JP2006094242A - Variable delay type oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば表面弾性波(SAW)素子を遅延素子として用いた可変遅延型発振器に関する。 The present invention relates to a variable delay oscillator using, for example, a surface acoustic wave (SAW) element as a delay element.
光通信は広い帯域でデータを伝送できることから急速に開発が進められており、これに用いられる光通信装置は概ね図8に示すように構成されている。即ち光通信装置1は、図示しない信号処理回路からのパラレルデータがパラレル/シリアル変換部11によりシリアルデータに変換され、このデータがドライブ回路12を介して光ダイオード13に送られ、ここで光信号に変換されて伝送路14を通じて送信される。光データの伝送速度は今後例えば10Gbpsもの高速化が図られようとしており、その場合、パラレル/シリアル変換部11に供給されるクロック信号は例えば600MHz程度ものかなり高い周波数が要求されることになる。一方クロック信号にジッター(揺らぎ)が含まれていると、その程度によっては光パルスの波形が崩れて、読み誤りが発生するおそれがあるため、クロック信号に含まれるジッターの許容量が規定されている。
Optical communication is being rapidly developed because it can transmit data in a wide band, and an optical communication apparatus used for this is generally configured as shown in FIG. That is, in the
こうしたことからクロック信号路にはPLL(フェーズロックドループ)回路からなるジッターフィルタ15が設けられている。PLL回路には電圧制御発振器である可変遅延型発振器が組み込まれるが、処理すべきクロック信号の周波数が例えば600MHz程度と高くなってくると、遅延素子として水晶振動子を用いた場合その厚さが相当薄くなって加工が困難であることから、表面弾性波(SAW)素子を用いることが有利である。SAW素子は、表面波に頼るため水晶振動子よりもQ値が劣るが、表面の電極パターンの配列を調整することにより共振周波数を調整できるため、こうした用途には適していると考えられる。図9は光通信装置などの高速通信装置に広く使用されているSAW素子を用いた可変遅延型発振器であり、SAW素子16と可変位相回路17とを含む発振ループの1接点より出力駆動回路18にてクロックパルスとなる出力を取り出し、図示しない負荷を駆動するように構成されている。入力端からは直流電圧信号が入力され、その電圧レベルに応じて発振ループを回る周波数信号の位相が可変位相回路17によりシフトして所定の周波数で発振し、その発振周波数の矩形波信号が出力駆動回路18から出力される。
For this reason, a
一方、出力駆動回路18は、発振ループから入力された正弦波パルスを矩形波パルスに変換するため、広帯域高利得増幅回路で構成され、例えば発振ループにて600MHzの正弦波パルスが回っている場合には、例えば2GHz程度まで高い利得をもっていることが要求される。その理由は正弦波パルスの中には高調波が含まれるので、矩形波パルスを得るためには高速で処理しなければならないからである。また可変遅延型発振器からのクロックパルスが上述のように光通信装置により伝送されるためには、出力駆動回路18は低インピーダンスを駆動することが求められ、例えばECL(emitter coupled logic circuit)、PECL(pseud emitter coupled logic circuit)の場合、50Ωの負荷を駆動するため、140mA程度の出力電流を得ることが必要となる。
On the other hand, in order to convert the sine wave pulse input from the oscillation loop into a rectangular wave pulse, the
可変遅延型発振器の電源が投入された直後の発振起動時において、電源電圧の立ち上がり途中で発振ループを回る周波数信号が安定する前に上述の出力駆動回路18から、寄生容量あるいは電源GNDラインを介して廻り込み雑音がSAW素子16の出力側10に入力され、このようなノイズが発生すると、出力駆動回路18に入力されることになるが、出力駆動回路18は既述のように例えば2GHz程度まで40dBもの高い利得が得られるものであることから、ここでノイズが大きく増幅されてしまう。
At the time of starting the oscillation immediately after the power supply of the variable delay oscillator is turned on, before the frequency signal that goes around the oscillation loop in the middle of the rise of the power supply voltage is stabilized, the
ところで可変遅延型発振器を1チップ化する場合、そのチップサイズは益々小型化され、例えば5mm×7mm程度以下の非常に小型なパッケージに実装されようとしている。このため可変遅延型発振器の各構成回路同士が接近して配置されることになるが、既述のように発振周波数がかなり高くなると、それに起因するノイズが寄生容量を介してあるいは電源ラインやグランドラインを経由して出力駆動回路18の入力側に回り込みやすくなり、しかも出力駆動回路18の利得が大きいことから、結果として本来の発振ループ(図9に示す正規ループ100)とは別の発振ループ(図9に示す付随ループ200)が形成され、異常発振となり、所定のクロック信号を負荷に供給できない状態になってしまうおそれがある。
By the way, when the variable delay oscillator is made into one chip, its chip size is increasingly reduced, and it is going to be mounted in a very small package of about 5 mm × 7 mm or less, for example. For this reason, each component circuit of the variable delay type oscillator is placed close to each other. However, as described above, when the oscillation frequency becomes considerably high, noise due to the noise is caused through the parasitic capacitance or the power line or ground. As a result, the
可変遅延型発振器の遅延素子としてSAW素子を用いることを示唆している先行文献として特許文献1が存在するが、ここには上述の問題点には着眼されていない。
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、発振起動時におけるノイズの影響を抑え、安定した動作が得られる可変遅延型発振器を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a variable delay type oscillator capable of suppressing the influence of noise at the time of oscillation start and obtaining stable operation.
本発明は、遅延素子と入力信号に基づいて位相を変える可変位相回路とを含む発振ループと、この発振ループの1接点から周波数信号を取り出して外部回路を駆動するための出力駆動回路と、を含む可変遅延型発振器を対象とし、その一態様として、発振起動時に前記出力駆動回路からノイズが発生することを抑制するためのノイズ抑制手段を備えた構成を挙げることができる。また他の態様として前記出力駆動回路がヒステリシスコンパレータにより構成されるものを挙げることができる。更にまた他の態様として、可変遅延型発振器の電源電圧を監視し、前記電源電圧が予め設定した設定電圧よりも低いときには前記出力駆動回路を動作不能状態とし、前記電源電圧が予め設定した設定電圧以上のときには前記出力駆動回路を動作可能状態にする動作制御回路を備えた構成を挙げることができる。 The present invention includes an oscillation loop that includes a delay element and a variable phase circuit that changes a phase based on an input signal, and an output drive circuit that drives an external circuit by extracting a frequency signal from one contact of the oscillation loop. One example of the variable delay oscillator includes a noise suppression unit that suppresses generation of noise from the output drive circuit when oscillation starts. In another aspect, the output drive circuit may be constituted by a hysteresis comparator. As yet another aspect, the power supply voltage of the variable delay oscillator is monitored, and when the power supply voltage is lower than a preset setting voltage, the output drive circuit is disabled, and the power supply voltage is set in advance. In the above case, a configuration including an operation control circuit for enabling the output drive circuit can be given.
本発明によれば、発振起動時に前記出力駆動回路からノイズが発生することを抑制するためのノイズ抑制手段を備えた構成としているので、出力駆動回路の出力側からのノイズが当該出力駆動回路の入力側に回り込んだり、発振ループに入り込んだりすることが抑えられ、このため可変遅延型発振器について安定した動作が得られる。 According to the present invention, since the noise suppression means for suppressing the generation of noise from the output drive circuit at the time of oscillation start-up is provided, noise from the output side of the output drive circuit is It is possible to suppress the sneaking to the input side or entering the oscillation loop, and thus a stable operation can be obtained for the variable delay oscillator.
また他の発明によれば、出力駆動回路がヒステリシスコンパレータにより構成されるので、発振起動時に発生したノイズが出力駆動回路に入力されても、入力したノイズである信号の乱れの程度がヒステリシスコンパレータの作用により緩和されるので、当該出力駆動回路の入力側に回り込んだり、発振ループに入り込んだりすることが抑えられる。更に他の発明によれば、可変遅延型発振器の電源電圧が予め設定した設定電圧よりも低いときには前記出力駆動回路を動作不能状態としているので、出力駆動回路の出力側からのノイズの発生が抑えられる。従ってこれら発明においても可変遅延型発振器について安定した動作が得られる。この結果、例えば光通信装置のジッターフィルタにこの可変遅延型発振器を用いれば、通信動作が安定する。 According to another invention, since the output drive circuit is configured by a hysteresis comparator, even if noise generated at the time of oscillation start is input to the output drive circuit, the degree of disturbance of the signal, which is the input noise, is determined by the hysteresis comparator. Since it is mitigated by the action, it is possible to suppress the entry into the input side of the output drive circuit and the entry into the oscillation loop. According to still another aspect of the invention, when the power supply voltage of the variable delay oscillator is lower than a preset set voltage, the output drive circuit is disabled so that generation of noise from the output side of the output drive circuit is suppressed. It is done. Therefore, in these inventions, a stable operation can be obtained for the variable delay oscillator. As a result, for example, if this variable delay oscillator is used for a jitter filter of an optical communication apparatus, the communication operation is stabilized.
図1は本発明にかかる可変遅延型発振器の第1の実施の形態を示す回路図である。2は遅延素子であるSAW素子であり、圧電体の表面に一対の櫛歯状の電極が入力側及び出力側に各々設けられている。21及び22は夫々入力側の電極であり、23及び24は夫々出力側の電極であり、入力側の電極対21、22間に電圧が加わるとその電圧に対応して圧電体の表面が歪み、その歪み波が出力側の電極対23、24に伝播して当該電極対23、24間に電圧が発生し、こうして入力された周波数信号に対応する周波数信号が遅延して出力されることになる。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a variable delay oscillator according to a first embodiment of the present invention. A
SAW素子2の出力側の電極23及び24は、前段の増幅器31の入力側に接続されており、この増幅器31の出力側には可変位相回路32及び後段の増幅器33がこの順に接続されている。後段の増幅器33の出力側はSAW素子2の入力側の電極21及び22に接続されており、SAW素子2、増幅器31、可変位相回路32及び増幅器33により発振ループが形成されている。
The
可変位相回路32は周波数制御端子30を備えており、周波数制御端子30に供給される直流電圧の大きさに応じて入力側の周波数信号の位相をシフトさせて出力する機能を有している。本例の可変遅延型発振器は後述のように例えばPLL回路に組み込まれ、この場合PLL回路の低周波域通過フィルタからの出力信号である直流電圧が周波数制御端子30から可変位相回路32に供給されることになる。
The
また4は、前記発振ループの1接点から周波数信号を取り出して外部回路を駆動するための出力駆動回路であり、この例では出力駆動回路4は、前段の増幅器31と可変位相回路32との間における信号路にその入力端が接続されたヒステリシスコンパレータからなる。ヒステリシスコンパレータは図2に示す入出力特性を備えており、出力の立ち上がり時における動作電圧がV2、出力の立ち下がり時における動作電圧がV1である。従って入力電圧がV2になるまでは出力が「低」レベルであり、出力がV2から下がってもV1になるまでは「高」レベルを維持している。なおこの実施の形態の動作の理解を容易にするために、通常のコンパレータを用いた場合の動作点をV0として示し、またその動作を点線により示している。このヒステリシスコンパレータは、例えば発振ループの周波数が600MHzに対して2GHzまで40dB以上の利得を有している。
次にこの実施の形態の作用について説明する。今、可変遅延型発振器が組み込まれた装置の電源が投入されたとすると、発振ループにおける発振起動時には周波数信号が直ぐに安定して立ち上がるわけではなく、その立ち上がりの前にランダムなノイズが発生する確率が高い。図3はそのノイズを模式的に示しており、縦軸はノイズレベルに相当する出力駆動回路4の入力電圧として示してある。図3においてV1及びV2は夫々出力駆動回路4を構成するヒステリシスコンパレータにおける既述の閾値電圧である。ノイズレベルが閾値より小さければ、あるいは閾値をノイズレベルに対して大きくなるように設計すればヒステリシスコンパレータの出力は「H」あるいは「L」レベル固定になる。また仮にノイズレベルが閾値を越える場合でも図4(a)のように、入力したノイズである信号の乱れの程度がヒステリシスコンパレータの作用により緩和されている。これに対して出力駆動回路4として通常のコンパレータを用いると、立ち上がり及び立ち下がりの動作点がいずれもV0であることから、図4(b)のようにノイズに対応した周波数が高い、乱れたパルスが発生することになる。
Next, the operation of this embodiment will be described. Now, assuming that a device incorporating a variable delay oscillator is turned on, the frequency signal does not rise immediately and stably at the start of oscillation in the oscillation loop, and there is a probability that random noise will occur before the rise. high. FIG. 3 schematically shows the noise, and the vertical axis indicates the input voltage of the
このように発振起動時において出力駆動回路4からは乱れの程度の小さいパルスが出力されるので、可変遅延型発振器が1チップ化されていてそのチップサイズが小さくても、出力駆動回路4からのパルスが入力側あるいは発振ループに回り込むことが抑えられ、異常発振のおそれがなく、発振動作が立ち上がる。なお正常発振、異常発振のいずれにおいても発振ループにおいて所定の利得、位相条件を満たすことが必要であり、電源投入直後に直ぐにこの条件が確立するわけではなく、電源電圧がある時定数をもって上昇すると共に、回路が動作を開始して発振条件に近付くことにより発振が成長する。このためヒステリシスコンパレータを含めて各部の電源が共通であっても、通常の設計により発振条件を満たすよりも前にヒステリシスコンパレータの応答の方が早い。
As described above, since a pulse with a small degree of disturbance is output from the
そしてこの可変遅延型発振器が例えばPLL回路に組み込まれているとすると、前段の図示しない低周波域通過フィルタから直流電圧が周波数制御端子40を介して可変位相回路32に供給され、前記直流電圧のレベルに応じて可変位相回路32に入力される周波数信号の位相がシフトし、これにより発振ループを回る周波数信号の周波数が調整され、例えば600MHzの周波数で発振する。この周波数信号は正弦波であるが、ヒステリシスコンパレータ(出力駆動回路4)により矩形波のパルス信号に変換されて外部回路である負荷に出力される。ヒステリシスコンパレータは利得が大きく、大きな振幅でパルスを出力するため、後段に接続される負荷例えば光通信ケーブル内にパルスを伝送できる、つまり負荷を駆動できることになる。
If this variable delay oscillator is incorporated in, for example, a PLL circuit, a DC voltage is supplied to the
以上のように第1の実施の形態によれば、出力駆動回路4としてヒステリシスコンパレータを用いているので、発振起動時にて発振ループにノイズが発生しても、出力駆動回路4から出力されるパルスは乱れの程度が小さい。この出力駆動回路4は高い周波数まで高利得であることから、出力がランダムなノイズであるとその入力側などに回りやすいことから、この実施の形態は、ノイズの回り込みを抑える手法として極めて有効である。この結果、異常発振が抑えられ、即ち図5に示す付随ループ200の発振条件が先に満たされて正規ループ100の発振が妨げられるという事態を避けることができ、可変遅延型発振器の動作が安定する。
As described above, according to the first embodiment, since the hysteresis comparator is used as the
続いて本発明にかかる可変遅延型発振器の第2の実施の形態について図6及び図7を参照しながら説明する。図6中5は、電源電圧を例えばコンパレータからなる出力駆動回路4の電源端子に供給するための電源ライン50上に設けられた動作制御回路である。この動作制御回路5は、電源からの電源電圧を分圧する分圧抵抗51及び52と、分圧抵抗51、52の接続点に正側の入力端子が接続されると共に負側の入力端子が例えば設定電圧用の電源を介して接地されたコンパレータ53とを備えている。コンパレータ53は、入力電圧が予め設定した設定電圧VRを越えるまでは出力電圧が低レベルであり、入力電圧が設定電圧VRを越えると高レベルの電圧を出力駆動回路4の電源端子に出力する機能を有する。
Next, a second embodiment of the variable delay oscillator according to the present invention will be described with reference to FIGS.
コンパレータ53の出力電圧の低レベルとは、出力駆動回路4が動作不能状態になる電圧(ゼロの場合もある)であり、高レベルの電圧とは出力駆動回路4が動作可能になる電圧、例えば電源電圧である。動作制御回路5の役割は、電源電圧を監視し、電源電圧がある程度のレベルまで高くなった後、つまり発振ループの起動がある程度安定する電圧レベルまで高くなった後に出力駆動回路4に動作可能な電圧例えば電源電圧を供給しようとする点にあり、この観点から設定電圧が決められる。
The low level of the output voltage of the
第2の実施の形態では、図7(a)に示すように可変遅延型発振器の電源が投入されると電源電圧が立ち上がっていくが、電源電圧が設定電圧VSになるまではコンパレータ53の正側の入力電圧が負側の入力電圧よりも小さいので図7(b)に示すように出力電圧は低レベルである。このとき発振ループにおいてノイズが発生しても出力駆動回路4は動作不能状態にあるので、そのノイズが増幅されて出力されることがなく、このため異常発振が起こらない。
In the second embodiment, as shown in FIG. 7A, when the power supply of the variable delay oscillator is turned on, the power supply voltage rises. However, until the power supply voltage reaches the set voltage VS, the
そして電源電圧が上昇して設定電圧VSを越えると、コンパレータ53の正側の入力電圧が負側の入力電圧よりも大きくなるので、出力電圧は高レベル例えば電源電圧のレベルとなり、これが出力駆動回路4の電源端子に供給され、出力駆動回路4が動作可能状態になる。この段階では発振ループの発振がある程度落ち着いてノイズがほとんどない状態になっているので、出力駆動回路4が動作していても異常発振が起こらない。従ってこの第2の実施の形態においても異常発振を抑えることができ、可変遅延型発振器について安定した動作が得られる。
When the power supply voltage rises and exceeds the set voltage VS, the positive input voltage of the
以上のように本発明の実施の形態を記載したが、本発明は発振起動時において発振ループに発生したノイズが前記出力駆動回路4に入力され、その結果出力駆動回路4から発生するノイズに起因して動作が不安定になるものではなく、要は発振起動時に前記出力駆動回路からノイズが発生することを抑制するためのノイズ抑制手段を備えた構成とすればよい。なお上述の例では、ノイズ抑制手段は、ヒステリシスコンパレータや動作制御回路5などに相当する。
As described above, the embodiment of the present invention has been described. However, in the present invention, noise generated in an oscillation loop at the time of oscillation start-up is input to the
2 SAW素子
21〜24 電極
31、33 増幅器
32 可変位相回路
4 ヒステリシスコンパレータからなる出力駆動回路
40 出力駆動回路
5 動作制御回路
53 コンパレータ
6 光通信装置
7 PLL回路からなるジッターフィルタ
73 本発明の可変遅延型発振器
2
Claims (3)
発振起動時に前記出力駆動回路からノイズが発生することを抑制するためのノイズ抑制手段を備えたことを特徴とする可変遅延型発振器。 A variable delay type including an oscillation loop including a delay element and a variable phase circuit that changes a phase based on an input signal, and an output driving circuit for driving an external circuit by extracting a frequency signal from one contact of the oscillation loop In the oscillator,
A variable delay oscillator comprising noise suppression means for suppressing generation of noise from the output drive circuit when oscillation starts.
ループと、この発振ループの1接点から周波数信号を取り出して外部回路を駆動するための出力駆動回路と、を含む可変遅延型発振器において、
前記出力駆動回路がヒステリシスコンパレータにより構成されることを特徴とする可変遅延型発振器。 A variable delay type including an oscillation loop including a delay element and a variable phase circuit that changes a phase based on an input signal, and an output driving circuit for driving an external circuit by extracting a frequency signal from one contact of the oscillation loop In the oscillator,
A variable delay oscillator characterized in that the output drive circuit comprises a hysteresis comparator.
可変遅延型発振器の電源電圧を監視し、前記電源電圧が予め設定した設定電圧よりも低いときには前記出力駆動回路を動作不能状態とし、前記電源電圧が予め設定した設定電圧以上のときには前記出力駆動回路を動作可能状態にする動作制御回路を備えたことを特徴とする可変遅延型発振器。
A variable delay type including an oscillation loop including a delay element and a variable phase circuit that changes a phase based on an input signal, and an output driving circuit for driving an external circuit by extracting a frequency signal from one contact of the oscillation loop In the oscillator,
The power supply voltage of the variable delay oscillator is monitored, and when the power supply voltage is lower than a preset set voltage, the output drive circuit is disabled, and when the power supply voltage is equal to or higher than the preset set voltage, the output drive circuit A variable delay type oscillator comprising an operation control circuit for enabling the operation of the oscillator.
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