JP2021190779A - PLL circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、PLL回路に関する。 The present disclosure relates to a PLL circuit.
非特許文献1は、MEMS発振回路の温度変動による周波数ずれを補正する手法を提案する。 Non-Patent Document 1 proposes a method for correcting a frequency shift due to temperature fluctuation of a MEMS oscillation circuit.
発振回路は、例えば、固体撮像装置(イメージセンサ)等の電子機器に搭載される。発振回路の電源として、固体撮像装置を構成する半導体チップの電源を用いれば、コンパクトな搭載が可能になると考えられる。しかしながら、電源電圧の変動により、発振回路に周波数ずれが生じる。この問題について、非特許文献1では検討は行われていない。 The oscillation circuit is mounted on an electronic device such as a solid-state image sensor (image sensor). If the power supply of the semiconductor chip constituting the solid-state image sensor is used as the power supply of the oscillation circuit, it is considered that compact mounting is possible. However, the fluctuation of the power supply voltage causes a frequency shift in the oscillation circuit. This problem has not been examined in Non-Patent Document 1.
本開示の一側面は、固体撮像装置へのコンパクトな搭載が可能なPLL回路を提供することを目的とする。 One aspect of the present disclosure is to provide a PLL circuit that can be compactly mounted on a solid-state image sensor.
本開示の一側面に係るPLL回路は、固体撮像装置を構成する半導体チップの電源を用いて動作する発振回路と、パラメータによって制御されるPLLと、モニタ対象に少なくとも電源の電圧を含むモニタ部と、モニタ部のモニタ結果に基づいてパラメータを補正する補正部と、を備え、PLLは、発振回路の発振クロック信号から得られる基準クロック信号と補正部によって補正されたパラメータとに基づいて定められるPLLクロック信号を生成する。 The PLL circuit according to one aspect of the present disclosure includes an oscillation circuit that operates using the power supply of the semiconductor chip constituting the solid-state imaging device, a PLL controlled by parameters, and a monitor unit that includes at least the voltage of the power supply for the monitoring target. , A correction unit that corrects parameters based on the monitor result of the monitoring unit, and a PLL is defined based on a reference clock signal obtained from an oscillation clock signal of an oscillation circuit and parameters corrected by the correction unit. Generate a clock signal.
以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. By assigning the same reference numerals to the same parts, duplicate explanations will be omitted.
以下に示す項目順序に従って本開示を説明する。
1. はじめに
2. 実施形態
3. 効果
The present disclosure will be described according to the order of items shown below.
1. 1. Introduction 2.
1. はじめに
例えば固体撮像装置のようなモバイル電子機器を構成するLSI等の半導体チップにおいては、基準クロックが必須である。一般に、基準クロックは、主に水晶発振回路(水晶発振器)を用いて生成される。水晶発振回路の周波数精度は高いが、サイズ(物理的な大きさ)が大きくなる。したがって、水晶発振回路よりも小型化された発振回路を用いて基準クロックを生成することへの要望が存在する。小型化された発振回路においては、先に述べたように、半導体チップの電源を発振回路の電源としても用いることが考えられる。ただし、電源電圧の変動により、発振回路の周波数にずれが生じる。
1. 1. Introduction A reference clock is indispensable for a semiconductor chip such as an LSI that constitutes a mobile electronic device such as a solid-state image sensor. Generally, the reference clock is mainly generated by using a crystal oscillator circuit (crystal oscillator). The frequency accuracy of the crystal oscillator circuit is high, but the size (physical size) is large. Therefore, there is a demand for generating a reference clock using an oscillation circuit that is smaller than the crystal oscillation circuit. In the miniaturized oscillation circuit, as described above, it is conceivable to use the power supply of the semiconductor chip as the power supply of the oscillation circuit. However, the frequency of the oscillation circuit deviates due to the fluctuation of the power supply voltage.
以上のことから、水晶発振回路よりも小型化された(例えばオンチップ構成の)発振回路において、電源電圧の変動による発振回路の周波数ずれを改善する技術が望まれる。 From the above, in an oscillating circuit that is smaller than a crystal oscillating circuit (for example, in an on-chip configuration), a technique for improving the frequency deviation of the oscillating circuit due to fluctuations in the power supply voltage is desired.
2. 実施形態
図1は、実施形態に係るPLL回路が搭載される固体撮像装置の概略構成の例を示す図である。PLL回路が生成するクロック信号は、固体撮像装置のさまざまな箇所で用いられる。
2. 2. Embodiment FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a solid-state image pickup device on which a PLL circuit according to an embodiment is mounted. The clock signal generated by the PLL circuit is used in various parts of the solid-state image sensor.
図1に例示される固体撮像装置3は、CMOSイメージセンサである。固体撮像装置3は、半導体チップ1及び半導体チップ2は、固体撮像装置3を構成するように積層される。
The solid-
半導体チップ1は、画素チップである。半導体チップ1には、画素アレイ部1a(画素部)が形成される。画素アレイ部1aは、2次元配置された複数の画素1bを含む。各画素1bは、図示しない光電変換素子を含んで構成される。半導体チップ1の周縁部には、パッド部1c及びビア部1dが設けられる。パッド部1cは、半導体チップ1と半導体チップ1の外部との間の電気的接続に用いられる。ビア部1dは、半導体チップ1と半導体チップ2との間の電気的接続に用いられる。例えば、各画素1bから読み出される画素信号(ここではアナログ信号)が、ビア部1dを介して半導体チップ2に伝送される。図1に示される例では、パッド部1cは、画素アレイ部1aを挟んで両側に設けられる一対のパッド部である。ビア部1dは、画素アレイ部1aを挟んで両側に設けられる一対のビア部である。なお、半導体チップ2にパッド部を設けて半導体チップ1を開口し、半導体チップ2側のパッドへボンディングする構成、半導体チップ2からTSV(Through Silicon Via)により基板実装する構成等が採用されてもよい。
The semiconductor chip 1 is a pixel chip. A
半導体チップ2は、回路チップであってよい。半導体チップ2には、各画素1bを駆動する図示しない駆動部の他に、信号処理部2a、メモリ部2b、データ処理部2c、インタフェース部2d及び制御部2e等の周辺回路部が形成される。各回路には、図1には図示しない電源からの電力が供給され、この電源は、後述の図2等において電源VDDとして図示される。
The semiconductor chip 2 may be a circuit chip. In the semiconductor chip 2, in addition to a drive unit (not shown) that drives each
信号処理部2aは、各画素1bの画素信号を処理する。処理には、AD変換等が含まれる。メモリ部2bは、信号処理部2aによって処理された画素信号(画素データ)を格納する。データ処理部2cは、データ処理部2cに格納された画素データを順に読出し、インタフェース部2dに送る。インタフェース部2dは、所与の規格に応じた形式で画素データを半導体チップ2外に出力する高速インタフェースであってよい。
The
制御部2eは、与えられる水平同期信号XHS、垂直同期信号XVS、及び、マスタークロックMCK等の基準クロックに基づいて、これまで述べた駆動部、信号処理部2a、メモリ部2b、データ処理部2c及びインタフェース部2d等の動作を、半導体チップ1の回路(画素アレイ部1a等)との同期をとりながら制御する。制御部2eは、後述のPLL回路4(図2)の制御も行いうる。
The
半導体チップ1と半導体チップ2との積層構造を備える半導体チップ1においては、半導体チップ1は、画素アレイ部1aのサイズ(面積)に近づけることができ、したがって、半導体チップ全体のサイズを小さくすることができる。また、半導体チップ1において画素1bの形成に適したプロセスを適用し、半導体チップ2において信号処理部2a等の周辺回路の形成に適したプロセスを適用することができるので、プロセスの最適化を図ることもできる。
In the semiconductor chip 1 having a laminated structure of the semiconductor chip 1 and the semiconductor chip 2, the semiconductor chip 1 can be brought close to the size (area) of the
AD変換等の処理を行う信号処理部2aをはじめとした周辺回路部分が半導体チップ2に(同一基板に)構成されることで、高速処理が実現される。別々の半導体チップ間でデジタルデータ伝送を行うと、寄生容量などの影響によるクロック遅延が発生して高速処理の妨げとなる可能性があるが、そのような問題も生じない。
High-speed processing is realized by configuring the peripheral circuit portion including the
例えば以上説明したAD変換処理を行う信号処理部2a、インタフェース部2d及び制御部2e等に供給される基準クロックの生成に、実施形態に係るPLL回路が用いられる。PLL回路について、図2以降を参照して説明する。
For example, the PLL circuit according to the embodiment is used to generate the reference clock supplied to the
図2は、実施系形態に係るPLL回路の概略構成の例を示す図である。例示されるPLL回路4は、発振回路5と、分周器6(Divider)と、PLL7(Phase Locked Loop)と、モニタ部8と、補正部9とを含む。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a PLL circuit according to an embodiment. The illustrated PLL circuit 4 includes an
発振回路5は、源信に相当し、電源VDDの電圧に基づいて動作する。電源VDDは、固体撮像装置3を構成するチップ(例えば図1の半導体チップ2)の電源である。発振回路5は、半導体チップ2と電源を共通に用いることが可能な程度の小さなサイズを有する。発振回路5は、例えば水晶発振回路よりも小型である。発振回路5は、半導体チップ2に集積化されてもよい。発振回路5は、小型化に適した小さい回路定数を有することにより、水晶発振周波数よりも高い周波数(例えばGHzオーダ)で発振しうる。以下では、発振回路5はクロック信号を発生するものとして説明する。発振回路5の発振信号を、クロック信号OSCLKと称し図示する。発振回路5のいくつかの構成例について、図3〜7を参照して説明する。
The
図3〜図7は、発振回路の概略構成の例を示す図である。発振回路の動作原理自体は公知であるので、以下では詳細な説明は行わず、構成の例を端的に説明する。 3 to 7 are diagrams showing an example of a schematic configuration of an oscillation circuit. Since the operating principle of the oscillation circuit itself is known, a detailed description will not be given below, but an example of the configuration will be briefly described.
図3〜図5には、LC発振回路が例示される。図3に例示される発振回路51は、電源VDDの電圧で動作するシングルエンド回路である。増幅器511の出力端は、互いに並列接続されたコイル512及びコンデンサ513を介して、増幅器511の入力端に接続される。
FIGS. 3 to 5 illustrate an LC oscillation circuit. The
図4に例示される発振回路52は、電源VDDの電圧に基づいて動作する差動回路である。トランジスタ521a及びトランジスタ521b(一対の差動トランジスタ)の一方トランジスタの出力端(この例ではドレイン)は、互いに並列接続されたコイル522及びコンデンサ523を介して、他方のトランジスタの入力端(この例ではゲート)に接続される。抵抗器524はトランジスタ521a及びトランジスタ521bの他方の出力端(この例ではソース)とグラウンドとの間に接続される。抵抗器525は、電源VDDとコイル522との間に接続される。
The oscillation circuit 52 exemplified in FIG. 4 is a differential circuit that operates based on the voltage of the power supply VDD. The output end (drain in this example) of one of the
図5に例示される発振回路53は、発振回路52(図4)と比較して、抵抗器524及び抵抗器525を備えない一方で、電流源536を備える点において相違する。電流源536は、トランジスタ521a及びトランジスタ521bのソースからグラウンドに向かって電流が流れるように、トランジスタ521a及びトランジスタ521bとグラウンドとの間に接続される。
The
図6には、電源VDDの電圧に基づいて動作するRING(RC)発振回路が例示される。縦続接続された奇数の数(この例では3個)のNOT回路541それぞれの出力端が、互いに並列に設けられたコンデンサ542及び抵抗器543を介して、グラウンドに接続される。なお、各NOT回路541の電源VDDは、同じ電源(共通電源)であってよい。
FIG. 6 illustrates an RING (RC) oscillator circuit that operates based on the voltage of the power supply VDD. The output ends of each of an odd number of longitudinally connected NOT circuits 541 (three in this example) are connected to the ground via
上述の図3〜図6を参照して説明したような発振回路は、例えば、オンチップの回路素子(コイル、コンデンサ、抵抗器)で構成可能であり、外部部品を不要とすることができる。したがって、水晶発振回路よりも小型化が可能である。このメリットは、とくに発振周波数が高くなるほどコイル及びコンデンサの面積が小さくなるので、顕在化する。 The oscillation circuit as described with reference to FIGS. 3 to 6 described above can be configured by, for example, on-chip circuit elements (coils, capacitors, resistors), and can eliminate the need for external components. Therefore, it can be made smaller than the crystal oscillator circuit. This merit becomes apparent as the area of the coil and the capacitor becomes smaller as the oscillation frequency becomes higher.
図7には、電源VDDの電圧に基づいて動作するMEMS発振回路が例示される。図7に例示される発振回路55では、増幅器551の出力端が、MEMS552を介して、増幅器551の入力端に接続される。電源VDDの電圧は、チャージポンプ553によって昇圧された後、MEMS552に印加される。電源VDDの電圧が例えば1V〜5V程度しかないのに対し、MEMS552の駆動には例えば10V程度の電圧が必要だからである。チャージポンプ553によって昇圧された電圧は、レベルシフタ554によって降圧され、再び電源VDDの電圧に戻る。降圧後の電圧は、後述のモニタ部8(図2)によって電源VDDの電圧としてモニタされうる。このようなMEMS発振回路も、水晶発振回路よりも小型化が可能であり、例えば半導体チップ2(図1)の近傍に設けられてよい。
FIG. 7 illustrates a MEMS oscillator circuit that operates based on the voltage of the power supply VDD. In the
図3〜図7を参照して説明した発振回路は、発振回路5の例示に過ぎず、これら以外にも、さまざまな構成の発振回路が、発振回路5として用いられてよい。
The oscillation circuit described with reference to FIGS. 3 to 7 is merely an example of the
図2に戻り、分周器6は、発振回路5のクロック信号OSCLKを分周する。分周器6によって分周された信号を、クロック信号REFCLKと称し図示する。クロック信号REFCLKは、PLL7の基準クロックとして用いられる。分周器6によってクロック信号OSCLKを分周するのは、先に述べた様に、クロック信号OSCLKの周波数が、例えば水晶発振周波数よりもかなり高い周波数でありうるからである。分周の必要がない場合には、PLL回路4は、分周器6を備えていなくてもよい。この場合には、発振回路5のクロック信号OSCLKそのものが、クロック信号REFCLKになる。
Returning to FIG. 2, the
PLL7は、クロック信号PLLCLKを生成する。クロック信号PLLCLKは、クロック信号REFCLKと、FCW(Frequency Command Word)パラメータとに基づいて定められる。FCWパラメータは、クロック信号REFCLKの周波数に対するクロック信号PLLCLKの周波数の比率を指定する数値である。FCWパラメータは、PLL7の外部から与えられる。PLL回路4が固体撮像装置3(図1)に適用される場合、FCWパラメータは、例えば固体撮像装置3の制御部2eから与えられる。FCWパラメータに示される数値範囲は、FCWパラメータのパラメータ長(ビット数)に応じて定められる。例えばPLL7がアナログPLLの場合、ΔΣ変調を用いて分解能を向上させるため、FCWパラメータは、2〜3ビット程度のパラメータ長を有しうる。PLL7がディジタルPLLの場合、FCWパラメータは、アナログPLLよりも長い、20ビット程度のパラメータ長を有しうる。パラメータ長が大きいほど(ビット数が多いほど)、クロック信号PLLCLKの周波数制御分解能が向上する。
The
一実施形態において、PLL7は、ディジタルPLLである。ディジタルPLLにおいては、アナログPLLで使用されるΔΣを活用したDividerが不要になる。このため、アナログPLLのようにΔΣで発生する高帯域ノイズを低減するためにPLLの帯域を狭める必要が無く、位相ノイズの増加が抑制される。ディジタルPLLの構成の例について、図8を参照して説明する。
In one embodiment, the
図8は、ディジタルPLLの概略構成の例を示す図である。例示されるディジタルPLL71は、例えば非特許文献2に示されるように、ADPLL(All Digital PLL)等とも称され、DCO(Digitally Controlled Oscillator)及びTDC(Time to Digital Converter)のみがアナログ回路であり、その他(すなわち大部分)がディジタル回路である。ディジタルPLL71は、クロック信号REFCLKにFCWパラメータを乗じた周波数の信号を、クロック信号PLLCLKとして生成する。 FIG. 8 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a digital PLL. The illustrated digital PLL 71 is also referred to as ADPLL (All Digital PLL) or the like, for example, as shown in Non-Patent Document 2, and only DCO (Digitally Controlled Oscillator) and TDC (Time to Digital Converter) are analog circuits. Others (ie, most) are digital circuits. The digital PLL 71 generates a signal having a frequency obtained by multiplying the clock signal REFCLK by the FCW parameter as the clock signal PLLCLK.
図示されるAccumulator1及びAccumulator2は、Counter回路と同義である。Accumulator1は、FCWパラメータが入力される低速動作のAccumulatorである。Accumulator2は、DCOのクロック(クロック信号PLLCLKに相当)が入力される高速動作のAccumulatorである。Accumulator1及びAccumulator2は、いずれも、クロック信号REFCLKのクロックごとにディジタルコードを出力する。 The illustrated Accumulator 1 and Accumulator 2 are synonymous with the Counter circuit. Accumulator 1 is a low-speed accumulator to which FCW parameters are input. The Accumulator 2 is a high-speed operation Accumulator to which a DCO clock (corresponding to a clock signal PLLCLK) is input. Both Accumulator 1 and Accumulator 2 output a digital code for each clock of the clock signal REFCLK.
Accumulator1は、1クロックごとにカウントアップする値を設定でき、その設定値が、FCWパラメータである。FCWパラメータがディジタルワードであるので、bit幅を広く持つことで少数を含む値(例えば4.25等)も設定可能である。クロック信号REFCLKの周波数でカウントアップすることから、Accumulator1の出力コードは、基準となる位相情報となる。 Accumulator 1 can set a value that counts up for each clock, and the set value is an FCW parameter. Since the FCW parameter is a digital word, a value including a small number (for example, 4.25, etc.) can be set by having a wide bit width. Since it counts up at the frequency of the clock signal REFCLK, the output code of the Accumulator 1 becomes the reference phase information.
Accumulator2は、クロック信号REFCLKごとにDCOクロックのカウント値を出力する。DCOの1クロックごとにカウントアップすることから、Accumulator2は、DCOの1周期単位で位相を検知する。1周期以下の周期(位相)の検知は、より細かい時間を計測可能なTDCが役割を担う。 Accumulator 2 outputs the count value of the DCO clock for each clock signal REFCLK. Since the count is increased for each clock of the DCO, the Accumulator 2 detects the phase in units of one cycle of the DCO. The TDC, which can measure a finer time, plays a role in detecting a period (phase) of one period or less.
Accumulator2とTDCの出力コードを足し合わせたコードが、DCOの位相情報となる。Accumulator1の出力コードからAccumulator2及びTDCの出力コードを差し引いたコードが、クロック信号REFCLKとDCOクロックの間の位相誤差情報となる。DCOの周波数が所望の周波数からずれていれば位相誤差が大きくなるが、この位相誤差が小さくなるようにフィードバック制御が行われる。 The code obtained by adding the output codes of the Accumulator 2 and the TDC is the phase information of the DCO. The code obtained by subtracting the output codes of the Accumulator 2 and the TDC from the output code of the Accumulator 1 becomes the phase error information between the clock signal REFCLK and the DCO clock. If the frequency of the DCO deviates from a desired frequency, the phase error becomes large, and feedback control is performed so that the phase error becomes small.
LoopFilterは、量子化誤差の影響を低減する。量子化誤差は、TDCが有限の分解能を持つことから生じる。量子化誤差は、ADCの量子化誤差と同様に、ノイズスペクトルが低周波数から高周波数まで一様に発生する。LoopFilerによって帯域制限されることで、量子化誤差の影響が低減する。LoopFilterの出力は、DCOの周波数を所望の周波数になるようなノイズの少ないコードになる。LoopFilterにはフィードバックループの安定性を制御する役割もあり、ループが安定になるようなpoleやzeroの値が設定される。 LoopFilter reduces the effects of quantization error. The quantization error results from the TDC having a finite resolution. As for the quantization error, the noise spectrum is uniformly generated from the low frequency to the high frequency, similar to the quantization error of the ADC. Band limitation by LoopFiler reduces the effect of quantization error. The output of LoopFilter is a noise-free code that makes the frequency of the DCO a desired frequency. The Loop Filter also has a role of controlling the stability of the feedback loop, and the values of zero and zero so that the loop becomes stable are set.
クロック信号REFCLKの周波数をFREFとし、FCWパラメータの値をFCWとし、DCOクロックの周波数をFDCOとすると、FDCO=FCW×FREFという関係が成立する。このことから理解されるように、FCWパラメータは、クロック信号REFCLKの周波数で規格化されたディジタルワードで表現する周波数ともいえる。FCWパラメータの情報を積分するAccumulator1の出力コードが、基準となる位相情報になることも改めて理解される。 The frequency of the clock signal REFCLK and F REF, the value of the FCW parameters and FCW, when the frequency of the DCO clock and F DCO, relationship F DCO = FCW × F REF is established. As can be understood from this, the FCW parameter can be said to be a frequency expressed by a digital word standardized by the frequency of the clock signal REFCLK. It is also understood again that the output code of the Accumulator 1 that integrates the FCW parameter information becomes the reference phase information.
最後に、TDC及びDCOの構成例について述べる。TDCは、例えば非特許文献3に示されるように、インバータなどによる遅延素子(Delay素子)と、遅延素子ごとに接続されるフリップフロップ回路から構成される。DCOのクロックを遅延素子で遅延させ、クロック信号REFCLKの立ち上がりのタイミングでフリップフロップ回路にデータが取り込まれる。フリップフロップ回路の読出しデータから、エッジの位置を読み出すことができる。TDCの時間分解能は、遅延素子の遅延時間となる。DCOは、例えば非特許文献4に示されるように、ディジタルコードに応じて容量バンクの値を制御するように構成される。容量バンクは、コイル(インダクタ)に並列に接続される複数のコンデンサ(キャパシタ)を示し、ディジタルコードに応じてスイッチを制御し、並列に接続されるコンデンサの数を変化させる。容量値の変化により、周波数が制御される。コイル及びコンデンサ以外にも、周波数制御可能なさまざまな構成が用いられてよい。
Finally, a configuration example of TDC and DCO will be described. As shown in
なお、図8に示されるディジタルPLL71はディジタルPLLの一例に過ぎず、これ以外のさまざまな構成のディジタルPLLがPLL7として用いられてよい。
The digital PLL 71 shown in FIG. 8 is only an example of a digital PLL, and digital PLLs having various configurations other than this may be used as the
図2に戻り、発振回路5のクロック信号OSCLKの周波数は、電源VDDの電圧変動及び発振回路5の温度変動の影響を受けて変化する。クロック信号REFCLKの周波数、ひいてはクロック信号PLLCLKの周波数も影響を受ける。これについて、図9及び図10を参照して説明する。
Returning to FIG. 2, the frequency of the clock signal OSCLK of the
図9は、電源の電圧変動による周波数への影響を模式的に示す図である。グラフの横軸は電源VDDの電圧を示し、縦軸は周波数を示す。図9に示されるように、電源VDDが変化すると、周波数も変化する。すなわち、電源VDDの電圧変動により、クロック信号OSCLK、クロック信号REFCLK、ひいてはクロック信号PLLCLKに周波数ずれが生じる(周波数誤差が生じる)。 FIG. 9 is a diagram schematically showing the influence of the voltage fluctuation of the power supply on the frequency. The horizontal axis of the graph shows the voltage of the power supply VDD, and the vertical axis shows the frequency. As shown in FIG. 9, when the power supply VDD changes, the frequency also changes. That is, due to the voltage fluctuation of the power supply VDD, a frequency shift occurs in the clock signal OSCLK, the clock signal REFCLK, and eventually the clock signal PLLCLK (frequency error occurs).
図10は、発振回路の温度変動による周波数への影響を模式的に示す図である。グラフの横軸は発振回路5の温度を示し、縦軸は周波数を示す。図10に示されるように、発振回路5の温度が変化すると、周波数も変化する。すなわち、発振回路5の温度変動により、クロック信号OSCLK、クロック信号REFCLK、ひいてはクロック信号PLLCLKに周波数ずれが生じる。水晶発振回路との比較例について述べると、例えば−40℃〜120℃の温度範囲において、水晶発振回路の周波数ずれが数十ppm程度であるのに対し、LC発振回路(図3〜図5等)の周波数ずれは数千ppm程度である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing the influence of the temperature fluctuation of the oscillation circuit on the frequency. The horizontal axis of the graph shows the temperature of the
電圧変動及び温度変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれは、次に説明するモニタ部8及び補正部9によって低減される。
The frequency deviation of the clock signal PLLCLK due to voltage fluctuation and temperature fluctuation is reduced by the
モニタ部8は、発振回路5のさまざまな状態をモニタする。図2に示される例では、モニタ部8のモニタ対象は、電源VDDの電圧及び発振回路5の温度を含む。モニタされる電源VDDの電圧を、モニタ電圧Vと称し図示する。モニタされる発振回路5の温度を、モニタ温度Tと称し図示する。モニタ電圧V及びモニタ温度Tをモニタするための構成として、モニタ部8は、スイッチ81と、フィルタ82と、温度センサ83と、スイッチ84と、AD変換器85と、セレクタ86と、フィルタ87と、フィルタ88と、NOT回路89とを含む。
The
モニタ電圧V及びモニタ温度Tは、AD変換器85によって、ディジタル電圧値として取得(検出)される。モニタ電圧Vは、電源VDDの電圧がスイッチ81及びフィルタ82を介してAD変換器85に入力されることにより、取得される。フィルタ82(この例ではアナログフィルタ)は、電源VDDの電圧に高周波成分が含まれることにより発生するエイリアスを抑制する。モニタ温度Tは、発振回路5に対して設けられた温度センサ83の出力(この例ではアナログ値)がスイッチ84を介してAD変換器85に入力されることにより、取得される。なお、温度センサ83とAD変換器85との間にも、図示しないフィルタ(アナログフィルタ)が設けられてよい。また、混入しうる回路ノイズ(DC付近のノイズを除く)を除去するように、図示しないディジタルフィルタがAD変換器85の後段に設けられてもよい。AD変換器85によって取得されたモニタ電圧Vは、セレクタ86及びフィルタ87を介して、補正部9に入力される。モニタ温度Tは、セレクタ86及びフィルタ88を介して、補正部9に入力される。
The monitor voltage V and the monitor temperature T are acquired (detected) as digital voltage values by the
スイッチ81、スイッチ84及びセレクタ86は、制御信号CS1によって制御される。制御信号CS1は、PLL回路4の外部、例えば固体撮像装置3の制御部2e等から与えられる。この例では、セレクタ86は、マルチプレクサ(MUX)である。スイッチ84及びセレクタ86には、制御信号CS1が直接供給される。スイッチ81には、制御信号CS1がNOT回路89を介して供給される。スイッチ81及びスイッチ84が排他的に切替わることにより、モニタ電圧V及びモニタ温度Tが時分割モニタされる。時分割モニタは、さまざまな態様で実施されてよい。いくつかの例について、図11〜図14を参照して説明する。
The
図11〜図14は、時分割モニタの例を示す図である。図11及び図12に示される例では、モニタ電圧V及びモニタ温度Tのモニタが連続動作するように、モニタ電圧Vのモニタ期間及びモニタ温度Tのモニタ期間が設定される。図11に示される例では、モニタ温度Tのモニタ期間は、モニタ電圧Vのモニタ期間よりも短い。図12に示されるようにモニタ温度Tのモニタ期間とモニタ電圧Vのモニタ期間とが等しく設定されてもよい。図13に示される例では、モニタ電圧V及びモニタ温度Tのモニタが間欠動作するように、モニタ電圧Vのモニタ期間及びモニタ温度Tのモニタ期間が設定される。図14に示される例では、モニタ電圧Vのモニタ期間及びモニタ温度Tのモニタ期間が交互に間欠動作するように設定される。時分割モニタにおいては、モニタ電圧V及びモニタ温度Tがいずれもモニタされない期間(例えば図13及び図14を参照)が存在してよく、当該期間中のAD変換器85の動作は停止されてよい。これにより、消費電力が低減される。
11 to 14 are diagrams showing an example of a time division monitor. In the example shown in FIGS. 11 and 12, the monitor period of the monitor voltage V and the monitor period of the monitor temperature T are set so that the monitors of the monitor voltage V and the monitor temperature T operate continuously. In the example shown in FIG. 11, the monitoring period of the monitor temperature T is shorter than the monitoring period of the monitor voltage V. As shown in FIG. 12, the monitor period of the monitor temperature T and the monitor period of the monitor voltage V may be set equally. In the example shown in FIG. 13, the monitor period of the monitor voltage V and the monitor period of the monitor temperature T are set so that the monitors of the monitor voltage V and the monitor temperature T operate intermittently. In the example shown in FIG. 14, the monitor period of the monitor voltage V and the monitor period of the monitor temperature T are set to operate intermittently alternately. In the time-division monitor, there may be a period in which neither the monitor voltage V nor the monitor temperature T is monitored (see, for example, FIGS. 13 and 14), and the operation of the
上述のような時分割モニタが可能なのは、モニタ温度Tの変動が例えば数Hz程度と非常に遅く、また、モニタ電圧VもDCに近い電圧値であり、いずれも時分割モニタで所望の情報を十分に取得することができるからである。一般的に温度変動の帯域は低く低レートモニタが可能であり、また、電源モニタも、PLLが低域通過型のフィルタの役割を持つため、AC的変動モニタではなく、発振器の平均的な周波数変動を抑える目的のもと、DCに近い低レートモニタで足りる。なお、電源の電圧変動については、同一チップ上の他の回路が動作することでAC的に大きく変動するケースもあるので、AC変動が大きくなるタイミングを避けるようにモニタ電圧Vのモニタが行われてよい。 The time-divided monitor as described above is possible because the fluctuation of the monitor temperature T is very slow, for example, about several Hz, and the monitor voltage V is also a voltage value close to DC. This is because it can be sufficiently obtained. Generally, the band of temperature fluctuation is low and low rate monitoring is possible, and since the PLL acts as a low-pass type filter, the power supply monitor is not an AC fluctuation monitor but the average frequency of the oscillator. A low-rate monitor close to DC is sufficient for the purpose of suppressing fluctuations. It should be noted that the voltage fluctuation of the power supply may fluctuate greatly in terms of AC due to the operation of other circuits on the same chip, so the monitor voltage V is monitored so as to avoid the timing when the AC fluctuation becomes large. It's okay.
例えば以上説明したような時分割モニタを行うことによって、モニタ電圧V及びモニタ温度Tのモニタを単一のAD変換器85(図2)で行うことができる。モニタ電圧V及びモニタ温度Tそれぞれに対応した複数のAD変換器を備える必要が無い分、PLL回路4を小型化することができる。なお、図2に示されるモニタ部8の構成は例示に過ぎず、電源VDDの電圧及び発振回路5の温度をモニタ可能なさまざまな構成が採用されてよい。
For example, by performing the time division monitor as described above, the monitor voltage V and the monitor temperature T can be monitored by a single AD converter 85 (FIG. 2). Since it is not necessary to provide a plurality of AD converters corresponding to the monitor voltage V and the monitor temperature T, the PLL circuit 4 can be miniaturized. The configuration of the
図2に戻り、補正部9は、モニタ部8のモニタ結果に基づいて、FCWパラメータを補正する。この例では、補正部9は、算出部91と、算出部92と、記憶部95と、乗算部96と、乗算部97とを含む。
Returning to FIG. 2, the correction unit 9 corrects the FCW parameter based on the monitor result of the
算出部91は、補正値CV1を算出する。補正値CV1は、モニタ電圧Vに対応する補正値(第1の補正値)である。より具体的に、補正値CV1は、電源VDDの電圧変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれを補正するための補正値である。基準電圧(例えば電源VDDのtyp電圧値)を基準電圧V0とすると、補正値CV1は、例えば以下の多項式に従って算出される。式中の補正係数α(α1、α2、α3)は、補正値CV1を算出するための係数(電圧補正係数)である。
CV1=1+α1(V−V0)+α2(V−V0)2+α3(V−V0)3
The
CV 1 = 1 + α 1 (V-V 0 ) + α 2 (V-V 0 ) 2 + α 3 (V-V 0 ) 3
算出部92は、補正値CV2を算出する。補正値CV2は、モニタ温度Tに対応する補正値(第2の補正値)である。より具体的に、補正値CV2は、発振回路5の温度変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれを補正するための補正値である。基準温度(例えばtyp温度)を基準温度T0とすると、補正値CV2は、例えば以下の多項式に従って算出される。式中の補正係数β(β1k、β2k、β3k)は、補正値CV2を算出するための係数(温度補正係数)である。
CV2=1+β1k(T−T0)+β2k(T−T0)2+β3k(T−T0)3
The
CV2 = 1 + β 1k (T-T 0 ) + β 2k (T-T 0 ) 2 + β 3k (T-T 0 ) 3
補正値は、その補正値に対応するモニタ対象とは別のモニタ対象との間の依存性が考慮された補正値であってよい。例えば、上記の補正値CV2を算出に用いられる補正係数βが、モニタ温度Tのみで定まる独立した係数ではなく、電源VDDの電圧によって異なる係数とされてよい。このような依存性が考慮された補正係数βを得るために、依存性を記述したルックアップテーブルが参照されてよい。ルックアップテーブルは、例えば以下の記述を含む。
V0<=V<V1:β10、β20、β30・・・
V1<=V<V2:β11、β21、β31・・・
V2<=V<V3:β12、β22、β32・・・
The correction value may be a correction value in consideration of the dependency between the monitor target corresponding to the correction value and another monitor target. For example, the correction coefficient β used for calculating the above correction value CV2 may be a coefficient different depending on the voltage of the power supply VDD, not an independent coefficient determined only by the monitor temperature T. In order to obtain the correction coefficient β in which such a dependency is taken into consideration, a look-up table describing the dependency may be referred to. The look-up table contains, for example, the following description.
V 0 <= V <V 1 : β 10 , β 20 , β 30 ...
V 1 <= V <V 2 : β 11 , β 21 , β 31 ...
V 2 <= V <V 3 : β 12 , β 22 , β 32 ...
上記のルックアップテーブルによれば、基準電圧V0、並びに、予め定められた電圧V1、電圧V2及び電圧V3によって、基準電圧V0以上電圧V1未満、電圧V1以上電圧V2未満、電圧V2以上電圧V3未満といった複数の電圧範囲が規定される。複数の電圧範囲のうちのいずれの電圧範囲にモニタ電圧Vが含まれるかによって、補正係数βが異なる値に設定される。例えば、モニタ電圧Vが基準電圧V0以上且つ電圧V1未満の場合、補正係数βは、β10、β20、β30等に設定される。モニタ電圧Vが電圧V1以上且つ電圧V2未満の場合、補正係数βは、β11、β21、β31等に設定される。モニタ電圧Vが電圧V2以上且つ電圧V3未満の場合、補正係数βは、β12、β22、β32等に設定される。 According to the lookup table, the reference voltage V 0, as well as the voltage V 1 predetermined by the voltage V 2 and the voltage V 3, the reference voltage greater than or equal to V 0 voltage V smaller than 1, the voltage V 1 or the voltage V 2 Multiple voltage ranges are defined, such as less than, voltage V 2 and above, and voltage V less than 3. The correction coefficient β is set to a different value depending on which voltage range of the plurality of voltage ranges includes the monitor voltage V. For example, when the monitor voltage V is equal to or more than the reference voltage V 0 and less than the voltage V 1 , the correction coefficient β is set to β 10 , β 20 , β 30, and the like. When the monitor voltage V is the voltage V 1 or more and the voltage V 2 or less, the correction coefficient β is set to β 11 , β 21 , β 31, and the like. When the monitor voltage V is equal to or greater than the voltage V2 and less than the voltage V3, the correction coefficients β are set to β 12 , β 22 , β 32, and the like.
記憶部95は、算出部91及び算出部92の算出に必要な情報を記憶する。情報の例は、上述の補正係数α及び補正係数βである。補正係数α及び補正係数βは、不揮発性メモリへの書き込みよって、記憶部95に記憶されてよい。この場合、電源投入時、動作開始時等に、補正係数α及び補正係数βが常に読み出されて設定される。上述のルックアップテーブルも、同様にして記憶部95に記憶されてよい。
The storage unit 95 stores information necessary for the calculation of the
上述の補正係数α及び補正係数β(ルックアップテーブルを含む)は、PLL回路4の多数のサンプルの評価データを用いて取得されてよい。例えば、量産出荷前のテストで取得される量産品のそれぞれについて、電源VDDの電圧変動及び発振回路5の温度変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれのプロファイルを取得し、当該プロファイルに対してフィッティングを行うことによって、補正係数α及び補正係数βが決定される。補正係数α及び補正係数βの取得方法の例については、後に図18を参照して改めて説明する。
The correction coefficient α and the correction coefficient β (including the look-up table) described above may be acquired by using the evaluation data of a large number of samples of the PLL circuit 4. For example, for each of the mass-produced products acquired in the test before mass production shipment, the profile of the frequency deviation of the clock signal PLLCLK due to the voltage fluctuation of the power supply VDD and the temperature fluctuation of the
乗算部96は、算出部91によって算出された補正値CV1を用いて、FCWパラメータを補正する。この例では、乗算部96は、補正値CV1をFCWパラメータに乗ずることによって、FCWパラメータの数値を補正(変更)する。これにより、電源VDDの電圧変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれが補正される(電圧補償がなされる)。
The
乗算部97は、算出部92によって算出された補正値CV2を用いて、FCWパラメータを補正する。この例では、乗算部97は、補正値CV2をFCWパラメータに乗ずることによって、FCWパラメータの数値を補正(変更)する。これにより、発振回路5の温度変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれが補正される(温度補償がなされる)。
The
以上説明したような補正値を用いたクロック信号PLLCLKの周波数ずれの補正について、図15〜図17を参照して説明する。以下では、電源VDDの電圧変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれの補正の概要について説明する。 The correction of the frequency deviation of the clock signal PLLCLK using the correction value as described above will be described with reference to FIGS. 15 to 17. The outline of the correction of the frequency deviation of the clock signal PLLCLK due to the voltage fluctuation of the power supply VDD will be described below.
図15〜図17は、周波数ずれの補正を模式的に示す図である。補正前の状態では、図15に示されるように、電源VDDの電圧変動によって、クロック信号PLLCLKの周波数ずれが発生する。これを打ち消すように、図16に示されるような周波数ずれ補正量を与える補正値CV1が、算出部91によって算出される。乗算部96が補正値CV1を用いてFCWパラメータを補正することにより、図17に示されるように、電源VDDの電圧変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれが低減される。発振回路5の温度変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれについても同様に説明される。
15 to 17 are diagrams schematically showing the correction of frequency deviation. In the state before the correction, as shown in FIG. 15, the frequency shift of the clock signal PLLCLK occurs due to the voltage fluctuation of the power supply VDD. A correction value CV1 that gives a frequency shift correction amount as shown in FIG. 16 is calculated by the
上述の補正係数α及び補正係数βのような係数の取得方法の例について、図18を参照して説明する。図18は、補正係数の取得方法の例を示すフローチャートである。 An example of a method for acquiring a coefficient such as the correction coefficient α and the correction coefficient β described above will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a flowchart showing an example of a method of acquiring a correction coefficient.
ステップS1において、代表温度及び代表電圧でPLL回路を動作させる。代表温度は、例えば上述の発振回路5の基準温度T0(typ温度)である。代表電圧は、例えば上述の電源VDDの基準電圧V0(typ電圧値)である。正確な電圧及び温度は、PLL回路4の動作時に、モニタ部8によってモニタ電圧V及びモニタ温度Tとしてモニタされる。
In step S1, the PLL circuit is operated at the representative temperature and the representative voltage. The representative temperature is, for example, the reference temperature T 0 (type temperature) of the above-mentioned
ステップS2において、所望のクロック周波数になるFCWパラメータを算出する。これにより、基準温度及び基準電圧においてPLL7が所望の周波数のクロック信号PLLCLKを生成するためのFCWパラメータが得られる。
In step S2, the FCW parameter having a desired clock frequency is calculated. This provides FCW parameters for the
ステップS3において、電圧変動特性及び温度変動特性を取得する。例えば、クロック信号PLLCLKの周波数をモニタしながら、電源VDDの電圧を変化させる(電圧スイープする)。これにより、電源VDDの電圧変動とクロック信号PLLCLKの周波数との関係を示す電圧変動特性が得られる。また、クロック信号PLLCLKの周波数をモニタしながら、発振回路5の温度を変化させる(温度スイープする)。これにより、発振回路5の温度変動とクロック信号PLLCLKの周波数との関係を示す温度変動特性が得られる。
In step S3, the voltage fluctuation characteristic and the temperature fluctuation characteristic are acquired. For example, the voltage of the power supply VDD is changed (voltage sweep) while monitoring the frequency of the clock signal PLLCLK. As a result, a voltage fluctuation characteristic showing the relationship between the voltage fluctuation of the power supply VDD and the frequency of the clock signal PLLCLK can be obtained. Further, the temperature of the
ステップS4において、補正係数を算出する。例えば、先のステップS3で取得した電圧変動特性を打ち消すような補正値CV1を算出するための補正係数αを、フィッティングにより算出する。また、先のステップS3で取得した温度変動特性を打ち消すような補正値CV2を算出するための補正係数βを、フィッティングにより算出する。算出結果には、係数間の依存性(上述のルックアップテーブルの記述内容)も含まれてよい。 In step S4, the correction coefficient is calculated. For example, the correction coefficient α for calculating the correction value CV1 that cancels the voltage fluctuation characteristic acquired in the previous step S3 is calculated by fitting. Further, the correction coefficient β for calculating the correction value CV2 that cancels the temperature fluctuation characteristic acquired in the previous step S3 is calculated by fitting. The calculation result may also include the dependency between the coefficients (the description content of the above-mentioned look-up table).
ステップS5において、算出結果を記憶する。すなわち、先のステップS4で算出した補正係数α及び補正係数βが、例えば不揮発性メモリへの書き込みによって、記憶部95に記憶される。 In step S5, the calculation result is stored. That is, the correction coefficient α and the correction coefficient β calculated in the previous step S4 are stored in the storage unit 95, for example, by writing to the non-volatile memory.
ステップS5の処理が完了した後、フローチャートの処理は終了する。例えば以上の処理により、補正係数α及び補正係数βが取得される。 After the process of step S5 is completed, the process of the flowchart ends. For example, by the above processing, the correction coefficient α and the correction coefficient β are acquired.
一実施形態において、発振回路は、発振周波数が切替え可能に構成される。その場合、補正値CV1及び補正値CV2は、発振周波数の切替えに応じて算出される。これについて、図19を参照して説明する。 In one embodiment, the oscillation circuit is configured so that the oscillation frequency can be switched. In that case, the correction value CV1 and the correction value CV2 are calculated according to the switching of the oscillation frequency. This will be described with reference to FIG.
図19は、PLL回路の概略構成の例を示す図である。図19に示されるPLL回路4Aは、PLL回路4(図2)と比較して、発振回路5及び補正部9に代えて、発振回路5A及び補正部9Aを備える点、さらに、制御信号CS2が用いられる点において相違する。
FIG. 19 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a PLL circuit. Compared with the PLL circuit 4 (FIG. 2), the
発振回路5Aは、発振周周波数が切替え可能に構成される。この例では、発振回路5Aは、先に図3を参照して説明した発振回路51にコンデンサ514及びスイッチ515が追加された構成を備える。コンデンサ514は、スイッチ515が直列接続された状態で、コンデンサ513に対して並列に接続される。スイッチ515は、制御信号CS2によって切替えられる。制御信号CS2は、PLL回路4の外部、例えば固体撮像装置3の制御部2e等から与えられる。これにより、コイル512に並列に接続されるコンデンサの容量が、コンデンサ513の容量値と、コンデンサ513及びコンデンサ514の合成容量値との間で切替わる。このような容量切替えにより、発振回路5Aの発振周波数、すなわちクロック信号OSCLKの周波数が切替わる。
The
補正部9Aには、制御信号CS2が入力される。算出部91A及び算出部92Aは、発振回路5Aの発振周波数の切替えに応じた補正値CV1及び補正値CV2を算出する。補正係数α及び補正係数βは、発振回路5Aの発振周波数の関数、すなわち補正係数α(f)及び補正係数β(f)として定められてよい。発振回路5Aの発振周波数が発振周波数f0と発振周波数f1との間で切替えられる場合、補正係数αは、補正係数α(f0)と補正係数α(f1)との間で切替えられる。補正係数βは、補正係数β(f0)と補正係数β(f1)との間で切替えられる。これらの補正係数α(f)及び補正係数β(f)は、記憶部95A(例えば不揮発性メモリ)に記憶される。なお、基準電圧Vo及び基準温度Toの値も、発振回路5Aの発振周波数の切替えに応じて変更されてよい。
The control signal CS2 is input to the
PLL回路4Aのように容量バンクを持たせた発振回路5Aを用いて発振周波数を切替えることで、例えば他の回路との干渉を防ぐ等の、EMI(Electromagnetic Interface)対策が容易になる。なお、図9に示される発振回路5Aは例示に過ぎず、これ以外にも、発振周波数を切替えることが可能なさまざまな構成の発振回路が用いられてよい。
By switching the oscillation frequency using the
PLL回路は、先に図1を参照して説明した固体撮像装置3等の電子機器に用いられる。発振回路を含めたPLL回路を内蔵した電子機器(システム)として、さまざまな構成が考えられる。システムの例は、発振回路を内蔵したカメラシステムである。カメラシステムは、撮像用のイメージセンサシステム(固体撮像装置)に限らず、測距可能なTOF(Time Of Flight)システム等も含む意味である。システム構成のいくつかの例を、図20〜図25を参照して説明する。
The PLL circuit is used in an electronic device such as the solid-
図20〜図25は、イメージセンサシステムの概略構成の例を示す図である。 20 to 25 are diagrams showing an example of a schematic configuration of an image sensor system.
図20に例示されるシステム100では、発振回路5のクロック信号OSCLKは、ADC/DAC/CP回路21に供給される。ADC/DAC/CP回路21は、AD変換処理(ADC)回路、DA変換処理(DAC)回路及びチャージポンプ(CP)回路の少なくとも一つを指し示す。ADC/DAC/CP回路21は、周波数変動の影響が比較的小さく、クロック信号OSCLKをそのまま供給することが可能だからである。ADC/DAC/CP回路21は、例えば先に図1を参照して説明した信号処理部2a、データ処理部2c及び制御部2e等に含まれる。一方で、これまで説明したように周波数ずれが低減されたクロック信号PLLCLKは、外部との接続を行う高速IF回路22に供給される。高速IF回路22は、周波数変動の影響が比較的大きく、高い周波数精度が要求されるからである。高速IF回路22は、例えば先に図1を参照して説明したインタフェース部2dに含まれる。システム100において、クロック信号OSCLKの周波数及びクロック信号PLLCLKの周波数は、いずれもGHzオーダの周波数であってよい。
In the
ここで、ADC/DAC/CP回路21は、クロックに基づくカウント処理等を含むさまざまな処理を行うロジック回路(信号処理回路)とともに用いられる事も少なくない。この場合にクロック周波数にずれが発生すると、例えば撮像のフレームレートが変動する可能性がある。この変動を回路内部で補正できるように、モニタ部8のモニタ結果(この例ではモニタ電圧V及びモニタ温度T)がADC/DAC/CP回路21にも供給されてよい。
Here, the ADC / DAC /
図21には、CP回路212d、DAC回路213d及びADC回路214d、並びにADC回路214d後の信号処理回路215dを含むシステムが例示される。設定部211において、各処理に対応する設定値が設定される。設定値の例は、対応する処理回路のGainである。
FIG. 21 illustrates a system including a
CP回路212dに対応する設定値は、調整部212a及び調整部212bを通り、レジスタ212cに書込まれる。DAC回路213dに対応する設定値は、調整部213a及び調整部213bによって調整された後、DAC回路213dのレジスタ213cに書込まれる。ADC回路214dに対応する設定値は、調整部214a及び調整部214bによって調整された後、レジスタ214cに書込まれる。信号処理回路215dに対応する設定値は、調整部215a及び調整部215bによって調整された後、信号処理回路215dのレジスタ215cに書込まれる。
The set value corresponding to the
調整部212a、調整部213a、調整部214a及び調整部215aは、モニタ電圧Vに基づいて、設定値を調整する。調整部212a、調整部213a、調整部214a及び調整部215aは、モニタ電圧Vの値のスケーリング機能、算出部91及び算出部92のような多項式、ルックアップテーブル等を用いて補正する機能等を備えてよい。これにより、電源VDDの電圧変動によるCP回路212d、DAC回路213d、ADC回路214d及び信号処理回路215dの処理のずれ(例えばGainのずれ)が補正される。調整部212b、調整部213b、調整部214b及び調整部215bは、モニタ温度Tに基づいて、設定値を調整する。調整部212b、調整部213b、調整部214b及び調整部215bは、モニタ温度Tの値のスケーリング機能、算出部91及び算出部92のような多項式、ルックアップテーブル等を用いて補正する機能等を備えてよい。これにより、発振回路5の温度変動によるCP回路212d、DAC回路213d、ADC回路214d及び信号処理回路215dの処理のずれが補正される。
The adjusting
発振回路5のクロック信号OSCLKではなく、PLL7のクロック信号PLLCLKがADC/DAC/CP回路21に供給されてもよい。これにより、ADC/DAC/CP回路21にも、高い周波数精度のクロックを供給することができる。
Instead of the clock signal OSCLK of the
図22に例示されるシステム100Aでは、分周器6とADC/DAC/CP回路21との間にもPLL7が設けられる。PLL7のPLL信号は、ADC/DAC/CP回路21に供給される。なお、図示される各PLL7に入力されるFCWパラメータは、異なる値に設定されてよい。図22において、これまで説明したモニタ部8及び補正部9は、図示を省略している。後述の図23〜図25においても同様である。
In the
図23に例示されるシステム100Bでは、PLL7とADC/DAC/CP回路21との間にも、分周器6が設けられる。PLL7のPLL信号は、分周器6によって分周された後、ADC/DAC/CP回路21に供給される。これにより、高速IF回路22に供給されるクロックと同等の周波数精度を有し、かつ、そのクロックよりも低周波数のクロックを、ADC/DAC/CP回路21に供給することができる。なお、図示される各分周器6の分周比は、異なる値に設定されてよく、この点は、後述の図24及び図25においても同様である。
In the
図24に例示されるシステム100Cでは、発振回路5とロジック回路23との間にも、分周器6が設けられる。これにより、発振回路5のクロック信号OSCLKを適切な周波数に分周し、ロジック回路23に供給することができる。
In the system 100C illustrated in FIG. 24, a
図25に例示されるシステム100Dでは、PLL7とADC/DAC/CP回路21との間に設けられた分周器6と、ロジック回路23との間に、さらに分周器6が設けられる。PLL7のPLL信号は、2つの分周器6によって分周された後、ロジック回路23に供給される。これにより、クロック信号PLLCLKを、ADC/DAC/CP回路21に供給されるクロック周波数とは別の適切な周波数に分周し、ロジック回路23に供給することができる。
In the system 100D exemplified in FIG. 25, a
図20〜図25を参照して説明したシステム構成は例示に過ぎず、これら以外にも、さまざまなシステム構成に、実施形態に係るPLL回路が適用されてよい。 The system configurations described with reference to FIGS. 20 to 25 are merely examples, and the PLL circuit according to the embodiment may be applied to various system configurations other than these.
上記実施形態では、発振回路の電源電圧及び温度という2つのパラメータ変動よるクロック信号PLLCLKの周波数ずれを補正する例について説明した。ただし、これら以外にも、発振回路に関するさまざまなパラメータによる周波数ずれが補正されてもよい。他のパラメータの例は、プロセス及び電流である。プロセスの例は、トランジスタの閾値電圧である。これについて、図26及び図27を参照して説明する。 In the above embodiment, an example of correcting the frequency deviation of the clock signal PLLCLK due to the fluctuation of two parameters, the power supply voltage and the temperature of the oscillation circuit, has been described. However, in addition to these, frequency deviations due to various parameters related to the oscillation circuit may be corrected. Examples of other parameters are process and current. An example of the process is the threshold voltage of the transistor. This will be described with reference to FIGS. 26 and 27.
図26は、発振回路の概略構成の例を示す図である。図26には、先に図3を参照して説明した発振回路51の増幅器511に含まれるトランジスタ511a及び電流源511bも模式的に示される。トランジスタ511aの閾値電圧を、閾値電圧Vthと称し図示する。電流源511bを流れる電流を、電流Isと称し図示する。これら閾値電圧Vth及び電流Isの変動によっても、発振回路51の発振周波数ずれが生じうる。したがって、閾値電圧Vth及び電流Isのモニタ結果をも考慮して、FCWパラメータが補正されてよい。この場合、モニタ部8(図2)は、閾値電圧Vth及び電流Isもモニタ対象に含むように構成される。モニタは、発振回路51に含まれるトランジスタ511aそのものの閾値電圧Vthのモニタであってもよいし、トランジスタ511aの回路部分を抜き出したレプリカ回路の閾値電圧(閾値電圧Vthに相当)のモニタであってもよい。レプリカ回路の消費電力削減のために、トランジスタのサイズ、電流値をスケーリングしてもよい。電流Isについても同様にレプリカ回路や電流値をスケーリングしたものでよい。このようなモニタ部のモニタ結果に基づいてFCWパラメータを補正するための補正部の構成の例について、図27を参照して説明する。
FIG. 26 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an oscillation circuit. FIG. 26 schematically shows the
図27は、補正部の概略構成の例を示す図である。例示される補正部9Cは、補正部9(図1)と比較して、算出部93、算出部94、乗算部98及び乗算部99をさらに含み、記憶部95に代えて記憶部95Cを含む点において相違する。
FIG. 27 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a correction unit. The exemplified correction unit 9C further includes a calculation unit 93, a calculation unit 94, a
算出部93は、閾値電圧Vthの変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれを補正する補正値CV3(第3の補正値)を算出する。算出部94は、電流Isの変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれを補正する補正値CV4(第4の補正値)を算出する。補正値CV3及び補正値CV4の算出手法は、これまで説明した補正値CV1及び補正値CV2の算出手法と同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。 The calculation unit 93 calculates a correction value CV3 (third correction value) for correcting the frequency deviation of the clock signal PLLCLK due to the fluctuation of the threshold voltage Vth. The calculation unit 94 calculates a correction value CV4 (fourth correction value) for correcting the frequency deviation of the clock signal PLLCLK due to the fluctuation of the current Is. Since the calculation method of the correction value CV3 and the correction value CV4 is the same as the calculation method of the correction value CV1 and the correction value CV2 described so far, the description is not repeated here.
乗算部98は、補正値CV3を用いて、FCWパラメータを補正する。これにより、閾値電圧Vthの変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれが補正される(プロセス補償がなされる)。乗算部99は、補正値CV4を用いて、FCWパラメータを補正する。これにより、電流Isの変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれが補正される(電流補償がなされる)。閾値電圧Vth及び電流Isの変動をも考慮した周波数ずれ補正により、クロック信号PLLCLKの周波数精度がさらに向上する。
The
他のパラメータの例として、発信回路に含まれる抵抗器の抵抗値も挙げられる。例えば、先に図2を参照して説明した発振回路52の場合、抵抗器524の抵抗値、抵抗器525の抵抗値が、モニタ部8のモニタ対象に含まれてよい。先に図6を参照して説明した発振回路54の場合、抵抗器543の抵抗値が、モニタ部8のモニタ対象に含まれてよい。抵抗値のモニタは、レプリカ回路の抵抗値のモニタでもよく、サイズもスケーリングしてよい。
As an example of other parameters, the resistance value of the resistor included in the transmission circuit can be mentioned. For example, in the case of the oscillation circuit 52 described above with reference to FIG. 2, the resistance value of the
上記実施形態では、補正部9の補正対称として、FCWパラメータを例に挙げて説明した。ただし、FCWパラメータに限らず、PLL7の周波数を調整可能なあらゆるパラメータが、補正部9の補正対称となりうる。
In the above embodiment, the FCW parameter has been described as an example of the correction symmetry of the correction unit 9. However, not limited to the FCW parameter, any parameter whose frequency of the
上記実施形態では、乗算部96〜乗算部99が、補正値CV1〜補正値CV4をFCWパラメータに乗ずることによって、FCWパラメータを補正する例について説明した。ただし、乗算に限らず、加減算、除算等を含め、さまざまな態様でFCWパラメータが補正されてよい。
In the above embodiment, an example in which the
上記実施形態では、PLL回路4が固体撮像装置3に適用される例について説明した。ただし、固体撮像装置3以外のさまざまなモバイル電子機器(例えばラップトップ、スマートフォン等)に、PLL回路4が適用されてよい。
In the above embodiment, an example in which the PLL circuit 4 is applied to the solid-
3. 効果
以上説明したPLL回路は、例えば次のように特定される。図1及び図2等を参照して説明したように、PLL回路4は、発振回路5と、PLL7と、モニタ部8と、補正部9とを備える。発振回路5は、固体撮像装置3を構成する半導体チップ2の電源VDDを用いて動作する。PLL7は、FCWパラメータによって制御される。モニタ部8は、モニタ対象に少なくとも電源VDDの電圧(モニタ電圧V)を含む。補正部9は、モニタ部8のモニタ結果に基づいて、FCWパラメータを補正する。PLL7は、発振回路5の発振クロック信号OSCLKから得られる基準クロック信号REFCLKと補正部9によって補正されたFCWパラメータとに基づいて定められるクロック信号PLLCLKを生成する。
3. 3. Effect The PLL circuit described above is specified as follows, for example. As described with reference to FIGS. 1 and 2, the PLL circuit 4 includes an
上記のPLL回路4によれば、PLL7を制御するFCWパラメータが、電源VDDの電圧のモニタ結果に基づいて補正されるので、クロック信号PLLCLKの周波数ずれを低減することができる。また、発振回路5が固体撮像装置3を構成する半導体チップ2の電源VDDを用いることにより、固体撮像装置3へのコンパクトな搭載が可能になる。
According to the PLL circuit 4 described above, the FCW parameter that controls the
FCWパラメータは、クロック信号REFCLKの周波数に対するクロック信号PLLCLKの周波数の比率を示す数値であり、補正部9は、その数値を補正してよい。例えばこのようにして、クロック信号PLLCLKの周波数ずれを補正することができる。 The FCW parameter is a numerical value indicating the ratio of the frequency of the clock signal PLLCLK to the frequency of the clock signal REFCLK, and the correction unit 9 may correct the numerical value. For example, in this way, the frequency deviation of the clock signal PLLCLK can be corrected.
モニタ部8のモニタ対象は、発振回路5の温度(モニタ温度T)も含んでよい。これにより、発振回路5の温度変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれも補正することができる。
The monitor target of the
補正部9は、モニタ部8のモニタ結果に含まれるモニタ対象(例えばモニタ電圧V及びモニタ温度T)それぞれに対応する補正値(例えば補正値CV1及び補正値CV2)を用いて、FCWパラメータを補正してよい。これにより、モニタ対象それぞれのモニタ結果に応じてクロック信号PLLCLKの周波数ずれを補正することができる。
The correction unit 9 corrects the FCW parameter by using the correction values (for example, the correction value CV1 and the correction value CV2) corresponding to each of the monitoring targets (for example, the monitor voltage V and the monitor temperature T) included in the monitor result of the
少なくとも一つの補正値(例えば補正値CV2)は、対応するモニタ対象(例えばモニタ温度T)とは別のモニタ対象(例えばモニタ電圧V)との間の依存性が考慮された補正値であってよい。この場合、補正部9は、依存性を記述するルックアップテーブルを参照してよい。これにより、モニタ対象どうしの間に依存性が存在する場合でも、クロック信号PLLCLKの周波数ずれを適切に補正することができる。 At least one correction value (for example, correction value CV2) is a correction value in consideration of the dependency between the corresponding monitor target (for example, monitor temperature T) and another monitor target (for example, monitor voltage V). good. In this case, the correction unit 9 may refer to a look-up table that describes the dependency. As a result, even if there is a dependency between the monitored objects, the frequency deviation of the clock signal PLLCLK can be appropriately corrected.
図11〜図14等を参照して説明したように、モニタ部8は、モニタ対象それぞれ(例えばモニタ電圧V及びモニタ温度T)を時分割モニタしてよい。これにより、各モニタ対象を単一のモニタ器(例えばAD変換器85)で行うことができるので、モニタ対象それぞれに対応した複数のモニタ器を備える必要が無い。その分、PLL回路4を小型化することができる。
As described with reference to FIGS. 11 to 14, the
発振回路5は、半導体チップ2に集積化されてよい。この場合、図3〜図5等を参照して説明したように、発振回路5は、例えば発振回路51、発振回路52及び発振回路53等のLC発振回路であってよい。図6等を参照して説明したように、発振回路5は、例えば発振回路54等のRC発振回路であってもよい。このような構成の発振回路を用いることにより、PLL回路4を半導体チップ2に容易に集積化(オンチップ化)することができる。その結果、PLL回路4の固体撮像装置3への実装が容易になり、また、固体撮像装置3の容積を低減することもできる。
The
図19を参照して説明したように、発振回路5Aは、クロック信号OSCLKが切替え可能に構成されてよい。これにより、例えば他の回路との干渉を防ぐ等のEMI(Electromagnetic Interface)対策が容易になる。
As described with reference to FIG. 19, the
図26及び図27等を参照して説明したように、発振回路51は、トランジスタ511aを含み、モニタ部8のモニタ対象は、トランジスタ511aの閾値電圧Vthを含んでよい。これにより、閾値電圧Vthの変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれを補正することができる。発振回路51は、電流源511bを含み、モニタ部8のモニタ対象は、電流源511bの電流Isを含んでよい。これにより、電流Isの変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれを補正することができる。図4及び図6等に示されるような抵抗器を含む発振回路の場合には、抵抗器の抵抗値がモニタ部8のモニタ対象に含まれてよい。これにより、抵抗値の変動によるクロック信号PLLCLKの周波数ずれを補正することができる。
As described with reference to FIGS. 26 and 27, the
図8等を参照して説明したように、PLL7は、ディジタルPLLであってよい。これにより、アナログPLLよりも、高い周波数制御分解能を実現し、且つ、位相ノイズの増加を抑制することができる。
As described with reference to FIG. 8 and the like, the
なお、本開示に記載された効果は、あくまで例示であって、開示された内容に限定されない。他の効果があってもよい。 The effects described in this disclosure are merely examples, and are not limited to the disclosed contents. There may be other effects.
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、異なる実施形態及び変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the technical scope of the present disclosure is not limited to the above-described embodiments as they are, and various changes can be made without departing from the gist of the present disclosure. In addition, components over different embodiments and modifications may be combined as appropriate.
また、本明細書に記載された各実施形態における効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。 Further, the effects in each embodiment described in the present specification are merely exemplary and not limited, and other effects may be obtained.
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
固体撮像装置を構成する半導体チップの電源を用いて動作する発振回路と、
パラメータによって制御されるPLLと、
モニタ対象に少なくとも前記電源の電圧を含むモニタ部と、
前記モニタ部のモニタ結果に基づいて前記パラメータを補正する補正部と、
を備え、
前記PLLは、前記発振回路の発振クロック信号から得られる基準クロック信号と、前記補正部によって補正された前記パラメータとに基づいて定められるPLLクロック信号を生成する、
PLL回路。
(2)
前記パラメータは、前記基準クロック信号の周波数に対する前記PLLクロック信号の周波数の比率を指定する数値であり、
前記補正部は、前記数値を補正する、
(1)に記載のPLL回路。
(3)
前記モニタ部のモニタ対象は、前記発振回路の温度を含む、
(1)又は(2)に記載のPLL回路。
(4)
前記補正部は、前記モニタ部のモニタ結果に含まれるモニタ対象それぞれに対応する補正値を用いて、前記パラメータを補正する、
(3)に記載のPLL回路。
(5)
少なくとも一つの前記補正値は、対応する前記モニタ対象とは別のモニタ対象との間の依存性が考慮された補正値である、
(4)に記載のPLL回路。
(6)
前記補正部は、前記依存性を記述するルックアップテーブルを参照する、
(5)に記載のPLL回路。
(7)
前記モニタ部は、モニタ対象それぞれを時分割モニタする、
(2)〜(6)のいずれかに記載のPLL回路。
(8)
前記発振回路は、前記半導体チップに集積化されている、
(1)〜(7)のいずれかに記載のPLL回路。
(9)
前記発振回路は、LC発振回路及びRC発振回路のいずれかの発振回路である、
(8)に記載のPLL回路。
(10)
前記発振回路は、発振周波数が切替え可能に構成される、
(1)〜(9)のいずれかに記載のPLL回路。
(11)
前記発振回路は、トランジスタを含み、
前記モニタ部のモニタ対象は、前記トランジスタの閾値電圧を含む、
(1)〜(10)のいずれかに記載のPLL回路。
(12)
前記発振回路は、電流源を含み、
前記モニタ部のモニタ対象は、前記電流源を流れる電流を含む、
(1)〜(11)のいずれかに記載のPLL回路。
(13)
前記発振回路は、抵抗器を含み、
前記モニタ部のモニタ対象は、前記抵抗器の抵抗値を含む、
(1)〜(12)のいずれかに記載のPLL回路。
(14)
前記PLLは、ディジタルPLLである、
(1)〜(13)のいずれかに記載のPLL回路。
The present technology can also have the following configurations.
(1)
An oscillation circuit that operates using the power supply of the semiconductor chip that constitutes the solid-state image sensor,
The PLL controlled by the parameters and
A monitor unit that includes at least the voltage of the power supply as a monitor target,
A correction unit that corrects the parameters based on the monitor result of the monitor unit, and a correction unit.
Equipped with
The PLL generates a PLL clock signal determined based on a reference clock signal obtained from the oscillation clock signal of the oscillation circuit and the parameter corrected by the correction unit.
PLL circuit.
(2)
The parameter is a numerical value that specifies the ratio of the frequency of the PLL clock signal to the frequency of the reference clock signal.
The correction unit corrects the numerical value.
The PLL circuit according to (1).
(3)
The monitor target of the monitor unit includes the temperature of the oscillation circuit.
The PLL circuit according to (1) or (2).
(4)
The correction unit corrects the parameter by using the correction value corresponding to each of the monitoring targets included in the monitor result of the monitor unit.
The PLL circuit according to (3).
(5)
At least one of the correction values is a correction value in which the dependency between the corresponding monitor target and another monitor target is taken into consideration.
The PLL circuit according to (4).
(6)
The correction unit refers to a look-up table that describes the dependency.
The PLL circuit according to (5).
(7)
The monitor unit monitors each of the monitored objects in a time-division manner.
The PLL circuit according to any one of (2) to (6).
(8)
The oscillation circuit is integrated in the semiconductor chip.
The PLL circuit according to any one of (1) to (7).
(9)
The oscillation circuit is either an LC oscillation circuit or an RC oscillation circuit.
The PLL circuit according to (8).
(10)
The oscillation circuit is configured so that the oscillation frequency can be switched.
The PLL circuit according to any one of (1) to (9).
(11)
The oscillation circuit includes a transistor and includes a transistor.
The monitor target of the monitor unit includes the threshold voltage of the transistor.
The PLL circuit according to any one of (1) to (10).
(12)
The oscillator circuit includes a current source.
The monitor target of the monitor unit includes a current flowing through the current source.
The PLL circuit according to any one of (1) to (11).
(13)
The oscillation circuit includes a resistor and includes a resistor.
The monitor target of the monitor unit includes the resistance value of the resistor.
The PLL circuit according to any one of (1) to (12).
(14)
The PLL is a digital PLL.
The PLL circuit according to any one of (1) to (13).
1 半導体チップ
2 半導体チップ
3 固体撮像装置
4 PLL回路
5 発振回路
6 分周器
7 PLL
8 モニタ部
9 補正部
71 ディジタルPLL
83 温度センサ
91 算出部
92 算出部
93 算出部
94 算出部
95 記憶部
96 乗算部
97 乗算部
98 乗算部
99 乗算部
100 システム
Is 電流
T モニタ温度
V モニタ電圧
VDD 電源
Vth 閾値電圧
1 Semiconductor chip 2
8 Monitor unit 9 Correction unit 71 Digital PLL
83
Claims (14)
パラメータによって制御されるPLLと、
モニタ対象に少なくとも前記電源の電圧を含むモニタ部と、
前記モニタ部のモニタ結果に基づいて前記パラメータを補正する補正部と、
を備え、
前記PLLは、前記発振回路の発振クロック信号から得られる基準クロック信号と前記補正部によって補正された前記パラメータとに基づいて定められるPLLクロック信号を生成する、
PLL回路。 An oscillation circuit that operates using the power supply of the semiconductor chip that constitutes the solid-state image sensor,
The PLL controlled by the parameters and
A monitor unit that includes at least the voltage of the power supply as a monitor target,
A correction unit that corrects the parameters based on the monitor result of the monitor unit, and a correction unit.
Equipped with
The PLL generates a PLL clock signal determined based on a reference clock signal obtained from the oscillation clock signal of the oscillation circuit and the parameter corrected by the correction unit.
PLL circuit.
前記補正部は、前記数値を補正する、
請求項1に記載のPLL回路。 The parameter is a numerical value that specifies the ratio of the frequency of the PLL clock signal to the frequency of the reference clock signal.
The correction unit corrects the numerical value.
The PLL circuit according to claim 1.
請求項1に記載のPLL回路。 The monitor target of the monitor unit includes the temperature of the oscillation circuit.
The PLL circuit according to claim 1.
請求項3に記載のPLL回路。 The correction unit corrects the parameter by using the correction value corresponding to each of the monitoring targets included in the monitor result of the monitor unit.
The PLL circuit according to claim 3.
請求項4に記載のPLL回路。 At least one of the correction values is a correction value in which the dependency between the corresponding monitor target and another monitor target is taken into consideration.
The PLL circuit according to claim 4.
請求項5に記載のPLL回路。 The correction unit refers to a look-up table that describes the dependency.
The PLL circuit according to claim 5.
請求項2に記載のPLL回路。 The monitor unit monitors each of the monitored objects in a time-division manner.
The PLL circuit according to claim 2.
請求項1に記載のPLL回路。 The oscillation circuit is integrated in the semiconductor chip.
The PLL circuit according to claim 1.
請求項8に記載のPLL回路。 The oscillation circuit is either an LC oscillation circuit or an RC oscillation circuit.
The PLL circuit according to claim 8.
請求項1に記載のPLL回路。 The oscillation circuit is configured so that the oscillation frequency can be switched.
The PLL circuit according to claim 1.
前記モニタ部のモニタ対象は、前記トランジスタの閾値電圧を含む、
請求項1に記載のPLL回路。 The oscillation circuit includes a transistor and includes a transistor.
The monitor target of the monitor unit includes the threshold voltage of the transistor.
The PLL circuit according to claim 1.
前記モニタ部のモニタ対象は、前記電流源を流れる電流を含む、
請求項1に記載のPLL回路。 The oscillator circuit includes a current source.
The monitor target of the monitor unit includes a current flowing through the current source.
The PLL circuit according to claim 1.
前記モニタ部のモニタ対象は、前記抵抗器の抵抗値を含む、
請求項1に記載のPLL回路。 The oscillation circuit includes a resistor and includes a resistor.
The monitor target of the monitor unit includes the resistance value of the resistor.
The PLL circuit according to claim 1.
請求項1に記載のPLL回路。 The PLL is a digital PLL.
The PLL circuit according to claim 1.
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