(57)【要約】ＰＬＬ回路（１）は、チャージポンプ（１０）、ループフィルタ（２０）および出力周波数（ｆ）を生成する電圧制御発振器（３０）の直列結合を備え、前記電圧制御発振器（３０）は、ループフィルタ（２０）によって生成された第１の制御信号（Ｖｔ１）により制御される調節可能な装置（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１’、Ｃ２、Ｃ３）を備えており、前記ＰＬＬ回路（１）は、前記電圧制御発振器（３０）の制御を変更するためにリーク補償信号（ＩＬ、）を生成するリーク補償回路（４０）をさらに備えていることを特徴とする。リーク補償信号（ＩＬ）は、電圧制御発振器（３０）の調節可能な装置に流れるリーク電流を表す。
2005528034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャージポンプとループフィルタと出力周波数を生成する電圧制御発振器との直列結合を備えたＰＬＬ回路であって、
前記電圧制御発振器は、ループフィルタによって生成された第１の制御信号により制御される調節可能な装置を備えており、
前記ＰＬＬ回路は、前記電圧制御発振器の制御を変更するためにリーク補償信号を生成するリーク補償回路をさらに備えていることを特徴とするＰＬＬ回路。
【請求項２】
前記ループフィルタによって生成された第２の出力信号にリーク補償信号を加算する加算器をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のＰＬＬ回路。
【請求項３】
前記ループフィルタは３次元リードラグＲＣフィルタであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＬＬ回路。
【請求項４】
前記電圧制御発振器（ＶＣＯ）は複数の電圧制御発振器を備えており、各電圧制御発振器はＬＣタンク回路を含み、各電圧制御発振器は可制御キャパシタの第１のペアおよび可制御キャパシタの第２のペアに並列に接続されており、前記可制御キャパシタの第１および第２のペアはそれぞれ前記第１の制御信号および前記第２の制御信号によって制御されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のＰＬＬ回路。
【請求項５】
前記可制御キャパシタの第１のペアおよび前記可制御キャパシタの第２のペアは、それぞれ第１の面積および第２の面積を有するバリキャップダイオードであることを特徴とする請求項４に記載のＰＬＬ回路。
【請求項６】
前記リーク補償信号は、前記第１の面積および前記第２の面積の和にほぼ比例する面積を有する可制御キャパシタの第３のペアを備えた電流発生器によって生成されることを特徴とする請求項５に記載のＰＬＬ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャージポンプと、ループフィルタと、出力周波数を発生する電圧制御発振器との直列結合を備えたＰＬＬ回路に関し、この電圧制御発振器は、ループフィルタにより生成された第１の制御信号によって制御される調節可能な装置を備えている。
【０００２】
ＰＬＬ回路は、例えば、調節用の受信器内の基本的な構成として周知である。ＰＬＬ回路の複数の構成要素は、頻繁に、或る面積を有する同一のチップに集積される。
【背景技術】
【０００３】
米国特許第６，０５４，９０３号は、集積されたチップに製造されたこのようなＰＬＬを記載しており、そのＰＬＬは、第１および第２の周波数制御入力およびＶＣＯ出力を有するＶＣＯを含む。第１の周波数制御入力はフィルタノードに結合されている。オフチップフィルタ入力は、オフチップループフィルタに結合するために、フィルタノードに結合されている。オンチップループフィルタは、第１の周波数制御入力と第２の周波数制御入力との間に結合されており、可変の時定数を有する。ＰＬＬは、ＶＣＯに対して比較的複雑な制御メカニズムを有し、この制御メカニズムは、オンチップフィルタの時定数の制御に用いられるループを含むことがよくある。この制御ループおよびオンチップフィルタは、チップ面積を増大させる。集積されたキャパシタの実際の上限値は、ループフィルタが与える比較的大きなノイズの影響を決定する。ＶＣＯによって生成される信号のスペクトル純度（Spectral purity）は、さらに、ＶＣＯという調節可能な装置におけるリーク電流によって影響を受ける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、高いスペクトル純度を有する出力信号を得るとともに、低廉なＰＬＬを得るためにチップ面積を低減させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この目的は、導入部分の段落に記載されたように、電圧制御発振器の制御を変更するためにリーク補償信号を生成するためのリーク補償回路をさらに備えていることを特徴としたＰＬＬによって達成され、このリーク補償信号は調節可能な装置内のリーク電流を示している。
【０００６】
リーク信号の影響のもとにおいて、ＶＣＯ出力周波数のスペクトル純度、即ち、出力周波数の調和性（harmonic content）は、温度および処理のばらつき（process spread）などの要因に依存する。従って、このような依存性を低減させることが好ましい。この目的は、ＶＣＯという調節可能な要素内におけるリーク電流の推定を表すリーク補償信号を生成するリーク補償回路を用いることで達成され得る。
【０００７】
本発明による一実施形態によれば、ＰＬＬは、ループフィルタによって生成された第２の出力信号へこのリーク補償信号を加算する加算器をさらに備えている。この加算器は、電圧制御発振器用の第２の制御信号を生成する。ＶＣＯは、通常、ループフィルタの一部分であるキャパシタのチャージポンプから流れる電流を集積することによりループフィルタで生成された制御電圧によって制御される。温度および処理のばらつきによって引き起こされる影響を軽減し、あるいは、これを除去するために、リーク補償信号はループフィルタの第２の出力信号へ加算される。この加算器は、電圧加算器、電流加算器、電荷加算器またはこれらの組合せであってよい。電流加算器の場合、加算器は簡単な回路ノードであることがよくある。
【０００８】
本発明による他の実施形態では、ループフィルタは３次元リードラグＲＣフィルタである。ＰＬＬがロックされているときには、このフィルタに結合されたチャージポンプは、比較周波数に等しい反復周波数（repetition frequency）を有するパルス型電流信号を周期的に生成する。ＰＬＬがロックされているときには、チャージポンプによって供給される平均電流はほぼゼロになる。しかしながら、調節可能な装置がループフィルタから電流を引き出すときには、ＶＣＯの周波数は変化し、ＰＬＬは、リークによって損失した電荷を補償するために電流をポンピングすることにより反応する。周期的に電流を充放電した結果、ＶＣＯ制御電圧の大きさは、補償周波数によって変調される。ループフィルタは、ＶＣＯを制御するため安定した信号を得るために調和性を有し並びに反復周波数を有するチャージポンプ信号を減衰させる必要がある。ループフィルタの複素伝達関数の極性ゼロの地点は、ほぼ比較周波数を有する高周波信号の減衰を決定する。高次元になるほど、減衰が大きくなる。高次元になるほど、ＰＬＬループの安定性を維持することが困難になる。３次元フィルタは、実用上、減衰、コストおよびＰＬＬループ安定性の間のトレードオフとなる。
【０００９】
本発明による一実施形態において、ＶＣＯは、各々がＬＣタンク回路を含む複数の電圧制御発振器を備え、各ＬＣタンク回路は可制御キャパシタの第１のペアおよび可制御キャパシタの第２のペアに並列に接続されており、これらの可制御キャパシタのペアは、それぞれ第１の制御信号および第２の制御信号によって制御される。実施可能なＶＣＯは、クロスカップルトランジスタのペアを備えており、これらのトランジスタはＬＣタンク回路にさらに結合されている。従って、ＶＣＯは、複数のＶＣＯを備え、この複数のＶＣＯのそれぞれは、ＬＣタンク回路およびクロスカップルトランジスタのペアを備えている。ＬＣタンク回路はバリキャップダイオードなどの制御キャパシタを備え、このバリキャップダイオードはペアを成して結合されている。各バリキャップダイオードは、アノードおよびカソードを有し、制御電圧は、このダイオードを逆バイアスするように抵抗を介して印加される。第１の制御信号および第２の制御信号は、それぞれ可制御キャパシタの第１のペアおよび可制御キャパシタの第２のペアに供給される。
【００１０】
可制御キャパシタの第１のペアおよび可制御キャパシタの第２のペアは、バリキャップダイオードであり、これらのバリキャップダイオードは、それぞれ第１の面積および第２の面積に付随する最大容量を有する。
【００１１】
本発明による他の実施形態では、リーク補償信号は、第１の面積および第２の面積の和にほぼ比例した面積を有する可制御キャパシタの第３のペアを備えた電流発生器によって生成される。可制御キャパシタの第３のペアは、タンク回路で用いられる可制御キャパシタの第１および第２のペアと実質的に同様に動作する。従って、電流発生器は、ＬＣタンク回路で用いられる可制御キャパシタにおけるリーク電流と同様な仕方で、温度および処理におけるばらつき（spread）に依存したリーク補償信号を生成する。従って、リーク補償信号は、ＶＣＯによって生成される周波数に影響を与えるリーク電流を補償するために用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明における上述の、および、他の特徴および利点は、添付図面を参照し、本発明による例示的な実施形態に関する次の記述によって明らかになるであろう。
【００１３】
図１は、本発明に従ったＰＬＬを示す。ＰＬＬ回路１は、チャージポンプ１０と、ループフィルタ２０と、電圧制御発振器３０によって生成された出力周波数ｆを制御する電圧制御発振器（ＶＣＯ）３０との直列結合を備えている。このＶＣＯ３０は、ループフィルタ２０によって生成された第１の制御信号Ｖｔ１および第２の制御信号Ｖｔ２によって制御される。ＰＬＬ回路１は、電圧制御回路の調節可能装置に流れるリーク電流を示すリーク補償信号ＩＬを生成するリーク補償回路４０をさらに備えている。現代の技術では、チャージポンプ１０および少なくともＶＣＯ３０は、同一チップ上に集積される。ＶＣＯ３０は、発振周波数ｆを発生させるために可変容量、可変インダクタ、可変抵抗のような調節可能な素子を備え、これらの調節可能な素子もまた同一チップに集積されている。この調節可能な素子は、ＤＣ信号である制御信号によって制御される。この制御信号は、電圧、電流、電荷のような電気的性質のものでもよく、あるいは、光学的信号のような非電気的信号であってもよい。
【００１４】
ループフィルタ（ＬＰＦ）２０は、ＶＣＯに供給される第１の制御信号Ｖｔ１と同一の第１の出力信号Ｖｔ１、および、第２の出力信号Ｖｃを生成する。これらの出力信号は、チャージポンプ出力信号ＩＣＰの大きさに依存しており、このチャージポンプ出力信号は出力周波数ｆおよびＶＣＯ３０の位相に依存する。
【００１５】
リーク補償回路４０は、リーク補償信号ＩＬを生成するように考慮されており、このリーク補償信号は、ＶＣＯスペクトル純度の変化を表している。この変化は技術的な処理および温度の変化に依存している。リーク補償の正しい推定を得るために、リーク補償回路４０は、ＶＣＯ３０と同一チップ上に集積されている。リーク補償信号ＩＬは、加算器５０で第２の信号Ｖｃに加算され、この加算器は第２の制御信号Ｖｔ２を生成する。第２の制御信号Ｖｔ２は、チャージポンプ出力信号ＩＣＰとＶＣＯ３０信号のより良いスペクトル純度を決定するリーク補償信号ＩＬとの両方を表す。
【００１６】
図２は、本発明による一実施形態に従ったＰＬＬによって用いられるループフィルタ（ＬＰＦ）２０を示す。ＬＰＦ２０は、抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３、ならびに、キャパシタＣｐ１、Ｃｐ２、Ｃｐ３のみ備えている。好ましくは、ＬＰＦ２０は、オフチップフィルタ、即ち、ＶＣＯ３０、チャージポンプ１０およびリーク補償回路４０とは同一チップに集積されていない。オフチップフィルタの使用によって、用途における自由度が増すという利点が得られる。伝達関数、即ち、ループフィルタ伝達関数の極およびゼロは、抵抗および／またはキャパシタを交換することによって簡単に変更することができるからである。ＬＰＦ２０の極およびゼロは、フィルタの抵抗およびキャパシタの形成によって決定され、それにより、抵抗および／またはキャパシタの変化はＬＰＦ２０の伝達関数の極およびゼロの位置の変化を決定する。第１の制御信号Ｖｔ１および第２の信号Ｖｃは、第３のキャパシタＣｐ３および第２のキャパシタＣｐ２の電圧である。これらのキャパシタは、接地され、即ち、制御可能な調節素子の基準端子に付随する共通の基準電位に接続されている。この基準端子に関するフィルタリングによって、制御電圧における任意の雑音（impurities）の影響は、ＶＣＯの周波数にとって最小の影響で済むであろう。よって、図２に示された構成を有するＬＰＦ２０は、比較的低ノイズの制御信号が生成されるという利点を有する。従って、ＶＣＯ２０によって生成された高スペクトル純度の信号が得られる。
【００１７】
図３は、本発明による一実施形態に従った複数のタンク回路ＴＣ１、ＴＣ２に結合されたリーク補償回路４０を示している。ＶＣＯ３０は、複数のＬＣタンク回路ＴＣ１、ＴＣ２を備えており、各ＬＣタンク回路は、可制御キャパシタの第１のペアＣ１、Ｃ１’および可制御キャパシタの第２のペアＣ２、Ｃ２’に並列に接続されたインダクタＬ１、Ｌ１’を備えている。これらの可制御キャパシタのペアは、それぞれ第１の制御信号Ｖｔ１および第２の制御信号Ｖｔ２によって制御される。可制御キャパシタの第１のペアＣ１、Ｃ１’および可制御キャパシタの第２のペアＣ２、Ｃ２’は、それぞれ第１の面積Ａ１および第２の面積Ａ２を有するバリキャップダイオードである。例えば、第１の面積は、基準面積ｘの３倍、即ち、３ｘであり、第２の面積は８ｘである。ＬＣタンク回路ＴＣ１、ＴＣ２のチューニング特性はこれらの面積に依存する。この集積回路の製造工程における変動および温度の変動に依存して、バリキャップダイオードＣ１、Ｃ１’、Ｃ２、Ｃ２’を通して流れるリーク電流が存在し、このリーク電流は、タンク回路ＴＣ１およびＴＣ２のそれぞれにより生成される周波数のスペクトル純度に悪影響を与える。従って、このリーク電流を補償するために、リーク補償信号ＩＬを生成するリーク補償回路４０が設けられている。リーク補償信号ＩＬは、第１の面積Ａ１および第２の面積Ａ２の和、例えば、１１ｘにほぼ等しい面積を有する可制御キャパシタの第３のペア（Ｃ３）を備えた電流発生器によって生成された電流である。可制御キャパシタの第３のペアは、タンク回路ＴＣ１およびＴＣ２、即ち、バリキャップダイオードＣ３で用いられる制御キャパシタと同じタイプのものである。このバリキャップダイオードＣ３は、第１の面積および第２の面積の和、例えば、１１ｘにほぼ等しい面積を有する。この特徴は、バリキャップダイオードＣ３のリーク電流がバリキャップダイオードＣ１、Ｃ２およびＣ１’、Ｃ２’のそれぞれのリーク電流にほぼ比例していることを決定する。バリキャップダイオードＣ３の第３のペアは、ダイオードとして接続された第１のトランジスタＴ１および第２のトランジスタＴ２を備えた電流発生器に結合されている。第２の制御信号ＩＬは、第１のトランジスタＴ１によって生成され、この電流は、バリキャップダイオードＣ３のリーク電流にほぼ比例している。より多くのタンク回路を備えた装置、例えば、トランシーバやチューナにおいては、第２の制御信号ＩＬは、これらのタンク回路におけるリーク電流の総てを補償する必要があることがよくある。従って、タンク回路のリーク電流がＩＬｉ（ｉ＝１．．．Ｎ）であるとすると、ＩＬは、ｉ＝１．．．Ｎに対するＩＬｉの和にほぼ等しい。
【００１８】
リーク補償回路によって発生したノイズがキャパシタＣｐ２によって低減されることがわかった。このキャパシタは、基準端子に直接に接続されている。
【００１９】
図３において、加算器５０は、この回路の単一ノード（simple node）であるが、これは、電圧加算器や光学的加算器のような他のタイプの加算器を用いることを排除するものではないことにさらに注意されたい。
【００２０】
本発明の保護範囲は、ここに記載した実施形態に限定されない。また、本発明の保護範囲は請求項内の参照番号によって制限されない。“備える（comprising）”という文言は、請求項で言及した要素以外の他の要素を排除するものではない。要素の先行詞”a(n)“は、それらの要素が複数であることを排除するものではない。本発明の部分を形成する手段は、専用ハードウェアの形態、あるいは、プログラムされることを意図したプロセッサの形態の両方で実施され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に従ったＰＬＬを示す図。
【図２】本発明による実施形態に従ったＰＬＬによって用いられるループフィルタを示す図。
【図３】本発明による実施形態に従い複数のタンク回路に結合されたリーク補償回路を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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