JP2004062578A - Multiphase output clock generation circuit - Google Patents

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JP2004062578A JP2002221024A JP2002221024A JP2004062578A JP 2004062578 A JP2004062578 A JP 2004062578A JP 2002221024 A JP2002221024 A JP 2002221024A JP 2002221024 A JP2002221024 A JP 2002221024A JP 2004062578 A JP2004062578 A JP 2004062578A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems wherein when an existing PLL/DLL circuit needs a fine phase, if more delay circuits are used, the delay circuits in N-stage design each provide such a delay of 1/N × 360° as becomes smaller for a larger N value, and a higher clock frequency needs a more complicated design, and if an interpolator serving for fine phase division is used, a low range of input frequency needs a large internal load capacity, which leads to degradation of a characteristic and weakness to power fluctuation. <P>SOLUTION: For giving an input of high frequency to an interpolator, a multiphase output oscillator is used in the preceding stage, so that an arbitrary phase output is possible. The use of a phase shifter can facilitate the design of an internal configuration. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はPLL(Phase Locked Loop)または、DLL(Delay Locked Loop)の分野に関するものであり、特に多相出力逓倍PLLの生成クロックを入力とするインターポレータを用い、高解像度の任意の位相クロック出力が可能なPLL・DLL回路を実現すべく、その回路内部において帰還クロックの分周回路にシフトレジスタを用いる構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、PLL・DLL回路は、クロックによるチップ、マクロ間のデータの受け渡しが発生するあらゆる場面で使われている。しかし、近年クロック周波数の高速化によるクロックスキューに関する問題、転送モードの多様化により、データ送信側のクロックと、データ受信側のクロックとで異なる位相関係を要求する装置等が増えている。しかし、図18に示すような一般的な従来回路では、出力位相を任意に選択するような機構を有さず、出力位相が固定になってしまっているため、シリコン化後には微調性すらできず、出力位相をずらさなければならなくなった場合は、再度設計が必要となる。また、異なる位相を出力させようと望む場合、そのターゲットとなる位相にあわせた新たなマクロの再設計が必要となる。図18に示すような従来の回路においては、基準クロック100を入力し、同一の構成からなる遅延回路を4段有しており、全遅延回路出力後の位相を、元の基準クロックの位相とあわせる動作をすることで、全遅延値は基準クロック1周期となる。これにより、遅延回路1段通過後の位相は基準クロック1に対して、90度遅れた位相をもち、この90度位相に対して帰還クロック110の位相が合うように、制御回路B17bにて、遅延回路18bの遅延値を制御する。このとき、位相が合った状態で、遅延回路18bの制御値をスレーブDLL側に渡せば、複数個のスレーブDLLにて、おなじ90度の位相を出力することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のPLL・DLL回路においては、ただし、90度ではなく、180度が必要な場合は、あらかじめ外部端子にて、180度を選択できるような機構を設けるか、もしくは、180度のみ対応するように、遅延回路2段目を通過後の位相を用いるようにする。さらに、たとえば45度が必要な場合には、遅延回路の構成を8×n段(nは整数)にする必要があり、さらに細かな位相が必要だとすると、遅延回路18bを増やす必要がある。全遅延回路の段数をN段とすると、遅延回路18bの一段あたりの遅延は、1/N×360°となり、Nを増やせば、増やすほど、1段あたりの遅延値は小さくなり、クロック周波数が高いほど、設計が困難になることは明白である。このような構成では、数度刻みで任意の出力位相を得ることは困難である。また、微細な位相分割を担うインターポレータを用いる場合は、入力周波数が低い範囲では内部で必要とする負荷容量が大きくなるとともに、その特性も悪化し、電源変動に弱いことは周知の事実である。
したがって本発明においては、インターポレータに高周波数の入力を与えるため、その前段に多相出力発振器を用い任意の位相出力を可能とした、また、その内部構成において、位相シフト器を用いることで、設計の容易さを可能にした点も大きな特徴である。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の多相出力クロック発生回路は、出力クロックを、インターポレータに供給する多相出力発振回路と、
基準となる0位相出力および、外部端子によって設定制御可能な、任意のX位相出力を出力できる機構を有する前記インターポレータと、
基準クロックに対する任意のY位相の設定外部端子を有し、インターポレータへの逓倍クロックに対する前記任意のX位相出力を設定するための制御信号を出力し、同時に位相シフト器の位相シフト回数および、位相シフトデータの入力を選択するためのセレクト信号を出力する第1の制御回路と、
前記インターポレータからの前記基準となる0位相出力を分周して、かつ分周比を設定できる機構をもつ分周器と、
前記分周器からの2つの異なる位相の分周クロックを、前記位相シフト器の前記位相シフトデータ入力に入力し、位相シフトクロック入力に前記インターポレータより、前記任意のX位相出力クロックを入力し、前記位相シフトクロックに対してシフト回数を選択する仕組みを有する位相シフト器と、
前記基準クロックと前記分周器の分周出力の位相を比較し前記多相出力発信回路に対し発信周波数を制御する第1の位相比較器と、
前記X位相を、前記位相シフト器を介して、出力を遅延回路の基準遅延とする、第2の位相比較器と、
前記基準クロックの遅延回路の遅延値を合わせこむ第2の制御回路と、
を含み前記基準クロックに対して、X位相が異なる帰還クロックを生成することを特徴とする。
また、前記第2の制御回路より、遅延回路制御設定値を外部出力させることを特徴とする。
また、マスターDLLに対するスレーブDLLの個数を複数個マスタースレーブと接続することを特徴とする請求項1記載の多相出力クロック発生回路。
また、位相シフト回路からの出力を一回早いシフト回数で取り出したクロックを新たに設けた位相比較器にて、新たに設けた遅延回路の遅延値が基準クロックに対して位相が合うように、第3の制御回路にて位相あわせを行うことで、逓倍クロックに対して1周期分位相が異なる出力の設定できることを特徴とする。
また、遅延回路を省略し、任意相出力可能な周波数シンセサイザとして使用することを特徴とする。
また、X位相出力を外部端子より出力することを特徴とする。
また、インターポレータより、0位相、X位相とは独立して制御可能な位相である新たなX2位相を出力できるような機構をもちセレクタ回路にて、帰還クロックをX2位相出力もしくは、遅延回路出力にするか選択することができることを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について図面を参照して説明する。図1に、本発明の一実施形態としてのDLL構成例を示す。本DLLは、多相出力発振回路10、インターポレータ11、分周器12、位相シフト器15、位相比較器13、16、制御回路A14,制御回路B17を有する。多相出力発振回路10からの出力クロック120は、インターポレータ11に供給される。インターポレータ11においては、基準となる0位相出力130および、外部端子によって設定制御可能な、任意のX位相出力140を出力できる機構を有する。制御回路A14では、基準クロック100に対するY位相の設定外部端子を有し、インターポレータへの逓倍クロックに対するX位相出力を設定するための制御信号190を出力する。また、制御回路A14は同時に、位相シフト器の位相シフト回数および、位相シフトデータの入力を選択するためのセレクト信号250を出力する。インターポレータ11からの0位相出力130は、分周器12にて分周される。分周器12は分周比を設定できる機構をもつ。位相比較器13は、基準クロック100を分周器および位相シフト器と同じ遅延時間を持つ遅延素子20を介した信号と分周器12の第1の分周出力170の位相を比較する。この位相比較結果180によって、多相出力発振回路10内部で発振周期の制御が行われる。
分周器12において、分周比を2に設定した場合、位相比較結果180により制御された多相出力発振回路10において、2逓倍発振が行われる。また、N分周を設定した場合には、多相出力発振回路においては、N逓倍発振が行われ、このN分周の設定によって、PLLとしての発振周期が決定される。これらの動作により、基準クロックと0位相出力クロックは、同位相となり、尚且つ所望の発振周期を得ることができる。ここで得られた0位相出力130に対して、制御回路A14によって設定されたX位相出力140をインターポレータより出力する。ここで得られたX位相は、遅延回路18の基準遅延となるので、位相シフト器15を介して、第2の位相比較器16に入力される。
ここで、図2を参照すると、図1の分周器12の構成例を示している。すなわち、分周器入力クロックに対して、基準クロック100と同周期に分周クロックを出力できるように、外部からのN分周選択用セレクト信号にて、分周クロックFnを選択する仕組みをもち、任意の第1の分周出力170が可能である。またその分周出力に対して、入力クロックに換算して180度分早い位相の第2の分周出力171を有している。すなわち、分数器12は第1の分周出力170および、入力クロック半周期分早い第2の分周出力171の、2つの異なる位相の分周出力クロックを有する。この2つの異なる分周クロックは、位相シフト器に入力される。
ここで、図3を参照すると、図1の位相シフト器15は以下のように構成されている。2つの位相シフトデータ入力である第1の分周出力170,第2の分周出力171をもち、この2つの位相シフトデータのどちらかを位相シフト器の外部からのセレクト信号250にて、選択できる仕組みを有する。また、ここで選択された位相シフトデータは位相シフトクロックに対して何回シフトさせるかを選択する仕組みを有する。分周器12からの2つの異なる位相の分周クロックは、位相シフト器の位相シフトデータに入力される。位相シフトクロックには、インターポレータより、X位相出力クロックが入力される。この位相シフトクロックにて、選択された位相シフトデータをシフトすることで、位相比較器16への基準クロックを生成する。この基準クロックに対して、基準クロック100の遅延回路18における遅延値をあわせこむことで、基準クロック100に対して、X位相が異なる帰還クロック110を生成する。図1のインターポレータ11は、特許公報「特開2001−273048」などでも記述され、当業者にとってよく知られており、詳細な構成は省略する。
以下、本実施形態の動作について説明する。PLL等の多相出力発振回路10にて多相出力発振が開始される。多相出力120は、発振初期段階においては発振周波数が安定していない。この多相出力120はインターポレータ11に供給される。このインターポレータ11の一番早い位相の出力を0位相出力130と定義すると、0位相出力130は分周器12に入力され、分周器12では、設定された分周比になるように分周される。いま、分周器12で4分周の設定が選ばれていたとすると、0位相信号4分周信号が、位相比較器13に入力され、基準クロック100と比較される。位相比較器13における位相比較結果180は、多相出力発振回路10に戻され、多相出力発振回路10の発振が制御される。最終的には、4逓倍出力になった時点で発振は安定し、多相出力120、0位相出力130は基準クロック100に対して4逓倍周波数になる。このとき、基準クロック100に対して、0位相出力130の位相は同位相になっている。
ここで図4に4逓倍、8相出力の場合のタイミングチャートを示す。このタイミングチャートで示した、多相出力120P1から120P8の連続した等位相間隔をもつ8相クロックをインターポレータ11によりさらに詳細に分割し、さらに詳細な等位相間隔の位相を得ることができる。タイミングチャート図5を使って説明する。たとえばインターポレータ11で隣り合う2相間を16分割する場合、基準クロック100に対して、4逓倍×8相×16分割=512相の異なる位相を出力することができる。多相出力120P1、多相出力120P2を16分割する場合を例にすると、0位相出力130は、多相出力120P2に対して、δt遅れて出力される。さらに、0相に対して、1位相遅い出力は、多相出力120P2に対して、(δt+T/512)だけ遅れて出力される。また、分周器12においては、第1の分周出力170および、入力クロック半周期分早い第2の分周出力172の、2つの異なる位相の分周出力クロックを有する。図6において、4分周動作時の分周器12のタイミングチャートを示す。
次に、Y位相指定外部端子160により基準クロック100に対して、512相のうちの任意のY位相を選択した場合の動作の詳細を説明する。まず、具体的に、Y=64とした場合を図7を用いて説明する。多相出力発振回路において、4逓倍クロックが出力されており、各逓倍クロックは128相の位相に等分割されている。ここで、基準クロックに対して64位相は、逓倍クロック1周期を越えない値なので、逓倍クロックに対しても64位相になる。したがって、インターポレータからの64位相出力にて、1回位相シフトすることにより、基準クロック100に対する、64/512位相の出力が得られる。
さらに、Y=192とした場合について図8を用いて説明する。基準クロックに対して192位相は、逓倍クロックにおいては、1周期+64位相にあたる。すなわち、Y=64の位相よりも、逓倍クロック1位相シフトした位相である。したがって、インターポレータからの64位相出力にて、2回位相シフトすることにより、基準クロック100に対する192/512位相の出力は得られる。
図9において、Y位相指定外部端子160により、Y位相が選択された場合、逓倍クロック1サイクル内には128相が含まれているので、逓倍クロックでのシフトクロック数Sは除算(Y/128)+1の結果となる。そして、インターポレータは逓倍クロックに対して、Y−128×除算(Y/128)=X位相出力140を出力する。これが図1のX位相出力140にあたる。重ねて説明すると、Y位相は、基準クロック周期に対して設定される値である。一方、インターポレータでは基準クロック100から生成された、逓倍多相出力120をインターポレートするので、インターポレートされた出力の基準は、多相出力発振120となり、また、X位相は基準クロック1周期内に、逓倍クロックの数現れる。
ここまでで得られた、X位相出力140を用いて位相シフト器15において分周器12の第1の分周出力170、第2の分周出力171のうち選択された分周出力を、前述のシフト回数Sだけシフトさせる。この動作により、位相比較器16への信号200を生成する。位相シフト器15における、分周器12からの第1の分周出力170、もしくは第2の分周出力171のどちらを位相シフトデータとして選択するかは、X位相出力140とのSetup値のみで決まる値であり、Y位相指定外部端子160の設定のみで決まる値である。この値は制御回路A14にてセレクト信号250として出力される。この詳細な説明を図10のタイミングチャートに沿って説明する。第1の分周出力170、第2の分周出力171はそれぞれが半周期(180Degree)異なる位相である。0Degreeが選ばれているときのX位相出力140に対する第2の分周出力171のSETUP時刻が一番厳しくなるように設計しておけば、X位相出力140の位相が進んだときには、第2の分周出力171に対するマージンは大きくなる。さらに、X位相出力140の位相が180Degreeまで進んだときには、X位相出力140に対する、第1の分周出力170のHOLDが厳しくなるため、第2の分周出力171よりも、180Degree遅れた第1の分周出力170を位相シフトデータとして用いる。第2の分周出力171は第1の分周出力170よりも180Degree遅れた位相をもっているため、180Degree遅れたX位相出力140の位相でSETUP条件は満たされる。第1の分周出力170同様に、360Degreeになると、X位相出力140に対する第2の分周出力171のHOLDが厳しくなるため、第1の分周出力170を位相シフトデータとして用いる。まとめると、0から180Degree未満までは第2の分周出力171を位相シフトデータに設定し、180から360Degree未満までは第1の分周出力170を位相シフトデータとして用いる。
このように、生成された図1の位相シフト信号200は基準クロックに対して、Y位相遅れたクロックとなる。ここで、基準クロック100を遅延回路18に入力し、帰還クロック110を位相比較器16にて、位相シフト出力200との位相をあわせる。このとき、位相比較器16にて行われた位相比較結果を元に制御回路B17にて、遅延回路 18の制御が行われる。ここで、位相シフト信号200は基準クロックに対して、Y位相遅れたクロックなので、その帰還クロック110も、基準クロック100に対してY位相遅れた位相であることがわかる。ここで、位相シフト器15の有効性について説明する。位相シフト器15ではなく、分周器12と同じような、一般的な分周器を用いた場合、インターポレータからのX位相出力140は基準クロックを逓倍したものであるため、基準クロックに対して、逓倍クロックの数だけ、クロックエッジが存在する。4逓倍出力を4分周する場合は、分周開始エッジにより、分周後の位相は基準クロックに対して、4とおり存在することになる。しかし、外部設定により所望とする位相は、4つのうちの1つだけなので、分周開始エッジは4つのうちのひとつだけとなる。この分周開始エッジを簡単に設定することは難しく、手段としては、基準クロックの立ち上がりエッジよりクロック数を数えることで、分周開始タイミング信号を生成できるが、基準クロックの立ち上がりに対して、分周開始エッジが近いまたは重なってしまうような場合、分周開始タイミング信号を誤る可能性がある。もし誤ってしまったら、逓倍クロック1相分単位でずれた位相を出力してしまうため、その影響は大きい。したがって、前述したように、分周器ではなく位相シフト器を用いることで、安全にかつ簡単に所望の位相を得ることができる。以上のことを270度の位相出力を望む場合のタイミングチャートを図11に示す。
【0006】
上記実施形態では、4逓倍、8相出力の場合の多相出力発振回路10について述べたが、当然ながら、逓倍数、出力位相の数は、これに限られるわけではない。また、インターポレータの分割数を16に限って説明を行っているが、この分割数はインターポレータの解像度によって決まる値であり、特に16に限られるわけではない。
次に第2の実施形態として、その基本的構成は、上述のとおりであるが、図12に示すように、制御回路B17より、遅延回路制御設定値240を外部出力させることにより、マスターDLLとして動作可能である。マスターDLLとは、遅延回路制御設定値により、基準クロックに対して、Y位相出力する遅延回路制御設定値を、同じ遅延回路18を有するスレーブDLL2に対して、与えることにより、スレーブDLLでは入力位相に対する出力位相は、Y位相遅れることとなる。すなわち、マスター側で設定した遅延によってスレーブ側も同じ遅延が得られることになる。
第3の実施形態として、その基本的構成は、第2の実施形態のとおりであるが、マスターDLLに対するスレーブDLLの個数は1個とは限らず、複数個制御可能である。図13に示すようなスレーブDLLを、図14に示すように、複数個マスタースレーブと接続することにより、複数個のスレーブDLLに同一の制御設定値を供給することも可能であり、すべて同―の遅延クロック出力をもつDLLが構成できる。
第4の実施形態として、図15に示すように、位相シフト回路からの出力を一回早いシフト回数で取り出したクロックを新たに設けた位相比較器16−2にて、新たに設けた遅延回路18−2の遅延値が基準クロック100に対して位相が合うように、制御回路B17−2にて位相あわせを行うことで、逓倍クロックに対して1周期分位相が異なる出力の設定が可能となる。このように、位相シフト器からの出力を複数もつことで、マスターDLL1個に対して、複数の位相が異なるスレーブDLLを使うことができる。図15では、位相シフト器から2つの位相を出力しているが、最大で逓倍クロック数のことなる位相を取り出すことは当然可能である。
第5の実施形態として、図16に示すように、遅延回路18を搭載せず、任意相出力可能な周波数シンセサイザとして使用することも可能である。また、遅延回路18を搭載したままでもX位相出力を外部端子として出力することにより、その動作は当然可能である。
第6の実施形態として、図17に示すような構成が考えられる。これは、インターポレータより、新たにX2位相信号260を出力できるような機構をもたせている。これは、X0、X位相とは独立して制御可能な位相である。本実施形態の特徴は、セレクタ回路21にて、帰還クロック110を分周器20を介したX2位相信号260もしくは、遅延回路出力230にするか選択することができる。X2位相信号260を選択した場合は、任意の多相出力をもつPLLとして動作する。一方、遅延回路出力230が選択された場合は、DLLとして動作する。したがってこのような構成にしておけば、マスターDLLとしても、また、多相出力PLLとしても排他的な使用が可能なので、ASICもしくは、FPGA等のマスターに搭載しておけば、いずれかの利用が可能となり汎用的に使用できる。
【0007】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は任意位相が外部設定で選択できる構成を有しているので、外部設定によって、基準クロックに対する、任意の位相および、その位相における遅延回路の設定情報を得ることができる。したがって、基準クロックに対する任意の位相が異なるようなクロックを所望するPLL・DLL全般に使用可能である。次に、X位相出力クロックを位相比較器2へ入力する際に、分周器ではなく、位相シフト回路を設けることにより、分周開始タイミングを気にすることなく、設計が行えるので、設計の容易化が可能となった。また、位相シフト器ではなく、分周器を用いた回路では、分周開始タイミングを誤ると、分周クロックの一周期分単位での位相ずれが起こってしまうが、位相シフトの導入で開始タイミングが安定した位相シフト構成になっているので、所望の位相に対して正確に位相を出力できるという効果もある。また、インターポレータとは、高周波入力において良好な特性を示すことは既知の事実である。本発明においては、逓倍後のクロックをインターポレータに入力することで、高周波入力を実現しており、インターポレータの特性を生かした使用法でもある。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の第1の実施形態の構成を示す構成図である。
【図2】
本発明の第1の実施形態における分周器の構成例を示している図である。
【図3】
本発明の第1の実施形態の位相シフト器の構成図である。
【図4】
本発明の1実施形態における4逓倍、8相出力の場合のタイミングチャートである。
【図5】
本発明の1実施形態において、インターポレータで隣り合う2相間を16分割する場合のタイミングチャートである。
【図6】
本発明の1実施形態において、4分周動作時の分周器のタイミングチャートである。
【図7】
本発明の1実施形態におけるタイミングチャートである。
【図8】
本発明の1実施形態におけるタイミングチャートである。
【図9】
本発明の1実施形態におけるタイミングチャートである。
【図10】
本発明の1実施形態におけるタイミングチャート図である。
【図11】
本発明の1実施形態において、270度の位相出力を望む場合のタイミングチャートである。
【図12】
本発明の第2の実施形態における、マスターDLLとして動作させる場合の構成図である。
【図13】
本発明の第3の実施形態におけるスレーブDLLの構成図である。
【図14】
本発明の第3の実施形態におけるDLLの構成図である。
【図15】
本発明の第4の実施形態の構成図である。
【図16】
本発明の第5の実施形態の周波数シンセサイザとして機能させる場合の構成図である。
【図17】
本発明の6実施形態における構成図である。
【図18】
従来のDLL回路の構成図である。
【符号の説明】
1  マスターDLL
2  スレーブDLL
10  多相出力発振回路
11  インターポレータ
12  分周器
13  位相比較器
13b  位相比較器
14  制御回路A
14b  制御回路A
15  位相シフト器
16  位相比較器
16b  位相比較器
17  制御回路B
17b  制御回路B
18  遅延回路
18b  遅延回路
19  バッファ
20  遅延素子
100  基準クロック
110  帰還クロック
120  多相出力
120P1〜120P8  多相出力
130  0位相出力
140  X位相出力
160  Y位相指定外部端子
170  第1の分周出力
171  第2の分周出力
180  位相比較結果
190  制御信号
200  位相シフト信号
230  遅延回路出力
240  遅延回路制御設定値
250  セレクト信号
260  X2位相信号
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to the field of a PLL (Phase Locked Loop) or a DLL (Delay Locked Loop), and more particularly to a high-resolution arbitrary phase clock using an interpolator that inputs a clock generated by a multi-phase output multiplying PLL. The present invention relates to a configuration in which a shift register is used as a feedback clock frequency dividing circuit inside a PLL / DLL circuit capable of outputting data.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, PLL / DLL circuits have been used in all situations in which data is transferred between chips and macros by a clock. However, in recent years, problems related to clock skew due to an increase in clock frequency and diversification of transfer modes have increased the number of devices that require a different phase relationship between a clock on a data transmission side and a clock on a data reception side. However, a general conventional circuit as shown in FIG. 18 does not have a mechanism for arbitrarily selecting an output phase and has a fixed output phase, so that even fine tuning can be performed after siliconization. If the output phase must be shifted, the design must be performed again. If it is desired to output a different phase, it is necessary to redesign a new macro in accordance with the target phase. A conventional circuit as shown in FIG. 18 has four stages of delay circuits having the same configuration, to which a reference clock 100 is input. The phase after all the delay circuits are output is set to the phase of the original reference clock. By performing the matching operation, the total delay value becomes one cycle of the reference clock. As a result, the phase after passing through one stage of the delay circuit has a phase delayed by 90 degrees with respect to the reference clock 1, and the control circuit B17b operates so that the phase of the feedback clock 110 matches the phase of the 90 degrees. The delay value of the delay circuit 18b is controlled. At this time, if the control value of the delay circuit 18b is passed to the slave DLL side in a state where the phases are matched, a plurality of slave DLLs can output the same 90-degree phase.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned conventional PLL / DLL circuit, however, if 180 ° is required instead of 90 °, a mechanism capable of selecting 180 ° by an external terminal is provided in advance, or only 180 ° is supported. In this case, the phase after passing through the second stage of the delay circuit is used. Further, for example, when 45 degrees is required, the configuration of the delay circuit needs to be 8 × n stages (n is an integer), and when a finer phase is required, the delay circuit 18b needs to be increased. Assuming that the number of stages of all the delay circuits is N, the delay per stage of the delay circuit 18b is 1 / N × 360 °. As N increases, the delay value per stage decreases as the N increases, and the clock frequency decreases. Obviously, the higher is the more difficult the design is. With such a configuration, it is difficult to obtain an arbitrary output phase every several degrees. Also, when using an interpolator that performs fine phase division, it is a well-known fact that the load capacity required internally becomes large in the range where the input frequency is low, and that the characteristics are deteriorated and the power supply is vulnerable. is there.
Therefore, in the present invention, in order to provide a high-frequency input to the interpolator, an arbitrary phase output is enabled by using a multi-phase output oscillator at the preceding stage, and by using a phase shifter in its internal configuration. Another major feature is that the design is easy.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
A multi-phase output clock generation circuit according to the present invention includes: a multi-phase output oscillation circuit that supplies an output clock to an interpolator;
A reference 0-phase output and the interpolator having a mechanism capable of outputting an arbitrary X-phase output, which can be set and controlled by an external terminal;
An external terminal for setting an arbitrary Y phase with respect to the reference clock, outputting a control signal for setting the arbitrary X phase output with respect to the multiplied clock to the interpolator, and simultaneously performing the number of phase shifts of the phase shifter and A first control circuit that outputs a select signal for selecting input of phase shift data;
A frequency divider that divides the reference 0-phase output from the interpolator and sets a frequency division ratio;
The frequency-divided clocks of two different phases from the frequency divider are input to the phase shift data input of the phase shifter, and the arbitrary X-phase output clock is input to the phase shift clock input from the interpolator. A phase shifter having a mechanism for selecting the number of shifts for the phase shift clock;
A first phase comparator that compares the phase of the divided output of the frequency divider with the reference clock and controls the oscillation frequency for the multi-phase output oscillation circuit;
A second phase comparator that outputs the X phase via the phase shifter as an output as a reference delay of a delay circuit;
A second control circuit for adjusting a delay value of the reference clock delay circuit;
And generating a feedback clock having a different X phase from the reference clock.
Further, a delay circuit control set value is externally output from the second control circuit.
2. The multi-phase output clock generation circuit according to claim 1, wherein a plurality of slave DLLs for the master DLL are connected to the master slave.
In addition, a phase comparator newly provided with a clock obtained by extracting the output from the phase shift circuit once in the number of times of shifting is provided so that the delay value of the newly provided delay circuit is in phase with the reference clock. By performing phase matching in the third control circuit, it is possible to set an output having a different phase by one cycle with respect to the multiplied clock.
Further, the present invention is characterized in that the delay circuit is omitted and the device is used as a frequency synthesizer capable of outputting an arbitrary phase.
The X-phase output is output from an external terminal.
Further, the selector circuit has a mechanism capable of outputting a new X2 phase which is a phase that can be controlled independently of the 0 phase and the X phase from the interpolator. It is characterized in that output or selection can be made.
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a DLL configuration example as one embodiment of the present invention. This DLL has a multiphase output oscillation circuit 10, an interpolator 11, a frequency divider 12, a phase shifter 15, phase comparators 13 and 16, a control circuit A14, and a control circuit B17. The output clock 120 from the multi-phase output oscillation circuit 10 is supplied to the interpolator 11. The interpolator 11 has a mechanism capable of outputting a reference 0-phase output 130 and an arbitrary X-phase output 140 that can be set and controlled by an external terminal. The control circuit A14 has an external terminal for setting the Y phase with respect to the reference clock 100, and outputs a control signal 190 for setting the X phase output with respect to the multiplied clock to the interpolator. At the same time, the control circuit A14 outputs the number of phase shifts of the phase shifter and the select signal 250 for selecting the input of the phase shift data. The zero-phase output 130 from the interpolator 11 is frequency-divided by the frequency divider 12. The frequency divider 12 has a mechanism that can set the frequency division ratio. The phase comparator 13 compares the signal of the reference clock 100 via the delay element 20 having the same delay time as the divider and the phase shifter with the phase of the first divided output 170 of the divider 12. Based on the phase comparison result 180, the oscillation cycle is controlled inside the multi-phase output oscillation circuit 10.
In the case where the frequency division ratio is set to 2 in the frequency divider 12, the multi-phase output oscillation circuit 10 controlled by the phase comparison result 180 performs double-frequency oscillation. When N division is set, the multi-phase output oscillation circuit performs N-multiplied oscillation, and the setting of the N division determines the oscillation cycle of the PLL. By these operations, the reference clock and the 0-phase output clock have the same phase, and a desired oscillation cycle can be obtained. The X-phase output 140 set by the control circuit A14 is output from the interpolator with respect to the 0-phase output 130 obtained here. The X phase obtained here becomes a reference delay of the delay circuit 18, and is input to the second phase comparator 16 via the phase shifter 15.
Here, referring to FIG. 2, an example of the configuration of the frequency divider 12 of FIG. 1 is shown. That is, there is a mechanism for selecting the frequency-divided clock Fn by an external N-frequency division select signal so that the frequency-divided clock can be output in the same cycle as the reference clock 100 with respect to the frequency-divider input clock. , Any first divided output 170 is possible. In addition, a second frequency-divided output 171 having a phase which is earlier than the frequency-divided output by 180 degrees in terms of an input clock is provided. That is, the fractionator 12 has a divided output clock having two different phases, that is, a first divided output 170 and a second divided output 171 that is earlier by an input clock half cycle. The two different frequency-divided clocks are input to a phase shifter.
Here, referring to FIG. 3, the phase shifter 15 of FIG. 1 is configured as follows. It has two phase-shift data inputs, a first frequency-divided output 170 and a second frequency-divided output 171. Either of the two phase-shift data is selected by a select signal 250 from outside the phase shifter. Have a mechanism that can do it. Further, there is a mechanism for selecting how many times the phase shift data selected here is shifted with respect to the phase shift clock. The frequency-divided clocks of two different phases from the frequency divider 12 are input to the phase shift data of the phase shifter. An X-phase output clock is input from the interpolator to the phase shift clock. By shifting the selected phase shift data using the phase shift clock, a reference clock for the phase comparator 16 is generated. By adjusting the delay value of the reference clock 100 in the delay circuit 18 to the reference clock, a feedback clock 110 having a different X phase from the reference clock 100 is generated. The interpolator 11 shown in FIG. 1 is also described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-273048, is well known to those skilled in the art, and the detailed configuration is omitted.
Hereinafter, the operation of this embodiment will be described. The multi-phase output oscillation circuit 10 such as a PLL starts multi-phase output oscillation. The oscillation frequency of the multiphase output 120 is not stable in the initial stage of oscillation. This multiphase output 120 is supplied to the interpolator 11. If the output of the earliest phase of the interpolator 11 is defined as a zero-phase output 130, the zero-phase output 130 is input to the frequency divider 12, and the frequency divider 12 sets the frequency division ratio to a set value. Divided. Now, assuming that the setting of frequency division by 4 is selected in the frequency divider 12, the 0-phase signal / 4-frequency signal is input to the phase comparator 13 and compared with the reference clock 100. The phase comparison result 180 in the phase comparator 13 is returned to the multi-phase output oscillation circuit 10, and the oscillation of the multi-phase output oscillation circuit 10 is controlled. Eventually, the oscillation is stabilized when the quadrupled output is obtained, and the multi-phase output 120 and the zero-phase output 130 have a quadrupled frequency with respect to the reference clock 100. At this time, the phase of the 0-phase output 130 is the same as that of the reference clock 100.
FIG. 4 shows a timing chart in the case of quadruple output and eight-phase output. The eight-phase clock having continuous continuous phase intervals of the multi-phase outputs 120P1 to 120P8 shown in this timing chart is further divided in detail by the interpolator 11, and more detailed phases having the same phase interval can be obtained. This will be described with reference to a timing chart of FIG. For example, in a case where the interpolator 11 divides two adjacent phases into 16 parts, it is possible to output different phases of 4 times × 8 phases × 16 divisions = 512 phases with respect to the reference clock 100. Taking the case where the polyphase output 120P1 and the polyphase output 120P2 are divided into 16 as an example, the 0-phase output 130 is output with a delay of δt with respect to the polyphase output 120P2. Further, an output that is one phase later than the zero phase is output with a delay of (δt + T / 512) with respect to the multiphase output 120P2. Further, the frequency divider 12 has a frequency-divided output clock having two different phases, that is, a first frequency-divided output 170 and a second frequency-divided output 172 that is earlier by an input clock half cycle. FIG. 6 shows a timing chart of the frequency divider 12 during the divide-by-4 operation.
Next, details of the operation when an arbitrary Y phase out of 512 phases is selected with respect to the reference clock 100 by the Y phase designation external terminal 160 will be described. First, the case where Y = 64 will be specifically described with reference to FIG. In the multi-phase output oscillation circuit, a quadrupled clock is output, and each multiplied clock is equally divided into 128 phases. Here, since 64 phases with respect to the reference clock are values that do not exceed one cycle of the multiplied clock, the phase is also 64 phases with respect to the multiplied clock. Therefore, a 64/512 phase output with respect to the reference clock 100 is obtained by shifting the phase once with the 64 phase output from the interpolator.
Further, a case where Y = 192 will be described with reference to FIG. The 192 phases with respect to the reference clock correspond to one cycle + 64 phases in the multiplied clock. That is, the phase is a phase shifted by one phase of the multiplied clock from the phase of Y = 64. Therefore, the output of the 192/512 phase with respect to the reference clock 100 is obtained by performing the phase shift twice with the 64 phase output from the interpolator.
In FIG. 9, when the Y phase is selected by the Y phase designation external terminal 160, since 128 phases are included in one cycle of the multiplied clock, the number S of shift clocks in the multiplied clock is divided (Y / 128). ) +1. Then, the interpolator outputs Y-128 × division (Y / 128) = X phase output 140 with respect to the multiplied clock. This corresponds to the X phase output 140 in FIG. Again, the Y phase is a value set with respect to the reference clock cycle. On the other hand, since the interpolator interpolates the multiplied multiphase output 120 generated from the reference clock 100, the reference of the interpolated output is the multiphase output oscillation 120, and the X phase is one cycle of the reference clock. Within, the number of multiplied clocks appears.
Using the X-phase output 140 obtained up to this point, the phase shifter 15 uses the frequency-divided output selected from the first frequency-divided output 170 and the second frequency-divided output 171 of the frequency divider 12 as described above. Is shifted by the number of shifts S. With this operation, the signal 200 to the phase comparator 16 is generated. Which of the first divided output 170 or the second divided output 171 from the frequency divider 12 in the phase shifter 15 is selected as phase shift data depends on only the Setup value with the X phase output 140. This value is determined only by the setting of the Y-phase designation external terminal 160. This value is output as the select signal 250 by the control circuit A14. This detailed description will be described with reference to the timing chart of FIG. The first frequency-divided output 170 and the second frequency-divided output 171 have phases different from each other by a half cycle (180 degrees). If the SETUP time of the second divided output 171 with respect to the X phase output 140 when 0 Degree is selected is designed to be the strictest, when the phase of the X phase output 140 advances, the second The margin for the divided output 171 becomes large. Further, when the phase of the X-phase output 140 has advanced to 180 Degree, the HOLD of the first frequency-divided output 170 with respect to the X-phase output 140 becomes stricter, and the first frequency-divided output 171 is delayed by 180 Degrees from the second frequency-divided output 171. Is used as the phase shift data. Since the second frequency-divided output 171 has a phase delayed by 180 degrees from the first frequency-divided output 170, the SETUP condition is satisfied by the phase of the X-phase output 140 delayed by 180 degrees. Similarly to the first divided output 170, when the signal reaches 360 degrees, the HOLD of the second divided output 171 with respect to the X-phase output 140 becomes strict, so the first divided output 170 is used as phase shift data. In summary, the second frequency-divided output 171 is set as the phase shift data from 0 to less than 180 degrees, and the first frequency-divided output 170 is used as the phase shift data from 180 to less than 360 degrees.
Thus, the generated phase shift signal 200 in FIG. 1 is a clock delayed by Y phase with respect to the reference clock. Here, the reference clock 100 is input to the delay circuit 18, and the feedback clock 110 is matched with the phase shift output 200 by the phase comparator 16. At this time, the control circuit B17 controls the delay circuit 18 based on the result of the phase comparison performed by the phase comparator 16. Here, since the phase shift signal 200 is a clock delayed by Y phase with respect to the reference clock, it is understood that the feedback clock 110 also has a phase delayed by Y phase with respect to the reference clock 100. Here, the effectiveness of the phase shifter 15 will be described. In the case where a general frequency divider similar to the frequency divider 12 is used instead of the phase shifter 15, the X phase output 140 from the interpolator is obtained by multiplying the reference clock. On the other hand, there are as many clock edges as the number of multiplied clocks. In the case where the quadrupled output is divided by four, there are four different phases with respect to the reference clock due to the division start edge. However, since only one of the four phases is desired by the external setting, the frequency division start edge is only one of the four phases. It is difficult to easily set the division start edge. As a means, the division start timing signal can be generated by counting the number of clocks from the rising edge of the reference clock. If the circumference start edges are close or overlap, the frequency division start timing signal may be erroneous. If an error occurs, a phase shifted by one phase of the multiplied clock is output, so that the influence is large. Therefore, as described above, a desired phase can be safely and easily obtained by using a phase shifter instead of a frequency divider. FIG. 11 shows a timing chart in the case where a 270-degree phase output is desired.
[0006]
In the above-described embodiment, the multi-phase output oscillation circuit 10 in the case of quadruple output and eight-phase output has been described. However, the number of multiplications and the number of output phases are not limited to this. Further, the description is made by limiting the number of divisions of the interpolator to 16, but the number of divisions is a value determined by the resolution of the interpolator, and is not particularly limited to 16.
Next, as a second embodiment, the basic configuration is as described above. As shown in FIG. 12, a delay circuit control set value 240 is externally output from the control circuit B17, thereby forming a master DLL. Operable. The master DLL is configured to provide a delay circuit control set value for outputting a Y phase with respect to a reference clock to a slave DLL 2 having the same delay circuit 18 according to a delay circuit control set value. Will be delayed by Y phase. That is, the same delay is obtained on the slave side by the delay set on the master side.
As the third embodiment, the basic configuration is the same as that of the second embodiment, but the number of slave DLLs for the master DLL is not limited to one, and a plurality of slave DLLs can be controlled. By connecting a slave DLL as shown in FIG. 13 to a plurality of master slaves as shown in FIG. 14, it is possible to supply the same control setting value to a plurality of slave DLLs. DLL having a delayed clock output of
As a fourth embodiment, as shown in FIG. 15, a newly provided delay circuit is provided in a phase comparator 16-2 newly provided with a clock obtained by taking out the output from the phase shift circuit once at an earlier shift count. By performing the phase adjustment in the control circuit B17-2 so that the delay value of 18-2 matches the phase with respect to the reference clock 100, it is possible to set the output whose phase differs by one cycle from the multiplied clock. Become. Thus, by having a plurality of outputs from the phase shifter, a plurality of slave DLLs having different phases can be used for one master DLL. In FIG. 15, two phases are output from the phase shifter. However, it is naturally possible to extract phases having different numbers of multiplied clocks at the maximum.
As a fifth embodiment, as shown in FIG. 16, it is possible to use a frequency synthesizer that can output an arbitrary phase without mounting the delay circuit 18. In addition, even when the delay circuit 18 is mounted, the operation is naturally possible by outputting the X-phase output as an external terminal.
As a sixth embodiment, a configuration as shown in FIG. 17 can be considered. This is provided with a mechanism that can output a new X2 phase signal 260 from the interpolator. This is a phase that can be controlled independently of the X0 and X phases. A feature of this embodiment is that the selector circuit 21 can select whether the feedback clock 110 is the X2 phase signal 260 via the frequency divider 20 or the delay circuit output 230. When the X2 phase signal 260 is selected, it operates as a PLL having an arbitrary multi-phase output. On the other hand, when the delay circuit output 230 is selected, it operates as a DLL. Therefore, with such a configuration, exclusive use is possible as a master DLL and as a multi-phase output PLL. Therefore, if it is mounted on a master such as an ASIC or an FPGA, either of them can be used. It becomes possible and can be used for general purposes.
[0007]
【The invention's effect】
As described above, since the present invention has a configuration in which an arbitrary phase can be selected by external setting, it is possible to obtain an arbitrary phase with respect to a reference clock and setting information of a delay circuit in the phase by the external setting. it can. Therefore, the present invention can be used for all PLLs and DLLs that desire a clock having an arbitrary phase different from the reference clock. Next, when the X-phase output clock is input to the phase comparator 2, a design can be performed without worrying about the division start timing by providing a phase shift circuit instead of a frequency divider. It has become easier. Also, in a circuit using a frequency divider instead of a phase shifter, if the division start timing is incorrect, a phase shift occurs in units of one cycle of the divided clock. Has a stable phase shift configuration, so that there is also an effect that a phase can be accurately output for a desired phase. It is a known fact that an interpolator exhibits good characteristics at a high frequency input. In the present invention, a high-frequency input is realized by inputting the clock after the multiplication to the interpolator, which is also a usage method utilizing characteristics of the interpolator.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a configuration of a first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2
It is a figure showing the example of composition of the frequency divider in a 1st embodiment of the present invention.
FIG. 3
FIG. 2 is a configuration diagram of a phase shifter according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4
4 is a timing chart in the case of quadruple output and eight-phase output in one embodiment of the present invention.
FIG. 5
5 is a timing chart in a case where an interpolator divides two adjacent phases into 16 parts according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6
6 is a timing chart of the frequency divider at the time of a divide-by-4 operation in one embodiment of the present invention.
FIG. 7
5 is a timing chart according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8
5 is a timing chart according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9
5 is a timing chart according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10
It is a timing chart figure in one embodiment of the present invention.
FIG. 11
5 is a timing chart when a 270-degree phase output is desired in one embodiment of the present invention.
FIG.
FIG. 11 is a configuration diagram when operating as a master DLL according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13
FIG. 14 is a configuration diagram of a slave DLL according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14
FIG. 11 is a configuration diagram of a DLL according to a third embodiment of the present invention.
FIG.
It is a lineblock diagram of a 4th embodiment of the present invention.
FIG.
FIG. 14 is a configuration diagram when functioning as a frequency synthesizer according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG.
It is a lineblock diagram in a 6th embodiment of the present invention.
FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional DLL circuit.
[Explanation of symbols]
1 Master DLL
2 Slave DLL
Reference Signs List 10 multiphase output oscillation circuit 11 interpolator 12 frequency divider 13 phase comparator 13b phase comparator 14 control circuit A
14b Control circuit A
15 phase shifter 16 phase comparator 16b phase comparator 17 control circuit B
17b Control circuit B
Reference Signs List 18 delay circuit 18b delay circuit 19 buffer 20 delay element 100 reference clock 110 feedback clock 120 multi-phase output 120P1 to 120P8 multi-phase output 130 0-phase output 140 X-phase output 160 Y-phase designation external terminal 170 First divided output 171 2 divided output 180 phase comparison result 190 control signal 200 phase shift signal 230 delay circuit output 240 delay circuit control set value 250 select signal 260 X2 phase signal

Claims (7)

出力クロックを、インターポレータに供給する多相出力発振回路と、
基準となる0位相出力および、外部端子によって設定制御可能な、任意のX位相出力を出力できる機構を有する前記インターポレータと、
基準クロックに対する任意のY位相の設定可能な前記外部端子を有し、インターポレータへの逓倍クロックに対する前記任意のX位相出力を設定するための制御信号を出力し、同時に位相シフト器の位相シフト回数および、位相シフトデータの入力を選択するためのセレクト信号を出力する第1の制御回路と、
前記インターポレータからの前記基準となる0位相出力を分周して、かつ分周比を設定できる機構をもつ分周器と、
前記分周器からの2つの異なる位相の分周クロックを、前記位相シフト器の前記位相シフトデータ入力に入力し、位相シフトクロック入力に前記インターポレータより、前記任意のX位相出力クロックを入力し、前記位相シフトクロックに対してシフト回数を選択する仕組みを有する位相シフト器と、
前記基準クロックと前記分周器の分周出力の位相を比較し前記多相出力発信回路に対し発信周波数を制御する第1の位相比較器と、
前記X位相を、前記位相シフト器を介して、出力を遅延回路の基準遅延とする、第2の位相比較器と、
前記基準クロックの遅延回路の遅延値を合わせこむ第2の制御回路と、
を含み前記基準クロックに対して、X位相が異なる帰還クロックを生成することを特徴とする多相出力クロック発生回路。
A multi-phase output oscillation circuit that supplies an output clock to the interpolator;
A reference 0-phase output and the interpolator having a mechanism capable of outputting an arbitrary X-phase output, which can be set and controlled by an external terminal;
Having an external terminal capable of setting an arbitrary Y phase with respect to a reference clock, outputting a control signal for setting the arbitrary X phase output with respect to a multiplied clock to an interpolator, and simultaneously outputting a phase shift of a phase shifter; A first control circuit for outputting a select signal for selecting the number of times and input of phase shift data;
A frequency divider that divides the reference 0-phase output from the interpolator and sets a frequency division ratio;
The divided clocks of two different phases from the divider are input to the phase shift data input of the phase shifter, and the arbitrary X phase output clock is input to the phase shift clock input from the interpolator. A phase shifter having a mechanism for selecting the number of shifts for the phase shift clock;
A first phase comparator that compares the phase of the divided output of the frequency divider with the reference clock and controls the oscillation frequency for the multi-phase output oscillation circuit;
A second phase comparator that outputs the X phase via the phase shifter as an output as a reference delay of a delay circuit;
A second control circuit for adjusting a delay value of the reference clock delay circuit;
And generating a feedback clock having a different X phase with respect to the reference clock.
前記第2の制御回路より、遅延回路制御設定値を外部出力させることを特徴とする請求項1記載の多相出力クロック発生回路。2. The multi-phase output clock generation circuit according to claim 1, wherein the second control circuit externally outputs a delay circuit control set value. マスターDLLに対するスレーブDLLの個数を複数個マスタースレーブと接続することを特徴とする請求項1、2記載の多相出力クロック発生回路。3. The multi-phase output clock generation circuit according to claim 1, wherein a plurality of slave DLLs for the master DLL are connected to the master slave. 位相シフト回路からの出力を一回早いシフト回数で取り出したクロックを新たに設けた位相比較器にて、新たに設けた遅延回路の遅延値が基準クロックに対して位相が合うように、第3の制御回路にて位相あわせを行うことで、逓倍クロックに対して1周期分位相が異なる出力の設定できることを特徴とする請求項1記載の多相出力クロック発生回路。A third phase comparator newly provided with a clock obtained by taking out the output from the phase shift circuit once at the number of times of shifting is used to set the third delay circuit so that the delay value of the newly provided delay circuit matches the phase of the reference clock. 2. The multi-phase output clock generation circuit according to claim 1, wherein an output having a phase different from that of the multiplied clock by one period can be set by performing phase adjustment by said control circuit. 遅延回路を省略し、任意相出力可能な周波数シンセサイザとして使用することを特徴とする請求項1記載の多相出力クロック発生回路。2. The multi-phase output clock generation circuit according to claim 1, wherein the delay circuit is omitted and used as a frequency synthesizer capable of outputting an arbitrary phase. X位相出力を外部端子より出力することを特徴とする請求項1、5記載の多相出力クロック発生回路。6. The multi-phase output clock generation circuit according to claim 1, wherein the X-phase output is output from an external terminal. インターポレータより、0位相、X位相とは独立して制御可能な位相である新たなX2位相を出力できるような機構をもちセレクタ回路にて、帰還クロックをX2位相出力もしくは、遅延回路出力にするか選択することができることを特徴とする請求項1記載の多相出力クロック発生回路。The interpolator has a mechanism capable of outputting a new X2 phase, which is a phase that can be controlled independently of the 0 phase and the X phase. The selector circuit outputs the feedback clock to the X2 phase output or the delay circuit output. 2. The multi-phase output clock generation circuit according to claim 1, wherein the selection can be made.
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