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JP2012049660A - Phase-locked loop circuit - Google Patents

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JP2012049660A
JP2012049660A JP2010187930A JP2010187930A JP2012049660A JP 2012049660 A JP2012049660 A JP 2012049660A JP 2010187930 A JP2010187930 A JP 2010187930A JP 2010187930 A JP2010187930 A JP 2010187930A JP 2012049660 A JP2012049660 A JP 2012049660A
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clock signal
output
phase
phase difference
phase error
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Application number
JP2010187930A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Fujino
藤野  聡
Masafumi Watanabe
雅史 渡邉
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Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
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Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
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  • Manipulation Of Pulses (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

【課題】必要な特性を満たしつつ、回路構成を簡素化し、省面積化を可能とするデジタルPLLの提供。
【解決手段】リファレンスクロック信号FRと分周クロック信号FDの位相差を検出するTDC101、FDとFRの進み遅れを出力するFF103、位相誤差演算器102、位相誤差(PERR)を平滑化するデジタルフィルタ104、出力クロック信号FOを出力するDCO105、FOを分周したFDを出力するN分周器106、N分周器106内のカウンタ値をFRに応答してサンプルするレジスタ107を備え、TDC101は、位相差検出測定範囲がFOの1周期以内とされ、FRとFDの位相差をFOの1周期に換算した小数で出力し、位相誤差演算器102は、FDとFRの位相差が、FOの周期の整数倍以上のときは、レジスタ107出力と符号情報signから、FOの1周期内のときは、TDCの出力と符号情報signからPERRを演算出力する。
【選択図】図1
Provided is a digital PLL capable of simplifying a circuit configuration and saving an area while satisfying necessary characteristics.
A TDC 101 for detecting a phase difference between a reference clock signal FR and a divided clock signal FD, an FF 103 for outputting an advance / delay of FD and FR, a phase error calculator 102, and a digital filter for smoothing a phase error (PERR). 104, a DCO 105 that outputs an output clock signal FO, an N divider 106 that outputs an FD obtained by dividing the FO, and a register 107 that samples a counter value in the N divider 106 in response to FR. The phase difference detection measurement range is within one cycle of FO, the phase difference between FR and FD is output as a decimal number converted to one cycle of FO, and the phase error calculator 102 determines that the phase difference between FD and FR is FO Is equal to or greater than an integral multiple of the period, and from the output of the register 107 and the sign information sign, and within one FO period, the output of the TDC and the sign information si To calculate output PERR from n.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、PLL(Phase Locked Loop:位相同期ループ)回路に関し、特に、デジタルPLLに適用して好適な回路構成に関する。   The present invention relates to a PLL (Phase Locked Loop) circuit, and more particularly to a circuit configuration suitable for application to a digital PLL.

デジタルPLLは、アナログPLLの各ブロックをデジタル化し、処理をデジタル化した位相同期ループである。デジタル化することにより、アナログPLLで問題となっていた点を解決し、以下のような利点を実現可能としている。   The digital PLL is a phase-locked loop obtained by digitizing each block of the analog PLL and digitizing the processing. Digitization solves the problems in the analog PLL and makes it possible to realize the following advantages.

(A)アナログPLLで問題となっていたループフィルタにおけるリーク電流による電位変動の問題やフィルタの面積の問題を解消する。 (A) To solve the problem of potential fluctuation due to the leak current and the problem of the area of the filter in the loop filter, which has been a problem in the analog PLL.

(B)デジタル化によりRTL(Register Transfer Level)設計となるため、PLLのパラメータ変更時の再設計を容易化する。 (B) Since RTL (Register Transfer Level) design is realized by digitization, redesign when changing the parameters of the PLL is facilitated.

(C)デジタル・コードの処理となるため、PVT(Process/Voltage/Temperature)変動による、回路の特性変動が小さい。 (C) Since digital code processing is performed, the characteristic fluctuation of the circuit due to PVT (Process / Voltage / Temperature) fluctuation is small.

上記利点を実現するために、アナログPLLの各ブロックをデジタル処理に置き換えた完全デジタルPLL(All Digital PLL、「ADPLL」と略記される、「全デジタルPLL」ともいう)がある。ADPLLでは、例えば、2つの入力の位相差を相対的に比較し該位相差をデジタル化する方式(この方式を、本明細書では「相対比較方式」と呼ぶことにする)が用いられる。しかしながら、この方式は、精度、回路面積、電力の面で問題となる点がある。   In order to realize the above advantages, there is a complete digital PLL (All Digital PLL, abbreviated as “ADPLL”, also referred to as “all digital PLL”) in which each block of the analog PLL is replaced with digital processing. In ADPLL, for example, a method of comparing the phase difference between two inputs and digitizing the phase difference (this method will be referred to as a “relative comparison method” in this specification) is used. However, this method has problems in terms of accuracy, circuit area, and power.

これらを解決するための方式として、近年、フェーズ・ドメイン(Phase Domain)方式を採用したADPLLが開発されている。この方式は、精度及び位相変調を行うような用途の場合には特性向上に寄与するが、回路面積、及び、処理スピードの点でデメリットが存在する。以下、アナログPLL、ADPLLを概説しておく。   As a method for solving these problems, in recent years, an ADPLL employing a phase domain method has been developed. This method contributes to improving the characteristics in the case of an application that performs accuracy and phase modulation, but has disadvantages in terms of circuit area and processing speed. Hereinafter, the analog PLL and ADPLL will be outlined.

図5は、アナログPLLの構成を示す図である。PFD+CPブロック11において、PFD(Phase Frequency Detector:位相周波数検出器)はリファレンスクロック信号FREFと分周クロック信号FCKVの位相・周波数を比較し、CP(Charge Pump)はPFDでの比較結果に対応した電圧を生成し、該電圧を、低域フィルタ(LF)(「ループフィルタ」ともいう)12にて平滑化した制御電圧を電圧制御発振器(VCO)13に与え、VCO13は該制御電圧に応じた周波数の発振クロックFVCOを出力し、FVCOを分周器(÷N)14でN分周した分周クロック信号FCKVが、PFDに帰還入力される。   FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the analog PLL. In the PFD + CP block 11, the PFD (Phase Frequency Detector) compares the phase and frequency of the reference clock signal FREF and the divided clock signal FCKV, and CP (Charge Pump) is a voltage corresponding to the comparison result in the PFD. And a control voltage obtained by smoothing the voltage by a low-pass filter (LF) (also referred to as a “loop filter”) 12 is applied to a voltage controlled oscillator (VCO) 13, and the VCO 13 has a frequency corresponding to the control voltage. Oscillation clock FVCO is output, and the divided clock signal FCKV obtained by dividing the FVCO by N by the frequency divider (÷ N) 14 is fed back to the PFD.

図6は、図5の各ブロックをデジタル化した完全デジタルPLL(ADPLL)の典型的な構成の一例を示す図である。図6において、P2D(phase to digital converter)21、デジタル・フィルタ(ループフィルタ)(Digital LF)22、DCO(digitally controlled oscillator)23、分周器24は、図5のアナログPLLのPFD+CP11、LF12、VCO13、分周器14にそれぞれ対応している。   FIG. 6 is a diagram showing an example of a typical configuration of a complete digital PLL (ADPLL) obtained by digitizing each block of FIG. In FIG. 6, P2D (phase to digital converter) 21, digital filter (loop filter) (Digital LF) 22, DCO (digitally controlled oscillator) 23, and frequency divider 24 are PFD + CP11, LF12 of analog PLL in FIG. Each corresponds to the VCO 13 and the frequency divider 14.

図7は、図6のP2D回路の構成の一例を示す図である。図5のアナログPLLでは、PFD(位相周波数比較器)出力であるUP/DNをCP(チャージポンプ)に入力して位相差に対応する電圧に変換してループフィルタ(アナログフィルタ)12に入力していたが、ADPLLでは、PFD201の位相比較結果UP/DNは、NOR回路202に入力され、NOR回路202の出力がTDC(Time to Digital Converter)203に入力される。NOR回路202は、UP、DNがともにLowのときHighを出力し、UP、DNの一方がHighのときLowを出力する。TDC203は、位相差をデジタル・コード化し、デジタル・フィルタ(Digital LF)22に入力される。特に制限されないが、PFD201は、例えばFDIVの立ち上がりエッジからFREFの立ち上がりエッジまでのパルス幅のHighパルスをUPとして出力する回路と、FREFの立ち上がりエッジからFDIVの立ち上がりエッジまでのパルス幅のHighパルスをDNとして出力する回路を備え、FDIVの1周期あたり、UPとDNの一方がHighパルスとされ、他方はLowとされる。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the configuration of the P2D circuit of FIG. In the analog PLL of FIG. 5, UP / DN that is a PFD (phase frequency comparator) output is input to a CP (charge pump), converted into a voltage corresponding to the phase difference, and input to a loop filter (analog filter) 12. However, in ADPLL, the phase comparison result UP / DN of the PFD 201 is input to the NOR circuit 202, and the output of the NOR circuit 202 is input to a TDC (Time to Digital Converter) 203. The NOR circuit 202 outputs High when both UP and DN are Low, and outputs Low when one of UP and DN is High. The TDC 203 digitally encodes the phase difference and inputs it to a digital filter (Digital LF) 22. Although not particularly limited, for example, the PFD 201 outputs a high pulse having a pulse width from the rising edge of FDIV to the rising edge of FREF as UP, and a high pulse having a pulse width from the rising edge of FREF to the rising edge of FDIV. A circuit for outputting as a DN is provided, and one of UP and DN is set to a high pulse and the other is set to low for one period of FDIV.

PFD201では、FREFとFDIVの位相差を、UP又はDNのパルス幅、つまり相対値で検出するだけであるため、遅れ・進みについては、フリップフロップ(FF)204を用いて判定しFF204の出力から符号情報sign(1ビット)を得ている。特に制限されないが、フリップフロップ204は、FREFをデータ端子Dに入力し、FDIVをクロック端子に入力し、FDIVの立ち上がりエッジによってFREFをサンプルする。FDIVの立ち上がり遷移時にFREFがHigh(1)のとき、出力QはHigh(1)となり、FDIVの立ち上がり遷移時にFREFがLow(0)のとき、出力QはLow(0)となる。TDC203から出力される位相差の絶対値(Lビット信号)に、signビット(1ビット)を合わせた(L+1)ビット信号が、デジタル・フィルタ(Digital LF)22に入力される。   The PFD 201 only detects the phase difference between FREF and FDIV with the pulse width of UP or DN, that is, a relative value. Code information sign (1 bit) is obtained. Although not particularly limited, the flip-flop 204 inputs FREF to the data terminal D, inputs FDIV to the clock terminal, and samples FREF by the rising edge of FDIV. When FREF is High (1) at the rising transition of FDIV, the output Q is High (1), and when FREF is Low (0) at the rising transition of FDIV, the output Q is Low (0). The (L + 1) -bit signal obtained by adding the sign bit (1 bit) to the absolute value (L-bit signal) of the phase difference output from the TDC 203 is input to the digital filter (Digital LF) 22.

図7において、TDC203は、NOR回路202から出力されるLowパルスのパルス幅を、FREFとFCKVの位相差として測定する。例えばPFD201からUPのHighパルスが出力されるとき、NOR回路202からLowパルス(パルス幅はUPのHighパルスのパルス幅と等しく、FREFとFCKVの位相差に対応する)が出力される。NOR回路202からのLowパルスは、例えばTDC203のB端子に入力され、Lowパルスの反転信号(Highパルス)が、TDC203のA端子に入力される。TDC203では、A端子に入力されたHighパルス(B端子の反転信号)の立ち上がりエッジと、B端子のLowパルスの立ち上がりエッジの位相差を検出する。TDC203のA端子に入力されたHighパルス(B端子の反転信号)の立ち上がりエッジと、TDC203のB端子のLowパルスの立ち上がりエッジの位相差は、UPのHighパルスのパルス幅に等しく、したがって、FREFとFCKVの位相差の絶対値が検出される。   In FIG. 7, the TDC 203 measures the pulse width of the Low pulse output from the NOR circuit 202 as the phase difference between FREF and FCKV. For example, when an UP high pulse is output from the PFD 201, a low pulse (the pulse width is equal to the pulse width of the UP high pulse and corresponds to the phase difference between FREF and FCKV) is output from the NOR circuit 202. The Low pulse from the NOR circuit 202 is input to the B terminal of the TDC 203, for example, and the inverted signal (High pulse) of the Low pulse is input to the A terminal of the TDC 203. The TDC 203 detects the phase difference between the rising edge of the High pulse (inverted signal at the B terminal) input to the A terminal and the rising edge of the Low pulse at the B terminal. The phase difference between the rising edge of the High pulse (inverted signal at the B terminal) input to the A terminal of the TDC 203 and the rising edge of the Low pulse at the B terminal of the TDC 203 is equal to the pulse width of the UP High pulse. And the absolute value of the phase difference of FCKV are detected.

TDCの基本構成として例えば特許文献2の図5等に記載が参照される。図8に、TDCの典型的な基本構成の一例を示す。図8において、TDCは、端子AとBにそれぞれ入力される信号の立ち上がりエッジの位相差を測定する。端子Aに入力された信号は、複数段の単位遅延回路(バッファ)211からなる遅延回路列で遅延される。遅延回路列の各段の信号を、各段に対応して設けられたFF212のデータ端子に入力し、端子Bに入力される信号を複数のFF212のクロック端子に共通に入力する。各FF212では、データ端子の信号をクロック端子に共通に入力される信号の立ち上がりエッジでサンプルする。各FF212の出力と隣(後段)のFF212の出力をインバータ214で反転した信号を入力するAND回路213を備えている。AND回路213はFF212の出力が“1”、隣(後段)のFF212の出力が“0”、したがってインバータ214の出力が“1”のとき、“1”を出力し、それ以外は“0”を出力する検出回路として機能する。複数のAND回路213の出力をパラレルビットにバス化し、バイナリ化デコーダ215でデコードする。バイナリ化デコーダ215の出力OUTには、端子AとBにそれぞれ入力される信号の立ち上がりエッジの位相差に応じたバッファ211の段数がデジタルデータとして出力される。   As a basic configuration of TDC, for example, the description in FIG. FIG. 8 shows an example of a typical basic configuration of TDC. In FIG. 8, the TDC measures the phase difference between the rising edges of the signals input to the terminals A and B, respectively. The signal input to the terminal A is delayed by a delay circuit array including a plurality of unit delay circuits (buffers) 211. The signal of each stage of the delay circuit array is input to the data terminal of the FF 212 provided corresponding to each stage, and the signal input to the terminal B is input to the clock terminals of the plurality of FFs 212 in common. In each FF 212, the signal at the data terminal is sampled at the rising edge of the signal input in common to the clock terminal. An AND circuit 213 is provided for inputting a signal obtained by inverting the output of each FF 212 and the output of the adjacent (following) FF 212 by an inverter 214. The AND circuit 213 outputs “1” when the output of the FF 212 is “1”, the output of the adjacent (following) FF 212 is “0”, and therefore the output of the inverter 214 is “1”, otherwise “0”. Functions as a detection circuit that outputs. The outputs of the plurality of AND circuits 213 are converted into parallel bits and decoded by a binary decoder 215. The output OUT of the binarization decoder 215 outputs the number of stages of the buffer 211 corresponding to the phase difference of the rising edges of the signals input to the terminals A and B as digital data.

図8の動作の一例として、例えば端子Bに入力される信号が、端子Aに入力された信号の立ち上がりエッジから、バッファ1段分相等の遅延時間、遅延して立ち上がる場合、端子Bから各FF212のクロック端子に共通入力される信号の立ち上がり時点で、端子Aに入力された信号(Highレベル)はすでにバッファ1段分伝播しており、1段目のバッファ211の出力は“1”であるが、2段目以降のバッファ211の出力は全て“0”である。したがって、1段目のFF212に出力と2段目のFF212の出力の反転を受けるAND回路213の出力は“1”となり、残りの全てのAND回路213の出力は“0”となり、端子AとBの信号の位相差が、バッファ1段分の遅延に相当していることがわかる。なお、図8のTDCでは、端子Aに入力される信号の立ち上がりエッジよりも端子Bに入力される信号の立ち上がりエッジの方が時間的に遅れている場合の2つの信号の位相差を検出する。   As an example of the operation in FIG. 8, for example, when a signal input to the terminal B rises after a delay time such as a phase separation of one stage of the buffer from the rising edge of the signal input to the terminal A, The signal (High level) input to the terminal A has already propagated for one stage of the buffer at the time of the rise of the signal commonly input to the clock terminals of, and the output of the first stage buffer 211 is “1”. However, the outputs of the buffers 211 in the second and subsequent stages are all “0”. Therefore, the output of the AND circuit 213 receiving the output of the first stage FF 212 and the output of the second stage FF 212 is “1”, the outputs of all the remaining AND circuits 213 are “0”, and the terminal A It can be seen that the phase difference of the B signal corresponds to the delay of one stage of the buffer. 8 detects the phase difference between two signals when the rising edge of the signal input to the terminal B is delayed in time from the rising edge of the signal input to the terminal A. .

図6、図7に示した構成の場合、リファレンスクロック信号FREFと、VCOの出力クロックFVCOをN分周した信号FCKVを入力とするPFD201の出力UP/DNの幅(FREFとFCKVの位相差)を、TDC203にて測定しデジタル・コード化(Lビット信号)している。この場合、UPやDNの幅は、リファレンスクロック信号FREFの周期程度まで拡大する場合がある。これに応じて、TDC203の位相誤差検出範囲(バッファ段数、FF段数、AND回路の個数、バス幅)も拡大する必要がある。精度を保ったまま位相誤差検出範囲を広げる場合、長時間の測定が可能なTDCが必要となり、大量の遅延素子とFFが必要となり、回路面積が増加し、消費電力も増大する。   6 and FIG. 7, the width of the output UP / DN of the PFD 201 that receives the reference clock signal FREF and the signal FCKV obtained by dividing the output clock FVCO of the VCO by N (phase difference between FREF and FCKV). Is measured by the TDC 203 and digitally encoded (L-bit signal). In this case, the width of UP or DN may be expanded to about the cycle of the reference clock signal FREF. Accordingly, the phase error detection range (the number of buffer stages, the number of FF stages, the number of AND circuits, and the bus width) of the TDC 203 needs to be expanded. When the phase error detection range is expanded while maintaining accuracy, a TDC capable of long-time measurement is required, a large amount of delay elements and FFs are required, the circuit area is increased, and the power consumption is also increased.

図6、図7の構成とは別に、図9に示すような構成も提案されている(特許文献1の図4から引用)。図7の回路では、FREFとFCKVの位相差の全てをTDC203にて測定する構成であるのに対して図9の構成は、カウンタ404と遅延ライン401を用いることで同一の機能を実現するものである。   Apart from the configurations of FIGS. 6 and 7, a configuration as shown in FIG. 9 is also proposed (cited from FIG. 4 of Patent Document 1). In the circuit of FIG. 7, all the phase differences between FREF and FCKV are measured by the TDC 203, whereas the configuration of FIG. 9 realizes the same function by using the counter 404 and the delay line 401. It is.

図9を参照すると、PFD+TDCは、遅延列(Delay−Line)401、コントロールロジック402、サンプラ403、カウンタ404、加算器405、オフセット制御406を備えている。分周器(DIV)は、プリスケーラ407、プログラムカウンタ408、スワロウカウンタ(パルス・スワロカウンタ)409を備えている。DCOの出力VDCOを入力とする分周器DIVの出力(図9ではVPRE)をクロック入力とするカウンタ404にて、VREFとVDIV間の広範囲な位相差を相対的に粗い精度で測定し、その間(すなわちVREFとVPRE間)の精細な位相差を、遅延列401で高精度に測定する。カウンタ404のクロックとしてDIVのプリスケーラ407の出力VPREを用いる。   Referring to FIG. 9, the PFD + TDC includes a delay sequence (Delay-Line) 401, a control logic 402, a sampler 403, a counter 404, an adder 405, and an offset control 406. The frequency divider (DIV) includes a prescaler 407, a program counter 408, and a swallow counter (pulse swallow counter) 409. A wide range of phase difference between VREF and VDIV is measured with a relatively coarse accuracy by a counter 404 that receives the output of the divider DIV (VPRE in FIG. 9) as an input to the output VDCO of the DCO. A fine phase difference (that is, between VREF and VPRE) is measured with high accuracy by the delay train 401. The output VPRE of the DIV prescaler 407 is used as the clock of the counter 404.

ADPLLがロックした場合、VPREの出力もロックする。したがって、これをクロックとして、カウンタ404でカウントした位相差と時間との関係が一意的に決まる。サンプラ403により、VREFをVPREでサンプリングして同期化し、カウンタ404のスタート信号とし、VDIVは、カウンタ404のエンド信号とする。これにより、VPREの精度で、VREF・VDIV間の位相差を測定する。VREFとVPREの位相差を遅延列401で測定する。コントロールロジック402は、カウンタ404と遅延列401で測定した位相差を合成する。オフセット回路(加算器405、オフセットコントロール406)は、ADPLLロック時のVREFとVDIVの位相関係を調整する。   When the ADPLL is locked, the VPRE output is also locked. Therefore, using this as a clock, the relationship between the phase difference counted by the counter 404 and time is uniquely determined. The sampler 403 samples and synchronizes VREF with VPRE and uses it as a start signal for the counter 404, and VDIV serves as an end signal for the counter 404. Thereby, the phase difference between VREF and VDIV is measured with the accuracy of VPRE. The phase difference between VREF and VPRE is measured by the delay train 401. The control logic 402 combines the phase differences measured by the counter 404 and the delay train 401. The offset circuit (adder 405, offset control 406) adjusts the phase relationship between VREF and VDIV when the ADPLL is locked.

図9の構成によれば、長時間の測定が必要なくなり、TDCが大規模化することを防ぐことができる。   According to the configuration of FIG. 9, it is not necessary to perform long-time measurement, and it is possible to prevent the TDC from becoming large-scale.

また、図9の構成によれば、常にVPRE1クロック以内をTDCの測定精度で補間する動作となるので精度を保つこともできる。   In addition, according to the configuration of FIG. 9, the operation can always be interpolated within the VPRE 1 clock with the TDC measurement accuracy, so that the accuracy can be maintained.

なお、特許文献2の図1には、TDCと、DCOと、リファレンスクロックをDCOの出力でサンプルするフリップフロップと、2つのアキュムレータと、DCO周期正規化回路と、位相誤差検出器と、デジタル・フィルタと、DCOゲイン正規化回路を有する構成が開示されている。   In FIG. 1 of Patent Document 2, a TDC, a DCO, a flip-flop that samples a reference clock at the output of the DCO, two accumulators, a DCO cycle normalization circuit, a phase error detector, a digital A configuration having a filter and a DCO gain normalization circuit is disclosed.

特開2009−268047号公報JP 2009-268047 A 特開2002−76886号公報JP 2002-76886 A

以下に関連技術の分析を与える。   The analysis of related technology is given below.

図6の構成においては、検出精度を保ったまま位相検出幅を幅広くするためには、長時間対応(フリップフロップ+遅延回路が大量)のTDCが必要となり、回路面積の点、及び消費電力の点で問題となる。   In the configuration of FIG. 6, in order to widen the phase detection width while maintaining the detection accuracy, a TDC corresponding to a long time (a large number of flip-flops + delay circuits) is required, and the circuit area and power consumption are reduced. This is a problem.

位相変調が必要となるような特別な環境(RFアプリケーション)ではなく、LSI内部配置されるデジタル回路制御クロック生成器としてのADPLLへの適用を考えれば、位相検出精度(TDCによる精細な位相差の検出)を保ったままの状態で広い位相検出範囲に対応する必要はない。つまり、ロック状態にあるFREFとFDIVの位相が近い状態でのみ、精細(fine)な位相差の結果が必要であり、位相差が離れたところでは、精細な位相差が要求されることは少ない。   Considering application to ADPLL as a digital circuit control clock generator placed inside an LSI, rather than a special environment (RF application) where phase modulation is required, phase detection accuracy (fine phase difference by TDC) It is not necessary to support a wide phase detection range while keeping (detection). In other words, a fine phase difference result is required only when the phases of FREF and FDIV in the locked state are close to each other, and a fine phase difference is rarely required where the phase difference is far away. .

位相差の小さい場合にのみ、TDCの分解能が必要である場合、図6の構成のままでも優位性を向上することは可能である。例えば、位相差が離れた箇所のTDCの単位遅延素子(バッファ)の単位遅延時間(バッファ1段あたりの遅延時間)を増大させることで、TDCの全体の遅延素子の段数を減らす効果がある。   If the resolution of TDC is required only when the phase difference is small, the superiority can be improved even with the configuration of FIG. For example, by increasing the unit delay time (delay time per buffer stage) of the TDC unit delay elements (buffers) at locations where the phase difference is separated, there is an effect of reducing the total number of delay elements of the TDC.

例えば図10に示すように、AとBの位相差が大の位置に対応する単位遅延素子(後段側に位置すrバッファ)の単位遅延時間を2αとしている。ただし、αはAとBの位相差が小さい場合に対応する単位遅延素子の遅延時間である。すなわち、αはTDCの入力端子A、Bに近い方に配置される単位遅延素子の遅延時間である。   For example, as shown in FIG. 10, the unit delay time of a unit delay element (r buffer positioned on the rear stage side) corresponding to a position where the phase difference between A and B is large is 2α. Here, α is the delay time of the unit delay element corresponding to the case where the phase difference between A and B is small. That is, α is the delay time of the unit delay element arranged closer to the input terminals A and B of the TDC.

しかしながら、図10の構成は、TDCの面積削減に大きく寄与するものとはいえない。   However, it cannot be said that the configuration of FIG. 10 greatly contributes to the area reduction of the TDC.

位相差の検出精度を保ったまま、位相検出範囲を広げる手法について、図9の構成がある。しかしながら、図9の構成では、別途、位相誤差を測定するカウンタと、その制御ブロックが別途必要となり、回路構成が複雑化する。また、VREFとVDIVの位相差が近い場合などは、カウンタ404のカウント動作の開始(Start)、停止(End)の制御を高速に行う必要がある。このため、別途回路の工夫が必要となる。   As a method for expanding the phase detection range while maintaining the detection accuracy of the phase difference, there is a configuration shown in FIG. However, the configuration of FIG. 9 requires a separate counter for measuring the phase error and its control block, which complicates the circuit configuration. Further, when the phase difference between VREF and VDIV is close, it is necessary to control the start (Stop) and stop (End) of the count operation of the counter 404 at high speed. For this reason, the device of a circuit is needed separately.

したがって、本発明の目的は、精度、処理スピード等必要な特性を満たしつつ、回路構成を簡素化し、省面積化を可能とするデジタルPLLを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a digital PLL that can simplify the circuit configuration and reduce the area while satisfying necessary characteristics such as accuracy and processing speed.

前記課題を解決する本発明が概略以下の構成とされる。   The present invention for solving the above-described problems is generally configured as follows.

本発明によれば、リファレンスクロック信号と分周クロック信号を入力し前記リファレンスクロック信号と前記分周クロック信号の位相差を検出する時間デジタル変換器と、
位相誤差演算器と、
前記位相誤差演算器から出力される位相誤差を平滑化するデジタルフィルタと、
前記デジタルフィルタからの出力信号により発振周波数が可変され該周波数の出力クロック信号を出力するデジタル制御発振器と、
前記デジタル制御発振器からの前記出力クロック信号を予め定められた正整数Nで分周した前記分周クロック信号を出力するN分周器と、
前記N分周器内のカウンタ値を前記リファレンスクロック信号に応答して捕獲するレジスタと、
を備え、
前記時間デジタル変換器の位相差の測定範囲が、前記出力クロック信号の1クロックサイクル以内とされ、
前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が、絶対値で、前記出力クロック信号の1クロックサイクル以上では、前記時間デジタル変換器の出力は0とされ、前記位相誤差演算器では、前記レジスタに捕獲されたカウンタ値を用いて、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相誤差を演算し、
前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が、絶対値で、前記出力クロック信号の1クロックサイクル未満の場合、前記レジスタに捕獲されたカウンタ値は0とされ、前記位相誤差演算器では、前記時間デジタル変換器の出力を用いて、前記位相誤差を演算するデジタル位相同期ループ回路が提供される。
According to the present invention, a time digital converter that receives a reference clock signal and a divided clock signal and detects a phase difference between the reference clock signal and the divided clock signal;
A phase error calculator;
A digital filter for smoothing the phase error output from the phase error calculator;
A digitally controlled oscillator that varies an oscillation frequency by an output signal from the digital filter and outputs an output clock signal of the frequency;
An N divider for outputting the divided clock signal obtained by dividing the output clock signal from the digitally controlled oscillator by a predetermined positive integer N;
A register that captures a counter value in the N divider in response to the reference clock signal;
With
The phase difference measurement range of the time digital converter is within one clock cycle of the output clock signal;
When the phase difference between the frequency-divided clock signal and the reference clock signal is an absolute value and the output clock signal is one clock cycle or more, the output of the time digital converter is 0, and the phase error calculator Using the counter value captured in the register, the phase error between the divided clock signal and the reference clock signal is calculated,
When the phase difference between the divided clock signal and the reference clock signal is an absolute value and less than one clock cycle of the output clock signal, the counter value captured in the register is set to 0, and the phase error calculator A digital phase-locked loop circuit is provided for computing the phase error using the output of the time digital converter.

本発明においては、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号のうちの一方の信号で他方の信号をサンプルした結果を、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の進み/遅れを表す符号情報として出力するフリップフロップを備え、
前記時間デジタル変換器は、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が、前記出力クロック信号の1クロックサイクル未満の場合、前記出力クロック信号の1クロックサイクルに対する割合に換算した小数値を出力し、
前記位相誤差演算器は、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が、前記出力クロック信号の1クロックサイクル以上であれば、前記レジスタでサンプルしたカウンタ値と前記符号情報に基づき、符号付き整数値の位相誤差を出力し、
前記位相差が、前記出力クロック信号の1クロックサイクル未満であれば、前記時間デジタル変換器から出力される小数値と前記符号情報に基づき、符号付き小数値の位相誤差を出力する。
In the present invention, the result obtained by sampling the other signal with one of the divided clock signal and the reference clock signal is used as code information representing the advance / lag of the divided clock signal and the reference clock signal. It has a flip-flop to output,
When the phase difference between the frequency-divided clock signal and the reference clock signal is less than one clock cycle of the output clock signal, the time digital converter converts a decimal value converted into a ratio to one clock cycle of the output clock signal. Output,
If the phase difference between the frequency-divided clock signal and the reference clock signal is one clock cycle or more of the output clock signal, the phase error calculator calculates a code based on the counter value sampled by the register and the code information. Output integer phase error with
If the phase difference is less than one clock cycle of the output clock signal, a phase error of a signed decimal value is output based on the decimal value output from the time digital converter and the sign information.

本発明によれば、精度、処理スピード等必要な特性を満たしつつ、回路構成を簡素化し、省面積化を可能としている。   According to the present invention, the circuit configuration is simplified and the area can be saved while satisfying necessary characteristics such as accuracy and processing speed.

本発明の一実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の動作を説明するタイミング図である。It is a timing diagram explaining operation | movement of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の動作を説明するタイミング図である。It is a timing diagram explaining operation | movement of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態を説明する図である。It is a figure explaining one Embodiment of this invention. アナログPLLの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an analog PLL. ADPLLの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of ADPLL. 図6のP2Dの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of P2D of FIG. TDCの基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of TDC. 特許文献1の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of patent document 1. FIG. TDCの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of TDC.

本発明の一実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態のADPLL回路の構成を示す図である。図1を参照すると、本実施形態のADPLL回路は、出力クロック信号FOの1クロックサイクル(1周期)以内の位相差測定範囲で、リファレンスクロック信号FREFと分周クロック信号FDの位相差を検出するTDC101と、FRとFDの位相の進み遅れを検出し符号情報(sign)を出力するフリップフロップ103と、位相誤差演算器102と、位相誤差演算器102の出力を受け平滑化するデジタル・フィルタ104と、デジタル・フィルタ104からの信号を受け発振周波数を可変制御するデジタル制御発振器(DCO)105と、DCO105の出力クロック信号FOをN分周するN分周器106と、N分周器106の内部変数(カウンタ値)をリファレンスクロック信号FRによって捕獲(キャプチャ)するレジスタ107と、を備えている。分周器106から出力される分周クロック信号FDは、TDC101に入力され、リファレンスクロック信号FRとの位相差が0となるように制御が行われ、ロック時に、安定した出力クロック信号FOを得る。   An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ADPLL circuit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the ADPLL circuit of the present embodiment detects the phase difference between the reference clock signal FREF and the divided clock signal FD within the phase difference measurement range within one clock cycle (one cycle) of the output clock signal FO. TDC 101, flip-flop 103 that detects the advance and delay of the phase of FR and FD and outputs code information (sign), phase error calculator 102, and digital filter 104 that receives and smooths the output of phase error calculator 102 A digitally controlled oscillator (DCO) 105 that receives a signal from the digital filter 104 and variably controls the oscillation frequency, an N divider 106 that divides the output clock signal FO of the DCO 105 by N, and an N divider 106 A register that captures an internal variable (counter value) with a reference clock signal FR It is provided with a 07, a. The frequency-divided clock signal FD output from the frequency divider 106 is input to the TDC 101 and controlled so that the phase difference from the reference clock signal FR becomes 0, and a stable output clock signal FO is obtained when locked. .

FF103は、リファレンスクロック信号FRをデータ端子に入力し、分周クロック信号FDをクロック端子に入力し、分周クロック信号FDの立ち上がりエッジでリファレンスクロック信号FRを捕獲(キャプチャ)し、捕獲結果を出力端子Qから符号情報(sign)として出力する。分周クロック信号FDの立ち上がり時点でリファレンスクロック信号FRがすでにHigh(1)に立ち上がっているときは、FF103はその出力端子QからHigh(1)を出力する(FDの方がFRよりも位相が遅れている)。分周クロック信号FDの立ち上がり時点で、リファレンスクロック信号FRがHighに立ち上がっていず、Low(0)であるときは、FF103はその出力端子QからLow(0)を出力する(FDの方がFRよりも位相が進んでいる)。なお、リファレンスクロック信号FRのデューティが例えば50%の場合、FDとFRの位相差が±180度以上離れている場合には、FF103では、FDとFRの進み・遅れを正しく検出できない。分周クロック信号FDとリファレンスクロック信号FRは、例えばデューティが50%よりもさらに小さい場合、FF103によるFDとFRの位相差の検出可能範囲は狭まる。なお、FF103のデータ端子に分周クロック信号FD、クロック端子にリファレンスクロック信号FRを入力する構成としてもよい。ただし、この場合、FDのデューティも例えば50%とする。   The FF 103 inputs the reference clock signal FR to the data terminal, inputs the divided clock signal FD to the clock terminal, captures the reference clock signal FR at the rising edge of the divided clock signal FD, and outputs the capture result Output from the terminal Q as code information (sign). When the reference clock signal FR has already risen to High (1) at the rise of the divided clock signal FD, the FF 103 outputs High (1) from its output terminal Q (the phase of FD is higher than that of FR). Running late). When the reference clock signal FR does not rise to High at the time of rising of the divided clock signal FD and is Low (0), the FF 103 outputs Low (0) from its output terminal Q (FD is FR) Phase is more advanced). When the duty of the reference clock signal FR is 50%, for example, when the phase difference between FD and FR is more than ± 180 degrees, the FF 103 cannot correctly detect the advance / delay of the FD and FR. For example, when the duty of the divided clock signal FD and the reference clock signal FR is smaller than 50%, the detectable range of the phase difference between FD and FR by the FF 103 is narrowed. Note that the frequency-divided clock signal FD may be input to the data terminal of the FF 103 and the reference clock signal FR may be input to the clock terminal. In this case, however, the duty of the FD is also set to 50%, for example.

位相誤差演算器(位相差検出器)102は、TDC101の出力(小数:絶対値)と、FF103から出力される符号情報(sign)と、レジスタ107からのカウンタ値(整数:絶対値)を入力し、リファレンスクロック信号FRと分周クロック信号FDの位相誤差φEを演算してデジタル・フィルタ104に出力する。   The phase error calculator (phase difference detector) 102 inputs the output (decimal number: absolute value) of the TDC 101, the sign information (sign) output from the FF 103, and the counter value (integer: absolute value) from the register 107. The phase error φE between the reference clock signal FR and the divided clock signal FD is calculated and output to the digital filter 104.

本実施形態のADPLL回路は、例えばLSIに搭載されるクロックジェネレータとして用いて好適とされ、該ADPLL回路と同一のLSIチップ上に搭載されるデジタルブロックに出力クロック信号を供給する。   The ADPLL circuit of this embodiment is suitable for use as a clock generator mounted on an LSI, for example, and supplies an output clock signal to a digital block mounted on the same LSI chip as the ADPLL circuit.

本実施形態においては、リファレンスクロック信号FRと分周クロック信号FDの位相が近い状態でのみ(したがって、ほぼロック状態にある場合)、精細(fine)な位相差の結果が必要となる適用を想定し、前述した図9の構成を、より簡素化した回路構成とすることで、回路面積、及び、処理スピード等に関してデメリットのないADPLLを実現している。   In the present embodiment, an application is assumed in which a fine phase difference result is required only when the phases of the reference clock signal FR and the divided clock signal FD are close to each other (and therefore almost in a locked state). However, by making the configuration of FIG. 9 described above a simplified circuit configuration, an ADPLL having no disadvantages in terms of circuit area, processing speed, and the like is realized.

本実施形態においては、2つの入力の位相差を相対的に比較し該位相差をデジタル化する方式(「相対比較方式」という)を採用し、関連技術等において、分周回路としてのみ機能していたフィードバック分周回路(1/N)を整数部分の位相誤差測定回路として用いる。   In this embodiment, a method of relatively comparing the phase difference between two inputs and digitizing the phase difference (referred to as a “relative comparison method”) is employed, and functions only as a frequency divider circuit in related technologies. The feedback frequency dividing circuit (1 / N) that has been used is used as the phase error measuring circuit for the integer part.

本実施形態によれば、関連技術の相対比較方式と比較して、位相比較結果UP/DNを生成するPFD回路は、必要なくなり、リファレンスクロック信号FRと分周クロック信号FDの位相差を検出するTDCも、小数部(出力クロックFOの1クロックサイクル以下の時間長)のみを検出できればよく、追加のカウンタ(図9の404)も必要とされない。   According to the present embodiment, the PFD circuit that generates the phase comparison result UP / DN is not necessary as compared with the relative comparison method of the related art, and the phase difference between the reference clock signal FR and the divided clock signal FD is detected. The TDC only needs to be able to detect only the decimal part (time length of one clock cycle or less of the output clock FO), and no additional counter (404 in FIG. 9) is required.

かかる構成としたことにより、本実施形態によれば、特許文献2の図1の構成における2つのアキュムレータ(特許文献2の102、118)やDCO周期正規化処理(NORM)等の煩雑な処理が不必要となり、逓倍値をカウントするカウンタが必要とされるだけであり、このカウンタを、図1のN分周器106のカウンタと共用したことにより、特許文献2の図1等の構成と較べ、特段に回路構成の簡素化を実現している。すなわち、本実施形態においては、相対比較で問題となる、整数部の位相誤差検出を、N分周器106の内部変数(カウンタ値)から得ている。   With this configuration, according to the present embodiment, complicated processing such as the two accumulators (102 and 118 of Patent Document 2) and the DCO cycle normalization process (NORM) in the configuration of FIG. Only a counter that counts the multiplication value is required, and this counter is shared with the counter of the N frequency divider 106 of FIG. 1, so that it is compared with the configuration of FIG. In particular, the circuit configuration has been simplified. That is, in the present embodiment, the phase error detection of the integer part, which is a problem in relative comparison, is obtained from the internal variable (counter value) of the N frequency divider 106.

本実施形態では、図6に示した相対比較ADPLLに対して、レジスタ(N分周器106のカウンタ値のビット数分の個数のフリップフロップ)107が追加されており、図7のPFD201は除去されている。なお、図1のFR、FDは、図6のリファレンスクロック信号FREF、分周クロック信号FCKVに対応する。   In this embodiment, registers (flip-flops corresponding to the number of bits of the counter value of the N divider 106) 107 are added to the relative comparison ADPLL shown in FIG. 6, and the PFD 201 in FIG. 7 is removed. Has been. Note that FR and FD in FIG. 1 correspond to the reference clock signal FREF and the divided clock signal FCKV in FIG. 6.

PLLとして、まず必要な情報は、リファレンスクロック信号FRと分周クロック信号FDのエッジ(例えば立ち上がりエッジ)間に、どの程度位相差があるかということである。図6、図7、図9、図10等の関連技術においては、この位相誤差を検出するために、TDCもしくはカウンタ等を用いている。   As the PLL, the first necessary information is how much the phase difference is between the edges (for example, the rising edge) of the reference clock signal FR and the divided clock signal FD. In related technologies such as FIG. 6, FIG. 7, FIG. 9, and FIG. 10, a TDC or a counter is used to detect this phase error.

本願発明者等は、N分周器106内にすでに分周クロック信号FDの位相情報をもつカウンタ値が存在することに着目し、比較すべきもう一方の信号であるリファレンスクロック信号FRにて、N分周器106の内部変数(外部に出力されない回路内部の変数値)であるカウンタ値を捕獲(キャプチャ)することで、上記関連技術と同様の位相差が得られることを知見した。つまり、以下のような動作と処理を行なうことで、位相差情報が得られる。   The inventors of the present application pay attention to the fact that the counter value having the phase information of the divided clock signal FD already exists in the N divider 106, and in the reference clock signal FR that is the other signal to be compared, It has been found that a phase difference similar to that in the related art can be obtained by capturing a counter value that is an internal variable of the N divider 106 (a variable value inside the circuit that is not output to the outside). That is, the phase difference information can be obtained by performing the following operations and processes.

通常、N分周器106は逓倍値(=分周値)Nが設定され、DCO105からの出力クロックFOを逓倍値分カウントアップしていき、カウント値=(逓倍値−1)となった際に、次に出力クロック信号FOの立ち上がりエッジに同期して分周クロック信号FDのクロックパルス(Highパルス)の立ち上がりエッジ(リーディングエッジ)を生成出力する。   Normally, the N divider 106 is set to a multiplication value (= divided value) N, and when the output clock FO from the DCO 105 is counted up by the multiplication value, the count value = (multiplication value-1). Next, the rising edge (leading edge) of the clock pulse (High pulse) of the divided clock signal FD is generated and output in synchronization with the rising edge of the output clock signal FO.

逓倍値Nが8の場合(DCO105の出力クロック信号FOの周波数が分周クロック信号FDの周波数の8逓倍)、N分周器106におけるカウンタ動作について、図2及び図3のタイミング図を参照して説明する。なお、特に制限されないが、DCO105の出力クロック信号FO、リファレンスクロック信号FRはデューティ=50%、分周クロック信号FDのデューティは12.5%であるが、この値に限定されるものでない。分周クロック信号FDのデューティを50%としてもよい。   When the multiplication value N is 8 (the frequency of the output clock signal FO of the DCO 105 is 8 times the frequency of the divided clock signal FD), the counter operation in the N divider 106 will be described with reference to the timing charts of FIGS. I will explain. Although not particularly limited, the output clock signal FO and the reference clock signal FR of the DCO 105 have a duty of 50% and the duty of the divided clock signal FD is 12.5%, but are not limited to these values. The duty of the divided clock signal FD may be 50%.

8分周回路106は逓倍値=8が設定され、DCO105からの出力クロック信号FOの立ち上がりエッジに応答して0からカウントアップしていき、カウント値=(逓倍値−1)=7となると、次の出力クロック信号FOの立ち上がりエッジに応答してカウント値は0に戻り、0から7の間を昇順に循回的にカウント動作する。なお、N分周器106は、(N−1)から0にカウントダウン動作するダウンカウンタであってもよい。   In the frequency dividing circuit 106, the multiplication value = 8 is set, and the count up from 0 in response to the rising edge of the output clock signal FO from the DCO 105. When the count value = (multiplication value-1) = 7, In response to the rising edge of the next output clock signal FO, the count value returns to 0, and the counting operation is performed cyclically between 0 and 7 in ascending order. Note that the N frequency divider 106 may be a down counter that counts down from (N−1) to 0.

図2において、出力クロック信号FOの各Highパルスの下の数字0、1、2・・7、0、1・・・は、N分周器106のカウンタ値である。図2に示すように、出力クロック信号FOをカウントするN分周器106でのカウンタ値がN−1=7となり、次の出力クロック信号FOの立ち上がりエッジに応答してカウンタ値が「7」から「0」に変化する時に、分周クロック信号FDのクロックパルスの立ち上がりエッジ(パルスの先端のエッジ(リーディングエッジ))が生成される。N分周器106内部のカウンタにおいてカウント値=0が、分周クロック信号FDの位相データとなる。特に制限されないが、出力クロック信号FOを8分周した分周クロック信号FDのデューティは12.5%とする。この場合、出力クロック信号FOをカウントするN分周器106でのカウンタ値が「1」となる時に、分周クロック信号FDのHighパルスの立ち下りエッジ(パルスの後端のエッジ(トレイリングエッジ))が生成される。N分周器106において、カウンタ値の「7」から「0」への変化に応答して出力がHigh(1)にセットされ、カウンタ値の「0」から「7」への変化に応答して出力がLow(0)にリセットされるSRフリップフロップ等を備えることで、図2の分周クロック信号FDが生成される。なお、分周クロック信号FDのデューティを50%とする場合、SRフリップフロップは、カウンタ値の「7」から「0」への変化に応答して出力がHigh(1)にセットされ、カウンタ値の「3」から「4」への変化に応答して出力がLow(0)にリセットされる。   In FIG. 2, the numbers 0, 1, 2,..., 0, 1... Below each High pulse of the output clock signal FO are counter values of the N divider 106. As shown in FIG. 2, the counter value in the N divider 106 that counts the output clock signal FO is N−1 = 7, and the counter value is “7” in response to the rising edge of the next output clock signal FO. When the signal changes from “0” to “0”, the rising edge of the clock pulse of the divided clock signal FD (the leading edge of the pulse (leading edge)) is generated. In the counter inside the N frequency divider 106, the count value = 0 is the phase data of the divided clock signal FD. Although not particularly limited, the duty of the divided clock signal FD obtained by dividing the output clock signal FO by 8 is 12.5%. In this case, when the counter value in the N divider 106 that counts the output clock signal FO becomes “1”, the falling edge of the high pulse of the divided clock signal FD (the trailing edge of the pulse (trailing edge) )) Is generated. In the N divider 106, the output is set to High (1) in response to the change of the counter value from “7” to “0”, and in response to the change of the counter value from “0” to “7”. By providing an SR flip-flop or the like whose output is reset to Low (0), the divided clock signal FD in FIG. 2 is generated. When the duty of the frequency-divided clock signal FD is 50%, the SR flip-flop sets the output to High (1) in response to the change of the counter value from “7” to “0”, and the counter value The output is reset to Low (0) in response to the change from “3” to “4”.

図3において、出力クロック信号FOの立ち上がりエッジの下の数字0、1、2・・7、0、1・・・はN分周器106のカウンタ値である。図3に示すように、N分周器106のカウンタ値を、リファレンスクロック信号FRで捕獲することで、リファレンスクロック信号FRと分周クロック信号FDの位相差の整数部(FO何クロック分に相等するか換算した整数値)の位相誤差データを得ることができる。   3, numbers 0, 1, 2,..., 0, 1,... Below the rising edge of the output clock signal FO are counter values of the N divider 106. As shown in FIG. 3, by capturing the counter value of the N divider 106 with the reference clock signal FR, an integer part of the phase difference between the reference clock signal FR and the divided clock signal FD (equal to the number of FO clocks) Phase error data) can be obtained.

図3において、リファレンスクロック信号FRの立ち上がりエッジが、1の矢印が示すように、カウンタ値「1」と「2」の間にあるとき、分周クロック信号FDは、リファレンスクロック信号FRよりも、出力クロック信号FOの1クロックサイクル+α(ただし、αは小数部:FOの1クロックサイクル未満)だけ位相が進んでいる。このとき、カウンタ値0での分周クロック信号FDの立ち上がり時に、リファレンスクロック信号FRはLowであるため、FF103から出力される符号情報(sign)はLow(0)とされる。分周クロック信号FDがリファレンスクロック信号FRよりも出力クロック信号FOのクロックサイクルの整数倍+α位相が進んでいる場合、位相誤差演算器102では、レジスタ107でキャプチャされたカウンタ値の整数部と、符号情報(sign)とに基づき、位相誤差を算出する。   In FIG. 3, when the rising edge of the reference clock signal FR is between the counter values “1” and “2” as indicated by the arrow 1, the divided clock signal FD is greater than the reference clock signal FR. The phase is advanced by one clock cycle + α of the output clock signal FO (where α is a fractional part: less than one clock cycle of FO). At this time, since the reference clock signal FR is Low at the rising edge of the divided clock signal FD at the counter value 0, the code information (sign) output from the FF 103 is Low (0). When the divided clock signal FD is an integer multiple of the clock cycle of the output clock signal FO + α phase with respect to the reference clock signal FR, the phase error calculator 102 has an integer part of the counter value captured by the register 107; A phase error is calculated based on the sign information (sign).

また、図3において、リファレンスクロック信号FRの立ち上がりエッジが2の矢印が示すように、カウンタ値「5」と「6」の間にあれば、分周クロック信号FDは、リファレンスクロック信号FRよりも、出力クロックFOに関して、2クロックサイクル+α(ただし、αは小数部)だけ、位相が遅れていることになる。カウンタ値0での分周クロック信号FDの立ち上がり時、リファレンスクロック信号FRは既にHighに立ち上がっているため(FRは、2の矢印に対応するカウンタ値「5」と「6」の間でHighに立ち上がり、カウンタ値「1」と「2」の間でLowに立ち下がる)、FF103から出力される符号情報(sign)はHigh(0)とされる。分周クロック信号FDがリファレンスクロック信号FRよりも出力クロック信号FOのクロックサイクルの整数倍+α(小数)だけ位相が遅れている場合、位相誤差演算器102では、レジスタ107でキャプチャされたカウンタ値の整数部と、符号情報(sign)とに基づき、位相誤差を算出する。図3において、リファレンスクロック信号FRの立ち上がりエッジ(2の矢印)により、レジスタ107に捕獲されるN分周器106のカウンタ値は「5」、FF103から出力される符号情報(sign)=1に基づき、以下のように算出する(後に図4を参照して詳説する)。   In FIG. 3, if the rising edge of the reference clock signal FR is between the counter values “5” and “6” as indicated by the arrow 2, the divided clock signal FD is higher than the reference clock signal FR. As for the output clock FO, the phase is delayed by 2 clock cycles + α (where α is a fractional part). When the divided clock signal FD rises at the counter value 0, the reference clock signal FR has already risen to High (FR is High between the counter values “5” and “6” corresponding to the arrow 2). The sign information (sign) output from the FF 103 is set to High (0), rising and falling to Low between the counter values “1” and “2”. When the phase of the divided clock signal FD is delayed from the reference clock signal FR by an integer multiple of the clock cycle of the output clock signal FO + α (decimal number), the phase error calculator 102 calculates the counter value captured by the register 107. A phase error is calculated based on the integer part and the sign information (sign). In FIG. 3, the counter value of the N frequency divider 106 captured by the register 107 is “5” and the code information (sign) output from the FF 103 is 1 by the rising edge (arrow 2) of the reference clock signal FR. Based on this, it is calculated as follows (detailed later with reference to FIG. 4).

位相誤差=5+(−(8−1))=5−7=−2   Phase error = 5 + (-(8-1)) = 5-7 = -2

本実施形態において、リファレンスクロック信号FRと分周クロック信号FDの位相差が、出力クロック信号FOの1クロックサイクル以内(小数)であれば、その位相差はTDC101で検出される。TDC101は、端子A、Bの信号の立ち上がりエッジの位相差を検出するための端子遅延回路の段数(例えば図8のバッファ211の段数)として、出力クロックFOの1クロックサイクル分の長さがあればよい。   In the present embodiment, if the phase difference between the reference clock signal FR and the divided clock signal FD is within one clock cycle (decimal) of the output clock signal FO, the phase difference is detected by the TDC 101. The TDC 101 has a length corresponding to one clock cycle of the output clock FO as the number of stages of the terminal delay circuit (for example, the number of stages of the buffer 211 in FIG. 8) for detecting the phase difference between the rising edges of the signals at the terminals A and B. That's fine.

リファレンスクロック信号FRと分周クロック信号FDの位相差が、出力クロック信号FOの1クロックサイクル以上ある場合(位相差が1以上の場合)、測定レンジオーバーとなり、TDC101は、その位相差を測定できず0を出力する。例えば図8のTDCにおいて、端子Bに入力される信号が、端子Aに入力された信号の立ち上がりエッジから、TDCのバッファ211の全段数の遅延時間の和(FOの1クロックサイクルの時間に相等)よりもさらに遅延して立ち上がる場合、端子Aから入力された信号は、端子Bから各FF212のクロック端子に共通入力される信号の立ち上がり時点で全てのバッファ212を伝播し終わっており、全段のバッファ211の出力は全て“1”である。このため、端子Bの信号の立ち上がりに応答して全てのFF212は“1”をサンプルする。前段のFF212の出力と後段のFF212の出力の反転を受ける各AND回路213の出力は全て“0”となり、OUTにはデジタル値0が出力される。   When the phase difference between the reference clock signal FR and the divided clock signal FD is one clock cycle or more of the output clock signal FO (when the phase difference is 1 or more), the measurement range is over, and the TDC 101 can measure the phase difference. 0 is output. For example, in the TDC of FIG. 8, the signal input to the terminal B is equal to the sum of the delay times of all the stages of the TDC buffer 211 from the rising edge of the signal input to the terminal A (equal to the time of one clock cycle of the FO). ), The signal input from the terminal A has been propagated through all the buffers 212 at the time of the rising of the signal commonly input from the terminal B to the clock terminals of the FFs 212. The outputs of the buffer 211 are all “1”. Therefore, all the FFs 212 sample “1” in response to the rising edge of the signal at the terminal B. The outputs of the AND circuits 213 that receive the inversion of the output of the preceding FF 212 and the output of the succeeding FF 212 are all “0”, and a digital value 0 is output to OUT.

一方、リファレンスクロック信号FRと分周クロック信号FDの位相差が、出力クロック信号FOの1クロックサイクル以内の場合、該位相差に対応したバッファ211(単位遅延回路)の個数をバッファ211の総数で割った小数(絶対値)が位相差として出力される。図8のTDCにおけるバッファ211の総数をM、バッファ211の遅延時間をtd、DCO105の出力クロック信号FOの1周期をTO(制御信号により可変する)とすると、M×td≒TOの関係が成り立つ。リファレンスクロック信号FRと分周クロック信号FDの位相差がバッファ211のn段分に対応する場合、TDCは、n/Mを出力する。なお、TDC101は、FRとFDの位相差(FOの1クロックサイクル以内)の正負について、該位相差の絶対値を出力する。   On the other hand, when the phase difference between the reference clock signal FR and the divided clock signal FD is within one clock cycle of the output clock signal FO, the number of buffers 211 (unit delay circuits) corresponding to the phase difference is the total number of buffers 211. The divided decimal number (absolute value) is output as the phase difference. When the total number of buffers 211 in the TDC of FIG. 8 is M, the delay time of the buffer 211 is td, and one period of the output clock signal FO of the DCO 105 is TO (variable by the control signal), the relationship of M × td≈TO holds. . When the phase difference between the reference clock signal FR and the divided clock signal FD corresponds to n stages of the buffer 211, the TDC outputs n / M. The TDC 101 outputs the absolute value of the phase difference with respect to the positive / negative phase difference between FR and FD (within one clock cycle of FO).

なお、図8の構成では、端子Aに入力される信号の立ち上がりのタイミングが、端子Bに入力される信号の立ち上がりのタイミングよりも時間的に先行している場合、すなわち、端子Aの信号が端子Bの信号よりも位相が進んでいる場合に、端子AとBに入力される信号の立ち上がりエッジの位相差が検出可能であるが、端子Aに入力される信号の立ち上がりのタイミングが、端子Bに入力される信号の立ち上がりのタイミングよりも時間的に遅れている場合、すなわち端子Aの信号が端子Bの信号よりも位相が遅れている場合には、端子AとBに入力される信号の立ち上がりエッジの位相差は検出できない。図1のTDC101において、端子Aに入力されるリファレンスクロック信号FRの立ち上がりエッジが、端子Bに入力される分周クロック信号FDの立ち上がりエッジよりも時間的に遅れている場合の位相差を検出するには、TDC101において、図8の構成に加えて、端子Bに入力される信号を遅延させる複数段のバッファと、複数段のバッファのそれぞれの出力を、端子Aに入力される信号の立ち上がりエッジで共通にサンプルする複数のフリップフロップ(FF)と、複数のFFについて両隣のFFの出力の不一致を検出するための複数のAND回路(各AND回路はFFの出力と隣のFFの出力をインバータで反転した信号を入力)を備えた構成をさらに備え、複数のAND回路を並列化した値をバイナリ化デコーダ215でデコードする。かかる構成により、TDC101の端子AとBに入力されるリファレンスクロック信号FRの立ち上がりエッジと分周クロック信号FDの立ち上がりエッジの位相差に関して、FDがFRよりも位相が遅れている場合、及び、FDがFRよりも位相差が進んでいる場合のそれぞれについて、位相差を絶対値で出力することができる。   In the configuration of FIG. 8, when the rising timing of the signal input to the terminal A precedes the rising timing of the signal input to the terminal B, that is, the signal at the terminal A is When the phase is ahead of the signal at the terminal B, the phase difference between the rising edges of the signals input to the terminals A and B can be detected, but the rising timing of the signal input to the terminal A is When the signal input to B is delayed in time from the rising timing of the signal, that is, when the signal at terminal A is delayed in phase from the signal at terminal B, the signal input to terminals A and B The phase difference of the rising edge cannot be detected. 1 detects a phase difference when the rising edge of the reference clock signal FR input to the terminal A is behind the rising edge of the divided clock signal FD input to the terminal B. In the TDC 101, in addition to the configuration of FIG. 8, a plurality of buffers for delaying a signal input to the terminal B, and outputs of the plurality of buffers are used as rising edges of the signals input to the terminal A. A plurality of flip-flops (FF) that are sampled in common, and a plurality of AND circuits for detecting a mismatch between the outputs of both adjacent FFs for each of the plurality of FFs (each AND circuit is an inverter that outputs the output of the FF and the output of the adjacent FF) And a signal obtained by parallelizing a plurality of AND circuits by a binary decoder 215. To over de. With this configuration, when the phase difference between the rising edge of the reference clock signal FR and the rising edge of the divided clock signal FD input to the terminals A and B of the TDC 101 is lags behind the FR, and FD For each of the cases where the phase difference is more advanced than FR, the phase difference can be output as an absolute value.

N分周器106のカウンタ値をレジスタ107に捕獲するだけでは、ある整数値を捕獲するだけとなるので、捕獲したカウンタ値と、FF103から出力される遅れ/進みのsign信号(1、0)を用いて、位相誤差演算器102にて、図4に示すような特性として処理を行う。   If only the counter value of the N divider 106 is captured in the register 107, a certain integer value is captured. Therefore, the captured counter value and the delayed / advanced sign signal (1, 0) output from the FF 103 are captured. 4 is processed by the phase error calculator 102 as shown in FIG.

図4のカウンタ値、sign値、処理される位相誤差において、横軸は位相差(+、−)であり、縦軸は、それぞれ、カウンタ値、sign値、位相誤差(整数部)である。   In the counter value, the sign value, and the phase error to be processed in FIG. 4, the horizontal axis represents the phase difference (+, −), and the vertical axis represents the counter value, the sign value, and the phase error (integer part), respectively.

FF103は、分周クロック信号FDの立ち上がり時点でリファレンスクロック信号FRがHigh(1)、Low(0)のとき、FDとFRの位相差−、+に対応して、sign=High(1)、Low(0)をそれぞれ出力する。   When the reference clock signal FR is High (1) and Low (0) at the rising time of the divided clock signal FD, the FF 103 corresponds to the phase difference − and + of FD and FR, sign = High (1), Low (0) is output.

位相誤差演算器102では、FF103から出力される符号情報(sign)のLow(=0)、High(=1)に対して、図4に示すように、sign値0、−(N−1)を割当てる。   In the phase error computing unit 102, as shown in FIG. 4, with respect to Low (= 0) and High (= 1) of the code information (sign) output from the FF 103, a sign value 0,-(N-1) Is assigned.

位相誤差演算器102では、レジスタ107で捕獲されたN分周器106のカウンタ値に、FDとFRの位相差の正負に応じて(すなわち、FF103から出力される符号情報(sign)の値0、1に応じて)、sign値0、−(N−1)を加算する。   In the phase error calculator 102, the value of the sign information (sign) output from the FF 103 is set to 0 according to the sign of the phase difference between the FD and FR, based on the counter value of the N frequency divider 106 captured by the register 107. 1), add the sign value 0,-(N-1).

カウンタ値+sign値の演算の結果、図4に示すように、位相誤差演算器102で「処理される位相誤差」は、FDとFRの位相差が負の場合、−(N−1)から0までの値(整数)、FDとFRの位相差が非負(正又は0)の場合、0から+(N−1)までの値(整数)となる。   As a result of the calculation of the counter value + sign value, as shown in FIG. 4, the “phase error to be processed” by the phase error calculator 102 is 0 from (N−1) when the phase difference between FD and FR is negative. If the phase difference between FD and FR is non-negative (positive or 0), the value is an integer from 0 to + (N-1).

位相誤差演算器102では、TDC101で検出された分周クロック信号FDとリファレンスクロック信号FRの位相差の小数部に対して、FF103から出力される符号情報(sign)のLow(=0)、High(=1)に応じて正、負の符号を付加し、位相誤差として出力する。なお、TDC101から0以外の小数部が出力される場合、レジスタ107で捕獲されたN分周器106のカウンタ値は「0」又は「7」、すなわち、リファレンスクロック信号FRの立ち上がりエッジが、図3の3の矢印の位置(カウンタ値0)から前後1クロックサイクル以内にある場合に対応している。例えばリファレンスクロック信号FRで捕獲したN分周器106のカウンタ値が「7」のとき、分周クロック信号FDは、リファレンスクロック信号FRよりも位相が遅れており、FF103から出力される符号情報(sign)はHighであり、位相誤差演算器102では、図4を参照して説明したように、カウンタ値+sign値(=−(8−1))を演算する。よって、処理される位相誤差の整数部は、7+(−7)=0となる。   In the phase error calculator 102, Low (= 0) of the sign information (sign) output from the FF 103, High for the fractional part of the phase difference between the divided clock signal FD and the reference clock signal FR detected by the TDC 101, Depending on (= 1), positive and negative signs are added and output as a phase error. When a fractional part other than 0 is output from the TDC 101, the counter value of the N divider 106 captured by the register 107 is “0” or “7”, that is, the rising edge of the reference clock signal FR is This corresponds to the case where the position is within one clock cycle before and after the position of the 3 arrow (counter value 0). For example, when the counter value of the N divider 106 captured by the reference clock signal FR is “7”, the divided clock signal FD is delayed in phase from the reference clock signal FR, and the code information ( sign) is High, and the phase error calculator 102 calculates the counter value + sign value (= − (8-1)) as described with reference to FIG. Therefore, the integer part of the processed phase error is 7 + (− 7) = 0.

またリファレンスクロック信号FRで捕獲したN分周器106のカウンタの値が「0」のとき、分周クロック信号FDはリファレンスクロック信号FRよりも位相が進んでいるか一致し、FF103から出力される符号情報(sign)はLowである。この場合、位相誤差演算器102では、図4を参照して説明したように、カウンタ値+sign値(=0)を演算し、処理される位相誤差の整数部は0+0=0となる。そして、位相誤差演算器102では、TDC101で検出された分周クロック信号FDとリファレンスクロック信号FRの位相差の小数部(絶対値)と、FF103から出力される符号情報(sign)に基づき、符号付きの小数を、位相誤差として、デジタル・フィルタ104に出力する。   When the counter value of the N divider 106 captured by the reference clock signal FR is “0”, the divided clock signal FD is in phase with the phase of the reference clock signal FR or coincides with the code output from the FF 103. The information (sign) is Low. In this case, as described with reference to FIG. 4, the phase error calculator 102 calculates the counter value + sign value (= 0), and the integer part of the phase error to be processed is 0 + 0 = 0. Then, the phase error calculator 102 calculates the code based on the decimal part (absolute value) of the phase difference between the divided clock signal FD and the reference clock signal FR detected by the TDC 101 and the code information (sign) output from the FF 103. The fractional number is output to the digital filter 104 as a phase error.

位相誤差演算器102において、
リファレンスクロック信号FRによってレジスタ107でサンプリングしたN分周器106のカウンタ値(整数部(絶対値))をCNT[k]とし、
FF103において分周クロック信号FDでサンプルされた符号情報signをsign[k](=1又は0)とし、
TDC101からの出力(小数(絶対値)をε[k]とすると、出力する位相誤差データφE[k]は、次式(1)、(2)で与えられる。ただし、kはサンプリングクロック(FR又はFD)にサンプリングの番号を表す。
In the phase error calculator 102,
The counter value (integer part (absolute value)) of the N frequency divider 106 sampled by the register 107 using the reference clock signal FR is CNT [k],
The sign information sign sampled by the frequency-divided clock signal FD in the FF 103 is set to sign [k] (= 1 or 0),
The output from the TDC 101 (assuming that the decimal number (absolute value) is ε [k], the output phase error data φE [k] is given by the following equations (1) and (2), where k is the sampling clock (FR Or FD) represents the sampling number.

符号情報sign[k]が0のとき、
φE[k]=CNT値[k]+ε[k] ・・・(1)
だだし、
0<ε[k]<1のとき、CNT値[k]は0であり、
ε[k]=0のとき、CNT値[k]は非負整数(正の整数又は0)である。
When the sign information sign [k] is 0,
φE [k] = CNT value [k] + ε [k] (1)
However,
When 0 <ε [k] <1, the CNT value [k] is 0,
When ε [k] = 0, the CNT value [k] is a non-negative integer (positive integer or 0).

符号情報sign[k]が1のとき、
φE[k]=CNT値[k]−(N−1)−ε[k] ・・・(2)
だだし、
0<ε[k]<1のとき、CNT値[k]−(N−1)は0であり、
ε[k]=0のとき、CNT値[k]−(N−1)は負の整数又は0である。
When the sign information sign [k] is 1,
φE [k] = CNT value [k] − (N−1) −ε [k] (2)
However,
When 0 <ε [k] <1, the CNT value [k] − (N−1) is 0,
When ε [k] = 0, the CNT value [k] − (N−1) is a negative integer or 0.

本実施形態においては、位相誤差の特性は、アナログPLLのPFDそのものの特性となるため、動作原理的に考えても、N分周器のカウンタ値を用いる点に問題はない。   In this embodiment, the phase error characteristic is the characteristic of the PFD of the analog PLL itself, so that there is no problem in using the counter value of the N frequency divider even in consideration of the operation principle.

本実施形態においては、図6のP2Dに必要とされていたPFDは不要とされ、TDCはリファレンスクロック信号FRと分周クロック信号FDの位相が一致する近傍の位相差が検出できればよいことから、回路構成は大規模とはならない。加えて、本実施形態においては、N分周器の内部変数であるカウンタ値を用いることで、カウンタも追加ブロックとして必要となることはない。   In the present embodiment, the PFD required for P2D in FIG. 6 is not necessary, and the TDC only needs to be able to detect a phase difference in the vicinity where the phases of the reference clock signal FR and the divided clock signal FD coincide with each other. The circuit configuration is not large. In addition, in this embodiment, the counter is not required as an additional block by using the counter value that is an internal variable of the N frequency divider.

さらに、本実施形態においては、N分周器のカウンタを使うことで、つねに動作しているカウンタから値を拾い上げるだけの動作となるため、図9に示した、カウンタ付きのP2Dで問題となるカウンタのSTART/ENDの高速制御等の問題を解決することができる。このため、本実施形態によれば、正確性(精度)の向上、及び、処理スピードの高速化を可能としている。上記の通り、より簡素な回路構成にて面積削減に貢献しつつ、関連技術と同等のADPLL特性と性能が得られる。   Further, in the present embodiment, since the operation of only picking up the value from the counter that is always operating is performed by using the counter of the N divider, there is a problem in the P2D with the counter shown in FIG. Problems such as high-speed control of the counter START / END can be solved. For this reason, according to the present embodiment, it is possible to improve accuracy (accuracy) and increase the processing speed. As described above, ADPLL characteristics and performance equivalent to those of related technologies can be obtained while contributing to area reduction with a simpler circuit configuration.

なお、上記の特許文献1、2の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。   The disclosures of Patent Documents 1 and 2 are incorporated herein by reference. Within the scope of the entire disclosure (including claims) of the present invention, the embodiment can be changed and adjusted based on the basic technical concept. Various combinations and selections of various disclosed elements are possible within the scope of the claims of the present invention. That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the technical idea.

11 PFD+CP
12 LF(ループフィルタ)
13 VCO
14 N分周器
21 P2D
22 デジタル・フィルタ(ループフィルタ)
23 DCO
24 N分周器
101 TDC
102 位相誤差演算器
103 FF
104 デジタル・フィルタ
105 DCO
106 N分周器
107 レジスタ(フリップフロップ)
201 PFD
202 NOR
203 TDC
204 FF
211 バッファ(単位遅延回路)
212 FF
213 AND
213 インバータ
215 バイナリ化デコーダ
401 Delay Line
402 Control Logic
403 Sampler
405 加算器
404 Counter
406 Offset Control
407 Prescaler
408 Program Counter
409 Swallow Counter
11 PFD + CP
12 LF (loop filter)
13 VCO
14 N divider 21 P2D
22 Digital filter (loop filter)
23 DCO
24 N frequency divider 101 TDC
102 Phase error calculator 103 FF
104 Digital filter 105 DCO
106 N divider 107 register (flip-flop)
201 PFD
202 NOR
203 TDC
204 FF
211 Buffer (Unit delay circuit)
212 FF
213 AND
213 Inverter 215 Binary decoder 401 Delay Line
402 Control Logic
403 Sampler
405 Adder 404 Counter
406 Offset Control
407 Prescaler
408 Program Counter
409 Swallow Counter

Claims (5)

リファレンスクロック信号と分周クロック信号を入力し前記リファレンスクロック信号と前記分周クロック信号の位相差を検出する時間デジタル変換器と、
位相誤差演算器と、
前記位相誤差演算器から出力される位相誤差を平滑化するデジタルフィルタと、
前記デジタルフィルタからの出力信号により発振周波数が可変され該周波数の出力クロック信号を出力するデジタル制御発振器と、
前記デジタル制御発振器からの前記出力クロック信号を予め定められた正整数Nで分周した前記分周クロック信号を出力するN分周器と、
前記N分周器内のカウンタ値を前記リファレンスクロック信号に応答して捕獲するレジスタと、
を備え、
前記時間デジタル変換器の位相差の測定範囲が、前記出力クロック信号の1クロックサイクル以内とされ、
前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が、絶対値で、前記出力クロック信号の1クロックサイクル以上では、前記時間デジタル変換器の出力は0とされ、前記位相誤差演算器では、前記レジスタに捕獲されたカウンタ値を用いて、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相誤差を演算し、
前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が、絶対値で、前記出力クロック信号の1クロックサイクル未満の場合、前記レジスタに捕獲されたカウンタ値は0とされ、前記位相誤差演算器では、前記時間デジタル変換器の出力を用いて、前記位相誤差を演算する、デジタル位相同期ループ回路。
A time digital converter for inputting a reference clock signal and a divided clock signal and detecting a phase difference between the reference clock signal and the divided clock signal;
A phase error calculator;
A digital filter for smoothing the phase error output from the phase error calculator;
A digitally controlled oscillator that varies an oscillation frequency by an output signal from the digital filter and outputs an output clock signal of the frequency;
An N divider for outputting the divided clock signal obtained by dividing the output clock signal from the digitally controlled oscillator by a predetermined positive integer N;
A register that captures a counter value in the N divider in response to the reference clock signal;
With
The phase difference measurement range of the time digital converter is within one clock cycle of the output clock signal;
When the phase difference between the frequency-divided clock signal and the reference clock signal is an absolute value and the output clock signal is one clock cycle or more, the output of the time digital converter is 0, and the phase error calculator Using the counter value captured in the register, the phase error between the divided clock signal and the reference clock signal is calculated,
When the phase difference between the divided clock signal and the reference clock signal is an absolute value and less than one clock cycle of the output clock signal, the counter value captured in the register is set to 0, and the phase error calculator A digital phase-locked loop circuit that calculates the phase error using the output of the time digital converter.
前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号のうちの一方の信号で他方の信号をサンプルした結果を、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の進み/遅れを表す符号情報として出力するフリップフロップを備え、
前記時間デジタル変換器は、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が、前記出力クロック信号の1クロックサイクル未満の場合、前記出力クロック信号の1クロックサイクルに対する割合に換算した小数値を出力し、
前記位相誤差演算器は、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が、前記出力クロック信号の1クロックサイクル以上であれば、前記レジスタでサンプルしたカウンタ値と前記符号情報に基づき、符号付き整数値の位相誤差を出力し、
前記位相差が、前記出力クロック信号の1クロックサイクル未満であれば、前記時間デジタル変換器から出力される小数値と前記符号情報に基づき、符号付き小数値の位相誤差を出力する、請求項1記載のデジタル位相同期ループ回路。
A flip-flop that outputs a result obtained by sampling the other signal with one of the divided clock signal and the reference clock signal as sign information indicating the advance / lag of the divided clock signal and the reference clock signal; Prepared,
When the phase difference between the frequency-divided clock signal and the reference clock signal is less than one clock cycle of the output clock signal, the time digital converter converts a decimal value converted into a ratio to one clock cycle of the output clock signal. Output,
If the phase difference between the frequency-divided clock signal and the reference clock signal is one clock cycle or more of the output clock signal, the phase error calculator calculates a code based on the counter value sampled by the register and the code information. Output integer phase error with
2. If the phase difference is less than one clock cycle of the output clock signal, a phase error of a signed decimal value is output based on the decimal value output from the time digital converter and the sign information. The digital phase-locked loop circuit described.
前記N分周器内のカウンタ値は、前記出力クロック信号の入力に応答して0からN−1の値を1つずつ、昇順又は降順に、循回し、
前記位相誤差演算器は、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が、前記出力クロック信号の1クロックサイクル以上であり、且つ、正値の場合、前記カウンタ値を位相誤差とし、
前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が、前記出力クロック信号の1クロックサイクル以上であり、且つ、負値の場合、前記カウンタ値から(N−1)を減算した値を位相誤差とする、請求項1又は2記載のデジタル位相同期ループ回路。
The counter value in the N divider circulates the values from 0 to N-1 one by one in ascending or descending order in response to the input of the output clock signal,
The phase error calculator, when the phase difference between the divided clock signal and the reference clock signal is one clock cycle or more of the output clock signal and is a positive value, the counter value is regarded as a phase error;
When the phase difference between the divided clock signal and the reference clock signal is one clock cycle or more of the output clock signal and is a negative value, a value obtained by subtracting (N−1) from the counter value is a phase error. The digital phase-locked loop circuit according to claim 1 or 2.
前記N分周器は、前記カウンタ値が0をとるたびに、前記分周クロック信号のクロックパルスのリーディングエッジを生成し、
前記リファレンスクロック信号に応答して捕獲した前記カウンタ値が1乃至N−1の間の整数値の場合、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が前記出力クロック信号の1クロックサイクル以上として、前記位相誤差演算器より、前記カウンタ値と前記符号情報から符号付き整数値の位相誤差が生成され、
前記リファレンスクロック信号に応答して捕獲した前記カウンタ値が0の場合、前記分周クロック信号と前記リファレンスクロック信号の位相差が前記出力クロック信号の1クロックサイクル未満として、前記位相誤差演算器より、前記時間デジタル変換器から出力される小数値と前記符号情報から符号付き小数値の位相誤差が出力される、請求項3記載のデジタル位相同期ループ回路。
The N divider generates a leading edge of a clock pulse of the divided clock signal every time the counter value takes 0,
When the counter value captured in response to the reference clock signal is an integer value between 1 and N-1, the phase difference between the divided clock signal and the reference clock signal is one clock cycle or more of the output clock signal. From the phase error calculator, a phase error of a signed integer value is generated from the counter value and the sign information,
When the counter value captured in response to the reference clock signal is 0, the phase error calculator determines that the phase difference between the divided clock signal and the reference clock signal is less than one clock cycle of the output clock signal, The digital phase-locked loop circuit according to claim 3, wherein a phase error of a signed decimal value is output from the decimal value output from the time digital converter and the sign information.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の前記デジタル位相同期ループ回路を備えた半導体装置。   A semiconductor device comprising the digital phase-locked loop circuit according to claim 1.
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