JP2002252559A - 基準クロック生成システム - Google Patents

基準クロック生成システム

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JP2002252559A
JP2002252559A JP2001048023A JP2001048023A JP2002252559A JP 2002252559 A JP2002252559 A JP 2002252559A JP 2001048023 A JP2001048023 A JP 2001048023A JP 2001048023 A JP2001048023 A JP 2001048023A JP 2002252559 A JP2002252559 A JP 2002252559A
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JP
Japan
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clock
frequency
pll circuit
reference clock
noise floor
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JP2001048023A
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Masao Fujiwara
正勇 藤原
Yasunori Kawamura
泰則 河村
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/16Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/22Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using more than one loop
    • H03L7/23Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using more than one loop with pulse counters or frequency dividers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S331/00Oscillators
    • Y10S331/02Phase locked loop having lock indicating or detecting means

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第1クロックを入力とし、この第1クロック
の周波数と所定比の関係にある周波数の第2クロックを
発生する、PLL回路を用いたクロック生成システムに
おいて、ノイズフロアのS/Nの制限に関わらず、十分
なS/Nの第2クロックを得ること。 【解決手段】 第1クロックF1が入力される初段のP
LL回路10aから、第2クロックF2が出力される最
終段のPLL回路10cまで複数のPLL回路を従属に
接続し、第1クロックF1の周波数と所定比の関係にあ
る周波数の第2クロックF2を発生する。このクロック
生成システムで、各PLL回路の分周器に分周率を分散
させ、複数のPLL回路の各々の分周率を、少なくとも
2段目以降のPLL回路のS/NがノイズフロアのS/
Nで決定されない分周率に、設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、第1クロックを入
力とし、この第1クロックの周波数と所定比の関係にあ
る、周波数の第2クロックを発生するクロック生成シス
テムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、ディジタルTV、DVHS、
DVD、ゲーム機などにおいて、あるクロックに基づい
て、周波数の異なる他のクロックを生成し、新たな基準
クロックとして使用することが行われている。
【0003】ハイビジョンTV信号系において、一般的
な水晶発振器の発振周波数から生成された、例えば54
MHz(13.5MHz×4)のクロックを外部から入
力し、これを所定比で逓倍(又は逓降)することによ
り、必要なリファレンスクロック(例えば、74.25
MHz=54MHz×11/8)を得ている。
【0004】このハイビジョンTV信号は、NTSC方
式との変換を行うため、同期信号として、60Hz用
(ハイビジョン用)と59.94Hz用(NTSC用)
を用意している。すなわち、1001対1000の関係
になる。これらの同期信号は、通常PLL回路(フェー
ズ・ロックド・ループ回路)を用いることで実現するこ
とができる。
【0005】図3は、従来のPLL回路を用いた基準ク
ロック発生回路を示す図であり、第1基準クロックF1
である54MHzを入力し、第2基準クロックF2であ
る54/1.001MHzに変換して出力するものであ
る。
【0006】この図3において、第1分周器31は入力
された54MHzの第1基準クロックF1を1/100
1に分周して位相比較器33の一方の比較入力P1とす
る。第2分周器32はPLL回路の出力を1/1000
に分周して位相比較器33の他方の比較入力P2とす
る。位相比較器33は2入力P1,P2の位相を比較
し、その位相差に応じた比較出力を発生し、この比較出
力が低域ろ波器(LPF)34で平滑されて、電圧制御
発振器(VCO)35の制御入力となる。VCO35
は、制御入力に応じて、その発振周波数が制御され、位
相比較器33の2入力の周波数及び位相が一致するよう
に制御される。このPLLのループ利得は大きいので、
残留する制御偏差はきわめて小さくなるから、出力され
る第2基準クロックF2の周波数は分周器31,32の
分周比に応じて、(54×1000/1001)MHz
に変換される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この図3のPLL回路
のS/N(信号対雑音比)を、S/N理論に基づいて算
出すると、つぎのようになる。まず、第1基準クロック
F1を1001分周すると、この分周に伴いS/Nは、
20log1001[dB]、だけ改善される。第1分
周器31の出力におけるS/N[dB]は、計算上は、
第1基準クロックのS/N[dB]+20log100
1[dB]となるから、第1基準クロックのS/Nを8
0[dB]と仮定すると、80+60=140[dB]
となる。
【0008】しかし、PLL回路は、そのシステムある
いはPLL回路が形成されるIC(集積回路)のノイズ
フロア上で動作しているから、PLL回路のS/Nはノ
イズフロアでのS/Nによって制限される。このノイズ
フロアのS/Nは、電源電位の揺らぎなどにより定まる
が、通常90[dB]程度であり、PLL回路のS/N
はノイズフロアのS/Nである90[dB]により制限
され、これより良くはならない。したがって、第1分周
器31の出力、すなわち位相比較器33の一方の比較入
力P1におけるS/N[dB]は、最高でも90[d
B]となる。
【0009】つぎに、位相比較器33の両比較入力P
1,P2におけるS/N[dB]は等しいから、他方の
比較入力P2のS/Nは同じく、90[dB]となる。
第2分周器32の入力、すなわち第2基準クロックF2
は、この比較入力P2を1000逓倍したことになるか
ら、この逓倍に伴いS/Nは、20log1000[d
B]、だけ低下する。したがって、第2分周器32の入
力、すなわち第2基準クロックF2におけるS/N[d
B]は、比較入力P2の90[dB]から20log1
000[dB]を減算したものであり、30[dB]と
なる。
【0010】このように、従来のPLL回路を用いるこ
とにより、第1基準クロックF1に所定比(1000/
1001)を乗じた所期の周波数の第2基準クロックF
2を出力することができるものの、第2基準クロックF
2のS/Nは30[dB]に低下してしまう。映像用ク
ロック等では、一般的に50[dB]以上のS/Nが必
要とされるから、このS/Nの低下は問題であった。
【0011】そこで、本発明は、第1クロックを入力と
し、この第1クロックの周波数と所定比の関係にある周
波数の第2クロックを発生する、PLL回路を用いたク
ロック生成システムにおいて、ノイズフロアのS/Nの
制限に関わらず、十分なS/Nの第2クロックを得るこ
とを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1記載のクロック
生成システムは、第1クロックを入力とし、この第1ク
ロックの周波数と所定比の関係にある周波数の第2クロ
ックを発生するクロック生成システムにおいて、前記第
1クロックが入力される初段のPLL回路から、前記第
2クロックが出力される最終段のPLL回路まで複数の
PLL回路を従属に接続したことを特徴とする。
【0013】この請求項1記載のクロック生成システム
によれば、PLL回路のS/Nは分周率に応じて向上
し、逓倍率に応じて低下すること、及びノイズフロアの
S/Nにより制限されることに鑑み、複数のPLL回路
を従属に接続し、各PLL回路の分周器に分周率を分散
させているから、ノイズフロアのS/Nの制限を避け
る、あるいは影響を小さくすることができ、ノイズフロ
アのS/Nの制限に関わらず、十分なS/Nの第2クロ
ックを得ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のク
ロック生成システムの実施の形態について説明する。
【0015】図1は、本発明の第1の実施の形態にかか
るクロック生成システムの構成図である。
【0016】PLL回路のS/Nは分周率に応じて向上
し、逓倍率に応じて低下する一方、ノイズフロアのS/
Nにより制限される。したがって、複数のPLL回路を
従属に接続して、各PLL回路の分周器に分周率を分散
させることにより、ノイズフロアのS/Nの制限を避け
る、あるいは影響を小さくすることができる。
【0017】この実施の形態では、第1PLL回路10
a、第2PLL回路10b、第3PLL回路10cを従
属接続し、54MHzの第1基準クロックF1を第1P
LL回路10aに入力し、周波数変換された54/1.
001MHzの第2基準クロックF2を第3PLL回路
10cから出力している。
【0018】また、このクロック生成システムのノイズ
フロアのS/Nは、従来のものと同じく90[dB]を
想定している。
【0019】さて、この図1のクロック生成システム
で、第1PLL回路10aは、分周率1/7の第1分周
器11aと、分周率1/20の第2分周器12aと、位
相比較器13aと、低域ろ波器14aと、電圧制御発振
器15aとから構成されており、各分周器の分周率が異
なるのみで、基本的な制御動作などは、従来の図3にお
けると同様である。第2PLL回路10bは、第1分周
器11bの分周率が1/11,第2分周器12bの分周
率が1/10である点で異なっているが、その他の点は
同様であり、対応する構成要素にはそれぞれ記号の末尾
にbを付している。同様に、第3PLL回路10cは、
第1分周器11cの分周率が1/13,第2分周器12
cの分周率が1/5である点で異なっているが、その他
の点は同様であり、対応する構成要素にはそれぞれ記号
の末尾にcを付している。
【0020】この第1〜第3PLL回路10a〜10c
の従属接続により、(20/7)×(10/11)×
(5/13)で、総合して1000/1001の分周率
を得て、入力される54MHzの第1基準クロックF1
を周波数変換した、54/1.001MHzの第2基準
クロックF2を出力している。
【0021】第1PLL回路10aにおいて、入力され
る第1基準クロックF1のS/Nを、従来と同様に80
[dB]と仮定すると、位相比較器13aのS/Nは、
80[dB]+20log7[dB]で、96.7[d
B]となり、ノイズフロアのS/Nの90[dB]より
大きいから制限されて、90[dB]となる。このノイ
ズフロアの制限により、6.7[dB]の損失が生じた
ことになる。また、第1PLL回路10aの出力のS/
Nは、90[dB]−20log20[dB]で、64
[dB]となる。なお、この周波数は、54×20/7
MHzである。
【0022】第2PLL回路10bでは、第1PLL回
路10aから入力されるS/Nが64[dB]であるか
ら、位相比較器13bのS/Nは、64[dB]+20
log11[dB]で、84.8[dB]となり、ノイ
ズフロアのS/Nの90[dB]より小さいから制限さ
れることなく、84.8[dB]となる。第2PLL回
路10bの出力のS/Nは、84.8[dB]−20l
og10[dB]で、64.8[dB]となる。なお、
この周波数は、54×20×10/(7×11)MHz
である。
【0023】第3PLL回路10cでは、第2PLL回
路10bから入力されるS/Nが64.8[dB]であ
るから、位相比較器13cのS/Nは、64.8[d
B]+20log13[dB]で、87.1[dB]と
なり、やはりノイズフロアのS/Nの90[dB]より
小さいから制限されることなく、87.1[dB]とな
る。第3PLL回路10cの出力のS/Nは、87.1
[dB]−20log5[dB]で、73.1[dB]
となる。なお、この周波数は、54×20×10×5/
(7×11×13)=54/1.001MHzとなり、
所期の周波数のクロック信号が出力される。
【0024】以上のように、この実施の形態では、第1
〜第3PLL回路10a〜10cを従属接続し、100
0/1001の分周率を各PLL回路の分周器に(20
/7)×(10/11)×(5/13)に分散させてい
るから、初段である第1PLL回路10aでノイズフロ
アの制限を受けて、S/Nは若干の損失(6.7[d
B])が生じているが、従属する第2PLL回路10b
及び最終段の第3PLL回路10cでは、ノイズフロア
の制限を受けていない。すなわち、従属接続される複数
のPLL回路の各々の分周器の分周率を、入力される第
1基準クロックF1のS/Nにより左右される初段の第
1PLL回路は別にして、少なくとも2段目以降のPL
L回路のS/NがノイズフロアのS/Nで決定されない
分周率に、設定している。この結果、出力である第2基
準クロックは、映像用クロックとして十分に満足でき
る、73.1[dB]のS/Nが得られ、図3の従来の
ものに比較して、第2基準クロックF2のS/Nは4
3.1[dB](=73.1[dB]−30[dB])
向上している。
【0025】なお、図1の実施の形態においては、第1
PLL回路10aでノイズフロアの制限を受けている
が、従属されるPLL回路の段数を増加させ、第1PL
L回路の第1分周器11aの分周率を低減することによ
り、ノイズフロアの制限を回避することができる。この
場合、複数のPLL回路を従属に接続し、各々の分周器
の分周率を、PLL回路のS/NがノイズフロアのS/
Nで決定されない分周率に、設定することになる。
【0026】また、逆に、従属接続されるPLL回路の
段数を2段とすることもできる。この場合、改善効果は
多少下がるが、従来よりもS/Nは改善される。
【0027】図2は、本発明の第2の実施の形態にかか
るクロック生成システムの構成図である。この第2の実
施の形態では、クロック源として一般的に用いられる水
晶発振回路から発生される13.5MHzのクロックを
第1基準クロックF1として入力し、映像用同期信号な
どに使用される、54×1000/1001MHzを第
2基準クロックF2として出力する。
【0028】まず、第2の実施の形態について具体的に
説明するに先だって、従来技術において単一のPLL回
路を用いて同様に、13.5MHzの第1基準クロック
F1に基づいて、54MHz及び、54×1000/1
001MHzの第2基準クロックF2を得る場合につい
て、対比のために簡単に説明する。なお、第1基準クロ
ックF1のS/Nは80[dB]とし、ノイズフロアの
S/Nは90[dB]と仮定する。
【0029】従来技術において54MHzの第2基準ク
ロックF2を得る場合には、入力側の第1分周器の分周
率を1/10とし、出力側の第2分周器の分周率を1/
40とする。入力側の第1分周器出力におけるS/N
[dB]は、80[dB]+20log10[dB]=
100[dB]で、ノイズフロアのS/Nに制限されて
90[dB]となる。出力のS/Nは、90[dB]−
20log40[dB]=58.1[dB]となる。一
方、54×1000/1001MHzの第2基準クロッ
クF2を得る場合には、入力側の第1分周器の分周率を
1/1001とし、出力側の第2分周器の分周率を1/
4000とする。入力側の第1分周器出力におけるS/
N[dB]は、80[dB]+20log1001[d
B]=140[dB]で、ノイズフロアのS/Nに制限
されて90[dB]となる。出力のS/Nは、90[d
B]−20log4000[dB]=18.2[dB]
となる。
【0030】このように従来技術で、54MHzの第2
基準クロックF2を得る場合には、映像用クロックとし
ても十分なS/Nの出力を得ることができるが、54×
1000/1001MHzの第2基準クロックF2を得
る場合には、出力のS/Nは18.2[dB]と低くな
ってしまう。
【0031】さて、図2を参照して、第2の実施の形態
について具体的に説明する。この実施の形態では、第1
PLL回路20a、第2PLL回路20bを従属接続
し、13.5MHzの第1基準クロックF1を第1PL
L回路20aに入力し、周波数変換された54/1.0
01MHzの第2基準クロックF2を第2PLL回路2
0bから出力している。
【0032】この図2のクロック生成システムで、第1
PLL回路20aは、分周率1/13の第1分周器21
aと、分周率1/100の第2分周器22aと、位相比
較器23aと、低域ろ波器24aと、電圧制御発振器2
5aとから構成されている。第2PLL回路20bは、
第1分周器21bの分周率が1/77,第2分周器22
bの分周率が1/40である点で異なっているが、その
他の点は同様であり、対応する構成要素にはそれぞれ記
号の末尾にbを付している。
【0033】この第1、第2PLL回路20a、20b
の従属接続により、(100/13)×(40/77)
で、総合して4000/1001の分周率を得て、入力
される13.5MHzの第1基準クロックF1を周波数
変換した、54/1.001MHzの第2基準クロック
F2を出力している。
【0034】第1PLL回路20aにおいて、入力され
る第1基準クロックF1のS/Nを、従来と同様に80
[dB]と仮定すると、位相比較器23aのS/Nは、
80[dB]+20log13[dB]で、102.3
[dB]となり、ノイズフロアのS/Nの90[dB]
より大きいから制限されて、90[dB]となる。この
ノイズフロアの制限により、12.3[dB]の損失が
生じたことになる。また、第1PLL回路20aの出力
のS/Nは、90[dB]−20log100[dB]
で、50[dB]となる。なお、この周波数は、13.
5×100/13MHzである。
【0035】第2PLL回路20bでは、第1PLL回
路20aから入力されるS/Nが50[dB]であるか
ら、位相比較器23bのS/Nは、50[dB]+20
log77[dB]で、87.8[dB]となり、ノイ
ズフロアのS/Nの90[dB]より小さいから制限さ
れることなく、87.8[dB]となる。第2PLL回
路20bの出力のS/Nは、87.8[dB]−20l
og40[dB]で、55.8[dB]となる。なお、
この周波数は、13.5×100×40/(13×7
7)=54/1.001MHzとなり、所期の周波数の
クロック信号が出力される。
【0036】以上のように、この第2の実施の形態で
は、第1、第2PLL回路20a、20bを従属接続
し、4000/1001の分周率を各PLL回路の分周
器に(100/13)×(40/77)に分散させてい
るから、初段である第1PLL回路20aでノイズフロ
アの制限を受けて、S/Nは若干の損失(12.3[d
B])が生じているが、従属する最終段の第2PLL回
路20bでは、ノイズフロアの制限を受けていない。こ
の結果、出力である第2基準クロックF2は、映像用ク
ロックとして満足できる、55.8[dB]のS/Nが
得られ、対比のために記載した従来のものに比較して、
第2基準クロックF2のS/Nは37.6[dB](=
55.8[dB]−18.2[dB])向上している。
【0037】なお、図2の第2の実施の形態において
は、第1PLL回路20aでノイズフロアの制限を受け
ているが、第1の実施の形態よりも回路規模を抑えるこ
とができるので、広く応用することができる。また、従
属されるPLL回路の段数を第1の実施の形態における
ように3段等に増加させ、第1PLL回路の第1分周器
21aの分周率を低減することにより、ノイズフロアの
制限を回避することができる。この場合には、出力され
る第2基準クロックF2のS/Nは、理論限界値であ
る、80[dB]−20log4[dB]で、約68
[dB]を得ることができる。
【0038】なお、本発明の各実施の形態では、位相比
較器の比較出力をろ波するろ波器として、低域ろ波器を
使用する場合のみを示したが、低域ろ波器以外の他のろ
波器でもかまわない。
【0039】
【発明の効果】請求項1記載のクロック生成システムに
よれば、複数のPLL回路を従属に接続し、各PLL回
路の分周器に分周率を分散させているから、ノイズフロ
アのS/Nの制限を避ける、あるいは影響を小さくする
ことができ、ノイズフロアのS/Nの制限に関わらず、
十分なS/Nの第2クロックを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態にかかるクロック生
成システムの構成図。
【図2】本発明の第2の実施の形態にかかるクロック生
成システムの構成図。
【図3】従来のクロック生成システムの構成図。
【符号の説明】
10a、10b、10c、20a、20b PLL回路 11a、11b、11c、21a、21b 第1分周器 12a、12b、12c、22a,22b 第2分周器 13a、13b、13c、23a、23b 位相比較器 14a、14b、14c、24a,24b 低域ろ波器 15a、15b、15c、25a、25b 電圧制御発
振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5B079 BA03 BB04 BC03 DD03 DD20 5J106 AA04 BB01 BB04 CC01 CC20 CC30 CC42 CC52 FF04 FF09 HH01 KK24

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1クロックを入力とし、この第1クロ
    ックの周波数と所定比の関係にある周波数の第2クロッ
    クを発生するクロック生成システムにおいて、 前記第1クロックが入力される初段のPLL回路から、
    前記第2クロックが出力される最終段のPLL回路まで
    複数のPLL回路を従属に接続したことを特徴とするク
    ロック生成システム。
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