JP4033962B2 - Clock generation circuit - Google Patents
Clock generation circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP4033962B2 JP4033962B2 JP01184798A JP1184798A JP4033962B2 JP 4033962 B2 JP4033962 B2 JP 4033962B2 JP 01184798 A JP01184798 A JP 01184798A JP 1184798 A JP1184798 A JP 1184798A JP 4033962 B2 JP4033962 B2 JP 4033962B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- clock
- circuit
- output
- counter
- delay
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 10
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/00006—Changing the frequency
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
- G06F1/04—Generating or distributing clock signals or signals derived directly therefrom
- G06F1/08—Clock generators with changeable or programmable clock frequency
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/13—Arrangements having a single output and transforming input signals into pulses delivered at desired time intervals
- H03K5/133—Arrangements having a single output and transforming input signals into pulses delivered at desired time intervals using a chain of active delay devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manipulation Of Pulses (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
- Pulse Circuits (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低電圧下においても制御可能な、ノイズに対する影響の少ない、正確で確実に動作可能なクロック生成回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
位相同期ループ(PLL:Phase Locked Loop)は、従来から広範囲の分野で利用されている、入力クロックに同期した周期または逓倍クロックを出力する回路である。最近のマイクロプロセッサの動作周波数は高く、例えば、数百MHzの高速クロックで動作するのでPLLをマイクロプロセッサに内蔵することは不可欠になっている。
【0003】
従来のPLLは、電圧制御発信器(VCO:Voltage ControlOscillator)の制御電圧を保持するキャパシタの電圧をチャージポンプにより制御して発信周波数を制御するアナログ型PLLであった。しかし、従来のアナログ型PLLは、低電圧下での制御が困難であり、ノイズに弱く、また動作が安定するまでのロック時間が長く、入力クロックの供給が停止するとPLLの発信が停止し、再度動作を開始するまでに長い時間を要するという課題があった。
【0004】
従来では、上記した課題を解決するために、様々な提案がなされている。例えば、以下に記載する文献1の従来技術では、デジタルディレイラインを用いた周波数逓倍回路を開示している。
文献1:「A Portable Clock Multiplier Generator Using Digital CMOS Standard Cells,Michel Comber他2名,IEEE Journal of Solid−State circuits,Vol.31,No.7,Jul.1996」。
【0005】
図8は、従来の周波数逓倍回路10の構成を示すブロック図であり、図において、1はフリップフロップ回路(Flip−Flop)、2は分周器(Divider)、3はコンパレータ、4は制御回路、6および7はそれぞれ遅延回路である。また、図9は、図8に示した従来の周波数逓倍回路10の動作を示すタイミングチャートである。
【0006】
次に動作について説明する。
図8に示した従来の周波数逓倍回路10の動作において、デジタルディレイラインである遅延回路6,7の遅延時間の初期状態によっては、図9のタイミングチャート内のタイミングT1からタイミングT2の間に示すように、フリップフロップ回路1からパルスが出力されない状態に落ちる可能性がある。
【0007】
この場合、入力クロックの立ち上がりエッジ(タイミングT1)から、分周器2の出力信号Mをネゲートするまでの遅延時間と、フリップフロップ回路1の出力信号Aとしての逓倍クロック出力信号の4パルス目の立ち下がり時刻(タイミングT1)から出力信号Mをアサートするまでの遅延時間の差によっては、図9に示すタイミングT1からタイミングT2までのように、入力クロックの1周期の間、出力信号Mがアサートされ続けて正確な逓倍出力信号を出力できない状態が発生するという課題があった。
【0008】
また、上記した従来技術である文献1に開示された周波数逓倍回路10では、入力クロックと分周器2の出力信号Mとの間の位相同期に関しては何も言及されておらず、このためPLLの機能としては不十分なものとなっていた。
【0009】
一方、従来のデジタルディレイラインを用いた位相同期回路とデジタルディレイラインを用いた図8に示した周波数逓倍回路10を組み合わせたものがある。
【0010】
図10は、デジタルディレイラインを用いた位相同期回路とデジタルディレイラインを用いた図8に示した周波数逓倍回路10とを組み合わせた従来のクロック生成回路15を示すブロック図であり、図において、10は図8に示した周波数逓倍回路、11は位相同期回路、12は位相同期回路11を構成するデジタルディレイライン、13はデジタルカウンタ、そして14はコンパレータである。
【0011】
次に動作について説明する。
周波数逓倍回路10から出力される逓倍クロック出力信号(出力クロック)は、位相同期回路11内のデジタルディレイライン12へ入力され、デジタルディレイライン12から外部へPLL出力信号が出力される。また、コンパレータ14は、このPLL出力信号の位相と入力クロックとの位相を比較し、比較結果をデジタルディレイライン12へフィードバックして入力クロックとPLL出力信号との間の遅延を調整し両者の位相を一致させている。
【0012】
しかしながら、図10に示す従来のクロック生成回路15の構成では、例えば、デジタルディレイライン12の遅延時間が入力クロックの周期より長くなると、周波数逓倍回路10内のコンパレータ3、または位相同期回路11内のコンパレータ14での比較結果により実施される周期または位相の補正がPLL出力信号に反映されるまで多くの時間がかかり、このため、電圧値、温度値等によるPLL出力信号のずれに対する補正能力が悪くなるという課題があった。
【0013】
図11は、図10に示すクロック生成回路15の動作を示すタイミングチャートである。図11のタイミングチャートに示すように、位相同期回路11内のデジタルディレイライン12での遅延時間が、入力クロックの2倍の遅延時間でロックしてしまった場合、タイミングT4で周波数逓倍回路10内のコンパレータ3から出力された比較結果が、PLL出力信号として位相同期回路11から出力されるのはタイミングT4からカウントして入力クロックの2周期後となる。この場合、補正能力は低下するのみならず、タイミングT5での不正確なPLL出力信号により、不正確な遅延補正演算処理が行われて正しくロックできないといった事態が発生する危険性がある。
【0014】
図12は、従来のデジタルディレイライン12を示すブロック図であり、図において、17はデジタルディレイライン12を構成する複数の遅延素子、18は複数の遅延素子の中から1つを選択するセレクタである。
例えば、上記した文献1や文献2「Multifrequency Zero−Jitter Delay−Locked Loop(Avener Efendovich他3名:IEEE Journal of Solid−State Circuits,Vol.29,No.1,JAN.1994」に開示の従来のデジタルディレイライン12では、セレクタ18が遅延素子17内の1つを選択して遅延時間を調整していた。
【0015】
しかしながら、このような従来のデジタルディレイラインの構成では、デジタルディレイラインの遅延が短い場合においても、全ての遅延素子17をスイッチする必要があり、不必要に電力を消費するといった課題があった。
【0016】
図13は、従来の他のデジタルディレイラインを示す構成図である。図に示すように、従来の他のデジタルディレイラインの構成では、消費電力を抑えるため、入力取り込み位置を制御信号a,bを用いて制御することで、各遅延素子を選択的に活性化させ所望の遅延時間を得るものである。しかしながら、図13に示す従来の他のデジタルディレイラインの構成では、クロック生成回路の動作中にカウンタ値が変化した場合、例えば、図13内のノードaからノードbへ入力位置がシフトした場合、図14に示すデジタルディレイラインの動作を示すタイミングチャート内に示すタイミングT8での出力aに不定な電位が乗ってしまうという課題があった。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のクロック生成回路においては、デジタルディレイラインを用いたデジタルPLLにおいて、デジタルディレイラインの初期状態では、周波数逓倍回路10の出力信号である逓倍クロック出力信号が正確に出力されない場合が発生し、また位相同期回路11内のデジタルディレイライン12の初期状態によっては、周波数逓倍回路10もしくは位相同期回路11内のコンパレータ3および14での比較結果に基づいて計算されたデジタルディレイラインの遅延時間の変化がPLL出力信号に反映される以前に、次の位相比較を実行し、温度や電圧の変動に対する補正能力が低下し、位相ロックが困難になるという課題があった。
【0018】
さらに、デジタルディレイライン内の全ての素子をスイッチングすると、無駄な電力を消費し、あるいはこの無駄な電力消費を防止するため、デジタルディレイラインの入力取り込み位置を制御して遅延時間を調整する方式にすると、動作中にカウンタ値が変化する場合に、デジタルディレイラインの出力にハザードが乗って正確に位相ロックができないといった課題があった。
【0019】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、クロック生成回路において、低電圧でも容易に制御可能な、ノイズに対する影響が少なく、ロック時間も短く入力クロックの供給が停止した場合であっても必要とされるクロックを生成可能なデジタルPLLを正確に動作させ、またジッタや精度等の性能を向上できるクロック生成回路を得ることを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るクロック生成回路は、逓倍回路が、入力されたクロック信号(以下、入力クロックという)の所定逓倍数のクロック信号を出力し(以下、逓倍回路から出力されたクロック信号を出力クロックという)、入力クロックの1周期の間に前記出力クロックのパルス数が所定逓倍数未満の場合に、逓倍回路の動作を初期化し低電圧下でも確実に所望の逓倍数の出力クロックをロックし、またカウンタの初期状態がいかなる値であっても所望の逓倍数の出力クロックを高精度にかつ確実に得るものである。
【0021】
この発明に係るクロック生成回路は、逓倍回路が出力クロックの周期または位相を段階的に遅延する第1の遅延回路および第1の遅延回路の遅延時間を設定し制御する第1のカウンタを備え、クロック生成回路の動作開始時あるいはリセット信号が入力された時に第1の遅延回路の遅延時間が最小値となるように第1のカウンタ内のカウンタ値を設定し、所望の逓倍数の出力クロックを高精度にかつ確実に得るものである。
【0022】
この発明に係るクロック生成回路は、第1のカウンタのカウンタ値の更新は、第1の遅延回路の遅延時間の変化が最小値となるような値にのみ更新され、出力クロックのパルス幅を徐々に広げて行くことで、所望の逓倍数の出力クロックを高精度でかつ正確に得るものである。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるクロック生成回路20を示すブロック図であり、図において、21は位相同期ループ(Phase Locked Loop、以下、PLLという)、22は2相クロック生成回路、23,24および37はインバータ、27はゲート制御のインバータからなるクロックドライバ、34,35,36はこの実施の形態1のクロック生成回路20で生成されたクロック信号を供給される外部回路である。クロック生成回路20は、PLL21、2相クロック生成回路22、インバータ23,24およびクロックドライバ27から構成されている。
【0028】
次に動作について説明する。
この発明の実施の形態1のクロック生成回路20内のPLL21は、入力されたクロック信号(以下、入力クロックという)の4逓倍のクロック信号としてのPLL出力信号(以下、PLL出力という)を出力する。このPLL出力信号は、2相クロック生成回路22で2相ノンオーバラップ信号P1G,P2Gとなる。この2相ノンオーバラップ信号P1G,P2Gは、各ブロックのクロックドライバ27を介して外部回路34,35,36へ供給される。クロックドライバ27の出力信号P1C,P2Cは外部回路34へ出力され、クロックドライバ27の出力信号P1B,P2Bは外部回路35へ出力され、そしてクロックドライバ27の出力信号P1A,P2Aは外部回路36へ出力される。
【0029】
例えば、外部回路34の出力状態が変化しない場合(即ち、外部回路34が動作していない場合)、クロックドライバの出力信号P1C,P2Cは常にロウレベル(Lレベル)に固定され、外部回路34へ出力される。また、外部回路35の出力状態が変化しない場合(即ち、外部回路35が動作していない場合)、クロックドライバの出力信号P1B,P2Bは常にロウレベル(Lレベル)に固定され、外部回路35へ出力される。同様に、外部回路36の出力状態が変化しない場合(即ち、外部回路36が動作していない場合)、クロックドライバの出力信号P1A,P2Aは常にロウレベル(Lレベル)に固定され外部回路36へ出力される。PLL21は、クロック入力とインバータ37の出力である制御信号P1Pとの位相が一致するように、その出力(以下、PLL出力という)を制御する機能を備えている。
【0030】
図2は、図1に示したクロック生成回路20内のPLL21の構成を示すブロック図であり、PLL21は逓倍回路40(以下、逓倍部40という)および位相同期回路41(以下、位相同期部41という)の2つの部分から構成されている。
【0031】
以下、PLL21を構成する逓倍部40および位相同期部41に関して詳細に説明する。
逓倍部40は、入力クロックの4逓倍クロックを生成する機能を備えている。この実施の形態1では、逓倍部40は4逓倍クロックを生成するが、この発明はこれに限定されることなく、例えば、2逓倍クロック、6逓倍クロック、8逓倍クロック等、所定の逓倍クロックを生成するPLLでもよい。
【0032】
次に逓倍部40の動作について説明する。
図3は、PLL21の動作を示すタイミングチャートである。
図2に示す逓倍部40において、太線で示したループはリングオシレータ100を示している。逓倍部40は、この太線で示されたリングオシレータ100で生成された4逓倍クロックを位相同期部41へ出力する。但し、このリングオシレータ100は、制御信号DL−ACTがネゲートされている間は、強制的にLレベルに設定され、制御信号DL−STATがアサートされている間は、強制的にHレベルに設定される。
【0033】
図3のタイミングチャートに示されるように、制御信号DL−ACTは、入力クロックの立ち上がりエッジでアサートされ(例えば、タイミングT10)、4逓倍出力の4パルス目の立ち下がりエッジでネゲートされる(例えば、タイミングT11)。
【0034】
デジタルディレイライン(第1の遅延回路)56は、96個の遅延素子(例えば、セレクタ)が直列に接続されて構成されており、遅延時間を96段階に調整可能である。例えば、10ビットのカウンタ(第1のカウンタ)52の上位7ビットで、デジタルディレイライン56の遅延時間を制御する。制御信号PLL−resetがアサートされた時のカウンタ52の初期値は1であり、これはデジタルディレイライン56の遅延時間を最小値に制御する。カウンタ52は、入力クロックの2周期毎に1つカウントアップされる。
【0035】
入力クロックの立ち上がりエッジとDL−OUTの立ち下がりエッジの位相が一致した時点(即ち、タイミングT12の次の入力クロック立ち上がりタイミングT13)で、カウンタ52のカウントアップが停止する。このように、カウンタ52は、デジタルディレイライン56の遅延時間を最小値から除々に大きく設定できるので、誤って3逓倍や2逓倍でロックすることなく、従来例で説明したように、分周器からの出力信号がアサートされ続けて、正確な逓倍出力信号が出力できないといった状態を避けることができる。
【0036】
例えば、入力クロックの立ち上がり時に、制御信号DL−ACTがアサートされ続けた場合、入力クロックの1周期の間に4逓倍出力が4パルス出ていないと逓倍回路40は判断し、制御信号PLL−rsetをアサートし、カウンタ52をリセットさせる。これにより、電源投入直後等の初期状態においてPLL21の動作が不安定な場合においても、確実にPLL21の動作をリセットできる。また、制御信号PLL−resetは、外部から供給される外部リセット信号によっても、アサート可能である。この外部リセット信号は、チップ外部の装置から供給されるリセット入力や、電源投入時にアサートされるパワーオンリセット信号等から生成される。
【0037】
図4は、ディレイ微調整回路の構成を示す回路図であり、図において、59はディレイ微調整回路(第1の遅延回路)、75および76は遅延素子である。
【0038】
次に、ディレイ微調整回路59の動作について説明する。
ディレイ微調整回路59は、DL−CNT生成回路57から出力される制御信号DL−CNTがHレベルの時、遅延素子75の1段分の遅延を追加する。これにより、デジタルディレイライン56での遅延時間の微調整を行う。
DL−CNT生成回路57から出力される制御信号DL−CNTを、入力クロックのサイクルの途中で切り替えることで、同一入力クロックサイクル内で4逓倍出力の一部のパルス幅を遅延素子1段分広げることができる。
【0039】
DL−CNT生成回路57は、10ビットのカウンタ52の下位3ビット値とパルスカウンタ400の出力C1〜C7の値に基づいて制御信号DL−CNTを生成する。
【0040】
図5は、逓倍部40内のカウンタ52の下位3ビット値、各種の制御信号DL−CNT、C1〜C8、DL−ACT、およびディレイ微調整回路59から出力される4逓倍出力の関係を示したタイミングチャートである。
図5のタイミングチャートに示すように、10ビットのカウンタ52の下位3ビット値が0の時は、ディレイ微調整回路59から出力される4逓倍出力の全てのパルスが同一パルス幅を有している。そして、カウンタ52の下位3ビット値が、例えば1から7へと増加してゆくにつれて、ディレイ微調整回路59内の遅延素子1段の遅延時間幅を持つパルスが、ディレイ微調整回路59から4逓倍出力として出力される。
【0041】
カウンタ52のカウンタ値が、入力クロック数でカウントして20サイクル以上停止した場合、ロック検出回路(第3のカウンタ)60はロック検出信号を出力する。このロック検出信号がアサートされた場合でも、周囲の温度、電圧、その他の要因により、入力クロックの立ち上がりエッジと制御信号DL−OUTの立ち下がりエッジの位相がずれた場合は、そのずれに応じてカウンタ52のカウンタ値を1つ毎増加/減少させ位相のずれを解消する。但し、一旦、ロック検出信号がアサートされたら、制御信号PLL−resetがカウンタ52へ入力されない限りこのロック検出信号はネゲートされない。
【0042】
次に、PLL21内の位相同期部41の動作について説明する。
図6は、位相同期部41の動作を示すタイミングチャートである。
位相同期部41内では、逓倍部40から出力された4逓倍出力を、位相同期部41内に組み込まれた2つのデジタルディレイライン(第2の遅延回路)69および71で所定時間遅延させ、入力クロックの位相と制御信号P1Pの位相を一致させる動作を行う。位相同期部41はリセット直後は動作せず、逓倍部40内のロック検出回路60からロック検出信号がアサートされるとその動作を開始する。
【0043】
位相同期部41内のカウンタ(第2のカウンタ)65は、上位5ビット値でデジタルディレイライン69を、下位3ビット値でデジタルディレイライン71の動作を制御する。デジタルディレイライン71は、逓倍部40内のデジタルディレイライン56内で用いられている遅延素子を8個直列に接続した構成を有する。デジタルディレイライン69は、デジタルディレイライン71内の各遅延素子の約6〜8倍(この範囲は、温度、電圧、プロセス変動等に基づいて変動する)の遅延時間を有する遅延素子が32個直列に接続された構成を有する。
【0044】
位相同期部41では、デジタルディレイライン69が入力クロックの位相と制御信号P1Pの位相を大まかに合わせ、次に、デジタルディレイライン71が両者の位相を詳細に調整する。
【0045】
カウンタ65の初期値として、ロック検出回路60から出力されたロック検出信号がアサートされた時の、逓倍部40内のカウンタ52のカウンタ値がセットされる。
入力クロックの立ち上がりエッジと制御信号P1Pの立ち上がりエッジの位相差により、カウンタ65のカウンタ値を1つ増加減少させ、両者の位相が一致したところで、カウンタ65のカウント動作は停止する。但し、一旦、カウント動作が停止した場合でも、温度、電圧、その他の影響で入力クロックの位相と制御信号P1Pの位相がずれた場合は、ずれの大きさに応じてカウンタ65のカウンタ値を1つ毎増加減少させ、両者の位相を一致させる。
【0046】
逓倍部40内のカウンタ52のカウンタ値を初期値として設定する意味は、位相同期部41の動作が開始された時、位相を早くする(カウンタ値を減算する)場合と、位相を遅くする(カウンタ値を加算する)場合の、いずれの方向に動作させても確実に同期するエッジを得るため、あらかじめ半周期分の遅延時間を持たせたことや、位相同期部41がロックした場合のデジタルディレイライン69の遅延時間を入力クロックの1周期以内に設定させ、確実にロックを行い高いロック性能を得るためである。仮に、位相同期部41のデジタルディレイライン69の遅延時間が2周期以上でロックしようとすると、逓倍部40内のカウンタ52又は位相同期部41内のカウンタ65の値の変化が制御信号P1Pに乗せられる以前に次の位相比較を実行することになるので、ロック動作が困難になりロック性能が低下することになる。
【0047】
次に、逓倍部40内や位相同期部41内に組み込まれているデジタルディレイライン56,69,71について説明する。
図7は、デジタルディレイライン56,69,71のそれぞれの構成を示す回路図であり、図において、各遅延素子n(n=0,...y,y−1,...,n−1,n)は、直列に接続された2つのPMOSTrおよび直列に接続された2つのNMOSTrがさらに直列に接続されて得られる回路を2組並列に並べた構成を有する。PMOSTrの組とNMOSTrの組とを直列に接続する直列接続点は、各遅延素子の出力ノードと次段の遅延素子との間に設けられた出力インバータに接続されている。各遅延素子には入力として入力パルスを入力する入力ノードがある。逓倍部40内のデジタルディレイライン56は、この遅延素子を96個(即ち、n=95)直接に接続した構成を有し、位相同期部41内のデジタルディレイライン71は、遅延素子を8個(n=7)直列に接続した構成を、またデジタルディレイライン69は遅延素子を32個(n=31)直列に接続した構成を有している。
【0048】
次に、デジタルディレイラインの動作について説明する。
カウンタ52,65から出力されるカウンタ値により、各デジタルディレイライン56,69,71内の所定の遅延素子が制御信号 ̄WL(n)により選択され、選択された遅延素子の入力ノードn(n=0,...y,y+1,...,n−1,n)から制御信号としての入力パルスが入力される。
【0049】
このように、入力パルスの入力位置を変えることにより、デジタルディレイライン56,69,71の遅延時間を調整する。入力位置を変える方式は、出力位置を変えてデジタルディレイラインの遅延時間を変化させる従来の方式と比較すると、特に高周波を用いる場合にスイッチングするトランジスタ数を減少できるからである。
【0050】
カウンタ52,65の各カウンタ値がyの場合、制御信号 ̄WL(y)が入力される遅延素子yの入力ノードyを介して入力パルスが遅延素子y内に入力されるが、この場合、2つの制御信号、即ち制御信号 ̄WL(y)および制御信号 ̄WL(y+1)がアサートされるので、遅延素子yと遅延素子y+1との2ヶ所から入力パルスが取り込まれるため、従来例で説明した図14のタイミングチャート内のタイミングT7からタイミングT8間に示すような出力aに不定な電位が乗る状態を確実に回避できる。
【0051】
以上のように、この実施の形態1によれば、デジタルディレイラインの遅延時間をカウンタで設定し、外部から供給されるリセット信号あるいは入力クロックの1周期の間に逓倍回路から出力される逓倍出力のパルス数が所望の逓倍数未満の場合、デジタルディレイラインの遅延時間を設定するカウンタのカウンタ値をリセットし、リセット直後のデジタルディレイラインの遅延時間が最小値となるようなカウンタ値に設定し、その後、徐々にデジタルディレイラインの遅延時間を増加するので、低電圧下でも制御が容易で、確実に所望の逓倍数で出力クロックをロックでき、またカウンタの初期状態がいかなる場合においても確実に正確な逓倍クロックを供給できる。さらに、デジタルディレイラインはカウンタで指定された遅延素子と隣接する遅延素子の2箇所から入力パルスを供給するので誤動作を防止でき、また消費電力を低減するとともに温度や電圧等の変動に対する補正能力を向上できる。
【0052】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、逓倍回路は入力されたクロック信号(入力クロック)の所定逓倍数のクロック信号を出力し(出力クロック)、入力クロックの1周期の間に前記出力クロックのパルス数が所定逓倍数未満の場合に逓倍回路の動作を初期化するように構成したので、低電圧下であっても確実に所望の逓倍数の出力クロックをロックでき、またカウンタの初期状態がいかなる値であっても、所望の逓倍数の出力クロックを高精度でかつ確実に得ることができる効果がある。
【0053】
この発明によれば、逓倍回路が、出力クロックの周期または位相を段階的に遅延する第1の遅延回路および第1の遅延回路の遅延時間を設定し制御する第1のカウンタを備え、クロック生成回路の動作開始時あるいはリセット信号が入力された時に、第1の遅延回路の遅延時間が最小値となるように第1のカウンタ内のカウンタ値を設定するように構成したので、所望の逓倍数の出力クロックを高精度でかつ確実に得ることができる効果がある。
【0054】
この発明によれば、第1のカウンタのカウンタ値の更新が、第1の遅延回路の遅延時間の変化が最小値となるような値にのみ更新されるように構成したので、出力クロックのパルス幅を徐々に広げて所望の逓倍数の出力クロックを高精度でかつ正確に得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるクロック生成回路を示すブロック図である。
【図2】 図1に示したクロック生成回路内のPLLの構成を示すブロック図である。
【図3】 PLLの動作を示すタイミングチャートである。
【図4】 ディレイ微調整回路の構成を示す回路図である。
【図5】 逓倍部内のカウンタの下位3ビット値、各制御信号およびディレイ微調整回路から出力される4逓倍出力の関係を示したタイミングチャートである。
【図6】 位相同期部の動作を示すタイミングチャートである。
【図7】 デジタルディレイラインの構成を示す回路図である。
【図8】 従来の周波数逓倍回路の構成を示すブロック図である。
【図9】 図8に示した従来の周波数逓倍回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図10】 デジタルディレイラインを用いた位相同期回路とデジタルディレイラインを用いた図8に示した従来の周波数逓倍回路を組み合わせた従来のクロック生成回路を示すブロック図である。
【図11】 図10に示す従来のクロック生成回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図12】 従来のデジタルディレイラインを示すブロック図である。
【図13】 従来の他のデジタルディレイラインを示す構成図である。
【図14】 図13に示す従来のデジタルディレイラインの動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
20 クロック生成回路、40 逓倍部(逓倍回路)、41 位相同期部(位相同期回路)、52 カウンタ(第1のカウンタ)、56 デジタルディレイライン(第1の遅延回路)、59 ディレイ微調整回路(第1の遅延回路)、60ロック検出回路(第3のカウンタ)、65 カウンタ(第2のカウンタ)、69,71 デジタルディレイライン(第2の遅延回路)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a clock generation circuit that can be controlled even under a low voltage and that can operate accurately and reliably with little influence on noise.
[0002]
[Prior art]
A phase-locked loop (PLL) is a circuit that outputs a period synchronized with an input clock or a multiplied clock, which has been conventionally used in a wide range of fields. The operating frequency of recent microprocessors is high, and for example, it operates with a high-speed clock of several hundred MHz, so that it is indispensable to incorporate a PLL in the microprocessor.
[0003]
The conventional PLL is an analog PLL that controls the oscillation frequency by controlling the voltage of a capacitor that holds the control voltage of a voltage controlled oscillator (VCO) by a charge pump. However, the conventional analog PLL is difficult to control under a low voltage, is vulnerable to noise, and has a long lock time until the operation is stabilized. When the supply of the input clock is stopped, the transmission of the PLL is stopped. There is a problem that it takes a long time to start the operation again.
[0004]
Conventionally, various proposals have been made to solve the above-described problems. For example, in the prior art of
Reference 1: “A Portable Clock Multiplier Generating Digital CMOS Standard Cells, Michel Comber et al., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 31, Jul.
[0005]
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a conventional
[0006]
Next, the operation will be described.
In the operation of the conventional
[0007]
In this case, the delay time from the rising edge (timing T1) of the input clock to the negation of the output signal M of the
[0008]
Further, in the
[0009]
On the other hand, there is a combination of a conventional phase synchronization circuit using a digital delay line and a
[0010]
FIG. 10 is a block diagram showing a conventional clock generation circuit 15 in which a phase synchronization circuit using a digital delay line and the
[0011]
Next, the operation will be described.
A multiplied clock output signal (output clock) output from the
[0012]
However, in the configuration of the conventional clock generation circuit 15 shown in FIG. 10, for example, when the delay time of the
[0013]
FIG. 11 is a timing chart showing the operation of the clock generation circuit 15 shown in FIG. As shown in the timing chart of FIG. 11, when the delay time in the
[0014]
FIG. 12 is a block diagram showing a conventional
For example,
[0015]
However, in such a conventional digital delay line configuration, even when the delay of the digital delay line is short, it is necessary to switch all the
[0016]
FIG. 13 is a block diagram showing another conventional digital delay line. As shown in the figure, in the configuration of another conventional digital delay line, in order to suppress power consumption, each delay element is selectively activated by controlling the input capture position using the control signals a and b. A desired delay time is obtained. However, in the configuration of another conventional digital delay line shown in FIG. 13, when the counter value changes during the operation of the clock generation circuit, for example, when the input position shifts from node a to node b in FIG. There is a problem that an indefinite potential is applied to the output a at the timing T8 shown in the timing chart showing the operation of the digital delay line shown in FIG.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional clock generation circuit, in the digital PLL using the digital delay line, in the initial state of the digital delay line, the multiplied clock output signal that is the output signal of the
[0018]
In addition, switching all the elements in the digital delay line consumes wasted power, or in order to prevent this wasted power consumption, the delay time is adjusted by controlling the input capture position of the digital delay line. Then, when the counter value changes during the operation, there is a problem that a hazard is placed on the output of the digital delay line and the phase cannot be accurately locked.
[0019]
The present invention has been made to solve the above-described problems. In the clock generation circuit, when the supply of the input clock is stopped, it can be easily controlled even at a low voltage, has little influence on noise, and has a short lock time. Even so, it is an object to obtain a clock generation circuit capable of accurately operating a digital PLL capable of generating a required clock and improving performance such as jitter and accuracy.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In the clock generation circuit according to the present invention, the multiplier circuit outputs a clock signal having a predetermined multiplication number of the input clock signal (hereinafter referred to as input clock) (hereinafter, the clock signal output from the multiplier circuit is referred to as output clock). ) , Enter When the number of pulses of the output clock is less than a predetermined multiplication number during one cycle of the power clock, the operation of the multiplication circuit is initialized and the output clock of the desired multiplication number is reliably locked even under a low voltage. Whatever the initial state is, the output clock having a desired multiplication number can be obtained with high accuracy and reliability.
[0021]
The clock generation circuit according to the present invention includes a first delay circuit in which the multiplier circuit delays the period or phase of the output clock in stages, and a first counter that sets and controls the delay time of the first delay circuit, The counter value in the first counter is set so that the delay time of the first delay circuit becomes the minimum value when the operation of the clock generation circuit is started or when a reset signal is input, and an output clock having a desired multiplication number is set. It is obtained with high accuracy and reliability.
[0022]
In the clock generation circuit according to the present invention, the counter value of the first counter is updated only to a value such that the change in the delay time of the first delay circuit becomes the minimum value, and the pulse width of the output clock is gradually increased. Thus, an output clock having a desired multiplication number can be obtained with high accuracy and accuracy.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a block diagram showing a
[0028]
Next, the operation will be described.
The PLL 21 in the
[0029]
For example, when the output state of the
[0030]
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the PLL 21 in the
[0031]
Hereinafter, the
The
[0032]
Next, the operation of the
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the PLL 21.
In the
[0033]
As shown in the timing chart of FIG. 3, the control signal DL-ACT is asserted at the rising edge of the input clock (for example, timing T10) and negated at the falling edge of the fourth pulse of the quadruple output (for example, , Timing T11).
[0034]
The digital delay line (first delay circuit) 56 is configured by connecting 96 delay elements (for example, selectors) in series, and the delay time can be adjusted in 96 stages. For example, the upper 7 bits of a 10-bit counter (first counter) 52 controls the delay time of the
[0035]
When the phase of the rising edge of the input clock matches the phase of the falling edge of DL-OUT (that is, the input clock rising timing T13 next to the timing T12), the counter 52 stops counting up. As described above, the counter 52 can set the delay time of the
[0036]
For example, when the control signal DL-ACT is continuously asserted at the rising edge of the input clock, the
[0037]
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the delay fine adjustment circuit, in which 59 is a delay fine adjustment circuit (first delay circuit), and 75 and 76 are delay elements.
[0038]
Next, the operation of the delay
The delay
By switching the control signal DL-CNT output from the DL-
[0039]
The DL-
[0040]
FIG. 5 shows the relationship among the lower 3 bits of the counter 52 in the
As shown in the timing chart of FIG. 5, when the lower 3 bits of the 10-bit counter 52 are 0, all the quadruple output pulses output from the delay
[0041]
When the counter value of the counter 52 is counted by the number of input clocks and stopped for 20 cycles or more, the lock detection circuit (third counter) 60 outputs a lock detection signal. Even when the lock detection signal is asserted, if the phase of the rising edge of the input clock and the falling edge of the control signal DL-OUT are shifted due to the ambient temperature, voltage, or other factors, The counter value of the counter 52 is increased / decreased by one to eliminate the phase shift. However, once the lock detection signal is asserted, the lock detection signal is not negated unless the control signal PLL-reset is input to the counter 52.
[0042]
Next, the operation of the
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the
In the
[0043]
A counter (second counter) 65 in the
[0044]
In the
[0045]
As an initial value of the counter 65, the counter value of the counter 52 in the
Due to the phase difference between the rising edge of the input clock and the rising edge of the control signal P1P, the counter value of the counter 65 is incremented and decremented by one, and the counting operation of the counter 65 stops when the two phases coincide. However, even if the counting operation is once stopped, if the phase of the input clock and the phase of the control signal P1P shift due to temperature, voltage, or other influences, the counter value of the counter 65 is set to 1 according to the magnitude of the shift. Increase and decrease each time to make both phases coincide.
[0046]
The meaning of setting the counter value of the counter 52 in the
[0047]
Next, the
7 is a circuit diagram showing the configuration of each of the
[0048]
Next, the operation of the digital delay line will be described.
Based on the counter values output from the counters 52 and 65, a predetermined delay element in each of the
[0049]
In this way, the delay time of the
[0050]
When the counter values of the counters 52 and 65 are y, an input pulse is input into the delay element y via the input node y of the delay element y to which the control signal  ̄WL (y) is input. Since two control signals, namely, control signal  ̄WL (y) and control signal  ̄WL (y + 1) are asserted, input pulses are taken in from two locations of delay element y and delay
[0051]
As described above, according to the first embodiment, the delay time of the digital delay line is set by the counter, and the multiplied output output from the multiplier circuit during one period of the reset signal or input clock supplied from the outside If the number of pulses is less than the desired multiplication number, reset the counter value of the counter that sets the delay time of the digital delay line, and set the counter value so that the delay time of the digital delay line immediately after reset becomes the minimum value. Then, since the delay time of the digital delay line is gradually increased, the control is easy even under low voltage, the output clock can be locked with the desired multiplication factor, and the counter is always in any initial state. An accurate multiplied clock can be supplied. In addition, the digital delay line supplies input pulses from the delay element specified by the counter and two adjacent delay elements, so that malfunctions can be prevented, power consumption is reduced, and the ability to correct fluctuations in temperature, voltage, etc. is reduced. It can be improved.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the multiplier circuit outputs a clock signal having a predetermined multiple of the input clock signal (input clock) (output clock). , Enter Since the configuration is such that the operation of the multiplier circuit is initialized when the number of pulses of the output clock is less than a predetermined multiplication number during one cycle of the power clock, the desired multiplication number can be reliably ensured even under a low voltage. The output clock can be locked, and the output clock of the desired multiplication number can be obtained with high accuracy and reliability regardless of the initial state of the counter.
[0053]
According to the present invention, the multiplier circuit includes the first delay circuit that delays the cycle or phase of the output clock in stages, and the first counter that sets and controls the delay time of the first delay circuit, and generates the clock. Since the counter value in the first counter is set so that the delay time of the first delay circuit becomes the minimum value when the operation of the circuit is started or when the reset signal is input, the desired multiplication number The output clock can be obtained with high accuracy and reliability.
[0054]
According to the present invention, since the update of the counter value of the first counter is updated only to such a value that the change in the delay time of the first delay circuit becomes the minimum value, the pulse of the output clock There is an effect that an output clock having a desired multiplication number can be obtained with high accuracy and accuracy by gradually widening the width.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a clock generation circuit according to a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a configuration of a PLL in the clock generation circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the PLL.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a delay fine adjustment circuit.
FIG. 5 is a timing chart showing the relationship between the lower 3 bit value of the counter in the multiplier, each control signal, and the quadruple output output from the delay fine adjustment circuit.
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the phase synchronization unit.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a digital delay line.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional frequency multiplication circuit.
FIG. 9 is a timing chart showing an operation of the conventional frequency multiplication circuit shown in FIG. 8;
10 is a block diagram showing a conventional clock generation circuit in which a phase synchronization circuit using a digital delay line and a conventional frequency multiplication circuit shown in FIG. 8 using a digital delay line are combined.
11 is a timing chart showing the operation of the conventional clock generation circuit shown in FIG.
FIG. 12 is a block diagram showing a conventional digital delay line.
FIG. 13 is a configuration diagram showing another conventional digital delay line.
14 is a timing chart showing the operation of the conventional digital delay line shown in FIG.
[Explanation of symbols]
20 clock generation circuit, 40 multiplication unit (multiplication circuit), 41 phase synchronization unit (phase synchronization circuit), 52 counter (first counter), 56 digital delay line (first delay circuit), 59 delay fine adjustment circuit ( (First delay circuit), 60 lock detection circuit (third counter), 65 counter (second counter), 69, 71 digital delay line (second delay circuit).
Claims (3)
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01184798A JP4033962B2 (en) | 1997-05-23 | 1998-01-23 | Clock generation circuit |
US09/072,499 US6157226A (en) | 1997-05-23 | 1998-05-05 | Clock generator |
DE19860964A DE19860964B4 (en) | 1997-05-23 | 1998-05-20 | Digital clock generator for microprocessors |
DE19822777A DE19822777C2 (en) | 1997-05-23 | 1998-05-20 | Clock generator |
US09/666,118 US6366150B1 (en) | 1997-05-23 | 2000-09-20 | Digital delay line |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13418897 | 1997-05-23 | ||
JP9-134188 | 1997-05-23 | ||
JP01184798A JP4033962B2 (en) | 1997-05-23 | 1998-01-23 | Clock generation circuit |
Related Child Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007068344A Division JP4658982B2 (en) | 1997-05-23 | 2007-03-16 | Clock generation circuit |
JP2007212227A Division JP4463298B2 (en) | 1997-05-23 | 2007-08-16 | Clock generation circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1141095A JPH1141095A (en) | 1999-02-12 |
JP4033962B2 true JP4033962B2 (en) | 2008-01-16 |
Family
ID=26347367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01184798A Expired - Fee Related JP4033962B2 (en) | 1997-05-23 | 1998-01-23 | Clock generation circuit |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4033962B2 (en) |
DE (1) | DE19822777C2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3349983B2 (en) | 1999-05-14 | 2002-11-25 | エヌイーシーマイクロシステム株式会社 | Semiconductor integrated circuit device |
KR100477809B1 (en) * | 2002-05-21 | 2005-03-21 | 주식회사 하이닉스반도체 | Digital dll apparatus for correcting duty cycle and method thereof |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3561792B2 (en) * | 1995-09-06 | 2004-09-02 | 株式会社ルネサステクノロジ | Clock generation circuit |
-
1998
- 1998-01-23 JP JP01184798A patent/JP4033962B2/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-05-20 DE DE19822777A patent/DE19822777C2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1141095A (en) | 1999-02-12 |
DE19822777C2 (en) | 2003-10-02 |
DE19822777A1 (en) | 1998-12-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4700755B2 (en) | Clock generation circuit | |
JP3232351B2 (en) | Digital circuit device | |
KR940001724B1 (en) | Phase synchronization circuit | |
KR100319890B1 (en) | Delay locked loop and method for controlling the same | |
JP2944607B2 (en) | Digital PLL circuit and clock generation method | |
US6225840B1 (en) | Clock generation circuit which reduces a transition time period and semiconductor device using the same | |
US6157226A (en) | Clock generator | |
US6049238A (en) | Clock generator and clock generating method capable of varying clock frequency without increasing the number of delay elements | |
JP4390353B2 (en) | Clock generation method and clock generation circuit | |
US6014047A (en) | Method and apparatus for phase rotation in a phase locked loop | |
US5982213A (en) | Digital phase lock loop | |
US7142823B1 (en) | Low jitter digital frequency synthesizer and control thereof | |
US5945856A (en) | Digital phase locked circuit with shortened lock time | |
US6967536B2 (en) | Phase-locked loop circuit reducing steady state phase error | |
US6757349B1 (en) | PLL frequency synthesizer with lock detection circuit | |
US7479814B1 (en) | Circuit for digital frequency synthesis in an integrated circuit | |
JP4463298B2 (en) | Clock generation circuit | |
US7323942B2 (en) | Dual loop PLL, and multiplication clock generator using dual loop PLL | |
JP4033962B2 (en) | Clock generation circuit | |
US6115439A (en) | Free running digital phase lock loop | |
US6411143B1 (en) | Lock detector for a dual phase locked loop system | |
JP4658982B2 (en) | Clock generation circuit | |
JP2000286703A (en) | Reset circuit and PLL frequency synthesizer | |
US7170963B2 (en) | Clock recovery method by phase selection | |
JP2842784B2 (en) | PLL circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050118 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20060123 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061205 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070116 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070316 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070619 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070816 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20070823 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071023 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071024 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 4 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 4 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131102 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |