專利名稱：Pll頻率合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用在無線通信領(lǐng)域的半導(dǎo)體集成電路中，用于發(fā)送/接收電波所需要的本地信號(hào)的PLL頻率合成器，特別涉及該P(yáng)LL頻率合成器的特性改善。
背景技術(shù)：
將以往的PLL頻率合成器的結(jié)構(gòu)表示為圖11。
圖11所示的以往的PLL頻率合成器，具有壓控振蕩器VCO、可編程分頻器DIV、相位比較器PFD、電荷泵電路CP、以及環(huán)路濾波器LF。
上述壓控振蕩器VCO，根據(jù)振蕩頻率控制信號(hào)VT(后述)使振蕩頻率發(fā)生變化。上述分頻器DIV，以與從外部輸入的信道選擇信號(hào)對(duì)應(yīng)的分頻比對(duì)來自壓控振蕩器VCO的振蕩頻率進(jìn)行分頻。上述相位比較器PFD，檢測(cè)來自上述分頻器DIV的輸出信號(hào)fDIV與從外部輸入的參考信號(hào)fREF之間的相位差，輸出該相位差信號(hào)。上述電荷泵電路CP根據(jù)來自上述相位比較器PFD的相位差信號(hào)，使電流流入或流出輸出點(diǎn)。上述環(huán)路濾波器LF，對(duì)來自上述電荷泵電路CP的輸出電流的高頻成分進(jìn)行濾波，并且將該輸出電流轉(zhuǎn)換為直流電壓值。上述環(huán)路濾波器LF的輸出，作為振蕩頻率控制信號(hào)VT，反饋到壓控振蕩器VCO。
如這樣構(gòu)成的以往的PLL頻率合成器的輸出頻率fout，使用參考信號(hào)的頻率fref與程控分頻器DIV的分頻比N，以通過下面的式1表示的頻率來表現(xiàn)。
fout＝N·fref.....(1)在實(shí)際的無線電收發(fā)機(jī)中，通過使上述參考信號(hào)的頻率fref或分頻比N變化、或者使這兩者變化，從而獲得預(yù)定的輸出頻率fout，將該輸出頻率fout的信號(hào)作為本地信號(hào)，用于無線信號(hào)的發(fā)送/接收。
該P(yáng)LL頻率合成器的開環(huán)增益GH(s)，以下面的式2表示。
GH(s)=Kp·Zlf(s)·KVCOs·1N···(2)]]>此處，KVCO為壓控振蕩器VCO的靈敏度，N為分頻數(shù)，ZIf(s)為環(huán)路濾波器的傳遞函數(shù)，Kp為相位比較器PFD和電荷泵電路CP的變頻增益。該變頻增益Kp在將電荷泵電流設(shè)定為ICP時(shí)，以下面的式(3)表示。
Kp=ICP2π···(3)]]>壓控振蕩器VCO的靈敏度KVCO，以相對(duì)于所輸入的振蕩頻率控制信號(hào)VT的變化的振蕩頻率的變化的比率來表示。在作為無線通信設(shè)備的PLL頻率合成器而普遍使用的LC型壓控振蕩器LC-VCO中，通過振蕩頻率控制信號(hào)VT輸出到可變電容，可變電容的電容值根據(jù)該振蕩頻率控制信號(hào)VT的電壓而變化，使壓控振蕩器VCO的振蕩頻率發(fā)生變化。
此處，作為可變電容而頻繁地被使用的MOS型可變電容、p-n結(jié)型可變電容的可變電容特性，一般地對(duì)于輸入(即振蕩頻率控制信號(hào)VT)為非線性，結(jié)果是壓控振蕩器VCO的振蕩頻率特性，對(duì)于輸入的振蕩頻率控制信號(hào)VT也變成非線性。將j-n結(jié)電容用作了可變電容的普通的壓控振蕩器VCO，具有圖12A所示那樣的振蕩頻率fVCO的特性，其靈敏度KVCO變成圖12B所示那樣的特性。此處，電荷泵電流ICP，一般地如圖12C所示那樣為恒定電流，因此，具有這樣的壓控振蕩器VCO的PLL頻率合成器的開環(huán)增益GH(s)，如圖12D所示那樣變成非線性，變成PLL頻率合成器整體的環(huán)路增益特性按照振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位而進(jìn)行變化。由振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位造成的該環(huán)路增益特性的變動(dòng)，成為鎖定時(shí)間的變動(dòng)、相位噪聲特性的變動(dòng)等的原因，構(gòu)成特性劣化的主要因素。
為了解決這一課題，作為以往技術(shù)，存在專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)。在該技術(shù)中，將振蕩頻率控制信號(hào)VT進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使用DSP(Digital Signal Processor)通過高速采樣檢測(cè)出PLL頻率合成器的收斂過程中的瞬態(tài)響應(yīng)，從而求出壓控振蕩器VCO的靈敏度KVCO，根據(jù)該結(jié)果使相位比較器PED和電荷泵電路CP的變頻增益Kp發(fā)生變化，使PLL頻率合成器的傳遞特性保持恒定。
專利文獻(xiàn)1日本特開平10-154934號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容但是，上述以往的技術(shù)存在如下的問題由于需要A/D轉(zhuǎn)換器、DSP、以及D/A轉(zhuǎn)換器，因此價(jià)格增高，電路面積大幅度增加，并無法避免地造成整個(gè)PLL頻率合成器的電路面積的增大，結(jié)果導(dǎo)致安裝PLL頻率合成器的產(chǎn)品尺寸增大，成本上升。而且，從這些電路產(chǎn)生的噪聲還構(gòu)成使PLL頻率合成器的特性劣化的主要因素。
本發(fā)明是為了解決上述以往的課題而完成的，其目的在于，一方面抑制電路面積的增加和價(jià)格的增高，一方面不招致PLL頻率合成器的特性劣化地將PLL頻率合成器的環(huán)路特性的變動(dòng)抑制到最小。
為了實(shí)現(xiàn)以上的目的，在本發(fā)明中，不象以往那樣使用A/D轉(zhuǎn)換器、DSP、以及D/A轉(zhuǎn)換器，而是采用以簡單的結(jié)構(gòu)使相位比較器和電荷泵電路的變頻增益發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)。
即，本發(fā)明的PLL頻率合成器的特征在于，包括壓控振蕩器，根據(jù)振蕩頻率控制信號(hào)的電位使振蕩頻率發(fā)生變化；分頻器，以預(yù)定的分頻比對(duì)來自上述壓控振蕩器的振蕩頻率進(jìn)行分頻；相位比較器，接受來自上述分頻器的輸出信號(hào)和來自外部的參考信號(hào)，檢測(cè)這兩個(gè)信號(hào)間的相位差，輸出相位差信號(hào)；電荷泵電路，根據(jù)上述相位比較器的相位差信號(hào)，使恒定電流流入或流出；環(huán)路濾波器，對(duì)上述電荷泵電路輸出的高頻成分進(jìn)行濾波，并且將從上述電荷泵電路流入或流出的電流轉(zhuǎn)換成電壓，作為上述振蕩頻率控制信號(hào)輸出；以及線性化電路，控制上述相位比較器和上述電荷泵電路的變頻增益，以補(bǔ)償對(duì)PLL頻率合成器的環(huán)路增益的上述振蕩頻率控制信號(hào)的非線性。
本發(fā)明的PLL頻率合成器的特征在于上述線性化電路，接受上述環(huán)路濾波器的振蕩頻率控制信號(hào)，根據(jù)該振蕩頻率控制信號(hào)的電位，連續(xù)地控制上述相位比較器和電荷泵電路的變頻增益。
本發(fā)明的PLL頻率合成器的特征在于上述線性化電路具有晶體管，其流過的電流根據(jù)上述環(huán)路濾波器的振蕩頻率控制信號(hào)的電位而變化的；根據(jù)流過該晶體管的電流的值，連續(xù)地控制上述相位比較器和電荷泵電路的變頻增益。
本發(fā)明的PLL頻率合成器的特征在于上述線性化電路具有的晶體管為多個(gè)晶體管，根據(jù)流過上述多個(gè)晶體管的電流的總和，連續(xù)地控制上述相位比較器和電荷泵電路的變頻增益。
本發(fā)明的PLL頻率合成器的特征在于上述線性化電路具有的多個(gè)晶體管，閾值電壓各不相同。
本發(fā)明的PLL頻率合成器的特征在于上述線性化電路，具有產(chǎn)生偏壓的偏壓發(fā)生電路，上述線性化電路具有的晶體管，源極被輸入上述偏壓發(fā)生電路的偏壓，柵極被輸入上述環(huán)路濾波器的振蕩頻率控制信號(hào)，根據(jù)流過該晶體管的電流的值，連續(xù)地控制上述相位比較器和電荷泵電路的變頻增益。
本發(fā)明的PLL頻率合成器的特征在于上述線性化電路具有的晶體管為多個(gè)晶體管，根據(jù)流過上述多個(gè)晶體管的電流的總和，連續(xù)地控制上述相位比較器和電荷泵電路的變頻增益。
本發(fā)明的PLL頻率合成器的特征在于上述偏壓發(fā)生電路，產(chǎn)生多個(gè)不同的偏壓，上述線性化電路具有的多個(gè)晶體管的各自的源極被輸入來自上述偏壓發(fā)生電路的不同的偏壓。
本發(fā)明的PLL頻率合成器的特征在于上述偏壓發(fā)生電路，根據(jù)從外部輸入的偏壓設(shè)定信號(hào)，變更產(chǎn)生的多個(gè)偏壓。
本發(fā)明的PLL頻率合成器的特征在于上述線性化電路具有的多個(gè)晶體管，由P型或者N型的MOS晶體管構(gòu)成，或者由P型和N型的MOS晶體管構(gòu)成。
本發(fā)明的PLL頻率合成器的特征在于上述線性化電路具有電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，將來自上述環(huán)路濾波器的振蕩頻率控制信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換為電流；和電荷泵電流控制電路，接受來自上述電壓-電流轉(zhuǎn)換電路的電流，生成與該接受的電流的值對(duì)應(yīng)的電荷泵電流控制信號(hào)，將該電荷泵電流控制信號(hào)輸出到上述電荷泵電路，上述電荷泵電路，根據(jù)來自上述電荷泵電流控制電路的電荷泵電流控制信號(hào)，調(diào)整流過的電流的值。
根據(jù)以上內(nèi)容，在本發(fā)明中，線性化電路例如根據(jù)來自環(huán)路濾波器的振蕩頻率控制信號(hào)的電位，連續(xù)地控制相位比較器和電荷泵電路的變頻增益，因此，不需要象以往那樣使用A/D轉(zhuǎn)換器、DSP和D/A轉(zhuǎn)換器，能夠以使用了線性化電路的相對(duì)簡單的結(jié)構(gòu)，不依賴振蕩頻率控制信號(hào)的電位就將PLL頻率合成器的環(huán)路增益特性調(diào)整為恒定。
特別是在本發(fā)明中，線性化電路利用晶體管對(duì)輸入電壓的電流驅(qū)動(dòng)能力的變化，控制相位比較器和上述電荷泵電路的變頻增益，因此，能夠以更為簡單的結(jié)構(gòu)，將PLL頻率合成器的環(huán)路增益特性調(diào)整為恒定。
如以上說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，使用線性化電路連續(xù)地控制相位比較器和電荷泵電路的變頻增益，因此能夠以比以往簡單的結(jié)構(gòu)將PLL頻率合成器的環(huán)路增益特性調(diào)整為恒定。因此，能夠在整個(gè)寬頻抑制鎖定時(shí)間的變動(dòng)、相位噪聲特性的變動(dòng)等，能夠以低價(jià)格和高性能提供寬頻無線通信領(lǐng)域所需要的寬頻PLL頻率合成器。
特別是，根據(jù)本發(fā)明，能夠以更為簡單的結(jié)構(gòu)，將PLL頻率合成器的環(huán)路增益特性調(diào)整為恒定。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的PLL頻率合成器的整體結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示上述PLL頻率合成器具有的線性化電路的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示上述線性化電路的具體結(jié)構(gòu)的圖。
圖4A是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的PLL頻率合成器具有的壓控振蕩器的振蕩頻率特性的圖；圖4B是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的PLL頻率合成器中該壓控振蕩器的靈敏度的圖；圖4C是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的PLL頻率合成器中電荷泵電流特性的圖；圖4D是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的PLL頻率合成器的環(huán)路增益特性的圖。
圖5是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的PLL頻率合成器具有的線性化電路的具體結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示上述PLL頻率合成器具有的電荷泵的電流特性的圖。
圖7是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的PLL頻率合成器具有的線性化電路的具體結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的PLL頻率合成器具有的線性化電路的具體結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的PLL頻率合成器具有的線性化電路的具體結(jié)構(gòu)的圖。
圖10A是表示在本發(fā)明的第5實(shí)施方式的PLL頻率合成器中壓控振蕩器的振蕩頻率特性的圖；圖10B是表示在本發(fā)明的第5實(shí)施方式的PLL頻率合成器中該壓控振蕩器的靈敏度的圖；圖10C是表示在本發(fā)明的第5實(shí)施方式的PLL頻率合成器中電荷泵電流特性的圖；圖10D是表示在本發(fā)明的第5實(shí)施方式的PLL頻率合成器的環(huán)路增益特性的圖。
圖11是表示以往的PLL頻率合成器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖12A是表示以往的PLL頻率合成器具有的壓控振蕩器的振蕩頻率特性的圖；圖12B是表示在以往的PLL頻率合成器中該壓控振蕩器的靈敏度的圖；圖12C是表示在以往的PLL頻率合成器中電荷泵電流特性的圖；圖12D是表示以往的PLL頻率合成器的環(huán)路增益特性的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的PLL頻率合成器進(jìn)行說明。
(第1實(shí)施方式)圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的PLL頻率合成器的結(jié)構(gòu)的圖。
在該圖中，PLL頻率合成器具有壓控振蕩器VCO、可編程分頻器DIV、相位比較器PFD、電荷泵電路CP、以及環(huán)路濾波器LF。
上述壓控振蕩器VCO，根據(jù)振蕩頻率控制信號(hào)VT的電壓使振蕩頻率發(fā)生變化。上述分頻器DIV，以與從外部輸入的信道選擇信號(hào)對(duì)應(yīng)的分頻比對(duì)來自壓控振蕩器VCO的振蕩頻率fOUT進(jìn)行分頻。上述相位比較器PFD，檢測(cè)來自上述分頻率DIV的輸出信號(hào)fDIV與從外部輸入的參考信號(hào)fREF之間的相位差，輸出其相位差信號(hào)。上述電荷泵電路CP，根據(jù)來自上述相位比較器PFD的相位差信號(hào)，使電流流入或流出輸出點(diǎn)。上述環(huán)路濾波器LF，對(duì)來自上述電荷泵電路CP的輸出電流的高頻成分進(jìn)行濾波，并且將該輸出電流轉(zhuǎn)換為直流電壓值。上述環(huán)路濾波器LF的輸出，作為振蕩頻率控制信號(hào)VT被反饋到壓控振蕩器VCO。
而且，在本實(shí)施方式中，還具有線性化電路6，其中，該線性化電路6連續(xù)地控制相位比較器PFD和電荷泵電路CP的變頻增益Kp，以補(bǔ)償上述壓控振蕩器VCO的靈敏度(具體而言為輸出的振蕩頻率fOUT的變化的比率)對(duì)于振蕩頻率控制信號(hào)VT的非線性。以下，對(duì)該線性化電路6進(jìn)行說明。
將上述線性化電路6的內(nèi)部結(jié)構(gòu)表示為圖2。該圖的線性化電路6具有V-I轉(zhuǎn)換電路(電壓-電流轉(zhuǎn)換電路)7、和電荷泵偏壓電流控制電路(以下簡稱為CP偏壓控制電路)8。上述V-I轉(zhuǎn)換電路7，輸入來自環(huán)路濾波器LF的振蕩頻率控制信號(hào)VT，將該振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位水平，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于該電位水平的電流值V-IOUT。而且，上述CP偏壓控制電路(電荷泵偏壓電流控制電路)8，根據(jù)由上述V-I轉(zhuǎn)換電路7獲得的電流值V-IOUT，輸出作為控制電荷泵電路CP的電荷泵電流ICP的偏壓電流值的信號(hào)的電荷泵電流控制信號(hào)CPCONT。
將上述圖2所示的線性化電路6內(nèi)的V-I轉(zhuǎn)換電路7、和CP偏壓控制電路8的具體結(jié)構(gòu)表示為圖3。在圖3中，V-I轉(zhuǎn)換電路7的P型晶體管MP1與N型晶體管MN1的串聯(lián)電路配置在電源和接地之間。來自環(huán)路濾波器LF的振蕩頻率信號(hào)VT輸入到N型晶體管MN1的柵極，根據(jù)該振蕩頻率信號(hào)VT的電位，其流過的電流I1的值發(fā)生變化。即，N型晶體管MN1的電流驅(qū)動(dòng)能力，隨著振蕩頻率信號(hào)VT的電位的上升而增大，流過的電流值I1增加。
此外，在圖3所示CP偏壓控制電路8中，具有P型晶體管MP2，由該P(yáng)型晶體管MP2和上述V-I轉(zhuǎn)換電路7的P型晶體管MP1構(gòu)成電流鏡電路，該電流鏡電路對(duì)流過上述V-I轉(zhuǎn)換電路7的N型晶體管MN1的電流值I1進(jìn)行反映，將該電流值I1取入到CP偏壓控制電路8內(nèi)。而且，CP偏壓控制電路8，從由2個(gè)P型晶體管MP3、MP4構(gòu)成的電流鏡電路和基準(zhǔn)電流源10生成電流I0，將該電流值I0與上述取入的電流值I1相加，使該合計(jì)電流值I0+I1流入N型晶體管MN2，將該電流值I0+I1作為電荷泵電流控制信號(hào)CPCONT，從作為上述N型晶體管MN2的柵極的結(jié)點(diǎn)，賦予圖1所示的電荷泵電路CP，控制該電荷泵電路CP的電荷泵電流ICP。對(duì)于如何使用該電荷泵電流控制信號(hào)CPCONT來控制電荷泵電流ICP，省略相關(guān)圖示，但是，只需使得從電荷泵電路CP流過與電荷泵電流控制信號(hào)CPCONT的值成比例的電流即可。
圖4表示本實(shí)施方式的PLL頻率合成器的各部和整體的環(huán)路增益特性。圖4A表示使用了p-n結(jié)型可變電容的普通的壓控振蕩器VCO的振蕩頻率fVCO的特性。圖4B表示該壓控振蕩器VCO的靈敏度KVCO的特性。正如通過該圖4A、圖4B可以明確的那樣，隨著振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位的增大，壓控振蕩器VCO的振蕩頻率fVCO的變化的比率變小，靈敏度KVCO也變小。圖4C表示電荷泵電路CP的電流特性。該圖4C所示的虛線為圖1所示的以往例中的電荷泵電流ICP，為恒定值，但在本實(shí)施方式中，如用實(shí)線所表示的那樣，通過線性化電路6，電荷泵電流ICP變成隨著振蕩頻率信號(hào)VT的電位的增大而增加。因此，如圖4D所示那樣，PLL頻率合成器整體的環(huán)路增益GH(s)特性，與將電荷泵電路CP的電流ICP和壓控振蕩器VCO的靈敏度KVCO的特性相乘的值成比例。因而，以往如該圖4D中以虛線所示的那樣，PLL頻率合成器整體的環(huán)路增益GH(s)特性，隨著振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位的增大而單調(diào)減少，對(duì)振蕩頻率控制信號(hào)VT的變動(dòng)大，與此不同，在本實(shí)施方式中，可以通過線性化電路6，使這種變動(dòng)如該圖4D中實(shí)線所示那樣地減少。
由此，本實(shí)施方式的PLL頻率合成器，僅添加圖3所示的極為簡單的線性化電路6，不依賴振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位水平地使PLL頻率合成器整體的環(huán)路增益GH(s)的特性達(dá)到大致恒定，因此，能夠通過增加極小規(guī)模的電路實(shí)現(xiàn)在整個(gè)寬頻使PLL頻率合成器的鎖定時(shí)間、相位噪聲特性的變動(dòng)降低的效果。
(第2實(shí)施方式)下面，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式進(jìn)行說明。本實(shí)施方式對(duì)上述第1實(shí)施方式所示的線性化電路6進(jìn)行了變形。
即，圖5所示的線性化電路6′，在V-I轉(zhuǎn)換電路7′中，配置有P型和N型晶體管MP1A、MN1A的串聯(lián)電路、及其他的P型和N型晶體管MP1B、MN1B的串聯(lián)電路這2個(gè)電路，來自上述環(huán)路濾波器LF的振蕩頻率信號(hào)VT分別輸入到上述這2個(gè)N型晶體管MN1A、MN1B的柵極。因此，與圖3所示的V-I轉(zhuǎn)換電路7同樣地，分別流過各串聯(lián)電路的2個(gè)N型晶體管MN1A、MN1B的電流I1A、I1B，根據(jù)該各自晶體管的柵極接受的振蕩頻率信號(hào)VT的電位發(fā)生變化。而且，在CP偏壓控制電路8′中，還具有電流取入用的2個(gè)P型晶體管MP2A、MP2B，流入上述V-I轉(zhuǎn)換電路7′的2個(gè)電流I1A、I1B，通過電流鏡結(jié)構(gòu)被取入到CP偏壓控制電路8′內(nèi)。該被取入的2個(gè)電流I1A、I1B，如圖6中也表示的那樣，與基準(zhǔn)電流IO相加，作為電荷泵電流控制信號(hào)CPCONT，從N型晶體管MN2的柵極賦予給圖1的電荷泵電路CP。
此處，在上述V-I轉(zhuǎn)換電路7′中，2個(gè)N型晶體管MN1A、MN1B具有不同的閾值電壓，即便是相同的偏壓值(振蕩頻率控制信號(hào)VT)也由于電流驅(qū)動(dòng)能力的差，而使流過的電流量I1A、I1B相互不同。因此，在本實(shí)施方式中，對(duì)于振蕩頻率控制信號(hào)VT的變化，能夠?qū)碜訡P偏壓控制電路8′的電荷泵電流控制信號(hào)CPCONT進(jìn)行更為細(xì)微的控制。由此，能夠使電荷泵電流ICP對(duì)振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位依賴，接近壓控振蕩器VCO的靈敏度特性，可以進(jìn)一步降低由振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位變化給PLL頻率合成器帶來的變動(dòng)。
另外，在本實(shí)施方式中為使2個(gè)N型晶體管MN1A、MN1B的閾值電壓相互不同，對(duì)電荷泵電流控制信號(hào)CPCONT進(jìn)行了細(xì)微的控制，但顯然也可以設(shè)置3個(gè)以上的N型晶體管，也可以通過以閾值電壓以外的參數(shù)控制流過各N型晶體管的電流，從而對(duì)電荷泵電流控制信號(hào)CPCONT進(jìn)行細(xì)微的控制。
(第3實(shí)施方式)接著，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施方式進(jìn)行說明。本實(shí)施方式對(duì)上述第1實(shí)施方式所示的線性化電路6進(jìn)行了變形。
即，圖7所示的線性化電路6″，在V-I轉(zhuǎn)換電路7″中，在柵極接受振蕩頻率控制信號(hào)VT的N型晶體管MN1的源極和接地之間，配置有N型晶體管MN3。在該N型晶體管MN3的柵極上，連接有運(yùn)算放大器12，上述N型晶體管MN1的源電壓、和由偏壓發(fā)生電路11產(chǎn)生的偏壓輸入到該運(yùn)算放大器12。上述運(yùn)算放大器12控制N型晶體管MN3，使上述N型晶體管MN1的源電壓、與由偏壓發(fā)生電路11產(chǎn)生的偏壓一致。另外，圖7所示的CP偏壓控制電路8，與圖1的偏壓控制電路8為同一結(jié)構(gòu)。
因此，流入V-I轉(zhuǎn)換電路7″的N型晶體管MN1的電流I1，由偏壓發(fā)生電路11的偏壓、同環(huán)路濾波器LF的振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位決定。由此，通過由從外部輸入的偏壓設(shè)定信號(hào)，對(duì)偏壓發(fā)生電路11的偏壓進(jìn)行各種各樣的設(shè)定，可以對(duì)來自CP偏壓控制電路8的電荷泵電流控制信號(hào)CPCONT進(jìn)行比上述第1實(shí)施方式和第2實(shí)施方式更為細(xì)微的控制，因此，能夠進(jìn)一步將由振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位給PLL頻率合成器的環(huán)路增益帶來的變動(dòng)抑制在更小的范圍。
(第4實(shí)施方式)下面，對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施方式進(jìn)行說明。本實(shí)施方式對(duì)表示上述第2實(shí)施方式的圖5的線性化電路6′進(jìn)行了進(jìn)一步變形。
即，在圖8所示的線性化電路6中，對(duì)圖5所示的V-I轉(zhuǎn)換電路7′進(jìn)一步添加了具有圖7的偏壓發(fā)生電路11的結(jié)構(gòu)。具體而言，則是在V-I轉(zhuǎn)換電路7中，在柵極接受振蕩頻率控制信號(hào)VT的N型晶體管MN1A、MN1B的源極與接地之間，配置有N型晶體管MN3A、MN3B。在這些N型晶體管MN3A、MN3B各自的柵極上，連接有運(yùn)算放大器12A、12B，運(yùn)算放大器12A接受對(duì)應(yīng)的N型晶體管MN1A的源電壓、和來自偏壓發(fā)生電路11的第1偏壓，另一運(yùn)算放大器12B接受對(duì)應(yīng)的N型晶體管MN1B的源電壓、和來自偏壓發(fā)生電路11的第2偏壓。
因此，在本實(shí)施方式中，通過由N型晶體管MN1A、MN1B的閾值電壓的設(shè)定帶來的電流驅(qū)動(dòng)能力的優(yōu)化、以及偏壓發(fā)生電路11對(duì)第1和第2偏壓值的控制，能夠生成對(duì)基于振蕩頻率控制信號(hào)VT的壓控振蕩器VCO的靈敏度的非線性進(jìn)行了良好的補(bǔ)償?shù)碾姾杀秒娏鱅CP，由此，能夠?qū)LL頻率合成器整體的環(huán)路增益特性的變動(dòng)抑制到極小。
另外，在本實(shí)施方式中例示了在柵極接受振蕩頻率控制信號(hào)VT的N型晶體管MN1A、MN1B的個(gè)數(shù)為2個(gè)，偏壓發(fā)生電路11產(chǎn)生的偏壓也為2種的例子，但顯然無論N型晶體管的個(gè)數(shù)、還是產(chǎn)生的偏壓，都可以分別為3個(gè)以上。
(第5實(shí)施方式)接著，對(duì)本發(fā)明的第5實(shí)施方式進(jìn)行說明。本實(shí)施方式對(duì)上述圖8所示的第4實(shí)施方式的線性化電路6進(jìn)行了進(jìn)一步變形。
即，圖9所示的線性化電路6″″，在V-I轉(zhuǎn)換電路7″″中，在柵極接受振蕩頻率控制信號(hào)VT的2個(gè)晶體管，由N型晶體管MN1A和P型晶體管MP1B構(gòu)成。進(jìn)而配置有P型和N型晶體管MP4、MN4，該P(yáng)型晶體管MP4和N型晶體管MN4用于通過電流鏡結(jié)構(gòu)將流過由上述P型晶體管MP1B和N型晶體管MN1B構(gòu)成的串聯(lián)電路的電流I1B輸出到外部。
因此，在本實(shí)施方式中，當(dāng)振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位增大，變成該振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位與輸入到N型晶體管MN1A的源極的偏壓的差大于等于N型晶體管MN1A的閾值電壓時(shí)，在這一時(shí)刻電流流過N型晶體管MN1A；另一方面，當(dāng)振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位減少，變成該振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位與輸入到P型晶體管MP1B的源極的偏壓的差小于等于該P(yáng)型晶體管MP1B的閾值電壓時(shí)，在這一時(shí)刻電流流過P型晶體管MP1B。
作為可變電容使用了MOS型可變電容時(shí)的普通的壓控振蕩器VCO的振蕩頻率fVCO的特性，變成如圖10A所示那樣，壓控振蕩器VCO的靈敏度KVCO的特性變成如圖10B所示那樣。此處，由來自CP偏壓控制電路8′的電荷泵電流控制信號(hào)CPCONT控制的電荷泵電路CP的電荷泵電流ICP，如圖10C所示那樣，當(dāng)振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位低時(shí)，通過流過P型晶體管MP1B的電流I1B來增加；當(dāng)振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位高時(shí)，也通過流過N型晶體管MN1A的電流I1A來增加，由此，構(gòu)成對(duì)壓控振蕩器VCO的靈敏度特性的非線性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男问?。如圖10D所示那樣，PLL頻率合成器整體的環(huán)路增益GH(s)的特性，在以虛線表示的以往例子中，隨著振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位變動(dòng)而大幅變動(dòng)，但在以實(shí)線表示的本實(shí)施方式中，對(duì)于振蕩頻率控制信號(hào)VT的電位，能夠在整個(gè)寬頻取得大致恒定的值，對(duì)于降低PLL頻率合成器的環(huán)路增益特性的變動(dòng)具有極大的效果。
另外，圖7、圖8及圖9所示的偏壓發(fā)生電路11，能夠通過從外部輸入的偏壓設(shè)定信號(hào)，可變地控制輸出的偏壓，因此，可以考慮在制造PLL頻率合成器時(shí)的壓控振蕩器VCO的靈敏度KVCO的特性的變化、構(gòu)成線性化電路6″、6、6″″的晶體管的電流驅(qū)動(dòng)能力的變化等，來設(shè)定最佳的偏壓。
工業(yè)上的可利用性如以上說明的那樣，本發(fā)明使用與來自環(huán)路濾波器的振蕩頻率控制信號(hào)對(duì)應(yīng)地控制相位比較器和電荷泵電路的變頻增益的線性化電路，對(duì)由振蕩頻率控制信號(hào)的電位造成的壓控振蕩器的靈敏度特性的非線性進(jìn)行補(bǔ)償，不依賴振蕩頻率控制信號(hào)的電位地使PLL頻率合成器的環(huán)路增益特性達(dá)到恒定，因此，適用于通信領(lǐng)域中較寬頻的PLL頻率合成器等的用途，是非常有用的。
權(quán)利要求
1.一種PLL頻率合成器，其特征在于，包括壓控振蕩器，根據(jù)振蕩頻率控制信號(hào)的電位使振蕩頻率發(fā)生變化；分頻器，以預(yù)定的分頻比對(duì)來自上述壓控振蕩器的振蕩頻率進(jìn)行分頻；相位比較器，接受來自上述分頻器的輸出信號(hào)和來自外部的參考信號(hào)，檢測(cè)這兩個(gè)信號(hào)間的相位差，輸出相位差信號(hào)；電荷泵電路，根據(jù)上述相位比較器的相位差信號(hào)，使恒定電流流入或流出；環(huán)路濾波器，對(duì)上述電荷泵電路輸出的高頻成分進(jìn)行濾波，并且將從上述電荷泵電路流入或流出的電流轉(zhuǎn)換成電壓，作為上述振蕩頻率控制信號(hào)輸出；以及線性化電路，控制上述相位比較器和上述電荷泵電路的變頻增益，以補(bǔ)償對(duì)PLL頻率合成器的環(huán)路增益的上述振蕩頻率控制信號(hào)的非線性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLL頻率合成器，其特征在于上述線性化電路，接受上述環(huán)路濾波器的振蕩頻率控制信號(hào)，根據(jù)該振蕩頻率控制信號(hào)的電位，連續(xù)地控制上述相位比較器和電荷泵電路的變頻增益。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PLL頻率合成器，其特征在于上述線性化電路，具有晶體管，其流過的電流根據(jù)上述環(huán)路濾波器的振蕩頻率控制信號(hào)的電位而變化，根據(jù)流過該晶體管的電流的值，連續(xù)地控制上述相位比較器和電荷泵電路的變頻增益。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PLL頻率合成器，其特征在于上述線性化電路具有的晶體管為多個(gè)晶體管，根據(jù)流過上述多個(gè)晶體管的電流的總和，連續(xù)地控制上述相位比較器和電荷泵電路的變頻增益。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PLL頻率合成器，其特征在于上述線性化電路具有的多個(gè)晶體管，閾值電壓各不相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PLL頻率合成器，其特征在于上述線性化電路，具有產(chǎn)生偏壓的偏壓發(fā)生電路，上述線性化電路具有的晶體管，源極被輸入上述偏壓發(fā)生電路的偏壓，柵極被輸入上述環(huán)路濾波器的振蕩頻率控制信號(hào)，根據(jù)流過該晶體管的電流的值，連續(xù)地控制上述相位比較器和電荷泵電路的變頻增益。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的PLL頻率合成器，其特征在于上述線性化電路具有的晶體管為多個(gè)晶體管，根據(jù)流過上述多個(gè)晶體管的電流的總和，連續(xù)地控制上述相位比較器和電荷泵電路的變頻增益。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的PLL頻率合成器，其特征在于上述偏壓發(fā)生電路，產(chǎn)生多個(gè)不同的偏壓，上述線性化電路具有的多個(gè)晶體管，其各自的源極被輸入來自上述偏壓發(fā)生電路的不同的偏壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的PLL頻率合成器，其特征在于上述偏壓發(fā)生電路，根據(jù)從外部輸入的偏壓設(shè)定信號(hào)，來變更產(chǎn)生的多個(gè)偏壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求4、5、7、8中任一項(xiàng)所述的PLL頻率合成器，其特征在于上述線性化電路具有的多個(gè)晶體管，由P型或N型的MOS晶體管構(gòu)成，或者由P型和N型的MOS晶體管構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PLL頻率合成器，其特征在于上述線性化電路，包括電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，將來自上述環(huán)路濾波器的振蕩頻率控制信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換為電流；和電荷泵電流控制電路，接受來自上述電壓-電流轉(zhuǎn)換電路的電流，生成與該接受的電流的值對(duì)應(yīng)的電荷泵電流控制信號(hào)，將該電荷泵電流控制信號(hào)輸出到上述電荷泵電路，上述電荷泵電路，根據(jù)來自上述電荷泵電流控制電路的電荷泵電流控制信號(hào)，調(diào)整流過的電流的值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種PLL頻率合成器。在PLL頻率合成器中，設(shè)置輸入來自環(huán)路濾波器(LF)的振蕩頻率控制信號(hào)(V
文檔編號(hào)H03L7/093GK1820417SQ200580000440
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月27日
發(fā)明者澤田昭弘 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社