(gòu)造能夠解決此問 題。即，根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路的電壓控制單元30能夠增加比較器9的輸出電流， 并且DAC 34的輸出電流還能夠被指定到忽略泄漏電流的范圍。因此能夠減少泄漏電流的影響。根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路的電壓控制單元30通過用于監(jiān)測(cè)比較器9的輸 出結(jié)果的數(shù)字電路的計(jì)數(shù)值等等控制頻帶。因此，在沒有改變比較器9的增益或者第三濾 波器8的容量的情況能夠控制頻帶。這能夠?qū)崿F(xiàn)較低的頻帶同時(shí)沒有增加電壓控制單元30 的電路面積。此外，根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路的電壓控制單元30使用數(shù)字電路控制頻 帶，因此通過改變計(jì)數(shù)值等等能夠動(dòng)態(tài)地改變頻帶。此外，根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路 的電壓控制單元30使用計(jì)數(shù)器31計(jì)數(shù)時(shí)鐘，因此具有時(shí)間信息。因此，電壓控制單元30 能夠自由地指定第三電壓信號(hào)的值。因此，例如，能夠當(dāng)PLL電路啟動(dòng)時(shí)高速鎖定，并且在 PLL電路被鎖定之后以低速進(jìn)行操作。
[第三示例性實(shí)施例]接下來，在下文中解釋本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例。圖11示出根據(jù)本示例性實(shí)施 例的PLL電路的電路構(gòu)造的框圖。如圖11中所示，根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL電路不同于 第二實(shí)施例，不同之處在于被輸入到分頻器1的時(shí)鐘REF (即，被輸入到相位比較器的時(shí)鐘) 被用作輸入到電壓控制單元30的計(jì)數(shù)器31的時(shí)鐘。根據(jù)示例性實(shí)施例的PLL電路能夠通 過控制通過分頻控制電路35輸入到分頻器1的時(shí)鐘REF來調(diào)節(jié)被輸入到計(jì)數(shù)器31的時(shí)鐘 的頻率。其它的構(gòu)造與第二示例性實(shí)施例的相同，因此省略了重復(fù)的解釋。在第二示例性實(shí)施例中，圖10中所示的環(huán)路振蕩器生成時(shí)鐘，然而在這樣的情況 下，由于振蕩頻率取決于處理，有時(shí)很難外部地進(jìn)行控制。然而，根據(jù)本示例性實(shí)施例的PLL 電路中的電壓控制單元30使用被輸入到分頻器1的時(shí)鐘REF，作為被輸入到計(jì)數(shù)器31的 時(shí)鐘。因此，由于已知被輸入到分頻器1的時(shí)鐘REF的頻率，所以更加容易通過電壓控制單 元30掌握時(shí)間間隔。這能夠自動(dòng)地鏈接時(shí)鐘REF以容易地控制電壓控制單元30的頻率特 性。此外，由于沒有必要與第二示例性實(shí)施例中的一樣提供時(shí)鐘生成電路，因此能夠 減少電路面積并且從而減少功率消耗。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)需要組合第一和第二示例性實(shí)施例，第一和第三示例 性實(shí)施例。雖然已經(jīng)按照若干示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解本 發(fā)明可以在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改的實(shí)踐，并且本發(fā)明并不限于上述的示 例。此外，權(quán)利要求的范圍不受到上述的示例性實(shí)施例的限制。此外，應(yīng)當(dāng)注意的是，申請(qǐng)人意在涵蓋所有權(quán)利要求要素的等同形式，即使在后期 的審查過程中對(duì)權(quán)利要求進(jìn)行過修改亦是如此。
權(quán)利要求
一種PLL電路，包括第一和第二電荷泵電路，所述第一和第二電荷泵電路根據(jù)相位比較器的輸出信號(hào)控制輸出電壓；第一濾波器，所述第一濾波器濾除被包括在根據(jù)從所述第一電荷泵電路輸出的電流生成的信號(hào)中的預(yù)定的頻率分量，并且輸出所述信號(hào)作為第一電壓信號(hào)；第二濾波器，所述第二濾波器輸入從所述第二電荷泵電路輸出的電流并且輸出預(yù)定的恒壓作為第二電壓信號(hào)；電壓控制單元，所述電壓控制單元根據(jù)所述第一電壓信號(hào)和基準(zhǔn)電壓信號(hào)之間的比較結(jié)果輸出第三電壓信號(hào)，其中所述第一電壓信號(hào)是從所述第一濾波器輸出的；以及壓控振蕩器，所述壓控振蕩器具有第一低增益特性、第二低增益特性、以及高增益特性，并且通過所述第一電壓信號(hào)控制所述壓控振蕩器以所述第一低增益特性工作、通過所述第二電壓信號(hào)控制所述壓控振蕩器以所述第二低增益特性工作，并且通過所述第三電壓信號(hào)控制所述壓控振蕩器以所述高增益特性工作，從而所述壓控振蕩器根據(jù)所述第一至第三電壓信號(hào)來生成振蕩頻率，其中所述PLL電路將所述壓控振蕩器的輸出信號(hào)反饋到所述相位比較器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLL電路，其中要與所述第一電壓信號(hào)進(jìn)行比較的所述基準(zhǔn) 信號(hào)與從所述第二濾波器輸出的預(yù)定的恒壓相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLL電路，其中所述第二濾波器包括電容器，所述電容器被提供在輸入端和接地電壓之間，所述輸入端與所述第二電荷泵 電路相連接；和N溝道晶體管，所述N溝道晶體管具有與接地電壓相連接的源極、與至所述壓控振蕩器 的輸出端相連接的漏極以及柵極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLL電路，其中通過所述第二電壓信號(hào)來確定所述PLL電路 的振蕩頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLL電路，其中根據(jù)所述第一電壓信號(hào)的電壓和所述第二電 壓信號(hào)的電壓之間的比較結(jié)果，所述壓控振蕩器以所述高增益特性操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PLL電路，其中如果所述第一電壓信號(hào)的電壓大于或者等于 所述第二電壓信號(hào)的電壓，那么所述壓控振蕩器以所述高增益特性操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLL電路，其中第三電壓信號(hào)是包括從所述壓控振蕩器輸出 的振蕩頻率的目標(biāo)頻率的電壓信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLL電路，其中所述第一和第二信號(hào)是用于將所述基準(zhǔn)信號(hào) 的相位和所述壓控振蕩器的輸出信號(hào)的相位之間的差減少到0的電壓信號(hào)，通過所述相位 比較器比較所述差。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLL電路，其中如果PLL電路被鎖定，那么所述第一電壓信號(hào) 的電壓和所述第二電壓信號(hào)的電壓是基準(zhǔn)電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLL電路，其中如果PLL電路被鎖定，那么所述壓控振蕩器 的第一和第二低增益特性是主要的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLL電路，其中所述電壓控制單元包括比較器，所述比較器將所述第一電壓信號(hào)與所述基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，所述第一電壓信號(hào)是從所述第一濾波器輸出的；和第三濾波器，所述第三濾波器根據(jù)所述比較器的輸出生成所述第三電壓信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLL電路，其中所述電壓控制單元包括比較器，所述比較器將所述第一電壓信號(hào)與所述基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，所述第一電壓信 號(hào)是從所述第一濾波器輸出的；計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器根據(jù)時(shí)鐘輸出所述比較器的比較結(jié)果； 運(yùn)算電路，所述運(yùn)算電路計(jì)數(shù)所述計(jì)數(shù)器的輸出；以及 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器根據(jù)所述運(yùn)算電路的計(jì)算結(jié)果生成所述第三電壓信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的PLL電路，進(jìn)一步包括時(shí)鐘生成電路，所述時(shí)鐘生成電路生 成要被輸入到所述計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的PLL電路，其中使用要被輸入到所述相位比較器的時(shí)鐘生 成要被輸入到所述計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的PLL電路，進(jìn)一步包括分頻控制電路，所述分頻控制電路輸 入要被輸入到所述相位比較器的時(shí)鐘并且調(diào)節(jié)所述時(shí)鐘的頻率，其中所述計(jì)數(shù)器輸入通過所述分頻控制電路調(diào)節(jié)的時(shí)鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種PLL電路。PLL電路包括第一和第二電荷泵電路，該第一和第二電荷泵電路根據(jù)相位比較器的輸出信號(hào)控制輸出電壓；第一濾波器，該第一濾波器濾除被包括在根據(jù)從第一電荷泵電路輸出的電流生成的信號(hào)中的預(yù)定的頻率分量，并且輸出信號(hào)作為第一電壓信號(hào)；第二濾波器，該第二濾波器輸入從第二電荷泵電路輸出的電流并且輸出預(yù)定的恒壓作為第二電壓信號(hào)；電壓控制單元，該電壓控制單元根據(jù)從第一濾波器輸出的第一電壓信號(hào)和基準(zhǔn)電壓信號(hào)之間的比較結(jié)果輸出第三電壓信號(hào)；以及壓控振蕩器，所述壓控振蕩器具有第一低增益特性、第二低增益特性、以及高增益特性，并且通過第一至第三電壓信號(hào)來進(jìn)行控制以生成振蕩頻率。
文檔編號(hào)H03L7/08GK101873132SQ20101016906
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者平井良能 申請(qǐng)人:瑞薩電子株式會(huì)社