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JP4904620B2 - Oscillator with controllable frequency and duty ratio - Google Patents

Oscillator with controllable frequency and duty ratio Download PDF

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JP4904620B2
JP4904620B2 JP2000395608A JP2000395608A JP4904620B2 JP 4904620 B2 JP4904620 B2 JP 4904620B2 JP 2000395608 A JP2000395608 A JP 2000395608A JP 2000395608 A JP2000395608 A JP 2000395608A JP 4904620 B2 JP4904620 B2 JP 4904620B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,反転又は非反転ゲートを複数段リング状に接続して構成される発振器に関し,特に,周波数やデューティ比を自在に制御することが可能な発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】
論理ゲートを複数段リング状に接続して構成されるリング発振器は,例えばインバータ(反転ゲート)を奇数段接続することにより構成され,リング状の論理ゲートの伝播時間に依存した周期で発振する。
【0003】
図1は,従来の周波数制御可能な発振器の回路図である。図1の発振器は,n段のゲートG1〜Gnを有するリング発振器OSC#1と,2n段のゲートG1〜G2nを有するリング発振器OSC#2と,3n段,4n段,...Kn段のゲートを有するリング発振器OSC#Kを有し,それぞれのリング発振器の出力を選択回路SELが選択信号Cに応じて選択して,出力端子OUTに出力する。即ち,リング発振器OSC#1の発振周波数f0を基準として,リング発振器OSC#2〜OSC#Kが周波数f0〜f0/K(Kは整数)の発振信号をそれぞれ生成し,それらの発振信号が選択され,出力される。それぞれのリング発振器は,奇数個の反転ゲート(インバータ)と任意の数の非反転ゲートを有し,合計の段数がn,2n,3n....Knになっている。
【0004】
この発振器は,選択信号Cにより出力される発振周波数を制御することができる。しかしながら,それぞれの周波数において発振信号のデューティ比を制御することはできない。また,図1に示された発振器は,複数のリング発振器を設ける必要があり,回路規模,素子数が大きくなり,半導体チップ面積,コスト,消費電力の点で不利である。
【0005】
図2は,別の従来の発振器の回路図である。図2の発振器は,ゲートG1〜G8を接続したリング発振回路OSCと,3個の排他的論理和XNOR1,2,3と,選択回路SELとで構成される。ゲートG8の出力N1は,基本発振周波数f0の発振出力であり,90°の位相差を有するゲートG8とG6の出力N1,N2を入力とする排他的論理和ゲートXNOR1の出力N3は,図2(B)に示される通り,2逓倍の周波数2f0の発振出力である。そして,90°の位相差を有するゲートG5,G7の出力N4,N5の排他的論理和N6と,信号N3とを入力とする排他的論理和ゲートXNOR3の出力N7は,図2(B)に示される通り,4逓倍の周波数4f0の発振出力になる。
【0006】
更に,図示しないが,ゲートG8の出力N1とゲートG5の出力N4との排他的論理和は,周波数2f0であり,デューティ比が信号N3より25%増大した発振出力になる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図2に示した発振器は,図1の発振器に比較すると回路規模を小さくすることができるが,生成可能な周波数が基本周波数f0の2のべき乗(2n)に制限されているとともに,基本周波数から4逓倍周波数まで取り出そうとすると,最低8段のゲートからなるリング発振器が必要となり,段数を減らして発振周波数を高くするには限界がある。更に,図2の発振器は,出力波形のデューティ比制御の分解能を高くするためには,段数を増やす必要がある。
【0008】
そこで,本発明の目的は,回路規模が小さく,高い発振周波数まで制御することができ,デューティ比も制御可能な発振器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために,本発明の一つの側面は,所定の周波数のクロック信号を生成する発振器において,少なくとも1個の反転ゲートが含まれる複数のゲートを環状に縦列接続し,その中に,発振制御入力を有する排他的論理和ゲートを適宜挿入した発振回路を有する。そして,発振制御入力を所望の位置の排他的論理和ゲートに所望のタイミングで入力することにより,排他的論理和ゲートを反転ゲート又は非反転ゲートに変換して,発振回路内に伝播信号波を生成する。発生した伝播信号波の数により発振周波数が制御され,変換される排他的論理和ゲートの位置によりデューティ比が制御される。
【0010】
本発明の第2の側面は,所定の周波数のクロック信号を生成する発振器において,
発振制御入力を有する排他的論理和ゲートと,少なくとも1個の反転ゲート及び複数の反転または非反転ゲートとを縦列接続したセグメントを,N個,環状に接続した発振回路と,
発振選択信号に従って,所定の組合せの複数の発振制御信号を生成する発振選択回路と,
前記いずれかのゲート出力の変化に応答して前記複数の発振制御信号を取り込み,前記発振選択信号に従って,当該複数の発振制御信号をそれぞれ遅延させて,前記排他的論理和ゲートの発振制御入力に供給する複数の遅延回路とを有し,
前記遅延回路の遅延時間後に,前記複数の発振制御信号にしたがって,前記複数の排他的論理和ゲートのいずれか1個又は複数個が反転又は非反転ゲートに変換して,発振動作を行うことを特徴とする。
【0011】
上記の第2の側面において,より好ましい実施例の発振器では,
前記発振回路が第1の周波数で発振状態の時に,前記排他的論理和ゲートを前記反転又は非反転ゲートに変換して,前記第1の周波数より高い第2の周波数での発振状態に移行することを特徴とする。
【0012】
また,上記の実施例において,更に好ましい実施例の発振器では,
前記第1の周波数から第2の周波数に移行する時に,前記複数の発振制御信号にしたがって,前記反転又は非反転ゲートに変換する排他的論理和ゲートの位置を選択することにより,選択されたデューティ比を有するクロック信号が生成されることを特徴とする。
【0013】
上記の目的を達成するための本発明の第3の側面は,所定の周波数のクロック信号を生成する発振器において,
発振制御入力を有する排他的論理和ゲートと,少なくとも1個の反転ゲート及び複数の反転または非反転ゲートとを縦列接続したセグメントを,N個,環状に接続した発振回路と,
発振選択信号に従って,所定の組合せの複数の発振制御信号を生成し,前記複数の排他的論理和ゲートの発振制御入力にそれぞれ供給する発振選択回路とを有し,
前記発振回路が非発振状態の時に,前記複数の発振制御信号によって,前記排他的論理和ゲートのいずれか1個又は複数個が反転又は非反転ゲートに変換して,発振動作を開始することを特徴とする。
【0014】
上記の発明によれば,高周波応答特性を有する排他的論理和ゲートと少なくとも1個の反転ゲートと複数の反転又は非反転ゲートを環状に縦列接続して発振回路を構成し,排他的論理和ゲートに発振制御信号を供給して反転又は非反転ゲートに変換することで,所望の周波数またはデューティ比の発振動作を実現することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下,図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら,かかる実施の形態例が,本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0016】
図3は,本実施の形態例における発振器の基本的構成の回路図である。図3の例では,7段のインバータ(反転ゲート)I1〜I7と排他的論理NORゲートX1とがリング状の接続され,発振回路100を構成する。そして,排他的論理NORゲートX1の出力が出力端子OUTになり,排他的論理NORゲートX1の一方の入力には発振制御信号Cが,もう一方の入力にはインバータI7の出力ノードn1がそれぞれ供給される。また,発振制御信号Cは,出力OUTのタイミングから所定の遅延時間分遅れたタイミングで,「1(Hレベル)」または「0(Lレベル)」に制御される。そのタイミングは,発振制御信号発生器10により生成される。発振制御信号発生器10には,発振選択C0と発振出力OUTが供給され,発振出力OUTのタイミングに応じたタイミングで,発振制御信号Cが生成される。
【0017】
排他的論理NORゲートX1は,発振制御信号Cが「0(Lレベル)」の時はノードn1の論理を反転するインバータの機能を有し,発振制御信号Cが「1(Hレベル)」の時はノードn1の論理をそのまま伝播するバッファゲート(非反転ゲート)の機能を有する。もし,排他的論理ORゲートが使用される場合は,上記の機能は逆になるだけであるので,発振制御信号Cの論理値を逆にすれば良い。
【0018】
図4は,上記インバータI1〜I7を構成するトランジスタ回路の一例である。このインバータは,利得周波数特性が十分高く,入力Vinの変化に対して高い利得で出力/OUTを反転することができる回路である。インバータ回路は,SCFL型の論理回路であり,HEMTなどの高周波特性を有する電界効果トランジスタQ1,Q2のソースが共通に接続され,その共通ソースが電流源を介してグランドVssに接続される。また,トランジスタQ1,Q2のドレインは,抵抗R1,R2を介して電源Vccに接続され,ドレイン端子が出力/OUT,OUTに接続される。また,ENORゲートX1も,図4のSCFL型の論理回路で同様に構成される。
【0019】
かかる高周波特性を有するトランジスタ素子を利用して構成されたインバータI1〜I7とENORゲートX1を利用することにより,図3の発振器は,基本周波数f0での発振動作とその2逓倍周波数2・f0での発振動作を自在に制御することができる。
【0020】
図5は,図3の発振器の動作タイミングチャート図である。時間T1の前の初期状態では,発振制御信号CがLレベルであるので,ENORゲートX1がインバータとして機能し,リング発振器は偶数段のインバータが接続された状態となり,発振しない。
【0021】
そこで,時間T1において,発振制御信号CがLレベルからHレベルになると,ENORゲートXはインバータからバッファゲートになり,内部ノードn1=Lに対応して,ENORゲートX1の出力OUTをLレベルに下げる。ENORゲートがバッファゲートになったことに伴い,奇数段のインバータ回路になり,発振動作が開始される。
【0022】
この立ち下がり波形が,インバータI1〜I7を次々に伝播し,内部ノードn1がHレベルに立ち上がり,バッファゲートとして機能しているゲートX1を介して,出力OUTがHレベルに上がる。図3のリングオシレータは7段のインバータからなる回路になっており,出力OUTが立ち下がって次に立ち上がるまでの時間T0が,リングオシレータを信号波が伝播するに要する時間である。従って,時間T1からT2までが,リングオシレータが基準周波数f0で発信している状態であり,その周期は,信号波がリングオシレータを2周伝播するのに要する時間である。
【0023】
つまり,f0=1/2(τX1+7τI)(τX1はENORゲート遅延時間,τIはインバータのゲート遅延時間)である。
【0024】
時間T2において,内部ノードn1がLレベルの期間中に発振制御信号CをHレベルからLレベルにもどすと,ENORゲートX1はインバータとなり,図5中に破線で示した通り,内部ノードn1=Lを反転して,出力OUTをHレベルに立ち上げる。この立ち上がり波形が,図5中に実線で示した伝播信号波に加えられ,リングオシレータは2逓倍の2・f0で発振する。期間T1-T2で循環していた伝播信号波(実線で示す)に加えて,期間T2以降では,破線で示した伝播信号波が循環する。
【0025】
図6は,図3の発振器の動作原理を説明する図である。図6(1)(2)には,発振器のリング状の伝播路を示す循環路が示される。仮に,円形の循環路の最も高い位置がENORゲート出力の位相0とし,最も低い位置が同位相π(180°)とする。時間T1にて発振制御信号C=1となることで,周波数f0で伝播信号波が循環する。そして,C=1による伝播信号波が位相πのタイミングで,発振制御信号をC=0とすることで,今度はC=0による伝播信号波が新たに発生して循環し,周波数は2逓倍の2・f0になる。
【0026】
従って,図5のタイミングT2は,伝播信号波が位相πになるタイミングが好ましい。このタイミングは,出力OUTの立ち下がり信号波が,インバータI5を通過するタイミングが良く,そのためには,発振制御信号発生器10が,出力OUTの立ち下がりからゲート4段分の遅延時間後に,発振制御信号CをLレベルに立ち下げることができれば良い。
【0027】
図3のリングオシレータの各ゲートが,理想的な高い利得・周波数特性を有する場合,発振制御信号CのHレベルからLレベル,或いはLレベルからHレベルへの切替を,内部ノードn1がLレベルの期間中に行うことで,更に発振周波数を3逓倍,4逓倍...n逓倍にすることができる。
【0028】
図7は,第1の実施の形態例の発振器の回路図である。図7の発振器は,図3のリング発振器が2n-1段接続された構成になっている。初段セグメントは,ENORゲートX1のセグメントA1と,インバータ(反転ゲート),バッファ(非反転ゲート),論理ゲートなどのゲートI1〜IkからなるセグメントB1とで構成され,次段セグメントは,ENORゲートX2のセグメントA2と,ゲートIk+1〜I2kからなるセグメントB2で構成され,最終の2n-1段目のセグメントは,ENORゲートX(2n-2-1)k+1からなるセグメントA2n-1と,ゲートI(2n-2-1)k+1〜I2n-1kからなるセグメントB2n-1で構成される。これら複数のセグメントが接続されて発振回路200が構成される。
【0029】
この発振器には,発振周波数選択回路SELが設けられ,発振周波数選択回路SELは,入力される発振周波数選択信号Cをデコードして発振制御信号X1〜X2n-1を生成し,それらの発振制御信号が,遅延回路DELAYを介して各段のENORゲートに供給される。スイッチ信号SW=Hに応答して,ANDゲートAND1が導通し,リング発振開始可能状態になる。そして,発振制御信号X1〜X2n-1が所望のタイミングで各段のENORゲートに供給されて,図3で説明した原理により,発振回路が循環伝播信号を生成し,基本周波数f0からその2n-1逓倍の周波数までのいずれかの周波数で発振を行う。更に,発振器は,入力する発振制御信号X1〜X2n-1を選択することで,所望のデューティ比での発振信号を生成することができる。
【0030】
図8は,図7の第1の実施の形態例の発振器の簡単化回路図である。図8の発振器は,セグメントAがENORゲートXからなり,セグメントBが1個のインバータからなり,全体で4段構成の発振回路200の例である。最終段のセグメントB4はNANDゲートで構成され,発振スイッチ信号SWが入力される。
【0031】
そして,2ビットの発振周波数選択信号Cが,発振周波数選択回路SELに供給され,デコード後の発振制御信号X1〜X4が,遅延回路DELAYに供給される。更に,遅延回路では,出力OUTの立ち上がりのタイミングで,発振制御信X1〜X4をラッチし,発振周波数選択信号Cに対応した遅延時間後に各セグメントAのENORゲートXにその発振制御信号を供給する。ラッチのタイミングは別のゲート出力の変化を利用することもできる。
【0032】
図9は,発振周波数選択回路SELの回路図である。この例では,2ビットの発振周波数選択信号C1,C2が,バッファ・インバータ12,13で反転信号と非反転信号にされ,AND/NANDゲート14,15,16,17,18により,発振周波数選択信号C1,C2の論理の所定の組み合わせにしたがう発振制御信号X1〜X4が出力される。なお,ゲート16,17,18は,発振スイッチ信号SWの立ち上がりエッジに応答して,もう一方の入力を出力する。
【0033】
図10は,遅延回路DELAYの回路図である。遅延回路は,出力OUTの立ち上がりエッジで発振制御信号X1〜X4をラッチするラッチ回路D1と,4段のバッファゲート19〜22と,発振周波数選択信号Cにより各バッファの出力を選択する回路SEL2とを有する。図8のリング発振器が全部で8ゲートからなるのに対して,この遅延回路DELAYには,その半分の4段のバッファゲートが設けられる。
【0034】
従って,遅延回路DELAYの動作は,発振制御信号が出力OUTのタイミングに無関係に即出力される場合と,発振制御信号が出力OUTのタイミングでラッチされ,その後ゲート1段分の遅延後に出力される場合,ゲート2段分の遅延後に出力される場合,ゲート3,4段分後にそれぞれ出力される場合とを有する。
【0035】
図11は,図8の発振器での周波数選択動作における周波数選択回路の論理値表を示す図である。また,図12は,発振器の周波数選択動作を説明するための図である。図12(1)の初期状態では,遅延回路DELAYの全ての出力がLレベルであるので,ENORゲートX1〜X4は全てインバータとして機能する。従って,図8の発振器は,8個のインバータで構成され,非発振状態である。
【0036】
次に,発振周波数選択信号C1,C2を「0,0」に設定して,発振スイッチ信号SWをHレベルにすると,図11に示される通り,発振周波数選択回路SELの出力X1〜X4が「1000」になる。それに伴い,ENORゲートX1の一方の入力がHレベル「論理1」となり,ENORゲートX1はバッファゲートとなり,図3で説明した通り,基準周波数f0で発振を開始する。この時の周期は,伝播波形がリングオシレータを2周伝播するために要する時間であり,その逆数が基準周波数f0となる。この発振状態は,図12(2)に示される通りである。
【0037】
尚,図12中,「×」は新たに発生する伝播信号波であり,「○」はすでに発生している伝播信号波を意味する。後述する別の図中においても同じである。
【0038】
次に,発振周波数選択信号C1,C2を「1,0」に設定すると,発振周波数選択回路SELは,それらをデコードして,図11に示される通り,選択回路SELの出力X1〜X4を「0000」にする。即ち,出力X1のみが,HレベルからLレベルに変化する。この出力X1のLレベルへの変化は,遅延回路DELAY1において,出力OUTの立ち上がりエッジに応答してラッチされ,4段ゲート19〜22の伝播遅延時間だけ遅れてENORゲートX1に入力される。
【0039】
即ち,出力OUTを立ち上げた伝播信号波がインバータI2の出力の立ち上がり波形として伝播してくるタイミングで,選択回路SELの出力X1がHレベルからLレベルに立ち下がる。このタイミングは,最初に発生した伝播信号波が位相πの時のタイミングである。つまり,発振器が2M段ある時は,位相πのタイミングをとるためには,遅延回路DELAY1のゲート数はM段が必要になる。その結果,ENORゲートX1はインバータとなり,その出力がHレベルからLレベルに立ち下がる。この動作は,図5における時間T2の時の動作と同じである。その結果,図12(3)に示される通り,選択回路の出力X1=0により,新たな発振用の伝播信号波が発生し,発振周波数が2逓倍の2f0となる。
【0040】
次に,発振周波数選択信号C1,C2を「0,1」に設定すると,発振周波数選択回路SELは,それらをデコードして,図11に示される通り,選択回路SELの出力X1〜X4を「1010」にする。即ち,出力X1とX3が,LレベルからHレベルに変化する。この出力X1,X3のHレベルへの変化は,遅延回路DELAY1,3において,出力OUTの立ち上がりエッジに応答してラッチされ,2段ゲート19,20の伝播遅延時間だけ遅れてENORゲートX1,X3にそれぞれ入力される。
【0041】
この入力のタイミングは,図12(3)で示す2つの伝播信号波のうちの一方が,出力OUTを通過してからゲート2段分経過後のタイミングであり,図12(4)に示されるとおり,2つの伝播信号波とは90°の位相差のタイミングである。
【0042】
このタイミングで,ENORゲートX1,X3が共にインバータに変換され,それに伴い新たに2つの伝播信号波が発生する。その結果,従前の2つの伝播信号波に加えて全部で4個の伝播信号波がリングオシレータ回路を同時に伝播することになり,周波数は4逓倍の4・f0になる。
【0043】
更に,発振周波数選択信号C1,C2を「1,1」に設定すると,発振周波数選択回路SELは,それらをデコードして,図11に示される通り,選択回路SELの出力X1〜X4を「0101」にする。即ち,出力X1とX3がHレベルからLレベル(論理「1」から「0」)へ,出力X2,X4がLレベルからHレベル(論理「0」から「1」)へ変化する。この出力X1,X3のLレベルへの変化,及び出力X2,X4のHレベルへの変化は,遅延回路DELAY1〜4において,出力OUTの立ち上がりエッジに応答してラッチされ,1段のゲート19の伝播遅延時間だけ遅れてENORゲートX1〜X4にそれぞれ入力される。
【0044】
これらの入力に応答して,ENORゲートX1,X3はバッファに,ENORゲートX2,X4はインバータに切り替えられ,それぞれの出力が反転し,図12(5)に示されるとおり,4つの伝播信号波が新たに発生する。その結果,発振周波数は8・f0と8逓倍になる。
【0045】
図11の表に示される通り,周波数選択信号C1,C2を順に変化させることにより,発振周波数をf0,2f0,4f0,8f0と2n逓倍ずつ高くシフトさせることができる。そして,いずれの発振周波数での発振状態においても,発振スイッチ信号SWをLレベルに落とすことにより,発振器の発振動作を停止させることができ,新たに発振動作を制御することができる。
【0046】
図13は,図8の発振器でのデューティ比制御動作における選択回路SELの論理値表及び発振波形を示す図である。この動作では,基準周波数f0での発振状態から2逓倍2f0での発振に変更する時に,発振クロック信号を任意のデューティ比に制御することができる。図14は,そのデューティ比制御動作を説明するための図である。前提として,遅延回路DELAY1〜4は,図10と異なり図13の論理値表に示される遅延ゲート数になり,選択信号C1,C2が「1,1」の場合に,遅延段数0に設定されている。また,選択回路SELも図9とは異なり,図13の論理値表に示されるようにデコードされる。
【0047】
図11で説明した通り,初期状態でリング発振器は8段のインバータで構成され,発振動作を行っていない。そこで,選択信号C1,C2を「0,0」にして,発振スイッチ信号SWをHレベルにすると,セレクタ出力信号X1〜X4が「1000」になり,各遅延回路DELAY1〜4が遅延なしでその出力をENORゲートに供給する。それにより,基準周波数f0での発振を開始する。
【0048】
この状態から,選択信号C1,C2を「1,0」にすると,選択回路の出力信号X1〜X4が「1100」になり,出力OUTの立ち上がりからゲート4段の遅延時間後に,それらの出力信号がENORゲートに供給される。それにより,図14(2)に示される通り,ENORゲートX2がバッファゲートに切り替わり,その出力をHレベルからLレベルに引き下げて,新たな伝播信号波を生成する。その結果,図13(2)に示されるとおり,周波数2・f0でデューティ比が1/4の発振動作が行われる。
【0049】
次に,初期状態から基準周波数f0で発振動作状態に切り替えられた後,今度は,選択信号C1,C2を「0,1」にすると,選択回路の出力信号X1〜X4が「1001」になり,出力OUTの立ち上がりからゲート2段の遅延時間後に,それらがENORゲートに供給される。それにより,図14(3)に示される通り,ENORゲートX4がバッファゲートに切り替わり,その出力をHレベルからLレベルに引き下げて,新たな伝播信号波を生成する。その結果,図13(2)に示されるとおり,周波数2・f0でデューティ比が2/4の発振動作が行われる。
【0050】
更に,基準周波数f0の状態から,選択信号C1,C2を「1,1」にすると,選択回路の出力信号X1〜X4が「1100」になり,出力OUTの立ち上がりのタイミングで,それらがENORゲートに供給される。それにより,図14(4)に示される通り,ENORゲートX2がバッファゲートに切り替わり,その出力をLレベルからHレベルに引き上げて,新たな伝播信号波を生成する。その結果,図13(2)に示されるとおり,周波数2・f0でデューティ比が3/4の発振動作が行われる。
【0051】
当業者に明らかな通り,基準周波数f0からより高い逓倍の周波数2f0に切り替える時に,4つのENORゲートのうち新たに挿入する伝播信号波の位置を,選択回路SELによって制御することにより,1/4単位でデューティ比を制御することができる。むろん発振器の段数が増えれば,制御できるデューティ比の分解能を大きくすることができる。また,遅延回路の遅延量に応じて選択回路の出力を選ぶことで,デューティ比を制御することができるので,上記の遅延量とセレクタ出力信号は,別の組合せであっても良い。
【0052】
図15は,第2の実施の形態例における発振器の回路図である。この発振器は,基本周波数f0からそのN逓倍周波数までの発振出力を生成することができる。図15の発振器300は,図7の発振器に示したセグメントAとBとからなる各段の回路が,M段リング状に接続されている。図15では,簡略化してセグメントAとしてENORゲートXが,セグメントBとしてインバータIが,各段で合計kゲート設けられている。そして,発振周波数選択信号Cに応じて出力信号X1〜XMを生成する選択回路SELが設けられ,その出力信号X1〜XMは,直接各段のENORゲートに入力される。M段目の回路内に,インバータに変わって発振スイッチ信号SWが入力されるNANDゲートNANDが設けられている。
【0053】
図16は,図15の発振器の簡略された回路図である。図16の例では,発振回路300が,各段が1個のENORゲートXと1個のインバータIとで構成され,全体で12段接続されている。最終段(12段目)ではインバータの代わりに発振スイッチ信号SWが入力されるNANDゲートが設けられている。
【0054】
図17は,図16の選択回路SELの回路図である。そして,図18は,選択回路の論理値表を示す図である。選択回路SELには,4ビットの周波選択信号C1〜C4が入力され,バッファ・インバータ30〜33によりそれらの反転,非反転信号が生成され,AND,ORゲート群34〜43によりなるデコード回路が,論理値表に従う出力信号X1〜X12を生成する。出力信号X1〜X12は,好ましくは同じタイミングで,それぞれ対応するENORゲートX1〜X12に入力される。従って,最終段のゲートが,出力OUTの立ち上がりエッジに応答して一斉に出力するようにしても良い。
【0055】
次に,図16の発振器の動作を説明する。図19は,発振器の動作を説明するための図である。まず初期状態では,発振スイッチ信号SWがLレベルであり,発振器は非発振状態である。選択信号C1〜C4が「0000」にされ,発振スイッチ信号SWがHレベルになると,NANDゲートはインバータとなり,全てのENORゲートもインバータになる。しかし,全体のインバータ数が24段と偶数であるので,発振は起こらない。
【0056】
次に,周波数選択信号C1〜C4が「1000」になると,第1段目のENORゲートX1に出力X1=1が入力される。それにより,図19(1)に示される通り,基準周波数f0での発振を開始する。
【0057】
2逓倍の周波数2・f0で発振を開始する場合は,発振スイッチ信号SWをLレベルにして発振器の発振動作を停止した後,周波数選択信号C1〜C41を「0100」にする。それに応答して,選択回路SELは,出力X1,X7をHレベル(論理「1」)にし,第1,7段目のENORゲートに入力する。それにより,図19(2)に示される通り,2個の伝播信号波が生成され,2逓倍の周波数2・f0で発振を開始する。
【0058】
3逓倍の周波数3・f0で発振を開始する場合も,再度発振器の発振動作を停止した後,周波数選択信号C1〜C41を「1100」にする。それに応答して,選択回路の出力X1,5,9がHレベルになり,3個の伝播信号波が生成され,3逓倍の周波数で発振を開始する。
【0059】
以下同様に,4逓倍,6逓倍,12逓倍の周波数で発振動作させる場合も,一旦初期状態にして,周波数選択信号を図18に示される通り制御することで,それぞれ4個,6個,12個の伝播信号が生成され,4,6,12逓倍の周波数で発振動作が開始される。
【0060】
以上の通り,発振器の合計段数の約数1,2,3,4,6,12逓倍の周波数での発振が可能になる。上記の例は,いずれもデューティ比を50%にする例であり,Hレベルに制御する選択回路の出力の位置を適宜変更することにより,任意のデューティ比での発振に制御することができる。但し,合計段数分の1の分解能でしかデューティ比制御できない。即ち,ENORゲートを反転ゲート又は非反転ゲートに変換する個数により,発振周波数が制御可能であり,その位置によりデューティ比が制御可能になる。
【0061】
図20は,図16の発振器でのデューティ比制御する場合の選択回路の動作論理値表を示す図である。また,図21は,そのデューティ比制御動作を説明するための図である。初期状態から,発振スイッチ信号SWをHレベルにし,選択信号C1〜C4が「0000」の状態では,発振器が24個のインバータで構成されるので非発振状態である。そこで,選択信号C1〜C4を「1000」にすると,図20に示される通り,図示しない選択回路が出力信号X1,X2をHレベルし,ENORゲートX1,X2に入力する。それに応答して,図21(1)に示される通り,インバータ2段分の位相差で2個の伝播信号波が生成され,2逓倍の周波数であってデューティ比1/12での発振動作が開始される。
【0062】
同様に,選択信号C1〜C4が「0000」の非発振状態から,選択信号C1〜C4を「0100」にすると,出力信号X1,X3がHレベルになり,ENORゲートX1,X3にそれが入力される。それに応答して,図21(2)に示される通り,インバータ4段分の位相差で2個の伝播信号波が生成され,2逓倍の周波数であってデューティ比2/12での発振動作が開始される。
【0063】
同様にして,図20の論理値表に示される通り,選択信号C1〜C4が「0000」での非発振状態から,選択信号を適宜選択することで,2個の伝播信号波がENORゲートの任意の位置で発生し,任意のデューティ比での発振動作が開始する。以上の様に,2逓倍の周波数での発振動作を行う場合,反転ゲート又は非反転ゲートに変換するENORゲートの位置を選択して,伝播信号波が発生する位置を適宜選択することで,任意のデューティ比での発振動作が可能になる。但し,デューティ比の分解能は,発振器のゲートの段数分に依存し,段数が多いほど,分解能を高くすることができる。
【0064】
上記の周波数制御動作は,基準周波数f0での発振状態から,より高いk逓倍の周波数に変更する時も可能である。同様に,上記のデューティ比制御動作は,基準周波数f0での発振状態から,2逓倍の周波数2f0の発振状態にするときにも可能である。
【0065】
例えば周波数制御動作では,図18の2行目の選択回路出力信号X1〜X12により,基準周波数での発振状態にした後,図16の選択回路SELが出力OUTの変化に応答して,図18の3行目以降の出力信号X1〜X12を出力すると,それぞれ伝播信号波が1個,2個,3個...と追加されて,より高い逓倍の周波数での発振状態に移行する。
【0066】
同様に,デューティ比制御動作でも,図18の2行目の選択回路出力信号X1〜X12により,基準周波数での発振状態にした後,図16の選択回路SELが出力OUTの変化に応答して,図20の2行目以降の出力信号X1〜X12を出力すると,もう一つの伝播信号波が異なるENORゲートの位置に追加され,2逓倍で所望のデューティ比のクロック信号が生成される。
【0067】
図22は,第3の実施の形態例における発振器の回路図である。この発振器の発振回路400は,1個のNANDゲートと1個のENORゲートX1と,10個のインバータゲートI1〜I10とをリング状に接続し,発振スイッチ信号SWにより基本周波数での発振を開始し,発振動作が発振検出回路51により検出され,発振検出後は,発振周波数制御信号Cにより2逓倍での発振と基本周波数での発振とを切り替えることができる。ラッチ回路50は,ノードN14の立ち下がりエッジで発振周波数制御信号Cをラッチし,発振検出回路51は,ノードN14を監視して発振動作を検出し,更に,遅延回路53は,発振スイッチ信号SWを所定時間遅延させる。また,選択回路52は,非発振状態で発振検出回路51の出力N12がLレベルの間は,遅延回路53の出力を選択し,発振状態で出力N12がHレベルの間は,ラッチ回路50の出力を選択する。
【0068】
図23は,図22の発振器の動作を説明するタイミングチャートの図である。この図に沿って,発振器の動作を説明する。非発振状態の初期状態から,(a)に示される通り,発振周波数制御信号CをHレベルにして,発振スイッチ信号SWをHレベルにすると,NANDゲートの一方の入力N11がHレベルになり,遅延回路53の遅延時間後に選択回路52の出力N13がHレベルに立ち上がる。それに応答して,ENORゲートX1はバッファゲートに切り替わり,出力OUTがHレベルに立ち上がり,基本周波数での発振動作を開始する。その時の基本発振周波数f0は,1個のゲート遅延時間が約10psとすると,1/(2*10ps*11)になる。
【0069】
次に,(b)に示される通り,発振動作が検出回路51により検出され,その出力N12がHレベルに立ち上がる。それにより,選択回路52は,ラッチ回路50の出力を選択する。そして,(c)に示されるとおり,発振周波数制御信号CをLレベルにすると,インバータI2の出力N14の立ち下がりエッジに同期してラッチ回路50が信号Cを取り込み,選択回路52が出力N13をLレベルにする。それに応答して,ENORゲートX1がインバータに切り替わり,新たな伝播信号波が発生し,2逓倍の周波数で発振が始まる。
【0070】
次に,(d)に示されるとおり,発振周波数制御信号Cを再びHレベルにすると,(c)の場合と同様に,ノードN14の立ち下がりエッジで信号Cがラッチされ,選択回路52の出力N13が立ち上がる。それに応答して,新たに伝播信号が発生して,3逓倍での発振動作に入るが,各インバータの応答特性ではそのような高い周波数に対応できず,一旦発振が停止する。そして,その後,外部雑音などにより基本周波数での発振が再開する。
【0071】
最後に,(e)に示されるとおり,発振スイッチ信号SWをLレベルに立ち下げると,NANDゲートが閉じて,やがて発振が停止する。
【0072】
以上の通り,図22の発振器では,複数段のゲートとENORゲートとをリング状に接続し,発振周波数制御信号Cを切り替えることにより,基本周波数での発振と2逓倍周波数での発振との間で切り替えることができる。
【0073】
以上の実施例において,ENORゲートはEORゲートであっても良い。その場合は,発振制御入力に与えられる信号の論理を逆にする必要がある。また,リング状の発振回路は,少なくとも1個の反転ゲートが含まれていれば良く,それ以外は非反転ゲートで構成することができる。
【0074】
以上の実施の形態例をまとめると,次の付記の通りである。
【0075】
(付記1)所定の周波数のクロック信号を生成する発振器において,
発振制御入力を有する少なくとも1個の排他的論理和ゲートと,少なくとも1個の反転ゲートと,複数の反転または非反転ゲートとを,環状に縦列接続した発振回路と,
前記いずれかのゲート出力の変化から所定の遅延時間後,前記発振制御入力に発振制御信号を入力する発振制御信号発生回路とを有し,
前記発振制御信号を入力することにより,発振回路内に伝播信号波が発生し,伝播信号波の数に応じた周波数で前記発振回路が発振することを特徴とする発振器。
【0076】
(付記2)所定の周波数のクロック信号を生成する発振器において,
発振制御入力を有する排他的論理和ゲートと,少なくとも1個の反転ゲート及び複数の反転または非反転ゲートとを縦列接続したセグメントを,N個,環状に接続した発振回路と,
発振選択信号に従って,所定の組合せの複数の発振制御信号を生成する発振選択回路と,
前記いずれかのゲート出力の変化に応答して前記複数の発振制御信号を取り込み,前記発振選択信号に従って,当該複数の発振制御信号をそれぞれ遅延させて,前記排他的論理和ゲートの発振制御入力に供給する複数の遅延回路とを有し,
前記遅延回路の遅延時間後に,前記複数の発振制御信号にしたがって,前記複数の排他的論理和ゲートのいずれか1個又は複数個が反転又は非反転ゲートに変換して,発振動作を行うことを特徴とする発振器。
【0077】
(付記3)付記2において,
前記発振回路が第1の周波数で発振状態の時に,前記排他的論理和ゲートを前記反転又は非反転ゲートに変換して,前記第1の周波数より高い第2の周波数での発振状態に移行することを特徴とする発振器。
【0078】
(付記4)付記3において,
前記第1の周波数から第2の周波数に移行する時に,前記複数の発振制御信号にしたがって,前記反転又は非反転ゲートに変換する排他的論理和ゲートの位置を選択することにより,選択されたデューティ比を有するクロック信号が生成されることを特徴とする発振器。
【0079】
(付記5)所定の周波数のクロック信号を生成する発振器において,
発振制御入力を有する排他的論理和ゲートと,少なくとも1個の反転ゲート及び複数の反転または非反転ゲートとを縦列接続したセグメントを,N個,環状に接続した発振回路と,
発振選択信号に従って,所定の組合せの複数の発振制御信号を生成し,前記複数の排他的論理和ゲートの発振制御入力にそれぞれ供給する発振選択回路とを有し,
前記発振回路が非発振状態の時に,前記複数の発振制御信号によって,前記排他的論理和ゲートのいずれか1個又は複数個が反転又は非反転ゲートに変換して,発振動作を開始することを特徴とする発振器。
【0080】
(付記6)付記5において,
前記発振選択信号が発振周波数を選択する信号であり,
前記複数の発振制御信号にしたがって,前記反転又は非反転ゲートに変換する排他的論理和ゲートの数を選択することにより,基本周波数から当該基本周波数のN逓倍周波数のいずれかで発振動作を開始することを特徴とする発振器。
【0081】
(付記7)付記5において,
前記発振選択信号がデューティ比を選択する信号であり,
前記複数の発振制御信号にしたがって,前記反転又は非反転ゲートに変換する排他的論理和ゲートの位置を選択することにより,選択されたデューティ比を有するクロック信号が生成されることを特徴とする発振器。
【0082】
(付記8)所定の周波数のクロック信号を生成する発振器において,
発振制御入力を有する排他的論理和ゲートと,少なくとも1個の反転ゲート及び複数の反転または非反転ゲートとを縦列接続したセグメントを,N個,環状に接続した発振回路と,
発振選択信号に従って,所定の組合せの複数の発振制御信号を生成し,前記いずれかのゲート出力の変化に応答して,当該複数の発振制御信号を前記複数の排他的論理和ゲートの発振制御入力にそれぞれ供給する発振選択回路とを有し,
前記発振回路が第1の周波数で発振状態の時に,前記複数の発振制御信号によって,前記排他的論理和ゲートのいずれか1個又は複数個が反転又は非反転ゲートに変換して,前記第1の周波数より高い第2の周波数での発振状態に移行することを特徴とする発振器。
【0083】
(付記9)付記8において,
前記第1の周波数から第2の周波数に移行する時に,前記複数の発振制御信号にしたがって,前記反転又は非反転ゲートに変換する排他的論理和ゲートの位置を選択することにより,選択されたデューティ比を有するクロック信号が生成されることを特徴とする発振器。
【0084】
【発明の効果】
以上,本発明によれば, 小さい回路規模で複数の発振周波数を選択して,または複数のデューティ比を選択して発振動作させることができる。
【0085】
以上,本発明の保護範囲は,上記の実施の形態例に限定されるものではなく,特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の周波数制御可能な発振器の回路図である。
【図2】従来の別の発振器の回路図である。
【図3】本実施の形態例における発振器の基本的構成の回路図である。
【図4】インバータI1〜I7を構成するトランジスタ回路である。
【図5】図3の発振器の動作タイミングチャート図である。
【図6】図3の発振器の動作原理を説明する図である。
【図7】第1の実施の形態例の発振器の回路図である。
【図8】第1の実施の形態例の発振器の簡略化回路図である。
【図9】発振周波数選択回路SELの回路図である。
【図10】遅延回路DELAYの回路図である。
【図11】図8の発振器での周波数選択動作における周波数選択回路の論理値表を示す図である。
【図12】図8の発振器の周波数選択動作を説明するための図である。
【図13】図8の発振器でのデューティ比制御動作における選択回路SELの論理値表を示す図である。
【図14】図8の発振器のデューティ比制御動作を説明するための図である。
【図15】第2の実施の形態例における発振器の回路図である。
【図16】第2の実施の形態例における発振器の簡略された回路図である。
【図17】図16の選択回路SELの回路図である。
【図18】図16の選択回路の論理値表を示す図である。
【図19】図16の発振器の周波数選択動作を説明するための図である。
【図20】図16の発振器でのデューティ比制御する場合の選択回路の動作論理値表を示す図である。
【図21】図16の発振器でのデューティ比制御動作を説明するための図である。
【図22】第3の実施の形態例における発振器の回路図である。
【図23】図22の発振器の動作を説明するタイミングチャートの図である。
【符号の説明】
1〜Xn 排他的論理和ゲート,ENORゲート
1〜In 反転ゲート,インバータ
SEL 発振選択回路,発振周波数(デューティ比)選択回路
OUT 出力
DELAY 遅延回路
100 発振回路
200 発振回路
300 発振回路
400 発振回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oscillator configured by connecting inverting or non-inverting gates in a plurality of stages, and more particularly to an oscillator capable of freely controlling a frequency and a duty ratio.
[0002]
[Prior art]
A ring oscillator configured by connecting a plurality of logic gates in a ring form is configured, for example, by connecting an odd number of inverters (inverted gates) and oscillates at a period depending on the propagation time of the ring-shaped logic gate.
[0003]
FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional frequency-controllable oscillator. 1 includes a ring oscillator OSC # 1 having n stages of gates G1 to Gn, a ring oscillator OSC # 2 having 2n stages of gates G1 to G2n, 3n stages, 4n stages,. . . A ring oscillator OSC # K having Kn stages of gates is provided, and an output of each ring oscillator is selected by a selection circuit SEL according to a selection signal C and output to an output terminal OUT. That is, based on the oscillation frequency f0 of the ring oscillator OSC # 1, the ring oscillators OSC # 2 to OSC # K generate oscillation signals of frequencies f0 to f0 / K (K is an integer), respectively, and these oscillation signals are selected. And output. Each ring oscillator has an odd number of inversion gates (inverters) and an arbitrary number of non-inversion gates, and the total number of stages is n, 2n, 3n. . . . It is Kn.
[0004]
This oscillator can control the oscillation frequency output by the selection signal C. However, the duty ratio of the oscillation signal cannot be controlled at each frequency. Further, the oscillator shown in FIG. 1 needs to be provided with a plurality of ring oscillators, which increases the circuit scale and the number of elements, and is disadvantageous in terms of semiconductor chip area, cost, and power consumption.
[0005]
FIG. 2 is a circuit diagram of another conventional oscillator. The oscillator shown in FIG. 2 includes a ring oscillation circuit OSC to which gates G1 to G8 are connected, three exclusive ORs XNOR1, 2, 3 and a selection circuit SEL. The output N1 of the gate G8 is an oscillation output of the basic oscillation frequency f0, and the output N3 of the exclusive OR gate XNOR1 having the inputs N1 and N2 of the gates G8 and G6 having a phase difference of 90 ° as input is shown in FIG. As shown in (B), the oscillation output has a frequency 2f0 multiplied by two. The output N7 of the exclusive OR gate XNOR3 having the inputs N4 and N5 of the outputs N4 and N5 of the gates G5 and G7 having a phase difference of 90 ° and the signal N3 as shown in FIG. As shown, the oscillation output has a frequency 4f0 multiplied by 4.
[0006]
Further, although not shown, the exclusive OR of the output N1 of the gate G8 and the output N4 of the gate G5 has a frequency of 2f0 and an oscillation output whose duty ratio is increased by 25% from the signal N3.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The oscillator shown in FIG. 2 can reduce the circuit scale as compared with the oscillator shown in FIG. 1, but the frequency that can be generated is a power of 2 of the fundamental frequency f0 (2 n ) And a ring oscillator consisting of at least eight stages of gates is required to extract from the fundamental frequency to the quadruple frequency, and there is a limit to increase the oscillation frequency by reducing the number of stages. Further, the oscillator of FIG. 2 needs to increase the number of stages in order to increase the resolution of duty ratio control of the output waveform.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an oscillator that has a small circuit scale, can be controlled to a high oscillation frequency, and can also control a duty ratio.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, in an oscillator that generates a clock signal having a predetermined frequency, a plurality of gates including at least one inversion gate are connected in a cascade and circularly connected. And an oscillation circuit in which an exclusive OR gate having an oscillation control input is appropriately inserted. Then, by inputting the oscillation control input to the exclusive OR gate at a desired position at a desired timing, the exclusive OR gate is converted into an inverting gate or a non-inverting gate, and a propagation signal wave is generated in the oscillation circuit. Generate. The oscillation frequency is controlled by the number of generated propagation signal waves, and the duty ratio is controlled by the position of the exclusive OR gate to be converted.
[0010]
A second aspect of the present invention relates to an oscillator that generates a clock signal having a predetermined frequency.
An oscillation circuit in which N pieces of segments in which at least one inversion gate and a plurality of inversion or non-inversion gates are connected in cascade are connected in a ring, and an exclusive OR gate having an oscillation control input;
An oscillation selection circuit for generating a plurality of oscillation control signals in a predetermined combination according to the oscillation selection signal;
In response to a change in any one of the gate outputs, the plurality of oscillation control signals are fetched, and the plurality of oscillation control signals are delayed in accordance with the oscillation selection signal, respectively, to the oscillation control input of the exclusive OR gate. A plurality of delay circuits to supply,
After the delay time of the delay circuit, according to the plurality of oscillation control signals, any one or more of the plurality of exclusive OR gates are converted into inversion or non-inversion gates to perform an oscillation operation. Features.
[0011]
In the above second aspect, in the oscillator of a more preferred embodiment,
When the oscillation circuit is oscillating at the first frequency, the exclusive OR gate is converted into the inverting or non-inverting gate, and the oscillation state is shifted to the oscillating state at the second frequency higher than the first frequency. It is characterized by that.
[0012]
In the above embodiment, the oscillator of the more preferred embodiment is
When shifting from the first frequency to the second frequency, according to the plurality of oscillation control signals, the position of the exclusive OR gate to be converted into the inversion or non-inversion gate is selected, thereby selecting the selected duty A clock signal having a ratio is generated.
[0013]
A third aspect of the present invention for achieving the above object is an oscillator that generates a clock signal having a predetermined frequency.
An oscillation circuit in which N pieces of segments in which at least one inversion gate and a plurality of inversion or non-inversion gates are connected in cascade are connected in a ring, and an exclusive OR gate having an oscillation control input;
An oscillation selection circuit that generates a plurality of oscillation control signals in a predetermined combination in accordance with the oscillation selection signal and supplies the oscillation control signals to the oscillation control inputs of the plurality of exclusive OR gates,
When the oscillation circuit is in a non-oscillation state, any one or more of the exclusive OR gates are inverted or non-inverted by the plurality of oscillation control signals to start an oscillation operation. Features.
[0014]
According to the above invention, an exclusive OR gate having a high frequency response characteristic, at least one inversion gate, and a plurality of inversion or non-inversion gates are connected in cascade to form an oscillation circuit. An oscillation control signal having a desired frequency or duty ratio can be realized by supplying an oscillation control signal to the inverting or non-inverting gate.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, this embodiment does not limit the technical scope of the present invention.
[0016]
FIG. 3 is a circuit diagram of a basic configuration of the oscillator in the present embodiment. In the example of FIG. 3, seven stages of inverters (inversion gates) I <b> 1 to I <b> 7 and an exclusive logic NOR gate X <b> 1 are connected in a ring shape to constitute the oscillation circuit 100. The output of the exclusive logic NOR gate X1 becomes the output terminal OUT, the oscillation control signal C is supplied to one input of the exclusive logic NOR gate X1, and the output node n1 of the inverter I7 is supplied to the other input. Is done. The oscillation control signal C is controlled to “1 (H level)” or “0 (L level)” at a timing delayed by a predetermined delay time from the output OUT timing. The timing is generated by the oscillation control signal generator 10. The oscillation control signal generator 10 is supplied with the oscillation selection C0 and the oscillation output OUT, and the oscillation control signal C is generated at a timing according to the timing of the oscillation output OUT.
[0017]
The exclusive logic NOR gate X1 has the function of an inverter that inverts the logic of the node n1 when the oscillation control signal C is “0 (L level)”, and the oscillation control signal C is “1 (H level)”. In some cases, it has a function of a buffer gate (non-inverting gate) that propagates the logic of the node n1 as it is. If an exclusive logic OR gate is used, the above function is only reversed, and therefore the logic value of the oscillation control signal C may be reversed.
[0018]
FIG. 4 is an example of a transistor circuit constituting the inverters I1 to I7. This inverter has a sufficiently high gain frequency characteristic, and can invert the output / OUT with a high gain against a change in the input Vin. The inverter circuit is an SCFL type logic circuit, and the sources of field effect transistors Q1 and Q2 having high frequency characteristics such as HEMT are commonly connected, and the common source is connected to the ground Vss through a current source. The drains of the transistors Q1 and Q2 are connected to the power source Vcc via the resistors R1 and R2, and the drain terminals are connected to the outputs / OUT and OUT. The ENOR gate X1 is similarly configured by the SCFL type logic circuit of FIG.
[0019]
By using the inverters I1 to I7 and the ENOR gate X1 configured using transistor elements having such high-frequency characteristics, the oscillator of FIG. 3 has an oscillation operation at the fundamental frequency f0 and its double frequency of 2 · f0. The oscillation operation can be freely controlled.
[0020]
FIG. 5 is an operation timing chart of the oscillator of FIG. In the initial state before time T1, since the oscillation control signal C is at the L level, the ENOR gate X1 functions as an inverter, and the ring oscillator is connected to an even number of inverters and does not oscillate.
[0021]
Therefore, when the oscillation control signal C changes from L level to H level at time T1, the ENOR gate X changes from an inverter to a buffer gate, and the output OUT of the ENOR gate X1 is changed to L level corresponding to the internal node n1 = L. Lower. As the ENOR gate becomes a buffer gate, it becomes an odd-numbered inverter circuit and starts oscillating.
[0022]
This falling waveform propagates one after another through the inverters I1 to I7, the internal node n1 rises to H level, and the output OUT rises to H level via the gate X1 functioning as a buffer gate. The ring oscillator of FIG. 3 is a circuit composed of seven stages of inverters. The time T0 from when the output OUT falls to the next rise is the time required for the signal wave to propagate through the ring oscillator. Accordingly, the period from the time T1 to the time T2 is a state in which the ring oscillator is transmitting at the reference frequency f0, and the period is the time required for the signal wave to propagate through the ring oscillator twice.
[0023]
That is, f0 = 1/2 (τX1 + 7τI) (τX1 is an ENOR gate delay time, and τI is an inverter gate delay time).
[0024]
At time T2, when the oscillation control signal C is returned from the H level to the L level while the internal node n1 is at the L level, the ENOR gate X1 becomes an inverter. Broken line As shown in (5), the internal node n1 = L is inverted and the output OUT is raised to the H level. This rising waveform is added to the propagation signal wave indicated by a solid line in FIG. 5, and the ring oscillator oscillates at 2 · f0 which is doubled. In addition to the propagating signal wave circulated in the period T1-T2 (indicated by the solid line), in the period T2 and later, Broken line The propagating signal wave shown by circulates.
[0025]
FIG. 6 is a diagram for explaining the operating principle of the oscillator of FIG. 6 (1) and 6 (2) show a circulation path showing a ring-shaped propagation path of the oscillator. Assume that the highest position of the circular circuit is the phase 0 of the ENOR gate output, and the lowest position is the same phase π (180 °). Since the oscillation control signal C = 1 at time T1, the propagation signal wave circulates at the frequency f0. Then, by setting the oscillation control signal to C = 0 at the timing of the phase π of the propagation signal wave due to C = 1, the propagation signal wave due to C = 0 is newly generated and circulated, and the frequency is doubled. 2 · f0.
[0026]
Therefore, the timing T2 in FIG. 5 is preferably the timing at which the propagation signal wave becomes phase π. This timing is good when the falling signal wave of the output OUT passes through the inverter I5. For this purpose, the oscillation control signal generator 10 oscillates after a delay time corresponding to four stages of gates from the falling of the output OUT. It is sufficient if the control signal C can be lowered to the L level.
[0027]
When each gate of the ring oscillator of FIG. 3 has an ideal high gain / frequency characteristic, the internal node n1 is switched to L level when switching the oscillation control signal C from H level to L level or from L level to H level. By performing during the period, the oscillation frequency is further multiplied by 3 and 4. . . It can be multiplied by n.
[0028]
FIG. 7 is a circuit diagram of the oscillator according to the first embodiment. 7 is the same as the ring oscillator of FIG. n-1 It has a configuration in which stages are connected. The first stage segment is composed of segment A1 of ENOR gate X1 and segment B1 composed of gates I1 to Ik such as an inverter (inverted gate), buffer (non-inverted gate), and logic gate, and the next stage segment is ENOR gate X2. Segment A2 and segment B2 consisting of gates Ik + 1 to I2k, and the last two n-1 The second segment is the ENOR gate X (2 n-2 -1) k + 1 segment A2 n-1 And gate I (2 n-2 -1) k + 1 to I2 n-1 Segment B2 consisting of k n-1 Consists of. The oscillation circuit 200 is configured by connecting the plurality of segments.
[0029]
This oscillator is provided with an oscillation frequency selection circuit SEL. The oscillation frequency selection circuit SEL decodes an input oscillation frequency selection signal C to generate oscillation control signals X1 to X2. n-1 These oscillation control signals are supplied to the ENOR gate of each stage via the delay circuit DELAY. In response to the switch signal SW = H, the AND gate AND1 becomes conductive, and the ring oscillation can be started. And oscillation control signals X1 to X2 n-1 Is supplied to the ENOR gate of each stage at a desired timing, and the oscillation circuit generates a circulation propagation signal according to the principle described in FIG. n-1 Oscillates at any frequency up to the frequency of multiplication. Furthermore, the oscillator receives the oscillation control signals X1 to X2 that are input. n-1 By selecting, an oscillation signal with a desired duty ratio can be generated.
[0030]
FIG. 8 is a simplified circuit diagram of the oscillator according to the first embodiment shown in FIG. The oscillator shown in FIG. 8 is an example of an oscillation circuit 200 having a four-stage configuration as a whole, where the segment A is composed of the ENOR gate X and the segment B is composed of one inverter. The last segment B4 is composed of a NAND gate and receives an oscillation switch signal SW.
[0031]
The 2-bit oscillation frequency selection signal C is supplied to the oscillation frequency selection circuit SEL, and the decoded oscillation control signals X1 to X4 are supplied to the delay circuit DELAY. Further, the delay circuit latches the oscillation control signals X1 to X4 at the rising timing of the output OUT, and supplies the oscillation control signal to the ENOR gate X of each segment A after a delay time corresponding to the oscillation frequency selection signal C. . Another gate output change can be used for the latch timing.
[0032]
FIG. 9 is a circuit diagram of the oscillation frequency selection circuit SEL. In this example, 2-bit oscillation frequency selection signals C1 and C2 are converted into inverted and non-inverted signals by buffer inverters 12 and 13, and oscillation frequency selection is performed by AND / NAND gates 14, 15, 16, 17, and 18. Oscillation control signals X1 to X4 according to a predetermined logic combination of signals C1 and C2 are output. The gates 16, 17 and 18 output the other input in response to the rising edge of the oscillation switch signal SW.
[0033]
FIG. 10 is a circuit diagram of the delay circuit DELAY. The delay circuit includes a latch circuit D1 that latches the oscillation control signals X1 to X4 at the rising edge of the output OUT, four-stage buffer gates 19 to 22, and a circuit SEL2 that selects the output of each buffer by the oscillation frequency selection signal C. Have Whereas the ring oscillator of FIG. 8 has a total of 8 gates, this delay circuit DELAY is provided with half of the four stages of buffer gates.
[0034]
Therefore, the operation of the delay circuit DELAY is performed when the oscillation control signal is output immediately regardless of the timing of the output OUT and when the oscillation control signal is latched at the timing of the output OUT and then output after a delay of one gate stage. In some cases, the signal is output after a delay of two stages of gates, and the signal is output after three stages of gates.
[0035]
FIG. 11 is a diagram showing a logical value table of the frequency selection circuit in the frequency selection operation in the oscillator of FIG. FIG. 12 is a diagram for explaining the frequency selection operation of the oscillator. In the initial state of FIG. 12 (1), since all outputs of the delay circuit DELAY are at L level, the ENOR gates X1 to X4 all function as inverters. Therefore, the oscillator of FIG. 8 is composed of eight inverters and is in a non-oscillating state.
[0036]
Next, when the oscillation frequency selection signals C1 and C2 are set to “0, 0” and the oscillation switch signal SW is set to the H level, the outputs X1 to X4 of the oscillation frequency selection circuit SEL are “ 1000 ". Accordingly, one input of the ENOR gate X1 becomes H level “logic 1”, the ENOR gate X1 becomes a buffer gate, and oscillation is started at the reference frequency f0 as described with reference to FIG. The period at this time is the time required for the propagation waveform to propagate twice through the ring oscillator, and its reciprocal is the reference frequency f0. This oscillation state is as shown in FIG.
[0037]
In FIG. 12, “×” represents a newly generated propagation signal wave, and “◯” represents a propagation signal wave that has already occurred. The same applies to other drawings to be described later.
[0038]
Next, when the oscillation frequency selection signals C1 and C2 are set to “1, 0”, the oscillation frequency selection circuit SEL decodes them and outputs the outputs X1 to X4 of the selection circuit SEL as “ 0000 ". That is, only the output X1 changes from the H level to the L level. This change of the output X1 to the L level is latched in response to the rising edge of the output OUT in the delay circuit DELAY1, and is input to the ENOR gate X1 with a delay of the propagation delay time of the four-stage gates 19-22.
[0039]
In other words, the output X1 of the selection circuit SEL falls from the H level to the L level at the timing when the propagation signal wave that raised the output OUT propagates as the rising waveform of the output of the inverter I2. This timing is the timing when the first propagated signal wave is in phase π. In other words, when there are 2M stages of oscillators, the number of gates of the delay circuit DELAY1 needs to be M stages in order to take the timing of phase π. As a result, ENOR gate X1 becomes an inverter, and its output falls from H level to L level. This operation is the same as the operation at time T2 in FIG. As a result, as shown in FIG. 12 (3), a new propagation signal wave for oscillation is generated by the output X1 = 0 of the selection circuit, and the oscillation frequency is doubled to 2f0.
[0040]
Next, when the oscillation frequency selection signals C1 and C2 are set to “0, 1”, the oscillation frequency selection circuit SEL decodes them and outputs the outputs X1 to X4 of the selection circuit SEL as “ 1010 ". That is, the outputs X1 and X3 change from the L level to the H level. The change of the outputs X1 and X3 to the H level is latched in response to the rising edge of the output OUT in the delay circuits DELAY1 and 3, and delayed by the propagation delay time of the two-stage gates 19 and 20, ENOR gates X1 and X3. Respectively.
[0041]
This input timing is the timing after one of the two propagation signal waves shown in FIG. 12 (3) has passed through the output OUT and two gates have elapsed, and is shown in FIG. 12 (4). As can be seen, the two propagation signal waves have a 90 ° phase difference timing.
[0042]
At this timing, ENOR gates X1 and X3 are both converted to inverters, and two new propagation signal waves are generated accordingly. As a result, in addition to the previous two propagation signal waves, a total of four propagation signal waves propagate through the ring oscillator circuit at the same time, and the frequency becomes 4 · f0 multiplied by 4.
[0043]
Further, when the oscillation frequency selection signals C1 and C2 are set to “1, 1”, the oscillation frequency selection circuit SEL decodes them and outputs the outputs X1 to X4 of the selection circuit SEL to “0101” as shown in FIG. " That is, the outputs X1 and X3 change from H level to L level (logic “1” to “0”), and the outputs X2 and X4 change from L level to H level (logic “0” to “1”). The changes of the outputs X1 and X3 to the L level and the outputs X2 and X4 to the H level are latched in response to the rising edge of the output OUT in the delay circuits DELAY1 to DELAY1-4. The signals are input to ENOR gates X1 to X4 with a delay of the propagation delay time.
[0044]
In response to these inputs, the ENOR gates X1 and X3 are switched to buffers and the ENOR gates X2 and X4 are switched to inverters, and the respective outputs are inverted. As shown in FIG. Newly occurs. As a result, the oscillation frequency is multiplied by 8 to 8 · f0.
[0045]
As shown in the table of FIG. 11, by changing the frequency selection signals C1 and C2 in order, the oscillation frequencies are f0, 2f0, 4f0, 8f0 and 2 n It is possible to shift higher by multiples. In any oscillation state at any oscillation frequency, the oscillation operation of the oscillator can be stopped and the oscillation operation can be newly controlled by dropping the oscillation switch signal SW to the L level.
[0046]
FIG. 13 is a diagram showing a logical value table and oscillation waveforms of the selection circuit SEL in the duty ratio control operation in the oscillator of FIG. In this operation, the oscillation clock signal can be controlled to an arbitrary duty ratio when the oscillation state at the reference frequency f0 is changed to the oscillation at the double frequency 2f0. FIG. 14 is a diagram for explaining the duty ratio control operation. As a premise, the delay circuits DELAY1 to DELAY1 to 4 have the number of delay gates shown in the logic value table of FIG. 13 unlike FIG. 10, and when the selection signals C1 and C2 are “1, 1”, the number of delay stages is set to 0. ing. Further, unlike FIG. 9, the selection circuit SEL is also decoded as shown in the logic value table of FIG.
[0047]
As described with reference to FIG. 11, in the initial state, the ring oscillator is composed of eight stages of inverters and does not oscillate. Therefore, when the selection signals C1 and C2 are set to “0, 0” and the oscillation switch signal SW is set to the H level, the selector output signals X1 to X4 are set to “1000”, and each delay circuit DELAY1 to 4 has no delay. Supply the output to the ENOR gate. Thereby, the oscillation at the reference frequency f0 is started.
[0048]
In this state, when the selection signals C1 and C2 are set to “1, 0”, the output signals X1 to X4 of the selection circuit become “1100”, and after the delay time of four stages of gates from the rise of the output OUT, these output signals Is supplied to the ENOR gate. Thereby, as shown in FIG. 14 (2), the ENOR gate X 2 Is switched to a buffer gate, and its output is lowered from H level to L level to generate a new propagation signal wave. As a result, as shown in FIG. 13B, an oscillation operation with a frequency of 2 · f0 and a duty ratio of 1/4 is performed.
[0049]
Next, after switching from the initial state to the oscillation operation state at the reference frequency f0, when the selection signals C1 and C2 are set to “0, 1”, the output signals X1 to X4 of the selection circuit become “1001”. , They are supplied to the ENOR gate after a delay time of two stages from the rising edge of the output OUT. As a result, as shown in FIG. Four Is switched to a buffer gate, and its output is lowered from H level to L level to generate a new propagation signal wave. As a result, as shown in FIG. 13B, an oscillation operation with a frequency of 2 · f0 and a duty ratio of 2/4 is performed.
[0050]
Further, when the selection signals C1 and C2 are set to “1, 1” from the state of the reference frequency f0, the output signals X1 to X4 of the selection circuit become “1100”, and they are ENOR gates at the rising timing of the output OUT. To be supplied. Thereby, as shown in FIG. 14 (4), the ENOR gate X 2 Is switched to a buffer gate, and its output is raised from L level to H level to generate a new propagation signal wave. As a result, as shown in FIG. 13B, an oscillation operation with a frequency of 2 · f0 and a duty ratio of 3/4 is performed.
[0051]
As will be apparent to those skilled in the art, when switching from the reference frequency f0 to the higher frequency of multiplication 2f0, the position of the propagation signal wave to be newly inserted among the four ENOR gates is controlled by the selection circuit SEL, thereby 1/4. The duty ratio can be controlled in units. Of course, if the number of oscillator stages is increased, the resolution of the controllable duty ratio can be increased. In addition, since the duty ratio can be controlled by selecting the output of the selection circuit according to the delay amount of the delay circuit, the delay amount and the selector output signal may be in other combinations.
[0052]
FIG. 15 is a circuit diagram of an oscillator according to the second embodiment. This oscillator can generate an oscillation output from the fundamental frequency f0 to its N multiplied frequency. In the oscillator 300 of FIG. 15, the circuits of the respective stages including the segments A and B shown in the oscillator of FIG. 7 are connected in an M-stage ring shape. In FIG. 15, for simplification, ENOR gate X is provided as segment A, and inverter I is provided as segment B, and a total of k gates are provided at each stage. A selection circuit SEL that generates output signals X1 to XM according to the oscillation frequency selection signal C is provided, and the output signals X1 to XM are directly input to the ENOR gates of the respective stages. A NAND gate NAND to which the oscillation switch signal SW is input instead of the inverter is provided in the Mth stage circuit.
[0053]
FIG. 16 is a simplified circuit diagram of the oscillator of FIG. In the example of FIG. 16, each stage of the oscillation circuit 300 is composed of one ENOR gate X and one inverter I, and is connected in 12 stages as a whole. In the final stage (12th stage), a NAND gate to which the oscillation switch signal SW is input is provided instead of the inverter.
[0054]
FIG. 17 is a circuit diagram of the selection circuit SEL of FIG. FIG. 18 is a diagram showing a logical value table of the selection circuit. 4-bit frequency selection signals C1 to C4 are input to the selection circuit SEL, their inverted and non-inverted signals are generated by the buffer inverters 30 to 33, and a decoding circuit comprising AND and OR gate groups 34 to 43 is provided. , Output signals X1 to X12 according to the logical value table are generated. The output signals X1 to X12 are preferably the same timing, and the corresponding ENOR gates X 1 ~ X 12 Is input. Therefore, the gates at the final stage may output all at once in response to the rising edge of the output OUT.
[0055]
Next, the operation of the oscillator of FIG. 16 will be described. FIG. 19 is a diagram for explaining the operation of the oscillator. First, in the initial state, the oscillation switch signal SW is at L level, and the oscillator is in a non-oscillation state. When the selection signals C1 to C4 are set to “0000” and the oscillation switch signal SW becomes H level, the NAND gate becomes an inverter and all the ENOR gates become inverters. However, since the total number of inverters is an even number of 24 stages, oscillation does not occur.
[0056]
Next, when the frequency selection signals C1 to C4 become “1000”, the output X1 = 1 is input to the ENOR gate X1 in the first stage. Thereby, as shown in FIG. 19 (1), oscillation at the reference frequency f0 is started.
[0057]
In the case of starting oscillation at the doubled frequency 2 · f0, the oscillation switch signal SW is set to L level to stop the oscillation operation of the oscillator, and then the frequency selection signals C1 to C41 are set to “0100”. In response to this, the selection circuit SEL sets the outputs X1 and X7 to the H level (logic “1”) and inputs them to the ENOR gates in the first and seventh stages. Thereby, as shown in FIG. 19 (2), two propagation signal waves are generated, and oscillation is started at a frequency of 2 × f0 multiplied by two.
[0058]
Even when oscillation is started at the tripled frequency 3 · f0, the frequency selection signals C1 to C41 are set to “1100” after the oscillation operation of the oscillator is stopped again. In response to this, the outputs X1, 5, and 9 of the selection circuit become H level, three propagation signal waves are generated, and oscillation is started at a frequency of 3 times.
[0059]
Similarly, in the case of oscillating operation at a frequency of 4, 6, or 12 times, the frequency selection signal is controlled as shown in FIG. A number of propagation signals are generated, and an oscillation operation is started at frequencies of 4, 6, and 12 times.
[0060]
As described above, it is possible to oscillate at a frequency that is approximately 1, 2, 3, 4, 6, 12 times the total number of stages of the oscillator. Each of the above examples is an example in which the duty ratio is set to 50%. By appropriately changing the output position of the selection circuit controlled to the H level, it is possible to control the oscillation at an arbitrary duty ratio. However, the duty ratio can be controlled only with a resolution of 1 / total number of stages. That is, the oscillation frequency can be controlled by the number of conversions of the ENOR gate to the inverting gate or the non-inverting gate, and the duty ratio can be controlled by the position.
[0061]
FIG. 20 is a diagram showing an operation logic value table of the selection circuit when the duty ratio is controlled by the oscillator of FIG. FIG. 21 is a diagram for explaining the duty ratio control operation. From the initial state, when the oscillation switch signal SW is set to the H level and the selection signals C1 to C4 are “0000”, the oscillator is composed of 24 inverters and therefore is in a non-oscillation state. Therefore, when the selection signals C1 to C4 are set to “1000”, as shown in FIG. 20, the selection circuit (not shown) sets the output signals X1 and X2 to the H level, and the ENOR gate X 1 , X 2 To enter. In response to this, as shown in FIG. 21 (1), two propagation signal waves are generated with a phase difference of two stages of the inverter, and the oscillation operation is performed at a double frequency and a duty ratio of 1/12. Be started.
[0062]
Similarly, when the selection signals C1 to C4 are set to “0100” from the non-oscillation state where the selection signals C1 to C4 are “0000”, the output signals X1 and X3 become H level, and the ENOR gate X 1 , X Three It will be entered. In response to this, as shown in FIG. 21 (2), two propagation signal waves are generated with a phase difference of four stages of the inverter, and the oscillation operation with a frequency of double and a duty ratio of 2/12 is performed. Be started.
[0063]
Similarly, as shown in the logical value table of FIG. 20, by appropriately selecting the selection signal from the non-oscillation state where the selection signals C1 to C4 are “0000”, two propagation signal waves are generated from the ENOR gate. Occurs at an arbitrary position and starts oscillating at an arbitrary duty ratio. As described above, when oscillating at a doubled frequency, the position of the ENOR gate that converts to the inverting gate or the non-inverting gate is selected, and the position where the propagation signal wave is generated is selected appropriately. Oscillation operation with the duty ratio can be performed. However, the resolution of the duty ratio depends on the number of stages of the gate of the oscillator, and the resolution can be increased as the number of stages increases.
[0064]
The frequency control operation described above is also possible when the oscillation state at the reference frequency f0 is changed to a higher k-multiplied frequency. Similarly, the above-described duty ratio control operation is also possible when changing from the oscillation state at the reference frequency f0 to the oscillation state at the doubled frequency 2f0.
[0065]
For example, in the frequency control operation, the selection circuit SEL in FIG. 16 responds to the change in the output OUT after the selection circuit output signals X1 to X12 in the second row in FIG. When the output signals X1 to X12 in the third and subsequent rows are output, the propagation signal waves are one, two, and three, respectively. . . And transition to an oscillation state at a higher frequency.
[0066]
Similarly, in the duty ratio control operation, the selection circuit SEL in FIG. 16 responds to the change in the output OUT after the selection circuit output signals X1 to X12 in the second row in FIG. When the output signals X1 to X12 in the second and subsequent rows in FIG. 20 are output, another propagation signal wave is added to the position of a different ENOR gate, and a clock signal having a desired duty ratio is generated by multiplication by two.
[0067]
FIG. 22 is a circuit diagram of an oscillator according to the third embodiment. The oscillation circuit 400 of this oscillator has one NAND gate and one ENOR gate X. 1 And 10 inverter gates I 1 ~ I Ten Are connected in a ring shape, and oscillation at the fundamental frequency is started by the oscillation switch signal SW. The oscillation operation is detected by the oscillation detection circuit 51. After the oscillation is detected, the oscillation frequency is doubled by the oscillation frequency control signal C. The oscillation at the fundamental frequency can be switched. The latch circuit 50 latches the oscillation frequency control signal C at the falling edge of the node N14, the oscillation detection circuit 51 monitors the node N14 to detect the oscillation operation, and the delay circuit 53 further detects the oscillation switch signal SW. Is delayed for a predetermined time. The selection circuit 52 selects the output of the delay circuit 53 while the output N12 of the oscillation detection circuit 51 is in the L level in the non-oscillation state, and the latch circuit 50 outputs the output N12 while the output N12 is in the H level in the oscillation state. Select an output.
[0068]
FIG. 23 is a timing chart for explaining the operation of the oscillator of FIG. The operation of the oscillator will be described with reference to this figure. When the oscillation frequency control signal C is set to H level and the oscillation switch signal SW is set to H level from the initial state of non-oscillation state, as shown in (a), one input N11 of the NAND gate becomes H level, After the delay time of the delay circuit 53, the output N13 of the selection circuit 52 rises to the H level. In response to this, the ENOR gate X1 is switched to the buffer gate, the output OUT rises to the H level, and the oscillation operation at the fundamental frequency is started. The basic oscillation frequency f0 at that time is 1 / (2 if one gate delay time is about 10 ps. * 10ps * 11).
[0069]
Next, as shown in (b), the oscillation operation is detected by the detection circuit 51, and its output N12 rises to the H level. Thereby, the selection circuit 52 selects the output of the latch circuit 50. As shown in (c), when the oscillation frequency control signal C is set to L level, the latch circuit 50 takes in the signal C in synchronization with the falling edge of the output N14 of the inverter I2, and the selection circuit 52 outputs the output N13. Set to L level. In response to this, the ENOR gate X1 is switched to an inverter, a new propagation signal wave is generated, and oscillation starts at the doubled frequency.
[0070]
Next, as shown in (d), when the oscillation frequency control signal C is set to H level again, the signal C is latched at the falling edge of the node N14 as in the case of (c), and the output of the selection circuit 52 is output. N13 stands up. In response to this, a new propagation signal is generated, and the oscillation operation by triple is started. However, the response characteristics of each inverter cannot cope with such a high frequency, and oscillation is temporarily stopped. After that, oscillation at the fundamental frequency resumes due to external noise or the like.
[0071]
Finally, as shown in (e), when the oscillation switch signal SW is lowered to the L level, the NAND gate is closed and the oscillation is eventually stopped.
[0072]
As described above, in the oscillator shown in FIG. 22, a plurality of stages of gates and ENOR gates are connected in a ring shape, and the oscillation frequency control signal C is switched to switch between oscillation at the fundamental frequency and oscillation at the double frequency. Can be switched.
[0073]
In the above embodiments, the ENOR gate may be an EOR gate. In that case, it is necessary to reverse the logic of the signal applied to the oscillation control input. In addition, the ring-shaped oscillation circuit only needs to include at least one inversion gate, and the rest can be configured with a non-inversion gate.
[0074]
The above embodiment is summarized as follows.
[0075]
(Appendix 1) In an oscillator that generates a clock signal having a predetermined frequency,
An oscillation circuit in which at least one exclusive OR gate having an oscillation control input, at least one inversion gate, and a plurality of inversion or non-inversion gates are connected in cascade, and
An oscillation control signal generation circuit for inputting an oscillation control signal to the oscillation control input after a predetermined delay time from the change of any one of the gate outputs,
By inputting the oscillation control signal, a propagation signal wave is generated in the oscillation circuit, and the oscillation circuit oscillates at a frequency corresponding to the number of the propagation signal waves.
[0076]
(Appendix 2) In an oscillator that generates a clock signal having a predetermined frequency,
An oscillation circuit in which N pieces of segments in which at least one inversion gate and a plurality of inversion or non-inversion gates are connected in cascade are connected in a ring, and an exclusive OR gate having an oscillation control input;
An oscillation selection circuit for generating a plurality of oscillation control signals in a predetermined combination according to the oscillation selection signal;
In response to a change in any one of the gate outputs, the plurality of oscillation control signals are fetched, and the plurality of oscillation control signals are delayed in accordance with the oscillation selection signal, respectively, to the oscillation control input of the exclusive OR gate. A plurality of delay circuits to supply,
After the delay time of the delay circuit, according to the plurality of oscillation control signals, any one or more of the plurality of exclusive OR gates are converted into inversion or non-inversion gates to perform an oscillation operation. Features an oscillator.
[0077]
(Appendix 3) In Appendix 2,
When the oscillation circuit is oscillating at the first frequency, the exclusive OR gate is converted into the inverting or non-inverting gate, and the oscillation state is shifted to the oscillating state at the second frequency higher than the first frequency. An oscillator characterized by that.
[0078]
(Appendix 4) In Appendix 3,
When shifting from the first frequency to the second frequency, according to the plurality of oscillation control signals, the position of the exclusive OR gate to be converted into the inversion or non-inversion gate is selected, thereby selecting the selected duty A clock signal having a ratio is generated.
[0079]
(Supplementary Note 5) In an oscillator that generates a clock signal having a predetermined frequency,
An oscillation circuit in which N pieces of segments in which at least one inversion gate and a plurality of inversion or non-inversion gates are connected in cascade are connected in a ring, and an exclusive OR gate having an oscillation control input;
An oscillation selection circuit that generates a plurality of oscillation control signals in a predetermined combination in accordance with the oscillation selection signal and supplies the oscillation control signals to the oscillation control inputs of the plurality of exclusive OR gates,
When the oscillation circuit is in a non-oscillation state, any one or more of the exclusive OR gates are inverted or non-inverted by the plurality of oscillation control signals to start an oscillation operation. Features an oscillator.
[0080]
(Appendix 6) In Appendix 5,
The oscillation selection signal is a signal for selecting an oscillation frequency,
In accordance with the plurality of oscillation control signals, by selecting the number of exclusive OR gates to be converted into the inversion or non-inversion gate, the oscillation operation is started at one of the basic frequency and the N frequency multiplied by the basic frequency. An oscillator characterized by that.
[0081]
(Appendix 7) In Appendix 5,
The oscillation selection signal is a signal for selecting a duty ratio,
An oscillator, wherein a clock signal having a selected duty ratio is generated by selecting a position of an exclusive OR gate to be converted into the inversion or non-inversion gate according to the plurality of oscillation control signals. .
[0082]
(Supplementary Note 8) In an oscillator that generates a clock signal having a predetermined frequency,
An oscillation circuit in which N pieces of segments in which at least one inversion gate and a plurality of inversion or non-inversion gates are connected in cascade are connected in a ring, and an exclusive OR gate having an oscillation control input;
A plurality of oscillation control signals in a predetermined combination are generated in accordance with the oscillation selection signal, and the plurality of oscillation control signals are input to the oscillation control inputs of the plurality of exclusive OR gates in response to a change in any one of the gate outputs. And an oscillation selection circuit for supplying to each of
When the oscillation circuit is oscillating at a first frequency, one or more of the exclusive OR gates are converted into inversion or non-inversion gates by the plurality of oscillation control signals, and the first An oscillator characterized by transitioning to an oscillation state at a second frequency higher than the first frequency.
[0083]
(Appendix 9) In Appendix 8,
When shifting from the first frequency to the second frequency, according to the plurality of oscillation control signals, the position of the exclusive OR gate to be converted into the inversion or non-inversion gate is selected, thereby selecting the selected duty A clock signal having a ratio is generated.
[0084]
【Effect of the invention】
As described above, according to the present invention, it is possible to oscillate by selecting a plurality of oscillation frequencies or selecting a plurality of duty ratios with a small circuit scale.
[0085]
As described above, the protection scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional frequency-controllable oscillator.
FIG. 2 is a circuit diagram of another conventional oscillator.
FIG. 3 is a circuit diagram of a basic configuration of an oscillator according to the present embodiment.
FIG. 4 is a transistor circuit constituting inverters I1 to I7.
5 is an operation timing chart of the oscillator of FIG. 3. FIG.
6 is a diagram for explaining the operating principle of the oscillator of FIG. 3; FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram of an oscillator according to the first embodiment.
FIG. 8 is a simplified circuit diagram of the oscillator according to the first embodiment.
FIG. 9 is a circuit diagram of an oscillation frequency selection circuit SEL.
FIG. 10 is a circuit diagram of a delay circuit DELAY.
11 is a diagram showing a logical value table of a frequency selection circuit in the frequency selection operation in the oscillator of FIG. 8. FIG.
12 is a diagram for explaining a frequency selection operation of the oscillator of FIG. 8. FIG.
13 is a diagram illustrating a logical value table of a selection circuit SEL in a duty ratio control operation in the oscillator of FIG. 8;
14 is a diagram for explaining a duty ratio control operation of the oscillator of FIG. 8; FIG.
FIG. 15 is a circuit diagram of an oscillator according to a second embodiment.
FIG. 16 is a simplified circuit diagram of an oscillator according to a second embodiment.
17 is a circuit diagram of the selection circuit SEL in FIG. 16;
18 is a diagram illustrating a logical value table of the selection circuit in FIG. 16;
19 is a diagram for explaining a frequency selection operation of the oscillator of FIG. 16;
20 is a diagram showing an operation logic value table of a selection circuit when duty ratio control is performed in the oscillator of FIG. 16. FIG.
FIG. 21 is a diagram for explaining a duty ratio control operation in the oscillator of FIG. 16;
FIG. 22 is a circuit diagram of an oscillator in the third embodiment.
FIG. 23 is a timing chart for explaining the operation of the oscillator of FIG. 22;
[Explanation of symbols]
X 1 ~ Xn Exclusive OR gate, ENOR gate
I 1 ~ In Inversion gate, inverter
SEL oscillation selection circuit, oscillation frequency (duty ratio) selection circuit
OUT output
DELAY delay circuit
100 Oscillator circuit
200 Oscillator circuit
300 Oscillator circuit
400 Oscillator circuit

Claims (5)

所定の周波数のクロック信号を生成する発振器において,
発振制御入力を有する少なくとも1個の排他的論理和ゲートと,少なくとも1個の反転ゲートと,複数の反転または非反転ゲートとを,環状に縦列接続した発振回路と,
前記発振制御入力に第1の発振制御信号を入力して前記排他的論理和ゲートの出力に第1の変化を生じさせて第1の伝播信号波を前記発振回路内に伝播させ第1の周波数による第1の発振を生じさせ,前記第1の変化による前記第1の伝播信号波が前記環状の発振回路内において所望の位相の位置に達する遅延時間後,前記発振制御入力に前記第1の変化とは逆の第2の変化を前記排他的論理和ゲートの出力に生じさせる第2の発振制御信号を入力する発振制御信号発生回路とを有し,
前記第2の発振制御信号を入力することにより,前記排他的論理和ゲートの出力に前記第2の変化が生じて前記第1の伝播信号波と異なる第2の伝播信号波が前記発振回路内に伝播し前記第1及び第2の伝播信号波の数に応じて前記第1の周波数と異なる第2の周波数による第2の発振が生じることを特徴とする発振器。
In an oscillator that generates a clock signal of a predetermined frequency,
An oscillation circuit in which at least one exclusive OR gate having an oscillation control input, at least one inversion gate, and a plurality of inversion or non-inversion gates are connected in cascade, and
A first oscillation control signal is input to the oscillation control input to cause a first change in the output of the exclusive OR gate, and a first propagation signal wave is propagated in the oscillation circuit to a first frequency. yielding a first oscillation by the delayed time to reach the first propagation signal wave according to the first change position in the desired phase in the oscillation circuit of said annular, the said oscillation control input first An oscillation control signal generating circuit for inputting a second oscillation control signal for causing a second change opposite to the change in the output of the exclusive OR gate to occur.
Wherein by the second inputting an oscillation control signal, said exclusive OR said second change in the output of the gate occurs first propagation signal wave is different from the second propagation signal wave the oscillation circuit propagated to the first and second propagation signal waves a second oscillator, wherein the oscillation is caused by the second frequency different from the first frequency according to the number of.
所定の周波数のクロック信号を生成する発振器において,
発振制御入力を有する排他的論理和ゲートと,少なくとも1個の反転ゲート及び複数の反転または非反転ゲートとを縦列接続したセグメントを,N個,環状に接続した発振回路と,
発振選択信号に従って,所定の組合せの複数の発振制御信号を生成する発振選択回路と,
前記いずれかのゲート出力の変化に応答して前記複数の発振制御信号を取り込み,前記発振選択信号に従って,当該複数の発振制御信号をそれぞれ遅延させ前記排他的論理和ゲートの発振制御入力に供給する複数の遅延回路とを有し,
第1の発振制御信号を前記複数の排他的論理和ゲートのうちいずれかの第1の排他的論理和ゲートの発振制御入力に入力して当該第1の排他的論理和ゲートの出力に第1の変化を生じさせて第1の伝播信号波を前記発振回路内に伝播させ第1の周波数による第1の発振を生じさせ,
前記第1の伝播信号波が前記発振回路内において所望の位相の位置に達するタイミングで,前記遅延回路が,第2の発振制御信号をいずれかの前記排他的論理和ゲートの発振制御入力に入力して当該排他的論理和ゲートの出力に前記第1の変化とは逆の第2の変化を生じさせて第2の伝播信号波を前記発振回路内に伝播させ,前記第1及び第2の伝播信号波の数に応じて前記第1の周波数より高い第2の周波数による第2の発振を生じさせ,
さらに,前記遅延回路が,前記第1,第2の伝播信号波が前記発振回路内において所望の位相の位置に達するタイミングで,第3の発振制御信号をいずれかの前記排他的論理和ゲートの発振制御入力に入力して当該排他的論理和ゲートの出力に前記第2の変化とは逆の第3の変化を生じさせて第3の伝播信号波を前記発振回路内に伝播させ,前記第1,第2,第3の伝播信号波の数に応じて前記第2の周波数より高い第3の周波数による第3の発振を生じさせることを特徴とする発振器。
In an oscillator that generates a clock signal of a predetermined frequency,
An oscillation circuit in which N pieces of segments in which at least one inversion gate and a plurality of inversion or non-inversion gates are connected in cascade are connected in a ring, and an exclusive OR gate having an oscillation control input;
An oscillation selection circuit for generating a plurality of oscillation control signals in a predetermined combination according to the oscillation selection signal;
Wherein either captures the plurality of oscillation control signal in response to changes in the gate output, in accordance with the oscillation selection signal, supplying the plurality of oscillation control signal to the oscillation control input of the exclusive OR gates respectively delayed A plurality of delay circuits,
A first oscillation control signal is input to the oscillation control input of any one of the plurality of exclusive OR gates, and the first exclusive OR gate is output to the first exclusive OR gate. To cause the first propagation signal wave to propagate in the oscillation circuit to cause the first oscillation with the first frequency,
The delay circuit inputs the second oscillation control signal to the oscillation control input of one of the exclusive OR gates at the timing when the first propagation signal wave reaches the position of the desired phase in the oscillation circuit. Then, a second change opposite to the first change is caused in the output of the exclusive OR gate to propagate the second propagation signal wave in the oscillation circuit, and the first and second Generating a second oscillation with a second frequency higher than the first frequency in accordance with the number of propagating signal waves;
Further, the delay circuit sends a third oscillation control signal to one of the exclusive OR gates at a timing when the first and second propagation signal waves reach a desired phase position in the oscillation circuit. An input to the oscillation control input causes a third change opposite to the second change to occur in the output of the exclusive OR gate, and a third propagation signal wave is propagated in the oscillation circuit. An oscillator characterized by causing a third oscillation with a third frequency higher than the second frequency according to the number of first, second and third propagation signal waves .
所定の周波数のクロック信号を生成する発振器において,
発振制御入力を有する排他的論理和ゲートと,少なくとも1個の反転ゲート及び複数の反転または非反転ゲートとを縦列接続したセグメントを,N個,環状に接続した発振回路と,
発振選択信号に従って,所定の組合せの1個または複数個の発振制御信号を生成し,1個または複数個の前記排他的論理和ゲートの発振制御入力にそれぞれ同時に供給する発振選択回路とを有し,
前記発振回路が非発振状態の時に,前記1個または複数個の発振制御信号によって,前記排他的論理和ゲートのいずれか1個又は複数個が反転又は非反転ゲートに変換して,当該変換された排他的論理和ゲートの出力の状態の反転変化により前記環状の発振回路内に1個又は複数個の新たな伝播信号波を発生させ,前記発生した伝播信号波の数に応じた周波数で発振動作を開始することを特徴とする発振器。
In an oscillator that generates a clock signal of a predetermined frequency,
An oscillation circuit in which N pieces of segments in which at least one inversion gate and a plurality of inversion or non-inversion gates are connected in cascade are connected in a ring, and an exclusive OR gate having an oscillation control input;
An oscillation selection circuit that generates one or a plurality of oscillation control signals in a predetermined combination in accordance with the oscillation selection signal and simultaneously supplies them to the oscillation control inputs of the one or more exclusive OR gates. ,
When the oscillation circuit is in a non-oscillation state, one or more of the exclusive OR gates are converted into inversion or non-inversion gates by the one or more oscillation control signals, and the conversion is performed. One or more new propagation signal waves are generated in the annular oscillation circuit by inversion change of the output state of the exclusive OR gate, and oscillate at a frequency corresponding to the number of the propagation signal waves generated. An oscillator characterized by starting operation.
請求項3において,
前記発振選択信号が発振周波数を選択する信号であり,
前記複数の発振制御信号にしたがって,前記反転又は非反転ゲートに変換する排他的論理和ゲートの数を選択することにより,基本周波数から当該基本周波数のN逓倍周波数のいずれかで発振動作を開始することを特徴とする発振器。
In claim 3,
The oscillation selection signal is a signal for selecting an oscillation frequency,
In accordance with the plurality of oscillation control signals, by selecting the number of exclusive OR gates to be converted into the inversion or non-inversion gate, the oscillation operation is started at one of the basic frequency and the N frequency multiplied by the basic frequency. An oscillator characterized by that.
所定の周波数のクロック信号を生成する発振器において,
発振制御入力を有する排他的論理和ゲートと,少なくとも1個の反転ゲート及び複数の反転または非反転ゲートとを縦列接続したセグメントを,N個,環状に接続した発振回路と,
発振選択信号に従って,所定の組合せの複数の発振制御信号を生成し,前記いずれかのゲート出力の変化に応答して,前記排他的論理和ゲートの出力の状態の反転変化により発生した第1の伝播信号波が前記環状の発振回路内において所望の位相の位置に達するタイミングで,当該複数の発振制御信号を前記複数の排他的論理和ゲートの発振制御入力にそれぞれ供給する発振選択回路とを有し,
前記発振回路が前記第1の伝播信号波の伝播により第1の周波数で発振している時に,前記発振選択回路が前記タイミングで前記複数の発振制御信号を前記排他的論理和ゲートの発振制御入力に入力することによって,前記排他的論理和ゲートのいずれか1個又は複数個反転又は非反転ゲートに変換して,当該変換された排他的論理和ゲートの出力の状態の反転変化により前記環状の発振回路内に1個又は複数個の新たな第2の伝播信号波を発生させ,前記第1の周波数より高い第2の周波数での発振状態に移行することを特徴とする発振器。
In an oscillator that generates a clock signal of a predetermined frequency,
An oscillation circuit in which N pieces of segments in which at least one inversion gate and a plurality of inversion or non-inversion gates are connected in cascade are connected in a ring, and an exclusive OR gate having an oscillation control input;
In accordance with the oscillation selection signal, a plurality of oscillation control signals in a predetermined combination are generated, and in response to a change in any one of the gate outputs, a first change generated by an inversion change in the output state of the exclusive OR gate in timing is reached to the position of the desired phase propagation signal wave in the oscillation circuit of said annular, and each supplying an oscillation selection circuit to the oscillation control inputs of the plurality of oscillation control signal of the plurality of exclusive OR gates Have
When the oscillation circuit is oscillating at a first frequency by propagation of the first propagation signal wave, the oscillation selection circuit sends the plurality of oscillation control signals to the oscillation control input of the exclusive OR gate at the timing. the annular by inputting, to convert the inverting or non-inverting gate of the one or more one of the exclusive oR gates, the inversion change in state of the output of the converted XOR gates An oscillator characterized by generating one or a plurality of new second propagation signal waves in the oscillation circuit and shifting to an oscillation state at a second frequency higher than the first frequency.
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