JP2003069425A - クロック同期装置 - Google Patents

クロック同期装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタルコード値に対するデジタル/アナロ
グ変換器の出力電圧を線形的に形成し、可変遅延ライン
の遅延率が非常に大きい領域でのジッタ特性を向上させ
ることができるクロック同期装置を提供する。 【解決手段】 クロック同期装置を制御するデジタル/
アナログ変換器をメイン及びサブデジタル/アナログ変
換器50、60に分離し、レベル検出器70を用いてデ
ジタル/アナログ変換器の出力電圧の位相分解能が急激
に増加する特定の電圧より高い出力電圧が出力された場
合を検出し、サブデジタル/アナログ変換器60を動作
させることによりデジタル/アナログ変換器のビット数
を増加させてデジタル/アナログ変換器の単位ステップ
電圧を低下させ、出力電圧の位相分解能が急激に増加す
ることを防ぎ、低い周波数帯域でジッタが急激に増加す
ることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はクロック同期装置に
関し、より詳しくは、デジタル/アナログ変換器をメイ
ンとサブに分けて可変遅延ライン(Variable
Delay Line:VDL)の利得(gain)が
急激に増加するときの電圧を基準電圧に設け、その基準
電圧によりメイン及びサブデジタル/アナログ変換器の
動作を制御してデジタルコード値に対するデジタル/ア
ナログ変換器の出力電圧を線形的に生成し、可変遅延ラ
インの利得が非常に大きい低周波帯域でジッタ(jit
ter)特性を向上させることができるクロック同期装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、アナログ方式のクロック同期装
置(遅延同期ループ(DLL)又は位相同期ループ(P
LL)等)は、デジタル方式に比べて小さい面積を占め
広い動作領域を有し、高い精密度と小さいジッタ特性を
有するが、非常に大きいDC電流を費やすという欠点が
ある。したがって、アナログ方式とデジタル方式が混合
された方式のクロック同期装置を用いるが、これを具現
した一例としてデジタル/アナログ変換器(Digit
al to Analog Converter:DA
C)を用いるクロック同期装置を上げることができる。
このような方法は、外部クロック信号と内部クロック信
号の位相差に該当するデジタルコード値を生成し、その
デジタルコード値によるアナログ値(電圧又は電流)を
生成してクロック同期装置を制御する。
【0003】図1は、デジタル/アナログ変換器を用い
た従来技術に係るクロック同期装置を示すブロック図で
ある。ここでは、クロック同期装置が遅延同期ループ
(DLL)で構成された場合を例に挙げて説明する。図
1に示すように、クロック同期装置は、外部クロック信
号(ECLK)と内部クロック信号(ICLK)の位相
差を検出する位相検出部1と、位相検出部1の検出信号
(SFTR、SFTL)に従ってNビットの2進コード
値(BC)を出力する2進コード発生部2と、2進コー
ド発生部2の2進コード値に該当する電圧(VDAC)
を発生するデジタル/アナログ変換部3と、デジタル/
アナログ変換部3の出力電圧(VDAC)を利用して外
部クロック信号(ECLK)を一定時間のあいだ遅延さ
せ、内部クロック信号(ICLK)を出力する可変遅延
ライン(Variable Delay Line:V
DL)4を含んで構成されている。
【0004】ここで、可変遅延ライン4は、図2に示す
ような複数個の遅延セルのチェーンで構成されている。
遅延セルは、デジタル/アナログ変換部3の出力電圧
(VDAC)に従って電流を生成する可変電流源5と、
入力信号(IN、/IN)が入力される入力部6と、遅
延率を定める負荷7とを含んで構成されている。ここ
で、可変電流源5は、出力電圧(VDAC)が制御端子
に印加され、ソースが接地電源電圧(VSS)に連結さ
れたNMOSトランジスタ(NM0)で形成される。入
力部6は、制御端子にそれぞれ入力信号(IN、/I
N)が入力されるNMOSトランジスタ(NM1、NM
2)で形成される。ここで、NMOSトランジスタ(N
M1、NM2)のソースは共通連結され、可変電流源5
を形成するNMOSトランジスタ(NM0)のドレイン
に連結される。入力部6を形成するNMOSトランジス
タ(NM1、NM2)のドレインが出力端子を形成して
それぞれ出力信号(OUT、/OUT)を出力する。
【0005】ここで、遅延セルのチェーンで構成された
可変遅延ライン4は、N−1番目の遅延セルの出力信号
(OUT、/OUT)はN番目の遅延セルの入力信号
(IN、/IN)にそれぞれ入力され、N番目遅延セル
の出力信号(OUT、/OUT)はN+1番目の遅延セ
ルの入力信号(IN、/IN)にそれぞれ入力される。
ここで、遅延セルの可変電流源5を形成するNMOSト
ランジスタ(NM0)に流れる電流(I)に対する遅延
セルの遅延率(TDCEL)は、次の数式1により求め
ることができる。
【0006】
【数式1】 ここで、Cは遅延セルの出力端子の間のキャパシタンス
であり、VPPは出力端子の間の電圧スウィング幅であ
る。したがって、デジタル/アナログ変換部3の出力電
圧(VDAC)に対する可変遅延ライン4の遅延率
(T)の関係は、図3に示したグラフのように非線型特
性を有する。
【0007】デジタル/アナログ変換部3の単位ステッ
プ電圧(unit step voltage:VDE
L)が、デジタル/アナログ変換部3の出力電圧(VD
AC)に対し線形的な遅延特性を有すると仮定すれば、
クロック同期装置(ここではDLL)の単位位相分解能
(unit phase resolution:PR
ES)は、次の数式2により求めることができる。
【0008】
【数式2】PRES=KVDL×VDEL ここで、KVDLは可変遅延ライン4の遅延セルの利得
(gain)であり、数式3により求めることができ
る。
【数式3】 ここで、dtは単位時間変換分で、dvは単位電圧変化
分である。
【0009】したがって、デジタル/アナログ変換部3
の単位ステップ電圧(unit step volta
ge:VDEL)が、デジタル/アナログ変換部3の出
力電圧(VDAC)に対し線形的な遅延特性を有すると
仮定したため、可変遅延ライン4の遅延セル(DCE
L)の利得(KVDL)は一定である。ここで、遅延セ
ル(DCEL)の利得(KVDL)が一定であるため、
入力されるクロック周波数に係わりなく位相分解能(p
hase resolution)が一定である。
【0010】しかし、可変遅延ライン4の遅延特性が非
線型特性を有するため、クロック周波数に従って位相分
解能が変化する。すなわち、図3に示すように、周波数
が低くなってデジタル/アナログ変換部3の出力電圧
(VDAC)が或る一定電圧(VREF)に到達すると
位相分解能が急激に増加し、クロック同期装置(ここで
はDLL)のジッタ(jitter)特性が低下すると
いう問題点があった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
従来のクロック同期装置における問題点に鑑みてなされ
たものであって、本発明の目的は、クロック同期装置が
特定電圧でデジタル/アナログ変換手段の入力ビット数
を増加させ、デジタル/アナログ変換手段の出力電圧の
遅延特性をデジタルコード値に線形的な特性を有するよ
うにし、位相分解能を一定にして低周波クロック信号が
入力されてもジッタ特性を向上させることができる、ク
ロック同期装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明によるクロック同期装置は、外部クロ
ック信号と内部クロック信号の位相を比較しその比較結
果を出力する位相検出手段と、前記位相検出手段の出力
信号に従ってNビットのコード値を発生するコード発生
手段と、前記コード発生手段のNビットのコード値に該
当するデジタル/アナログ変換手段と、予め設定された
基準電圧と前記デジタル/アナログ変換手段とにより出
力された電圧を比較し、その比較結果に基づき前記デジ
タル/アナログ変換手段の出力電圧値を調節する制御信
号を出力するレベル検出手段と、前記デジタル/アナロ
グ変換手段により発生した電圧に従い、前記外部クロッ
ク信号を一定時間遅延させた内部クロック信号を出力す
るクロック同期制御手段とを含んで構成されているクロ
ック同期装置において、前記デジタル/アナログ変換手
段は、前記コード発生手段のNビットのコード値のう
ち、上位N−Mビットに該当する電圧を出力するメイン
デジタル/アナログ変換手段と、前記レベル検出手段の
制御信号に従ってイネーブルされ、コード発生手段のN
ビットのコード値のうち、下位Mビットに該当する電圧
を出力するサブデジタル/アナログ変換手段とを含んで
構成されていることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係るクロック同期
装置の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明す
る。図4は、本発明の好ましい一実施例に係るクロック
同期装置を示すブロック図である。ここでは、遅延同期
ループ(DLL)を例に挙げて説明する。図4に示すよ
うに、本発明に係るクロック同期装置は、位相検出部1
0、2進コード発生部20、メインコード変換部30、
サブコード変換部40、メインデジタル/アナログ変換
部50、サブデジタル/アナログ変換部60、レベル検
出部70及び可変遅延ライン80を含んで構成されてい
る。ここで、メイン及びサブデジタル/アナログ変換部
50、60は、温度計コードデジタル/アナログ変換器
(thermometer code DAC)で構成
されている。
【0014】位相検出部10は、外部クロック信号(E
CLK)と内部クロック信号(ICLK)の位相差を検
出して検出信号(UP、DW、HD)を出力する。2進
コード発生部20は、アップ/ダウンカウンター(図示
省略)とレジスター等(図示省略)を含んでいるため、
位相検出部10の検出信号(UP、DW、HD)に従っ
て2進コード値を出力するが、レベル検出部70のイネ
ーブル信号(SDEN)に従ってNビットの2進コード
値(MBC、SBC)を出力するか、又はN−Mビット
2進コード値(MBC)を出力する。メインコード変換
部30は、2進コード発生部20の上位N−Mビットの
2進コード値(MBC)を温度計コード(thermo
meter code)値(MTC)に変換し、サブコ
ード変換部40は、2進コード発生部20の下位Mビッ
トの2進コード値(SBC)を温度計コード値(ST
C)に変換する。レベル検出部70は、メイン及びサブ
デジタル/アナログ変換部50、60により出力された
電圧(VDAC)と予め設定された基準電圧(VRE
F)とを比較し、その比較結果に基づきイネーブル信号
(SDEN)を出力する。
【0015】ここで、サブコード変換部40は、イネー
ブル信号(SDEN)に従って出力電圧(VDAC)が
基準電圧(VREF)より低い場合はサブデジタル/ア
ナログ変換部60をイネーブルさせ、出力電圧(VDA
C)が基準電圧(VREF)より高い場合はサブデジタ
ル/アナログ変換部60をディスエーブルさせる制御信
号(EN)を発生する。さらに、2進コード発生器20
は、レベル検出部70のイネーブル信号(SDEN)に
従ってメイン及びサブデジタル/アナログ変換部50、
60により出力された電圧(VDAC)が基準電圧(V
REF)より高い場合にはNビットの2進コード値(M
BC、SBC)を発生し、メイン及びサブデジタル/ア
ナログ変換部50、60により出力された電圧(VDA
C)が基準電圧(VREF)より低い場合にはN−Mビ
ットの2進コード値(MBC)だけを出力する。
【0016】2進コード発生器20のNビット2進コー
ド値(MBC、SBC)のうち上位N−Mビットの2進
コート値(MBC)は、メインコード変換部30により
−Mビットの温度計コード値(MTC)に変換され
てメインデジタル/アナログ変換部50に印加され、2
進コード発生器20のNビット2進コード値(MBC、
SBC)のうち下位Mビットの2進コード値(SBC)
は、サブコード変換部40により2ビットの温度計コ
ード値(STC)に変換されてサブデジタル/アナログ
変換部60に印加される。したがって、メイン及びサブ
デジタル/アナログ変換部50、60により出力された
電圧(VDAC)が基準電圧(VREF)より高い場
合、メイン及びサブデジタル/アナログ変換部50、6
0が全て動作して入力された2ビットの温度計コード
値(MTC及びSTC)に該当する電圧(VDAC)を
出力し、メイン及びサブデジタル/アナログ変換部5
0、60により出力された電圧(VDAC)が基準電圧
(VREF)より低い場合、メインデジタル/アナログ
変換部50のみ動作して入力された2N−Mビットの温
度計コード値(MTC)に該当する電圧(VDAC)を
出力する。このとき、サブデジタル/アナログ変換部6
0は、サブコード変換部40の制御信号(EN)により
ディスエーブルされて動作しない。
【0017】このような動作により図5に示したグラフ
のように、出力電圧(VDAC)が基準電圧(VRE
F)より高い場合にはメインデジタル/アナログ変換部
40のみ動作するが、このとき、単位ステップ電圧(V
DELH)は数式4を介して求めることができる。
【数式4】
【0018】一方、出力電圧(VDAC)が基準電圧
(VREF)より低い場合にはメイン及びサブデジタル
/アナログ変換部40、50が共に動作するが、このと
き、単位ステップ電圧(VDELL)は数式5を介して
求めることができる。
【数式5】
【0019】したがって、出力電圧(VDAC)が基準
電圧(VREF)より高い場合の単位ステップ電圧(V
DELH)に比べ、出力電圧(VDAC)が基準電圧
(VREF)より低い場合の単位ステップ電圧(VDE
LL)を小さく設け、可変遅延ライン80の位相分解能
(phase resolution)が非線形的な遅
延特性により急激に増加することを防ぐことができる。
【0020】図6は、本発明に係るクロック同期装置の
他の実施例を示すブロック図である。図6に示すよう
に、本発明の他の実施例に係るクロック同期装置は、前
記の本発明の一実施例と同様に位相検出部100、2進
コード発生部200、コード変換部300、メインデジ
タル/アナログ変換部500、サブデジタル/アナログ
変換部600、レベル検出部700及び可変遅延ライン
800を含んで構成されている。
【0021】このような構成を有する本発明に係るクロ
ック同期装置の他の実施例が前記の本発明の一実施例と
異なる点は、メインデジタル/アナログ変換部500
が、温度計コード変換器(thermometer c
ode DAC)で構成され、サブデジタル/アナログ
変換部600が、2進加重コード変換器(binary
−weighted code DAC)で構成され、
サブコード変換部40に代えてサブデジタル/アナログ
変換制御部400を用いるところにある。サブデジタル
/アナログ変換制御部400は、メイン及びサブデジタ
ル/アナログ変換部500、600の出力電圧(VDA
C)が基準電圧(VREF)より高い場合、レベル検出
部700のイネーブル信号(SDEN)に従って制御信
号(EN)によりサブデジタル/アナログ変換部600
をディスエーブルさせる。
【0022】したがって、2進コード発生部200の上
位ビットN−M2進コード値(MBC)は、コード変換
部300により温度計コード値(TC)に変換されて入
力された2N−Mビットの温度計コード値(TC)に該
当する電圧を出力する。一方、サブデジタル/アナログ
変換制御部400は、メイン及びサブデジタル/アナロ
グ変換部500、600の出力電圧(VDAC)が基準
電圧(VREF)より低い場合、レベル検出部700の
イネーブル信号(SDEN)に従って生成された制御信
号(EN)により、サブデジタル/アナログ変換部60
0をイネーブルさせる。すなわち、メイン及びサブデジ
タル/アナログ変換部500、600が全て動作する。
したがって、メイン及びサブデジタル/アナログ変換部
500、600は、2進コード発生部200のNビット
2進コード値(MBC及びSBC)に該当する電圧(V
DAC)を出力する。このような構成を有する本発明の
他の実施例に係るクロック同期装置の動作は、前記の本
発明の一実施例と同様に動作するため、ここではその詳
細な説明は省略することにする。
【0023】尚、本発明は、上述の実施例に限られるも
のではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内
で多様に変更実施することが可能である。
【0024】
【発明の効果】上述のように、本発明に係るクロック同
期装置は、クロック同期装置(DLL、PLL等)を制
御するデジタル/アナログ変換器をメイン及びサブデジ
タル/アナログ変換器に分離し、レベル検出器を用いて
デジタル/アナログ変換器の出力電圧の位相分解能が急
激に増加する特定の電圧より高い出力電圧が出力された
場合を検出し、サブデジタル/アナログ変換器を動作さ
せることによりデジタル/アナログ変換器のビット数を
増加させてデジタル/アナログ変換器の単位ステップ電
圧を低下させるので、出力電圧の位相分解能が急激に増
加することを防ぐことができる。したがって、低い周波
数帯域でジッタが急激に増加することを防止できるとい
う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術に係るクロック同期装置を示すブロッ
ク図である。
【図2】図1に示した可変遅延ラインの遅延セルの詳細
回路を示す回路図である。
【図3】図1に示したデジタル/アナログ変換部の出力
電圧に対する可変遅延ラインの遅延時間を示すグラフで
ある。
【図4】本発明の一実施例に係るクロック同期装置を示
すブロック図である。
【図5】図4のクロック同期装置のコード値に対するデ
ジタル/アナログ変換部の出力電圧を示すグラフであ
る。
【図6】本発明の他の実施例に係るクロック同期装置を
示すブロック図である。
【符号の説明】
10、100 位相検出部 20、200 2進コード発生部 30 メインコード変換部 40 サブコード変換部 50、500 メインデジタル/アナログ変換部 60、600 サブデジタル/アナログ変換部 70、700 レベル検出部 80、800 可変遅延ライン 300 コード変換部 400 サブデジタル/アナログ変換制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5B079 BA20 CC02 DD06 DD17 DD20 5J001 AA04 AA11 CC03 DD04 5J106 AA04 CC24 CC59 DD24 DD35 DD37 EE03 HH02 KK25

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部クロック信号と内部クロック信号の
    位相を比較しその比較結果を出力する位相検出手段と、 前記位相検出手段の出力信号に従ってNビットのコード
    値を発生するコード発生手段と、 前記コード発生手段のNビットのコード値に該当するデ
    ジタル/アナログ変換手段と、 予め設定された基準電圧と前記デジタル/アナログ変換
    手段とにより出力された電圧を比較し、その比較結果に
    基づき前記デジタル/アナログ変換手段の出力電圧値を
    調節する制御信号を出力するレベル検出手段と、 前記デジタル/アナログ変換手段により発生した電圧に
    従い、前記外部クロック信号を一定時間遅延させた内部
    クロック信号を出力するクロック同期制御手段とを含ん
    で構成されているクロック同期装置において、 前記デジタル/アナログ変換手段は、前記コード発生手
    段のNビットのコード値のうち、上位N−Mビットに該
    当する電圧を出力するメインデジタル/アナログ変換手
    段と、 前記レベル検出手段の制御信号に従ってイネーブルさ
    れ、コード発生手段のNビットのコード値のうち、下位
    Mビットに該当する電圧を出力するサブデジタル/アナ
    ログ変換手段とを含んで構成されていることを特徴とす
    るクロック同期装置。
  2. 【請求項2】 前記メイン及びサブデジタル/アナログ
    変換手段は、温度計コードデジタル/アナログ変換手段
    で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のク
    ロック同期装置。
  3. 【請求項3】 前記コード発生手段は、前記位相検出手
    段の出力信号に従って2進コード値を生成する2進コー
    ド発生手段と、 前記2進コード発生手段から出力された2進コード値の
    うち上位N−Mビットの2進コード値を温度計コード値
    に変換させ、前記メインデジタル/アナログ変換手段に
    出力するメインコード変換手段と、 前記2進コード発生手段から出力された2進コード値の
    うち下位Mビットの2進コード値を温度計コード値に変
    換させ、前記サブデジタル/アナログ変換手段に出力す
    るサブコード変換手段とを含んでいることを特徴とする
    請求項2に記載のクロック同期装置。
  4. 【請求項4】 前記メインデジタル/アナログ変換手段
    は、温度計コードデジタル/アナログ変換手段で構成さ
    れ、前記サブデジタル/アナログ変換手段は、2進加重
    コードデジタル/アナログ変換手段で構成されているこ
    とを特徴とする請求項1に記載のクロック同期装置。
  5. 【請求項5】 前記コード発生手段は、前記位相検出手
    段の出力信号に従って2進コード値を生成する2進コー
    ド発生手段と、 前記2進コード発生手段から出力された2進コード値の
    うち上位N−Mビットの2進コード値を温度計コード値
    に変換させ、メインデジタル/アナログ変換手段で出力
    するコード変換手段と、 前記レベル検出手段の出力信号に従ってサブデジタル/
    アナログ変換手段を選択的にイネーブルさせ、2進コー
    ド発生手段から出力された2進コード値のうち下位Mビ
    ットの2進コード値を、前記サブデジタル/アナログ変
    換手段で出力するサブデジタル/アナログ変換制御手段
    とを含んでいることを特徴とする請求項4に記載のクロ
    ック同期装置。
JP2002158370A 2001-06-29 2002-05-30 クロック同期装置 Expired - Fee Related JP3988034B2 (ja)

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