ES2206988T3 - Circuito integrado. - Google Patents

Circuito integrado.

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ES2206988T3
ES2206988T3 ES98945427T ES98945427T ES2206988T3 ES 2206988 T3 ES2206988 T3 ES 2206988T3 ES 98945427 T ES98945427 T ES 98945427T ES 98945427 T ES98945427 T ES 98945427T ES 2206988 T3 ES2206988 T3 ES 2206988T3
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James Digby Yarlet Collier
Ian Michael Sabberton
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Qualcomm Technologies International Ltd
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Cambridge Silicon Radio Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K23/00Pulse counters comprising counting chains; Frequency dividers comprising counting chains
    • H03K23/40Gating or clocking signals applied to all stages, i.e. synchronous counters
    • H03K23/50Gating or clocking signals applied to all stages, i.e. synchronous counters using bi-stable regenerative trigger circuits
    • H03K23/54Ring counters, i.e. feedback shift register counters
    • H03K23/542Ring counters, i.e. feedback shift register counters with crossed-couplings, i.e. Johnson counters

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Abstract

Un circuito divisor de frecuencia, que comprende: un primer terminal de entrada para recibir una primera señal periódica; un segundo terminal de entrada para recibir una segunda señal periódica que está en contrafase con la primera señal periódica; un número par de etapas amplificadoras (10) conectadas en serie con una salida de la última etapa amplificadora (10b) estando conectada a una entrada de la primera etapa amplificadora (10a), en las que cada etapa amplificadora (10) comprende: (i) un par de inversores con inter-acoplamiento (1, 3); y (ii) un par de circuitos de tipo NAND (5, 7) conectados entre un nodo de entrada / salida asociado de los inversores con inter-acoplamiento y un terminal de referencia, comprendiendo cada uno de los circuitos de tipo NAND (5, 7) una conexión en serie de un primer FET de canal n (N5, N6), cuya puerta forma un terminal de entrada de la etapa amplificadora (10) y un segundo FET de canal n (N3, N4) cuya puerta está conectada al mencionado primer terminalde entrada en cada etapa amplificadora impar y cuya puerta está conectada a dicho segundo terminal de entrada en cada etapa amplificadora par; y en el que los nodos de entrada / salida de los inversores con inter- acoplamiento forman los terminales de salida de cada etapa amplificadora.

Description

Circuito integrado.
La presente invención se refiere a un circuito integrado semiconductor y de manera más particular a un circuito CMOS o a un tipo de circuito similar cuando se usa en un circuito divisor de frecuencia ("pre-desmultiplicador").
En muchos receptores radio de alta frecuencia se requieren un sintetizador y un oscilador controlado por tensión para generar la señal portadora de oscilador local que se usa para realizar una primera demodulación de la señal radio de alta frecuencia recibida. Sin embargo, el sintetizador generalmente es incapaz de coger la señal portadora de alta frecuencia directamente como una entrada. Por lo tanto, se debe usar un pre-desmultiplicador para dividir la frecuencia portadora hasta llegar a una frecuencia que pueda ser aceptada por el sintetizador. Un circuito pre-desmultiplicador generalmente comprende un número de circuitos de división por 2 y alguna lógica de control para proporcionar, por ejemplo, un circuito de división por 16 ó 17. Cada circuito de división por 2 generalmente comprende un par de circuitos circuito de retención conectados en configuración maestro - esclavo.
En un circuito de retención CMOS convencional capaz de funcionar a frecuencia más baja, se pasa una señal que se encuentra a la entrada de datos hasta la salida mientras que la señal de reloj se encuentre a nivel alto. Cuando la señal de reloj pasa a nivel bajo, el circuito de retención mantiene la misma salida hasta que la señal de reloj pase de nuevo a nivel alto, cuando se permita el paso a un nuevo valor de datos a través del circuito. El circuito de retención CMOS convencional comprende dos inversores conectados en serie y dos puertas de transmisión. La entrada de datos del circuito de retención está conectada a la entrada del primer inversor a través de una de las puertas de transmisión. La salida del segundo inversor (que también es la salida del circuito de retención) se realimenta a la entrada del primer inversor a través de la otra puerta de transmisión. Para evitar que la realimentación y que la entrada de datos se interfieran una con la otra, las dos puertas de transmisión están controladas por medio de señales de reloj en contrafase de manera que cuando una esté abierta la otra está cerrada.
La frecuencia máxima de la señal de reloj aplicada al circuito de retención depende de la velocidad a la que se puedan abrir y cerrar las puertas de transmisión, y por supuesto del retardo de propagación a través de los inversores. Las puertas de transmisión CMOS necesitan ser controladas con señales de reloj que tengan sustancialmente toda la oscilación completa de la tensión entre estados de la fuente de alimentación. La frecuencia operativa máxima de un circuito de retención CMOS es por lo tanto en la práctica mucho más baja que la de un circuito de retención construido con una tecnología bipolar adecuada de alta frecuencia tal como ECL. Además, los circuitos CMOS consumen mucha potencia a altas frecuencias, por lo tanto, cuando se requieren predesmultiplicadores de alta velocidad, la tecnología bipolar se usa de manera invariable, mientras que para baja velocidad, los dispositivos digitales CMOS u otra tecnología MOS es a menudo la preferida. En aplicaciones en las que se necesiten tanto funciones digitales de alta velocidad como de baja velocidad, es por tanto necesario por lo general emplear dos circuitos integrados independientes, uno que use la tecnología CMOS para realizar las funciones digitales de baja velocidad y otro que use tecnología bipolar para realizar las funciones digitales de alta velocidad y las funciones analógicas. La necesidad de dos circuitos integrados independientes incrementa el coste y el tamaño del producto final. De manera alternativa, se puede usar un procedimiento de CI más complejo y más caro que soporte tanto transistores bipolares como transistores CMOS.
En la segunda edición del volumen 30 del IEEE Journal de circuitos de estado sólido, Foroudi y colaboradores describen un divisor de frecuencia que divide la frecuencia de una señal de entrada por un factor de cuatro. En el divisor de frecuencia descrito, la señal de entrada mantiene los circuito de retención en un estado de "activo" y modula el tiempo de retardo que existe a través de cada uno de los circuito de retención.
La solicitud de patente japonesa número 03 121620 describe un divisor de frecuencia en el que el funcionamiento a alta velocidad se logra uniendo los terminales de salida de las resistencias de carga con una resistencia de valor alto con el fin de conmutar un FET de un amplificador diferencial a la región de saturación.
El documento JP-A-05347554 describe un circuito divisor de frecuencia variable CMOS que puede funcionar con una señal de reloj de entrada que se encuentre en el intervalo de frecuencia de los gigahercios.
El documento JP-A-04245713 describe un biestable de tipo CMOS en el que el transistor que está controlado por medio de la señal de reloj, es conectado al nodo de fuente común de un par de transistores diferenciales.
El documento EP-A-0488826 describe un circuito biestable que incluye un inversor de histéresis, un terminal de entrada de datos, un terminal de salida de datos, un terminal de entrada de reloj y una puerta de transferencia. La puerta de transferencia está dispuesta para hacer que el área de histéresis sea variable de manera que el circuito solamente necesita de un pequeño número de etapas de puerta y puede funcionar a alta velocidad y a una tensión baja de fuente de alimentación.
El documento EP-A-0793342 describe un circuito biestable de tipo maestro - esclavo. El circuito de retención maestro incluye puertas de transferencia para la conmutación entre los estados de activo e inactivo en respuesta a una señal de reloj, puertas de transferencia individualmente conectadas en serie a las puertas de transferencia para la conmutación entre los estados de activo e inactivo en respuesta a una señal de datos, y una sección de circuito de retención formada a partir de los inversores conectados a las últimas puertas de transferencia. El circuito de retención esclavo incluye puertas de transferencia para la conmutación entre los estados de activo e inactivo en respuesta a la señal de reloj, puertas de transferencia conectadas individualmente en serie a las puertas de transferencia para la conmutación entre los estados de activo e inactivo en respuesta a una salida, y una salida invertida de la sección de circuito de retención, y una sección de circuito de retención formada a partir de los inversores conectados a las últimas puertas de transferencia.
De acuerdo con un aspecto, la presente invención proporciona un circuito divisor de potencia que comprende: un primer terminal de entrada para recibir una primera señal periódica; un segundo terminal de entrada para recibir una segunda señal periódica que está en contrafase con la primera señal periódica; un número par de etapas amplificadoras conectadas en serie con una salida de la última etapa amplificadora que se conecta a una entrada de la primera etapa amplificadora, en la que cada etapa amplificadora consta de: (i) un par de inversores con inter-acoplamiento; y (ii) un par de circuitos de tipo NAND conectados entre un nodo de entrada / salida asociado de los inversores con inter-acoplamiento y un terminal de referencia, comprendiendo cada circuito de tipo NAND de una conexión en serie de un primer FET de canal n, cuya puerta forma un terminal de entrada de la etapa amplificadora y un segundo FET de canal n cuya puerta está conectada a dicho primer terminal de entrada en cada etapa amplificadora impar y cuya puerta está conectada a dicho segundo terminal de entrada en cada etapa amplificadora par; y en el que los nodos de entrada/salida de los inversores con inter-acoplamiento forman los terminales de salida de cada etapa amplificadora.
De acuerdo con otro aspecto, la presente invención proporciona un circuito divisor de potencia que consta de: un primer terminal de entrada para recibir una primera señal periódica; un segundo terminal de entrada para recibir una segunda señal periódica que está en contrafase con la primera señal periódica; un número par de etapas amplificadoras conectadas en serie con una salida de la última etapa amplificadora que se conecta a una entrada de la primera etapa amplificadora, en el que cada etapa amplificadora comprende: (i) un par de inversores con inter-acoplamiento acoplados entre un terminal de alimentación y un terminal de referencia; (ii) un primer par de FET de canal n conectados entre un nodo asociado de entrada / salida de los inversores con inter-acoplamiento y el terminal de referencia, y cuya puerta forma un terminal de entrada de la etapa amplificadora; y (iii) un segundo par de FET de canal n interpuestos entre un inversor asociado y dicho terminal de referencia, cuya puerta está conectada a dicho primer terminal de entrada en cada etapa amplificadora impar y cuya puerta está conectada a dicho segundo terminal de entrada en cada etapa amplificadora par; y en el que los nodos de entrada/salida de los inversores con inter-acoplamiento forman los terminales de salida de cada etapa amplificadora.
El divisor de potencia que constituye la presente invención se puede usar en muchas aplicaciones. Por ejemplo, se puede usar para generar una portadora local en un circuito receptor radio.
Las realizaciones de la invención se describen ahora, por medio de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos que se acompañan en los que:
La figura 1a muestra un circuito de retención de acuerdo con una primera realización de la presente invención;
La figura 1b muestra un circuito lógico equivalente del circuito de retención mostrado en la figura 1a;
La figura 2 muestra dos de los circuito de retención mostrados en la figura 1a conectados juntos en cascada y conectados para formar un divisor de frecuencia de división por dos;
La figura 3 es un circuito equivalente generalizado del divisor de frecuencia mostrado en la figura 2, estando cada circuito de retención representado por medio de un amplificador diferencial con histéresis y un bloque de modulación;
La figura 4 muestra un circuito divisor de frecuencia de acuerdo con una segunda realización de la presente invención;
La figura 5 muestra de manera esquemática la relación de entrada / salida de los amplificadores diferenciales con histéresis usados en la segunda realización;
La figura 6 muestra una segunda realización de un circuito de retención que se puede emplear en el circuito divisor de frecuencia mostrado en la figura 4;
La figura 7a es un diagrama de circuito que demuestra cómo se puede modificar el circuito de retención mostrado en la figura 1a para proporcionar funciones lógicas adicionales;
La figura 7b muestra un circuito lógico equivalente del circuito de retención mostrado en la figura 7a;
La figura 8 es un diagrama de circuito que muestra un circuito divisor por cuatro / cinco usando circuitos de circuito de retención de acuerdo con las realizaciones de la presente invención;
La figura 9 muestra un transmisor y receptor radio símplex de frecuencia modulada para datos digitales de velocidad binaria relativamente baja, de acuerdo con una realización de la presente invención.
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La figura 1a muestra un circuito de retención generalmente indicado por medio de referencia numérica 10, de acuerdo con una realización de la presente invención, y la figura 1b muestra un circuito lógico equivalente del mismo. El circuito de retención tiene entradas de reloj CLK, una entrada de datos D, una entrada de datos complementaria DB, una salida de datos Q y una salida de datos complementaria QB. En la descripción y dibujos presentes, el sufijo "B" se usa en todo el documento para indicar el complemento de una señal lógica dada de forma que cuando Q = 0, QB = 1 y viceversa.
En el circuito de la figura 1a, el transistor MOS de canal p P1 y el transistor MOS de canal n N1 forman un primer inversor CMOS 1 con la entrada Q y la salida QB, y el transistor de canal p P2 y el transistor de canal n N2 forman un segundo inversor 3 con la entrada QB y la salida Q. Los dos inversores 1 y 3 están conectados en una disposición similar a una célula de memoria estática estándar, con la salida de uno conectada a la entrada del otro, como se muestra en la figura 1b. Esto contrasta con el circuito de retención CMOS más típico que usa puertas de transmisión, descrito anteriormente. El circuito comprende también dos pares de transistores de canal n conectados en serie (N3 y N5; N4 y N6) cada uno de los cuales realiza una función de tipo NAND teniendo entradas D y CLK, y DB y CLK respectivamente, y salidas QB y Q respectivamente. Estos dos circuitos de tipo NAND están representados por medio de puertas NAND 5 y 7 en el circuito lógico equivalente mostrado en la figura 1b, y se hará referencia a ellas en este documento como las puertas 5 y 7. Sin embargo, como apreciarán aquéllos que sean expertos en la técnica, estos circuitos no forman puertas NAND CMOS completas.
En funcionamiento, mientras que CLK permanezca a nivel bajo, la conexión de realimentación positiva entre los inversores 1 y 3 mantiene el circuito de retención en cualquier estado en el que ya se encontrase en ese momento (Q a nivel bajo / QB a nivel alto) o (Q a nivel alto / QB a nivel bajo). Cuando CLK pasa a nivel alto, sin embargo, el estado del circuito de retención puede cambiarse, dependiendo de las entradas de datos D/DB. Por ejemplo, si en QB hay un nivel lógico alto y se aplica un nivel lógico alto a CLK mientras D se encuentre a nivel alto, entonces se fuerza a QB a pasar a un nivel lógico bajo. De manera similar, si en Q hay un nivel lógico alto y se aplica un nivel lógico alto a CLK mientras DB se encuentre a nivel alto, entonces se fuerza a Q a pasar a un nivel lógico bajo. Cuando CLK pasa a nivel bajo de nuevo, se conserva el nuevo estado.
Los transistores de canal n N1 y N2 de los dos inversores 1 y 3 se hacen "más débiles" que los transistores de las correspondientes puertas NAND 7 y 5 que los controlan, de manera que se puede sobrescribir el nivel lógico dentro de la disposición de la célula de memoria. Esto se consigue en la presente realización por medio de la reducción de la relación entre la anchura y la longitud (relación de aspecto) de los transistores N1 y N2 en comparación con la relación de aspecto de los transistores N3, N5 y N4, N6. La tabla 1 siguiente lista las dimensiones adecuadas para cada uno de los transistores mostrados en la figura 1A, en procesos de 0,7 \mum y 0,5 \mum como alternativas. Los transistores N3, N4 sensibles a la señal de reloj CLK están hechos particularmente "fuertes".
TABLA I
Transistor Ancho : largo Ancho : largo
(Proceso de 0,7 \mum) (Proceso de 0,5 \mum)
P1 6 : 1 8 : 0,5
P2 6 : 1 8 : 0,5
N1 2,2 : 0,7 2,2 : 0,5
N2 2,2 : 0,7 2,2 : 0,5
N3 32 : 0,7 32 : 0,5
N4 32 : 0,7 32 : 0,5
N5 6 : 0,7 8 : 0,5
N6 6 : 0,7 8 : 0,5
El retardo de propagación a través del circuito de retención 10 depende del tiempo que se tarda en forzar a que Q o QB pasen un valor lógico baja después de que D/DB cambie. Si se aplica una señal analógica a CLK en lugar de una señal lógica, los transistores N3 y N4 no se abren necesariamente por completo o se cierran por completo, pero actúan como resistencias variables, cuyos valores fluctúan en respuesta a la señal de reloj (CLK). Como resultado de esta resistencia fluctuante, se modula el tiempo que se tarda en forzar al circuito de retención 10 a que pase a cada estado diferente, y de esta forma se modula el retardo de propagación a través del circuito de retención 10.
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Los inventores han descubierto que mediante la utilización del efecto de modulación del retardo de este tipo de circuito de retención, se puede hacer un circuito pre-desmultiplicador que sea capaz de funcionar a frecuencias mucho más altas que las frecuencias a las que funcionan los circuitos actualmente disponibles en la tecnología CMOS actual. En particular, mediante la aplicación de una señal oscilante a la entrada de CLK, se puede modular el retardo de propagación con éxito incluso a una frecuencia que sea demasiado alta para el funcionamiento "digital" del circuito de retención.
La figura 2 muestra dos de dichos circuitos circuito de retención 10a y 10b conectados juntos para formar un divisor de frecuencia de división por dos. Las salidas Q y QB del primer circuito de retención 10a están conectadas a las entradas D y DB respectivamente del segundo circuito de retención 10b, y las salidas Q y QB del segundo circuito de retención 10b están conectadas a las entradas DB y D respectivamente del primer circuito de retención 10a. La señal de entrada (ENTRADA) cuya frecuencia va a ser dividida es aplicada a la entrada de reloj CLK del primer circuito de retención 10a, y la versión en contrafase (ENTRADA B) de la señal de entrada que va a ser dividida es aplicada a la entrada de reloj CLK del segundo circuito de retención 10b. Las señales ENTRADA y ENTRADA B oscilan con una cierta amplitud en torno a una tensión a medio camino entre los niveles lógicos alto y bajo.
Conectados de esta manera, el circuito actúa como un oscilador en anillo y una cadena de valores lógicos altos y bajos se propagan alrededor del circuito. La velocidad a la que se propagan los valores lógicos altos y bajos depende del retardo de propagación a través de cada circuito de retención 10a y 10b. Si el retardo a través del circuito de retención 10a es T_{1} y el retardo a través del circuito de retención 10b es T_{2}, entonces la frecuencia de oscilación es 1 / [2 (T_{1} + T_{2})].
Si los retardos T_{1} y T_{2} están hechos para que varíen de manera cíclica, con la frecuencia f_{in}, en torno a un valor de 1 / [2 f_{in}], (es decir, 1 / [2 f_{in}] < T_{1} y T_{2} < 1 / [2 f_{in}]) de forma que T_{1} aumenta cuando T_{2} disminuye y viceversa, entonces los valores lógicos altos y bajos pueden propagarse solamente alrededor del circuito con un retardo de 2/f_{in}. Cualquier señal que intente propagarse alrededor del circuito más rápida o más lenta que éste, será automáticamente frenada o acelerada, según el caso, debido a los valores de retardo alternantes. En este caso, el circuito se comporta como un oscilador enganchado a la frecuencia f_{in}/2, y de ese modo forma un divisor de frecuencia, ya que f_{in} es la frecuencia de la señal de entrada ENTRADA / ENTRADA B. Cuando se ve de esta manera, el funcionamiento del circuito se puede asemejar a un denominado amplificador paramétrico.
Los inventores han establecido que realizando la operación de división de frecuencia de esta manera, un circuito pre-desmultiplicador CMOS puede funcionar a frecuencias (f_{in}) de hasta 600 MHz, usando sólo un proceso convencional CMOS de 0,7 \mum. La capacidad de funcionar a estas frecuencias permite la integración de más funciones en un solo circuito integrado.
Para explicar cómo funciona el divisor de frecuencia mostrado en la figura 2 a un nivel diferente, es útil considerar cada circuito de retención 10a y 10b como si fuesen cada uno de ellos un amplificador diferencial con histéresis teniendo una entrada de modulación que puede usarse para variar el retardo de propagación a través del amplificador. En esta realización, la amplitud de la entrada de modulación modula las entradas aplicadas a los amplificadores, mientras que la histéresis permanece constante.
La figura 3 es un diagrama de circuito equivalente del divisor de frecuencia mostrado en la figura 2, estando representados cada circuito de retención 10 y 10b por medio de un amplificador diferencial con histéresis 30a y 30b y un bloque de modulación 33a y 33b como se ha descrito anteriormente. El bloque de modulación 33a está controlado por medio de la señal de entrada (ENTRADA) que vaya a ser dividida, y el bloque de modulación 33b está controlado por la inversa (ENTRADA B) de la señal de entrada que vaya a ser dividida.
Como se ha mencionado antes, los bloques de modulación 33a y 33b actúan como un medio para variar el retardo de propagación de cada amplificador, que se consigue en esta realización mediante la variación de la resistencia de los transistores de reloj N3/N4 en serie con los transistores de entrada N5/N6, variando de manera efectiva la fuerza de la conexión de un amplificador con el otro. Si se reduce la fuerza de la conexión entre el amplificador 30a y el amplificador 30b, entonces tardará más tiempo el que la señal se propague a través del amplificador 30b. Por otra parte, si se incrementa la fuerza de la conexión entre el amplificador 30a y el amplificador 30b, entonces tardará menos tiempo el que la señal se propague a través del amplificador 30b. De manera similar, el retardo de propagación a través del amplificador 30a puede variarse cambiando la fuerza de la conexión entre el amplificador 30b y el amplificador 30a. De esta manera, se pueden cambiar los retardos T_{1} y T_{2} variando la fuerza de la conexión entre los dos amplificadores.
Después de generalizar el circuito mostrado en la figura 2 al circuito equivalente mostrado en la figura 3, se verá que se puede conseguir el mismo efecto de modulación de otras maneras, por ejemplo, mediante la modulación de la histéresis de los amplificadores directamente como se muestra en las figuras 4 y 5.
La figura 4 muestra de manera esquemática los amplificadores diferenciales con histéresis conectados en serie y teniendo la salida Q del segundo amplificador 40b conectada a la entrada DB del primer amplificador 40a, y la salida QB conectada a la entrada D del primer amplificador. Se aplica la señal de entrada ENTRADA al primer amplificador 40a para variar la histéresis del mismo, y la señal de entrada complementaria ENTRADA B se aplica al segundo amplificador 40b para variar la histéresis del mismo.
La figura 5 muestra de manera esquemática la característica de entrada/salida de cada amplificador 40a y 40b mostrados en la figura 4 incluyendo la histéresis. La realimentación negativa global (debida al acoplamiento desde la salida Q de la segunda etapa a la entrada DB de la primera) supera la realimentación positiva necesaria para crear la histéresis de cada circuito de retención. El efecto de esto es tal que cambiando la histéresis, los retardos de propagación efectivos (T_{1} y T_{2}) a través de los amplificadores cambian, mientras que la fuerza de las conexiones entre los amplificadores permanece constante. En particular, si los retardos T_{1} y T_{2} se hacen para que varíen de manera cíclica, con la frecuencia f_{in} en torno a un valor de 1 / [2 f_{in}], (es decir, 1 / [2 f_{in}] 1 / [2 f_{in}]) de forma que cuando T_{1} aumenta, T_{2} disminuye y viceversa, entonces, como en la primera realización, los valores lógicos altos y bajos pueden propagarse solamente alrededor de un circuito con una frecuencia f_{in}/2.
La figura 6 muestra un circuito de retención generalmente indicado por medio de la referencia numérica 60 que se puede usar para formar el amplificador mostrado en la figura 4, denominado un circuito de retención cuya histéresis se puede variar. El circuito de retención 60 es similar al circuito de retención 10 mostrado en la figura 1a, pero con los transistores N3', N4' situados en serie con los transistores N2' y N1' respectivamente, en lugar de en serie con los transistores N5' y N6' respectivamente.
Como en la primera realización, el retardo de propagación a través del circuito de retención 60 depende del tiempo que se tarda para forzar a Q' o a QB' a pasar a un nivel lógico bajo. Además, cuando se aplica una señal de alta frecuencia a CLK, los transistores N3' y N4' no tienen necesariamente tiempo para pasar a estar completamente abiertos o completamente cerrados, pero en cualquier caso, actúan como resistencias variables, cuyos valores fluctúan en respuesta a la señal de entrada (CLK). Como resultado de esta resistencia fluctuante, se modula el tiempo que se tarda en forzar al circuito de retención 60 a pasar a cada estado diferente, y así se modula el retardo de propagación a través del circuito de retención 60. Por lo tanto, en esta realización, la señal de reloj está modulando de manera efectiva el retardo de propagación mediante la modulación de la histéresis de los circuitos de circuito de retención.
La figura 7 muestra cómo se puede modificar el circuito de circuito de retención mostrado en la figura 1a para incluir otras funciones lógicas (se podrían hacer modificaciones similares al circuito de retención mostrado en la figura 6). En la figura 1a se usan en todo lo posible las mismas señales de referencia. En particular, la figura 7a comprende un transistor MOS de canal p P1 y un transistor MOS de canal n N1 que forman un primer inversor CMOS 1 con entrada Q y salida QB, y un transistor de canal p P2 y un transistor de canal n N2 que forman un segundo inversor 3 con entrada QB y salida Q. Como en el circuito de retención mostrado en la figura 1a, los dos inversores 1 y 3 están conectados en una disposición de célula de memoria estática estándar con la salida de uno conectada a la entrada del otro, como se muestra en la figura 7b. El circuito de retención también comprende los transistores N3, N6A y N6B que juntos forman un circuito que realiza una función de tipo NAND de tres entradas que tiene las entradas A, B y CLK y la salida QB, y está representada por medio de las puertas NAND 70 y 5 en la figura 7b. El circuito consta también de los transistores N6A y N6B en paralelo y el transistor N4 conectado en serie con la combinación en paralelo de transistores N6A y N6B. La combinación en paralelo de los transistores N6A y N6B forma un circuito que realiza una función de tipo OR y está representada por la puerta OR 71 en la figura 7b. El transistor N4 y la combinación en paralelo anterior juntos forman un circuito que realiza una función de tipo NAND, y está representada por la puerta NAND 7 en la figura 7b.
El circuito mostrado en la figura 7a funciona de la siguiente manera. Cuando QB se encuentra a nivel alto, y las entradas A, B y CLK están todas ellas a nivel alto, entonces QB es forzada a pasar a un nivel lógico bajo. De manera similar, cuando Q se encuentra a nivel alto y (i) la entrada AB (complemento de A) y CLK se encuentran a nivel alto o (ii) la entrada BB (complemento de B) y CLK se encuentran a nivel alto, entonces se forzará a Q a pasar a un nivel lógico bajo. En otras palabras, la salida del circuito de retención (Q) estará a nivel bajo a menos que ambas entradas A y B estén a nivel lógico alto cuando CLK esté a nivel alto. Por lo tanto, el circuito de retención mostrado en la figura 7a comprende de manera efectiva un circuito de retención de tipo D cuya entrada de datos es una función lógica AND de las entradas A y B.
Como apreciarán aquéllos que sean expertos en la técnica, la adición de circuitería lógica extra no afectará al principio de funcionamiento del circuito de retención cuando se emplee en un circuito divisor de frecuencia. Por lo tanto, el circuito de retención se puede emplear en circuitos contadores más complejos y mantener todavía la ventaja de velocidad sobre los dispositivos conocidos.
La figura 8 muestra un ejemplo de un circuito pre-desmultiplicador que puede realizar una operación de división por cuatro o una división por cinco. El circuito según se muestra consta de cuatro circuitos circuito de retención del tipo mostrado en la figura 1a o en la figura 6 (L2, L3, L4 y L6) y de dos circuitos circuito de retención del tipo puerta AND mostrado en la figura 7a (L1 y L5). Una entrada de control CTRL/CTRLB está conectada a la entrada B/BB del circuito de retención L5. El circuito dividirá por cuatro cuando CTRL se encuentre a nivel bajo y dividirá por cinco cuando CTRL se encuentre a nivel alto, y puede funcionar a frecuencias de hasta 450 MHz desde tensiones de alimentación de 3V y hasta 600 MHz a 5V, en un proceso de 0,7 \mum. El principio de funcionamiento del circuito es el mismo que el del circuito de división por dos de la figura 2, y no será descrito de nuevo.
Todos los circuito de retención L1 al L5 tienen como reloj la señal de entrada ENTRADA / ENTRADA B cuya frecuencia va a ser dividida. De manera alternativa, el circuito contador podría comprender una pluralidad de circuitos de división por dos, como aquéllos mostrados en la figura 2, conectados en serie con la salida de un circuito de división por dos que se aplica a la entrada de reloj del siguiente circuito adyacente de división por dos. Esto tiene la ventaja que las últimas etapas pueden ser dimensionadas para una velocidad más baja y una corriente de funcionamiento más baja, pero está limitado a potencias de dos en la elección de los factores de división. Proporcionando factores de división de cuatro y de cinco (2^{2} y 2^{2} + 1) con una lógica de control adecuada, se puede conseguir cualquier factor mayor a 4 x 5.
La figura 9 muestra una aplicación para los novedosos circuitos divisores de frecuencia en forma de un transmisor receptor radio símplex de frecuencia modulada (FM) generalmente indicado por el número de referencia 90, para datos digitales de velocidad binaria relativamente baja. Las aplicaciones de dicha radio incluyen radiobuscadores móviles, y también en el futuro, la transmisión de datos para el control y medida de utilidades tales como suministros de gas y electricidad. La estructura general del transmisor / receptor tiene una forma bien conocida por aquéllos que sean expertos en la técnica, y no se describirá con profundidad.
Con referencia a la figura 9, cuando se vayan a transmitir los datos, éstos serán primero modulados en el bloque de modulación 91 usando una técnica de modulación de datos tal como codificación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK) y después aplicados a la entrada de un oscilador controlado por tensión (VCO) 93. La salida del VCO 93 es una señal de radiofrecuencia (RF) modulada por la señal QPSK que es entonces amplificada por un amplificador de potencia 95 y radiodifundida desde una antena 97 a través de un conmutador de control de transmisión / recepción 99 y de un filtro 101.
Cuando se vayan a recibir los datos, las señales de entrada de RF recogidas por la antena 97 son filtradas en el filtro 101 para eliminar el ruido, y se pasan a un amplificador de RF 103 a través del conmutador de control de transmisión / recepción 99. Las señales amplificadas son filtradas entonces de nuevo en un filtro 105 para eliminar las señales portadoras no deseadas que podrían dar como resultado "señales imagen" en una etapa de FI. Un mezclador 107 hace una conversión inferior de las señales de entrada de RF a señales de frecuencia intermedia (FI) multiplicando las señales entrantes de RF por una señal portadora generada localmente. Las señales de FI a la salida del mezclador 107 son filtradas de nuevo por medio de un resonador cerámico o un filtro similar 109 que tenga una respuesta plana en todo el ancho de banda requerido y una atenuación grande a cada lado de la banda de paso. Los datos recibidos son entonces recuperados por medio de la demodulación de la salida de señal de FI del filtro cerámico 109 en un bloque de demodulación 111.
Aunque es muy efectivo como un filtro, la frecuencia central del filtro de tipo cerámico 109 tiene un valor fijo. No es posible variar esta frecuencia central con el fin de resintonizar la radio a otras frecuencias portadoras, y mantener al mismo tiempo la atenuación requerida a cada lado de la banda de paso. La solución a este problema es asegurar que las señales de FI a la salida del mezclador 107 estén siempre centradas a la misma frecuencia. Por lo tanto, para recibir otras portadoras moduladas, la señal portadora local aplicada al mezclador 107 debe ser variable para hacer una conversión inferior de las señales de RF deseadas a la frecuencia FI fija.
Esto se consigue de manera convencional mediante la utilización de un oscilador controlado por tensión (VCO) 93, un pre-desmultiplicador 113 y un sintetizador digital de frecuencia 115 conectados de la manera que se muestra en la figura 5. La frecuencia de la señal de salida del VCO 93 está controlada por la tensión de entrada al mismo suministrada por el sintetizador 115, mientras que el sintetizador recibe una versión de la señal de salida del VCO, dividida en frecuencia por el pre-desmultiplicador 113.
La división en frecuencia está pensada convencionalmente como una función digital, y la frecuencia máxima que el pre-desmultiplicador 113 puede reducir depende de la tecnología del circuito digital usado. Con las señales de RF, se usa normalmente tecnología de transistores bipolares que puede funcionar a las altas frecuencias de RF. Sin embargo, cuando se usa un circuito integrado CMOS de bajo coste y baja potencia para el sintetizador 115 (y quizá también para la descodificación de datos, operaciones de procesado y de control del receptor como un todo), esto da como resultado la necesidad de un segundo circuito integrado para realizar la división de frecuencia, lo que incrementa el coste y el tamaño del transmisor / receptor 90. En contraste con esto, el pre- desmultiplicador 103 del transmisor / receptor de la figura 9 usa el divisor de frecuencia novedoso descrito anteriormente. Por medio de esta característica, cada parte del transmisor / receptor símplex 90, con la posible excepción de los filtros analógicos, puede ser construida en un único circuito integrado CMOS, con lo que se reduce el coste y el tamaño totales del transmisor / receptor de datos 90. El mezclador 107 puede ser llevado a la práctica usando transistores MOSFET integrados también sobre el mismo circuito integrado.

Claims (10)

1. Un circuito divisor de frecuencia, que comprende:
un primer terminal de entrada para recibir una primera señal periódica;
un segundo terminal de entrada para recibir una segunda señal periódica que está en contrafase con la primera señal periódica;
un número par de etapas amplificadoras (10) conectadas en serie con una salida de la última etapa amplificadora (10b) estando conectada a una entrada de la primera etapa amplificadora (10a), en las que cada etapa amplificadora (10) comprende:
(i)
un par de inversores con inter-acoplamiento (1, 3); y
(ii)
un par de circuitos de tipo NAND (5, 7) conectados entre un nodo de entrada / salida asociado de los inversores con inter-acoplamiento y un terminal de referencia, comprendiendo cada uno de los circuitos de tipo NAND (5, 7) una conexión en serie de un primer FET de canal n (N5, N6), cuya puerta forma un terminal de entrada de la etapa amplificadora (10) y un segundo FET de canal n (N3, N4) cuya puerta está conectada al mencionado primer terminal de entrada en cada etapa amplificadora impar y cuya puerta está conectada a dicho segundo terminal de entrada en cada etapa amplificadora par; y
en el que los nodos de entrada / salida de los inversores con inter- acoplamiento forman los terminales de salida de cada etapa amplificadora.
2. Un circuito divisor de frecuencia, que comprende:
un primer terminal de entrada para recibir una primera señal periódica;
un segundo terminal de entrada para recibir una segunda señal periódica que se encuentra en contrafase con la primera señal periódica;
un número par de etapas amplificadoras (10) conectadas en serie con una salida de la última etapa amplificadora (10b) estando conectada a una entrada de la primera etapa amplificadora (10a), en la que cada etapa amplificadora (10) comprende:
i)
un par de inversores con inter-acoplamiento (1, 3) acoplados entre un terminal de alimentación y un terminal de referencia;
ii)
un primer par de FET de canal n conectados entre un nodo de entrada / salida asociado de los inversores con inter-acoplamiento (1, 3) y el terminal de referencia, cuya puerta forma un terminal de entrada de la etapa amplificadora (10); y
iii)
un segundo par de FET de canal n interpuestos entre un inversor asociado y dicho terminal de referencia, cuya puerta está conectada a dicho primer terminal de entrada en cada etapa amplificadora impar y cuya puerta está conectada a dicho segundo terminal de entrada en cada etapa amplificadora par; y
en el que los nodos de entrada / salida de los inversores con inter-acoplamiento forman los terminales de salida de cada etapa amplificadora.
3. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que hay dos etapas amplificadoras (10a, 10b) conectadas en serie.
4. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, que comprende una pluralidad de los mencionados circuitos divisores de frecuencia conectados en serie.
5. Un circuito de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho circuito divisor de frecuencia es un circuito integrado CMOS monolítico con circuitería lógica CMOS.
6. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el circuito de tipo NAND de al menos una etapa amplificadora comprende además un transistor adicional (N5B, N6A) para recibir una entrada de control para proporcionar la división por relaciones distintas a las potencias de dos.
7. Un circuito de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada inversor (1, 3) comprende una conexión en serie de un transistor de canal p (P1, P2) y un transistor de canal n (N1, N2).
8. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la relación de aspecto del transistor de canal n (N1, N2) de cada inversor (1, 3) es menor que la relación de aspecto de cada uno de los otros transistores de canal n (N3, N4, N5, N6).
9. Un circuito generador de señal, que comprende:
un primer medio generador para generar una primera señal analógica periódica;
un segundo medio generador para generar una segunda señal analógica periódica que está en contrafase con la primera señal periódica; y
un circuito divisor de frecuencia de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando conectado el primer terminal de entrada del mismo al primer medio generador, y el segundo terminal de entrada del mismo conectado al mencionado segundo medio generador; y
en el que dichos primer y segundo medios generadores están dispuestos para generar las respectivas primera y segunda señales analógicas periódicas con una amplitud que provoque que los transistores conectados a dichos terminales de entrada no estén completamente abiertos o completamente cerrados, sino que actúen como resistencias variables.
10. Un procedimiento de división de frecuencia caracterizado por la etapa de utilizar el circuito divisor de frecuencia de cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 8.
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