JP2002171160A - 位相比較回路 - Google Patents

位相比較回路

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JP2002171160A
JP2002171160A JP2000366905A JP2000366905A JP2002171160A JP 2002171160 A JP2002171160 A JP 2002171160A JP 2000366905 A JP2000366905 A JP 2000366905A JP 2000366905 A JP2000366905 A JP 2000366905A JP 2002171160 A JP2002171160 A JP 2002171160A
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Hiroaki Uchida
宏章 内田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】識別データ出力用として使用される出力端子に
接続されるD−FFには、出力端子以外に多数のブロッ
クが接続され、それらの容量負荷により、帯域の劣化を
引き起こすため、高速動作時における識別データ出力の
波形劣化を生じるのを回避する位相比較回路を提供す
る。 【解決手段】入力データ信号が入力される入力端子1が
データ入力端子Dに接続され、位相反転したクロック信
号がクロック入力端子Cに入力される1対の入力段D−
FF8、9と、D−FF9の出力データ信号がデータ入
力端子Dに入力され、D−FF8の出力データを相互に
位相反転してクロック入力端子Cに入力される1対の出
力段D−FF10、11と、これら出力段D−FF1
0、11の両出力を入力とする加算器13とにより構成
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は位相比較回路、特に
半導体集積回路化に適するPLL(位相同期ループ)方
式のクロック・データ識別再生回路における位相比較回
路に関する。
【0002】
【従来の技術】位相比較回路は、入力データをクロック
信号で識別する時に、クロック信号の位相を入力データ
の中央位置である最適ポイントに自動調整させるため等
に使用される基本電子回路の1つである。位相比較回路
の従来技術は、特開平9−162727号公報の「ディ
ジタル形式位相比較器」、特開平10−327068号
公報の「ディジタルPLL回路」および特開2000−
40957号公報の「PLL回路」等に開示されてい
る。
【0003】従来の位相比較回路を図4乃至図10を参
照して説明する。図4は、従来の位相比較回路の第1例
のブロック図である。この位相比較回路は、4個のD型
フリップフロップ(D−FF)8〜11、3個のインバ
ータ(位相反転器)5〜7およびセレクタ12により構
成される。入力端子1からの入力信号をD−FF8およ
び9のデータ入力端子Dに入力し、入力端子2からの入
力信号をD−FF8のクロック端子Cに直接、またD−
FF9のクロック端子Cにインバータ5を介して入力す
る。D−FF8のQ出力信号を、出力端子3に出力する
と共に、D−FF10のクロック端子Cにインバータ6
を介して、またD−FF11のクロック端子Cの直接入
力する。一方、D−FF9のQ出力信号は、D−FF1
0のデータ入力端子Dにインバータ7を介して、またD
−FF11のデータ入力端子Dに直接入力する。また、
D−FF10および11のQ出力信号は、セレクタ12
の両入力端子D1、D2に入力し、セレクタ12の出力
信号を出力端子4に供給するよう構成されている。
【0004】この位相比較回路の動作を、図5および図
6のタイミングチャートを参照して説明する。図5およ
び図6において、(a)は入力端子1から入力されるデ
ータ信号、(b)は入力端子2から入力されるクロック
信号、(c)はD−FF8の出力信号、(d)はD−F
F9の出力信号、(e)はD−FF10の出力信号、
(f)はD−FF11の出力信号および(g)はセレク
タ12から出力端子4に出力されるの出力信号である。
図5において、(A)は位相合致時、(B)は位相進み
時および(C)は位相遅れ時のタイミングチャートであ
る。また、図6は、データ信号のDutyが劣化した場
合のタイミングチャートであって、(A)は位相合致
時、(B)は入力データの立ち下がりから半クロック前
にクロックの立ち上がりがある場合および(C)は入力
データの立ち上がりから半クロック後にクロックの立ち
上がりがある場合のタイミングチャートである。
【0005】先ず、D−FF8で、入力端子1から入力
したデータ信号(a)を入力端子2からのクロック信号
(b)の立ち上がりで識別する。このD−FF8の出力
を識別データとして出力端子3に出力する。一方、D−
FF9で、入力端子1から入力したデータ(a)を入力
端子2からのクロック信号(b)をインバータ5で反転
させたクロック信号の立ち上がりで識別する。ここで、
D−FF9は、入力データ信号(a)のH(高レベル)
→L(低レベル)およびL→Hの変化点を識別すること
になる。この変化点は、データのH、Lが確定していな
いため、識別結果はHおよびLをランダムに行き交う。
【0006】次に、D−FF10において、D−FF9
の出力データ(d)をインバータ7で反転させたデータ
を、D−FF8の出力データ(c)をインバータ6で反
転させたデータの立ち上がりで識別する。また、D−F
F11において、D−FF9の出力データ(d)をD−
FF8の出力データ(c)の立ち上がりで識別する。こ
れにより、D−FF10では、D−FF9の出力ランダ
ムデータ(d)を反転したデータを、D−FF8の出力
データ(c)の立ち下がりで識別する。一方、D−FF
11では、D−FF9の出力ランダムデータ(d)をD
−FF8の出力データ(c)の立ち上がりで識別するこ
とになる。セレクタ12の入力端子D1には、D−FF
10の出力データ(e)を、入力端子D2には、D−F
F11の出力データ(f)を入力する。このセレクタ1
2は、D−FF8の出力がHの時にD1を、Lの時にD
2を出力する。位相が合致している時のセレクタ12の
出力(g)は、HとLをランダムに行き交うデータとな
る。この信号を出力端子4に出力して平均値化すること
により、HとLの中間、即ちMiddleとなる。
【0007】ここで、入力データに対してVCOクロッ
クの位相が進んだ状態を図5(B)に示す。位相が進ん
だ場合には、D−FF8とD−FF9は、同じデータを
それぞれクロックの立ち上がりと立ち下がりで識別する
ことになる。D−FF8の出力(c)は、D−FF9の
出力(d)より半クロック進んでいる状態となる。これ
により、D−FF10とD−FF11の出力(e)、
(f)は、L固定となるため、セレクタ12の出力
(g)はL固定となる。次に、入力データに対してVC
Oクロックの位相が遅れた状態を図5(C)に示す。位
相が遅れた状態でも、D−FF8とD−FF9は、同じ
データをそれぞれクロックの立ち上がりと立ち下がりで
識別することになる。D−FF8の出力(c)は、D−
FF9の出力(d)より半クロック遅れている状態とな
る。これにより、D−FF10とD−FF11の出力
(e)、(f)は、H固定となるので、セレクタ12の
出力(g)はH固定となる。
【0008】次に、図6を参照して入力データ(a)の
Dutyが劣化した場合の動作を説明する。図6(A)
は、位相が合致した場合を示す。図6(B)は、入力デ
ータ(a)の立ち下がりとクロック信号(b)の立ち下
がりが一致した状態である。D−FF9の出力(d)
は、入力データの立ち下がりとクロック信号の立ち下が
りが一致した箇所のみランダムデータとなる。D−FF
10では、D−FF9のランダムデータのみを識別し、
D−FF11ではランダムデータ以外を識別する。これ
により、D−FF10の出力(e)はランダムデータの
み、D−FF11の出力はL固定となる。そこで、セレ
クタ12の出力(g)は、ランダムデータとLが重なっ
た状態となるので、平均値はMiddleより低くな
る。また、図6 (C)に示す如く入力データの立ち上
がりとクロック信号の立ち下がりが一致した時は、D−
FF9の出力(d)は、入力データ(a)の立ち上がり
とクロック信号(b)の立ち下がりが一致した箇所のみ
ランダムデータとなる。D−FF10では、D−FF9
のランダムデータ以外を識別し、D−FF11では、ラ
ンダムデータのみを識別する。これにより、D−FF1
0の出力はH固定、D−FF11の出力(e)はランダ
ムデータのみとなる。そこで、セレクタ12の出力信号
(g)は、ランダムデータとHが重なった状態となり、
平均値はMiddleより高くなる。
【0009】従って、入力データのDutyが劣化した
場合は、図6(A)に示す如く、D−FF10の出力デ
ータ(e)がH固定、D−FF11の出力データ(f)
がL固定となる。そこで、セレクタ12の出力信号
(g)は、入力データと同じパタンで、Dutyが補正
された信号となり、平均値がMiddleとなる状態、
即ち図6(B)(C)の状態の間である、入力データ
(a)の立ち上がりと立ち下がりの略中心で位相が合致
する。
【0010】上述した従来例のジッタ特性を改善するた
めに、図7および図8に示す位相比較回路が提案されて
いる。尚、便宜上、上述した図4の回路素子に対応する
回路素子には、同様の参照符号を使用している。図7の
位相比較回路は、3個のD−FF8、9および11と1
個のインバータ5により構成されている。また、図8の
位相比較回路は、3個のD−FF8〜10と、3個のイ
ンバータ5〜7により構成されている。図7に示す位相
比較回路の動作タイミングチャートは、図9(A)およ
び(B)に示す。即ち、図9(A)に示す如く、この位
相比較回路では、入力データ(a)をD−FF9のデー
タ入力端子Dに入力し、クロック信号(b)をインバー
タ5で反転させたクロック信号をクロック端子Cに入力
する。そのクロック信号の立ち上がり(即ちクロック信
号の立ち下がり)で入力データ(a)の立ち上がり変化
点を識別したとき、D−FF11の出力データ(e)の
平均値がMiddleとなり位相が合致したと見なす動
作をする。このため、図9(B)に示すタイミングチャ
ートの如く入力データのDutyが劣化した場合には、
入力データ(a)の立ち上がり変化点から半クロック遅
れたところにクロック信号(b)の立ち上がりが来るよ
うに動作する。そこで、入力データとクロック信号の識
別点がデータの立ち上がりと立ち下がりの中心である最
適点からずれてしまう。
【0011】一方、図8に示す位相比較回路もD−FF
10に入力される信号が反転しているだけである。従っ
て、図10のタイミングチャートの如く、入力データ
(a)のDutyが劣化した場合には、クロック信号
(b)の立ち下がりで入力データの立ち下がり変化点を
識別したとき、D−FF10の出力平均値がMiddl
eとなり、位相が合致したと見なす動作をする。このた
め、図7および図8の位相比較回路は、Duty劣化時
に問題が発生する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の位相比
較回路は、識別データ出力用として使用される出力端子
に接続されるD−FFには、出力端子以外にインバー
タ、D−FFおよびセレクタの合計3個のブロックが接
続される。これら各ブロックには、入力静電容量が存在
し、これがD−FF8の容量負荷となり、帯域の劣化を
引き起こす。そのため、高速動作時における識別データ
出力の波形劣化が問題となる。
【0013】
【発明の目的】従って、本発明の目的は、識別データ出
力用として使用される出力端子に接続されるD−FFの
容量負荷を低減し、高速動作時における識別データ出力
の波形劣化を低減させる位相比較回路を提供することで
ある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の位相比較回路
は、それぞれデータ入力端子、クロック入力端子および
出力端子を有する1対の入力段D型フリップフロップ
(D−FF)および1対の出力段D−FFを備え、入力
段D−FFのデータ入力端子およびクロック入力端子に
は入力データ信号および入力クロック信号が入力され、
出力段D−FFのデータ入力端子およびクロック入力端
子には入力段D−FFの出力データが入力される識別デ
ータ出力端子を有する回路であって、1対の出力段D−
FFの出力端子からの両出力データを入力とする加算器
を設け、この加算器の出力信号を出力端子に出力する。
【0015】また、本発明の位相比較回路の好適実施形
態によると、入力段D−FFのデータ入力端子には入力
データ信号を共通入力し、クロック入力端子には相互に
位相反転したクロック信号を入力し、出力段D−FFの
データ入力端子には、1対の入力段D−FFの一方の出
力信号を共通入力し、クロック入力端子には入力段D−
FFの他方の出力信号を相互に位相反転して入力する。
入力段D−FFの上述した他方の出力信号を識別データ
出力端子に出力する。入力段および出力段D−FFのク
ロック入力端子への信号の位相反転には、インバータを
使用する。位相同期ループ(PLL)方式のクロック・
データ識別再生回路に使用される。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明による位相比較回路
の好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照し
て詳細に説明する。
【0017】先ず、図1は、本発明による位相比較回路
の好適実施形態の構成を示すブロック図である。この位
相比較回路は、1対の入力段D−FF8、9および1対
の出力段D−FF10、11の合計4個のD−FF8〜
11、2個のインバータ5、6および加算器13により
構成される。更に、入力データが入力されるデータ入力
端子1、クロック信号が入力されるクロック入力端子2
および1対の出力端子3、4を有する。
【0018】データ入力端子1は、入力段D−FF8、
9のデータ入力端子Dに接続される。 一方、クロック
入力端子2は、D−FF8のクロック入力端子Cとイン
バータ5の入力端子に接続される。インバータ5の出力
端子は、D−FF9のクロック入力端子Cに接続され
る。D−FF9の出力端子は、出力段D−FF10、1
1のデータ入力端子Dに接続される。D−FF8の出力
端子Qは、D−FF11のクロック入力端子C、出力端
子3およびインバータ6の入力端子に接続される。イン
バータ6の出力端子は、D−FF10のクロック入力端
子Cに接続される。加算器13の入力端子には、D−F
F10およびD−FF11の出力端子Qがそれぞれ接続
される。加算器13の出力端子に、出力端子4が接続さ
れる。
【0019】次に、図1に示す位相比較回路の動作を、
図2および図3のタイミングチャートを参照して説明す
る。図2および図3において、(a)はデータ入力端子
1から入力されるデータ信号、(b)はクロック信号、
(c)はD−FF8の出力データ、(d)はD−FF9
の出力データ、(e)はD−FF10の出力データ、
(f)はD−FF11の出力データおよび(g)は加算
器13の出力信号である。
【0020】先ず、図2(A)は、入力データ(a)と
クロック信号(b)の位相が最適な状態(位相合致状
態)におけるタイミングチャートである。入力段D−F
F8、9において、入力データ(a)をそれぞれクロッ
ク信号(b)の立ち上がりおよび立ち下がりで識別す
る。D−FF11で、D−FF9の出力データ(d)を
D−FF8の出力データ(c)の立ち上がりで識別す
る。以上の動作は、図4に示す従来の位相比較回路と同
様である。次に、出力段D−FF10において、入力段
D−FF9からの出力データ(d)を、入力段D−FF
8の出力データ(c)をインバータ6で反転したデータ
の立ち上がりで識別する。このD−FF10の出力デー
タ(e)とD−FF11の出力データ(f)を加算器1
3で加算することにより得た出力信号(g)は、HとL
の中心、即ちMiddleとなる。
【0021】次に、図2(B)は、入力データ信号
(a)に対してVCO(電圧制御発振器)クロック信号
(b)の位相が進んだ状態を示す。位相が進んだ場合に
は、D−FF8とD−FF9は、同じデータ信号(a)
をそれぞれクロック信号(b)の立ち上がりと立ち下が
りで識別することになる。D−FF8の出力データ
(c)は、D−FF9の出力データ(d)より半クロッ
ク進んでいる状態となる。これにより、D−FF10の
出力データ(e)はH固定、D−FF11の出力データ
(f)はL固定となるので、加算器13の出力信号
(g)はL固定となる。
【0022】更に、図2(C)は、入力データ信号
(a)に対してVCOクロック信号(b)の位相が遅れ
た状態を示す。位相が遅れた状態でも、D−FF8とD
−FF9は、同じデータ信号(a)をそれぞれクロック
信号(b)の立ち上がりおよび立ち下がりで識別するこ
とになる。D−FF8の出力データ(c)は、D−FF
9の出力データ(d)より半クロック遅れている状態と
なる。これにより、D−FF10の出力データ(e)は
L固定、D−FF11の出力データ(f)はH固定とな
るので、加算器13の出力信号(g)はH固定となる。
【0023】次に、図3のタイミングチャートを参照し
て、入力データ信号(a)のDutyが劣化した場合の
動作を説明する。図3(A)は、位相合致の場合の動作
である。図3(B)は、入力データ信号(a)の立ち下
がりとクロック信号(b)の立ち下がりが一致した状態
である。D−FF9の出力データ(d)は、入力データ
信号(a)の立ち下がりとクロック信号(b)の立ち下
がりが一致した箇所のみランダムデータとなる。D−F
F10では、D−FF9のランダムデータのみを識別
し、D−FF11ではランダムデータ以外を識別する。
これにより、D−FF10の出力データ(e)はランダ
ムデータのみ、D−FF11の出力はL固定となる。従
って、加算器13出力信号(g)の平均値は、Midd
leより低くなる。
【0024】また、図3(C)は、入力データ信号
(a)の立ち上がりとクロック信号(b)の立ち下がり
が一致した時は、D−FF9の出力データ(d)は、入
力データ信号(a)の立ち上がりとクロック信号(b)
の立ち下がりが一致した箇所のみランダムデータとな
る。D−FF10では、D−FF9のランダムデータ以
外を識別し、D−FF11では、ランダムデータのみを
識別する。これにより、D−FF10の出力データ
(e)はL固定となり、D−FF11の出力データ
(f)はランダムデータのみとなる。このため、加算器
13の出力(g)の平均値はMiddleより高くな
る。従って、入力データ信号(a)のDutyが劣化し
た場合には、図3(A)に示す如く、D−FF10とD
−FF11の出力データ(e)および(f)がL固定と
なる。加算器13の出力信号(g)の平均値がMidd
leとなる状態、即ち図3(B)および(C)の状態の
間である。入力データ信号(a)の立ち上がりと立ち下
がりの略中心で位相が合致するため、従来回路と同じ動
作をする。
【0025】以上、本発明による位相比較回路の好適実
施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実
施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を
限定するものではないことに留意されたい。本発明の要
旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変
更が可能であること当業者には容易に理解できよう。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
の位相比較回路によると、次の如く実用上の顕著な効果
が得られる。即ち、識別データ出力用として使用される
出力端子に接続されるD−FF8には、出力端子3以外
にD−FF11とインバータ6の合計2個のブロックの
みが接続される。従って、従来の位相比較回路と比較し
て容量負荷が低減でき、高速動作時における識別データ
出力の波形劣化を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による位相比較回路の好適実施形態の構
成を示すブロック図である。
【図2】図1に示す位相比較回路の正常状態における動
作を説明するタイミングチャートである。
【図3】図1に示す位相比較回路の入力データ信号のD
utyが劣化したときの動作を示すタイミングチャート
である。
【図4】従来の位相比較回路の第1例の構成を示すブロ
ック図である。
【図5】図4の従来技術における正常動作時のタイミン
グチャートである。
【図6】図4の従来技術における入力データ信号のDu
tyが劣化したときの動作を説明するタイミングチャー
トである。
【図7】従来の位相比較回路の第2例の構成を示すブロ
ック図である。
【図8】従来の位相比較回路技術の第3例の構成を示す
ブロック図である。
【図9】図7に示す従来技術の正常時および入力データ
信号のDutyが劣化時の動作タイミングチャートであ
る。
【図10】図8に示す従来技術の入力データ信号のDu
tyが劣化したときの動作タイミングチャートである。
【符号の説明】
1 データ入力端子 2 クロック入力端子 3 出力端子(識別データ出力用) 4 出力端子 5、6 インバータ 8〜11 D型フリップフロップ(D−FF) 13 加算器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】それぞれデータ入力端子、クロック入力端
    子および出力端子を有する1対の入力段D型フリップフ
    ロップ(D−FF)および1対の出力段D−FFを備
    え、前記入力段D−FFのデータ入力端子およびクロッ
    ク入力端子には入力データ信号および入力クロックが入
    力され、前記出力段D−FFのデータ入力端子およびク
    ロック入力端子には前記前段D−FFの出力データが入
    力される識別データ出力端子を有する位相比較回路にお
    いて、 前記1対の出力段D−FFの出力端子からの両出力デー
    タを入力とする加算器を設け、該加算器からの出力信号
    を出力端子に出力することを特徴とする位相比較回路。
  2. 【請求項2】前記入力段D−FFのデータ入力端子には
    入力データ信号を共通入力し、クロック入力端子には相
    互に位相反転したクロック信号を入力し、前記出力段D
    −FFのデータ入力端子には前記1対の入力段D−FF
    の一方の出力信号を共通入力し、クロック入力端子には
    前記入力段D−FFの他方の出力信号を相互に位相反転
    して入力することを特徴とする請求項1に記載の位相比
    較回路。
  3. 【請求項3】前記入力段D−FFの前記他方の出力信号
    を前記識別データ出力端子に出力することを特徴とする
    請求項2に記載の位相比較回路。
  4. 【請求項4】前記入力段および出力段D−FFのクロッ
    ク入力端子への信号の位相反転には、インバータを使用
    することを特徴とする請求項1、2又は3に記載の位相
    比較回路。
  5. 【請求項5】位相同期ループ(PLL)方式のクロック
    ・データ識別再生回路に使用されることを特徴とする請
    求項1乃至4の何れかに記載の位相比較回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004079907A1 (ja) * 2003-03-04 2004-09-16 Nippon Telegraph And Telephone Corporation 位相比較回路およびcdr回路
CN100346574C (zh) * 2003-03-04 2007-10-31 日本电信电话株式会社 相位比较电路和cdr电路

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