JP2005151284A - Dynamic frequency divider - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はマイクロ波周波数帯の周波数シンセサイザに使用される分周器に関し、特に、電圧制御発振器からの高周波信号を直接分周するダイナミック型分周器に関するものである。 The present invention relates to a frequency divider used in a frequency synthesizer in a microwave frequency band, and more particularly to a dynamic frequency divider that directly divides a high frequency signal from a voltage controlled oscillator.
従来のダイナミック型分周器の例は、例えば特許文献1に記載されている。図11に従来のダイナミック型分周器の構成例を示す。インバータ回路21とこの出力に接続されたスイッチ回路31とからなる要素51およびこれと同一の要素52,53により3段の要素が縦続に接続され、最終段のスイッチ回路33の出力が出力端子2に接続されるとともに、初段のインバータ回路21の入力に帰還接続され、各段のスイッチ回路の制御端子を共通に入力端子1に接続したものである。各スイッチ31、32、33はその制御端子の入力がハイレベルのときに導通状態であり、ローレベルのときに開放状態である。また、各インバータ回路21、22、23には動作に遅延があり、その入力が反転してから動作遅延時間td後に出力が入力と反対のレベルに反転する。
An example of a conventional dynamic frequency divider is described in Patent Document 1, for example. FIG. 11 shows a configuration example of a conventional dynamic frequency divider. Three elements are connected in cascade by an
従来のダイナミック型分周器は以下のように分周動作が実現する。入力端子1がハイレベルになる毎に各インバータ回路の出力電圧が次の段のインバータ回路の入力電圧として伝達する。従って、入力端子1が3回ハイレベルになると出力端子2が反転する。さらに入力端子1が3回ハイレベルになると出力端子2が元に戻る。すなわち、入力端子1のパルス6回で出力パルスが1回発生することになる。つまり分周比が6になる。
The conventional dynamic frequency divider realizes the frequency dividing operation as follows. Each time the input terminal 1 becomes high level, the output voltage of each inverter circuit is transmitted as the input voltage of the next stage inverter circuit. Therefore, when the input terminal 1 becomes high level three times, the
図12に従来のダイナミック型分周器の動作のタイムチャートを示す。V1は入力端子1の電圧、V21、V22、V23はインバータ回路21、22、23の入力電圧、V31、V32、V33は各スイッチ回路31、32、33の入力電圧である。インバータ回路21に着目すると、時刻t=3においてV1がハイレベルになると、各スイッチ31、32、33は一斉に導通状態となり、入力電圧V21はそれまでのローレベルから前段のV33と等しいハイレベルに変化する。この後、インバータ回路21の動作遅延時間tdが経過すると、電圧V31は入力電圧V21の反対レベルすなわちローレベルに反転する(t=5)。このときすでに、V1はローレベルに戻っていて、各スイッチ回路33は開放状態であるから、入力電圧V21はハイレベルのまま維持され、次に電圧V33がローレベルになり、かつスイッチ回路33が導通状態になる時刻t=12までこれが保たれる。
FIG. 12 shows a time chart of the operation of the conventional dynamic frequency divider. V1 is the voltage of the input terminal 1, V21, V22, and V23 are the input voltages of the
次段のインバータ回路22についても、その次段のインバータ回路23についても、同様の動作が時刻を順次ずらして行われる。そして、入力端子1に6個のパルスが入力されたときに、すべてのインバータ回路21、22、23がはじめの状態に戻る。すなわち、入力端子1のパルス6回で出力端子2のパルスが1回送出されることになり、分周比6の分周器として動作する。
With respect to the
なお、従来のダイナミック型分周器では、分周比6の分周器として動作するためには、インバータ回路の動作遅延時間tdと入力信号周期との間に分周動作が実現する条件が存在する。すなわち、上に示したタイムチャートのように理想的な状態では、動作遅延時間tdはスイッチ回路が導通状態にある時間幅(入力信号のパルス幅に対応、デューティ比50%の場合は入力信号の周期の半分)よりも大きく、かつ入力信号の周期よりも小さくなければならない。実用的な回路では、スイッチ回路にも動作遅延があるだけでなく、動作波形は時間軸に対して傾斜を持つ波形となるので、分周動作が実現する条件はさらに厳しくなる。条件が厳しくなることは、実用上分周器として動作する範囲が狭くなることを意味する。
従来のダイナミック型分周器では、インバータ回路とスイッチ回路の要素を奇数段接続した構成の場合、すなわち分周比を2、6、10、・・・、2(2N+1)に設定した場合で、かつ上記の分周動作が実現する条件が成り立つ場合に、分周動作が実現する。反対に、この要素を偶数段接続した構成では、各要素によるループが正帰還となり、出力端子2の論理はハイレベルまたはローレベルで安定するので、上記の条件を満たす場合であっても分周動作を実現できない。従って、分周比を4、8、12、・・、4Nに設定することができない。
In the conventional dynamic frequency divider, when the elements of the inverter circuit and the switch circuit are connected in an odd number of stages, that is, when the division ratio is set to 2, 6, 10,..., 2 (2N + 1), The frequency dividing operation is realized when the conditions for realizing the frequency dividing operation are satisfied. On the contrary, in the configuration in which this element is connected in an even number of stages, the loop of each element becomes positive feedback, and the logic of the
なお、分周比2に設計した従来のダイナミック型分周器をn段縦続接続することにより特定の分周比2nを得ることについては原理的には実現可能であるものの、各段のダイナミック型分周器に対して上記の分周動作が実現する条件を満たすように設計しなければならない。すなわち、初段のダイナミック型分周器の動作遅延時間tdに対して、後段に接続するダイナミック型分周器の動作遅延時間tdを極端に大きく設計しなければならなくなり、設計精度の悪化、回路規摸の増大、消費電力の悪化を招く。
Although it is possible in principle to obtain a specific
本発明はこれらの問題を解決するもので、従来のダイナミック型分周器で実現できなかった分周比4、8、12、・・、4Nを、回路規模が小さく低消費電力な構成で、かつ安定に実現することを目的とする。
The present invention solves these problems, and the
請求項1にかかる発明のダイナミック型分周器は、インバータ手段と該インバータ手段の出力を通過または遮断して次段のインバータ手段に接続するスイッチ手段とを1つの要素とし、該要素が2N個(Nは自然数)縦続に接続され、該2N個の要素の内の最終段の要素のスイッチ手段の出力に2N+1個目のインバータ手段が接続され、該2N+1個目のインバータ手段の出力が前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ手段の入力に帰還接続され、前記2N個の要素の各スイッチ手段の制御端子が共通に入力端子に接続されたダイナミック型分周器であって、前記2N+1個目のインバータ手段の遅延時間と前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ手段の遅延時間との合計の遅延時間が、前記2N個の要素の内の2段目から2N段目の各インバータ手段の遅延時間と一致するように設定したことを特徴とする。
請求項2にかかる発明のダイナミック型分周器は、インバータ回路と、一方の端子に前記インバータ回路の出力が接続され他方の端子が接地された容量と、前記インバータ回路の出力を通過または遮断して次段のインバータ回路に接続するスイッチ回路とを1つの要素として、該要素が2N個(Nは自然数)縦続に接続され、該2N個の要素の内の最終段の要素のスイッチ回路の出力に2N+1個目のインバータ回路が接続され、一方の端子が接地された2N+1個目の容量の他端が前記2N+1個目のインバータ回路の出力に接続され、前記2N+1個目のインバータ回路の出力が前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ回路の入力に帰還接続され、前記2N個の要素の各スイッチ回路の制御端子が共通に入力端子に接続されたダイナミック型分周器であって、前記2N個の要素の内の初段の要素の容量の値と前記2N+1個目の容量の値を、それぞれ前記2N個の要素の内の2段目から2N段目の各要素の容量の半分の値に設定したことを特徴とする。
請求項3にかかる発明のダイナミック型分周器は、インバータ回路と、一方の端子に前記インバータ回路の出力が接続され他方の端子が接地された容量と、前記インバータ回路の出力を通過または遮断して次段のインバータ回路に接続するスイッチ回路とを1つの要素として、該要素が2N個(Nは自然数)縦続に接続され、該2N個の要素の内の最終段の要素のスイッチ回路の出力に2N+1個目のインバータ回路が接続され、一方の端子が接地された2N+1個目の容量の他端が前記2N+1個目のインバータ回路の出力に接続され、前記2N+1個目のインバータ回路の出力が前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ回路の入力に帰還接続され、前記2N個の要素の各スイッチ回路の制御端子が共通に入力端子に接続されたダイナミック型分周器であって、前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ回路の駆動力と前記2N+1個目のインバータ回路の駆動力を、それぞれ前記2N個の要素の内の2段目から2N段目の各要素のインバータ回路の駆動力の2倍に設定したことを特徴とする。
請求項4にかかる発明のダイナミック型分周器は、インバータ回路と、一方の端子に前記インバータ回路の出力が接続され他方の端子が接地された容量と、前記インバータ回路の出力を通過または遮断して次段のインバータ回路へ接続するスイッチ回路とを1つの要素として、該要素が2N個(Nは自然数)縦続に接続され、該2N個の要素の内の最終段の要素のスイッチ回路の出力に2N+1個目のインバータ回路が接続され、前記2N+1個目のインバータ回路の出力が前記2N個目の要素の内の初段の要素のインバータ回路の入力に帰還接続され、前記2N個の要素の各スイッチ回路の制御端子が共通に入力端子に接続されたダイナミック型分周器であって、前記2N個の要素の内の初段の容量の値を前記2N個の要素の内の2段目から2N段目の容量の値よりも小さい値に選び、前記2N+1個目のインバータ回路の遅延時間と前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ回路および容量による遅延時間との合計の遅延時間が、前記2N個の要素の内の2段目から2N段目の各要素のインバータ回路および容量による遅延時間と一致するように設定したことを特徴とする。
The dynamic frequency divider according to the first aspect of the present invention includes an inverter unit and a switch unit that passes or blocks the output of the inverter unit and connects to the inverter unit of the next stage as one element, and the number of the elements is 2N. (N is a natural number) connected in cascade, the 2N + 1-th inverter means is connected to the output of the switch means of the last stage element of the 2N elements, and the output of the 2N + 1-th inverter means is the 2N A dynamic frequency divider that is connected in feedback to the input of the inverter means of the first stage element among the elements, and the control terminal of each switch means of the 2N elements is connected to the input terminal in common. The total delay time of the delay time of the 2N + 1-th inverter means and the delay time of the inverter means of the first-stage element among the 2N elements is the second stage of the 2N-elements. Characterized by being configured to match the delay time of each inverter means 2N-th stage.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a dynamic frequency divider that passes or blocks an inverter circuit, a capacitor having one terminal connected to the output of the inverter circuit and the other terminal grounded, and the output of the inverter circuit. The switch circuit connected to the inverter circuit at the next stage is connected as one element, and the elements are connected in cascade with 2N (N is a natural number), and the output of the switch circuit of the last stage element among the 2N elements Are connected to the output of the 2N + 1-th inverter circuit, and the output of the 2N + 1-th inverter circuit is connected to the output of the 2N + 1-th inverter circuit. A feedback connection is made to the input of the inverter circuit of the first stage element of the 2N elements, and the control terminal of each switch circuit of the 2N elements is connected to the input terminal in common. A Namic-type frequency divider, wherein the capacitance value of the first-stage element and the 2N + 1-th capacitance value of the 2N elements are respectively calculated from the second to the 2N-stage of the 2N elements. It is characterized by being set to half the capacity of each element of the eye.
A dynamic frequency divider according to a third aspect of the invention includes an inverter circuit, a capacitor having one terminal connected to the output of the inverter circuit and the other terminal grounded, and passing or blocking the output of the inverter circuit. The switch circuit connected to the inverter circuit at the next stage is connected as one element, and the elements are connected in cascade with 2N (N is a natural number), and the output of the switch circuit of the last stage element among the 2N elements Are connected to the output of the 2N + 1-th inverter circuit, and the output of the 2N + 1-th inverter circuit is connected to the output of the 2N + 1-th inverter circuit. A feedback connection is made to the input of the inverter circuit of the first stage element of the 2N elements, and the control terminal of each switch circuit of the 2N elements is connected to the input terminal in common. A dynamic divider, wherein the driving power of the inverter circuit of the first stage element among the 2N elements and the driving power of the 2N + 1-th inverter circuit are respectively divided into two stages of the 2N elements. The driving power of the inverter circuit of each element in the 2N stage from the first is set to be twice.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a dynamic frequency divider that passes or cuts off an inverter circuit, a capacitor having one terminal connected to the output of the inverter circuit and the other terminal grounded, and the output of the inverter circuit. The switch circuit connected to the inverter circuit at the next stage is connected as one element, and the elements are connected in cascade with 2N (N is a natural number), and the output of the switch circuit of the last stage element among the 2N elements 2N + 1-th inverter circuit is connected to the output, and the output of the 2N + 1-th inverter circuit is feedback-connected to the input of the inverter circuit of the first stage element of the 2N-th element. A dynamic frequency divider in which a control terminal of a switch circuit is commonly connected to an input terminal, wherein the value of the first stage capacitance of the 2N elements is the second stage of the 2N elements. A value smaller than the value of the 2N-stage capacitance is selected, and the total delay time of the delay time of the 2N + 1-th inverter circuit and the delay time due to the inverter circuit and capacitance of the first-stage element among the 2N elements Is set so as to coincide with the delay time due to the inverter circuit and capacity of each of the 2nd to 2Nth elements of the 2N elements.
請求項1乃至4にかかる発明によれば、分周比4、8、12、・・(一般に4N)を実現できる効果が得られる。また、これらの発明は、分周比2の従来のダイナミック型分周器を縦続接続する場合と比較して、精度の高い設計が可能であり、回路規模が小さく、低消費電力である効果が得られる。例えば、8分周器を設計する場合、従来例では、単独では8分周器を実現不可能(実現可能分周比=2、6、10、・・)であるので、従来の2分周器を3個使用して縦続接続して構成することになるが、2段目、3段目の遅延時間を1段目の2倍、4倍にそれぞれ設計する必要があるため、回路規模、消費電力は1段目の2分周器の約7倍となる。これに対し、本発明では、8分周器が後記する図3の構成で実現可能となり、回路規模、消費電力は2分周器の約5倍となる。以上より、回路規模、消費電力は、従来例:本発明で7:5となり、本発明では従来例の2分周器を3段で構成した場合よりも回路規模、消費電力において約30%の削減効果が見積もられる。 According to the first to fourth aspects of the present invention, the effect of realizing the frequency division ratio of 4, 8, 12,... (Generally 4N) can be obtained. In addition, these inventions can be designed with high accuracy, have a small circuit scale, and have low power consumption as compared with the case of cascading conventional dynamic frequency dividers having a frequency division ratio of 2. can get. For example, when designing an 8-divider, in the conventional example, it is impossible to realize an 8-divider by itself (realizable division ratio = 2, 6, 10,...). It is necessary to design the delay time of the second stage and the third stage to be twice or four times of the first stage, respectively, so that the circuit scale, The power consumption is about 7 times that of the first-stage divide-by-2 divider. On the other hand, according to the present invention, the divide-by-8 circuit can be realized with the configuration shown in FIG. From the above, the circuit scale and power consumption are 7: 5 in the conventional example: the present invention, and in the present invention, the circuit scale and power consumption are about 30% as compared with the case where the conventional two-divider is configured in three stages. Reduction effect is estimated.
さらに、請求項2にかかる発明によれば、「2N個の要素の内の初段の要素の容量の値と2N+1個目の容量の値を、それぞれ2N個の要素の内の2段目から2N段目の各要素の容量の半分の値に設定」すればよいため、回路設計(パラメータの決定)が単純かつ容易である。レイアウト設計上も容量を半分に設計するためには面積を半分にすれば良く単純かつ容易である。さらに従来の分周器に対して受動素子を追加するだけで実現できるため、消費電力の増加を低く抑えることができる。
Further, according to the invention of
さらに、請求項3にかかる発明によれば、「2N個の要素の内の初段の要素のインバータ回路の駆動力と2N+1個目のインバータ回路の駆動力を、それぞれ2N個の要素の内の2段目から2N段目の各要素のインバータ回路の駆動力の2倍に設定」すればよいため、回路設計(パラメータの決定)が単純かつ容易である。レイアウト設計上も駆動力を2倍に設計するためにはトランジスタの面積を2倍にすれば良く単純かつ容易である。さらに請求項1と比較して駆動力が上がるので低位相雑音(=低ジッタ)となり、製造歩留り向上や誤動作の防止に効果がある。 Further, according to the invention of claim 3, “the driving power of the inverter circuit of the first stage of the 2N elements and the driving power of the 2N + 1-th inverter circuit are respectively set to 2 of the 2N elements. The circuit design (determination of parameters) is simple and easy because it is only necessary to set the driving force of the inverter circuit of each element from the 2nd stage to the 2Nth stage. In terms of layout design, in order to design the driving force twice, it is simple and easy if the area of the transistor is doubled. Further, since the driving force is increased as compared with the first aspect, low phase noise (= low jitter) is obtained, which is effective in improving the manufacturing yield and preventing malfunction.
さらに、請求項4にかかる発明によれば、「2N個の要素の内の初段の容量の値を2N個の要素の内の2段目から2N段目の容量の値よりも小さい値に選び、2N+1個目のインバータ回路の遅延時間と2N個の要素の内の初段の要素のインバータ回路および容量による遅延時間との合計の遅延時間が、2N個の要素の内の2段目から2N段目の各要素のインバータ回路および容量による遅延時間と一致するように設定」することにより、各動作遅延が各インバータの駆動力と各容量値で決定されない場合(容量を付加しない場合の動作遅延が容量を付加した場合の動作遅延に対して無視できない場合)であっても、分周動作が実現する条件に最も余裕をもたせ、分周動作周波数範囲を最も広げることができる効果がある。
Further, according to the invention of
本発明では、ダイナミック型分周器の要素を偶数個(2N個)縦続接続した従来構成に加えて、2N+1個目のインバータ回路を接続することにより、分周比4Nの分周動作を実現する。ただし、これだけでは、新たなインバータ回路を付加した要素の動作遅延時間が、その他の要素の動作遅延時間の倍程度になってしまい、それぞれの動作遅延時間に対してすでに述べた分周動作の条件を満たす必要があり、それぞれの分周動作の条件を同時に満たす入力周波数範囲が存在しないか、存在したとしても著しく狭まるので、分周器の動作周波数範囲が著しく狭くなる問題が生じる。 In the present invention, in addition to the conventional configuration in which an even number (2N) of dynamic frequency divider elements are cascade-connected, a 2N + 1-th inverter circuit is connected to realize a frequency division operation with a frequency division ratio of 4N. . However, with this alone, the operation delay time of the element to which the new inverter circuit is added becomes about twice the operation delay time of the other elements, and the condition of the frequency dividing operation already described for each operation delay time. There is no input frequency range that simultaneously satisfies the conditions of each frequency division operation, or even if it exists, the frequency range is significantly narrowed.
そこで、本発明は、これを解決するために、インバータ回路単体またはインバータ回路とそのインバータ回路の出力に一端が接続され他端が接地された容量とからなる構成をインバータ手段として、2N+1個目のインバータ手段の遅延時間と2N個の要素の内の初段の要素のインバータ手段の遅延時間との合計の遅延時間が、2N個の要素の内の2段目から2N段目の各インバータ手段の遅延時間と一致するように設定したことを基本とするものである(請求項1に対応)。各インバータ手段の遅延時間の設定は、そのインバータ手段を構成するインバータ回路の出力に接続された容量を調整したり、インバータ回路の駆動力を調整して行うことができる。 Therefore, in order to solve this problem, the present invention uses the inverter circuit as a single unit or a configuration comprising an inverter circuit and a capacitor having one end connected to the output of the inverter circuit and the other end grounded. The total delay time of the delay time of the inverter means and the delay time of the inverter means of the first stage element of the 2N elements is the delay of each inverter means from the second stage to the 2N stage of the 2N elements. It is based on the fact that it is set to coincide with the time (corresponding to claim 1). The delay time of each inverter means can be set by adjusting the capacity connected to the output of the inverter circuit constituting the inverter means or adjusting the driving force of the inverter circuit.
このように、本発明は、各インバータ回路の出力に所定の容量を接続することにより、新たなインバータ回路が付加された要素とその他の要素とで動作遅延時間に差が生じないように設計できるため、要素を偶数個接続した場合であっても、奇数個接続する従来のダイナミック型分周器と同様に一つの分周動作の条件を満たせば分周動作が可能であり、分周動作の周波数範囲を減少させることなしに、分周比4Nを筆現できる効果が得られる。本発明は、新たにインバータ回路を付加した要素とその他の要素とで動作遅延時間をすべて等しくする設計により分周動作を実現できるため、分周比2の従来のダイナミック型分周器を縦続接続する場合と比較して、精度が高く、回路規模が小さく、低消費電力である等の効果が得られる。 As described above, the present invention can be designed so that there is no difference in the operation delay time between the element to which the new inverter circuit is added and other elements by connecting a predetermined capacitor to the output of each inverter circuit. Therefore, even when an even number of elements are connected, a frequency dividing operation is possible if the condition of one frequency dividing operation is satisfied as in the case of a conventional dynamic frequency divider that connects an odd number of elements. The effect that the frequency division ratio 4N can be written without reducing the frequency range is obtained. Since the present invention can realize the frequency dividing operation by the design in which the operation delay time is made equal between the element to which the inverter circuit is newly added and the other elements, the conventional dynamic frequency divider having the frequency dividing ratio of 2 is connected in cascade. Compared with the case where it does, effects, such as high precision, a small circuit scale, and low power consumption, are acquired.
図1は実施例1のダイナミック型分周器(請求項2に対応)を示す回路図である。インバータ回路21と、一方の端子にこのインバータ回路21の出力が接続され他方の端子が接地された容量41と、インバータ回路21の出力を通過または遮断して次段のインバータ回路へ接続するスイッチ回路31とで一つの要素を構成し、これと同じ要素が2段縦続に接続され、さらに、最終段のスイッチ回路32の出力に3個目のインバータ回路23が接続され、一方の端子にこのインバータ回路23の出力が接続され他方の端子が接地された容量43が接続され、インバータ回路23の出力が初段のインバータ回路21の入力に帰還接続される。また、2個のスイッチ回路31、32の制御端子は共通に入力端子1に接続される。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a dynamic frequency divider (corresponding to claim 2) of the first embodiment. An
各スイッチ31、32はその制御端子の入力がハイレベルのときに導通状態であり、ローレベルのときに開放状態である。また、インバータ回路21と容量41の組み合わせ、インバータ回路22と容量42の組み合わせ、インバータ回路23と容量43の組み合わせには動作に遅延があり、その入力が反転してからそれぞれ動作遅延時間Td1、Td2、Td3の後に出力が入力と反対のレベルに反転する。
Each of the
実施例1のダイナミック型分周器は、以下のように分周動作が実現する。入力端子1がハイレベルになる毎にインバータ回路21、22の出力電圧が次の段のインバータ回路の入力電圧として伝達する。従って、入力端子1が2回ハイレベルになると出力端子2が反転する。さらに入力端子1が2回ハイレベルになると出力端子2が反転する。すなわち、入力端子1のパルス4回で出力パルスが1回発生することになる。つまり分周比が4になる。
The dynamic frequency divider of the first embodiment realizes the frequency dividing operation as follows. Each time the input terminal 1 becomes high level, the output voltage of the
従来のダイナミック型分周器(図11)との構成の違いは、要素を2段(偶数段)とし、初段の要素51を2つのインバータ回路21、23を有する要素に置き換え、さらに各インバータ回路21、22、23の出力に、他端が接地された容量41、42、43の一端を接続した点にある。各インバータ回路と各容量のパラメータは次のように決定する。
The difference from the configuration of the conventional dynamic frequency divider (FIG. 11) is that the elements are two stages (even number stages), the
各インバータ回路21、22、23の駆動力(FETの場合は相互コンダクタンスgmの値、バイポーラトランジスタの場合は電流増幅率の値)はすべて同等に設計する。インバータ回路21、22、23に使用されるFETのgmをそれぞれgm_21、gm_22、gm_23とすると、gm_21=gm_22=gm_23である。
The drive powers of the
一方、各容量41、42、43の値をC1、C2、C3とすると、これらの値は、分周動作が実現する条件が最も余裕を持つように(分周動作周波数範囲が最も広くなるように)決定する。具体的には以下のように設計する。インバータ回路21、22、23の入力信号をV21、V22、V23、出力信号をV31、V32、V21とする。また、入力端子1に入力される信号をV1とする。
On the other hand, when the values of the
分周動作が実現する条件を決定するのは、V31の論理が変化する時刻とV1のパルス時刻の時間差(第1の動作遅延時間)と、V32の論理が変化する時刻とV1のパルス時刻の時間差(第2の動作遅延時間)である。両者の時間差(動作遅延時間)がそれぞれ分周動作の条件を満たせば分周動作は実現できるが、これだけでは条件が二つあるので分周動作周波数範囲が狭められる原因となる。 The conditions for realizing the frequency dividing operation are determined by the time difference between the time when the logic of V31 changes and the pulse time of V1 (first operation delay time), the time when the logic of V32 changes and the pulse time of V1. It is a time difference (second operation delay time). If the time difference (operation delay time) between the two satisfies the condition of the frequency dividing operation, the frequency dividing operation can be realized. However, since there are only two conditions, the frequency operating frequency range is narrowed.
そこで、この両者の時間差を等しくして、分周動作を実現する条件を一つに減らすことにより、分周動作が実現する条件に最も余裕をもたせ、分周動作周波数範囲を最も広げる設計をおこなう。このためには、V1のパルスは等間隔に入力されることを考慮すると、V31の論理が変化するタイミングとV32の論理が変化するタイミングが交互に等間隔に現れるように設計すればよく、このためにはTd2=Td1+Td3を満たすように各容量値C1、C2、C3の値を決定すればよい。各動作遅延Td1、Td2、Td3が各インバータ21、22,23の駆動力と各容量値C1、C2、C3で決定されると仮定すると、C1、C2、C3の値をC1=C3=0.5×C2が成り立つように設計すればTd2=Td1+Td3が成立し、分周動作周波数範囲を最も広げることができる。
Therefore, by making the time difference between the two equal and reducing the condition for realizing the frequency dividing operation to one, the condition for realizing the frequency dividing operation is given the most allowance, and the design that widens the frequency operating frequency range is performed. . For this purpose, considering that the pulses of V1 are input at equal intervals, the timing at which the logic of V31 changes and the timing at which the logic of V32 changes alternately appear at equal intervals. For this purpose, the values of the capacitance values C1, C2, and C3 may be determined so as to satisfy Td2 = Td1 + Td3. Assuming that the operation delays Td1, Td2, and Td3 are determined by the driving force of the
図2は実施例1のダイナミック型分周器の動作のタイムチャートである。各信号V1、V21、V22、V23、V31、V32は本来は連続的な電圧値を持つアナログ信号であるが、ここでは簡単のため二値化した論理を記載している。インバータ回路22に着目すると、時刻t=6においてV1がハイレベルになると、各スイッチ31、32は一斉に導通状態となり、V22はそれまでのハイレベルから前段のV31と等しいローレベルに変化する。この後、インバータ回路22と容量42による動作遅延時間Td2が経過すると、電圧V32はV22の反対レベルすなわちハイレベルに反転する(t=8)。このときすでに、V1はローレベルに戻っていて、スイッチ回路31は開放状態であるから、V22はローレベルのまま維持され、次にV31がハイレベルになり、かつスイッチ回路31が導通状態になる時刻t=12までこれが保たれる。
FIG. 2 is a time chart of the operation of the dynamic frequency divider of the first embodiment. Each of the signals V1, V21, V22, V23, V31, and V32 is originally an analog signal having a continuous voltage value, but here, binarized logic is described for simplicity. Focusing on the
次段のインバータ回路23と容量43との組み合わせ(動作遅延時間Td3)およびインバータ回路21と容量41との組み合わせ(動作遅延時間Td1)は、両者を合わせて第1の要素51と考えることができ、インバータ回路22と容量42との組み合わせ(動作遅延時間Td2)すなわち第2の要素52と同等の動作が時刻を順次ずらして行われる。これは各容量値をC1=C3=0.5×C2が成り立つように設計し、Td2=Td1+Td3が成立しているためである。そして入力端子1に4個のパルスが入力されたときに、すべてのインバータ回路21、22、23がはじめの状態に戻る。すなわち、入力端子1のパルス4回で出力端子2のパルスが1回送出されることになり、分周比4の分周器として動作する。
The combination of the
実施例1は、偶数個(2N=2個)の要素で構成し、かつ新たに設けた容量の容量値を所定の関係に決定することにより、分周動作の条件を一つに減らすことで分周動作の周波数範囲を従来同様レベルに維持しながら、分周比4(一般に4N)を実現できる効果が得られる。実施例1は、動作遅延時間がすべて等しい要素のみで分周動作を実現できるため、分周比2の従来のダイナミック型分周器を縦続接続する場合と比較して、精度の高い設計が可能であり、回路規模が小さく、低消費電力である効果が得られる。 The first embodiment is configured by an even number (2N = 2) of elements, and the capacitance value of the newly provided capacitor is determined to have a predetermined relationship, thereby reducing the condition of the frequency division operation to one. The effect of realizing a frequency division ratio of 4 (generally 4N) can be obtained while maintaining the frequency range of the frequency division operation at the same level as in the prior art. In the first embodiment, since the frequency dividing operation can be realized by using only elements having the same operation delay time, it is possible to design with higher accuracy than the case where the conventional dynamic frequency divider having a frequency dividing ratio of 2 is connected in cascade. Thus, the effect of low circuit consumption and low power consumption can be obtained.
図3は実施例2のダイナミック型分周器(請求項2に対応)を示す回路図である。インバータ回路21と、一方の端子にこのインバータ回路21の出力が接続され他方の端子が接地された容量41と、インバータ回路21の出力を通過または遮断して次段のインバータ回路へ接続するスイッチ回路31とで一つの要素を構成し、これと同じ要素が4段縦続に接続され、さらに、最終段のスイッチ回路34の出力に5個目のインバータ回路25が接続され、一方の端子にこのインバータ回路25の出力が接続され他方の端子が接地された容量45が接続され、インバータ回路25の出力が初段のインバータ回路21の入力に帰還接続される。また、4個のスイッチ回路31、32、33、34の制御端子は共通に入力端子1に接続される。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a dynamic frequency divider (corresponding to claim 2) of the second embodiment. An
各スイッチ31、32、33、34はその制御端子の入力がハイレベルのときに導通状態であり、ローレベルのときに開放状態である。また、インバータ回路21と容量41の組み合わせ、インバータ回路22と容量42の組み合わせ、インバータ回路23と容量43の組み合わせ、インバータ回路24と容量44の組み合わせ、インバータ回路25と容量45の組み合わせには動作に遅延があり、その入力が反転してからそれぞれ動作遅延時間Td1、Td2、Td3、Td4、Td5の後に出力が入力と反対のレベルに反転する。
Each
実施例2のダイナミック型分周器は、以下のように分周動作が実現する。入力端子1がハイレベルになる毎にインバータ回路21、22、23、24の出力電圧が次の段のインバータ回路の入力電圧として伝達する。従って、入力端子1が4回ハイレベルになると出力端子2が反転する。さらに入力端子1が4回ハイレベルになると出力端子2が反転する。すなわち、入力端子1のパルス8回で出力パルスが1回発生することになる。つまり分周比が8になる。
The dynamic frequency divider of the second embodiment realizes the frequency dividing operation as follows. Each time the input terminal 1 becomes high level, the output voltage of the
実施例1のダイナミック型分周器との構成の違いは、要素が2段から4段に変更されている点のみである。各インバータ回路と、各容量のバラメータは次のように決定する。 The only difference in configuration from the dynamic frequency divider of the first embodiment is that the elements are changed from two stages to four stages. Each inverter circuit and each capacity parameter are determined as follows.
各インバータ回路21、22、23、24、25の駆動力(FETの場合は相互コンダクタンスgmの値、バイポーラトランジスタの場合は電流増幅率の値)はすべて同等に設計する。インバータ回路21、22、23、24、25に使用されるFETのgmをそれぞれgm_21、gm_22、gm_23、gm_24、gm_25とすると、gm_21=gm_22=gm_23=gm_24=gm_25である。
The driving powers of the
一方、各容量41、42、43、44、45の値をC1、C2、C3、C4、C5とすると、これらの値は、分周動作が実現する条件が最も余裕を持つように(分周動作周波数範囲が最も広くなるように)決定する。具体的には以下のように設計する。インバータ回路21、22、23、24、25の入力信号をV21、V22、V23、V24、V25出力信号をV31、V32、V33、V34、V21とする。また、入力端子1に入力される信号をV1とする。
On the other hand, when the values of the
分周動作が実現する条件を決定するのは以下の四つの時間差、すなわちV31の論理が変化する時刻とV1のパルス時刻の時間差(第1の動作遅延時間)と、V32の論理が変化する時刻とV1のパルス時刻の時間差(第2の動作遅延時間)と、V33の論理が変化する時刻とV1のパルス時刻の時間差(第3の動作遅延時間)と、V34の論理が変化する時刻とV1のパルス時刻の時間差(第4の動作遅延時間)である。この四つの時間差(動作遅延時間)がそれぞれ分周動作の条件を満たせば分周動作は実現できるが、それだけでは条件が四つあるので分周動作周波数範囲が狭められる原因となる。そこで、この両者の時間差を等しくして、分周動作を実現する条件を一つに減らすことにより、分周動作が実現する条件に最も余裕をもたせ、分周動作周波数範囲を最も広げる設計をおこなう。 The conditions for realizing the frequency dividing operation are determined by the following four time differences, that is, the time difference between the time when the logic of V31 changes and the pulse time of V1 (first operation delay time), and the time when the logic of V32 changes. And V1 pulse time difference (second operation delay time), V33 logic change time and V1 pulse time difference (third operation delay time), V34 logic change time and V1 Is the time difference (fourth operation delay time) of the pulse times. If these four time differences (operation delay times) satisfy the conditions of the frequency dividing operation, the frequency dividing operation can be realized. However, since there are four conditions alone, the frequency operating frequency range is narrowed. Therefore, by making the time difference between the two equal and reducing the condition for realizing the frequency dividing operation to one, the condition for realizing the frequency dividing operation is given the most allowance, and the design that widens the frequency operating frequency range is performed. .
このためには、V1のパルスは等間隔に入力されることを考慮すると、V31の論理が変化するタイミングとV32の論理が変化するタイミングとV33の論理が変化するタイミングとV34の論理が変化するタイミングが交互に等間隔に現れるように設計すればよく、このためにはTd2=Td3=Td4=Td1+Td5を満たすように各容量値C1、C2、C3、C4、C5の値を決定すればよい。各動作遅延Td1、Td2、Td3、Td4、Td5が各インバータ21、22、23、24、25の駆動力と各容量値C1、C2、C3、C4、C5で決定されると仮定すると、C1、C2、C3、C4、C5の値をC1=C5=0.5×C2=0.5×C3=0.5×C4が成り立つように設計すればTd2=Td3=Td4=Td1+Td5が成立し、分周動作周波数範囲を最も広げることができる。
To this end, considering that pulses of V1 are input at equal intervals, the timing at which the logic of V31 changes, the timing at which the logic at V32 changes, the timing at which the logic at V33 changes, and the logic at V34 change. What is necessary is just to design so that timings appear alternately at equal intervals. For this purpose, the values of the capacitance values C1, C2, C3, C4, and C5 may be determined so as to satisfy Td2 = Td3 = Td4 = Td1 + Td5. Assuming that each operation delay Td1, Td2, Td3, Td4, Td5 is determined by the driving force of each
図4は実施例2のダイナミック型分周器の動作のタイムチャートである。インバータ回路22に着目すると、時刻t=6においてV1がハイレベルになると、各スイッチ31、32、33、34は一斉に導通状態となり、V22はそれまでのハイレベルから前段のV31と等しいローレベルに変化する。この後、インバータ回路22と容量42の動作遅延時間Td2が経過すると、電圧V32はV22の反対レベルすなわちハイレベルに反転する(t=8)。このときすでに、V1はローレベルに戻っていて、スイッチ回路31は開放状態であるから、V22はローレベルのまま維持され、次にV31がハイレベルになり、かつスイッチ回路31が導通状態になる時刻t=18まで、これが保たれる。
FIG. 4 is a time chart of the operation of the dynamic frequency divider of the second embodiment. Focusing on the
次段のインバータ回路23と容量43との組み合わせ(動作遅延時間Td3)、インバータ回路24と容量44との組み合わせ(動作遅延時間Td4)、および、インバータ回路25と容量45との組み合わせ(動作遅延時間Td5)とインバータ回路21と容量41との組み合わせ(動作遅延時間Td1)との合成回路は、インバータ回路22と容量42との組み合わせ(動作遅延時間Td2)と同等の動作が時刻を順次ずらして行われる。これは各容量値をC1=C5=0.5×C2=0.5×C3=0.5×C4が成り立つように設計し、Td2=Td3=Td4=Td1+Td5が成立しているためである。そして入力端子1に8個のパルスが入力されたときに、すべてのインバータ回路21、22、23、24、25がはじめの状態に戻る。すなわち、入力端子1のパルス8回で出力端子2のパルスが1回送出されることになり、分周比8の分周器として動作する。
Combination of
実施例2は、偶数個(2N=4個)の要素で構成し、かつ新たに設けた容量の容量値を所定の関係に決定することにより、分周動作の条件を一つに減らすことで分周動作の周波数範囲を従来同様レベルに維持しながら、分周比8(一般に4N)を実現できる効果が得られる。実施例2は、動作遅延時間がすべて等しい要素のみで分周動作を実現できるため、分周比2の従来のダイナミック型分周器を縦続接続する場合と比較して、精度の高い設計が可能であり、回路規模が小さく、低消費電力である効果が得られる。 The second embodiment is configured by an even number (2N = 4) of elements, and the capacitance value of the newly provided capacitor is determined to have a predetermined relationship, thereby reducing the condition of the frequency division operation to one. The effect of realizing a frequency division ratio of 8 (generally 4N) can be obtained while maintaining the frequency range of the frequency division operation at the same level as in the prior art. In the second embodiment, since the frequency dividing operation can be realized by using only elements having the same operation delay time, a highly accurate design is possible as compared with the case where the conventional dynamic frequency divider having a frequency dividing ratio of 2 is connected in cascade. Thus, the effect of low circuit consumption and low power consumption can be obtained.
図5は実施例3のダイナミック型分周器(請求項3に対応)を示す回路図である。インバータ回路21と、一方の端子にこのインバータ回路21の出力が接続され他方の端子が接地された容量41と、インバータ回路21の出力を通過または遮断して次段のインバータ回路へ接続するスイッチ回路31とで一つの要素を構成し、これと同じ要素が2段縦続に接続され、さらに、最終段のスイッチ回路32の出力に3個目のインバータ回路23が接続され、一方の端子にこのインバータ回路23の出力が接続され他方の端子が接地された容量43が接続され、インバータ回路23の出力が初段のインバータ回路21の入力に帰還接続される。また、2個のスイッチ回路31、32の制御端子は共通に入力端子1に接続される。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a dynamic frequency divider (corresponding to claim 3) of the third embodiment. An
各スイッチ31、32はその制御端子の入力がハイレベルのときに導通状態であり、ローレベルのときに開放状態である。また、インバータ回路21と容量41の組み合わせ、インバータ回路22と容量42の組み合わせ、インバータ回路23と容量43の組み合わせには動作に遅延があり、その入力が反転してからそれぞれ動作遅延時間Td1、Td2、Td3の後に出力が入力と反対のレベルに反転する。
Each of the
実施例3のダイナミック型分周器は、以下のように分周動作が実現する。入力端子1がハイレベルになる毎にインバータ回路21、22の出力電圧が次の段のインバータ回路の入力電圧として伝達する。従って、入力端子1が2回ハイレベルになると出力端子2が反転する。さらに入力端子1が2回ハイレベルになると出力端子2が反転する。すなわち、入力端子1のパルス4回で出力パルスが1回発生することになる。つまり分周比が4になる。
The dynamic frequency divider of the third embodiment realizes the frequency dividing operation as follows. Each time the input terminal 1 becomes high level, the output voltage of the
実施例1のダイナミック型分周器との違いは、各インバータ回路と各容量のパラメータにある。各インバータ回路と、各容量のバラメータは次のように決定する。各容量41、42、43の値C1、C2、C3の値はすべて同じ値に設計する。すなわち、C1=C2=C3である。
The difference from the dynamic frequency divider of the first embodiment is in the parameters of each inverter circuit and each capacitance. Each inverter circuit and each capacity parameter are determined as follows. The values C1, C2, and C3 of the
一方、各インバータ回路21、22、23の駆動力(FETの場合は相互コンダクタンスgmの値、バイポーラトランジスタの場合は電流増幅率の値)を分周動作が実現する条件が最も余裕を持つように(分周動作周波数範囲が最も広くなるように)決定する。インバータ回路21、22、23に使用されるFETのgmをそれぞれgm_21、gm_22、gm_23とすると、これらの値は、具体約には以下のように設計する。
On the other hand, the condition for the frequency dividing operation to realize the driving force of each
インバータ回路21、22、23の入力信号をV21、V22、V23、出力信号をV31、V32、V21とする。また、入力端子1に入力される信号をV1とする。分周動作が実現する条件を決定するのは、V31の論理が変化する時刻とV1のパルス時刻の時間差(第1の動作遅延時間)と、V32の論理が変化する時刻とV1のパルス時刻の時間差(第2の動作遅延時間)である。両者の時間差(動作遅延時間)がそれぞれ分周動作の条件を満たせば分周動作は実現できるが、これだけでは条件が二つあるので分周動作周波数範囲が狭められてしまう原因となる。
The input signals of the
そこで、この両者の時間差を等しくして、分周動作を実現する条件を一つに減らすことにより、分周動作が実現する条件に最も余裕をもたせ、分周動作周波数範囲を最も広げる設計をおこなう。このためには、V1のパルスは等間隔に入力されることを考慮すると、V31の論理が変化するタイミングとV32の論理が変化するタイミングが交互に等間隔に現れるように設計すればよく、このためにはTd2=Td1+Td3を満たすように各相互コンダクタンスgm_21、gm_22、gm_23の値を決定すればよい。各動作遅延Td1、Td2、Td3が各インバータ21、22,23の相互コンダクタンスと各容量値C1、C2、C3で決定されると侯定すると、gm_21、gm_22、gm_23の値をgm_21=2×gm_22=gm_23が成り立つように設計すればTd2=Td1+Td3が成立し、分周動作周波数範囲を最も広げることができる。
Therefore, by making the time difference between the two equal and reducing the condition for realizing the frequency dividing operation to one, the condition for realizing the frequency dividing operation is given the most allowance, and the design that widens the frequency operating frequency range is performed. . For this purpose, considering that the pulses of V1 are input at equal intervals, the timing at which the logic of V31 changes and the timing at which the logic of V32 changes alternately appear at equal intervals. For this purpose, the values of the mutual conductances gm_21, gm_22, and gm_23 may be determined so as to satisfy Td2 = Td1 + Td3. If it is determined that the operation delays Td1, Td2, and Td3 are determined by the mutual conductances of the
図6は実施例3のダイナミック型分周器の動作のタイムチャートである。各信号V1、V21、V22、V23、V31、V32は本来は連続的な電圧値を持つアナログ信号であるが、ここでは簡単のため二値化した論理を記載している。インバータ回路22に着目すると、時刻t=6においてV1がハイレベルになると、各スイッチ31、32は一斉に導通状態となり、V22はそれまでのハイレベルから前段のV31と等しいローレベルに変化する。この後、インバータ回路22と容量42の動作遅延時間Td2が経過すると、電圧V32はV22の反対レベルすなわちハイレベルに反転する(t=8)。このときすでに、V1はローレベルに戻っていて、スイッチ回路31は開放状態であるから、V22はローレベルのまま維持され、次にV31がハイレベルになり、かつスイッチ回路31が導通状態になる時刻t=12までこれが保たれる。
FIG. 6 is a time chart of the operation of the dynamic frequency divider of the third embodiment. Each of the signals V1, V21, V22, V23, V31, and V32 is originally an analog signal having a continuous voltage value, but here, binarized logic is described for simplicity. Focusing on the
次段のインバータ回路23と容量43との組み合わせ(動作遅延時間Td3)およびインバータ回路21と容量41との組み合わせ(動作遅延時間Td1)は、両者を合わせてインバータ回路22と容量42との組み合わせ(動作遅延時間Td2)と同等の動作が時刻を順次ずらして行われる。これは各相互コンダクタンスをgm_21=2×gm_22=gm_23が成り立つように設計し、C1=C2=C3が成立しているためである。そして入力端子1に4個のパルスが入力されたときに、すべてのインバータ回路21、22、23がはじめの状態に戻る。すなわち、入力端子1のパルス4回で出力端子2のパルスが1回送出されることになり、分周比4の分周器として動作する。
The combination of the
実施例3は、偶数個(2N=2個)の要素で構成し、かつ各段に容量を設け、かつ各インバータ回路の駆動力を所定の値に設定することにより、分周動作の条件を一つに減らすことで分周動作の周波数範囲を従来同様レベルに維持しながら、分周比4(一般に4N)を実現できる効果が得られる。実施例3は、動作遅延時間がすべて等しい要素のみで分周動作を実現できるため、分周比2の従来のダイナミック型分周器を縦続接続する場合と比較して、精度の高い設計が可能であり、回路規模が小さく、低消費電力である効果が得られる。 The third embodiment is configured by an even number (2N = 2) of elements, a capacity is provided in each stage, and the driving force of each inverter circuit is set to a predetermined value, so that the condition of the frequency dividing operation is set. By reducing it to one, an effect of realizing a frequency division ratio of 4 (generally 4N) can be obtained while maintaining the frequency range of the frequency division operation at the same level as in the prior art. In the third embodiment, since the frequency dividing operation can be realized by using only elements having the same operation delay time, it is possible to design with higher accuracy than the case where the conventional dynamic frequency divider having the frequency dividing ratio of 2 is connected in cascade. Thus, the effect of low circuit consumption and low power consumption can be obtained.
図7は実施例4のダイナミック型分周器(請求項4に対応)を示す回路図である。インバータ回路21と、一方の端子にこのインバータ回路21の出力が接続され他方の端子が接地された容量41と、インバータ回路21の出力を通過または遮断して次段のインバータ回路へ接続するスイッチ回路31とで一つの要素を構成し、これと同じ要素が2段縦続に接続され、さらに、最終段のスイッチ回路32の出力に3個目のインバータ回路23が接続され、インバータ回路23の出力が初段のインバータ回路21の入力に帰還接続される。また、2個のスイッチ回路31、32の制御端子は共通に入力端子1に接続される。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a dynamic type frequency divider of the fourth embodiment (corresponding to claim 4). An
実施例4は、実施例1と同様に分周比4の分周動作が実現される。その回路構成は、実施例1においてインバータ回路23の出力に接続されていた容量43が削除され、容量値C1、C2は実施例1とは異なる方法により決定される。
In the fourth embodiment, a frequency division operation with a frequency division ratio of 4 is realized as in the first embodiment. In the circuit configuration, the
各スイッチ31、32はその制御端子の入力がハイレベルのときに導通状態であり、ローレベルのときに開放状態である。また、インバータ回路21と容量41の組み合わせ、インバータ回路22と容量42の組み合わせ、インバータ回路23には動作に遅延があり、その入力が反転してからそれぞれ動作遅延時間Td1、Td2、Td3の後に出力が入力と反対のレベルに反転する。各インバータ回路と各容量のバラメータは次のように決定する。
Each of the
各インバータ回路21、22、23の駆動力(FETの場合は相互コンダクタンスgmの値、バイポーラトランジスタの場合は電流増幅率の値)はすべて同等に設計する。インバータ回路21、22、23に使用されるFETのgmをそれぞれgm_21、gm_22、gm_23とすると、gm_21=gm_22=gm_23である。
The drive powers of the
一方、各容量41、42の値をC1、C2とすると、これらの値は、分周動作が実現する条件が最も余裕を持つように(分周動作周波数範囲が最も広くなるように)決定する。具体的には以下のように設計する。インバータ回路21、22、23の入力信号をV21、V22、V23、出力信号をV31、V32、V21とする。また、入力端子1に入力される信号をV1とする。
On the other hand, assuming that the values of the
分周動作が実現する条件を決定するのは、V31の論理が変化する時刻とV1のパルス時刻の時間差(第1の動作遅延時間)と、V32の論理が変化する時刻とV1のパルス時刻の時間差(第2の動作遅延時間)である。両者の時間差(動作遅延時間)がそれぞれ分周動作の条件を満たせば分周動作は実現できるが、これだけでは条件が二つあるので分周動作周波数範囲が狭められてしまう原因となる。 The conditions for realizing the frequency dividing operation are determined by the time difference between the time when the logic of V31 changes and the pulse time of V1 (first operation delay time), the time when the logic of V32 changes and the pulse time of V1. It is a time difference (second operation delay time). If the time difference (operation delay time) between the two satisfies the condition of the frequency dividing operation, the frequency dividing operation can be realized. However, since there are only two conditions, the frequency operating frequency range is narrowed.
そこで、この両者の時間差を等しくして、分周動作を実現する条件を一つに減らすことにより、分周動作が実現する条件に最も余裕をもたせ、分周動作周波数範囲を最も広げる設計をおこなう。このためには、V1のパルスは等間隔に入力されることを考慮すると、V31の論理が変化するタイミングとV32の論理が変化するタイミングが交互に等間隔に現れるように設計すればよく、このためにはTd2=Td1+Td3を満たすように各容量値C1、C2の値を決定すればよい。各動作遅延Td1、Td2、Td3が各インバータ21、22,23の駆動力と各容量値C1、C2で決定されると仮定すると、インバータ回路23の動作遅延時間が無視できる場合にはC1、C2の値をC1=C2とすればTd2=Td1+Td3が成立し、分周動作周波数範囲を最も広げることができる。実際の回路ではインバータ回路23の動作遅延時間が無視できないので、これを補償するためにC1をC2よりも小さく設計することが求められ、場合によってはC1=0と決定されることも考えられる。すなわち、Td2=Td1+Td3が成立するようにC1、C2の値を決定する。つまり、0≦C1≦C2(C3=0)である。
Therefore, by making the time difference between the two equal and reducing the condition for realizing the frequency dividing operation to one, the condition for realizing the frequency dividing operation is given the most allowance, and the design that widens the frequency operating frequency range is performed. . For this purpose, considering that the pulses of V1 are input at equal intervals, the timing at which the logic of V31 changes and the timing at which the logic of V32 changes alternately appear at equal intervals. For this purpose, the capacitance values C1 and C2 may be determined so as to satisfy Td2 = Td1 + Td3. Assuming that each operation delay Td1, Td2, Td3 is determined by the driving force of each
図8は実施例4のダイナミック型分周器の動作のタイムチャートである。各信号V1、V21、V22、V23、V31、V32は本来は連続的な電圧値を持つアナログ信号であるが、ここでは簡単のため二値化した論理を記載している。インバータ回路22に着目すると、時刻t=6においてV1がハイレベルになると、各スイッチ31、32は一斉に導通状態となり、V22はそれまでのハイレベルから前段のV31と等しいローレベルに変化する。この後、インバータ回路22と容量42の動作遅延時間Td2が経過すると、電圧V32はV22の反対レベルすなわちハイレベルに反転する(t=8)。このときすでに、V1はローレベルに戻っていて、スイッチ回路31は開放状態であるから、V22はローレベルのまま維持され、次にV31がハイレベルになり、かつスイッチ回路31が導通状態になる時刻t=12までこれが保たれる。
FIG. 8 is a time chart of the operation of the dynamic frequency divider of the fourth embodiment. Each of the signals V1, V21, V22, V23, V31, and V32 is originally an analog signal having a continuous voltage value, but here, binarized logic is described for simplicity. Focusing on the
次段のインバータ回路23(動作遅延時間Td3)およびインバータ回路21と容量41との組み合わせ(動作遅延時間Td1)は、両者を合わせてインバータ回路22と容量42との組み合わせ(動作遅延時間Td2)と同等の動作が時刻を順次ずらして行われる。これは各容量値を設計することで、Td2=Td1+Td3が成立しているためである。そして入力端子1に4個のパルスが入力されたときに、すべてのインバータ回路21、22、23がはじめの状態に戻る。すなわち、入力端子1のパルス4回で出力端子2のパルスが1回送出されることになり、分周比4の分周器として動作する。
The inverter circuit 23 (operation delay time Td3) of the next stage and the combination of the
実施例4は、実施例1と同様に分周比4(一般に4N)を実現できる効果が得られる。本発明は、動作遅延時間がすべて等しい要素のみで分周動作を実現できるため、分周比2の従来のダイナミック型分周器を縦続接続する場合と比較して、精度の高い設計が可能であり、回路規模が小さく、低消費電力である効果が得られる。 In the fourth embodiment, as in the first embodiment, the effect of realizing a frequency division ratio of 4 (generally 4N) is obtained. Since the present invention can realize the frequency dividing operation with only elements having the same operation delay time, it is possible to design with higher accuracy than the case where the conventional dynamic frequency divider having a frequency dividing ratio of 2 is connected in cascade. There is an effect that the circuit scale is small and the power consumption is low.
図9は実施例5のダイナミック型分周器(請求項4に対応)を示す回路図である。インバータ回路21と、一方の端子にこのインバータ回路21の出力が接続され他方の端子が接地された容量41と、インバータ回路21の出力を通過または遮断して次段のインバータ回路へ接続するスイッチ回路31とで一つの要素を構成し、これと同じ要素が4段縦続に接続され、さらに、最終段のスイッチ回路34の出力に5個目のインバータ回路25が接続され、インバータ回路25出力が初段のインバータ回路21の入力に帰還接続される。また、4個のスイッチ回路31、32、33、34の制御端子は共通に入力端子1に接続される。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a dynamic frequency divider (corresponding to claim 4) of the fifth embodiment. An
実施例5は、実施例2と同様に分周比8の分周動作が実現される。その回路構成は、実施例2においてインバータ回路25出力に接続されていた容量45が削除され、容量値C1、C2、C3、C4は第2の実施の形態とは異なる方法により決定される。
In the fifth embodiment, a frequency division operation with a frequency division ratio of 8 is realized as in the second embodiment. In the circuit configuration, the
実施例2での容量の設計と同じ考えに基づき、分周動作が実現する条件に最も余裕をもたせ、分周動作周波数範囲を最も広げる設計をおこなう。インバータ回路21と容量41の組み合わせ、インバータ回路22と容量42の組み合わせ、インバータ回路23と容量43の組み合わせ、インバータ回路24と容量44の組み合わせ、インバータ回路25には動作に遅延があり、その入力が反転してからそれぞれ動作遅延時間Td1、Td2、Td3、Td4、Td5の後に反転した信号を出力するものとする。本実施例5においても、実施例2と同様に、各動作遅延時間をTd2=Td3=Td4=Td1+Td5とすれば、分周動作周波数範囲を最も広げることができる。すなわち、Td2=Td3=Td4=Td1+Td5が成立するようにC1、C2、C3、C4の値を決定する。インバータ回路25の動作遅延時間が無視できる場合には、C1=C2=C3=C4とすればよいが、実際の回路ではインバータ回路25の動作遅延時間を補償するためにC1としてC2、C3、C4に対して小さい値を選択する必要がある。場合によってはC1=0と設計されることも考えられる。つまり、0≦C1≦C2=C3=C4(C5=0)である。
Based on the same idea as the capacity design in the second embodiment, a design for widening the frequency range of frequency division operation is performed by giving the most margin to the condition for realizing the frequency division operation. The combination of the
図10は実施例5のダイナミック型分周器の動作のタイムチャートである。インバータ回路22に着目すると、時刻t=6においてV1がハイレベルになると、各スイッチ31、32、33、34は一斉に導通状態となり、V22はそれまでのハイレベルから前段のV31と等しいローレベルに変化する。この後、インバータ回路22と容量42の動作遅延時間Td2が経過すると、電圧V32はV22の反対レベルすなわちハイレベルに反転する(t=8)。このときすでに、V1はローレベルに戻っていて、スイッチ回路31は開放状態であるから、V22はローレベルのまま維持され、次にV31がハイレベルになり、かつスイッチ回路31が導通状態になる時刻t=18までこれが保たれる。
FIG. 10 is a time chart of the operation of the dynamic frequency divider of the fifth embodiment. Focusing on the
次段のインバータ回路23と容量43との組み合わせ(動作遅延時間Td3)、インバータ回路24と容量44との組み合わせ(動作遅延時間Td4)、および、インバータ回路25(動作遅延時間Td5)とインバータ回路21と容量41との組み合わせ(動作遅延時間Td1)との合成回路は、インバータ回路22と容量42との組み合わせ(動作遅延時間Td2)と同等の動作が時刻を順次ずらして行われる。これは各容量値を設計することで、Td2=Td3=Td4=Td1+Td5が成立しているためである。そして入力端子1に8個のパルスが入力されたときに、すべてのインバータ回路21、22、23、24、25がはじめの状態に戻る。すなわち、入力端子1のパルス8回で出力端子2のパルスが1回送出されることになり、分周比8の分周器として動作する。
The combination of the
実施例5は、実施例2と同様に分周比8(一般に4N)を実現できる効果が得られる。実施例5は、動作遅延時間がすべて等しい要素のみで分周動作を実現できるため、分周比2の従来のダイナミック型分周器を縦続接続する場合と比較して、精度の高い設計が可能であり、回路規模が小さく、低消費電力である効果が得られる。 As in the second embodiment, the fifth embodiment has the effect of realizing a frequency division ratio of 8 (generally 4N). In the fifth embodiment, the frequency dividing operation can be realized by using only elements having the same operation delay time. Therefore, the design can be made with higher accuracy as compared with the case where the conventional dynamic frequency divider having a frequency dividing ratio of 2 is connected in cascade. Thus, the effect of low circuit consumption and low power consumption can be obtained.
1:入力端子
2:出力端子
21,22,23,24,25:インバータ回路
31,32,33,34:スイッチ回路
41、42,43,44,45:容量
51:第1の要素
52:第2の要素
53:第3の要素
1: input terminal 2:
Claims (4)
該2N個の要素の内の最終段の要素のスイッチ手段の出力に2N+1個目のインバータ手段が接続され、該2N+1個目のインバータ手段の出力が前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ手段の入力に帰還接続され、前記2N個の要素の各スイッチ手段の制御端子が共通に入力端子に接続されたダイナミック型分周器であって、
前記2N+1個目のインバータ手段の遅延時間と前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ手段の遅延時間との合計の遅延時間が、前記2N個の要素の内の2段目から2N段目の各インバータ手段の遅延時間と一致するように設定したことを特徴とするダイナミック型分周器。 The inverter means and the switch means that passes or cuts off the output of the inverter means and connects to the next-stage inverter means as one element, and the elements are connected in a cascade of 2N (N is a natural number),
The 2N + 1-th inverter means is connected to the output of the switch means of the last-stage element of the 2N elements, and the output of the 2N + 1-th inverter means is the first-stage element of the 2N elements. A dynamic frequency divider connected in feedback to the input of the inverter means, and the control terminal of each switch means of the 2N elements connected to the input terminal in common;
The total delay time of the delay time of the 2N + 1-th inverter means and the delay time of the inverter means of the first-stage element among the 2N elements is from the second stage to the 2N-stage of the 2N elements. A dynamic frequency divider characterized by being set to coincide with the delay time of each inverter means of the eye.
該2N個の要素の内の最終段の要素のスイッチ回路の出力に2N+1個目のインバータ回路が接続され、一方の端子が接地された2N+1個目の容量の他端が前記2N+1個目のインバータ回路の出力に接続され、前記2N+1個目のインバータ回路の出力が前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ回路の入力に帰還接続され、前記2N個の要素の各スイッチ回路の制御端子が共通に入力端子に接続されたダイナミック型分周器であって、
前記2N個の要素の内の初段の要素の容量の値と前記2N+1個目の容量の値を、それぞれ前記2N個の要素の内の2段目から2N段目の各要素の容量の半分の値に設定したことを特徴とするダイナミック型分周器。 An inverter circuit, a capacitor having one terminal connected to the output of the inverter circuit and the other terminal grounded, and a switch circuit passing through or blocking the output of the inverter circuit and connected to the inverter circuit of the next stage As two elements, 2N elements (N is a natural number) are connected in cascade,
The 2N + 1-th inverter circuit is connected to the output of the switch circuit of the last-stage element of the 2N elements, and the other end of the 2N + 1-th capacitor whose one terminal is grounded is the 2N + 1-th inverter. The output of the 2N + 1-th inverter circuit is connected to the input of the inverter circuit of the first stage of the 2N elements, and the control terminal of each switch circuit of the 2N elements. Is a dynamic divider connected to the input terminal in common,
Of the 2N elements, the capacity value of the first stage element and the capacity value of the 2N + 1th capacity are respectively half of the capacity of each element from the second stage to the 2N stage of the 2N elements. A dynamic type frequency divider characterized by being set to a value.
該2N個の要素の内の最終段の要素のスイッチ回路の出力に2N+1個目のインバータ回路が接続され、一方の端子が接地された2N+1個目の容量の他端が前記2N+1個目のインバータ回路の出力に接続され、前記2N+1個目のインバータ回路の出力が前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ回路の入力に帰還接続され、前記2N個の要素の各スイッチ回路の制御端子が共通に入力端子に接続されたダイナミック型分周器であって、
前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ回路の駆動力と前記2N+1個目のインバータ回路の駆動力を、それぞれ前記2N個の要素の内の2段目から2N段目の各要素のインバータ回路の駆動力の2倍に設定したことを特徴とするダイナミック型分周器。 An inverter circuit, a capacitor having one terminal connected to the output of the inverter circuit and the other terminal grounded, and a switch circuit passing through or blocking the output of the inverter circuit and connected to the inverter circuit of the next stage As two elements, 2N elements (N is a natural number) are connected in cascade,
The 2N + 1-th inverter circuit is connected to the output of the switch circuit of the last-stage element of the 2N elements, and the other end of the 2N + 1-th capacitor whose one terminal is grounded is the 2N + 1-th inverter. The output of the 2N + 1-th inverter circuit is connected to the input of the inverter circuit of the first stage of the 2N elements, and the control terminal of each switch circuit of the 2N elements. Is a dynamic divider connected to the input terminal in common,
Of the 2N elements, the driving power of the inverter circuit of the first stage element and the driving power of the 2N + 1-th inverter circuit are respectively calculated from the second stage to the 2N stage elements of the 2N elements. A dynamic frequency divider characterized by being set to twice the driving force of the inverter circuit.
該2N個の要素の内の最終段の要素のスイッチ回路の出力に2N+1個目のインバータ回路が接続され、前記2N+1個目のインバータ回路の出力が前記2N個目の要素の内の初段の要素のインバータ回路の入力に帰還接続され、前記2N個の要素の各スイッチ回路の制御端子が共通に入力端子に接続されたダイナミック型分周器であって、
前記2N個の要素の内の初段の容量の値を前記2N個の要素の内の2段目から2N段目の容量の値よりも小さい値に選び、
前記2N+1個目のインバータ回路の遅延時間と前記2N個の要素の内の初段の要素のインバータ回路および容量による遅延時間との合計の遅延時間が、前記2N個の要素の内の2段目から2N段目の各要素のインバータ回路および容量による遅延時間と一致するように設定したことを特徴とするダイナミック型分周器。 An inverter circuit, a capacitor having one terminal connected to the output of the inverter circuit and the other terminal grounded, and a switch circuit that passes or blocks the output of the inverter circuit and connects to the next-stage inverter circuit are 1 As two elements, 2N elements (N is a natural number) are connected in cascade,
The 2N + 1-th inverter circuit is connected to the output of the switch circuit of the last-stage element of the 2N elements, and the output of the 2N + 1-th inverter circuit is the first-stage element of the 2N-th element A dynamic frequency divider in which the control terminal of each of the switch circuits of the 2N elements is connected in common to the input terminal,
The value of the first stage capacity of the 2N elements is selected to be smaller than the capacity value of the second to 2N stages of the 2N elements,
The total delay time of the delay time of the 2N + 1th inverter circuit and the delay time due to the inverter circuit and capacitance of the first stage element of the 2N elements is from the second stage of the 2N elements. A dynamic frequency divider characterized by being set to coincide with a delay time due to an inverter circuit and a capacity of each element of the 2N stage.
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