JP3955150B2 - Phase interpolator, timing signal generation circuit, semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit system to which the timing signal generation circuit is applied - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は位相インターポレータ、タイミング信号発生回路、および、該タイミング信号発生回路が適用される半導体集積回路装置並びに半導体集積回路システムに関し、特に、LSIチップ間の信号伝送、或いは、1つのチップ内における複数の素子や回路ブロック間での信号伝送を高速化するためのタイミング信号発生回路に関する。
【0002】
近年、LSI(Large Scale Integration Circuit)チップ間の信号伝送、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory) とプロセッサ(論理回路)との間の信号伝送、或いは、1つのLSIチップ(半導体集積回路装置)における複数の素子や回路ブロック間での信号伝送を高速に行うことが必要となって来ている。そして、基準クロックに同期して所定の位相差を有する複数のタイミング信号を、簡単な構成でしかも高精度に発生することのできるタイミング信号発生回路の提供が要望されている。
【0003】
【従来の技術】
近年、コンピュータやその他の情報処理機器を構成する部品の性能は大きく向上し、特に、DRAMおよびプロセッサの性能は、時代と共に大きく向上して来た。すなわち、プロセッサは高速速度の面での性能向上が著しかったのに対し、DRAMは主として容量増加の面での性能向上が著しかった。しかしながら、DRAMにおける動作速度の向上は、容量の増加ほど大きなものではなく、その結果、DRAMとプロセッサとの間の速度ギャップが大きくなり、近年はこの速度ギャップがコンピュータの性能向上の妨げになりつつある。また、これらのチップ間の信号伝送だけでなく、チップの大型化に伴って、1つのLSIチップ(半導体集積回路装置)内の素子や構成回路(回路ブロック)間の信号伝送速度も、チップの性能を制限する大きな要因となって来ている。
【0004】
そして、例えば、LSIチップ間の信号伝送を高速化するためには、信号を受信する回路が信号に対して正確なタイミングで動作することが必要となっており、従来よりDLL(Delay Locked Loop) やPLL(Phase Locked Loop) といった方法が知られている。
図1は従来のタイミング信号発生回路の一例を示すブロック図であり、DLL回路を使用したタイミング信号発生回路の例を示すものである。図1において、参照符号100はDLL回路,111は可変遅延ライン,112は位相比較回路,113は制御信号発生回路,114は駆動回路(クロックドライバ),102は遅延回路,そして,103は受信回路を示している。
【0005】
DLL回路100は、可変遅延ライン111,位相比較回路112,および,制御信号発生回路113を備えて構成されている。位相比較回路112には、基準クロックCKrおよびクロックドライバ114の出力(内部クロックCKin)が入力され、これらのクロックCKrおよびCKinの位相差ができるだけ小さくなるように可変遅延ライン111の遅延量(遅延ユニットDの段数)を制御する。すなわち、位相比較回路112は、基準クロックCKrおよび内部クロックCKinの位相差に応じてアップ信号UPまたはダウン信号DNを制御信号発生回路113に供給し、該制御信号発生回路113は、このアップ信号UPまたはダウン信号DNに応じた制御信号(遅延ユニットDの段数を選択する信号)CSにより可変遅延ライン111の遅延量を制御する。これにより、基準クロックCKrと位相同期した内部クロックCKinを生成するようになっている。
【0006】
クロックドライバ114の出力は、LSIチップ(半導体集積回路装置)の内部クロックCKinとして供給されるが、例えば、遅延回路(適当な遅延段)102を介して受信回路103のタイミング信号TSとして使用される。すなわち、例えば、受信回路103は、遅延回路102を介して供給される内部クロックCKinに応じて与えられた信号SSを取り込む(ラッチする)ことになる。ここで、遅延回路102は、例えば、クロックドライバ114のドライブ能力および信号線の負荷容量等に応じて遅延する内部クロックCKinのタイミング調整を行ってタイミング信号TSを生成するために設けられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図1に示す従来のDLL回路を使用したタイミング信号発生回路、或いは、DLL回路をPLL回路に置き替えた同様の構成を有するタイミング信号発生回路は、基準クロックCKrと同一の位相の内部クロックCKinを生成することはできるが、この内部クロックCKinを、例えば、LSIチップ間の高速信号伝送に用いる場合には、解決しなければならない課題がある。
【0008】
まず、LSIチップ間(或いは、電子機器の間)の信号伝送では、必要な信号伝送帯域を得るために複数本の信号線を用いた多ビットの伝送を適用することが多いが、そうすると、それぞれの信号線の遅延特性のバラつき等により各ビットにおける最適な受信タイミングが異なることになる。そこで、例えば、各ビットにおけるタイミングを調整するために複数個のDLL回路を設けることになるが、その場合には、回路規模が大きくなり過ぎるという問題がある。
【0009】
また、1ビット幅の伝送であっても、受信回路の最適な受信タイミングは、基準クロックCKrの立ち上がり或いは立ち下がりとは異なるのが普通であり、そのために、基準クロックCKrを遅延段に通して受信用のクロックを生成することになる。しかしながら、せっかくDLL回路やPLL回路を用いて素子特性のバラつきに依存しない内部クロックCKinを作ったとしても、遅延段の部分で基準クロックCKrの周期と無関係の遅延が生じてしまうことになるため、クロック周波数に変化が生じた場合には、最適なタイミングでの受信ができなくなるという問題がある。
【0010】
本発明は、上述した従来のタイミング信号発生回路が有する課題に鑑み、基準クロックに同期して所定の位相差を有する複数のタイミング信号を、簡単な構成でしかも高精度に発生することのできるタイミング信号発生回路の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の形態によれば、入力された基準信号と同一の周期或いは位相を有する内部信号をフィードバック制御して生成する親回路と、該親回路からの内部信号および制御信号を受け取って、前記基準信号に対して所定のタイミングを有するタイミング信号を発生する子回路と、を備え、前記親回路は、前記基準信号および前記内部信号の周期或いは位相を比較する比較回路と、該比較回路の出力に応じて前記制御信号を変化させる制御信号発生回路と、該制御信号により前記基準信号の遅延量を制御して前記内部信号を出力する親回路用可変遅延ラインと、を具備するDLL回路であり、且つ、前記子回路は、前記親回路からの制御信号により前記内部信号を遅延して前記タイミング信号を出力する子回路用可変遅延ラインを具備することを特徴とするタイミング信号発生回路が提供される。
【0012】
本発明の第2の形態によれば、入力された基準信号と同一の周期或いは位相を有する内部信号をフィードバック制御して生成する親回路と、該親回路からの内部信号および制御信号を受け取って、前記基準信号に対して所定のタイミングを有するタイミング信号を発生する子回路と、を備え、前記親回路は、前記基準信号および前記内部信号の周期或いは位相を比較する比較回路と、該比較回路の出力に応じて前記制御信号を変化させる制御信号発生回路と、該制御信号により前記基準信号の遅延量を制御して前記内部信号を出力する親回路用可変遅延ラインと、を具備するDLL回路であり、且つ、前記子回路は、前記内部信号に関連する異なる複数相の入力信号を受け取り、前記制御信号に従って該複数相の入力信号の中間位相の前記タイミング信号を出力する位相インターポレータを具備することを特徴とするタイミング信号発生回路が提供される。
本発明の第3の形態によれば、入力された基準信号と同一の周期或いは位相を有する内部信号をフィードバック制御して生成する親回路と、該親回路からの制御信号を受け取って、前記基準信号に対して所定のタイミングを有するタイミング信号を発生する子回路と、を備え、前記親回路は、前記基準信号および前記内部信号の周期或いは位相を比較する比較回路と、該比較回路の出力に応じて前記制御信号を変化させる制御信号発生回路と、該制御信号に応じて前記基準信号に対応した内部信号を発生する親回路用電圧制御発振器と、を具備するPLL回路であり、且つ、前記子回路は、前記親回路からの制御信号に応じて前記タイミング信号を出力する子回路用電圧制御発振器を具備することを特徴とするタイミング信号発生回路が提供される。
【0013】
これにより、基準信号に同期して所定の位相差を有する複数のタイミング信号を、簡単な構成でしかも高精度に発生することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
まず、図2を参照して、本発明に係るタイミング信号発生回路の原理構成を説明する。
図2は本発明に係るタイミング信号発生回路の原理構成を示すブロック図である。図2において、参照符号1は親回路,2は子回路,10はDLL回路,11は可変遅延ライン,12は位相比較回路,13は制御信号発生回路,そして,14は駆動回路(クロックドライバ)を示している。
【0015】
図2に示されるように、本発明のタイミング信号発生回路は、親回路1および複数の子回路2により構成されている。親回路1は、図1に示す従来のタイミング信号発生回路111と同様の構成とされ、DLL回路10およびクロックドライバ14を備えて構成されている。なお、親回路1としては、DLL回路を使用するものに限定されず、例えば、PLL回路を適用したものであってもよい。
【0016】
DLL回路10は、可変遅延ライン11,位相比較回路12,および,制御信号発生回路13を備えている。位相比較回路12には、基準クロックCKrおよびクロックドライバ14の出力(内部クロックCKin)が入力され、これらのクロックCKrおよびCKinの位相が比較される。さらに、制御信号発生回路13は、この位相比較の結果に基づいて、制御信号(例えば、アナログ値の電圧或いは電流)CSを発生する。そして、この制御信号発生回路13からの制御信号CSにより、可変遅延ライン11の遅延量が制御され、最終的には、基準クロックCKrと内部クロックCKinの位相差が最少になる。ここで、クロックドライバ14の出力(CKin)は、位相比較回路12にフィードバックされるだけでなく、各子回路2に供給され、また、制御信号発生回路13からの制御信号CSも各子回路2に供給されている。
【0017】
図2に示されるように、本発明のタイミング信号発生回路では、親回路1で使用される制御信号(制御信号発生回路13の出力信号)CSにより、複数の子回路2の制御も行われるようになっている。すなわち、各子回路2では、親回路1のDLL回路10における可変遅延ライン11の遅延量を制御するために使用される制御信号CSがそのまま使用され、また、この可変遅延ライン11の遅延要素(遅延ユニットD)と本質的に同一の遅延要素を使用して基準クロックCKrの周期に比例した遅延を持たせることができるようになっている。
【0018】
従って、子回路2においても、基準クロックCKrの周期を基準とした遅延量を持つ(すなわち、基準クロックに対し一定の位相差関係にある)タイミング信号(TS)を発生させることができる。また、親回路1で発生された制御信号CSを子回路2においても使うことにより、基準クロックCKrの周波数に応じて子回路2の応答周波数特性を制御することができる。具体的に、例えば、子回路2で使用するフィルター回路の特性周波数(例えば、カットオフ周波数)を基準クロックCKrの周波数に比例させることが可能となる。このことを利用することにより、例えば、CMOS振幅の矩型波クロックをフィルターに通して一定振幅の正弦波を子回路2で発生させること等が可能となる。
【0019】
このように、本発明のタイミング信号発生回路によれば、親回路1よりも遙かに簡単な構成の子回路2により基準クロックCKrに同期したタイミング信号を発生させることができる。また、基準クロックCKrの周波数に応じて子回路2の応答速度を変化させることにより、広い周波数範囲に渡って高精度のタイミング信号TSの発生が可能となる。
【0020】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る位相インターポレータ、タイミング信号発生回路、および、該タイミング信号発生回路が適用される半導体集積回路装置並びに半導体集積回路システムの実施例を説明する。
図3は本発明の第1実施例としてのタイミング信号発生回路の構成を示すブロック図である。
【0021】
図3に示されるように、可変遅延ライン11は複数の遅延ユニットDにより構成され、制御信号CSで可変遅延ライン11の所定段数の遅延ユニットDを選択することにより該可変遅延ライン11における遅延量を制御するようになっている。また、制御信号発生回路13は、チャージポンプ回路131およびバッファアンプ132により構成され、基準クロックCKrおよび内部クロックCKinの位相差に応じて出力される位相比較回路12からのアップ信号UPまたはダウン信号DNに応じた制御信号CSを発生するようになっている。
【0022】
また、図3に示されるように、子回路2は、親回路1の可変遅延ライン11を構成する遅延ユニットと同じ遅延ユニットDを複数備えて構成された可変遅延ライン21を有し、また、子回路2の可変遅延ライン21には、親回路1のクロックドライバ14の出力である内部クロックCKinが入力されている。なお、子回路2は、例えば、クロック周期に対して所定の遅延を有するタイミング信号(TS)を生成するために使用される。
【0023】
子回路2の可変遅延ライン21の遅延量(遅延ユニットDの段数)は、親回路1の制御信号発生回路13(バッファアンプ132)の出力である制御信号CSにより制御されるようになっている。このように、子回路2には、親回路1の可変遅延ライン11と同じ遅延ユニットDが使用されており、基準クロックCKrの周期に比例した遅延量を有する複数のタイミング信号(TS1,TS2,…)を発生させることができるようになっている。これらのタイミング信号TS1,TS2,…は、それぞれ基準クロックCKrに対して所定の遅延量を有し、例えば、基準クロックCKrに対して1/m,2/m,…周期だけ遅れたタイミングの信号となっている。なお、子回路2は、1つの親回路1に対して複数個設けることができ、各子回路2の可変遅延ライン21は、例えば、親回路1の可変遅延ライン11よりも回路規模が小さく、すなわち、遅延ユニットDの段数が少なくなるように構成することができる。
【0024】
以上において、親回路1および複数の子回路2は、1つの半導体集積回路装置(LSIチップ)内に設けることもできるが、親回路1および各子回路2をそれぞれ異なる半導体集積回路装置に設けるように構成してもよい。すなわち、タイミング信号発生回路を複数の半導体集積回路装置を有する半導体集積回路システムに適用することもできる。
【0025】
図4は図3のタイミング信号発生回路の可変遅延ラインにおける遅延ユニットDの一例を示す回路図である。ここで、図4に示す遅延ユニットDの回路例は、親回路1の可変遅延ライン11における遅延ユニット、および、子回路2の可変遅延ライン21における遅延ユニットに共通するものである。
図4に示されるように、各遅延ユニットDは、高電位電源線(Vcc)および低電位電源線(Vss)の間に設けられたpチャネル型MOS(pMOS)トランジスタおよびnチャネル型MOS(nMOS)トランジスタより成るCMOSインバータDI,このCMOSインバータDIの出力と低電位電源線(Vss)との間に設けられたnMOSトランジスタDTおよび容量DCにより構成されている。そして、可変遅延ライン11(21)は、複数段の遅延ユニットDを縦列接続することにより構成されている。なお、図4に示す遅延ユニットDは、トランジスタDTのゲートに制御電圧Vcs(制御信号CS)を与えるようになっているが、これに限定されるものではなく、様々な構成のものを使用することができる。例えば、後述の図8に示すようなCMOSインバータDIのトランジスタ(pMOSおよびnMOS)のソース側にそれぞれ定電流モードで動作するトランジスタを挿入し、これらのトランジスタへの制御電圧VcnおよびVcpにより遅延を制御することも可能である。なお、論理の反転を避けるために、2つの遅延ユニットDを1つの単位(1段)として構成してもよい。
【0026】
図5は図3のタイミング信号発生回路における位相比較回路12の一例を示すブロック回路図であり、図6は図5の位相比較回路の動作を説明するためのタイミング図である。
図5に示されるように、位相比較回路12は、基準クロックCKrと内部クロックCKinの位相を比較し、これらの信号の位相差に応じてアップ信号(/UP)またはダウン信号(/DN)を出力するものであり、基準クロックCKrおよび内部クロックCKinの周波数を2分周して2倍の周期を有する基準クロックCKr’および内部クロックCKin’の論理を取って負論理のアップ信号(/UP)およびダウン信号(/DN)を生成するようになっている。
【0027】
すなわち、図6に示されるように、2分周した内部クロックCKin’が低レベル“L”から高レベル“H”へ変化するタイミングが、2分周した基準クロックCKr’が低レベル“L”から高レベル“H”へ変化するタイミングよりも早ければ、低レベル“L”のアップ信号/UPが出力され、一方、2分周した基準クロックCKr’が低レベル“L”から高レベル“H”へ変化するタイミングよりも遅ければ、低レベル“L”のダウン信号/DNが出力される。
【0028】
図7は図3のタイミング信号発生回路におけるチャージポンプ回路131の一例を示す回路図である。
図7に示されるように、チャージポンプ回路131は、高電位電源線(Vcc)および低電位電源線(Vss)の間に設けられ、アップ信号(反転論理のアップ信号)/UPがゲートに供給されたpMOSトランジスタ,および,ダウン信号DNがゲートに供給されたnMOSトランジスタにより構成されている。すなわち、低レベル“L”のアップ信号/UPが出力されているときは、出力レベルVcoの電位が高くなり、一方、高レベル“H”のダウン信号DN(/DNが低レベル“L”)が出力されているときは、出力レベルVcoの電位が低くなるようになっている。
【0029】
このチャージポンプ回路131の出力Vcoは、バッファアンプ132を介して制御電圧Vcs(制御信号CS)となり、図4の各遅延ユニットDのトランジスタDTのゲートに印加されることになる。そして、制御電圧Vcsの電位が高くなれば、各CMOSインバータDIの出力における負荷容量が大きくなって、可変遅延ライン11(21)の遅延量が増大し、内部クロックCKinの位相が遅れる。逆に、制御電圧Vcsの電位が低くなれば、各CMOSインバータDIの出力における負荷容量が小さくなって、可変遅延ライン11(21)の遅延量が減少し、内部クロックCKinの位相が進むことになる。
【0030】
図8は図3のタイミング信号発生回路の可変遅延ラインにおける遅延ユニットDの他の例を示す回路図である。
図8に示されるように、遅延ユニットDは、CMOSインバータDIのトランジスタ(pMOSおよびnMOS)のソース側に定電流モードで動作するトランジスタを挿入し、このトランジスタへの制御電圧VcnとVcpで遅延を制御するようになっている。すなわち、高電位電源線(Vcc)とCMOSインバータDIのpMOSトランジスタのソースとの間にpMOSトランジスタDTpを設け、また、低電位電源線(Vss)とCMOSインバータDIのnMOSトランジスタのソースとの間にnMOSトランジスタDTnを設けるようになっている。そして、トランジスタDTpのゲートに対して制御電圧Vcpを印加すると共に、トランジスタDTnのゲートに対して制御電圧Vcnを印加するようになっている。この図8に示す遅延ユニットDは、1つの遅延ユニットによる遅延量の可変範囲が広いという利点がある。なお、論理の反転を避けるために、2つの遅延ユニットDを1つの単位(1段)として構成してもよいのは前述の通りである。
【0031】
図9は本発明の第2実施例としてのタイミング信号発生回路における制御信号発生回路13の構成を示すブロック回路図であり、図10は図9の制御信号発生回路13の出力を変換する電流−電圧変換回路133の一例を示す回路図である。
図9に示されるように、制御信号発生回路13は、チャージポンプ回路131およびカレントミラー接続された複数のpMOSトランジスタ1321,1322を備えて構成されている。各pMOSトランジスタ1321,1322のソースは高電位電源線(Vcc)に接続され、また、ゲートにはそれぞれチャージポンプ回路131の出力が供給されている。そして、これらpMOSトランジスタ1321,1322のドレインから親回路1および子回路2へ供給される制御信号CSが出力されるようになっている。すなわち、本第2実施例では、親回路1および子回路2への制御信号CSの配送に電流信号を用いるようになっている。ここで、子回路用のpMOSトランジスタ1322は、例えば、子回路2の数に対応して複数個設けることができる。
【0032】
そして、図10に示されるように、親回路1および各子回路2においては、制御信号発生回路13(pMOSトランジスタ1321,1322)からの制御信号(電流信号)CSを電流−電圧変換回路133により制御電圧VcnおよびVcpに変換するようになっている。そして、この制御電圧VcnおよびVcpは、例えば、図8に示す遅延ユニットの各トランジスタDTpおよびDTnのゲートに印加されることになる。なお、図4に示す遅延ユニットを制御するには、制御電圧Vcnを制御電圧Vcsとして使用することになる。また、ここで、電流−電圧変換回路133は、nMOSトランジスタ1331,1333およびpMOSトランジスタ1332により構成されているが、これに限定されるものではない。
上記の第2実施例は、制御信号CSを電流信号により配送することにより、例えば、親回路1と子回路2がチップの中で遠く離れることにより生じるトランジスタのしきい値のバラつきに対しても、制御信号CSの伝送に支障を生じさせないという利点がある。
【0033】
図11は本発明の第3実施例としてのタイミング信号発生回路の要部構成を示すブロック図であり、図12は図11のアップダウンカウンタの出力をディジタル−アナログ変換(D/A変換)するD/Aコンバータの一例を示すブロック回路図である。
図11および図3の比較から明らかなように、本第3実施例では、第1実施例におけるチャージポンプ回路131の代わりにアップダウンカウンタ134を用いるようになっている。すなわち、アップダウンカウンタ134は、位相比較回路12からのアップ信号UPおよびダウン信号DNをカウントし、例えば、6ビットのカウント信号b0〜b5を図12に示すD/Aコンバータ135へ供給するようになっている。
【0034】
D/Aコンバータ135は、電流マトリクスセル型のD/Aコンバータであり、例えば、アップダウンカウンタ134の出力である6ビットのカウント信号b0〜b5をアナログ変換して制御信号CSを出力するようになっている。
図13は図12に示すD/Aコンバータ135における1つの電流マトリクスセル(U)の構成例を示す回路図である。
【0035】
図13に示されるように、1つの電流マトリクスセルUは、アンドゲートUA,オアゲートUO,および,2つのnMOSトランジスタUT1,UT2を備えて構成され、このセルUをマトリクス状に配置して電流マトリクス部1350を構成すると共に、デコーダ1351,1352を介してカウント信号(b2,b3;b4,b5)を各電流マトリクスセルUに供給するようになっている。なお、上位のカウント信号b0,b1は、出力端子と低電位電源線(Vss)との間にそれぞれ直列に設けられた2つのnMOSトランジスタ(1353,1354;1355,1356)における一方のトランジスタ(1353,1355)のゲートに供給されるようになっている。なお、他方のトランジスタ(1354,1356)のゲートには、制御電圧Vcが印加されるようになっている。また、この制御電圧Vcは、各電流マトリクスセルUにおけるトランジスタUT2のゲートにも印加されるようになっている。
【0036】
この図11〜図13に示す第3実施例は、アップダウンカウンタ134およびD/Aコンバータ135の組み合わせを用いることで、ループフィルタの設計を容易に行えると共に、DLL回路を適用したループの位相比較動作を完全に停止状態にしても遅延量を一定に保持することが可能となり低消費電力化できるという利点がある。
【0037】
図14は本発明の第4実施例としての子回路に適用するタイミング信号発生回路の構成を示すブロック図であり、図15は図14の位相インターポレータ136の一例を示す回路図である。
図14に示されるように、本第4実施例では、入力クロック(in2)とこれより遅延段1段分遅らせた信号(in1)を位相インターポレータ(フェーズインターポレータ)136に通すことにより、子回路2でのタイミング信号TSを発生させるようになっている。
【0038】
図15に示されるように、位相インターポレータ136は、2組の差動増幅段1361,1362の入力トランジスタ対のバイアス電流(Tail Current)を変化させることで、2つの入力(in1,in2)に重みを付けて足し合わせ、さらに、2組の差動増幅段1361,1362からの信号S1,S2をコンパレータ1363に通すことにより、これら2つの信号S1,S2の位相の中間の位相出力(タイミング信号TS)を得るようになっている。ここで、各差動増幅段1361および1362における入力in1およびin2の重み付けは、例えば、直列に接続された2つのnMOSトランジスタの一方のトランジスタ(1364)のゲートに対して制御コード(C01,C02,…,C0n;C11,C12,…,C1n)を供給し、他方のトランジスタ(1365)のゲートに対して制御電圧(Vcs)を印加することにより行うことができる。このような位相インターポレータ136を使う利点は、1段分の遅延ユニットよりも細かい分解能で出力信号(タイミング信号TS)のタイミングを調整できることであり、高精度のタイミング調整が可能となる。
【0039】
図16は本発明の第5実施例としての位相インターポレータ136の他の例を示す回路図である。
図16に示す位相インターポレータ136は、2つの電圧−電流変換回路136a,136bにより構成され、各電圧−電流変換回路は、それぞれpMOSトランジスタ61,63およびnMOSトランジスタ62,64を備えている。そし、電圧−電流変換回路136aおよび136bは、それぞれ電圧入力in1およびin2を電圧−電流変換して出力するようになっている。ここで、電圧−電流変換回路の出力トランジスタ(65,66)の個数は、外部信号によりスイッチ手段67で制御され、その結果、電圧−電流変換の変換係数が変化する。変換された電流は、和が取られ、この結果をコンパレータに入れることでタイミング信号(TS)が得られる。
【0040】
図17は本発明の第5実施例のシミュレーションを行うために使用したタイミング信号発生回路(位相インターポレータ136)の構成を示す回路図であり、図18は図17のタイミング信号発生回路のシミュレーション結果(SPICEシミュレーション結果)を示す図である。
図17に示されるように、位相インターポレータ136は、入力信号(電圧信号)in1およびin2をそれぞれ電圧−電流変換する電圧−電流変換回路136aおよび136bを備えて構成される。なお、各電圧−電流変換回路136aおよび136bの入力には、遅延ユニットD(可変遅延ライン11に使用するものと同じ遅延ユニット:図4或いは図8参照)を挿入して、入力信号in1およびin2の変化を緩やかにした信号in1*およびin2*をそれぞれ電圧−電流変換回路136aおよび136bに供給するようになっている。なお、図17における参照符号W0 〜W7(/W0 〜/W7)は、トランスファゲート(スイッチ手段)67のスイッチングを制御する外部信号であり、これら外部信号W0 〜W7(/W0 〜/W7)によりトランスファゲート67を開閉して、電圧−電流変換回路136a(136b)の出力トランジスタ(65,66)の個数を制御するようになっている。これにより、図18に示されるように、出力(Out)のタイミングを変化させることができる。すなわち、電流−電圧変換回路136a,136bの変換係数を変えることで、2つの入力信号in1,in2の重みを変化させ、位相インターポレータ136の動作を実現するようになっている。本第5実施例の位相インターポレータは、図15で示す第4実施例のように、カレントミラー差動増幅段を使わないため、より一層の低電圧動作が可能となる利点がある。
【0041】
図19は本発明の第6実施例としてのタイミング信号発生回路の構成を示すブロック図である。
図19に示されるように、本第6実施例は、親回路1および子回路2によりDLL回路を構成したものであり、親回路1に対して粗い遅延制御を行う粗遅延制御部および微細な遅延制御を行う微細遅延制御部を設け、また、子回路2に対しては、親回路1の微細遅延制御部に対応した回路を設けるようになっている。
【0042】
親回路1における粗遅延制御部は、遅延ライン11,位相比較回路12a,アップダウンカウンタ134a,D/Aコンバータ135,および,セレクタ15により構成され、また、親回路1における微細遅延制御部は、位相インターポレータ136,および,例えば、粗遅延制御部(セレクタ15)の出力を一段分および二段分だけ遅延させて位相インターポレータ136に供給する2つの遅延ユニットDを備えて構成されている。ここで、位相比較回路12aには、基準クロックCKr,および,例えば、m段の遅延ユニットDで構成される遅延ライン11の最終段の出力が入力され、さらに、D/Aコンバータ135の出力(電流制御信号)を遅延ライン11に供給して、遅延ライン11から遅延ユニットDの段数に応じて位相が等分割されたタイミングの信号をセレクタ15に出力するようになっている。また、セレクタ15および位相インターポレータ136には、位相比較回路12bおよびアップダウンカウンタ134bで生成された制御信号が供給されている。すなわち、粗遅延制御部は、複数の遅延ユニットを備えた遅延ライン11からタップを取り出し、各タップの出力をセレクタ(選択手段)15で選択し、その出力信号を各微細遅延制御部に供給するようになっている。
【0043】
図19に示されるように、各子回路2には、親回路1の微細遅延制御部と同様に、位相インターポレータ236,および,親回路1の粗遅延制御部(セレクタ15)の出力を一段分および二段分だけ遅延させて位相インターポレータ236に供給する2つの遅延ユニットDを備えた微細遅延制御部が設けられている。なお、この微細遅延制御部における遅延ユニットDの構成は様々に変化させることができる。
【0044】
図19に示されるように、本第6実施例は、親回路1の粗遅延制御部と、微細遅延制御部(親回路1或いは各子回路2の微細遅延制御部)とを直列に繋ぎ、粗遅延制御部そのものでDLLループを構成する。さらに、位相インターポレータ(136,236)を用いた微細遅延制御部により、親回路1の遅延段(1つの遅延ユニットD)よりも高い分解能の遅延を得るようになっている。ここで、微細遅延制御部の位相インターポレータ(136,236)に用いる遅延ユニットは、粗遅延制御部の遅延ライン11における遅延ユニットDと同じものである。なお、D/Aコンバータ135の出力(電流制御信号)は、各子回路2に対しても供給されるようになっている。
【0045】
このように、本第6実施例によれば、遅延ライン11の分解能よりも高い分解能の遅延をディジタル信号により設定することができ、高精度のDLL信号を得ることができる。さらに、位相比較動作を長時間停止したりスリープモードから短時間で復帰することのできるディジタル制御のDLL回路を実現することができる。しかも、子回路2として微細遅延制御部(位相インターポレータ236)の複数並べることにより、遅延ライン11の分解能よりも高い分解能の遅延を有する複数のタイミング信号を発生させることができるという利点もある。
【0046】
図20は本発明の第7実施例としてのタイミング信号発生回路の構成を示すブロック図である。
本第7実施例においては、親回路1から子回路2に対しては、制御信号CS(制御信号発生回路13の出力)だけでなく三相内部クロックCK1〜CK3(遅延ライン11の各遅延出力)も出力されるようになっている。そして、子回路2においては、親回路1から供給された三相クロックCK1〜CK3を基に位相インターポレータ236により任意の位相のタイミング信号(出力クロック)が発生されるようになっている。
【0047】
すなわち、図20に示されるように、子回路2は、例えば、信号の変化を緩やかにするための遅延ユニットDを介して三相クロックCK1〜CK3がスイッチ部238に供給される。このスイッチ部238により、三相クロックの所定の組み合わせが選択されて、演算増幅器237a,237bの各入力に供給される。そして、これら演算増幅器237a,237bの各出力を受け取って位相分割し、所定のタイミング信号を出力する。この本第7実施例は、子回路2において、360度の内の任意の位相を有するタイミング信号(出力クロック)を発生することができるという利点がある。
【0048】
図21は本発明の第8実施例としての正弦波発生回路の構成を示す回路図である。
近年、クロックドライバの消費電力の低減や、高調波成分を無くしてクロックノイズが減少するために、クロック波形に正弦波を用いることが注目されている。なお、正弦波のクロックを用いた場合にクロックドライバの消費電力を低減できるのは、出力波形の立ち上がりおよび立ち下がりを急峻に行う必要がない(緩やかでよい)ため、クロックドライバを構成するトランジスタを駆動能力の小さい小型のもの(消費電力の小さいトランジスタ)で構成することができるためである。そして、図21は、例えば、子回路2に適用される正弦波クロックの生成回路の一例を示すものである。
【0049】
図21に示されるように、例えば、図10に示されるような電流−電圧変換回路133により得られる電圧(制御電圧)VcnおよびVcpを図8に示すような遅延ユニットDを通すことにより、フル振幅のCMOSクロック(矩形波)を三角波に変換し、さらに、この三角波を非線形の入出力特性を有する定電流ドライバCDを通すことにより、正弦波(疑似正弦波)に変換する。ここで、三角波を作る部分には、親回路1からの制御信号(CS)で動作する遅延ユニットDを用いるようになっているが、この遅延ユニットDの遅延は基準クロック(CKr)の周期に比例するため、基準クロックの周波数が変化しても三角波の振幅が一定に保たれる。従って、本第8実施例は、広い周波数範囲に渡って正弦波が発生することができるという利点がある。
【0050】
図22は図21の正弦波発生回路のシミュレーション結果(SPICEシミュレーション結果)を示す図であり、図22(a)は入力信号(クロック)が40MHz の場合を示し、図22(b)は入力信号が100MHz の場合を示し、そして、図22(c)は入力信号が400MHz の場合を示している。なお、正弦波発生回路の出力には、例えば、伝送線路の特性インピーダンスの半分の抵抗値を有する抵抗Rを設けてシミュレーションを行った。
【0051】
図22(a)〜図22(c)から明らかなように、図21の正弦波発生回路は、各周波数(40MHz,100MHz,400MHz)に対して、入力する矩形波をほぼ正弦波に変換して出力することが判る。
図23は本発明の第9実施例としてのタイミング信号発生回路の構成を示すブロック図であり、PLL回路を適用したタイミング信号発生回路の例を示すものである。
【0052】
図23において、参照符号12は位相比較回路,134はアップダウンカウンタ,135はD/Aコンバータ,そして,21は可変電圧発振器(VCO)を示している。ここで、可変電圧発振器21は、例えば、図8に示す遅延ユニットDと同様の回路を3段縦列接続したリングオシレータにより構成され、各段の制御トランジスタ(DTp,DTn)のゲートには、制御信号発生回路(電流−電圧変換回路133)の出力である制御電圧VcpおよびVcnが印加され、これにより発振周波数が制御されるようになっている。なお、各子回路2は、それぞれ電流−電圧変換回路133および可変電圧発振器21を備えて構成されることになる。
【0053】
このように、本第9実施例では、親回路1にDLL回路ではなく、PLL回路を用いているため、完全に周期的なクロック信号が得られないような場合でも出力信号(タイミング信号)を生成することができる。すなわち、例えば、入力する基準クロックCKrにジッタが含まれている場合でも、可変電圧発振器(リングオシレータ)21等によりジッタ成分を取り除くことができるため、受信データからクロック成分をリカバリするような場合に好ましいものである。
【0054】
図24は本発明の第10実施例としてのタイミング信号発生回路の構成を示すブロック図である。
本第10実施例において、親回路1は、基準クロック(CKr)にロックした内部クロック(CKin)を出力するDLL回路を適用した回路であり、子回路2a〜2zは多ビットの受信回路3a〜3zのそれぞれのビットに応じて設けられている。ここで、親回路1は、図19に示すものに限定されず、様々なものが適用可能である。
【0055】
図24に示されるように、各子回路2a〜2z(2a)は、図19のセレクタ(15),遅延ライン(11),遅延ユニット(D),および,位相インターポレータ(136)に対応するセレクタ211,遅延ライン215,2つの遅延ユニットD,および,位相インターポレータ236を備えて構成され、それぞれ対応する受信回路3a〜3zに対してそれぞれタイミング信号TSa〜TSzを供給して各受信回路3a〜3zが信号SSa〜SSzを取り込むタイミングを制御するようになっている。
【0056】
本第10実施例においては、各子回路2a〜2zにおいて、対応する受信回路3a〜3zにおける信号SSa〜SSzのレベルを順次検出して、取り込みタイミングが最適となるように、遅延量の制御を行うようになっている。すなわち、スイッチ手段210により、受信回路(例えば、3a)からの信号(SSa)を順次切り替えてアナログ−ディジタル変換(A/D変換)するA/Dコンバータ220に供給し、そのレベルが最大となるように(S/N比が大きくなるように)、制御回路230を介して、セレクタ215による選択(遅延ライン211による遅延量)を制御するようになっている。ここで、各受信回路(3a)において、例えば、最適なタイミングTSaで信号SSaの取り込みを行った時には、信号SSaのレベルが最大となるため、本第10実施例では、それを利用してタイミング信号TSaのタイミングを規定する。
【0057】
すなわち、本第10実施例において、遅延ライン211による遅延量は、例えば、6ビットのディジタル信号で制御され、このディジタル信号を各受信回路3a〜3zにおける信号強度が最大になるようにそれぞれ制御する。そして、この信号強度の最適化の作業は、そのための特別な信号(例えば、『1010…』等の系列)を送っている間に実行するように構成する。本第10実施例によれば、多ビット並列の信号伝送であっても、各ビット間の信号線遅延まで含めて受信回路の動作タイミングを最適化できるという利点がある。
【0058】
図25は本発明の第11実施例としてのタイミング信号発生回路の要部構成を示すブロック図である。
本第11実施例は、上述した第10実施例と同様に、多ビットの受信タイミングをそれぞれのビットで最適化するものであり、親回路1は基準クロックCKrにロックした信号(内部クロックCKin)を発生するようになっている。ここで、子回路2(2a〜2z)は、第10実施例と同様に、多ビットの受信回路3(3a〜3z)のそれぞれのビットに対して設けられ、図25に示されるように、各子回路2には、位相インターポレータ236を用いた微細遅延制御部が設けられ、後述するように、6ビットのディジタル信号で入力サンプリングのタイミング(CL1,CL2)を制御するようになっている。
【0059】
なお、図25において、参照符号212は組み合わせ論理回路、234はアップダウンカウンタ、そして、241,242は受信用ラッチ回路を示している。また、位相インターポレータ236には、親回路1の4相PLL回路(250)の出力(φ1,/φ1,φ2,/φ2)が供給され、制御クロックCL1およびCL2を出力して各ラッチ回路241,242のサンプリングタイミングを制御するようになっている。ここで、ラッチ回路241および242は、それぞれ2つのD型フリップフロップ(D−FF)により構成され、ラッチ回路241における2つのフリップフロップは、制御クロックCL1によりサンプリングが制御され、また、ラッチ回路242における2つのフリップフロップは、それぞれ制御クロックCL1およびCL2によりサンプリングが制御される。
【0060】
すなわち、本第11実施例の各子回路2(2a〜2z)においては、1つのビットに対して2つの受信用ラッチ回路241および242が設けられており、一方のラッチ回路241は、データの受信ウィンドウ(ビットセルとも呼ばれる)の中央で入力をサンプリングし、他方のラッチ回路242は、隣接する2つのビットセルの境界をサンプリングするようになっている。そのため、これら2つのラッチ回路241および242は、それぞれ180度位相のずれた制御クロックCL1およびCL2により制御され、入力信号は通常の2倍のサンプリングレートでサンプルされるようになっている。このような2つのラッチ回路241,242を用いることにより、隣接するビットセル間で『0』から『1』或いは『1』から『0』のデータ遷移が生じた場合に、サンプリングのタイミング(制御クロックCL1およびCL2のタイミング)がデータに対して早かったか遅かったかを知ることができる。
【0061】
具体的に、まず、N番目のデータが『1』で、N+1番目のデータが『0』となるデータ遷移が生じたとき、ビットセル中央サンプリング用ラッチ回路241の出力をD(N)とし、且つ、ビットセル境界サンプリング用ラッチ回路242の出力をB(N)とすると、『D(N),B(N),D(N+1)』の系列は『1,0,0』或いは『1,1,0』となる。ここで、系列『1,0,0』はサンプリング用の制御クロック(CL1,CL2)のタイミングがデータよりも遅かったことを示し、また、系列『1,1,0』は制御クロックのタイミングがデータよりも早かったことを示している。
【0062】
次に、N番目のデータが『0』で、N+1番目のデータが『1』となるデータ遷移が生じたとき、『D(N),B(N),D(N+1)』が系列『0,0,1』となるのは、サンプリング用の制御クロック(CL1,CL2)のタイミングがデータよりも早かったことを示し、また、系列『0,1,1』は制御クロックがデータよりも遅かったことを示している。
【0063】
そして、2つのラッチ回路241および242の出力を組み合わせ論理回路212に通すことにより、制御クロックCL1およびCL2をより遅くするべきか早くするべきかの判定信号(アップ信号UP,ダウン信号DN)を得ることができる。この判定信号(UP,DN)をアップダウンカウンタ234でカウントし、その内容を6ビットの信号(C00,C01,C02;C10,C11,C12)に変換して位相インターポレータ236に供給して制御クロックCL1およびCL2のタイミングを制御することにより、信号受信のタイミングを最適化してS/N比を大きくすることができる。
【0064】
ここで、本第11実施例における信号受信のタイミングを最適化するための処理は、例えば、このタイミング最適化専用の信号(特別な信号、例えば、『101010…』の系列)を送っている間に実行すればよい。このように、本第11実施例によれば、前述した第10実施例のように、信号受信強度をアナログ量として評価するためのA/Dコンバータ220を不要とすることができ、また、スイッチ手段210により順次選択することなく、タイミング最適化の処理を多ビットで並行して行うことができるという利点がある。従って、各ビットにおいて、一定の頻度で『0』から『1』或いは『1』から『0』の遷移が保証されている場合(例えば、データが10B/8Bのような方式でコーディングされている場合)には、各ビットにおける受信タイミングの最適化処理をデータ送受信と並行して行うことができる。
【0065】
図26は図25のタイミング信号発生回路における位相インターポレータ(位相アジャスタ)236の一例を示す回路図である。
図25および図26に示されるように、位相インターポレータ236には、アップダウンカウンタ234からの6ビットの信号(C00,C01,C02;C10,C11,C12)および親回路1に設けられた4相PLL回路(250)の出力(φ1,/φ1,φ2,/φ2)が供給されている。これら6ビットの信号により、各差動増幅段2361および2362における差動入力の重み付けが行われる。ここで、差動増幅段2361および2362の各入力には、制御信号Snsおよび/Snsにより制御されるスイッチ手段2360を介して4相PLL回路の出力(φ1,/φ1,φ2,/φ2)が切り替えられて供給されるようになっている。そして、前述した図15と同様に、2組の差動増幅段2361,2362からの信号を出力段(コンパレータ)2363に通すことにより、制御クロックCL1およびCL2を生成するようになっている。
【0066】
図27は図25のタイミング信号発生回路に利用可能な4相PLL回路250の一例を示す回路図である。
図27に示されるように、4相PLL回路250は、4段の差動増幅部2511〜2514,4つの信号変換部2521〜2524,および,インバータ2531〜2534を備えて構成されている。すなわち、4段の差動増幅部2511〜2514を縦列接続し、所定の信号を各信号変換部2521〜2524に供給し、インバータ2531〜2534でレベル反転および波形成形して4相の出力信号φ1,/φ1,φ2,/φ2を得るようになっている。
【0067】
図28は図27の4相PLL回路における信号変換部252(2521〜2524)の一例を示す回路図であり、図29は図27の4相PLL回路における差動増幅部251(2511〜2514)の一例を示す回路図である。
図27および図28に示されるように、信号変換部252(2521〜2524)には2つの入力信号(A,B)が供給され、1つの出力信号(Z)を出力するようになっている。すなわち、各信号変換部252(2521〜2524)には、縦列接続された4段の差動増幅部における2段目の差動増幅部2512または4段目の差動増幅部2514の各2つの出力信号が入力AおよびBとして供給され、これら2つの入力AおよびBを処理して1つの出力Zを生成するようになっている。そして、この出力Zはインバータ253(2531〜2534)を介してレベル反転および波形成形され、それぞれ出力φ1,φ2,/φ1,/φ2として4相PLL回路250から出力される。ここで、信号変換部252は、信号INHが高レベル“H”のときは、常に、高レベル“H”の信号(Z)を出力し、信号INHが低レベル“L”で且つ制御信号CTLが高レベル“H”のときに、入力信号AおよびBに応じた信号(Z)が出力されるようになっている。
【0068】
図27および図29に示されるように、差動増幅部251(2511〜2514)は縦列接続され、前段の差動増幅部2511,2512,2513の出力信号(OUT1,OUT2)が後段の差動増幅部2512,2513,2514の入力信号IN1,IN2として供給されるようになっている。なお、初段の差動増幅部2511には、最終段(4段目)の差動増幅部2514の出力信号が供給される。ここで、差動増幅部251は、制御信号CTLが高レベル“H”のときに活性化されるようになっている。
【0069】
図30は図27の4相PLL回路の出力信号を示す図である。
図28および図29に示す信号変換部252および差動増幅部251を適用して構成した4相PLL回路250により、図30に示すような位相が90度づつ異なる4相の出力信号φ1,φ2,/φ1,/φ2が得られる。これらの信号φ1,φ2,/φ1,/φ2は、例えば、図25に示すような子回路2における位相インターポレータ236に供給されるのは前述した通りである。
【0070】
なお、4相PLL回路250、および、信号変換部252並びに差動増幅部251の構成は、上述したものに限定されるものではなく、様々な回路構成とすることができるのはいうまでもない。
上述したように、本発明の各実施例に係るタイミング信号発生回路によれば、親回路よりも遙かに簡単な構成の子回路により基準クロックに同期したタイミング信号を発生させることができる。また、基準クロックの周波数に応じて子回路の応答速度を変化させることにより、広い周波数範囲に渡って高精度のタイミング信号の発生が可能になる。すなわち、基準クロック信号に同期して一定の位相差の関係にあるタイミングパルスを多数の簡単な構造の子回路で発生でき、また、高速信号の送信および受信に必要な高精度のタイミング信号を小さな占有面積の回路により発生することができる。
【0071】
なお、親回路および複数の子回路は、1つの半導体集積回路装置(LSIチップ)内に設けることもできるが、親回路および各子回路をそれぞれ異なる半導体集積回路装置に設けるように構成してもよい。すなわち、本発明の各実施例に係るタイミング信号発生回路を複数の半導体集積回路装置を有する半導体集積回路システム、或いは、マルチチップモジュール(MCM)等に対しても適用することができる。
【0072】
次に、本発明に係る位相インターポレータの実施例を添付図面を参照して説明する。
図31は本発明に係る位相インターポレータの原理構成を示すブロック図であり、図32は図31の位相インターポレータの動作を説明するための波形図である。
【0073】
図31において、参照符号41および42はアナログ周期波形生成部、43は重み付け制御部、44は加算波形生成部、そして、45はアナログ/ディジタル変換部を示している。
図31に示されるように、アナログ周期波形生成部41は、第1のディジタル周期信号DIS1を受け取ってアナログ的な値を有する第1のアナログ周期波形(f1:図32参照)を生成するものであり、また、アナログ周期波形生成部42は、第2のディジタル周期信号DIS2を受け取ってアナログ的な値を有する第2のアナログ周期波形(f2:図32参照)を生成するものである。ここで、第1のディジタル周期信号DIS1および第2のディジタル周期信号DIS2は、時間軸のずれた信号(異なる位相の信号)となっている。なお、位相インターポレータは、例えば、このような異なる位相のディジタル信号DIS1およびDIS2から、中間の任意の位相を有するディジタル信号を生成するものである。
【0074】
第1のアナログ周期波形f1および第2のアナログ周期波形f2は、重み付け制御部43により重み付けが行われ、加算波形生成部44により加算されて、第3のアナログ周期波形(f3:図32参照)が生成される。すなわち、xを0≦x≦1とすると、f3=(1−x)f1+xf2としてなるような第3のアナログ周期波形f3が加算波形生成部44の出力として得られることになる。
【0075】
そして、アナログ/ディジタル変換部45により、第3のアナログ周期波形f3が所定の位相を有する第3のディジタル周期信号DOに変換されて出力される。ここで、アナログ/ディジタル変換部45は、例えば。第3のアナログ周期波形f3を基準電圧Vrと比較して『0』または『1』を出力するコンパレータにより構成される。
【0076】
なお、本発明に係る位相インターポレータは、例えば、前述したタイミング信号発生回路における位相インターポレータ136,236(図14、図19および図20等)として適用することができるが、他の様々な回路に対しても幅広く適用することができるのはいうまでもない。
図33は本発明の第12実施例としての位相インターポレータの構成例を示す回路図であり、図34は図33の位相インターポレータにおける重み付け制御部の構成例を示す回路図である。図33において、参照符号41a,41bおよび42a,42bは正弦波発生回路、430は重み付け制御回路(重み付け制御部)、440は演算増幅回路(加算波形生成回路)、そして、450は比較回路(アナログ/ディジタル変換回路)を示している。
【0077】
前に、図21を参照して説明したように、図33に示す本第12実施例の位相インターポレータは、ディジタル信号(矩形波)DIS1およびDIS2を遅延回路41aおよび42aに通すことにより、矩形波を三角波に変換し、さらに、ドライバ回路(非線形の増幅回路)41bおよび42bに通すことにより、三角波を正弦波(疑似正弦波)に変換するようになっている。さらに、これらの正弦波(f1およびf2)は、重み付け制御回路430へ供給され、それぞれ重み付け制御部(4301および4302)により所定の重み付けが行われた後、演算増幅回路440により加算されて、コンパレータ450へ供給される。
【0078】
図34に示されるように、重み付け制御部4301(4302)は、入力と出力との間に並列に設けられた複数(n個)のトランスファーゲートにより構成されている。これらn個(例えば、16個)のトランスファーゲートは、それぞれ制御信号C41〜C4nにより接続制御されるようになっており、入力と出力との間を導通するトランスファーゲートの数により正弦波f1(f2)に対する重み付けを行うようになっている。すなわち、図34の回路例では、制御信号C41〜C4nの内の任意の数を高レベル“H”とすることにより、対応する数のトランスファーゲートをオン状態としてコンダクタンス(演算増幅回路440の入力側のコンダクタンス)を変化させるようになっている。
【0079】
なお、図34では、各トランスファーゲートを構成するnMOSおよびpMOSトランジスタは全て同じサイズとして構成しているが、各トランスファーゲートにおけるnMOSおよびpMOSトランジスタのサイズを変化させ(例えば、最小のトランジスタのゲート幅を1として、他のトランジスタのゲート幅をそれぞれ 1.1, 1.2, 1.3, …と設定し)、任意のトランスファーゲートをオン状態とし、或いは、任意の複数のトランスファーゲートを組み合わせてオン状態とすることにより、すなわち、少なくとも1つのトランスファーゲートを導通することにより、正弦波f1(f2)に対する重み付けを行うように構成することもできる。
【0080】
図35は本発明の第13実施例としての位相インターポレータの構成例を示す回路図である。図35において、参照符号4101はセレクタ回路、4111〜411nはCMOSインバータ、4103は容量負荷、そして、4104は比較回路(コンパレータ)を示している。
セレクタ回路4101は、第1のディジタル周期信号DIS1が入力されるk個のCMOSインバータ4111〜411kと、第2のディジタル周期信号DIS2が入力されるn−k個のCMOSインバータ411k〜411nを選択制御するものである。すなわち、セレクタ回路4101により、ディジタル信号DIS1を入力とするCMOSインバータの数(k個)と、ディジタル周期信号DIS2を入力とするCMOSインバータの数(n−k個)とが制御されるようになっている。ここで、CMOSインバータ4111〜411nは、例えば、16個設けられている。また、各CMOSインバータ4111〜411nの出力は共通接続され、容量負荷4103が接続された端子(コンパレータ4104の入力端子)に供給される。そして、コンパレータ4104により、基準電圧Vr(1/2・Vcc)と比較されて『0』または『1』のディジタル周期信号DOが出力される。
【0081】
各CMOSインバータ4111〜411nは、矩形波であるディジタル信号DIS1またはDIS2を直接入力とするが、各CMOSインバータ4111〜411nの出力は、それぞれ容量負荷4103によりアナログ的な値を有するアナログ周期波形となる。本第第13実施例の位相インターポレータでは、第1および第2のディジタル周期信号DIS1およびDIS2に対してそれぞれ接続するCMOSインバータの数を制御することにより、ディジタル信号(DIS1,DIS2)のアナログ波形化とそれに対する重み付けの制御を共に行うようになっている。そして、本第13実施例の位相インターポレータは、正弦波発生回路が不要で重み制御のリニアリティが高いという利点がある。
【0082】
図36は本発明の第14実施例としての位相インターポレータの構成例を示す回路図である。
本第14実施例の位相インターポレータでは、各ディジタル信号DIS1およびDIS2をそれぞれ2つのインバータ4211,4212および4221,4222で受け、これらインバータ4211,4212および4221,4222の出力により複数のCMOSインバータの出力段4231〜423nおよび4241〜424nの各pMOS並びにnMOSトランジスタを駆動するようになっている。ここで、各出力段4231〜423n(4241〜424n)の出力はそれぞれ制御信号C411〜C41n(C421〜C42n)により接続制御されるトランスファーゲートを介して取り出され、共通接続されて、コンパレータ4250の入力に供給されている。
【0083】
すなわち、本第14実施例の位相インターポレータは、上述した第13実施例と同様に、重み付けの制御として複数のCMOSインバータを使用するが、制御信号により接続する数を制御するのは出力段のみであり、入力回路(インバータ4211,4212および4221,4222)は共通としている。ここで、各出力段(および各トランスファゲート)4231〜423nおよび4241〜424nを構成するnMOSおよびpMOSトランジスタは、同じサイズとして構成され、また、接続制御する出力段の数は、例えば、16個または32個とされている。
【0084】
本第14実施例の位相インターポレータは、回路の入力容量が重みの値によらず一定であるため、ローディング効果による入力ディジタル信号DIS1,DIS2の位相ずれが発生せず、より正確なタイミング(位相差)を有するディジタル信号DOを生成することができるという利点がある。
図37は本発明の第15実施例としての位相インターポレータの構成例を示す回路図であり、図38は図37の位相インターポレータにおけるトランスコンダクタの例を示す回路図である。
【0085】
図37に示されるように、本第15実施例の位相インターポレータは、各ディジタル入力信号DIS1およびDIS2を、それぞれインバータ4301および4302並びに容量負荷4303および4304よりなる積分回路により三角波に変換し、トランスコンダクタ(可変トランスコンダクタ)4305および4306に供給する。ここで、積分回路は、ディジタル信号により定電流をスイッチすることにより得られるが、他の様々な積分回路を使用することもでき、また、積分回路ではなく単にディジタル信号の高周波成分を減衰させるフィルタ回路であってもよい。
【0086】
図38(a)および図38(b)に示されるように、トランスコンダクタ4305(4306)は、入力電圧に対応した電流出力を取り出すものである。
まず、図38(a)のトランスコンダクタ4305は、pMOSトランジスタ4351,4354、nMOSトランジスタ4352、および、抵抗4353により構成され、トランジスタ4352のゲートに印加される入力電圧(IN)に応じた電流をトランジスタ4351に流し、該トランジスタ4351とカレントミラー接続されたトランジスタ4354を流れる電流を電流出力として取り出すようになっている。
【0087】
また、図38(b)のトランスコンダクタ4305は、pMOSトランジスタ4361,4364,4366、および、nMOSトランジスタ4362,4363,4365により構成され、差動回路の一方の入力(トランジスタ4362のゲート)に印加される入力電圧(IN)と他方の入力に印加される基準電圧(1/2・Vcc)とに応じてトランジスタ4364を流れる電流を、該トランジスタ4364とカレントミラー接続されたトランジスタ4366から電流出力として取り出すようになっている。
【0088】
なお、トランスコンダクタ4305(4306)は、図38に示すもの以外に、連続時間アナログ処理の分野で知られている様々なトランスコンダクタ回路を適用することができる。
図37に示されるように、三角波をトランスコンダクタ4305および4306により電流信号に変換した後、抵抗負荷4307に出力することで、重み付きの和が実現される。そして、コンパレータ4308により基準電圧(1/2・Vcc)と比較して、所定の位相を有するディジタル信号DOを生成する。
【0089】
本第15実施例の位相インターポレータでは、三角波への変換と和を作る回路を別々に最適化できるために、高精度の回路が設計が可能となる利点がある。
図39は本発明の第16実施例としての位相インターポレータの構成例を示す回路図である。図39において、参照符号V1+は第1のディジタル周期信号DIS1に対応し、V1−は第1のディジタル周期信号DIS1の反転信号(/DIS1)に対応し、V2+は第2のディジタル周期信号DIS2に対応し、そして、V2−は第2のディジタル周期信号DIS2の反転信号(/DIS2)に対応している。
【0090】
図39に示されるように、本第16実施例の位相インターポレータにおいて、アナログ周期波形生成部および加算波形生成部は、スイッチ付きの定電流源(4401,4403および4402,4404)を容量負荷(4405および4406)に接続することで構成されている。すなわち、第1の入力ディジタル信号DIS1(V1+)が高レベル“H”の時には、スイッチ付きの定電流源4401におけるnMOSトランジスタ4414がオン状態でpMOSトランジスタ4411がオフ状態となり、また、スイッチ付きの定電流源4402におけるnMOSトランジスタ4424がオフ状態でpMOSトランジスタ4421がオン状態となって、容量負荷4405にはnMOSトランジスタ4413および4414を介して電流が流れ、また、容量負荷4406にはpMOSトランジスタ4421および4422を介して電流が流れる。逆に、第1の入力ディジタル信号DIS1が低レベル“L”の時には、容量負荷4405にはpMOSトランジスタ4411および4412を介して電流が流れ、また、容量負荷4406にはnMOSトランジスタ4423および4424を介して電流が流れる。なお、位相が異なる第2入力ディジタル信号DIS2(V2+)に対しても同様である。また、一端がコンパレータ4407の正論理入力に接続された容量負荷4405の他端は中間電位(1/2・Vcc)とされ、同様に、一端がコンパレータ4407の負論理入力に接続された容量負荷4406の他端も中間電位(1/2・Vcc)とされている。
【0091】
そして、正論理のディジタル周期信号DIS1,DIS2(V1+,V2+)によるアナログの加算波形(容量負荷4405の一端における波形)と、負論理のディジタル周期信号/DIS1,/DIS2(V1−,V2−)によるアナログの加算波形(容量負荷4406の一端における波形)とがコンパレータ4407で比較され、その比較結果に応じたディジタル周期信号DOが出力される。
【0092】
なお、本第16実施例の位相インターポレータにおいて、重み付けの制御は、バイアス信号(Vcp1,Vcn1;Vcp2,Vcn2)の電圧レベルを変化させることにより行われるが、このバイアス信号を発生する回路に関しては、図40および図41を参照して後述する。
このように、本第16実施例の位相インターポレータは、アナログ周期波形生成ぶおよび加算波形生成部を、第1のディジタル周期信号DIS1(V1+,V1−)により定電流源(4412,4413および4422,4423)から共通の容量負荷(4405,4406)に流れる電流の極性を切り替える電流極性切り替え手段(4411,4414および4421、4424)、および、電流源の電流値を制御する電流値制御手段(4412,4413および4422,4423)を備えて構成される。なお、第2のディジタル周期信号DIS2についても同様に構成されている。
【0093】
スイッチ付き定電流源4401(4402〜4404)は、CMOSインバータを構成するpMOSトランジスタ4411およびnMOSトランジスタ4414の各ドレイン側に定電流モードにバイアスされたpMOSトランジスタ4412およびnMOSトランジスタ4413を挿入した構造とされている。なお、CMOSインバータを構成するトランジスタのドレイン側ではなく、ソース側(pMOSトランジスタ4411のソースと高電位電源線Vccとの間、および、nMOSトランジスタ4414のソースと低電位電源線Vssとの間)に定電流モードにバイアスされたpMOSトランジスタおよびnMOSトランジスタを挿入してもよい。
【0094】
本第16実施例の位相インターポレータは、ディジタル入力信号をアナログ信号へ変換する機能(アナログ周期波形生成部の機能)、および、和を生成する機能(加算波形生成部の機能)を1つの端子上で実現することができ、回路構成を簡略化して消費電力を低減することが可能である。
図40は図39の位相インターポレータにおけるバイアス信号を発生する回路の一例を示す回路図であり、図41は図39の位相インターポレータにおけるバイアス信号を発生する回路の他の例を示す回路図である。
【0095】
上述したように、図39に示す位相インターポレータは、各ディジタル周期信号DIS1,DIS2;/DIS1,/DIS2の重み付けの制御は、バイアス信号Vcp1,Vcn1;Vcp2,Vcn2の電圧レベルを変化させることにより行うが、このバイアス信号を発生するバイアス信号発生回路(4408)の例を図40および図41に示す。
【0096】
図40に示されるように、バイアス信号発生回路4408の一例としては、直列接続された2つのpMOSトランジスタ4481,4482の組を並列に複数組設け、各一方のトランジスタ4481のゲートに対して基準電圧(Vr)を印加すると共に、各他方のトランジスタ4482のゲートに対してそれぞれ制御信号(ディジタル信号)C431〜C43nを供給してスイッチング制御するようになっている。
【0097】
ここで、2つのトランジスタの組(4481,4482)は、全てnMOSトランジスタ4483の一端に共通接続されており、制御信号C431〜C43nにより選択された(導通状態とされた)トランジスタの組を流れる電流の総和がnMOSトランジスタ4483に流れるようになっている。さらに、トランジスタ4483を流れる電流は、カレントミラー接続されたnMOSトランジスタ4484、および、このトランジスタ4484と直列に接続されたpMOSトランジスタ4485に流れる。そして、トランジスタ4485および4484(4483)を介して、バイアス信号Vcp1(Vcp2)およびVcn1(Vcn2)が得られることになる。なお、図39の位相インターポレータに対しては、バイアス信号Vcp1,Vcn1を発生する回路と、バイアス信号Vcp2,Vcn2を発生する回路との2つのバイアス信号発生回路が必要となり、例えば、バイアス信号Vcp1,Vcn1を発生するバイアス信号発生回路に対して正論理の制御信号C431〜C43nを供給する場合には、バイアス信号Vcp2,Vcn2を発生するバイアス信号発生回路に対しては反転論理の制御信号(/C431〜/C43nを供給して重み付けの制御を行うことになる。
【0098】
このように、図40に示すバイアス信号発生回路4408は、電流出力型のD/Aコンバータとして構成され、被制御側の電流源ではD/Aコンバータから受けた電流をカレントミラー回路でミラーすることで可変の定電流を得ており、制御信号C431〜C43nに応じた所定の電圧レベルを有するバイアス信号Vcp1(Vcp2)およびVcn1(Vcn2)を発生するようになっている。このバイアス信号発生回路は、被制御側の電流源が簡単な構成になるため、少ない回路量で実現できる利点がある。
【0099】
図41は図39の位相インターポレータにおけるバイアス信号を発生する回路の他の例を示す回路図である。
図41に示されるように、バイアス信号発生回路4408の他の例としては、基準電圧(Vr)が印加された複数のpMOSトランジスタ4486のドレインに対して、それぞれ制御信号(ディジタル信号)C441〜C44nによりスイッチング制御されるpMOSトランジスタ4487,4488の一端(ソース)を接続するようになっている。ここで、各組のトランジスタ4487のゲートにはそれぞれ対応する制御信号C441〜C44nが供給され、また、各組のトランジスタ4488のゲートにはそれぞれインバータ4489で反転された制御信号(/C441〜/C44n)が供給されるようになっている。従って、各組において、トランジスタ4487および4488のいずれか一方がオン状態で他方がオフ状態になる。
【0100】
各組のトランジスタ4487の他端(ドレイン)は共通接続されて、オン状態のトランジスタ4487を流れる電流の総和がnMOSトランジスタ44831に流れるようになっており、同様に、各組のトランジスタ4488の他端は共通接続されて、オン状態のトランジスタ4488を流れる電流の総和がnMOSトランジスタ44832に流れるようになっている。そして、図40を参照して説明したのと同様に、トランジスタ44831および44832を流れる電流は、カレントミラー接続されたnMOSトランジスタ44841および44842、並びに、このトランジスタ44841および44842と直列に接続されたpMOSトランジスタ44851および44852に流れ、それぞれバイアス信号Vcp1,Vcn1およびVcp2,Vcn2が得られることになる。
【0101】
このように、図41に示すバイアス信号発生回路4408は、電流源の出力値を制御するための電流制御型のD/Aコンバータの出力が、相補の出力ノードに切り替えられて接続されるようになっている。ここで、D/Aコンバータの出力電流そのものは常に一定に保たれているため、D/Aコンバータの出力トランジスタの電圧は一定に保たれ、電流が断続する場合に見られるようなスパイク状の過渡応答がなくなる利点がある。また、電流出力型のD/Aコンバータの消費電流も低減(半分程度に)することができる。
【0102】
図42は図39の第16実施例の変形例としての可変の電流源(4500)の構成例を示す回路図であり、前述した図39の位相インターポレータにおける各定電流源(4401〜4404)として適用されるものである。なお、図42に示す電流源4500において、バイアス信号(バイアス電圧)Vcp,Vcnは一定の電圧レベルの信号であり、制御信号C451〜C45nにより重み付けの制御を行うようになっている。
【0103】
図42に示されるように、本変形例の可変電流源4500は、図39の定電流源4401において、バイアス信号Vcp(Vcp1)およびVcn(Vcn1)が供給されるトランジスタ4501および4503(4412および4413に対応)を複数組設け、これら各組のトランジスタ4501および4503の間にpMOSトランジスタ4506およびnMOSトランジスタ4508をそれぞれ設けるようになっている。ここで、各組のトランジスタ4508のゲートには正論理の制御信号C451〜C45nが供給され、また、各組のトランジスタ4506のゲートにはそれぞれインバータ4507を介して反転された制御信号(/C451〜/C45n)が供給されている。そして、各組の4506および4508の接続ノードを共通接続して、出力(出力端子)outを取り出すようになっている。なお、この出力端子outは、図39に示されるように、例えば、容量負荷(4405または4406)の一端およびコンパレータ(4407)の1つの入力端子に接続されることになる。
【0104】
このように、図42に示す本変形例の可変電流源は、可変の電流源を得るためにカレントミラーの出力トランジスタ(4506,4508)の数を制御しており、カレントミラー動作のトランジスタ(4502,4503)のゲートバイアス(バイアス信号Vcp,Vcn)を常に一定に保持するようになっており、電流の安定性を高くすることができる。さらに、本変形例の可変電流源は、トランジスタの個数による電流制御であるためリニアリティも良好になるという利点もある。
【0105】
図43は本発明の第17実施例としての位相インターポレータの一部の構成例を示す回路図であり、図39の位相インターポレータにおけるコンパレータ4407の2つの入力端子間にクランプ回路4600を設けたものである。
図43に示されるように、例えば、図39の位相インターポレータにおけるコンパレータ4407の2つの入力端子間(アナログ波形が加算されて発生するノード)にクランプ回路4600を設けることにより、電流源の電流値にアンバランスが有った場合でも、クランプ回路4600によりこれらのノードのコモンモード電位が一定に保持されるため、次段のコンパレータ4407による比較動作が常に一定の状態で行うことができ、タイミング精度を向上させることが可能となる。
【0106】
図43に示すクランプ回路4600は、直列に接続した2つのnMOSトランジスタ4601,4602の各ゲートに対して 1/2・Vcc(基準電圧)を印加すると共に、トランジスタ4601および4602の接続個所に対しても 1/2・Vccを印加して、コンパレータ4407の2つの入力端子間の電位をクランプするようになっている。なお、クランプ回路4600としては、図43に示すものの他に様々な構成のものが適用可能である。
【0107】
図44は本発明の第18実施例としての位相インターポレータの構成例を説明するための図である。図44において、横軸は、D/A入力コード、すなわち、制御信号によって選択(接続)されるトランジスタの数を示し、また、縦軸は、これら選択されたトランジスタを流れる総和としての出力電流を示している。
上述したように、本発明の位相インターポレータは、各アナログ周期波形の重み付けを制御する重み付け制御を実現するために、例えば、複数の同一サイズのトランジスタを制御信号(ディジタル信号)により選択して、接続するトランジスタの数を制御して電流出力を調整するようになっている。
【0108】
図44における特性曲線LL1は、この同一サイズのトランジスタを制御信号により選択した場合の接続されたトランジスタの数と出力電流との関係を示すもので、非線形的な曲線となっている。
そこで、本第18実施例では、図44における特性曲線LL2に示されるように、制御信号により制御されるトランジスタの数と出力電流との関係が線形的な曲線(直線)となるように、各トランジスタのサイズを調整するものである。
【0109】
例えば、図40に示すバイアス信号発生回路では、制御信号C431〜C43nに応じて導通(接続)するトランジスタ4482の数が制御され、そして、導通した全てのトランジスタ4482を介して流れる電流の総和がトランジスタ4483に流れることになるが、このような場合、本第18実施例を適用することにより、制御信号C431〜C43nに応じて導通するトランジスタ4482の数とトランジスタ4483に流れる電流(出力電流)とが線形の関係を保つように各トランジスタ4482(4481)のサイズが調整されることになる。なお、このトランジスタサイズの調整は、上記の電流D/Aコンバータにおけるトランジスタだけでなく、カレントミラー回路等で発生する非線形成分を補償するためにカレントミラー回路等に関連するトランジスタ(例えば、トランジスタ4483,4484,4485等)のサイズも調整することができる。
【0110】
このように、本第18実施例を適用することにより、位相インターポレータが出力する信号のタイミング精度をより一層向上させることが可能になる。
【0111】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、基準クロックに同期して所定の位相差を有する複数のタイミング信号を、簡単な構成でしかも高精度に発生することができる。すなわち、本発明によれば、基準クロック信号に同期して一定の位相差の関係にあるタイミングパルスを多数の簡単な構造の子回路で発生することができる。そのため、高速信号の送信および受信に必要な高精度のタイミング信号を小さな回路面積で発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のタイミング信号発生回路の一例を示すブロック図である。
【図2】本発明に係るタイミング信号発生回路の原理構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の第1実施例としてのタイミング信号発生回路の構成例を示すブロック図である。
【図4】図3のタイミング信号発生回路の可変遅延ラインにおける遅延ユニットの一例を示す回路図である。
【図5】図3のタイミング信号発生回路における位相比較回路の一例を示すブロック回路図である。
【図6】図5の位相比較回路の動作を説明するためのタイミング図である。
【図7】図3のタイミング信号発生回路におけるチャージポンプ回路の一例を示す回路図である。
【図8】図3のタイミング信号発生回路の可変遅延ラインにおける遅延ユニットの他の例を示す回路図である。
【図9】本発明の第2実施例としてのタイミング信号発生回路における制御信号発生回路の構成例を示すブロック回路図である。
【図10】図9の制御信号発生回路の出力を変換する電流−電圧変換回路の一例を示す回路図である。
【図11】本発明の第3実施例としてのタイミング信号発生回路の要部構成の一例を示すブロック図である。
【図12】図11のアップダウンカウンタの出力をD/A変換するD/Aコンバータの一例を示すブロック回路図である。
【図13】図12に示すD/Aコンバータにおける1つの電流マトリクスセルの構成例を示す回路図である。
【図14】本発明の第4実施例としての子回路に適用するタイミング信号発生回路の構成例を示すブロック図である。
【図15】図14の位相インターポレータの一例を示す回路図である。
【図16】本発明の第5実施例としての位相インターポレータの構成例を示す回路図である。
【図17】本発明の第5実施例のシミュレーションを行うために使用したタイミング信号発生回路の構成例を示す回路図である。
【図18】図17のタイミング信号発生回路のシミュレーション結果を示す図である。
【図19】本発明の第6実施例としてのタイミング信号発生回路の構成例を示すブロック図である。
【図20】本発明の第7実施例としてのタイミング信号発生回路の構成例を示すブロック図である。
【図21】本発明の第8実施例としての正弦波発生回路の構成例を示す回路図である。
【図22】図21の正弦波発生回路のシミュレーション結果を示す図である。
【図23】本発明の第9実施例としてのタイミング信号発生回路の構成例を示すブロック図である。
【図24】本発明の第10実施例としてのタイミング信号発生回路の構成例を示すブロック図である。
【図25】本発明の第11実施例としてのタイミング信号発生回路の要部構成の一例を示すブロック図である。
【図26】図25のタイミング信号発生回路における位相インターポレータ(位相アジャスタ)の一例を示す回路図である。
【図27】図25のタイミング信号発生回路に利用可能な4相PLL回路の一例を示す回路図である。
【図28】図27の4相PLL回路における差動増幅部の一例を示す回路図である。
【図29】図27の4相PLL回路における信号変換部の一例を示す回路図である。
【図30】図27の4相PLL回路の出力信号を示す図である。
【図31】本発明に係る位相インターポレータの原理構成を示すブロック図である。
【図32】図31の位相インターポレータの動作を説明するための波形図である。
【図33】本発明の第12実施例としての位相インターポレータの構成例を示す回路図である。
【図34】図33の位相インターポレータにおける重み付け制御部の構成例を示す回路図である。
【図35】本発明の第13実施例としての位相インターポレータの構成例を示す回路図である。
【図36】本発明の第14実施例としての位相インターポレータの構成例を示す回路図である。
【図37】本発明の第15実施例としての位相インターポレータの構成例を示す回路図である。
【図38】図37の位相インターポレータにおけるトランスコンダクタの例を示す回路図である。
【図39】本発明の第16実施例としての位相インターポレータの構成例を示す回路図である。
【図40】図39の位相インターポレータにおけるバイアス信号を発生する回路の一例を示す回路図である。
【図41】図39の位相インターポレータにおけるバイアス信号を発生する回路の他の例を示す回路図である。
【図42】図39の第16実施例の変形例としての可変の電流源の構成例を示す回路図である。
【図43】本発明の第17実施例としての位相インターポレータの一部の構成例を示す回路図である。
【図44】本発明の第18実施例としての位相インターポレータの構成例を説明するための図である。
【符号の説明】
1…親回路
2…子回路
10…DLL回路
11…可変遅延ライン
12,12a,12b…位相比較回路
13…制御信号発生回路
14…駆動回路(クロックドライバ)
15…セレクタ
21…電圧制御発振器(VCO)
131…チャージポンプ回路
132…バッファアンプ
133…電流−電圧変換回路
134,134a,134b,234…アップダウンカウンタ
135…D/Aコンバータ
136,236…位相インターポレータ
212…組み合わせ論理回路
210…選択手段
220…A/Dコンバータ
230…制御回路
241,242…ラッチ回路
250…4相PLL回路
CKr…基準クロック
CKin…内部クロック
CS…制御信号
D…遅延ユニット(遅延段)
41,42…アナログ周期波形生成部
43…重み付け制御部
44…加算波形生成部
45…アナログ/ディジタル変換部
DIS1…第1のディジタル周期信号
DIS2…第2のディジタル周期信号
DO…ディジタル出力信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a phase interpolator, a timing signal generation circuit, and a semiconductor integrated circuit device and a semiconductor integrated circuit system to which the timing signal generation circuit is applied. In particular, the present invention relates to signal transmission between LSI chips or in one chip. The present invention relates to a timing signal generation circuit for speeding up signal transmission between a plurality of elements and circuit blocks.
[0002]
In recent years, signal transmission between LSI (Large Scale Integration Circuit) chips, for example, signal transmission between DRAM (Dynamic Random Access Memory) and a processor (logic circuit), or in one LSI chip (semiconductor integrated circuit device) It has become necessary to perform signal transmission between a plurality of elements and circuit blocks at high speed. There is a demand for providing a timing signal generation circuit capable of generating a plurality of timing signals having a predetermined phase difference in synchronization with a reference clock with a simple configuration and high accuracy.
[0003]
[Prior art]
In recent years, the performance of components constituting computers and other information processing equipment has greatly improved, and in particular, the performance of DRAMs and processors has greatly improved over time. That is, while the processor has been greatly improved in performance in terms of high speed, the DRAM has been greatly improved in performance mainly in terms of increased capacity. However, the increase in operation speed in DRAM is not as great as the increase in capacity. As a result, the speed gap between the DRAM and the processor becomes large, and in recent years, this speed gap has become an obstacle to improving the performance of computers. is there. In addition to the signal transmission between these chips, the signal transmission speed between the elements and component circuits (circuit blocks) in one LSI chip (semiconductor integrated circuit device) as the size of the chip increases. It has become a major factor limiting performance.
[0004]
For example, in order to increase the speed of signal transmission between LSI chips, it is necessary for a circuit that receives a signal to operate at an accurate timing with respect to the signal. Conventionally, a DLL (Delay Locked Loop) is required. And a method such as PLL (Phase Locked Loop) is known.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional timing signal generation circuit, and shows an example of a timing signal generation circuit using a DLL circuit. In FIG. 1,
[0005]
The
[0006]
The output of the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The timing signal generating circuit using the conventional DLL circuit shown in FIG. 1 or the timing signal generating circuit having a similar configuration in which the DLL circuit is replaced with a PLL circuit is an internal clock having the same phase as the reference clock CKr. Although CKin can be generated, there is a problem to be solved when the internal clock CKin is used for high-speed signal transmission between LSI chips, for example.
[0008]
First, in signal transmission between LSI chips (or between electronic devices), multi-bit transmission using a plurality of signal lines is often applied in order to obtain a necessary signal transmission band. The optimum reception timing for each bit differs due to variations in delay characteristics of the signal lines. Therefore, for example, a plurality of DLL circuits are provided in order to adjust the timing of each bit, but in that case, there is a problem that the circuit scale becomes too large.
[0009]
Even in the case of 1-bit width transmission, the optimum reception timing of the receiving circuit is usually different from the rising or falling edge of the reference clock CKr. For this reason, the reference clock CKr is passed through the delay stage. A reception clock is generated. However, even if an internal clock CKin that does not depend on variations in element characteristics is generated using a DLL circuit or a PLL circuit, a delay that is unrelated to the cycle of the reference clock CKr occurs in the delay stage. When a change occurs in the clock frequency, there is a problem that reception at an optimal timing becomes impossible.
[0010]
In view of the problems of the above-described conventional timing signal generation circuit, the present invention provides a timing capable of generating a plurality of timing signals having a predetermined phase difference in synchronization with a reference clock with a simple configuration and high accuracy. An object is to provide a signal generation circuit.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present inventionThe first form ofAccording to the present invention, a parent circuit that generates an internal signal having the same cycle or phase as the input reference signal by feedback control, and an internal signal and a control signal from the parent circuit are received, and the reference signal A child circuit for generating a timing signal having a predetermined timing;The parent circuit includes a comparison circuit that compares the period or phase of the reference signal and the internal signal, a control signal generation circuit that changes the control signal according to the output of the comparison circuit, and the control signal And a delay delay line for a master circuit that controls the delay amount of the reference signal and outputs the internal signal, and the child circuit is configured to receive the internal signal by a control signal from the parent circuit. Variable delay line for a child circuit that delays a signal and outputs the timing signalA timing signal generating circuit is provided.
[0012]
The present inventionThe second form ofAccording toA parent circuit that generates an internal signal having the same cycle or phase as the input reference signal by feedback control, and receives the internal signal and the control signal from the parent circuit, and has a predetermined timing with respect to the reference signal. A sub-circuit that generates a timing signal having a comparison circuit that compares the period or phase of the reference signal and the internal signal, and changes the control signal according to the output of the comparison circuit A DLL circuit comprising: a control signal generation circuit; and a variable delay line for a parent circuit that outputs the internal signal by controlling a delay amount of the reference signal by the control signal, and the child circuit includes the child circuit, Receiving a plurality of input signals of different phases related to the internal signal and outputting the timing signal in an intermediate phase of the input signals of the plurality of phases according to the control signal; Timing signal generating circuit, characterized by comprising Taporeta is provided.
According to the third aspect of the present invention, a parent circuit that generates an internal signal having the same period or phase as the input reference signal by feedback control, and receives a control signal from the parent circuit, and receives the reference signal. A sub-circuit that generates a timing signal having a predetermined timing with respect to the signal, and the parent circuit compares the cycle or phase of the reference signal and the internal signal, and outputs the comparison circuit A PLL circuit comprising: a control signal generation circuit that changes the control signal according to the control signal; and a voltage control oscillator for a parent circuit that generates an internal signal corresponding to the reference signal according to the control signal; and A child circuit includes a child circuit voltage-controlled oscillator that outputs the timing signal in response to a control signal from the parent circuit. It is.
[0013]
Thereby, a plurality of timing signals having a predetermined phase difference in synchronization with the reference signal can be generated with a simple configuration and with high accuracy.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the principle configuration of the timing signal generation circuit according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing the principle configuration of the timing signal generating circuit according to the present invention. In FIG. 2,
[0015]
As shown in FIG. 2, the timing signal generation circuit of the present invention includes a
[0016]
The
[0017]
As shown in FIG. 2, in the timing signal generation circuit according to the present invention, a plurality of
[0018]
Therefore, the
[0019]
Thus, according to the timing signal generation circuit of the present invention, the timing signal synchronized with the reference clock CKr can be generated by the
[0020]
Hereinafter, embodiments of a phase interpolator, a timing signal generation circuit, a semiconductor integrated circuit device to which the timing signal generation circuit is applied, and a semiconductor integrated circuit system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the timing signal generating circuit as the first embodiment of the present invention.
[0021]
As shown in FIG. 3, the
[0022]
Further, as shown in FIG. 3, the
[0023]
The delay amount of the
[0024]
In the above, the
[0025]
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the delay unit D in the variable delay line of the timing signal generation circuit of FIG. Here, the circuit example of the delay unit D shown in FIG. 4 is common to the delay unit in the
As shown in FIG. 4, each delay unit D includes a p-channel MOS (pMOS) transistor and an n-channel MOS (nMOS) provided between a high potential power line (Vcc) and a low potential power line (Vss). ) A CMOS inverter DI composed of transistors, an nMOS transistor DT and a capacitor DC provided between the output of the CMOS inverter DI and the low-potential power line (Vss). The variable delay line 11 (21) is configured by connecting a plurality of delay units D in cascade. Note that the delay unit D shown in FIG. 4 is configured to supply the control voltage Vcs (control signal CS) to the gate of the transistor DT, but the present invention is not limited to this, and various configurations are used. be able to. For example, transistors operating in a constant current mode are inserted on the source sides of transistors (pMOS and nMOS) of a CMOS inverter DI as shown in FIG. 8 to be described later, and the delay is controlled by control voltages Vcn and Vcp to these transistors. It is also possible to do. In order to avoid logic inversion, the two delay units D may be configured as one unit (one stage).
[0026]
FIG. 5 is a block circuit diagram showing an example of the
As shown in FIG. 5, the
[0027]
That is, as shown in FIG. 6, the timing at which the internal clock CKin ′ divided by two changes from the low level “L” to the high level “H” is the same as the reference clock CKr ′ divided by two is the low level “L”. If it is earlier than the timing at which the signal changes from high to “H”, the low level “L” up signal / UP is output, while the reference clock CKr ′ divided by two is supplied from the low level “L” to the high level “H”. If it is later than the timing of changing to "", a low level "L" down signal / DN is output.
[0028]
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of the
As shown in FIG. 7, the
[0029]
The output Vco of the
[0030]
FIG. 8 is a circuit diagram showing another example of the delay unit D in the variable delay line of the timing signal generation circuit of FIG.
As shown in FIG. 8, the delay unit D inserts a transistor that operates in a constant current mode on the source side of the transistors (pMOS and nMOS) of the CMOS inverter DI, and delays with the control voltages Vcn and Vcp to the transistor. It comes to control. That is, the pMOS transistor DTp is provided between the high potential power supply line (Vcc) and the source of the pMOS transistor of the CMOS inverter DI, and between the low potential power supply line (Vss) and the source of the nMOS transistor of the CMOS inverter DI. An nMOS transistor DTn is provided. A control voltage Vcp is applied to the gate of the transistor DTp, and a control voltage Vcn is applied to the gate of the transistor DTn. The delay unit D shown in FIG. 8 has an advantage that the variable range of the delay amount by one delay unit is wide. In order to avoid logic inversion, the two delay units D may be configured as one unit (one stage) as described above.
[0031]
FIG. 9 is a block circuit diagram showing the configuration of the control
As shown in FIG. 9, the control
[0032]
As shown in FIG. 10, in the
In the second embodiment, the control signal CS is distributed by a current signal, so that, for example, the threshold value of the transistor caused by the distance between the
[0033]
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the main part of a timing signal generating circuit according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 12 performs digital-analog conversion (D / A conversion) on the output of the up / down counter of FIG. It is a block circuit diagram showing an example of a D / A converter.
As apparent from the comparison between FIG. 11 and FIG. 3, in the third embodiment, an up / down
[0034]
The D /
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration example of one current matrix cell (U) in the D /
[0035]
As shown in FIG. 13, one current matrix cell U includes an AND gate UA, an OR gate UO, and two nMOS transistors UT1 and UT2, and the cells U are arranged in a matrix to form a current matrix. The
[0036]
In the third embodiment shown in FIGS. 11 to 13, by using the combination of the up / down
[0037]
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a timing signal generating circuit applied to a child circuit as a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a circuit diagram showing an example of the
As shown in FIG. 14, in the fourth embodiment, an input clock (in2) and a signal (in1) delayed by one delay stage are passed through a phase interpolator (phase interpolator) 136. The timing signal TS in the
[0038]
As shown in FIG. 15, the
[0039]
FIG. 16 is a circuit diagram showing another example of the
The
[0040]
FIG. 17 is a circuit diagram showing the configuration of the timing signal generation circuit (phase interpolator 136) used for the simulation of the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 18 shows the simulation of the timing signal generation circuit of FIG. It is a figure which shows a result (SPICE simulation result).
As shown in FIG. 17, the
[0041]
FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a timing signal generating circuit as a sixth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 19, in the sixth embodiment, a DLL circuit is constituted by a
[0042]
The coarse delay control unit in the
[0043]
As shown in FIG. 19, each
[0044]
As shown in FIG. 19, the sixth embodiment connects the coarse delay control unit of the
[0045]
Thus, according to the sixth embodiment, a delay with a resolution higher than the resolution of the
[0046]
FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a timing signal generating circuit as a seventh embodiment of the present invention.
In the seventh embodiment, not only the control signal CS (the output of the control signal generation circuit 13) but also the three-phase internal clocks CK1 to CK3 (the delay outputs of the delay line 11) are transmitted from the
[0047]
That is, as illustrated in FIG. 20, in the
[0048]
FIG. 21 is a circuit diagram showing a configuration of a sine wave generating circuit as an eighth embodiment of the present invention.
In recent years, attention has been paid to the use of a sine wave as a clock waveform in order to reduce power consumption of a clock driver and to reduce clock noise by eliminating harmonic components. Note that the power consumption of the clock driver can be reduced when a sine wave clock is used because the output waveform does not need to rise and fall sharply (it can be gradual). This is because it can be configured with a small size (a transistor with low power consumption) with low driving capability. FIG. 21 shows an example of a sine wave clock generation circuit applied to the
[0049]
As shown in FIG. 21, for example, the voltage (control voltage) Vcn and Vcp obtained by the current-
[0050]
FIG. 22 is a diagram showing simulation results (SPICE simulation results) of the sine wave generation circuit of FIG. 21, FIG. 22 (a) shows a case where the input signal (clock) is 40 MHz, and FIG. 22 (b) shows the input signal. Is 100 MHz, and FIG. 22C shows the case where the input signal is 400 MHz. For example, a resistor R having a resistance value that is half the characteristic impedance of the transmission line is provided at the output of the sine wave generation circuit for simulation.
[0051]
As is apparent from FIGS. 22A to 22C, the sine wave generation circuit of FIG. 21 converts an input rectangular wave into a substantially sine wave for each frequency (40 MHz, 100 MHz, 400 MHz). Output.
FIG. 23 is a block diagram showing a configuration of a timing signal generation circuit as a ninth embodiment of the present invention, and shows an example of a timing signal generation circuit to which a PLL circuit is applied.
[0052]
In FIG. 23,
[0053]
As described above, in the ninth embodiment, since the
[0054]
FIG. 24 is a block diagram showing a configuration of a timing signal generating circuit as a tenth embodiment of the present invention.
In the tenth embodiment, the
[0055]
As shown in FIG. 24, each of the
[0056]
In the tenth embodiment, in each of the
[0057]
That is, in the tenth embodiment, the delay amount by the
[0058]
FIG. 25 is a block diagram showing a main part configuration of a timing signal generating circuit as an eleventh embodiment of the present invention.
In the eleventh embodiment, similarly to the tenth embodiment described above, the multi-bit reception timing is optimized by each bit, and the
[0059]
In FIG. 25,
[0060]
That is, in each child circuit 2 (2a to 2z) of the eleventh embodiment, two
[0061]
Specifically, first, when a data transition occurs in which the Nth data is “1” and the N + 1th data is “0”, the output of the bit cell center sampling latch circuit 241 is D (N), and When the output of the bit cell boundary
[0062]
Next, when a data transition occurs in which the Nth data is “0” and the N + 1th data is “1”, “D (N), B (N), D (N + 1)” is a sequence “0”. , 0, 1 ”indicates that the timing of the sampling control clocks (CL1, CL2) is earlier than the data, and the sequence“ 0, 1, 1 ”is later than the data. It shows that.
[0063]
Then, by passing the outputs of the two
[0064]
Here, the processing for optimizing the timing of signal reception in the eleventh embodiment is performed, for example, while a signal dedicated to this timing optimization (a special signal, for example, a sequence “101010...”) Is being sent. You just have to do it. Thus, according to the eleventh embodiment, as in the tenth embodiment described above, the A /
[0065]
FIG. 26 is a circuit diagram showing an example of a phase interpolator (phase adjuster) 236 in the timing signal generation circuit of FIG.
As shown in FIGS. 25 and 26, the
[0066]
FIG. 27 is a circuit diagram showing an example of a four-
As shown in FIG. 27, the four-
[0067]
28 is a circuit diagram showing an example of the signal conversion unit 252 (2521 to 2524) in the four-phase PLL circuit of FIG. 27, and FIG. 29 is a differential amplification unit 251 (2511 to 2514) in the four-phase PLL circuit of FIG. It is a circuit diagram which shows an example.
As shown in FIGS. 27 and 28, two input signals (A, B) are supplied to the signal conversion unit 252 (2521 to 2524), and one output signal (Z) is output. . That is, each signal conversion unit 252 (2521 to 2524) includes two each of the second-stage
[0068]
As shown in FIG. 27 and FIG. 29, the differential amplifiers 251 (2511 to 2514) are connected in cascade, and the output signals (OUT1, OUT2) of the
[0069]
FIG. 30 is a diagram showing output signals of the 4-phase PLL circuit of FIG.
A four-
[0070]
Note that the configurations of the four-
As described above, according to the timing signal generation circuit according to each embodiment of the present invention, the timing signal synchronized with the reference clock can be generated by the child circuit having a much simpler configuration than the parent circuit. Further, by changing the response speed of the child circuit in accordance with the frequency of the reference clock, it becomes possible to generate a highly accurate timing signal over a wide frequency range. That is, a timing pulse having a constant phase difference in synchronization with the reference clock signal can be generated by a large number of simple structure child circuits, and a high-accuracy timing signal required for transmission and reception of high-speed signals is small. It can be generated by a circuit with an occupied area.
[0071]
Although the parent circuit and the plurality of child circuits can be provided in one semiconductor integrated circuit device (LSI chip), the parent circuit and each child circuit may be provided in different semiconductor integrated circuit devices. Good. That is, the timing signal generation circuit according to each embodiment of the present invention can be applied to a semiconductor integrated circuit system having a plurality of semiconductor integrated circuit devices, a multichip module (MCM), or the like.
[0072]
Next, an embodiment of a phase interpolator according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 31 is a block diagram showing the principle configuration of the phase interpolator according to the present invention, and FIG. 32 is a waveform diagram for explaining the operation of the phase interpolator of FIG.
[0073]
In FIG. 31,
As shown in FIG. 31, the analog
[0074]
The first analog periodic waveform f1 and the second analog periodic waveform f2 are weighted by the
[0075]
Then, the analog /
[0076]
The phase interpolator according to the present invention can be applied as, for example, the phase interpolators 136 and 236 (FIGS. 14, 19, and 20) in the timing signal generation circuit described above. Needless to say, it can be widely applied to various circuits.
FIG. 33 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase interpolator as a twelfth embodiment of the present invention, and FIG. 34 is a circuit diagram showing a configuration example of a weighting control unit in the phase interpolator of FIG. 33,
[0077]
As described above with reference to FIG. 21, the phase interpolator of the twelfth embodiment shown in FIG. 33 is configured to pass the digital signals (rectangular waves) DIS1 and DIS2 through the
[0078]
As shown in FIG. 34, the weighting control unit 4301 (4302) includes a plurality (n) of transfer gates provided in parallel between the input and the output. These n (for example, 16) transfer gates are connected and controlled by control signals C41 to C4n, respectively, and a sine wave f1 (f2) depending on the number of transfer gates that conduct between the input and the output. ) Is weighted. That is, in the circuit example of FIG. 34, by setting an arbitrary number of the control signals C41 to C4n to the high level “H”, the corresponding number of transfer gates are turned on, and the conductance (input side of the operational amplifier circuit 440 is set). (Conductance) is changed.
[0079]
In FIG. 34, the nMOS and pMOS transistors constituting each transfer gate are all configured to have the same size. However, the sizes of the nMOS and pMOS transistors in each transfer gate are changed (for example, the gate width of the minimum transistor is reduced). 1 by setting the gate widths of the other transistors to 1.1, 1.2, 1.3,..., Respectively, and turning any transfer gate on, or combining any plurality of transfer gates to turn on, In other words, the sine wave f1 (f2) can be weighted by conducting at least one transfer gate.
[0080]
FIG. 35 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase interpolator as a thirteenth embodiment of the present invention. 35,
The
[0081]
Each of the CMOS inverters 4111 to 411n directly receives a digital signal DIS1 or DIS2 which is a rectangular wave, but the output of each of the CMOS inverters 4111 to 411n has an analog periodic waveform having an analog value by the
[0082]
FIG. 36 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase interpolator as a fourteenth embodiment of the present invention.
In the phase interpolator of the fourteenth embodiment, the digital signals DIS1 and DIS2 are received by two
[0083]
That is, the phase interpolator of the fourteenth embodiment uses a plurality of CMOS inverters for weighting control as in the thirteenth embodiment described above, but the number of connections by the control signal is controlled by the output stage. The input circuit (
[0084]
In the phase interpolator of the fourteenth embodiment, the input capacitance of the circuit is constant regardless of the weight value, so that the phase shift of the input digital signals DIS1, DIS2 due to the loading effect does not occur, and more accurate timing ( There is an advantage that a digital signal DO having a phase difference) can be generated.
FIG. 37 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase interpolator as a fifteenth embodiment of the present invention, and FIG. 38 is a circuit diagram showing an example of a transconductor in the phase interpolator of FIG.
[0085]
As shown in FIG. 37, the phase interpolator of the fifteenth embodiment converts each digital input signal DIS1 and DIS2 into a triangular wave by an integrating
[0086]
As shown in FIG. 38A and FIG. 38B, the transconductor 4305 (4306) extracts a current output corresponding to the input voltage.
First, the
[0087]
Also, the
[0088]
As the transconductor 4305 (4306), various transconductor circuits known in the field of continuous time analog processing can be applied in addition to the one shown in FIG.
As shown in FIG. 37, a triangular wave is converted into a current signal by
[0089]
The phase interpolator according to the fifteenth embodiment has an advantage that a circuit with high accuracy can be designed because a circuit for converting to a triangular wave and a circuit for generating a sum can be separately optimized.
FIG. 39 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase interpolator as a sixteenth embodiment of the present invention. In FIG. 39, reference symbol V1 + corresponds to the first digital cycle signal DIS1, V1- corresponds to the inverted signal (/ DIS1) of the first digital cycle signal DIS1, and V2 + corresponds to the second digital cycle signal DIS2. V2- corresponds to the inverted signal (/ DIS2) of the second digital period signal DIS2.
[0090]
As shown in FIG. 39, in the phase interpolator of the sixteenth embodiment, the analog periodic waveform generation unit and the addition waveform generation unit use the constant current sources with switches (4401, 4403 and 4402, 4404) as capacitive loads. (4405 and 4406). That is, when the first input digital signal DIS1 (V1 +) is at the high level “H”, the nMOS transistor 4414 in the constant current source 4401 with the switch is turned on, the pMOS transistor 4411 is turned off, and the constant with the switch is set. In the current source 4402, the nMOS transistor 4424 is turned off and the
[0091]
Then, an analog addition waveform (waveform at one end of the capacitive load 4405) by the positive logic digital cycle signals DIS1, DIS2 (V1 +, V2 +) and a negative logic digital cycle signal / DIS1, / DIS2 (V1-, V2-). The analog addition waveform (waveform at one end of the capacitive load 4406) is compared by the
[0092]
In the phase interpolator according to the sixteenth embodiment, the weighting control is performed by changing the voltage level of the bias signals (Vcp1, Vcn1; Vcp2, Vcn2). Regarding the circuit that generates the bias signal. Will be described later with reference to FIGS. 40 and 41.
As described above, the phase interpolator according to the sixteenth embodiment uses the constant current sources (4412, 4413 and 413) as the analog periodic waveform generation and addition waveform generation unit by the first digital periodic signal DIS1 (V1 +, V1-). 4422, 4423), a current polarity switching means (4411, 4414 and 4421, 4424) for switching the polarity of the current flowing from the common capacitive load (4405, 4406), and a current value control means for controlling the current value of the current source ( 4412, 4413 and 4422, 4423). The second digital periodic signal DIS2 is configured in the same manner.
[0093]
The switch-equipped constant current source 4401 (4402 to 4404) has a structure in which a
[0094]
The phase interpolator according to the sixteenth embodiment has a function for converting a digital input signal into an analog signal (function of an analog periodic waveform generation unit) and a function for generating a sum (function of an addition waveform generation unit). This can be realized on the terminal, and the power consumption can be reduced by simplifying the circuit configuration.
40 is a circuit diagram showing an example of a circuit for generating a bias signal in the phase interpolator of FIG. 39, and FIG. 41 is a circuit showing another example of a circuit for generating a bias signal in the phase interpolator of FIG. FIG.
[0095]
As described above, in the phase interpolator shown in FIG. 39, the control of the weighting of each digital periodic signal DIS1, DIS2; FIG. 40 and FIG. 41 show examples of the bias signal generation circuit (4408) for generating this bias signal.
[0096]
As shown in FIG. 40, as an example of the bias
[0097]
Here, the two transistor sets (4481, 4482) are all connected in common to one end of the nMOS transistor 4483, and the current flowing through the set of transistors (conducted) selected by the control signals C431 to C43n. Is summed to flow through the nMOS transistor 4483. Further, the current flowing through the transistor 4383 flows through the
[0098]
As described above, the bias
[0099]
FIG. 41 is a circuit diagram showing another example of a circuit for generating a bias signal in the phase interpolator of FIG.
As shown in FIG. 41, as another example of the bias
[0100]
The other ends (drains) of the
[0101]
As described above, the bias
[0102]
42 is a circuit diagram showing a configuration example of a variable current source (4500) as a modification of the sixteenth embodiment of FIG. 39. Each constant current source (4401-4404) in the phase interpolator of FIG. ). In the
[0103]
As shown in FIG. 42, the variable
[0104]
In this way, the variable current source of this modification shown in FIG. 42 controls the number of output transistors (4506, 4508) of the current mirror in order to obtain a variable current source, and the current mirror operation transistor (4502). , 4503) is always kept constant, and the stability of the current can be increased. Furthermore, since the variable current source of this modification is current control by the number of transistors, there is an advantage that the linearity is also good.
[0105]
FIG. 43 is a circuit diagram showing a configuration example of a part of a phase interpolator as a seventeenth embodiment of the present invention. A
As shown in FIG. 43, for example, by providing a
[0106]
The
[0107]
FIG. 44 is a diagram for explaining a configuration example of a phase interpolator as an eighteenth embodiment of the present invention. In FIG. 44, the horizontal axis indicates the number of transistors selected (connected) by the D / A input code, that is, the control signal, and the vertical axis indicates the total output current flowing through these selected transistors. Show.
As described above, the phase interpolator of the present invention selects, for example, a plurality of transistors of the same size by a control signal (digital signal) in order to realize weighting control for controlling weighting of each analog periodic waveform. The current output is adjusted by controlling the number of transistors to be connected.
[0108]
A characteristic curve LL1 in FIG. 44 shows the relationship between the number of connected transistors and the output current when transistors of the same size are selected by a control signal, and is a non-linear curve.
Therefore, in the eighteenth embodiment, as shown by the characteristic curve LL2 in FIG. 44, each relationship is such that the relationship between the number of transistors controlled by the control signal and the output current is a linear curve (straight line). The transistor size is adjusted.
[0109]
For example, in the bias signal generation circuit shown in FIG. 40, the number of
[0110]
Thus, by applying the eighteenth embodiment, the timing accuracy of the signal output from the phase interpolator can be further improved.
[0111]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a plurality of timing signals having a predetermined phase difference in synchronization with the reference clock can be generated with a simple configuration and high accuracy. That is, according to the present invention, it is possible to generate timing pulses having a constant phase difference in synchronism with the reference clock signal in a large number of simple structure child circuits. Therefore, it is possible to generate a highly accurate timing signal necessary for transmitting and receiving a high-speed signal with a small circuit area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional timing signal generating circuit.
FIG. 2 is a block diagram showing a principle configuration of a timing signal generating circuit according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a timing signal generation circuit as a first embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram showing an example of a delay unit in a variable delay line of the timing signal generation circuit of FIG. 3;
5 is a block circuit diagram showing an example of a phase comparison circuit in the timing signal generation circuit of FIG. 3. FIG.
6 is a timing diagram for explaining the operation of the phase comparison circuit of FIG. 5;
7 is a circuit diagram showing an example of a charge pump circuit in the timing signal generation circuit of FIG. 3. FIG.
8 is a circuit diagram showing another example of a delay unit in the variable delay line of the timing signal generation circuit of FIG. 3;
FIG. 9 is a block circuit diagram showing a configuration example of a control signal generation circuit in a timing signal generation circuit according to a second embodiment of the present invention.
10 is a circuit diagram showing an example of a current-voltage conversion circuit that converts the output of the control signal generation circuit of FIG. 9;
FIG. 11 is a block diagram showing an example of a main configuration of a timing signal generation circuit according to a third embodiment of the present invention.
12 is a block circuit diagram showing an example of a D / A converter that D / A converts the output of the up / down counter of FIG. 11; FIG.
13 is a circuit diagram showing a configuration example of one current matrix cell in the D / A converter shown in FIG. 12;
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration example of a timing signal generating circuit applied to a child circuit as a fourth embodiment of the present invention.
15 is a circuit diagram showing an example of the phase interpolator of FIG. 14;
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase interpolator as a fifth embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration example of a timing signal generating circuit used for performing a simulation of the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing a simulation result of the timing signal generation circuit of FIG. 17;
FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration example of a timing signal generation circuit according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a block diagram showing a configuration example of a timing signal generation circuit according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a circuit diagram showing a configuration example of a sine wave generating circuit according to an eighth embodiment of the present invention.
22 is a diagram showing a simulation result of the sine wave generation circuit of FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a block diagram showing a configuration example of a timing signal generating circuit as a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a block diagram showing a configuration example of a timing signal generation circuit according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a block diagram showing an example of a main configuration of a timing signal generation circuit according to an eleventh embodiment of the present invention.
26 is a circuit diagram showing an example of a phase interpolator (phase adjuster) in the timing signal generation circuit of FIG. 25. FIG.
FIG. 27 is a circuit diagram showing an example of a four-phase PLL circuit that can be used in the timing signal generation circuit of FIG. 25;
28 is a circuit diagram showing an example of a differential amplifier in the four-phase PLL circuit of FIG. 27. FIG.
29 is a circuit diagram showing an example of a signal conversion unit in the four-phase PLL circuit of FIG. 27. FIG.
30 is a diagram showing an output signal of the 4-phase PLL circuit of FIG. 27. FIG.
FIG. 31 is a block diagram showing a principle configuration of a phase interpolator according to the present invention.
32 is a waveform diagram for explaining the operation of the phase interpolator of FIG. 31. FIG.
FIG. 33 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase interpolator as a twelfth embodiment of the present invention.
34 is a circuit diagram showing a configuration example of a weighting control unit in the phase interpolator of FIG. 33. FIG.
FIG. 35 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase interpolator as a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 36 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase interpolator as a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 37 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase interpolator as a fifteenth embodiment of the present invention.
38 is a circuit diagram showing an example of a transconductor in the phase interpolator of FIG. 37. FIG.
FIG. 39 is a circuit diagram showing a configuration example of a phase interpolator as a sixteenth embodiment of the present invention.
40 is a circuit diagram showing an example of a circuit for generating a bias signal in the phase interpolator of FIG. 39. FIG.
41 is a circuit diagram showing another example of a circuit for generating a bias signal in the phase interpolator of FIG. 39. FIG.
42 is a circuit diagram showing a configuration example of a variable current source as a modification of the sixteenth embodiment of FIG. 39;
FIG. 43 is a circuit diagram showing a configuration example of a part of a phase interpolator as a seventeenth embodiment of the present invention.
FIG. 44 is a diagram for explaining a configuration example of a phase interpolator as an eighteenth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Parent circuit
2 ... Child circuit
10 ... DLL circuit
11 ... Variable delay line
12, 12a, 12b ... Phase comparison circuit
13. Control signal generation circuit
14 ... Drive circuit (clock driver)
15 ... Selector
21 ... Voltage controlled oscillator (VCO)
131 ... Charge pump circuit
132 ... Buffer amplifier
133 ... Current-voltage conversion circuit
134, 134a, 134b, 234 ... up / down counter
135 ... D / A converter
136, 236 ... Phase interpolator
212 ... Combinational logic circuit
210: Selection means
220 ... A / D converter
230 ... Control circuit
241,242 ... Latch circuit
250 ... 4 phase PLL circuit
CKr ... Reference clock
CKin ... Internal clock
CS ... Control signal
D ... Delay unit (delay stage)
41, 42 ... Analog periodic waveform generator
43 ... Weighting control unit
44 ... Addition waveform generator
45. Analog / digital converter
DIS1... First digital periodic signal
DIS2 ... Second digital periodic signal
DO ... Digital output signal
Claims (30)
該親回路からの内部信号および制御信号を受け取って、前記基準信号に対して所定のタイミングを有するタイミング信号を発生する子回路と、を備え、
前記親回路は、前記基準信号および前記内部信号の周期或いは位相を比較する比較回路と、該比較回路の出力に応じて前記制御信号を変化させる制御信号発生回路と、該制御信号により前記基準信号の遅延量を制御して前記内部信号を出力する親回路用可変遅延ラインと、を具備するDLL回路であり、且つ、
前記子回路は、前記親回路からの制御信号により前記内部信号を遅延して前記タイミング信号を出力する子回路用可変遅延ラインを具備することを特徴とするタイミング信号発生回路。A parent circuit that generates an internal signal having the same period or phase as the input reference signal by feedback control;
A child circuit that receives an internal signal and a control signal from the parent circuit and generates a timing signal having a predetermined timing with respect to the reference signal , and
The parent circuit includes a comparison circuit that compares the cycle or phase of the reference signal and the internal signal, a control signal generation circuit that changes the control signal according to an output of the comparison circuit, and the reference signal based on the control signal. A variable delay line for a master circuit that outputs the internal signal by controlling a delay amount of
Child circuit, a timing signal generating circuit, characterized in that it comprises a sub-circuit for the variable delay line for outputting the timing signal by delaying the internal signal by a control signal from said parent circuit.
該親回路からの内部信号および制御信号を受け取って、前記基準信号に対して所定のタイミングを有するタイミング信号を発生する子回路と、を備え、
前記親回路は、前記基準信号および前記内部信号の周期或いは位相を比較する比較回路と、該比較回路の出力に応じて前記制御信号を変化させる制御信号発生回路と、該制御信号により前記基準信号の遅延量を制御して前記内部信号を出力する親回路用可変遅延ラインと、を具備するDLL回路であり、且つ、
前記子回路は、前記内部信号に関連する異なる複数相の入力信号を受け取り、前記制御信号に従って該複数相の入力信号の中間位相の前記タイミング信号を出力する位相インターポレータを具備することを特徴とするタイミング信号発生回路。 A parent circuit that generates an internal signal having the same period or phase as the input reference signal by feedback control;
A child circuit that receives an internal signal and a control signal from the parent circuit and generates a timing signal having a predetermined timing with respect to the reference signal, and
The parent circuit includes a comparison circuit that compares the cycle or phase of the reference signal and the internal signal, a control signal generation circuit that changes the control signal according to an output of the comparison circuit, and the reference signal based on the control signal. A variable delay line for a master circuit that outputs the internal signal by controlling a delay amount of
Child circuit receives an input signal of a different phase associated to said internal signal, that you include a phase interpolator for outputting the timing signal of an intermediate phase of the input signal of the plurality of phase in accordance with said control signal A characteristic timing signal generation circuit.
該親回路からの制御信号を受け取って、前記基準信号に対して所定のタイミングを有するタイミング信号を発生する子回路と、を備え、
前記親回路は、前記基準信号および前記内部信号の周期或いは位相を比較する比較回路と、該比較回路の出力に応じて前記制御信号を変化させる制御信号発生回路と、該制御信号に応じて前記基準信号に対応した内部信号を発生する親回路用電圧制御発振器と、を具備するPLL回路であり、且つ、
前記子回路は、前記親回路からの制御信号に応じて前記タイミング信号を出力する子回路用電圧制御発振器を具備することを特徴とするタイミング信号発生回路。 A parent circuit that generates an internal signal having the same period or phase as the input reference signal by feedback control;
A child circuit that receives a control signal from the parent circuit and generates a timing signal having a predetermined timing with respect to the reference signal,
The parent circuit includes a comparison circuit that compares the period or phase of the reference signal and the internal signal, a control signal generation circuit that changes the control signal according to an output of the comparison circuit, and the control circuit that generates the control signal according to the control signal. A PLL circuit including a voltage control oscillator for a parent circuit that generates an internal signal corresponding to a reference signal, and
The timing signal generation circuit according to claim 1, wherein the slave circuit includes a slave circuit voltage controlled oscillator that outputs the timing signal in response to a control signal from the parent circuit.
前記親回路は、さらに、前記粗遅延制御部におけるDLL回路を制御する前記制御信号である粗遅延制御信号および該粗遅延制御部からの粗い遅延制御が行われた信号を受け取り、該粗い遅延制御の信号から位相インターポレータを使用して微細な遅延制御を行う親回路用微細遅延制御部を備え、且つ、
前記子回路は、該親回路用微細遅延制御部に対応した前記親回路から出力される前記粗い遅延制御の信号から位相インターポレータを使用して微細な遅延制御を行う子回路用微細遅延制御部を備えることを特徴とするタイミング信号発生回路。 3. The timing signal generating circuit according to claim 2 , wherein the DLL circuit of the parent circuit takes out taps from a plurality of delay units constituting the variable delay line for the parent circuit, and selects an output of each tap to generate a coarse delay. Configure the coarse delay control unit to control,
The parent circuit further receives a coarse delay control signal, which is the control signal for controlling the DLL circuit in the coarse delay control unit, and a signal subjected to coarse delay control from the coarse delay control unit, and the coarse delay control A fine delay control unit for a parent circuit that performs fine delay control using a phase interpolator from the signal of
The child circuit performs fine delay control using a phase interpolator from the coarse delay control signal output from the parent circuit corresponding to the parent circuit fine delay control unit. timing signal generating circuit, characterized in that it comprises a part.
前記アナログ周期波形生成手段の出力信号を受け取り、前記各アナログ周期波形の重み付けを制御する重み付け制御手段と、
前記重み付け制御手段の出力信号を受け取り、時間軸のずれたディジタル周期信号から前記アナログ周期波形生成手段により得られる複数のアナログ周期波形を加算して加算波形を生成する加算波形生成手段と、
前記加算波形をディジタル波形に変換するアナログ/ディジタル変換手段とを具備することを特徴とする位相インターポレータ。 An analog periodic waveform generating means for generating an analog periodic waveform having an analog value from a digital periodic signal having an amplitude of a digital value;
Weighting control means for receiving an output signal of the analog periodic waveform generating means and controlling weighting of each analog periodic waveform;
An added waveform generating means for receiving the output signal of the weighting control means and adding a plurality of analog periodic waveforms obtained by the analog periodic waveform generating means from the digital periodic signals shifted in time axis to generate an added waveform;
A phase interpolator comprising analog / digital conversion means for converting the addition waveform into a digital waveform .
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