JP2006185030A - Clock modulation circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディレイラインへのクロックの入力ポイントあるいはディレイラインからのクロックの出力ポイントを時間的に変化させることによりクロックの周波数を変調するクロック変調回路に関する。 The present invention relates to a clock modulation circuit that modulates a clock frequency by temporally changing a clock input point to a delay line or a clock output point from the delay line.
近年、半導体集積回路の益々の微細化に伴い、半導体集積回路の基本クロックの周波数は益々高まる傾向にある。このため、半導体集積回路を構成するトランジスタのスイッチング速度も高速化し、これに伴って発生するスイッチングノイズも増大する傾向にある。従って、このような半導体集積回路が搭載された機器から放射される電磁波ノイズ(EMI(Electro Magnetic Interference)ノイズ)も増大する傾向にある。 In recent years, with the further miniaturization of semiconductor integrated circuits, the frequency of the basic clock of the semiconductor integrated circuits tends to increase more and more. For this reason, the switching speed of the transistors constituting the semiconductor integrated circuit is also increased, and the switching noise generated therewith tends to increase. Accordingly, electromagnetic noise (EMI (Electro Magnetic Interference) noise) radiated from a device on which such a semiconductor integrated circuit is mounted also tends to increase.
ここで、電磁波ノイズを抑制する手段として、周波数拡散型発振回路(Spectrum Spread Clock Generator)が知られている。周波数拡散とは、水晶振動子等で生成される基本クロックの周波数を、予め定められたプロファイル(周波数変調プロファイルと称する)で周期的に変動させることをいい、周波数拡散型発振回路では、この周波数拡散によって電磁波ノイズが有する周波数が分散されるため、電磁波ノイズのピークレベルを小さく抑えることができる。 Here, as means for suppressing electromagnetic wave noise, a frequency spread type clock generator (Spectrum Spread Clock Generator) is known. Frequency spreading refers to periodically changing the frequency of a basic clock generated by a crystal resonator or the like with a predetermined profile (referred to as a frequency modulation profile). Since the frequency of the electromagnetic noise is dispersed by the diffusion, the peak level of the electromagnetic noise can be kept small.
周波数変調プロファイルとしては、いわゆるセンタスプレッド方式やダウンスプレッド方式によるものが知られている。 As the frequency modulation profile, a so-called center spread method or down spread method is known.
図3は、センタスプレッド方式による周波数変調プロファイルの一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a frequency modulation profile by the center spread method.
センタスプレッド方式とは、基本周波数を中心として上下に周波数を変調する方式のことである。この図3には、基本周波数に対して上下対称に、変調周期Tで周波数を変調する例が示されている。ここで、基本周波数を有する基本クロックと変調された周波数を有する変調クロックとの位相差は、変調周期T毎に一致する。 The center spread method is a method of modulating the frequency up and down around the fundamental frequency. FIG. 3 shows an example in which the frequency is modulated with the modulation period T symmetrically with respect to the fundamental frequency. Here, the phase difference between the basic clock having the basic frequency and the modulation clock having the modulated frequency coincides with every modulation period T.
図4は、ダウンスプレッド方式による周波数変調プロファイルの一例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a frequency modulation profile by a down spread method.
ダウンスプレッド方式とは、基本周波数よりも低くなるように周波数を変調する方式のことである。この図4には、基本周波数よりも低くなるように、変調周期Tで周波数を変調する例が示されている。ダウンスプレッド方式では、変調クロックの周波数は、基本クロックの周波数よりも常に低く維持される(基本クロックよりも変調クロックのほうが常に遅れるように維持される)ため、基本クロックと変調クロックとの位相差は比較的大きい。 The down spread method is a method of modulating the frequency so as to be lower than the fundamental frequency. FIG. 4 shows an example in which the frequency is modulated with the modulation period T so as to be lower than the fundamental frequency. In the downspread method, the frequency of the modulation clock is always kept lower than the frequency of the base clock (the modulation clock is always kept behind the base clock), so the phase difference between the base clock and the modulation clock. Is relatively large.
ここで、上述したセンタスプレッド方式による周波数変調プロファイルは、PLL(Phase Locked Loop)技術を用いたクロック変調回路や遅延素子を用いたクロック変調回路で実現することができる。 Here, the above-described frequency modulation profile by the center spread method can be realized by a clock modulation circuit using a PLL (Phase Locked Loop) technique or a clock modulation circuit using a delay element.
しかし、PLL技術を用いたクロック変調回路では、位相/周波数比較回路,チャージポンプ,ローパスフィルタ,分周回路,電圧制御回路等が必要とされる。このため、回路規模が大きいという問題がある。また、このクロック変調回路では、フィルタ特性に起因する変調プロファイル歪やオーバーシュートが発生するという問題もある。 However, a clock modulation circuit using PLL technology requires a phase / frequency comparison circuit, a charge pump, a low-pass filter, a frequency divider, a voltage control circuit, and the like. For this reason, there is a problem that the circuit scale is large. In addition, this clock modulation circuit also has a problem that modulation profile distortion and overshoot due to filter characteristics occur.
一方、遅延素子を用いたクロック変調回路では、上述したような問題はなく、このような遅延素子を用いたクロック変調回路として、例えば、入力されたクロック信号を複数の遅延素子でそれぞれ異なる時間だけ遅延して複数の遅延クロックを生成し、これら複数の遅延クロック信号を所定の周波数変調プロファイルに基づく制御信号に応じて選択することにより、出力クロック信号の周期を増減させて、その出力クロック信号の周波数を変動する技術が提案されている(特許文献1参照)。
上述した特許文献1に提案された技術は、センタスプレッド方式による周波数変調プロファイルを用いたものであるため、基本クロックの周波数よりも高い周波数を有するクロックが生成される。従って、基本クロックの周波数よりも高い周波数のクロックで半導体集積回路が動作することとなる。しかし、このように高い周波数のクロックで半導体集積回路を動作させるのでは、その半導体集積回路の動作タイミングの保証は困難であり、また消費電力も増大するという問題が発生する。 Since the technique proposed in Patent Document 1 described above uses a frequency modulation profile by a center spread method, a clock having a frequency higher than the frequency of the basic clock is generated. Therefore, the semiconductor integrated circuit operates with a clock having a frequency higher than that of the basic clock. However, if the semiconductor integrated circuit is operated with such a high frequency clock, it is difficult to guarantee the operation timing of the semiconductor integrated circuit, and power consumption also increases.
ここで、基本クロックの周波数よりも低くなるように周波数を変調する、ダウンスプレッド方式による周波数変調プロファイルを用いたクロック変調回路を採用すると、上記のような問題は解決される。ところで、このクロック変調回路を、PLL技術を用いて実現したのでは、前述したように回路規模が大きい等の問題を抱え込むこととなる。 Here, when a clock modulation circuit using a frequency modulation profile by a down spread method that modulates the frequency so as to be lower than the frequency of the basic clock is adopted, the above-described problems are solved. By the way, if this clock modulation circuit is realized by using the PLL technology, problems such as a large circuit scale as described above are caused.
そこで、遅延素子を用いてダウンスプレッド方式による周波数変調プロファイルを実現することが考えられる。しかし、ダウンスプレッド方式では、変調クロックと基本クロックとの位相差は比較的大きく、このため遅延素子を用いてこの周波数変調プロファイルを実現するのでは、多数の遅延素子が必要であるという問題が発生する。 Therefore, it is conceivable to realize a frequency modulation profile by a down spread method using a delay element. However, in the downspread method, the phase difference between the modulation clock and the basic clock is relatively large, so that there is a problem that a large number of delay elements are required to implement this frequency modulation profile using the delay elements. To do.
本発明は、上記事情に鑑み、回路規模を小さく抑えたまま、電磁波ノイズの低減化が図られたクロック変調回路を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a clock modulation circuit capable of reducing electromagnetic noise while keeping the circuit scale small.
上記目的を達成する本発明のクロック変調回路は、ディレイラインへのクロックの入力ポイントあるいはディレイラインからのクロックの出力ポイントを時間的に変化させることによりクロックの周波数を変調するクロック変調回路において、
上記ディレイラインへの入力クロックとそのディレイラインからの出力クロックの位相を検出する位相検出回路と、
上記ディレイラインへのクロックの入力ポイントあるいはそのディレイラインからのクロックの出力ポイントを、そのディレイラインから出力されるクロックの周波数がそのディレイラインに入力されるクロックの周波数よりも低減される所定方向に時間的に変化させるとともに、上記位相検出回路によりそのディレイラインへの入力クロックとそのディレイラインからの出力クロックの位相の一致が検出されたことを受けて、そのディレイラインへのクロックの入力ポイントあるいはそのディレイラインからのクロックの出力ポイントを、上記所定方向とは逆の方向の同一位相のポイントに遷移させる制御回路とを備えたことを特徴とする。
The clock modulation circuit of the present invention that achieves the above object is a clock modulation circuit that modulates the clock frequency by temporally changing the clock input point to the delay line or the clock output point from the delay line.
A phase detection circuit for detecting a phase of an input clock to the delay line and an output clock from the delay line;
The clock input point to the delay line or the clock output point from the delay line is set in a predetermined direction in which the frequency of the clock output from the delay line is reduced below the frequency of the clock input to the delay line. When the phase detection circuit detects that the phase of the input clock to the delay line matches the phase of the output clock from the delay line, the input point of the clock to the delay line or And a control circuit for transitioning a clock output point from the delay line to a point having the same phase in a direction opposite to the predetermined direction.
本発明のクロック変調回路は、ディレイラインへのクロックの入力ポイントあるいはディレイラインからのクロックの出力ポイントを、そのディレイラインから出力されるクロックの周波数がそのディレイラインに入力されるクロックの周波数よりも低減される所定方向に時間的に変化させるものであるため、電磁波ノイズのピークレベルを小さく抑えるにあたり、基本クロックの周波数よりも低くなるように周波数を変調する、いわゆるダウンスプレッド方式による周波数変調プロファイルが用いられることとなる。従って、基本クロックの周波数よりも高い周波数のクロックで半導体集積回路を動作させることはなく、半導体集積回路の動作タイミングを確実に保証することができるとともに消費電力を小さく抑えることができる。さらに、ディレイラインへの入力クロックとそのディレイラインからの出力クロックの位相の一致が検出されたことを受けて、そのディレイラインへのクロックの入力ポイントあるいはそのディレイラインからのクロックの出力ポイントを、所定方向とは逆の方向の同一位相のポイントに遷移させるものであるため、多数の遅延素子を用いてダウンスプレッド方式による周波数変調プロファイルを実現するクロック変調回路と比較し、小さな回路規模で済む。 In the clock modulation circuit of the present invention, the clock input point to the delay line or the clock output point from the delay line is set so that the frequency of the clock output from the delay line is higher than the frequency of the clock input to the delay line. The frequency modulation profile by the so-called down spread method that modulates the frequency so as to be lower than the frequency of the basic clock in order to keep the peak level of the electromagnetic wave noise small because it is time-varying in a predetermined direction to be reduced. Will be used. Therefore, the semiconductor integrated circuit is not operated with a clock having a frequency higher than the frequency of the basic clock, and the operation timing of the semiconductor integrated circuit can be reliably ensured and the power consumption can be reduced. Furthermore, in response to the detection of the phase match between the input clock to the delay line and the output clock from the delay line, the clock input point to the delay line or the clock output point from the delay line is Since the transition is made to the point of the same phase in the direction opposite to the predetermined direction, a small circuit scale is sufficient as compared with a clock modulation circuit that uses a large number of delay elements to realize a frequency modulation profile by a down spread method.
ここで、上記制御回路が、上記ディレイラインのクロックの入力ポイントを遷移させるものであって、上記位相検出回路によるそのディレイラインへの入力クロックとそのディレイラインからの出力クロックの位相の一致が検出された場合にクロック1周期分そのディレイラインへのクロックの入力を停止した後に、遷移した上記所定方向とは逆の方向の同一位相のポイントからのクロックの入力を再開するものであることが好ましい。 Here, the control circuit transitions the clock input point of the delay line, and the phase detection circuit detects the coincidence of the phase of the input clock to the delay line and the output clock from the delay line. In this case, after the clock input to the delay line is stopped for one clock cycle, the clock input from the point of the same phase in the direction opposite to the predetermined direction after the transition is resumed. .
このようにすると、クロックの出力ポイントを遷移させる場合と比較し、遷移した出力ポイントからのクロックを切り換えるためのマルチプレクサ等の複雑な回路を備える必要はなく、遷移した入力ポイントからのクロックを入力するゲート回路をディレイラインに備えれば済む。従って、回路規模をさらに小さく抑えることができる。 In this way, it is not necessary to provide a complex circuit such as a multiplexer for switching the clock from the transitioned output point as compared with the case of transitioning the clock output point, and the clock from the transitioned input point is input. A gate circuit may be provided in the delay line. Therefore, the circuit scale can be further reduced.
本発明のクロック変調回路によれば、回路規模を小さく抑えたまま、電磁波ノイズの低減化が図られる。 According to the clock modulation circuit of the present invention, it is possible to reduce electromagnetic noise while keeping the circuit scale small.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態のクロック変調回路の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a clock modulation circuit according to an embodiment of the present invention.
図1に示すクロック変調回路10は、入力用バッファ11と、ディレイライン12と、出力用バッファ13と、位相検出回路14と、制御回路15とを備え、ディレイライン12へのクロックREFの入力ポイントを時間的に変化させることによりクロックREFの周波数を変調するクロック変調回路である。
The
クロック変調回路10を構成する入力用バッファ11には、クロックINが入力される。この入力用バッファ11は、入力されたクロックINからクロックREFを生成し、生成されたクロックREFをディレイライン12、位相検出回路14、および制御回路15に向けて出力する。
The clock IN is input to the
ディレイライン12は、入力されたクロックREFを、制御回路15からの所定の周波数変調プロファイルに基づく制御信号に応じて遅延し、出力クロックMODとして出力用バッファ13および位相検出回路14に向けて出力する。
The
出力用バッファ13は、ディレイライン12からの出力クロックMODを入力し、クロックOUTとして外部に向けて出力する。
The
位相検出回路14は、ディレイライン12への入力クロックREFとディレイライン12からの出力クロックMODを入力し、これら入力クロックREFと出力クロックMODとの位相を検出し、その結果を位相検出信号Kとして制御回路15に向けて出力する。
The
制御回路15は、ディレイライン12へのクロックREFの入力ポイントを、そのディレイライン12から出力されるクロックMODの周波数がディレイライン12に入力されるクロックREFの周波数よりも低減される所定方向に時間的に変化させる。具体的には、この制御回路15は、所定の周波数変調プロファイルに基づく制御信号C1,C2,C3,C4を生成し、生成された制御信号C1,C2,C3,C4により、ディレイライン12が有する複数の遅延素子からの遅延クロックを制御することにより、クロックMODの周波数がクロックREFの周波数よりも低減される所定方向に時間的に変化させる。
The
また、この制御回路15は、位相検出回路14によりディレイライン12への入力クロックREFとディレイライン12からの出力クロックMODの位相の一致が検出されたことを受けて、即ち位相検出信号Kが入力された時点で、ディレイライン12へのクロックREFの入力ポイントを、上記所定方向とは逆の方向の同一位相のポイントに遷移させる。
Further, the
さらに、この制御回路15は、上述したようにディレイライン12のクロックREFの入力ポイントを遷移させるものであって、位相検出回路14によるディレイライン12への入力クロックREFとディレイライン12からの出力クロックMODの位相の一致が検出された(位相検出信号Kが入力された)場合に、クロック1周期分だけディレイライン12へのクロックREFの入力を停止した後に、遷移した入力ポイントからのクロックREFの入力を再開する。以下、図2を参照して説明する。
Further, the
図2は、図1に示すクロック変調回路におけるタイミングチャートである。 FIG. 2 is a timing chart in the clock modulation circuit shown in FIG.
図2には、図1に示す入力用バッファ11に入力される入力クロックINが示されている。また、図2には、入力用バッファ11で生成されたクロックREFが示されている。このクロックREFは、ディレイライン12に入力される。上述したように、このディレイライン12では、制御回路15からの所定の周波数変調プロファイルに基づく制御信号C1,C2,C3,C4に応じて遅延量が制御される。具体的には、ディレイライン12では、入力されたクロックREFのサイクル毎に周期が増大するように遅延量が制御される。
FIG. 2 shows an input clock IN input to the
ディレイライン12には、先ず、入力クロックINの1サイクル目のパルスP1に対応する、クロックREFの1サイクル目のパルスR1が入力される。この1サイクル目のパルスR1は、極めてわずかな量だけ遅延されてクロックMODの1サイクル目のパルスM1として出力され、さらに出力バッファ13を経由してクロックOUTの1サイクル目のパルスO1として出力される。
First, a pulse R1 of the first cycle of the clock REF corresponding to the pulse P1 of the first cycle of the input clock IN is input to the
次いで、ディレイライン12には、2サイクル目のパルスR2が入力される。このパルスR2は、所定量だけ遅延されて2サイクル目のパルスM2として出力される。
Next, the pulse R2 of the second cycle is input to the
さらに、ディレイライン12には、3サイクル目のパルスR3が入力される。このパルスR3は、パルスR2よりもさらに大きな遅延量で遅延されて3サイクル目のパルスM4として出力される。以下、同様にして、7サイクル目のパルスR7が入力されて、最大の遅延量で遅延された7サイクル目のパルスM7が出力される。このように制御することにより、クロックREFとクロックMODの位相差が徐々に小さくなる。
Further, the
次に、8サイクル目のパルスR8が入力される。この時点では、図2に丸印で示すように、クロックREFとクロックMODの位相差がゼロになる。すると、位相検出回路14から位相検出信号Kが制御回路15に向けて出力される。制御回路15は、これを受けて、クロックREFのパルスR9(クロック1周期分)の入力を停止する。尚、入力された8サイクル目のパルスR8に対応する8サイクル目のパルスM8は出力される。その後、10サイクル目のパルスR10が入力されて、そのパルスR10に対応するパルスM10が、パルスM8に対して所定の遅延量だけ加算されて出力される。このようにディレイライン12を制御することにより、ディレイライン12の遅延量が基本クロックである入力クロックINの周期時間だけ速くなるように制御する。換言すれば、1サイクル分の遅延量を戻すように制御する。その後、ディレイライン12では、上述したようにして、制御回路15からの所定の周波数変調プロファイルに基づいて遅延量が制御される。
Next, the pulse R8 of the eighth cycle is input. At this time, as indicated by a circle in FIG. 2, the phase difference between the clock REF and the clock MOD becomes zero. Then, the phase detection signal K is output from the
このクロック変調回路10は、上述した制御回路15を備えたものであるため、電磁波ノイズのピークレベルを小さく抑えるにあたり、基本クロックの周波数よりも低くなるように周波数を変調する、いわゆるダウンスプレッド方式による周波数変調プロファイルが用いられることとなる。従って、基本クロックの周波数よりも高い周波数のクロックで半導体集積回路を動作させることはなく、半導体集積回路の動作タイミングを確実に保証することができるとともに消費電力を小さく抑えることができる。また、多数の遅延素子を用いてダウンスプレッド方式による周波数変調プロファイルを実現するクロック変調回路と比較し、回路規模を小さく抑えることができる。
Since the
また、このクロック変調回路10は、制御回路15がディレイライン12のクロックREFの入力ポイントを遷移させるものであって、位相検出回路14でクロックREFとクロックMODの位相の一致が検出された場合にクロック1周期分だけクロックREFの入力を停止した後に、遷移した入力ポイントからのクロックREFの入力を再開するものである。このため、クロックMODの出力ポイントを遷移させる場合と比較し、遷移した出力ポイントからのクロックを切り換えるためのマルチプレクサ等の複雑な回路を備える必要はなく、遷移した入力ポイントからのクロックを入力するゲート回路をディレイライン12に備えれば済む。従って、回路規模がさらに小さく抑えられている。
In the
尚、ディレイラインからのクロックの出力ポイントを、そのディレイラインから出力されるクロックの周波数がディレイラインに入力されるクロックの周波数よりも低減される所定方向に時間的に変化させるとともに、ディレイラインへの入力クロックとディレイラインからの出力クロックの位相の一致が検出されたことを受けて、ディレイラインからのクロックの出力ポイントを、上記所定方向とは逆の方向の同一位相のポイントに遷移させるように制御してもよい。このように制御すると、電磁波ノイズのピークレベルを小さく抑えるにあたり、基本クロックの周波数よりも低くなるように周波数を変調するダウンスプレッド方式による周波数変調プロファイルが用いられることとなる。従って、半導体集積回路の動作タイミングを確実に保証することができるとともに消費電力を小さく抑えることができる。また、多数の遅延素子を用いてダウンスプレッド方式による周波数変調プロファイルを実現するクロック変調回路と比較し、小さな回路規模で実現することができる。 The clock output point from the delay line is temporally changed in a predetermined direction in which the frequency of the clock output from the delay line is lower than the frequency of the clock input to the delay line, and In response to the detection of the coincidence of the phases of the input clock and the output clock from the delay line, the clock output point from the delay line is shifted to a point having the same phase in the direction opposite to the predetermined direction. You may control to. By controlling in this way, in order to keep the peak level of the electromagnetic wave noise small, a frequency modulation profile by a down spread method that modulates the frequency to be lower than the frequency of the basic clock is used. Therefore, the operation timing of the semiconductor integrated circuit can be reliably guaranteed and the power consumption can be kept small. Further, it can be realized with a small circuit scale as compared with a clock modulation circuit that uses a large number of delay elements to realize a frequency modulation profile by a down spread method.
10 クロック変調回路
11 入力用バッファ
12 ディレイライン
13 出力用バッファ
14 位相検出回路
15 制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ディレイラインへの入力クロックと該ディレイラインからの出力クロックの位相を検出する位相検出回路と、
前記ディレイラインへのクロックの入力ポイントあるいは該ディレイラインからのクロックの出力ポイントを、該ディレイラインから出力されるクロックの周波数が該ディレイラインに入力されるクロックの周波数よりも低減される所定方向に時間的に変化させるとともに、前記位相検出回路により該ディレイラインへの入力クロックと該ディレイラインからの出力クロックの位相の一致が検出されたことを受けて、該ディレイラインへのクロックの入力ポイントあるいは該ディレイラインからのクロックの出力ポイントを、前記所定方向とは逆の方向の同一位相のポイントに遷移させる制御回路とを備えたことを特徴とするクロック変調回路。 In a clock modulation circuit that modulates the clock frequency by temporally changing the clock input point to the delay line or the clock output point from the delay line,
A phase detection circuit for detecting a phase of an input clock to the delay line and an output clock from the delay line;
The clock input point to the delay line or the clock output point from the delay line is set in a predetermined direction in which the frequency of the clock output from the delay line is lower than the frequency of the clock input to the delay line. In response to the fact that the phase detection circuit detects that the phase of the input clock to the delay line and the output clock from the delay line coincide with each other, the input point of the clock to the delay line or A clock modulation circuit comprising: a control circuit that causes a clock output point from the delay line to transition to a point having the same phase in a direction opposite to the predetermined direction.
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JP2012174142A (en) * | 2011-02-23 | 2012-09-10 | Toshiba Corp | Noise reduction circuit, electronic equipment, and noise reduction method |
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