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JP3215258B2 - PLL integrated circuit and adjustment method - Google Patents

PLL integrated circuit and adjustment method

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Publication number
JP3215258B2
JP3215258B2 JP06715794A JP6715794A JP3215258B2 JP 3215258 B2 JP3215258 B2 JP 3215258B2 JP 06715794 A JP06715794 A JP 06715794A JP 6715794 A JP6715794 A JP 6715794A JP 3215258 B2 JP3215258 B2 JP 3215258B2
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JP
Japan
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pll
voltage
mos capacitor
integrated circuit
mos
Prior art date
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JP06715794A
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Japanese (ja)
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JPH07283729A (en
Inventor
英明 安佛
善己 浅田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPH07283729A publication Critical patent/JPH07283729A/en
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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ループ・フィルタの容
量にMOSキャパシタを用いるMOS型のPLL集積回
路および調整方法に関するものである。PLLの利用分
野は非常に広範囲にわたる。CPUのクロック同期,P
CM通信,FM復調器,周波数シンセサイザ等がその代
表例である。近年、特に集積回路の進歩により、PLL
回路が集積回路によって経済的かつ容易に実現できるよ
うになり、ステレオやテレビ,トランシーバに代表され
る各種の民生機器にも幅広く利用されるようになった。
以上のような多様な応用において、より安定かつ高精度
で,しかも高信頼度のPLL集積回路が要求されるよう
になって来た。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS type PLL integrated circuit using a MOS capacitor as a capacitance of a loop filter, and an adjusting method. PLL applications are very extensive. CPU clock synchronization, P
CM communications, FM demodulators, frequency synthesizers and the like are typical examples. In recent years, especially with the development of integrated circuits, PLL
Circuits have become economical and easy to implement with integrated circuits, and have become widely used in various consumer devices such as stereos, televisions, and transceivers.
In such various applications, a PLL integrated circuit with higher stability, higher accuracy, and higher reliability has been required.

【0002】特にCPUのクロック同期に関しては、C
PUチップ面積の増大化とクロック周波数の高速化に伴
い、チップ間またはチップ内で生ずるクロック・スキュ
ーが問題となってくる。このクロック・スキューを低減
する方法として、PLLを用いたクロック調整法は非常
に有効な方法として現在特に注目されている。
In particular, regarding clock synchronization of a CPU, C
As the PU chip area increases and the clock frequency increases, clock skew generated between chips or within a chip becomes a problem. As a method of reducing the clock skew, a clock adjustment method using a PLL is currently receiving particular attention as a very effective method.

【0003】[0003]

【従来の技術】先ず、PLLについて簡単に説明する。
PLLは2つの信号の周波数と位相を同期する回路であ
る。図10にPLLの一般的な構成図を示す。同図にお
いて、1は位相比較器、2はチャージ・ポンプ、3はル
ープ・フィルタ、4は電圧制御発振器をそれぞれ示す。
2. Description of the Related Art First, a PLL will be briefly described.
The PLL is a circuit that synchronizes the frequency and phase of two signals. FIG. 10 shows a general configuration diagram of a PLL. In the figure, 1 is a phase comparator, 2 is a charge pump, 3 is a loop filter, and 4 is a voltage controlled oscillator.

【0004】PLLは外部からの入力信号(基準信号
位相:θi )と、内部の電圧制御発振器4(VCO)の
出力信号(位相:θo )の位相の同期を取る。位相比較
器1は2つの入力信号の位相を比較し、位相差θe =θ
i −θo に比例した幅のパルスを出力する。チャージ・
ポンプ2は、位相比較器1のパルス電圧出力を電流に変
換する。
[0006] The PLL is an external input signal (reference signal).
The phase: θi) and the phase of the output signal (phase: θo) of the internal voltage controlled oscillator 4 (VCO) are synchronized. The phase comparator 1 compares the phases of two input signals, and calculates a phase difference θe = θ.
A pulse with a width proportional to i-θo is output. charge·
The pump 2 converts a pulse voltage output of the phase comparator 1 into a current.

【0005】ループ・フィルタ3は、不要な高調波成分
や雑音を除去すると共に、その振幅・位相特性によって
PLLの応答特性,同期特性を決定する。図13のよう
なループ・フィルタの場合、VCOの入力電圧Vc は、 Vc =(Ip ÷C)×t で表せる。但し、Ip はチャージ・ポンプのポンプ電
流,Cはループ・フィルタの容量値,tは時間である。
[0005] The loop filter 3 removes unnecessary harmonic components and noise, and determines the response characteristics and the synchronization characteristics of the PLL based on the amplitude and phase characteristics. In the case of the loop filter as shown in FIG. 13, the input voltage Vc of the VCO can be expressed by Vc = (Ip ÷ C) × t. Here, Ip is the pump current of the charge pump, C is the capacitance value of the loop filter, and t is the time.

【0006】電圧制御発振器4は、ループ・フィルタ3
の出力電圧によって発振周波数が決定される発振器であ
る。図11に示すように、その電圧−発振周波数特性は
通常は比例関係を示す。上述した位相比較器1,チャー
ジ・ポンプ2,ループ・フィルタ3,電圧制御発振器4
が、図10に示すように、一巡ループのPLLループを
構成している。このループは、位相についてのフィード
バック・ループとなっている。
The voltage controlled oscillator 4 includes a loop filter 3
Is an oscillator whose oscillation frequency is determined by the output voltage. As shown in FIG. 11, the voltage-oscillation frequency characteristic usually shows a proportional relationship. The above-described phase comparator 1, charge pump 2, loop filter 3, voltage-controlled oscillator 4
However, as shown in FIG. 10, a single loop PLL loop is formed. This loop is a feedback loop for the phase.

【0007】2つの信号が同期する過程を考える。図1
2はVCOの入力制御電圧Vc の時間変化を示したもの
である。初めのうちはVCOの発振周波数は低く、基準
周波数との差が大きいため、位相比較器1の出力も大き
く、VCOの入力電圧が急激に上昇していく。
Consider a process in which two signals are synchronized. FIG.
Reference numeral 2 denotes a time change of the input control voltage Vc of the VCO. At first, since the oscillation frequency of the VCO is low and the difference from the reference frequency is large, the output of the phase comparator 1 is also large, and the input voltage of the VCO rises rapidly.

【0008】その後は、次第に周波数差が縮まってい
き、位相比較器1の2つの入力信号の周波数と位相が同
期したところで、電圧制御発振器4の入力電圧は一定と
なる。図12において、TL はロック・タイム(位相が
同期するまでの時間)、VCLはPLLがロックした時の
電圧制御発振器4の入力電圧を示す。
Thereafter, the frequency difference gradually decreases, and when the frequency and the phase of the two input signals of the phase comparator 1 are synchronized, the input voltage of the voltage controlled oscillator 4 becomes constant. In FIG. 12, TL indicates a lock time (time until the phases are synchronized), and VCL indicates an input voltage of the voltage controlled oscillator 4 when the PLL is locked.

【0009】ロック・タイムやロック・レンジ,雑音帯
域などは、PLLの性能を表す重要な要素である。これ
らは、チャージ・ポンプのポンプ電流Ip ,ループ・フ
ィルタの抵抗値R,ループ・フィルタの容量値C,VC
Oの利得(電圧−周波数特性の傾き)などによって決定
される。
The lock time, the lock range, the noise band, and the like are important factors representing the performance of the PLL. These are the pump current I p of the charge pump, the resistance R of the loop filter, the capacitance C of the loop filter, VC
It is determined by the gain of O (the slope of the voltage-frequency characteristic) and the like.

【0010】PLLのロック・タイムを制御する場合、
例えばロック・タイムを短くしたい場合、ループ・フィ
ルタの容量値は小さいほど良いが、位相が同期する領域
では容量の値はループ特性を良くするために、或る程度
の値が必要になる。そのために、容量値としては、初め
は小さくて,位相が同期する領域ではループ特性が良好
となる一定の容量値となれば、ロック・タイムは短く,
且つループ特性も良好となるわけである。
When controlling the lock time of the PLL,
For example, when it is desired to shorten the lock time, the smaller the capacitance value of the loop filter is, the better. However, in a region where phases are synchronized, a certain value of the capacitance is required to improve the loop characteristics. Therefore, if the capacitance value is small at first and becomes a constant capacitance value in which the loop characteristics are good in the region where the phases are synchronized, the lock time is short,
In addition, the loop characteristics are improved.

【0011】通常の設計では、ロック・タイムと同期時
のPLLの特性を同時に良好にすることは困難である
が、従来から幾つかの方法が考案されている。例えば、
ループ・フィルタ中の抵抗を2つ用意しておいてPLL
が同期する前は小さな抵抗値の方を選択し同期後は大き
な抵抗値の方を選択するようにしたもの(特開平4−1
57923号公報の第1図)、ループ・フィルタ中の容
量を選択できるようにしたもの(特開平4−10033
1号公報の第2図)、ループ・フィルタを2つ用意して
おいて同期前後で切り換えるもの(特開昭63−970
16号公報の第1図)、ループ・フィルタにパス回路を
設け高速に充放電するもの(特開昭56−110344
号公報の第2,3図)などが考案されている。
Although it is difficult to improve the lock time and the PLL characteristics at the same time at the same time in synchronization with a normal design, several methods have been devised. For example,
PLL with two resistors in the loop filter
Is to select a smaller resistance value before synchronization, and to select a larger resistance value after synchronization (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-1).
FIG. 1 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 57923/1993, in which the capacity in a loop filter can be selected (Japanese Patent Laid-Open No. 4-10033 / 1991)
No. 1 (FIG. 2), two loop filters are prepared and switched before and after synchronization (JP-A-63-970).
No. 16, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-110344, FIG.
Nos. 2 and 3).

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】PLL回路に何らの工
夫も施していない従来の技術は、ループ・フィルタの特
性は変化することなく一定であるため、ロック・タイム
を短くし且つループ・フィルタの特性をPLLの同期後
に良好にすることが出来ないと言う欠点を有している。
In the prior art in which the PLL circuit is not devised in any way, the characteristics of the loop filter are constant without change. There is a disadvantage that the characteristics cannot be improved after PLL synchronization.

【0013】また、ループ・フィルタの特性をPLLの
同期の前後で変化させる従来の技術では、何れも余分な
回路が必要である。そのために、回路面積が大きくなっ
てしまうと言う欠点がある。さらに、ループ・フィルタ
をPLLの同期の前後で切り換える従来の技術の場合、
切換え時に電圧制御発振器の入力電圧が擾乱され、PL
Lの特性が悪化してしまうと言う欠点もある。
Further, in the conventional techniques for changing the characteristics of the loop filter before and after the PLL is synchronized, an extra circuit is required in each case. Therefore, there is a disadvantage that the circuit area becomes large. Further, in the case of the conventional technology in which the loop filter is switched before and after PLL synchronization,
At the time of switching, the input voltage of the voltage controlled oscillator is disturbed and PL
There is also a drawback that the characteristics of L deteriorate.

【0014】本発明は、上記の考察に基づくものであっ
て、余分な回路を付加することなく、ロック・タイムを
短くし且つ同期後におけるループの安定性を向上できる
ようにしたMOS型のPLL集積回路を提供することを
目的としている。
The present invention is based on the above considerations, and is a MOS type PLL capable of shortening a lock time and improving loop stability after synchronization without adding an extra circuit. It is intended to provide an integrated circuit.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】図1にP型基板上にN型
MOSキャパシタを作った場合のMOSキャパシタの構
成を示す。同図において、7はP型シリコン基板、8は
ゲート酸化膜、9は金属製のゲート電極、10は高濃度
N型不純物領域、11はチャネル層領域をそれぞれ示
す。
FIG. 1 shows the structure of a MOS capacitor when an N-type MOS capacitor is formed on a P-type substrate. In the figure, 7 is a P-type silicon substrate, 8 is a gate oxide film, 9 is a metal gate electrode, 10 is a high concentration N-type impurity region, and 11 is a channel layer region.

【0016】図2に図1のMOSキャパシタのゲート電
圧Vg と容量の関係を示す。ゲート電圧が低い間は、空
乏層容量とゲート酸化膜容量の直列接続となるために、
容量は小さい値を示す。ゲート電圧が高くなり、ゲート
電圧がMOSキャパシタのしきい値Vthを越えると、反
転層が形成されるために、容量は酸化膜容量に近づき、
その後は一定の値をとる(図2の(a) の領域)。
FIG. 2 shows the relationship between the gate voltage Vg and the capacitance of the MOS capacitor shown in FIG. While the gate voltage is low, the depletion layer capacitance and the gate oxide film capacitance are connected in series.
The capacity shows a small value. When the gate voltage increases and the gate voltage exceeds the threshold value Vth of the MOS capacitor, an inversion layer is formed, and the capacitance approaches the oxide film capacitance.
After that, it takes a constant value (the area (a) in FIG. 2).

【0017】通常の場合、PLLが同期できる周波数範
囲において、PLLのループ特性が変化しないように、
ループ・フィルタの容量値としては、目的の周波数範囲
を実現するVCOの入力制御電圧VC の範囲において一
定となる図2の(a) の範囲が使われる。すなわち、PL
LがロックするVCOの入力制御電圧VCL(図12を参
照)は、図2では(a) の領域になければならない。
Normally, in a frequency range in which the PLL can synchronize, the loop characteristics of the PLL do not change so that
The capacitance of the loop filter, a range of FIG. 2 which is a constant in the range of the input control voltage V C of the VCO to achieve the frequency range of interest of (a) is used. That is, PL
The input control voltage VCL (see FIG. 12) of the VCO locked by L must be in the area (a) in FIG.

【0018】上述したように、PLLが初期状態からロ
ックするまでに要する時間を短くするためには、ループ
・フィルタの容量値は小さいほど良いが、ロック状態で
のループ特性を良好にするためには、或る程度の容量値
が必要となる。図12および図2から判るように、しき
い値VthをPLLをロックする時の電圧VCLよりもやや
小さくするか又は等しくすれれば、上記の要求を満たす
ことが出来る。
As described above, in order to shorten the time required for the PLL to lock from the initial state, the smaller the capacitance value of the loop filter, the better, but in order to improve the loop characteristics in the locked state, Requires a certain capacitance value. As can be seen from FIGS. 12 and 2, if the threshold value Vth is made slightly smaller or equal to the voltage VCL when the PLL is locked, the above requirement can be satisfied.

【0019】図3はしきい値Vthが異なる2つのMOS
キャパシタの電圧−容量特性を示す図である。VCLはP
LLがロックするときの電圧である。この場合、(a) よ
りも(b) の方がロック・タイムが短くなる。MOSキャ
パシタをMOS型のPLL集積回路上の他の回路素子と
同じプロセス・パラメータ(ゲート金属電極の種類,ゲ
ート酸化膜の厚さ,チャネル層の不純物濃度等)で作成
した場合には、図3の(a) に示すような特性が得られ
る。図3の(b) は、本発明によるMOSキャパシタの特
性を示す。
FIG. 3 shows two MOS transistors having different threshold values Vth.
FIG. 4 is a diagram illustrating voltage-capacity characteristics of a capacitor. VCL is P
LL is the voltage at the time of locking. In this case, (b) has a shorter lock time than (a). When the MOS capacitor is created with the same process parameters (type of gate metal electrode, thickness of gate oxide film, impurity concentration of channel layer, etc.) as other circuit elements on the MOS type PLL integrated circuit, FIG. The characteristic shown in (a) is obtained. FIG. 3B shows the characteristics of the MOS capacitor according to the present invention.

【0020】図4にそれぞれの場合のVC の時間変化を
示した。図4(a) は図3の(a) の特性に対応し、図4
(b) は図3の(b) の特性に対応する。図4(a) のロック
・タイムTLaは、図4(b) のロック・タイムTLbよりも
大きい。
FIG. 4 shows the time change of V C in each case. FIG. 4A corresponds to the characteristic of FIG.
(b) corresponds to the characteristic of (b) of FIG. The lock time TLa in FIG. 4A is longer than the lock time TLb in FIG.

【0021】[0021]

【作用】本発明を用いることにより、余分な回路を付加
することなく、ロック・タイムとループ特性を同時に最
適に制御することが可能となり、ロック・タイムが短く
且つロック時のループ特性が良好なPLL集積回路を得
ることが出来る。
According to the present invention, the lock time and the loop characteristic can be simultaneously and optimally controlled without adding an extra circuit, and the lock time is short and the loop characteristic at the time of locking is good. A PLL integrated circuit can be obtained.

【0022】[0022]

【実施例】図1に示すようなMOSキャパシタのしきい
値電圧は次式で与えられる(参考文献1を参照)。 Vth=2ψF +φMS+(2εS /NA 1/2 /COX+Qint /COX …(1) ここで、ψF は基板のフェルミ準位、φMSはゲート電極
とシリコン基板の仕事関数の差、εS はシリコンの誘電
率、NA は基板濃度、COXは単位面積当たりのゲート酸
化膜の容量、Qint はMOS界面の固定電荷である。そ
こで、以下の手段によってMOSキャパシタのしきい値
を変える。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The threshold voltage of a MOS capacitor as shown in FIG. 1 is given by the following equation (see Reference 1). Vth = 2ψ F + φ MS + (2ε S / N A) 1/2 / C OX + Q int / C OX ... (1) where, [psi F is the Fermi level of the substrate, phi MS is the gate electrode and the silicon substrate The work function difference, ε S is the dielectric constant of silicon, N A is the substrate concentration, C OX is the capacity of the gate oxide film per unit area, and Q int is the fixed charge at the MOS interface. Therefore, the threshold value of the MOS capacitor is changed by the following means.

【0023】MOSキャパシタの金属電極の種類を変
え、仕事関数差φMSを変える。 下記にゲート金属電極の違いによる仕事関数差を示した
(参考文献2)。ただし、Mgを基準としている。 Mg 0 Al 0.8 Ni 1.2 Cu 1.4 Au 1.7 Ag 1.8
[0023]Change the metal electrode type of the MOS capacitor
Change the work function difference φ MS . The work function difference due to the difference of the gate metal electrode is shown below.
(Ref. 2). However, Mg is used as a reference. Mg0Al0.8Ni1.2Cu1.4Au1.7Ag1.8

【0024】これらにより、Mg→Al→Ni→Cu→
Au→Agの順に仕事関数差が大きくなり、それに伴い
電圧−容量特性は図3の(a) の特性から(b) の特性へと
シフトする。例えば、AlとCuを比較した場合、Cu
の方がAlよりしきい値が0.6V大きくなる。ロック
時に容量が一定の領域であることが保障された範囲で、
仕事関数差の増大とともにロック・タイムは短くなる。
Thus, Mg → Al → Ni → Cu →
The work function difference increases in the order of Au → Ag, and the voltage-capacity characteristic shifts from the characteristic of FIG. 3A to the characteristic of FIG. For example, when comparing Al and Cu, Cu
Has a threshold value 0.6 V larger than that of Al. In the range where the capacity is guaranteed to be a fixed area when locked,
The lock time decreases as the work function difference increases.

【0025】MOSキャパシタの酸化膜の厚さを変化さ
せる。 (1) 式からしきい値は酸化膜容量値によっても変化する
ことが分かる。酸化膜容量を変化させるためには酸化膜
の厚さを変えれば良い。容量値と膜厚は反比例の関係が
あるから、しきい値を大きくするには膜厚を大きくすれ
ば良い。
The thickness of the oxide film of the MOS capacitor is changed.
Let From equation (1), it can be seen that the threshold value also changes depending on the oxide film capacitance value. In order to change the capacitance of the oxide film, the thickness of the oxide film may be changed. Since there is an inverse relationship between the capacitance value and the film thickness, the threshold value can be increased by increasing the film thickness.

【0026】チャネル層の不純物濃度を変える。 (1) 式よりしきい値は基板濃度NA を変えることによっ
て変化することが判る。実際にしきい値を決める基板濃
度NA はチャネル層での不純物濃度である。そのため、
イオン注入により、不純物濃度を変えれば良い。しきい
値を大きくするには、NA を小さくすれば良い。図5に
MOSキャパシタのしきい値のゲート酸化膜,基板濃度
依存性の一例を示した(参考文献3)。
The impurity concentration of the channel layer is changed. Equation (1) shows that the threshold value changes by changing the substrate concentration N A. The substrate concentration N A that actually determines the threshold value is the impurity concentration in the channel layer. for that reason,
The impurity concentration may be changed by ion implantation. To increase the threshold, N A may be reduced. FIG. 5 shows an example of the dependency of the threshold value of the MOS capacitor on the gate oxide film and the substrate concentration (Reference Document 3).

【0027】基板バイアスを印加する。 NMOSの場合、しきい値は基板バイアスに対して次式
のように変化する(参考文献4)。 Vth(VBS)=Vth(0) +KN 〔(2ψF +VBS1/2 −(2ψF 1/2 〕 …(2) ここで、Vth(0) はVBS=0のときのしきい値であり、
(1) 式で与えられる。KN は基板バイアス効果係数であ
る。
A substrate bias is applied. In the case of NMOS, the threshold value changes as follows with respect to the substrate bias (Reference Document 4). Vth (V BS) = Vth ( 0) + K N [(2ψ F + V BS) 1/2 - (2ψ F) 1/2 ] (2) where, Vth (0) is the time of V BS = 0 Threshold
It is given by equation (1). K N is the substrate bias effect coefficient.

【0028】通常、NMOSの場合は負電位の基板バイ
アスを印加する。図6に基板バイアスによるしきい値の
変化の例を示した(参考文献5)。基板バイアスの増加
によりしきい値は増加する。基板バイアスを増加させる
ことにより、図3の(a) の容量−電圧特性から図3の
(b) の容量−電圧特性へ変化させることにより、ロック
・タイムを短くすることが出来る。
Normally, in the case of NMOS, a negative substrate bias is applied. FIG. 6 shows an example of a change in threshold value due to a substrate bias (Reference Document 5). The threshold value increases as the substrate bias increases. By increasing the substrate bias, the capacitance-voltage characteristics of FIG.
The lock time can be shortened by changing to the capacitance-voltage characteristic of (b).

【0029】MOSキャパシタの部分の基板バイアスの
みを可変とすることも出来る。そのためには、MOSキ
ャパシタの部分をダブル・ウエル構造にすれば良い。ま
た、PLLのループ・フィルタを生成する基板と、PL
Lの他の回路部分を生成する基板とを別にしても良い。
It is also possible to make only the substrate bias of the MOS capacitor part variable. For this purpose, the MOS capacitor portion may be formed in a double well structure. A board for generating a PLL loop filter;
The substrate that generates the other circuit portions of L may be separated.

【0030】ダブル・ゲート構造により、しきい値電圧
を変化させる。 図7はダブル・ゲート構造のMOSキャパシタを示す。
同図において、7はP型シリコン基板、8はゲート酸化
膜、9−0はフローティング・ゲート、9−1と9ー2
はゲート、10は高濃度N型不純物領域をそれぞれ示し
ている。
With the double gate structure, the threshold voltage
To change. FIG. 7 shows a MOS capacitor having a double gate structure.
In the figure, 7 is a P-type silicon substrate, 8 is a gate oxide film, 9-0 is a floating gate, 9-1 and 9-2.
Denotes a gate, and 10 denotes a high-concentration N-type impurity region.

【0031】図7に示すような構造において、チャネル
層に印加される実質的な電圧は次のようになる。 Veff =(C1 1 +C2 2 )/CT …(3) 故に、ゲート9−1とゲート9−2に印加する電圧を調
節することにより、見掛け上のしきい値電圧を変えるこ
とが出来る。
In the structure as shown in FIG. 7, the substantial voltage applied to the channel layer is as follows. V eff = (C 1 V 1 + C 2 V 2 ) / C T (3) Therefore, the apparent threshold voltage is changed by adjusting the voltage applied to the gates 9-1 and 9-2. I can do it.

【0032】図8,図9に従来のPLLのシミュレーシ
ョン結果と本発明のPLL集積回路のシミュレーション
結果を示す。これは、MOSキャパシタ(P型基板のN
MOS)の基板バイアスを変化して、しきい値電圧Vth
を変えた場合の結果である。横軸は時間を表し、縦軸は
VCOの制御電圧を示している。
FIGS. 8 and 9 show simulation results of the conventional PLL and simulation results of the PLL integrated circuit of the present invention. This is because the MOS capacitor (N on the P-type substrate)
MOS) to change the threshold voltage Vth
Are the results when the value is changed. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the control voltage of the VCO.

【0033】図8は従来の技術の場合で、基板バイアス
=0V、このときのしきい値Vthは0.94V、ロック
電圧VCLは2.15V、ロック・タイムは3.5マイク
ロ秒である。しきい値Vthのロック電圧VCLに対する割
合は、0.94÷2.15≒0.44である。従来の技
術では、PLL集積回路のMOSキャパシタの部分は、
PLL集積回路の他の回路部分と同一のプロセス・パラ
メータで作成されていた。
FIG. 8 shows the case of the prior art, in which the substrate bias is 0 V, the threshold Vth at this time is 0.94 V, the lock voltage VCL is 2.15 V, and the lock time is 3.5 microseconds. The ratio of the threshold value Vth to the lock voltage VCL is 0.94 ÷ 2.15 ≒ 0.44. In the prior art, the MOS capacitor portion of the PLL integrated circuit is
It was created with the same process parameters as the other circuit parts of the PLL integrated circuit.

【0034】図9は本発明を適用した場合で、基板バイ
アス=−3.0V、この時のしきい値は1.65V、ロ
ック電圧VCLは2.15V、ロック・タイムは2.1マ
イクロ秒である。しきい値Vthのロック電圧VCLに対す
る割合は、1.65÷2.15≒0.77である。本発
明を用いることにより、ロック・タイムを40%短くす
ることが出来る。
FIG. 9 shows the case where the present invention is applied, wherein the substrate bias is -3.0 V, the threshold at this time is 1.65 V, the lock voltage VCL is 2.15 V, and the lock time is 2.1 microseconds. It is. The ratio of the threshold value Vth to the lock voltage VCL is 1.65 ÷ 2.15 ≒ 0.77. By using the present invention, the lock time can be shortened by 40%.

【0035】参考文献1,2,3,4,5の文献名を下
記に示す。 1.CMOS超LSIの設計 飯塚哲哉編 P80 2.Physics of Semiconductor Devices S.M.Sze著 P
396 3.CMOS超LSIの設計 飯塚哲哉編 P80 4.CMOS超LSIの設計 飯塚哲哉編 P13 5.CMOS超LSIの設計 飯塚哲哉編 P13
The names of the references 1, 2, 3, 4, and 5 are shown below. 1. Design of CMOS VLSI Tetsuya Iizuka P80 2. P by Physics of Semiconductor Devices SMSze
396 3. Design of CMOS VLSI Tetsuya Iizuka P80 4. Design of CMOS LSI LSI Tetsuya Iizuka P13 5. CMOS LSI Design Tetsuya Iizuka P13

【0036】[0036]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、従来技術のように余分な回路を付加すること
なく、ロック・タイムとループ特性を同時に制御,最適
化することが可能なため、PLLの設計により自由度を
もたらし、より自由な設計で,より高性能なPLL集積
回路を実現することが可能になり、ロック・タイムを高
速にし、且つロック時のループ特性を良好にすることが
可能となる。なお、以上の説明では、本発明をP型Si
基板を用いた場合を例にして説明したが、本発明をN型
Si基板の場合にも適用可能なことは当然である。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to simultaneously control and optimize the lock time and the loop characteristics without adding an extra circuit unlike the prior art. Therefore, a degree of freedom is provided by the design of the PLL, and a higher-performance PLL integrated circuit can be realized with a more flexible design, the lock time can be increased, and the loop characteristics at the time of locking can be improved. It is possible to do. In the above description, the present invention is applied to the case where the P-type Si
Although the case where a substrate is used has been described as an example, the present invention is naturally applicable to the case of an N-type Si substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】MOSキャパシタの構成(P型基板の場合)を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a MOS capacitor (in the case of a P-type substrate).

【図2】MOSキャパシタのゲート電圧−容量特性を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a gate voltage-capacity characteristic of a MOS capacitor.

【図3】しきい値電圧が異なるMOSキャパシタの容量
−電圧特性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing capacitance-voltage characteristics of MOS capacitors having different threshold voltages.

【図4】VC の時間変化を示す図である。4 is a diagram showing the time variation of V C.

【図5】MOSキャパシタのしきい値のゲート酸化膜厚
および基板濃度依存性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing dependence of a threshold value of a MOS capacitor on a gate oxide film thickness and a substrate concentration.

【図6】しきい値電圧の基板バイアス依存性を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing the substrate bias dependence of the threshold voltage.

【図7】ダブル・ゲート構造のMOSキャパシタを示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing a MOS capacitor having a double gate structure.

【図8】従来のPLL集積回路のシミュレーション結果
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of a conventional PLL integrated circuit.

【図9】本発明のPLL集積回路のシミュレーション結
果を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a simulation result of the PLL integrated circuit of the present invention.

【図10】PLLの構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a PLL.

【図11】VCOの制御電圧VC −周波数特性を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a control voltage V C -frequency characteristic of a VCO.

【図12】VCOの入力制御電圧VC の時間変化を示す
図である。
FIG. 12 is a diagram showing a time change of an input control voltage V C of a VCO.

【図13】ループ・フィルタの構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of a loop filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 位相比較器 2 チャージ・ポンプ 3 ループ・フィルタ 4 電圧制御発振器 5 抵抗 6 容量 7 P型シリコン基板 8 ゲート酸化膜 9 ゲート電極 10 高濃度N型不純物領域 11 チャネル層領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Phase comparator 2 Charge pump 3 Loop filter 4 Voltage controlled oscillator 5 Resistance 6 Capacitance 7 P-type silicon substrate 8 Gate oxide film 9 Gate electrode 10 High concentration N-type impurity region 11 Channel layer region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03L 7/06 - 7/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03L 7 /06-7/14

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 位相同期ループ回路のループ・フィルタ
の容量にMOSキャパシタを用いるMOS型のPLL集
積回路であって、 MOSキャパシタのしきい値電圧が、PLLがロックし
た時の電圧制御発振器の入力電圧の75%ないし100
%の範囲に存在することを特徴とするPLL集積回路。
1. A MOS PLL integrated circuit using a MOS capacitor as a capacitance of a loop filter of a phase locked loop circuit, wherein a threshold voltage of the MOS capacitor is an input of a voltage controlled oscillator when the PLL is locked. 75% to 100% of voltage
% PLL integrated circuit.
【請求項2】 MOSキャパシタの金属電極の種類を変
えることにより、MOSキャパシタのしきい値電圧を、
PLLがロックした時の電圧制御発振器の入力電圧の7
5%ないし100%の範囲に存在させたことを特徴とす
る請求項1のPLL集積回路。
2. The threshold voltage of a MOS capacitor can be changed by changing the type of a metal electrode of the MOS capacitor.
7 of the input voltage of the voltage controlled oscillator when the PLL is locked
2. The PLL integrated circuit according to claim 1, wherein said PLL integrated circuit is present in a range of 5% to 100%.
【請求項3】 MOSキャパシタのゲート酸化膜の厚さ
を変えることにより、MOSキャパシタのしきい値電圧
を、PLLがロックした時の電圧制御発振器の入力電圧
の75%ないし100%の範囲に存在させたことを特徴
とする請求項1のPLL集積回路。
3. The threshold voltage of the MOS capacitor is in the range of 75% to 100% of the input voltage of the voltage-controlled oscillator when the PLL is locked by changing the thickness of the gate oxide film of the MOS capacitor. 2. The PLL integrated circuit according to claim 1, wherein:
【請求項4】 MOSキャパシタのチャネル層の不純物
濃度を変えることにより、MOSキャパシタのしきい値
電圧を、PLLがロックした時の電圧制御発振器の入力
電圧の75%ないし100%の範囲に存在させたことを
特徴とする請求項1のPLL集積回路。
4. Changing the impurity concentration of the channel layer of the MOS capacitor so that the threshold voltage of the MOS capacitor is in the range of 75% to 100% of the input voltage of the voltage controlled oscillator when the PLL is locked. 2. The PLL integrated circuit according to claim 1, wherein:
【請求項5】 位相同期ループ回路のループ・フィルタ
の容量にMOSキャパシタを用いるMOS型のPLL集
積回路であって、 MOSキャパシタの部分の基板バイアスを可変できるよ
うにしたことを特徴とするPLL集積回路。
5. A PLL integrated circuit of a MOS type using a MOS capacitor as a capacitance of a loop filter of a phase locked loop circuit, wherein a substrate bias of a portion of the MOS capacitor can be varied. circuit.
【請求項6】 基板バイアスを変化させることにより、
MOSキャパシタのしきい値電圧を、PLLがロックし
た時の電圧制御発振器の入力電圧の75%ないし100
%の範囲に存在させることを特徴とする請求項5のPL
L集積回路の調整方法。
6. By changing the substrate bias,
The threshold voltage of the MOS capacitor is set to 75% to 100% of the input voltage of the voltage controlled oscillator when the PLL is locked.
% In the range of%.
Adjustment method of L integrated circuit.
【請求項7】 位相同期ループ回路のループ・フィルタ
の容量にMOSキャパシタを用いるMOS型のPLL集
積回路において、MOSキャパシタをダブル・ゲート構
造にしたことを特徴とするPLL集積回路。
7. A PLL integrated circuit of a MOS type using a MOS capacitor as a capacitance of a loop filter of a phase locked loop circuit, wherein the MOS capacitor has a double gate structure.
【請求項8】MOSキャパシタのゲートに印加する電圧
を調節することにより、MOSキャパシタのしきい値電
圧を、PLLがロックした時の電圧制御発振器の入力電
圧の75%ないし100%の範囲に存在させることを特
徴とする請求項7のPLL集積回路の調整方法。
8. The voltage applied to the gate of the MOS capacitor is adjusted so that the threshold voltage of the MOS capacitor is in the range of 75% to 100% of the input voltage of the voltage controlled oscillator when the PLL is locked. 8. The method for adjusting a PLL integrated circuit according to claim 7, wherein:
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