JP2006114969A - Oscillator - Google Patents

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Shigenori Yamauchi
重徳 山内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oscillator capable of performing phase control of an oscillation signal with a fine timewise resolution, and having small circuit scale and low power consumption. <P>SOLUTION: The oscillator 10 comprises inverters arranged in matrix seven by seven in a row direction and a column direction. The inverters R11-R77 arranged in the column direction are coupled annularly to form ring oscillators OC1-OC7 of seven sets in seven stages, the nodes between inverters of each stage of each of the ring oscillators OC1-OC7 are connected by inverters arranged in the column direction, and the inverters F11-F77 arranged in the row direction are coupled annularly, thereby multiplexing each of the ring oscillators OC1-OC7. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は発振装置に係り、詳しくは、リングオシレータを用いた発振装置に関するものである。   The present invention relates to an oscillation device, and more particularly to an oscillation device using a ring oscillator.

従来より、リングオシレータを用いた発振装置は、モノリシックICのチップ上にて小さな占有面積で回路を構成可能であることから、デジタル回路の動作タイミングを作り出すクロック信号の生成などに広く使用されている。
一般的なリングオシレータは、CMOSインバータから成る奇数個のインバータがリング状に連結されて構成され、そのインバータのリングを信号が1周して元に戻る毎に論理レベル値が反転し、その信号が決して同じ論理レベル値で安定状態にならずにロウレベルとハイレベルを交互に繰り返すことを利用して発振動作を行っている。
Conventionally, an oscillation device using a ring oscillator has been widely used for generating a clock signal for generating an operation timing of a digital circuit because a circuit can be configured with a small occupied area on a monolithic IC chip. .
A general ring oscillator is configured by connecting an odd number of inverters composed of CMOS inverters in a ring shape, and the logic level value is inverted each time the signal goes around the ring of the inverter and returns to its original state. However, the oscillation operation is performed by alternately repeating the low level and the high level without becoming the stable state at the same logic level value.

奇数個のインバータがリング状に連結されたリングオシレータにおいて、その発振周期は、個々のインバータのゲート遅延時間と、インバータの個数(回路の段数、ゲート数)との積に比例し、生成可能な発振信号の位相制御の最小単位はゲート遅延時間となる。
ところで、近年、デジタル回路の動作を高速化するためにクロック信号の周期を小さくすることが求められている。そのため、リングオシレータを用いた発振装置には、個々のインバータのゲート遅延時間よりも細かい時間分解能(時間精度)で発振信号の位相制御を行い、その発振信号をクロック信号として生成することが求められている。
In a ring oscillator in which an odd number of inverters are connected in a ring shape, the oscillation period is proportional to the product of the gate delay time of each inverter and the number of inverters (the number of circuit stages and the number of gates). The minimum unit of phase control of the oscillation signal is the gate delay time.
Incidentally, in recent years, it is required to reduce the period of the clock signal in order to increase the operation speed of the digital circuit. Therefore, an oscillation device using a ring oscillator is required to control the phase of the oscillation signal with a time resolution (time accuracy) finer than the gate delay time of each inverter and generate the oscillation signal as a clock signal. ing.

そこで、2入力のインバータから成るバッファ回路をM×N個分だけマトリクス状に配列し、リング状に連結されたM個のバッファ回路から1個のリングオシレータを構成し、そのリングオシレータをN個並べて相互結合することにより、各リングオシレータを多重化する技術が提案されている(特許文献1参照)。   Therefore, M × N buffer circuits composed of two-input inverters are arranged in a matrix, and one ring oscillator is configured from M buffer circuits connected in a ring shape, and N ring oscillators are formed. A technique for multiplexing each ring oscillator by arranging and interconnecting them side by side has been proposed (see Patent Document 1).

特許文献1の技術では、各リングオシレータを発振信号が周回する回数(周回数)を上位ビット、個々のバッファ回路のゲート遅延時間を中位ビット、各リングオシレータの対応するバッファ回路における出力信号の位相差を下位ビットとして、ゲート遅延時間よりも細かい時間分解能で発振信号を生成可能であり、その生成した発振信号をクロック信号として利用できる。   In the technique of Patent Document 1, the number of times the oscillation signal circulates in each ring oscillator (the number of rotations) is the upper bit, the gate delay time of each buffer circuit is the middle bit, and the output signal in the buffer circuit corresponding to each ring oscillator An oscillation signal can be generated with a time resolution finer than the gate delay time using the phase difference as a lower bit, and the generated oscillation signal can be used as a clock signal.

しかし、特許文献1の技術では、2入力のインバータから成る1つのバッファ回路が数十個のCMOSインバータから構成されるため、全体の回路規模が非常に大きくなり、モノリシックICのチップ上にて小さな占有面積で回路を構成できないことに加え、消費電力が大きいという欠点がある。   However, in the technique of Patent Document 1, since one buffer circuit composed of two-input inverters is composed of several tens of CMOS inverters, the entire circuit scale becomes very large and small on a monolithic IC chip. In addition to the fact that the circuit cannot be configured with the occupied area, there is a disadvantage that the power consumption is large.

そこで、環状をなすリング配線と、上記リング配線に接続されたノードを有し、発振位相が上記リング配線により伝播される電荷に依存する複数の発振回路と、特定の一方向により大きい影響が伝わるような特性を有し、それぞれが各発振回路のノード間を特定の一方向により多く電流が流れるように相互結合する上記リング配線に設けられた複数の配線回路とを有し、上記発振回路がリングオシレータにより構成される発振装置が提案されている(特許文献2の請求項1参照)。   Therefore, a ring ring having a ring shape and a node connected to the ring line, and a plurality of oscillation circuits whose oscillation phases depend on charges propagated by the ring line, and a greater influence in a specific direction are transmitted. A plurality of wiring circuits provided in the ring wiring, each of which is coupled so that more current flows between nodes of each oscillation circuit in a specific direction. An oscillation device composed of a ring oscillator has been proposed (see claim 1 of Patent Document 2).

また、環状をなす第1リング配線と、上記リング配線に接続されたノードを有し、発振位相が上記リング配線により伝播される電荷に依存する複数の発振回路と、特定の一方向により大きい影響が伝わるような特性を有し、それぞれが各発振回路のノード間を特定の一方向により多く電流が流れるように相互結合する上記第1リング配線に設けられた複数の配線回路とを有する複数の発振ステージと、環状をなす第2リング配線と、特定の一方向により大きい影響が伝わるような特性を有し、それぞれが上記各発振ステージの第1リング配線間を特定の一方向により多く電流が流れるように相互結合する上記第2リング配線に設けられた複数の配線回路とを有する発振装置が提案されている(特許文献2の請求項11参照)。   In addition, a plurality of oscillation circuits having a ring-shaped first ring wiring and a node connected to the ring wiring, the oscillation phase depending on the charge propagated by the ring wiring, and a greater influence in one specific direction And a plurality of wiring circuits provided in the first ring wiring that are coupled to each other so that more current flows between nodes of each oscillation circuit in a specific direction. The oscillation stage, the ring-shaped second ring wiring, and the characteristic that a greater influence is transmitted in one specific direction, each of which has more current in a specific direction between the first ring wiring of each oscillation stage. There has been proposed an oscillation device having a plurality of wiring circuits provided in the second ring wiring interconnected so as to flow (see claim 11 of Patent Document 2).

そして、特許文献2の発振装置を使用し、外部からの周期信号に対して周波数を追従させて希望する任意の定常位相差で同期させる位相同期(PLL:Phase Locked Loop)回路が提案されている(特許文献2の請求項13参照)。   A phase locked loop (PLL) circuit is proposed that uses the oscillation device of Patent Document 2 to synchronize with an arbitrary steady phase difference by following the frequency of an external periodic signal. (See claim 13 of Patent Document 2).

また、特許文献2の発振装置を使用し、任意の時間分解能で入力信号の全てのゼロ交差の位置等を検出する時間量子化器が提案されている(特許文献2の請求項14参照)。   Also, a time quantizer has been proposed that uses the oscillation device of Patent Document 2 to detect the positions of all zero crossings of the input signal with an arbitrary time resolution (see claim 14 of Patent Document 2).

ところで、本出願人は、入力信号を反転して出力する反転回路を偶数個リング状に連結してなり、同一周回上に二種類のパルスエッジを周回させるリングオシレータであって、前記反転回路の一つを、外部からの第1の制御信号により入力信号の反転動作を開始する第1の起動用反転回路として構成し、更に、該第1の起動用反転回路及び該第1の起動用反転回路の次段に接続される反転回路以外の前記反転回路の一つを、第2の制御信号により入力信号の反転動作を開始する第2の起動用反転回路として構成すると共に、外部から前記第1の起動用反転回路に前記第1の制御信号が入力され、該第1の起動用反転回路が反転動作を開始してから、該第1の起動用反転回路の反転動作開始により最初に発生し前記反転回路により順次反転されて伝達するパルスのエッジが前記第2の起動用反転回路に入力されるまでの間に、前記第2の起動用反転回路に前記第2の制御信号を入力する制御信号入力手段を設けたリングオシレータを提案している(特許文献3の請求項1参照)。   By the way, the present applicant is a ring oscillator in which an even number of inverting circuits that invert and output an input signal are connected in a ring shape, and circulates two types of pulse edges on the same circuit. One is configured as a first start-up inversion circuit that starts an inversion operation of an input signal by a first control signal from the outside, and further, the first start-up inversion circuit and the first start-up inversion circuit One of the inverting circuits other than the inverting circuit connected to the next stage of the circuit is configured as a second starting inverting circuit that starts the inverting operation of the input signal by the second control signal, and the first inverting circuit is externally provided. The first control signal is input to one start-up inversion circuit, and the first start-up inversion circuit starts the inversion operation. Then, the first inversion circuit starts the inversion operation. Are sequentially inverted by the inversion circuit. A ring oscillator provided with control signal input means for inputting the second control signal to the second starting inversion circuit until the edge of the pulse to be transmitted is input to the second starting inversion circuit (Refer to claim 1 of Patent Document 3).

特許文献3の技術によれば、偶数段の反転回路がリング状に連結されて構成されているにも関わらず、回路全体が安定状態になることなく、パルスエッジを周回可能であるため、例えば、特定の反転回路の出力信号を取り出せば、反転回路の動作遅延時間(ゲート遅延時間)の偶数倍の周期を持ったクロック信号を得ることができる。   According to the technique of Patent Document 3, even though an even number of inverting circuits are connected in a ring shape, the entire circuit can circulate around the pulse edge without being in a stable state. If the output signal of a specific inverting circuit is taken out, a clock signal having a cycle that is an even multiple of the operation delay time (gate delay time) of the inverting circuit can be obtained.

また、本出願人は、特許文献3のリングオシレータを使用し、前記第1の制御信号に対して任意のタイミングで外部から入力される第2の入力信号と、前記第1の制御信号との位相差を2進デジタル信号に符号化するパルス位相差符号化回路を提案している(特許文献3の請求項4参照)。   Further, the present applicant uses the ring oscillator of Patent Document 3, and uses the second input signal input from the outside at an arbitrary timing with respect to the first control signal, and the first control signal. A pulse phase difference encoding circuit that encodes a phase difference into a binary digital signal has been proposed (see claim 4 of Patent Document 3).

また、本出願人は、特許文献3のリングオシレータをパルス周回回路として使用し、外部から入力したデジタルデータによって発振周期を制御可能なデジタル制御発振装置(DCO:Digitally Controlled Oscillator)を提案している(特許文献4参照)。
米国特許第5717362号明細書 特開2001ー36387号公報(第2〜7頁 図1〜図11) 特開平6−216721号公報(第2〜12頁 図1〜図6) 特開平7−106923号公報(第2〜11頁 図1〜図5)
Further, the present applicant has proposed a digitally controlled oscillator (DCO: Digitally Controlled Oscillator) using the ring oscillator of Patent Document 3 as a pulse circuit and capable of controlling the oscillation cycle by digital data input from the outside. (See Patent Document 4).
US Pat. No. 5,717,362 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-36387 (pages 2-7, FIGS. 1-11) Japanese Patent Laid-Open No. 6-216721 (pages 2 to 12 and FIGS. 1 to 6) Japanese Patent Laid-Open No. 7-106923 (pages 2 to 11 and FIGS. 1 to 5)

近年、デジタル回路における動作の高速化に伴い、クロック信号の周期を小さくすることがますます重要になっている。そのため、特許文献2の発振装置よりも更に細かい時間分解能(時間精度)で発振信号の位相制御を行い、その発振信号をクロック信号として生成可能な発振装置が要求されている。
また、発振装置の回路規模を小さくし、モノリシックICのチップ上にて小さな占有面積で回路を構成可能にすることに加え、発振装置の消費電力を低減することが要求されている。
In recent years, with an increase in operation speed in a digital circuit, it is increasingly important to reduce the period of a clock signal. Therefore, there is a demand for an oscillation device that can control the phase of the oscillation signal with finer time resolution (time accuracy) than the oscillation device of Patent Document 2 and generate the oscillation signal as a clock signal.
Further, it is required to reduce the power consumption of the oscillation device in addition to reducing the circuit scale of the oscillation device and making it possible to configure the circuit with a small occupation area on a monolithic IC chip.

本発明は上記要求を満足させるためになされたものであって、その目的は、細かな時間分解能で発振信号の位相制御を行うことが可能で、且つ回路規模が小さく低消費電力な発振装置を提供することにある。   The present invention has been made to satisfy the above-described requirements, and an object of the present invention is to provide an oscillation device capable of controlling the phase of an oscillation signal with fine time resolution and having a small circuit scale and low power consumption. It is to provide.

請求項1に記載の発明は、入力信号を反転して出力する反転回路が行方向および列方向に同一個数ずつマトリクス状に配列され、列方向に配列された反転回路はそれぞれリング状に連結されて各列毎に多段リングオシレータを構成し、各リングオシレータの各段の反転回路間のノードが行方向に配列された反転回路によって接続されると共に、行方向に配列された反転回路が1つのリング状に連結されることにより、各リングオシレータが多重化されたことを技術的特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, the same number of inverting circuits that invert the input signal and output are arranged in a matrix in the row direction and the column direction, and the inverting circuits arranged in the column direction are connected in a ring shape. A multi-stage ring oscillator is configured for each column, and nodes between inverting circuits in each stage of each ring oscillator are connected by an inverting circuit arranged in the row direction, and one inverting circuit arranged in the row direction is provided. A technical feature is that each ring oscillator is multiplexed by being connected in a ring shape.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発振装置において、前記反転回路は行方向および列方向に3個以上の奇数個ずつマトリクス状に配列され、列方向に配列された前記反転回路はそれぞれリング状に連結されて3段以上の奇数段リングオシレータを構成することを技術的特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the oscillating device according to the first aspect, the inversion circuits are arranged in a matrix in the form of three or more odd numbers in the row direction and the column direction, and the inversion circuits arranged in the column direction. Each circuit is connected in a ring shape to form an odd-numbered ring oscillator having three or more stages.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発振装置において、前記反転回路は行方向および列方向に8個以上の偶数個ずつマトリクス状に配列され、列方向に配列された前記反転回路はそれぞれリング状に連結されて8段以上の偶数段リングオシレータを構成し、それら偶数段リングオシレータは、同一周回上に2種類のパルスエッジを周回させ、前記反転回路の1つを、制御信号により入力信号の反転動作を開始する起動用反転回路とし、その起動用反転回路の次段の反転回路の反転動作により発生したパルスエッジが起動用反転回路に入力されるまでの間に、起動用反転回路に制御信号を入力する制御信号入力手段を設けたことを技術的特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the oscillation device according to the first aspect, the inversion circuits are arranged in a matrix of 8 or more even numbers in the row direction and the column direction, and the inversion circuits arranged in the column direction. The circuits are connected in a ring shape to form an even-numbered ring oscillator of 8 or more stages. These even-numbered ring oscillators circulate two kinds of pulse edges on the same circuit and control one of the inverting circuits. Start-up inverting circuit that starts the inverting operation of the input signal by the signal, and start up until the pulse edge generated by the inverting operation of the inverting circuit of the next stage of the starting inverting circuit is input to the starting inverting circuit A technical feature is that control signal input means for inputting a control signal to the inverter circuit is provided.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発振装置において、前記制御信号入力手段は、前記反転回路の全個数の半分以上の偶数個分だけ前記起動用反転回路の前に接続された所定の反転回路の出力信号を、前記制御信号として前記起動用反転回路に入力し、前記起動用反転回路は、前記制御信号と前記起動用反転回路の前段の反転回路からの入力信号との2つの信号レベルが同じときには、当該信号レベルを反転して出力し、前記2つの信号レベルが異なるときには、前記起動用反転回路の次段の反転回路が反転動作を行っていないときに前記所定の反転回路から入力される前記制御信号の信号レベルと同じ信号レベルの方を優先的に反転して出力することを技術的特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the oscillating device according to the third aspect, the control signal input means is connected in front of the starting inversion circuit by an even number equal to or more than half of the total number of the inversion circuits. The output signal of the predetermined inverting circuit is input as the control signal to the starting inverting circuit, and the inverting circuit for starting includes the control signal and an input signal from the inverting circuit before the starting inverting circuit. When the two signal levels are the same, the signal level is inverted and output, and when the two signal levels are different, the predetermined inversion circuit when the inversion circuit in the next stage of the start-up inversion circuit is not performing the inversion operation. A technical feature is that the same signal level as that of the control signal input from the inverting circuit is preferentially inverted and output.

(請求項1)
請求項1の発明では、各リングオシレータが発振動作を行う。
そこで、各リングオシレータを構成する列方向に配列された反転回路のゲート遅延時間(動作遅延時間)を、行方向に配列された各反転回路のゲート遅延時間に対して、反転回路が行方向または列方向に配列された個数倍の時間に設定しておけば、リングオシレータの各段の反転回路の入出力端子間に発振信号が伝搬されるのと、行方向に配列された前記個数分の反転回路間に発振信号が伝搬されるのとは同じタイミングとなる。
(Claim 1)
In the invention of claim 1, each ring oscillator performs an oscillation operation.
Therefore, the gate delay time (operation delay time) of the inverting circuits arranged in the column direction constituting each ring oscillator is set to the row direction or the gate delay time of each inverting circuit arranged in the row direction. If the time is set to a multiple of the number of times arranged in the column direction, the oscillation signal is propagated between the input / output terminals of the inverting circuit of each stage of the ring oscillator and the number of times arranged in the row direction. It is the same timing that the oscillation signal is propagated between the inverting circuits.

つまり、各リングオシレータの同一段のノードの論理レベル値には、行方向に配列された各反転回路のゲート遅延時間分の位相差が生じている。言い換えると、隣合う任意の2個のリングオシレータの同一段における発振信号の位相差は、行方向に配列された各反転回路のゲート遅延時間になる。   That is, a phase difference corresponding to the gate delay time of each inverting circuit arranged in the row direction is generated in the logic level value of the node in the same stage of each ring oscillator. In other words, the phase difference between the oscillation signals at the same stage of any two adjacent ring oscillators becomes the gate delay time of each inverting circuit arranged in the row direction.

従って、請求項1の発明では、各リングオシレータを発振信号が周回する回数(周回数)を上位ビット、各リングオシレータを構成する個々の反転回路のゲート遅延時間を中位ビット、行方向に配列された各反転回路のゲート遅延時間(すなわち、隣合う2個のリングオシレータの同一段における発振信号の位相差)を下位ビットとして、細かい時間分解能(時間精度)で発振信号の位相制御を行い、その発振信号をクロック信号として生成できる。   Therefore, according to the first aspect of the present invention, the number of times the oscillation signal circulates in each ring oscillator (the number of times it circulates) is set to the upper bits, and the gate delay times of the individual inverting circuits constituting each ring oscillator are arranged in the middle bits The phase of the oscillation signal is controlled with fine time resolution (time accuracy) using the gate delay time of each inverted circuit (that is, the phase difference of the oscillation signal in the same stage of two adjacent ring oscillators) as the lower bits, The oscillation signal can be generated as a clock signal.

そして、各リングオシレータを行方向に配列された各反転回路で相互結合して多重化された請求項1の発明によれば、複数のリングオシレータを1つ又は2つのリング配線だけで接続した特許文献2の発振装置に比べて、更に細かい時間分解能で発振信号の位相制御を行うことができる。   According to the invention of claim 1, wherein each ring oscillator is multiplexed by mutual coupling with each inverting circuit arranged in the row direction, a patent in which a plurality of ring oscillators are connected by only one or two ring wirings. Compared with the oscillation device of Document 2, the phase control of the oscillation signal can be performed with finer time resolution.

また、請求項1の発明を構成する反転回路は、単純な構成で低消費電力なCMOSインバータによって具体化すればよい。そのため、請求項1の発明によれば、数十個のCMOSから構成された2入力のインバータから成るバッファ回路をマトリクス状に配列した特許文献1の技術に比べて、全体の回路規模が小さくなり、モノリシックICのチップ上にて小さな占有面積で回路を構成できる上に、消費電力も小さくなる。   The inverting circuit constituting the invention of claim 1 may be embodied by a CMOS inverter having a simple configuration and low power consumption. Therefore, according to the first aspect of the present invention, the overall circuit scale is reduced as compared with the technique of Patent Document 1 in which buffer circuits composed of two-input inverters composed of several tens of CMOSs are arranged in a matrix. In addition, a circuit can be configured with a small occupation area on a monolithic IC chip, and power consumption is also reduced.

(請求項2:第1実施形態に該当)
請求項2の発明によれば、列方向に配列された前記反転回路はそれぞれリング状に連結されて3段以上の奇数段リングオシレータが構成されているため、反転回路のリングを信号が1周して元に戻る毎に論理レベル値が反転し、その信号が決して同じ論理レベル値で安定状態にならずにロウレベルとハイレベルを交互に繰り返すことにより、発振動作が行われる。
(Claim 2: corresponds to the first embodiment)
According to the second aspect of the present invention, since the inverting circuits arranged in the column direction are connected in a ring shape to form an odd-numbered stage ring oscillator having three or more stages, the signal passes through the ring of the inverting circuit once. The logic level value is inverted each time the signal returns to the original state, and the oscillation operation is performed by alternately repeating the low level and the high level without the signal becoming stable at the same logic level value.

(請求項3:第2実施形態に該当)
通常、偶数個の反転回路をリング状に連結すると、各反転回路の入出力信号が異なる論理レベル値になり、回路全体が安定状態になって発振動作を行わない。
(Claim 3: corresponds to the second embodiment)
Normally, when an even number of inverting circuits are connected in a ring shape, the input / output signals of the inverting circuits have different logic level values, and the entire circuit becomes stable and does not oscillate.

それに対して、請求項3の発明の偶数段リングオシレータでは、同一周回上に発生タイミングの異なる2種類のパルスエッジを周回させるため、起動用反転回路は、自身が発生させたパルスエッジ(リセットエッジ)が戻ってくる前に、自身が発生させたのでないパルスエッジ(メインエッジ)によって出力信号が反転することから、回路全体が安定状態にならずに2種類のパルスエッジを周回させることが可能になり、発振動作が行われる。   On the other hand, in the even-stage ring oscillator according to the third aspect of the present invention, since the two types of pulse edges having different generation timings are circulated on the same lap, the start-up inverting circuit generates a pulse edge (reset edge) generated by itself. ) Is returned, the output signal is inverted by a pulse edge (main edge) that is not generated by itself, so it is possible to circulate two types of pulse edges without the entire circuit becoming stable. Thus, the oscillation operation is performed.

(請求項4:第2実施形態に該当)
請求項4の発明では、前記制御信号入力手段が、前記反転回路の全個数の半分以上の偶数個分だけ前記起動用反転回路の前に接続された所定の反転回路の出力信号を、前記制御信号として前記起動用反転回路に入力するように構成している。
(Claim 4: corresponds to the second embodiment)
According to a fourth aspect of the present invention, the control signal input means outputs an output signal of a predetermined inversion circuit connected in front of the activation inversion circuit by an even number equal to or more than half of the total number of the inversion circuits. The signal is input to the starting inversion circuit as a signal.

そして、前記起動用反転回路は、前記制御信号と前記起動用反転回路の前段の反転回路からの入力信号との2つの信号レベルが同じときには、当該信号レベルを反転して出力し、前記2つの信号レベルが異なるときには、前記起動用反転回路の次段の反転回路が反転動作を行っていないときに前記所定の反転回路から入力される前記制御信号の信号レベルと同じ信号レベルの方を優先的に反転して出力するように構成している。
従って、請求項4の発明によれば、請求項3の発明の偶数段リングオシレータを安定して動作させることができる。
When the two signal levels of the control signal and the input signal from the preceding inverting circuit of the starting inverting circuit are the same, the starting inverting circuit inverts and outputs the signal level, When the signal levels are different, the same signal level as the signal level of the control signal input from the predetermined inversion circuit when the inversion circuit of the next stage of the activation inversion circuit is not performing inversion operation is given priority. Inverted to output.
Therefore, according to the invention of claim 4, the even-numbered ring oscillator of the invention of claim 3 can be operated stably.

(用語の説明)
尚、上述した[課題を解決するための手段]に記載した構成要素と、後述する[発明を実施するための最良の形態]に記載した構成部材との対応関係は以下のようになっている。
(Explanation of terms)
The correspondence between the constituent elements described in [Means for Solving the Problems] described above and the constituent members described in [Best Mode for Carrying Out the Invention] described below is as follows. .

「反転回路」は、第1実施形態ではインバータR11〜R77,F11〜F77に該当し、第2実施形態ではインバータR11〜R78,F11〜F88またはNANDゲートD1〜D8に該当する。
「起動用反転回路」は、第2実施形態のNANDゲートD1〜D8に該当する。
「起動用反転回路の次段の反転回路」は、第2実施形態の1段目のインバータR11,R21,R31,R41,R51,R61,R71,R81に該当する。
The “inverting circuit” corresponds to the inverters R11 to R77 and F11 to F77 in the first embodiment, and corresponds to the inverters R11 to R78, F11 to F88 or the NAND gates D1 to D8 in the second embodiment.
The “starting inverting circuit” corresponds to the NAND gates D1 to D8 of the second embodiment.
“The inversion circuit at the next stage of the start inversion circuit” corresponds to the first-stage inverters R11, R21, R31, R41, R51, R61, R71, and R81 of the second embodiment.

「制御信号」は、第2実施形態の4段目のインバータR14,R24,R34,R44,R54,R64,R74,R84の出力信号に該当する。
「制御信号入力手段」は、リングオシレータOC11〜OC18における1段目から4段目までの連結されたインバータに該当し、例えば、リングオシレータOC11では各インバータR11〜R14に該当する。
The “control signal” corresponds to the output signal of the fourth-stage inverters R14, R24, R34, R44, R54, R64, R74, and R84 of the second embodiment.
The “control signal input means” corresponds to inverters connected from the first stage to the fourth stage in the ring oscillators OC11 to OC18. For example, the ring oscillator OC11 corresponds to the inverters R11 to R14.

請求項4の「所定の反転回路」は、第2実施形態の4段目のインバータR14,R24,R34,R44,R54,R64,R74,R84に該当する。
「起動用反転回路の前段の反転回路」は、第2実施形態の7段目のインバータR17,R27,R37,R47,R57,R67,R77,R87に該当する。
The “predetermined inverting circuit” in claim 4 corresponds to the fourth-stage inverters R14, R24, R34, R44, R54, R64, R74, R84 of the second embodiment.
The “inverting circuit in front of the starting inverting circuit” corresponds to the seventh-stage inverters R17, R27, R37, R47, R57, R67, R77, and R87 of the second embodiment.

以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一構成部材については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略してある。   Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, the same constituent members are denoted by the same reference numerals, and redundant description of the same content is omitted.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の発振装置10の概略構成を示す回路図である。
発振装置10は、インバータ(インバータゲート)R11〜R17,R21〜R27,R31〜R37,R41〜R47,R51〜R57,R61〜R67,R71〜R77,F11〜F17,F21〜F27,F31〜F37,F41〜F47,F51〜F57,F61〜F67,F71〜F77から構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of an oscillation device 10 according to the first embodiment.
The oscillation device 10 includes inverters (inverter gates) R11 to R17, R21 to R27, R31 to R37, R41 to R47, R51 to R57, R61 to R67, R71 to R77, F11 to F17, F21 to F27, F31 to F37, F41-F47, F51-F57, F61-F67, F71-F77 are comprised.

各インバータは行方向および列方向に7個ずつマトリクス状に配列され、行方向に配列された各インバータF11〜F77は同一構造のCMOSインバータから成り、列方向に配列された各インバータR11〜R77は同一構造のCMOSインバータから成る。   Each inverter is arranged in a matrix of seven in the row direction and the column direction. Each inverter F11 to F77 arranged in the row direction is composed of CMOS inverters having the same structure, and each inverter R11 to R77 arranged in the column direction is It consists of a CMOS inverter with the same structure.

列方向に配列された各インバータR11〜R77は、7個ずつリング状に連結(直列接続)されて7段リングオシレータOC1〜OC7を構成している。
例えば、7個のインバータR11〜R17はリング状に連結されて7段リングオシレータOC1を構成している。
Each of the inverters R11 to R77 arranged in the column direction is connected in a ring shape (seven in series) to form a seven-stage ring oscillator OC1 to OC7.
For example, seven inverters R11 to R17 are connected in a ring shape to form a seven-stage ring oscillator OC1.

各リングオシレータOC1〜OC7の各段のインバータ間のノードは、各インバータF12〜F17,F22〜F27,F32〜F37,F42〜F47,F52〜F57,F62〜F67,F72〜F77によって接続されている。   Nodes between the inverters of the respective stages of the ring oscillators OC1 to OC7 are connected by inverters F12 to F17, F22 to F27, F32 to F37, F42 to F47, F52 to F57, F62 to F67, and F72 to F77. .

例えば、各リングオシレータOC1〜OC7の1段目のインバータR11,R21,R31,R41,R51,R61,R71の入力端子間は、各インバータF12〜F17によって接続されている。
また、各リングオシレータOC1〜OC7の7段目のインバータR17,R27,R37,R47,R57,R67,R77の入力端子間は、各インバータF72〜F77によって接続されている。
For example, the input terminals of the first-stage inverters R11, R21, R31, R41, R51, R61, and R71 of the ring oscillators OC1 to OC7 are connected by the inverters F12 to F17.
The input terminals of the seventh-stage inverters R17, R27, R37, R47, R57, R67, and R77 of the ring oscillators OC1 to OC7 are connected by the inverters F72 to F77.

そして、リングオシレータOC1の各段のインバータR11〜R17の入力端子と、リングオシレータOC7における前記各段の次段のインバータR72〜R77,R71の入力端子とは、各インバータF11,F21,F31,F41,F51,F61,F71によって接続されている。   The input terminals of the inverters R11 to R17 at each stage of the ring oscillator OC1 and the input terminals of the inverters R72 to R77 and R71 at the subsequent stages of the ring oscillator OC7 are the inverters F11, F21, F31, and F41. , F51, F61, and F71.

例えば、リングオシレータOC1の1段目のインバータR11の入力端子と、リングオシレータOC7における2段目(1段目の次段)のインバータR72の入力端子とは、インバータF11によって接続されている。
また、リングオシレータOC1の7段目のインバータR17の入力端子と、リングオシレータOC7における1段目(7段目の次段)のインバータR71の入力端子とは、インバータF71によって接続されている。
For example, the input terminal of the first stage inverter R11 of the ring oscillator OC1 and the input terminal of the second stage (next stage of the first stage) inverter R72 of the ring oscillator OC7 are connected by the inverter F11.
Further, the input terminal of the seventh-stage inverter R17 of the ring oscillator OC1 and the input terminal of the first-stage (the seventh-stage next stage) inverter R71 of the ring oscillator OC7 are connected by an inverter F71.

そして、インバータF71の出力端子は、リングオシレータOC7の各インバータR77,R71間のノードを介して、インバータF17の入力端子に接続されている。その結果、各インバータF11〜F77は1つのリング状に連結(直列接続)されている。   The output terminal of the inverter F71 is connected to the input terminal of the inverter F17 via a node between the inverters R77 and R71 of the ring oscillator OC7. As a result, the inverters F11 to F77 are connected (in series connection) in one ring shape.

すなわち、発振装置10は、行方向および列方向に7個ずつマトリクス状に配列されたインバータを備え、列方向に配列されたインバータR11〜R77はそれぞれリング状に連結されて各列毎に7段リングオシレータOC1〜OC7を構成し、各リングオシレータOC1〜OC7の各段のインバータ間のノードは行方向に配列されたインバータによって接続され、行方向に配列されたインバータF11〜F77はリング状に連結されることにより、各リングオシレータOC1〜OC7が多重化されている。   In other words, the oscillation device 10 includes seven inverters arranged in a matrix in the row direction and the column direction, and the inverters R11 to R77 arranged in the column direction are connected in a ring shape so that seven stages are provided for each column. The ring oscillators OC1 to OC7 are configured, and the nodes between the inverters of each stage of the ring oscillators OC1 to OC7 are connected by inverters arranged in the row direction, and the inverters F11 to F77 arranged in the row direction are connected in a ring shape. As a result, the ring oscillators OC1 to OC7 are multiplexed.

[第1実施形態の作用・効果]
第1実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。
[Operations and effects of the first embodiment]
According to the first embodiment, the following actions and effects can be obtained.

[1−1]
各リングオシレータOC1〜OC7は、奇数個である7個のインバータがリング状に連結されて構成されているため、インバータのリングを信号が1周して元に戻る毎に論理レベル値が反転し、その信号が決して同じ論理レベル値で安定状態にならずにロウレベルとハイレベルを交互に繰り返すことにより、発振動作が行われる。
[1-1]
Since each ring oscillator OC1 to OC7 is configured by connecting an odd number of seven inverters in a ring shape, the logic level value is inverted each time the signal goes around the inverter ring and returns to its original state. The oscillation operation is performed by alternately repeating the low level and the high level without the signal becoming stable at the same logic level value.

ここで、各リングオシレータOC1〜OC7を構成する個々のインバータR11〜R77のゲート遅延時間(動作遅延時間)Trは、行方向に配列された各インバータF11〜F77のゲート遅延時間Tfの7倍の時間に設定されている(Ta=7×Tb)。   Here, the gate delay time (operation delay time) Tr of each of the inverters R11 to R77 constituting each of the ring oscillators OC1 to OC7 is seven times the gate delay time Tf of each of the inverters F11 to F77 arranged in the row direction. The time is set (Ta = 7 × Tb).

そのため、各インバータR11〜R77の入出力端子間に発振信号が伝搬されるのと、行方向に配列された7個のインバータ間に発振信号が伝搬されるのとは同じタイミングとなる。
例えば、リングオシレータOC7の1段目のインバータR71の入出力端子間に発振信号が伝搬されるのと、行方向に配列された7個のインバータF11〜F17間に発振信号が伝搬されるのとは同じタイミングとなる。
For this reason, the oscillation signal is propagated between the input / output terminals of the inverters R11 to R77 and the oscillation signal is propagated between the seven inverters arranged in the row direction at the same timing.
For example, an oscillation signal is propagated between the input / output terminals of the first-stage inverter R71 of the ring oscillator OC7, and an oscillation signal is propagated between the seven inverters F11 to F17 arranged in the row direction. Are at the same timing.

図2は、発振装置10の各ノードNa〜Ncにおける論理レベル値の時間変化を示すタイミングチャートである。
尚、ノードNaは、リングオシレータOC7の各インバータR71,R72間のノードであり、インバータR71の出力端子に接続されると共に、インバータR72の入力端子に接続されている。
ノードNbは、リングオシレータOC7の各インバータR72,R73間のノードであり、インバータR72の出力端子に接続されると共に、インバータR73の入力端子に接続されている。
ノードNcは、リングオシレータOC6の各インバータR61,R62間のノードであり、インバータR61の出力端子に接続されると共に、インバータR62の入力端子に接続されている。
FIG. 2 is a timing chart showing temporal changes in the logic level values at the nodes Na to Nc of the oscillation device 10.
The node Na is a node between the inverters R71 and R72 of the ring oscillator OC7, and is connected to the output terminal of the inverter R71 and to the input terminal of the inverter R72.
The node Nb is a node between the inverters R72 and R73 of the ring oscillator OC7, and is connected to the output terminal of the inverter R72 and to the input terminal of the inverter R73.
The node Nc is a node between the inverters R61 and R62 of the ring oscillator OC6, and is connected to the output terminal of the inverter R61 and to the input terminal of the inverter R62.

各リングオシレータOC1〜OC7を構成する各インバータR11〜R77は、同一構造のCMOSインバータから成り、ゲート遅延時間Trが等しい。
そのため、各ノードNa,Nbの論理レベル値は、ずれることなく完全に反転した状態になっている。
Each of the inverters R11 to R77 constituting each of the ring oscillators OC1 to OC7 is composed of a CMOS inverter having the same structure and has the same gate delay time Tr.
For this reason, the logic level values of the nodes Na and Nb are completely inverted without deviation.

そして、ノードNcは、各インバータR61,F17を介してインバータR71の入力端子に接続されている。
そのため、ノードNcの論理レベル値は、インバータF17のゲート遅延時間Tf分だけノードNaの論理レベル値の変化から遅れて変化する状態になっている。
The node Nc is connected to the input terminal of the inverter R71 via the inverters R61 and F17.
For this reason, the logic level value of the node Nc is in a state of changing with a delay from the change of the logic level value of the node Na by the gate delay time Tf of the inverter F17.

つまり、各リングオシレータOC7,OC6の同一段のノードNa,Ncの論理レベル値には、ゲート遅延時間Tf分の位相差が生じている。
言い換えると、隣合う任意の2個のリングオシレータの同一段における発振信号の位相差はゲート遅延時間Tfになる。
That is, a phase difference corresponding to the gate delay time Tf is generated in the logic level values of the nodes Na and Nc in the same stage of the ring oscillators OC7 and OC6.
In other words, the phase difference between the oscillation signals at the same stage of any two adjacent ring oscillators is the gate delay time Tf.

従って、発振装置10では、各リングオシレータOC1〜OC7を発振信号が周回する回数(周回数)を上位ビット、各リングオシレータOC1〜OC7を構成する個々のインバータR11〜R71のゲート遅延時間Trを中位ビット、行方向に配列された各インバータF11〜F77のゲート遅延時間Tr(すなわち、隣合う2個のリングオシレータの同一段における発振信号の位相差)を下位ビットとして、細かい時間分解能(時間精度)で発振信号の位相制御を行い、その発振信号をクロック信号として生成できる。   Therefore, in the oscillation device 10, the number of times the oscillation signal circulates in each ring oscillator OC1 to OC7 (the number of laps) is the upper bit, and the gate delay time Tr of each of the inverters R11 to R71 constituting each ring oscillator OC1 to OC7 is set to the middle. Fine time resolution (time accuracy) with the low-order bit as the low-order bit and the gate delay time Tr of each of the inverters F11 to F77 arranged in the row direction (that is, the phase difference of the oscillation signals at the same stage of two adjacent ring oscillators) ) To control the phase of the oscillation signal and generate the oscillation signal as a clock signal.

そして、各リングオシレータOC1〜OC7を行方向に配列された各インバータF11〜F77で相互結合して多重化された発振装置10によれば、複数のリングオシレータを1つ又は2つのリング配線だけで接続した特許文献2の発振装置に比べて、更に細かい時間分解能で発振信号の位相制御を行うことができる。   Then, according to the oscillation device 10 in which the ring oscillators OC1 to OC7 are mutually coupled by the inverters F11 to F77 arranged in the row direction, a plurality of ring oscillators are formed by only one or two ring wirings. Compared with the connected oscillator of Patent Document 2, the phase of the oscillation signal can be controlled with finer time resolution.

[1−2]
発振装置10を構成する各インバータR11〜R77,F11〜F77は、単純な構成で低消費電力なCMOSインバータから成る。
そのため、発振装置10によれば、数十個のCMOSから構成された2入力のインバータから成るバッファ回路をマトリクス状に配列した特許文献1の技術に比べて、全体の回路規模が小さくなり、モノリシックICのチップ上にて小さな占有面積で回路を構成できる上に、消費電力も小さくなる。
[1-2]
Each of the inverters R11 to R77 and F11 to F77 constituting the oscillation device 10 is a CMOS inverter having a simple configuration and low power consumption.
Therefore, according to the oscillation device 10, the overall circuit scale is smaller and monolithic compared to the technique of Patent Document 1 in which buffer circuits composed of two-input inverters composed of several tens of CMOSs are arranged in a matrix. A circuit can be configured with a small occupation area on an IC chip, and power consumption is also reduced.

[1−3]
図3は、第1実施形態の変形例である発振装置20の概略構成を示す回路図である。
発振装置20は、発振装置10からインバータR11〜R13,R21〜R23,R31〜R33,F11〜F13,F21〜F23,F31〜F33だけを残し、他のインバータの入力端子間を短絡して省いたものである。
[1-3]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an oscillation device 20 which is a modification of the first embodiment.
The oscillating device 20 omits only the inverters R11 to R13, R21 to R23, R31 to R33, F11 to F13, F21 to F23, and F31 to F33 from the oscillating device 10 by shorting the input terminals of the other inverters. Is.

すなわち、発振装置20は、行方向および列方向に3個ずつマトリクス状に配列されたインバータを備え、列方向に配列されたインバータR11〜R33はそれぞれリング状に連結されて各列毎に3段リングオシレータOC1〜OC3を構成し、各リングオシレータOC1〜OC3の各段のインバータ間のノードは行方向に配列されたインバータによって接続され、行方向に配列されたインバータF11〜F33はリング状に連結されることにより、各リングオシレータOC1〜OC3が多重化されている。   That is, the oscillation device 20 includes three inverters arranged in a matrix in the row direction and the column direction, and the inverters R11 to R33 arranged in the column direction are connected in a ring shape, and three stages are provided for each column. The ring oscillators OC1 to OC3 are configured, and the nodes between the inverters of each stage of the ring oscillators OC1 to OC3 are connected by inverters arranged in the row direction, and the inverters F11 to F33 arranged in the row direction are connected in a ring shape As a result, the ring oscillators OC1 to OC3 are multiplexed.

つまり、第1実施形態は、行方向および列方向に3個以上の奇数個ずつマトリクス状に配列されたインバータを備え、列方向に配列されたインバータをリング状に連結して3段以上の奇数段リングオシレータを3個以上構成し、各リングオシレータを多重化するように変更してもよいわけであり、発振装置20は第1実施形態を最小回路規模で具体化した例である。   That is, the first embodiment includes three or more odd-numbered inverters arranged in a matrix in the row direction and the column direction, and the inverters arranged in the column direction are connected in a ring shape to form an odd number of three or more stages. Three or more stage ring oscillators may be configured and each ring oscillator may be changed to be multiplexed, and the oscillation device 20 is an example in which the first embodiment is embodied with a minimum circuit scale.

[1−4]
第1実施形態を特許文献2の図9に記載されている位相同期回路に適用してもよい。
つまり、第1実施形態の発振装置10,20を使用し、外部からの周期信号に対して周波数を追従させて希望する任意の定常位相差で同期させる位相同期回路を構成してもよい。
この場合には、特許文献2の図9に示す発振装置10Cを第1実施形態の発振装置10,20に置き換え、同図9に示すループフィルタ23の出力電圧を発振装置10,20の各リングオシレータに供給し、例えばリングオシレータOC1の適宜なインバータの出力信号を、同図9に示す位相周波数比較回路21に帰還させればよい。
[1-4]
The first embodiment may be applied to the phase synchronization circuit described in FIG.
In other words, the oscillation devices 10 and 20 of the first embodiment may be used to configure a phase synchronization circuit that synchronizes with an arbitrary steady phase difference by following the frequency with respect to a periodic signal from the outside.
In this case, the oscillation device 10C shown in FIG. 9 of Patent Document 2 is replaced with the oscillation devices 10 and 20 of the first embodiment, and the output voltage of the loop filter 23 shown in FIG. For example, an output signal of an appropriate inverter of the ring oscillator OC1 may be fed back to the phase frequency comparison circuit 21 shown in FIG.

[1−5]
第1実施形態を特許文献2の図10に記載されている時間量子化器に適用してもよい。
つまり、第1実施形態の発振装置10,20を使用し、任意の時間分解能で入力信号の全てのゼロ交差の位置等を検出する時間量子化器を構成してもよい。
この場合には、特許文献2の図10に示す発振装置10Dを第1実施形態の発振装置10,20に置き換え、第1実施形態の各リングオシレータの適宜なインバータの出力信号を、同図10に示すフリップフロップのクロック信号として用いればよい。
[1-5]
The first embodiment may be applied to the time quantizer described in FIG.
In other words, a time quantizer that uses the oscillation devices 10 and 20 of the first embodiment and detects all zero-crossing positions of the input signal with an arbitrary time resolution may be configured.
In this case, the oscillating device 10D shown in FIG. 10 of Patent Document 2 is replaced with the oscillating devices 10 and 20 of the first embodiment, and the output signal of an appropriate inverter of each ring oscillator of the first embodiment is changed to FIG. As a clock signal for the flip-flop shown in FIG.

(第2実施形態)
図4は、第2実施形態の発振装置30の概略構成を示す回路図である。
発振装置30は、インバータR11〜R17,R21〜R27,R31〜R37,R41〜R47,R51〜R57,R61〜R67,R71〜R77,R81〜R87、F11〜F18,F21〜F28,F31〜F38,F41〜F48,F51〜F58,F61〜F68,F71〜F78,F81〜F88、2入力NANDゲート(ナンドゲート)D1〜D7から構成されている。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of the oscillation device 30 according to the second embodiment.
The oscillation device 30 includes inverters R11 to R17, R21 to R27, R31 to R37, R41 to R47, R51 to R57, R61 to R67, R71 to R77, R81 to R87, F11 to F18, F21 to F28, F31 to F38, F41 to F48, F51 to F58, F61 to F68, F71 to F78, F81 to F88, and two-input NAND gates (Nand gates) D1 to D7.

各インバータは、行方向に8個ずつ、列方向に7個ずつマトリクス状に配列され、行方向に配列された各インバータF11〜F88は同一構造のCMOSインバータから成り、列方向に配列された各インバータR11〜R87は同一構造のCMOSインバータから成る。   Each inverter is arranged in a matrix of 8 pieces in the row direction and 7 pieces in the column direction, and the inverters F11 to F88 arranged in the row direction are composed of CMOS inverters having the same structure, and are arranged in the column direction. Inverters R11 to R87 are CMOS inverters having the same structure.

列方向に配列された各インバータR11〜R87および各NANDゲートD1〜D8から成る反転回路は、7個ずつのインバータと1個ずつのNANDゲートがリング状に連結(直列接続)され、8個の反転回路がリング状に連結された8段リングオシレータOC11〜OC18を構成している。   The inverter circuit composed of inverters R11 to R87 and NAND gates D1 to D8 arranged in the column direction has seven inverters and one NAND gate connected in a ring shape (in series connection), An eight-stage ring oscillator OC11 to OC18 in which inverting circuits are connected in a ring shape is configured.

例えば、リングオシレータOC11において、7個のインバータR11〜R17は連結され、インバータR17の出力端子はNANDゲートD1の第1入力端子に接続され、インバータR14の出力端子はNANDゲートD1の第2入力端子(以下の説明では「制御用端子」と呼ぶ)に接続され、NANDゲートD1の出力端子はインバータR11の入力端子に接続されている。   For example, in the ring oscillator OC11, seven inverters R11 to R17 are connected, the output terminal of the inverter R17 is connected to the first input terminal of the NAND gate D1, and the output terminal of the inverter R14 is the second input terminal of the NAND gate D1. (Referred to as “control terminal” in the following description), and the output terminal of the NAND gate D1 is connected to the input terminal of the inverter R11.

各リングオシレータOC11〜OC18の各段の反転回路(インバータR11〜R87、NANDゲートD1〜D8)間のノードは、各インバータF12〜F18,F22〜F28,F32〜F38,F42〜F48,F52〜F58,F62〜F68,F72〜F78,F81〜F88によって接続されている。   The nodes between the inverting circuits (inverters R11 to R87, NAND gates D1 to D8) of each stage of the ring oscillators OC11 to OC18 are inverters F12 to F18, F22 to F28, F32 to F38, F42 to F48, F52 to F58. , F62 to F68, F72 to F78, and F81 to F88.

例えば、各リングオシレータOC11〜OC18の1段目のインバータR11,R21,R31,R41,R51,R61,R71,R81の入力端子間は、各インバータF12〜F18によって接続されている。
また、各リングオシレータOC11〜OC18の7段目のインバータR17,R27,R37,R47,R57,R67,R77,R87の入力端子間は、各インバータF72〜F78によって接続されている。
また、各リングオシレータOC11〜OC18の8段目の反転回路であるNANDゲートD1〜D8の第1入力端子間は、各インバータF82〜F88によって接続されている。
For example, the input terminals of the first-stage inverters R11, R21, R31, R41, R51, R61, R71, and R81 of the ring oscillators OC11 to OC18 are connected by the inverters F12 to F18.
The input terminals of the seventh-stage inverters R17, R27, R37, R47, R57, R67, R77, and R87 of the ring oscillators OC11 to OC18 are connected by the inverters F72 to F78.
The first input terminals of the NAND gates D1 to D8, which are the eighth-stage inverting circuits of the ring oscillators OC11 to OC18, are connected by the inverters F82 to F88.

そして、リングオシレータOC11の各段の反転回路(インバータR11〜R17、NANDゲートD1)の入力端子または第1入力端子と、リングオシレータOC18における前記各段の次段の反転回路(インバータR82〜R87、DゲートD18、インバータR81)の入力端子または第1入力端子とは、各インバータF11,F21,F31,F41,F51,F61,F71,F81によって接続されている。   Then, the input terminals or first input terminals of the inverting circuits (inverters R11 to R17, NAND gate D1) of each stage of the ring oscillator OC11, and the inverting circuits (inverters R82 to R87, The D gate D18 and the input terminal or first input terminal of the inverter R81) are connected to each other by inverters F11, F21, F31, F41, F51, F61, F71, and F81.

例えば、リングオシレータOC11の1段目のインバータR11の入力端子と、リングオシレータOC18における2段目(1段目の次段)のインバータR82の入力端子とは、インバータF11によって接続されている。
また、リングオシレータOC11の7段目のインバータR17の入力端子と、リングオシレータOC18における8段目(7段目の次段)の反転回路であるNANDゲートD18の第1入力端子とは、インバータF71によって接続されている。
また、リングオシレータOC11の8段目の反転回路であるNANDゲートD18の第1入力端子と、リングオシレータOC18における1段目(8段目の次段)のインバータD81の入力端子とは、インバータF81によって接続されている。
For example, the input terminal of the first stage inverter R11 of the ring oscillator OC11 and the input terminal of the second stage (next stage of the first stage) inverter R82 of the ring oscillator OC18 are connected by the inverter F11.
The input terminal of the seventh-stage inverter R17 of the ring oscillator OC11 and the first input terminal of the NAND gate D18 that is the inverting circuit of the eighth stage (next stage of the seventh stage) in the ring oscillator OC18 are the inverter F71. Connected by.
Further, the first input terminal of the NAND gate D18 that is the eighth-stage inversion circuit of the ring oscillator OC11 and the input terminal of the first-stage (the eighth-stage next stage) inverter D81 in the ring oscillator OC18 are the inverter F81. Connected by.

そして、インバータF81の出力端子は、リングオシレータOC18のNANDゲートD18とインバータR81間のノードを介して、インバータF18の入力端子に接続されている。その結果、各インバータF11〜F88は1つのリング状に連結(直列接続)されている。   The output terminal of the inverter F81 is connected to the input terminal of the inverter F18 via a node between the NAND gate D18 of the ring oscillator OC18 and the inverter R81. As a result, the inverters F11 to F88 are connected (in series connection) in one ring shape.

すなわち、発振装置30は、行方向および列方向に8個ずつマトリクス状に配列された反転回路(インバータR11〜R87、NANDゲートD1〜D8)を備え、列方向に配列されたインバータR11〜R87およびNANDゲートD1〜D8はそれぞれリング状に連結されて各列毎に8段リングオシレータOC11〜OC18を構成し、各リングオシレータOC11〜OC18の各段の反転回路間のノードは行方向に配列されたインバータによって接続され、行方向に配列されたインバータF11〜F88はリング状に連結されることにより、各リングオシレータOC11〜OC18が多重化されている。   That is, the oscillation device 30 includes inverting circuits (inverters R11 to R87, NAND gates D1 to D8) arranged in a matrix of eight in the row direction and the column direction, and inverters R11 to R87 arranged in the column direction. NAND gates D1 to D8 are connected in a ring shape to form 8-stage ring oscillators OC11 to OC18 for each column, and nodes between inverting circuits of each stage of each ring oscillator OC11 to OC18 are arranged in the row direction. The ring oscillators OC11 to OC18 are multiplexed by connecting the inverters F11 to F88 connected by the inverter and arranged in the row direction in a ring shape.

[第2実施形態の作用・効果]
第2実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。
[Operation and Effect of Second Embodiment]
According to the second embodiment, the following actions and effects can be obtained.

[2−1]
図5は、発振装置30から取り出したリングオシレータOC11を示す回路図である。
以下、リングオシレータOC11の発振動作について図5を参照しながら説明する。
[2-1]
FIG. 5 is a circuit diagram showing the ring oscillator OC11 taken out from the oscillation device 30. As shown in FIG.
Hereinafter, the oscillation operation of the ring oscillator OC11 will be described with reference to FIG.

[a]インバータR11の出力信号P1がハイレベルからロウレベルに反転すると、次段以降の各インバータR12〜R17の出力信号は順次反転し、奇数段目のインバータR13,R15,R17の出力信号はハイレベルからロウレベルに変化し、偶数段目のインバータR12,R14,R16の出力信号はロウレベルからハイレベルに変化する。   [A] When the output signal P1 of the inverter R11 is inverted from the high level to the low level, the output signals of the subsequent inverters R12 to R17 are sequentially inverted, and the output signals of the odd-numbered inverters R13, R15, and R17 are high. The level changes from the low level to the low level, and the output signals of the even-numbered inverters R12, R14, R16 change from the low level to the high level.

尚、以下の説明では、リングオシレータOC11において、奇数段目のインバータR11,R13,R15,R17の立ち下がり出力として順次周回すると共に、偶数段目のインバータR12,R14,R16およびNANDゲートD1の立ち上がり出力として順次周回する発振信号(パルス信号)のエッジを「メインエッジ」と呼ぶことにする。
ここで、立ち下がり出力とはハイレベルからロウレベルに変化する出力信号であり、立ち上がり出力とはロウレベルからハイレベルに変化する出力信号である。
In the following description, the ring oscillator OC11 sequentially circulates as the falling output of the odd-numbered inverters R11, R13, R15, and R17, and rises of the even-numbered inverters R12, R14, R16, and the NAND gate D1. An edge of an oscillation signal (pulse signal) that sequentially circulates as an output is called a “main edge”.
Here, the falling output is an output signal that changes from a high level to a low level, and the rising output is an output signal that changes from a low level to a high level.

[b]メインエッジがインバータR14に到達して、インバータR14の出力信号P4がロウレベルからハイレベルに反転した時点では、インバータR17の出力レベルは未だハイレベルであるため、NANDゲート32の2つの入力信号は共にハイレベルとなって、NANDゲートD1は反転動作を行い、NANDゲートD1の出力信号はハイレベルからロウレベルに反転する。   [B] Since the output level of the inverter R17 is still high when the main edge reaches the inverter R14 and the output signal P4 of the inverter R14 is inverted from low level to high level, the two inputs of the NAND gate 32 Both signals become high level, the NAND gate D1 performs an inverting operation, and the output signal of the NAND gate D1 is inverted from the high level to the low level.

このように、メインエッジは制御用端子からNANDゲートD1に入力されてNANDゲートD1で反転された後に、奇数段目のインバータR11,R13,R15,R17の立ち上がり出力として順次周回すると共に、偶数段目のインバータR14,R14,R16およびNANDゲートD1の立ち下がり出力として順次周回するが、そのNANDゲートD1で反転された後に周回する発振信号のエッジを、以下の説明では「リセットエッジ」と呼ぶことにする。
このリセットエッジはメインエッジと共に、リングオシレータOC11上を周回する。
As described above, the main edge is input to the NAND gate D1 from the control terminal and inverted by the NAND gate D1, and then sequentially circulates as the rising output of the odd-numbered inverters R11, R13, R15, R17, and the even-numbered stage. The edge of the oscillation signal that circulates sequentially as the falling output of the inverters R14, R14, R16 of the eye and the NAND gate D1 is called the “reset edge” in the following description after being inverted by the NAND gate D1. To.
The reset edge circulates on the ring oscillator OC11 together with the main edge.

[c]その後、メインエッジは、インバータR14の次段以降の各インバータR15〜R17により順次反転されて伝搬され、インバータR17の出力信号がハイレベルからロウレベルに反転して、そのロウレベルの出力信号がNANDゲートD1に入力される。
このとき、NANDゲートD1の制御用端子の入力信号(インバータR14の出力信号)はハイレベルとなっているため、メインエッジはそのままNANDゲートD1および各インバータR11〜R17によって順次反転されて、リングオシレータDC11上を伝搬されてゆく。
[C] After that, the main edge is sequentially inverted and propagated by the inverters R15 to R17 subsequent to the inverter R14, the output signal of the inverter R17 is inverted from the high level to the low level, and the low level output signal is output. Input to the NAND gate D1.
At this time, since the input signal to the control terminal of the NAND gate D1 (the output signal of the inverter R14) is at the high level, the main edge is sequentially inverted by the NAND gate D1 and the inverters R11 to R17 as it is, so that the ring oscillator Propagated on DC11.

このように、メインエッジがインバータR15〜R17を経由してNANDゲートD1に到達した時点で、インバータR14の出力信号が未だハイレベルであるのは、インバータR15からインバータR17までのゲート個数が3個であるのに対して、NANDゲートD1からインバータR14までのゲート個数が5個であるため、リセットエッジがNANDゲートD1からインバータR14まで伝搬されるよりも早く、メインエッジがNANDゲートD1に入力されるからである。   Thus, when the main edge reaches the NAND gate D1 via the inverters R15 to R17, the output signal of the inverter R14 is still at the high level because the number of gates from the inverter R15 to the inverter R17 is three. In contrast, since the number of gates from the NAND gate D1 to the inverter R14 is five, the main edge is input to the NAND gate D1 earlier than the reset edge is propagated from the NAND gate D1 to the inverter R14. This is because that.

[d]一方、NANDゲートD1によって発生されたリセットエッジは、各インバータR11〜R13を経由して、再びインバータR14に到達し、NANDゲートD1の制御用端子の入力信号をハイレベルからロウレベルに反転させる。 このとき、NANDゲートD1のインバータR17からの入力信号は、既にメインエッジによってロウレベルとなっているため、NANDゲートD1の出力信号の論理レベル値は変化せず、リセットエッジはインバータR14からインバータR15〜R17を経由してNANDゲートD1へ伝搬される。   [D] On the other hand, the reset edge generated by the NAND gate D1 reaches the inverter R14 again via the inverters R11 to R13, and inverts the input signal of the control terminal of the NAND gate D1 from the high level to the low level. Let At this time, since the input signal from the inverter R17 of the NAND gate D1 is already at the low level due to the main edge, the logic level value of the output signal of the NAND gate D1 does not change, and the reset edge is changed from the inverter R14 to the inverters R15 to R15. The signal is propagated to the NAND gate D1 via R17.

[e]リセットエッジがインバータR17に到達すると、NANDゲートD1のインバータR17からの入力信号が、ロウレベルからハイレベルに反転する。これとほぼ同時に、メインエッジがインバータR14に到達して、NANDゲートD1の制御用端子の入力信号もロウレベルからハイレベルに反転する。   [E] When the reset edge reaches the inverter R17, the input signal from the inverter R17 of the NAND gate D1 is inverted from the low level to the high level. At substantially the same time, the main edge reaches the inverter R14, and the input signal to the control terminal of the NAND gate D1 is also inverted from the low level to the high level.

つまり、メインエッジは、各インバータR11〜R17を経由してリングオシレータOC11を一周した後に、再びインバータR11〜R13を経由してインバータR14に到達する。
それに対して、リセットエッジは、メインエッジがインバータR11〜R13を経由してインバータR14に到達してから、NANDゲートD1の反転動作により生成され、その後に、各インバータR11〜R17を経由してリングオシレータOC11を一周する。
That is, the main edge goes around the ring oscillator OC11 via the inverters R11 to R17 and then reaches the inverter R14 again via the inverters R11 to R13.
On the other hand, the reset edge is generated by the inversion operation of the NAND gate D1 after the main edge reaches the inverter R14 via the inverters R11 to R13, and then the ring is transmitted via the inverters R11 to R17. It goes around the oscillator OC11.

そのため、両エッジがNANDゲートD1に到達するまでに経由するゲートの延べ総個数は、12個と全く同一になる。
従って、リセットエッジがインバータR17に到達するのとほぼ同時に、メインエッジがインバータR14に到達することになる。
Therefore, the total number of gates through which both edges reach the NAND gate D1 is exactly the same as twelve.
Therefore, the main edge reaches the inverter R14 almost simultaneously with the reset edge reaching the inverter R17.

ここで、各インバータR15〜R17において、偶数段目のインバータR16の反転応答時間(ゲート遅延時間)は、立ち上がり出力よりも立ち下がり出力の方が速く、逆に、奇数段目のインバータR15,R17の反転応答時間は、立ち下がり出力よりも立ち上がり出力の方が速くなるように設定されている。
そのため、リセットエッジの方が、メインエッジよりも若干速くNANDゲートD1に到達する。
Here, in each of the inverters R15 to R17, the inversion response time (gate delay time) of the even-numbered stage inverter R16 is faster for the falling output than for the rising output, and conversely, the odd-numbered inverters R15 and R17. The inversion response time is set so that the rising output is faster than the falling output.
Therefore, the reset edge reaches the NAND gate D1 slightly faster than the main edge.

つまり、リセットエッジによってインバータR17の出力信号がロウレベルからハイレベルに反転しても、NANDゲートD1の制御用端子の入力信号(インバータR14の出力信号)は、未だロウレベルのままであるため、NANDゲートD1の出力信号の論理レベル値は反転せず、リセットエッジより若干遅れてメインエッジがインバータR14に到達し、NANDゲートD1の制御用端子の入力信号がロウレベルからハイレベルに反転したときに、NANDゲートD1の出力信号がハイレベルからロウレベルに反転する、といった具合に、リセットエッジは、ここで一旦消滅し、メインエッジによって再生成される。   That is, even if the output signal of the inverter R17 is inverted from the low level to the high level by the reset edge, the input signal (output signal of the inverter R14) of the control terminal of the NAND gate D1 is still at the low level. The logic level value of the output signal of D1 is not inverted, and when the main edge reaches the inverter R14 slightly later than the reset edge, the input signal at the control terminal of the NAND gate D1 is inverted from the low level to the high level. The reset edge once disappears here and is regenerated by the main edge, such as the output signal of the gate D1 being inverted from the high level to the low level.

このように、NANDゲートD1の出力信号が、制御用端子から入力されるメインエッジによって反転するという点は、前記[b]と全く同じ動作である。
つまり、リングオシレータOC11において、リセットエッジは、メインエッジによって再生成され、NANDゲートD1からインバータR11へ伝搬され、メインエッジは、インバータR14〜R17を経由してNANDゲートD1へ伝搬される、といった具合に、メインエッジとリセットエッジとがリングオシレータOC11上を周回する。
In this way, the output signal of the NAND gate D1 is inverted by the main edge input from the control terminal, which is the same operation as [b].
That is, in the ring oscillator OC11, the reset edge is regenerated by the main edge, propagated from the NAND gate D1 to the inverter R11, and the main edge is propagated to the NAND gate D1 via the inverters R14 to R17. Further, the main edge and the reset edge circulate on the ring oscillator OC11.

[F]その後は前記[c]〜[e]の動作が繰り返され、メインエッジがリングオシレータOC11を一周する毎にリセットエッジが再生成されて、両エッジが共にリングオシレータOC11上を周回する。
尚、他の各リングオシレータOC12〜OC18の動作は、リングオシレータOC11と同じである。
[F] Thereafter, the operations of [c] to [e] are repeated, and the reset edge is regenerated every time the main edge makes a round of the ring oscillator OC11. Both edges circulate on the ring oscillator OC11.
The operations of the other ring oscillators OC12 to OC18 are the same as those of the ring oscillator OC11.

[2−2]
通常、偶数個の反転回路(インバータ、NANDゲート)をリング状に連結すると、各反転回路の入出力信号が異なる論理レベル値になり、回路全体が安定状態になって発振動作を行わない。
それに対して、7個のインバータR11〜R17と1個のNANDゲートD1がリング状に連結された8段リングオシレータOC11では、同一周回上に発生タイミングの異なる2種類のパルスエッジ(メインエッジ、リセットエッジ)を周回させている。
[2-2]
Normally, when an even number of inverting circuits (inverters, NAND gates) are connected in a ring shape, the input / output signals of the respective inverting circuits have different logic level values, and the entire circuit becomes stable and does not oscillate.
On the other hand, in the 8-stage ring oscillator OC11 in which seven inverters R11 to R17 and one NAND gate D1 are connected in a ring shape, two types of pulse edges (main edge, reset) having different generation timings on the same circuit. Edge).

そのため、1段目のインバータR11は、メインエッジが戻ってくる前に、リセットエッジによって出力信号の論理レベル値が反転される。
また、NANDゲートD1は、自身が生成したリセットエッジが戻ってくる前に、メインエッジによって出力信号の論理レベル値が反転される。
よって、リングオシレータOC11は、回路全体が安定状態にならず、永久に2種類のパルスエッジ(メインエッジ、リセットエッジ)が周回することになる。
Therefore, in the first-stage inverter R11, the logic level value of the output signal is inverted by the reset edge before the main edge returns.
The NAND gate D1 also inverts the logic level value of the output signal by the main edge before the reset edge generated by the NAND gate D1 returns.
Therefore, in the ring oscillator OC11, the entire circuit is not in a stable state, and two types of pulse edges (main edge and reset edge) circulate forever.

しかも、リングオシレータOC11の各インバータR15〜R17において、偶数段目のインバータR16の反転応答時間は、立ち上がり出力よりも立ち下がり出力の方が速く、逆に、奇数段目のインバータR15,R17の反転応答時間は、立ち下がり出力よりも立ち上がり出力の方が速くなるように設定されている。   Moreover, in each of the inverters R15 to R17 of the ring oscillator OC11, the inversion response time of the even-numbered inverter R16 is faster for the falling output than for the rising output, and conversely, the inversion of the odd-numbered inverters R15 and R17. The response time is set so that the rising output is faster than the falling output.

そのため、メインエッジがインバータR14からNANDゲートD1に入力され、リセットエッジがインバータR17からNANDゲートD1に入力される場合に、常に、メインエッジよりもリセットエッジの方が速くNANDゲートD1に入力されるようにして、一旦完全にリセットエッジを消滅させてから、メインエッジによってリセットエッジを再生成させるようにしている。   Therefore, when the main edge is input from the inverter R14 to the NAND gate D1 and the reset edge is input from the inverter R17 to the NAND gate D1, the reset edge is always input to the NAND gate D1 faster than the main edge. In this way, once the reset edge disappears completely, the reset edge is regenerated by the main edge.

これは、前記(e)において、リセットエッジよりもメインエッジの方が、若干速くNANDゲートD1に到達すると、NANDゲートD1は、最後にハイレベルとなるリセットエッジの入力タイミングで、その出力信号の論理レベル値が反転することから、リングオシレータOC11上をメインエッジとリセットエッジとが何周か周回するうちに、メインエッジがリセットエッジに追いついてしまい、最終的に回路全体が安定状態となって発振が停止してしまうのを防止するためである。   In (e), when the main edge reaches the NAND gate D1 slightly faster than the reset edge, the NAND gate D1 finally outputs the output signal at the input timing of the reset edge that becomes the high level. Since the logic level value is inverted, the main edge catches up with the reset edge while the main edge and the reset edge circulate on the ring oscillator OC11, and the entire circuit finally becomes stable. This is to prevent the oscillation from stopping.

このように、8段リングオシレータOC11によれば、7個のインバータR11〜R17と1個のNANDゲートD1から成る合計8個の偶数個の反転回路がリング状に連結されて構成されているにも関わらず、回路全体が安定状態にならずに2種類のパルスエッジ(メインエッジ、リセットエッジ)を周回させることが可能になり、発振動作が行われる。   Thus, according to the 8-stage ring oscillator OC11, a total of eight even number of inverting circuits including seven inverters R11 to R17 and one NAND gate D1 are connected in a ring shape. Nevertheless, it becomes possible to circulate two types of pulse edges (main edge and reset edge) without the entire circuit being in a stable state, and an oscillation operation is performed.

そして、リングオシレータOC11によれば、各インバータR11〜R17およびNANDゲートD1の反転応答時間のばらつきに影響を受けることなく、常に安定して両エッジを周回させることが可能であるため、各インバータR11〜R17およびNANDゲートD1の任意の出力信号を取り出せば、各インバータR11〜R17およびNANDゲートD1のゲート遅延時間(動作遅延時間)の8倍の周期を持った正確なクロック信号を得られる。   According to the ring oscillator OC11, it is possible to always circulate both edges stably without being affected by variations in the inversion response time of each of the inverters R11 to R17 and the NAND gate D1, and thus each inverter R11. If an arbitrary output signal of .about.R17 and NAND gate D1 is taken out, an accurate clock signal having a period eight times the gate delay time (operation delay time) of each of inverters R11-R17 and NAND gate D1 can be obtained.

つまり、8段リングオシレータOC11は、特許文献3の図1に示す32段リングオシレータ2において、ナンドゲートNAND1をインバータR11に置き換え、各インバータINV2〜INV18を各インバータR12〜R14に置き換え、各インバータINV19〜INV31を各インバータR15〜R17に置き換え、ナンドゲートNAND1をNANDゲートD1に置き換えたものである。   That is, the 8-stage ring oscillator OC11 is the same as the 32-stage ring oscillator 2 shown in FIG. 1 of Patent Document 3, except that the NAND gate NAND1 is replaced with the inverter R11, the inverters INV2 to INV18 are replaced with the inverters R12 to R14, and the inverters INV19 to INV31 is replaced with inverters R15 to R17, and NAND gate NAND1 is replaced with NAND gate D1.

尚、他の各リングオシレータOC12〜OC18についても、8段リングオシレータOC11と同様の作用・効果が得られる。
また、各リングオシレータOC11〜OC18のNANDゲートD1〜D8は、それぞれNORゲート(ノアゲート)に置き換えてもよい。
The other ring oscillators OC12 to OC18 can provide the same operations and effects as the 8-stage ring oscillator OC11.
Further, the NAND gates D1 to D8 of the ring oscillators OC11 to OC18 may be replaced with NOR gates (nor gates), respectively.

[2−3]
各リングオシレータOC11〜OC18を構成する個々の反転回路(インバータR11〜R87、NANDゲートD1〜D8)のゲート遅延時間(動作遅延時間)Trは、行方向に配列された各インバータF11〜F88のゲート遅延時間Tfの8倍の時間に設定されている(Ta=8×Tb)。
[2-3]
The gate delay time (operation delay time) Tr of each inverting circuit (inverters R11 to R87, NAND gates D1 to D8) constituting each ring oscillator OC11 to OC18 is the gate of each inverter F11 to F88 arranged in the row direction. The time is set to 8 times the delay time Tf (Ta = 8 × Tb).

そのため、各インバータR11〜R87の入出力端子間およびNANDゲートD1〜D8の第1入力端子間に発振信号が伝搬されるのと、行方向に配列された8個のインバータ間に発振信号が伝搬されるのとは同じタイミングとなる。
例えば、リングオシレータOC18の1段目のインバータR81の入出力端子間に発振信号が伝搬されるのと、行方向に配列された8個のインバータF11〜F18間に発振信号が伝搬されるのとは同じタイミングとなる。
Therefore, an oscillation signal is propagated between the input / output terminals of the inverters R11 to R87 and between the first input terminals of the NAND gates D1 to D8, and an oscillation signal is propagated between the eight inverters arranged in the row direction. The same timing is used.
For example, an oscillation signal is propagated between the input / output terminals of the first-stage inverter R81 of the ring oscillator OC18, and an oscillation signal is propagated between the eight inverters F11 to F18 arranged in the row direction. Are at the same timing.

図6は、発振装置30の各ノードNa〜Ncにおける論理レベル値の時間変化を示すタイミングチャートである。
尚、ノードNaは、リングオシレータOC18の各インバータR81,R82間のノードであり、インバータR81の出力端子に接続されると共に、インバータR82の入力端子に接続されている。
ノードNbは、リングオシレータOC18の各インバータR82,R83間のノードであり、インバータR82の出力端子に接続されると共に、インバータR83の入力端子に接続されている。
ノードNcは、リングオシレータOC17の各インバータR71,R72間のノードであり、インバータR71の出力端子に接続されると共に、インバータR72の入力端子に接続されている。
FIG. 6 is a timing chart showing temporal changes in the logic level values at the nodes Na to Nc of the oscillation device 30.
The node Na is a node between the inverters R81 and R82 of the ring oscillator OC18, and is connected to the output terminal of the inverter R81 and to the input terminal of the inverter R82.
Node Nb is a node between inverters R82 and R83 of ring oscillator OC18, and is connected to the output terminal of inverter R82 and to the input terminal of inverter R83.
The node Nc is a node between the inverters R71 and R72 of the ring oscillator OC17, and is connected to the output terminal of the inverter R71 and to the input terminal of the inverter R72.

各リングオシレータOC11〜OC18を構成する反転回路(インバータR11〜R87、NANDゲートD1〜D8)はゲート遅延時間Trが等しい。
そのため、各ノードNa,Nbの論理レベル値は、ずれることなく完全に反転した状態になっている。
The inverting circuits (inverters R11 to R87, NAND gates D1 to D8) constituting the ring oscillators OC11 to OC18 have the same gate delay time Tr.
For this reason, the logic level values of the nodes Na and Nb are completely inverted without deviation.

そして、ノードNcは、各インバータR71,F18を介してインバータR81の入力端子に接続されている。
そのため、ノードNcの論理レベル値は、インバータF18のゲート遅延時間Tf分だけノードNaの論理レベル値の変化から遅れて変化する状態になっている。
The node Nc is connected to the input terminal of the inverter R81 via the inverters R71 and F18.
Therefore, the logic level value of the node Nc is in a state of being changed with a delay from the change of the logic level value of the node Na by the gate delay time Tf of the inverter F18.

つまり、各リングオシレータOC18,OC17の同一段のノードNa,Ncの論理レベル値には、ゲート遅延時間Tf分の位相差が生じている。
言い換えると、隣合う任意の2個のリングオシレータの同一段における発振信号の位相差はゲート遅延時間Tfになる。
That is, a phase difference corresponding to the gate delay time Tf is generated in the logic level values of the nodes Na and Nc in the same stage of the ring oscillators OC18 and OC17.
In other words, the phase difference between the oscillation signals at the same stage of any two adjacent ring oscillators is the gate delay time Tf.

従って、発振装置30では、各リングオシレータOC11〜OC18を発振信号が周回する回数(周回数)を上位ビット、各リングオシレータOC11〜OC18を構成する個々の反転回路(インバータR11〜R87、NANDゲートD1〜D8)のゲート遅延時間Trを中位ビット、行方向に配列された各インバータF11〜F88のゲート遅延時間Tr(すなわち、隣合う2個のリングオシレータの同一段における発振信号の位相差)を下位ビットとして、細かい時間分解能(時間精度)で発振信号の位相制御を行い、その発振信号をクロック信号として生成できる。   Therefore, in the oscillation device 30, the number of times the oscillation signal circulates in each ring oscillator OC11 to OC18 (the number of laps) is the upper bit, and the individual inverting circuits (inverters R11 to R87, NAND gate D1) constituting each ring oscillator OC11 to OC18. ˜D8) is the middle bit, and the gate delay times Tr of the inverters F11 to F88 arranged in the row direction (that is, the phase difference of the oscillation signals in the same stage of two adjacent ring oscillators). As the lower bits, the phase control of the oscillation signal can be performed with fine time resolution (time accuracy), and the oscillation signal can be generated as a clock signal.

そして、各リングオシレータOC11〜OC18を行方向に配列された各インバータF11〜F88で相互結合して多重化された発振装置10によれば、複数のリングオシレータを1つ又は2つのリング配線だけで接続した特許文献2の発振装置に比べて、更に細かい時間分解能で発振信号の位相制御を行うことができる。   Then, according to the oscillation device 10 in which the ring oscillators OC11 to OC18 are mutually coupled by the inverters F11 to F88 arranged in the row direction and multiplexed, a plurality of ring oscillators can be formed by only one or two ring wirings. Compared with the connected oscillator of Patent Document 2, the phase of the oscillation signal can be controlled with finer time resolution.

[2−4]
発振装置30を構成する各インバータR11〜R87,F11〜F88は単純な構成で低消費電力なCMOSインバータから成り、NANDゲートD1〜D8は数個のトランジスタから成る。
そのため、発振回路30によれば、数十個のCMOSから構成された2入力のインバータから成るバッファ回路をマトリクス状に配列した特許文献1の技術に比べて、全体の回路規模が小さくなり、モノリシックICのチップ上にて小さな占有面積で回路を構成できる上に、消費電力も小さくなる。
[2-4]
Each of the inverters R11 to R87 and F11 to F88 constituting the oscillation device 30 is composed of a CMOS inverter having a simple configuration and low power consumption, and the NAND gates D1 to D8 are composed of several transistors.
Therefore, according to the oscillation circuit 30, compared with the technique of Patent Document 1 in which buffer circuits composed of two-input inverters composed of several tens of CMOSs are arranged in a matrix, the entire circuit scale is reduced, and the monolithic structure is reduced. A circuit can be configured with a small occupation area on an IC chip, and power consumption is also reduced.

[2−5]
第2実施形態は、行方向および列方向に8個以上の偶数個ずつマトリクス状に配列された反転回路(インバータおよびNANDゲート)を備え、列方向に配列された反転回路をリング状に連結して8段以上の偶数段リングオシレータを8個以上構成し、各リングオシレータを多重化するように変更してもよく、発振装置30は第2実施形態を最小回路規模で具体化した例である。
[2-5]
The second embodiment includes inverting circuits (inverters and NAND gates) arranged in a matrix of 8 or more even numbers in the row direction and the column direction, and connects the inverting circuits arranged in the column direction in a ring shape. The number of even-numbered ring oscillators of eight or more stages may be configured so that each ring oscillator is multiplexed, and the oscillation device 30 is an example in which the second embodiment is embodied with a minimum circuit scale. .

第2実施形態のリングオシレータOC11において、NANDゲートD1の制御用端子に出力信号を出力するインバータR14と、NANDゲートD1との間には、3個のインバータD15〜D17が接続されている。
そして、8段以上の偶数段リングオシレータを構成するには、NANDゲートの制御用端子に出力信号を出力する所定のインバータと、NANDゲートとの間に、反転回路(インバータおよびNANDゲート)の全個数(リングオシレータの段数)の半分以下の奇数個のインバータを接続すればよい。
In the ring oscillator OC11 of the second embodiment, three inverters D15 to D17 are connected between the inverter R14 that outputs an output signal to the control terminal of the NAND gate D1 and the NAND gate D1.
In order to configure an even-numbered ring oscillator having eight or more stages, all of the inverting circuits (inverters and NAND gates) are arranged between a predetermined inverter that outputs an output signal to the control terminal of the NAND gate and the NAND gate. An odd number of inverters less than half the number (number of stages of the ring oscillator) may be connected.

言い換えると、第2実施形態のリングオシレータOC11において、NANDゲートD1の前には4個のインバータR11〜R14が接続され、その4個目のインバータR14の出力信号がNANDゲートD1の制御用端子に出力されている。
そして、8段以上の偶数段リングオシレータを構成するには、反転回路(インバータおよびNANDゲート)の全個数(リングオシレータの段数)の半分以上の偶数個分だけNANDゲートD1の前に接続されたインバータの出力信号を、NANDゲートD1の制御用端子に出力すればよい。
このようにすれば、8段以上の偶数段リングオシレータにおいても、前記[2−1][2−2]と同様の作用・効果が得られる。
In other words, in the ring oscillator OC11 of the second embodiment, four inverters R11 to R14 are connected in front of the NAND gate D1, and the output signal of the fourth inverter R14 is connected to the control terminal of the NAND gate D1. It is output.
In order to configure an even-numbered ring oscillator having eight or more stages, an even number of half or more of the total number of inverter circuits (inverters and NAND gates) (the number of stages of the ring oscillator) is connected in front of the NAND gate D1. The output signal of the inverter may be output to the control terminal of the NAND gate D1.
In this way, even in an even-numbered ring oscillator having eight or more stages, the same operations and effects as the above [2-1] [2-2] can be obtained.

[2−6]
第1実施形態の前記[1−4]と同様に、第2実施形態を特許文献2の図9に記載されている位相同期回路に適用してもよい。
[2-6]
Similarly to [1-4] of the first embodiment, the second embodiment may be applied to the phase synchronization circuit described in FIG.

[2−7]
第1実施形態の前記[1−5]と同様に、第2実施形態を特許文献2の図10に記載されている時間量子化器に適用してもよい。
[2-7]
Similar to [1-5] of the first embodiment, the second embodiment may be applied to the time quantizer described in FIG.

[2−8]
第2実施形態を特許文献3の図3または図6に記載されているパルス位相差符号化回路に適用してもよい。
つまり、第2実施形態の発振装置30を使用し、2つの入力信号の位相差を2進デジタル信号に符号化するパルス位相差符号化回路を構成してもよい。
[2-8]
The second embodiment may be applied to the pulse phase difference encoding circuit described in FIG. 3 or FIG.
That is, the pulse phase difference encoding circuit that encodes the phase difference between two input signals into a binary digital signal may be configured by using the oscillation device 30 of the second embodiment.

この場合には、特許文献3の図3または図6に示す偶数段リングオシレータ2を第2実施形態の発振装置30に置き換え、発振装置30の各リングオシレータの1段目のインバータを2入力NANDゲートに置き換えると共に、24個のインバータを追加して32段リングオシレータを構成し、追加した2入力NANDゲートのインバータに接続されていない入力端子に外部から第1の入力信号(スタートパルスPA)を入力すればよい。   In this case, the even-stage ring oscillator 2 shown in FIG. 3 or 6 of Patent Document 3 is replaced with the oscillation device 30 of the second embodiment, and the first-stage inverter of each ring oscillator of the oscillation device 30 is a 2-input NAND. In addition to replacing the gate, a 24-stage ring oscillator is configured by adding 24 inverters. A first input signal (start pulse PA) is externally applied to an input terminal not connected to the inverter of the added 2-input NAND gate. Enter it.

このようにすれば、第1の入力信号により32段リングオシレータの発振動作が開始され、第1の入力信号に対して任意のタイミングで外部から入力される第2の入力信号(ラッチパルスPB)と、第1の入力信号との位相差を2進デジタル信号に符号化することができる。   In this way, the oscillation operation of the 32-stage ring oscillator is started by the first input signal, and the second input signal (latch pulse PB) input from the outside at an arbitrary timing with respect to the first input signal. And a phase difference between the first input signal and the first input signal can be encoded into a binary digital signal.

ところで、第1実施形態を特許文献3の図3または図6に記載されているパルス位相差符号化回路に適用することも考えられる。
しかし、第1実施形態の発振装置10,20は奇数段リングオシレータから構成されているため、第1の入力信号が入力されてから第2の入力信号が入力されるまでの間の、奇数段リングオシレータ上での発振信号の周回数と、発振信号が到達したインバータの奇数段リングオシレータ上における位置とを単に2進符号化しただけでは、各入力信号の位相差を2進デジタル信号に符号化した際にコード欠けが生じる。
By the way, it is also conceivable to apply the first embodiment to the pulse phase difference encoding circuit described in FIG.
However, since the oscillation devices 10 and 20 of the first embodiment are composed of odd-numbered ring oscillators, the odd-numbered stages from when the first input signal is input to when the second input signal is input are included. By simply binary encoding the number of oscillating signals on the ring oscillator and the position of the inverter on which the oscillation signal arrived on the odd-numbered ring oscillator, the phase difference of each input signal is encoded into a binary digital signal. Code loss occurs when it is converted.

そのため、2進デジタル信号を得るためには、奇数段リングオシレータを周回した発振信号の周回数を減算器を用いて演算しなければならず、その減算器の分だけパルス位相差符号化回路全体の回路規模が増大することに加え、減算器の動作時間分だけ符号化の処理速度が低下するという問題がある。
また、奇数段リングオシレータを構成するインバータ中の1個のインバータの出力信号を故意に用いず、その他の偶数個のインバータの出力信号から、各入力信号の位相差を検出する構成も考えられるが、この場合には位相差の検出精度が低下するという問題がある。
Therefore, in order to obtain a binary digital signal, the number of oscillations of the oscillation signal that circulates in the odd-numbered ring oscillator must be calculated using a subtractor, and the entire pulse phase difference encoding circuit is equivalent to the subtractor. In addition to the increase in the circuit scale, there is a problem that the processing speed of the encoding is reduced by the operation time of the subtractor.
In addition, a configuration in which the output signal of one inverter among the inverters constituting the odd-numbered ring oscillator is not intentionally used and the phase difference of each input signal is detected from the output signals of other even number of inverters is also conceivable. In this case, there is a problem that the detection accuracy of the phase difference is lowered.

しかし、第2実施形態を特許文献3の図3または図6に記載されているパルス位相差符号化回路に適用した場合には、前記コード欠けが生じないため、前記減算器に起因する問題を回避できると共に、位相差の検出精度の低下を防止できる。   However, when the second embodiment is applied to the pulse phase difference encoding circuit described in FIG. 3 or FIG. 6 of Patent Document 3, since the code missing does not occur, the problem caused by the subtracter is not caused. This can be avoided and a decrease in detection accuracy of the phase difference can be prevented.

[2−9]
第2実施形態を特許文献4の図1に記載されているデジタル制御発振装置に適用してもよい。
つまり、第2実施形態の発振装置30を使用し、外部から入力したデジタルデータによって発振周期を制御可能なデジタル制御発振装置を構成してもよい。
[2-9]
The second embodiment may be applied to the digitally controlled oscillator described in FIG.
That is, a digitally controlled oscillation device that can control the oscillation cycle by using digital data input from the outside using the oscillation device 30 of the second embodiment may be configured.

この場合には、特許文献4の図1に示すリングオシレータ2を第2実施形態の発振装置30に置き換え、発振装置30の各リングオシレータの1段目のインバータを2入力NANDゲートに置き換えると共に、24個のインバータを追加して32段リングオシレータを構成し、追加した2入力NANDゲートのインバータに接続されていない入力端子に外部から入力信号(制御信号PA)を入力すればよい。   In this case, the ring oscillator 2 shown in FIG. 1 of Patent Document 4 is replaced with the oscillation device 30 of the second embodiment, the first-stage inverter of each ring oscillator of the oscillation device 30 is replaced with a 2-input NAND gate, A 24-stage ring oscillator is configured by adding 24 inverters, and an input signal (control signal PA) may be input from the outside to an input terminal not connected to the added 2-input NAND gate inverter.

本発明を具体化した第1実施形態の発振装置10の概略構成を示す回路図。1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an oscillation device 10 according to a first embodiment embodying the present invention. 発振装置10の各ノードNa〜Ncにおける論理レベル値の時間変化を示すタイミングチャート。3 is a timing chart showing temporal changes in logic level values at nodes Na to Nc of the oscillation device 10; 第1実施形態の変形例である発振装置20の概略構成を示す回路図。The circuit diagram which shows schematic structure of the oscillation apparatus 20 which is a modification of 1st Embodiment. 本発明を具体化した第2実施形態の発振装置30の概略構成を示す回路図。The circuit diagram which shows schematic structure of the oscillation apparatus 30 of 2nd Embodiment which actualized this invention. 発振装置30から取り出した8段リングオシレータOC11を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing an 8-stage ring oscillator OC11 taken out from the oscillation device 30. 発振装置30の各ノードNa〜Ncにおける論理レベル値の時間変化を示すタイミングチャート。4 is a timing chart showing temporal changes in logic level values at nodes Na to Nc of the oscillation device 30.

符号の説明Explanation of symbols

10,20,30…発振装置
R11〜R77,F11〜F77…インバータ
OC1〜OC7…7段リングオシレータ
OC11〜OC18…8段リングオシレータ
D1〜D8…NANDゲート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 20, 30 ... Oscillator R11-R77, F11-F77 ... Inverter OC1-OC7 ... Seven stage ring oscillator OC11-OC18 ... Eight stage ring oscillator D1-D8 ... NAND gate

Claims (4)

入力信号を反転して出力する反転回路が行方向および列方向に同一個数ずつマトリクス状に配列され、
列方向に配列された反転回路はそれぞれリング状に連結されて各列毎に多段リングオシレータを構成し、
各リングオシレータの各段の反転回路間のノードが行方向に配列された反転回路によって接続されると共に、行方向に配列された反転回路が1つのリング状に連結されることにより、各リングオシレータが多重化されたことを特徴とする発振装置。
An inverting circuit that inverts and outputs an input signal is arranged in a matrix by the same number in the row direction and the column direction,
The inverting circuits arranged in the column direction are connected in a ring shape to form a multistage ring oscillator for each column,
Nodes between the inverting circuits of each stage of each ring oscillator are connected by an inverting circuit arranged in the row direction, and the inverting circuits arranged in the row direction are connected in one ring shape, thereby each ring oscillator. An oscillating device in which is multiplexed.
請求項1に記載の発振装置において、
前記反転回路は行方向および列方向に3個以上の奇数個ずつマトリクス状に配列され、
列方向に配列された前記反転回路はそれぞれリング状に連結されて3段以上の奇数段リングオシレータを構成することを特徴とする発振装置。
The oscillation device according to claim 1,
The inversion circuits are arranged in a matrix in an odd number of 3 or more in the row direction and the column direction,
The inverting circuit arranged in the column direction is connected in a ring shape to form an odd-numbered ring oscillator having three or more stages.
請求項1に記載の発振装置において、
前記反転回路は行方向および列方向に8個以上の偶数個ずつマトリクス状に配列され、
列方向に配列された前記反転回路はそれぞれリング状に連結されて8段以上の偶数段リングオシレータを構成し、
それら偶数段リングオシレータは、
同一周回上に2種類のパルスエッジを周回させ、
前記反転回路の1つを、制御信号により入力信号の反転動作を開始する起動用反転回路とし、
その起動用反転回路の次段の反転回路の反転動作により発生したパルスエッジが起動用反転回路に入力されるまでの間に、起動用反転回路に制御信号を入力する制御信号入力手段を設けたことを特徴とする発振装置。
The oscillation device according to claim 1,
The inversion circuits are arranged in a matrix in an even number of 8 or more in the row direction and the column direction,
The inverting circuits arranged in the column direction are connected in a ring shape to form an even-numbered ring oscillator of 8 or more stages,
Those even ring oscillators are
Two types of pulse edges circulate on the same lap,
One of the inverting circuits is a starting inverting circuit that starts an inverting operation of an input signal by a control signal,
Control signal input means for inputting a control signal to the start-up inversion circuit is provided until the pulse edge generated by the inversion operation of the next-stage inversion circuit of the start-up inversion circuit is input to the start-up inversion circuit. An oscillation device characterized by that.
請求項3に記載の発振装置において、
前記制御信号入力手段は、
前記反転回路の全個数の半分以上の偶数個分だけ前記起動用反転回路の前に接続された所定の反転回路の出力信号を、前記制御信号として前記起動用反転回路に入力し、
前記起動用反転回路は、
前記制御信号と前記起動用反転回路の前段の反転回路からの入力信号との2つの信号レベルが同じときには、当該信号レベルを反転して出力し、
前記2つの信号レベルが異なるときには、前記起動用反転回路の次段の反転回路が反転動作を行っていないときに前記所定の反転回路から入力される前記制御信号の信号レベルと同じ信号レベルの方を優先的に反転して出力する
ことを特徴とする発振装置。
The oscillation device according to claim 3.
The control signal input means includes
An output signal of a predetermined inversion circuit connected before the start inversion circuit by an even number equal to or more than half of the total number of the inversion circuits is input to the start inversion circuit as the control signal,
The inversion circuit for starting is
When the two signal levels of the control signal and the input signal from the preceding inverting circuit of the starting inverting circuit are the same, the signal level is inverted and output,
When the two signal levels are different, the signal level equal to the signal level of the control signal input from the predetermined inverting circuit when the inverting circuit of the next stage of the starting inverting circuit is not performing the inverting operation. An oscillation device characterized by preferentially inverting and outputting.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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