JP2006229417A - デジタルpll装置 - Google Patents
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Abstract
【目的】 動作クロックを比較的低い周波数にして高い出力クロック位相の時間分解能を実現する。
【構成】 1周期をN分割した時間分解能単位で入力信号の位相を検出し、その検出結果に応じた値を有する入力信号タイミングデータを上記1周期毎に出力する入力信号タイミング検出部2と、周波数制御データに応じて、上記時間分解能単位で変化させた仮想的な出力クロックの位相である仮想出力クロック位相に応じた値を有する出力クロックタイミングデータを上記1周期毎に出力する出力クロック発生部5と、上記入力信号タイミングデータと上記出力クロックタイミングデータとから上記入力信号と上記仮想出力クロック位相との位相差を検出し、その検出結果に応じた値を有する位相差信号を出力する位相差検出部3と、上記位相差信号に応じて上記周波数制御データを変化させる周波数制御部4を備えたデジタルPLL装置。
【選択図】 図1
【構成】 1周期をN分割した時間分解能単位で入力信号の位相を検出し、その検出結果に応じた値を有する入力信号タイミングデータを上記1周期毎に出力する入力信号タイミング検出部2と、周波数制御データに応じて、上記時間分解能単位で変化させた仮想的な出力クロックの位相である仮想出力クロック位相に応じた値を有する出力クロックタイミングデータを上記1周期毎に出力する出力クロック発生部5と、上記入力信号タイミングデータと上記出力クロックタイミングデータとから上記入力信号と上記仮想出力クロック位相との位相差を検出し、その検出結果に応じた値を有する位相差信号を出力する位相差検出部3と、上記位相差信号に応じて上記周波数制御データを変化させる周波数制御部4を備えたデジタルPLL装置。
【選択図】 図1
Description
この発明は、光ディスク装置又は磁気ディスク装置の再生データに同期させて再生クロックを発生するPLL回路、光ディスク装置のウォブル信号に同期させて記録クロックを発生するPLL回路を含むデジタルPLL装置に関する。
光ディスク、磁気ディスクなどの回転記憶媒体からデータを再生する装置では、再生データに同期したクロックを得るための位相同期ループ回路(フェーズ・ロックト・ループ(Phase Locked Loop:PLL)回路)が用いられる。
PLL回路は、電圧制御発振器(Voltage Controlled Oscillator:VCO)を用いたアナログ回路によって実現されることが多いが、アナログVCOは、環境温度や電源電圧の変動によって、その自走周波数が変動しやすく、その結果、PLL回路の引き込み時間が長くなるなどの影響が出やすい。
そこで、完全にデジタル化されたデジタル・フェーズ・ロックト・ループ(Digital PLL:DPLL)回路(例えば、特許文献1参照)が提案されている。
PLL回路は、電圧制御発振器(Voltage Controlled Oscillator:VCO)を用いたアナログ回路によって実現されることが多いが、アナログVCOは、環境温度や電源電圧の変動によって、その自走周波数が変動しやすく、その結果、PLL回路の引き込み時間が長くなるなどの影響が出やすい。
そこで、完全にデジタル化されたデジタル・フェーズ・ロックト・ループ(Digital PLL:DPLL)回路(例えば、特許文献1参照)が提案されている。
そのDPLL回路は、アナログVCOを用いないので、上述した変動はなく、自走周波数は基準として与えられているクロックの周波数精度(すなわち水晶精度)で安定している。
また、全てデジタル回路で構成されているので、集積回路に搭載しやすいという利点があり、装置の小型化とコスト低減を実現できる。
図25は、従来のDPLL回路の構成例を示すブロック図である。
図26は、図25に示すDPLL回路の動作波形図である。
このDPLL回路は、位相比較器700、カウンタ701、インクリメンタ・デクリメンタ702及び分周器703からなる。
また、全てデジタル回路で構成されているので、集積回路に搭載しやすいという利点があり、装置の小型化とコスト低減を実現できる。
図25は、従来のDPLL回路の構成例を示すブロック図である。
図26は、図25に示すDPLL回路の動作波形図である。
このDPLL回路は、位相比較器700、カウンタ701、インクリメンタ・デクリメンタ702及び分周器703からなる。
このDPLL回路においては、DPLL回路の出力クロックFSの位相の時間分解能を高めようとした場合、DPLL回路内部の動作クロックPC2として高い周波数のクロックが必要になる。
例えば、DPLL回路の出力クロック位相の時間分解能を、再生データレートの32倍とする場合、DPLL回路内部の動作クロックとして再生データレートの32倍の周波数が必要になってくる。
特開昭60−245312号公報
例えば、DPLL回路の出力クロック位相の時間分解能を、再生データレートの32倍とする場合、DPLL回路内部の動作クロックとして再生データレートの32倍の周波数が必要になってくる。
しかしながら、近年、CD、DVDドライブの記録と再生の速度が飛躍的に高速化してきており、再生データレートが高い場合、上述した従来のDPLL回路では、内部の動作クロック周波数が非常に高いものとなり、回路の動作周波数限界を超え、動作不能となる場合が生じるという問題があった。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、動作クロックを比較的低い周波数にして高い出力クロック位相の時間分解能を実現することを目的とする。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、動作クロックを比較的低い周波数にして高い出力クロック位相の時間分解能を実現することを目的とする。
この発明は上記の目的を達成するため、次のデジタルPLL装置を提供する。
(1)1周期をN分割した時間分解能単位で入力信号の位相を検出し、その検出結果に応じた値を有する入力信号タイミングデータを上記1周期毎に出力する入力信号タイミング検出手段と、周波数制御データに応じて、上記時間分解能単位で変化させた仮想的な出力クロックの位相である仮想出力クロック位相に応じた値を有する出力クロックタイミングデータを上記1周期毎に出力する出力クロック発生手段と、上記入力信号タイミングデータと上記出力クロックタイミングデータとから上記入力信号と上記仮想出力クロック位相との位相差を検出し、その検出結果に応じた値を有する位相差信号を出力する位相差検出手段と、上記位相差信号に応じて上記周波数制御データを変化させる周波数制御手段を備えたデジタルPLL装置。
(1)1周期をN分割した時間分解能単位で入力信号の位相を検出し、その検出結果に応じた値を有する入力信号タイミングデータを上記1周期毎に出力する入力信号タイミング検出手段と、周波数制御データに応じて、上記時間分解能単位で変化させた仮想的な出力クロックの位相である仮想出力クロック位相に応じた値を有する出力クロックタイミングデータを上記1周期毎に出力する出力クロック発生手段と、上記入力信号タイミングデータと上記出力クロックタイミングデータとから上記入力信号と上記仮想出力クロック位相との位相差を検出し、その検出結果に応じた値を有する位相差信号を出力する位相差検出手段と、上記位相差信号に応じて上記周波数制御データを変化させる周波数制御手段を備えたデジタルPLL装置。
(2)上記(1)のデジタルPLL装置において、上記入力信号タイミング検出手段は、上記1周期に上記時間分解能単位ずつ位相の異なる多相クロック信号の位相と上記入力信号の位相とを検出し、その検出結果に応じた値を有する入力信号タイミングデータを上記1周期毎に出力する手段であるデジタルPLL装置。
(3)上記(1)のデジタルPLL装置において、上記出力クロック発生手段は、上記1周期のクロックで動作し、上記仮想出力クロック位相に応じたステートを有するステートマシンであり、上記周波数制御データと現ステートとの関係に基づいて次ステートを決定し、その次ステートに応じた値を上記出力クロックタイミングデータとして出力する手段であるデジタルPLL装置。
(3)上記(1)のデジタルPLL装置において、上記出力クロック発生手段は、上記1周期のクロックで動作し、上記仮想出力クロック位相に応じたステートを有するステートマシンであり、上記周波数制御データと現ステートとの関係に基づいて次ステートを決定し、その次ステートに応じた値を上記出力クロックタイミングデータとして出力する手段であるデジタルPLL装置。
(4)上記(1)のデジタルPLL装置において、上記出力クロック発生手段は、上記1周期のクロックで動作し、上記仮想出力クロック位相に応じたステートを有するステートマシンであり、1つ又は複数の過去のステートを記憶する手段を有し、上記周波数制御データと現ステート及び上記記憶された1つ又は複数の過去のステートとの関係に基づいて次ステートを決定し、その次ステートに応じた値を上記出力クロックタイミングデータとして出力する手段であるデジタルPLL装置。
(5)上記(1)のデジタルPLL装置において、上記出力クロック発生手段は、上記周波数制御データに、1からN(Nは正の整数)までの値をそれぞれ乗算するN個の乗算手段と、上記1周期のクロック毎に入力されたデータを記憶する記憶手段と、上記N個の乗算手段の出力にそれぞれ上記記憶手段に記憶されたデータを加算するN個の加算手段と、上記N個の加算手段のうち1つの加算手段の出力を上記記憶手段の入力データとし、上記N個の加算手段の出力に応じた値を上記出力クロックタイミングデータとして出力する手段であるデジタルPLL装置。
(5)上記(1)のデジタルPLL装置において、上記出力クロック発生手段は、上記周波数制御データに、1からN(Nは正の整数)までの値をそれぞれ乗算するN個の乗算手段と、上記1周期のクロック毎に入力されたデータを記憶する記憶手段と、上記N個の乗算手段の出力にそれぞれ上記記憶手段に記憶されたデータを加算するN個の加算手段と、上記N個の加算手段のうち1つの加算手段の出力を上記記憶手段の入力データとし、上記N個の加算手段の出力に応じた値を上記出力クロックタイミングデータとして出力する手段であるデジタルPLL装置。
(6)上記(5)のデジタルPLL装置において、上記位相差検出手段は、上記入力信号タイミング検出手段が出力する入力信号タイミングデータに応じて、上記出力クロック発生手段が出力する上記N個の加算手段の出力からなる出力クロックタイミングデータから、ひとつの加算手段の出力を選択し、その選択された出力値から位相差を検出し、その検出結果に応じた値を有する位相差信号を出力する手段であるデジタルPLL装置。
この発明によるデジタルPLL装置は、動作クロックを比較的低い周波数にして高い出力クロック位相の時間分解能を実現することができる。
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔実施例1〕
図1は、この発明の実施例1のデジタル・フェーズ・ロックト・ループ回路(「DPLL回路」と略称する)の構成例を示すブロック図である。
図2は、図1に示すDPLL回路の動作波形図である。
図1に示すように、クロック源1からは、その周期がT1である動作クロック信号Clk1を、入力信号タイミング検出部2、出力クロック発生部5の各部に供給する。
入力信号タイミング検出部2は、このDPLL回路への入力信号S1の位相を、動作クロック信号Clk1の周期T1をN分割した時間分解能T2(T2=T1/N)単位で検出し、動作クロック信号Clk1の1周期毎に出力する。
〔実施例1〕
図1は、この発明の実施例1のデジタル・フェーズ・ロックト・ループ回路(「DPLL回路」と略称する)の構成例を示すブロック図である。
図2は、図1に示すDPLL回路の動作波形図である。
図1に示すように、クロック源1からは、その周期がT1である動作クロック信号Clk1を、入力信号タイミング検出部2、出力クロック発生部5の各部に供給する。
入力信号タイミング検出部2は、このDPLL回路への入力信号S1の位相を、動作クロック信号Clk1の周期T1をN分割した時間分解能T2(T2=T1/N)単位で検出し、動作クロック信号Clk1の1周期毎に出力する。
図2に示す動作波形図では、N=4とし、T2=T1/4の場合を示している。
Nが大きいほど入力信号タイミング検出部2の検出分解能は高まるが、ここでは動作を理解しやすくするためにN=4としている。
図2の(a)に示すように、動作説明のため、動作クロック信号Clk1の1周期毎に、クロック周期番号を0,1,2,…,7としている。
また、図2の(c)に示すように、動作クロック信号Clk1の1周期をT2単位でN分割(ここでは4分割)した位相のタイミングを、N分割位相番号として4,3,2,1としている。
ここでは、N分割位相番号は、数字が大きい方が、時間的に早い時間に相当する。
Nが大きいほど入力信号タイミング検出部2の検出分解能は高まるが、ここでは動作を理解しやすくするためにN=4としている。
図2の(a)に示すように、動作説明のため、動作クロック信号Clk1の1周期毎に、クロック周期番号を0,1,2,…,7としている。
また、図2の(c)に示すように、動作クロック信号Clk1の1周期をT2単位でN分割(ここでは4分割)した位相のタイミングを、N分割位相番号として4,3,2,1としている。
ここでは、N分割位相番号は、数字が大きい方が、時間的に早い時間に相当する。
入力信号S1は、クロック周期番号“0”の、N分割位相番号3のタイミングで、ロー(L)からハイ(H)に変化している。
入力信号タイミング検出部2は、そのような入力信号S1の変化エッジを検出すると、検出時点のN分割位相番号を、入力信号タイミングデータS2として、その次の動作クロック信号Clk1の周期中に出力する。
図2には、(a)のクロック周期番号“1”で、(e)の入力信号タイミングデータS2として“3”を出力している場合を示している。
動作クロック信号Clk1の1周期中に、入力信号S1の変化エッジがない場合、入力信号タイミング検出部2は、その次の動作クロック信号Clk1の周期中に出力する入力信号タイミングデータS2を“0”とする。
入力信号タイミング検出部2は、そのような入力信号S1の変化エッジを検出すると、検出時点のN分割位相番号を、入力信号タイミングデータS2として、その次の動作クロック信号Clk1の周期中に出力する。
図2には、(a)のクロック周期番号“1”で、(e)の入力信号タイミングデータS2として“3”を出力している場合を示している。
動作クロック信号Clk1の1周期中に、入力信号S1の変化エッジがない場合、入力信号タイミング検出部2は、その次の動作クロック信号Clk1の周期中に出力する入力信号タイミングデータS2を“0”とする。
図2の(a)のクロック周期番号“1”“2”では、入力信号S1の変化エッジがないため、(a)のクロック周期番号“2”“3”における入力信号タイミングデータS2は、(e)に示すように“0”となる。
図3は、図1に示す入力信号タイミング検出部2の内部構成例を示す図である。
図4は、図3に示す入力信号タイミング検出部2の動作波形図である。
ゲート回路251は、動作クロック信号Clk1の立ち上がりエッジを検出し、図4の(d)に示すようなパルス信号S251を出力する。
電流源252は一定電流をコンデンサ253に充電し続ける。
スイッチ254はパルス信号S251の発生の度に、コンデンサ253に充電された電荷を放電する。
図3は、図1に示す入力信号タイミング検出部2の内部構成例を示す図である。
図4は、図3に示す入力信号タイミング検出部2の動作波形図である。
ゲート回路251は、動作クロック信号Clk1の立ち上がりエッジを検出し、図4の(d)に示すようなパルス信号S251を出力する。
電流源252は一定電流をコンデンサ253に充電し続ける。
スイッチ254はパルス信号S251の発生の度に、コンデンサ253に充電された電荷を放電する。
その結果、コンデンサ253の充電電位をバッファ255を通して検出した信号は、図4に示すように、(a)の動作クロック信号Clk1と同じ周期の信号で、(f)に示すように、のこぎり形状の波形信号(以下「のこぎり波信号」という)となる。バッファ255からは、(f)に示すようなのこぎり波信号S253が出力される。
ゲート回路256は、図4の(c)に示す入力信号S1の立ち上がり、立ち下がり両エッジを検出して、図4の(e)に示すようなパルス信号S252を出力する。
パルス信号S252の発生時、スイッチ257がオン(ON)となり、のこぎり波信号S253の電位がコンデンサ258に充電される。
その充電された電位は、パルス信号S251でオン(ON)するスイッチ259によって電荷が放電されるまで保持される。
ゲート回路256は、図4の(c)に示す入力信号S1の立ち上がり、立ち下がり両エッジを検出して、図4の(e)に示すようなパルス信号S252を出力する。
パルス信号S252の発生時、スイッチ257がオン(ON)となり、のこぎり波信号S253の電位がコンデンサ258に充電される。
その充電された電位は、パルス信号S251でオン(ON)するスイッチ259によって電荷が放電されるまで保持される。
その結果、コンデンサ258の充電電位をバッファ260を通して検出した信号は、図4の(g)に示すように、入力信号S1の発生位相に応じた電圧信号S254となる。
その電圧信号S254をADコンバータ(図中「ADC」と略して記載する)261でアナログからデジタルにAD変換することにより、図4の(h)に示すように、入力信号S1の位相に応じた値を有する入力信号タイミングデータS2を得ることができる。
図1の出力クロック発生部5は、周波数制御データS4に応じて、仮想的な出力クロックのエッジ位相を時間分解能T2で変化させるが、実際にはこの仮想出力クロックは出力されず、代わりに、仮想出力クロックのエッジ位相に応じた値を有する出力クロックタイミングデータS5を、動作クロック信号Clk1の1周期毎に出力する。
その電圧信号S254をADコンバータ(図中「ADC」と略して記載する)261でアナログからデジタルにAD変換することにより、図4の(h)に示すように、入力信号S1の位相に応じた値を有する入力信号タイミングデータS2を得ることができる。
図1の出力クロック発生部5は、周波数制御データS4に応じて、仮想的な出力クロックのエッジ位相を時間分解能T2で変化させるが、実際にはこの仮想出力クロックは出力されず、代わりに、仮想出力クロックのエッジ位相に応じた値を有する出力クロックタイミングデータS5を、動作クロック信号Clk1の1周期毎に出力する。
図2に示す動作波形では、(a)のクロック周期番号“0”において、出力クロック発生部5は、仮想出力クロックのエッジ位相を、N分割位相番号“2”の位置としている。
実際の出力としては、(i)に示す出力クロックタイミングデータS5として“2”を出力する。
同様に、(a)のクロック周期番号“1”“2”“3”において、出力クロック発生部5は、仮想出力クロックの位相を、それぞれN分割位相番号“2”“3”“3”の位置とし、実際の出力としては、(i)の出力クロックタイミングデータS5として、それぞれ“2”“3”“3”を出力する。
クロック周期番号“6”においては、動作クロック信号Clk1の1周期中に仮想出力クロックのエッジが発生していない。
実際の出力としては、(i)に示す出力クロックタイミングデータS5として“2”を出力する。
同様に、(a)のクロック周期番号“1”“2”“3”において、出力クロック発生部5は、仮想出力クロックの位相を、それぞれN分割位相番号“2”“3”“3”の位置とし、実際の出力としては、(i)の出力クロックタイミングデータS5として、それぞれ“2”“3”“3”を出力する。
クロック周期番号“6”においては、動作クロック信号Clk1の1周期中に仮想出力クロックのエッジが発生していない。
この場合、出力クロック発生部5は、出力クロックタイミングデータS5として“0”を出力する。
位相差検出部3は、入力信号タイミングデータS2と、出力クロックタイミングデータS5とから、入力信号と、仮想出力クロックとの位相差を検出し、検出結果に応じた値を有する位相差信号S3を動作クロック信号Clk1の1周期毎に出力する。
図2の(a)のクロック周期番号“0”における、(d)の入力信号S1の位相は、(c)のN分割位相番号で“3”であり、一方、(h)の仮想出力クロック位相は、“2”である。
よって、入力信号S1の位相のほうが、仮想出力クロックの位相よりも、N分割位相番号で1つ分進んだ状態にある。
位相差検出部3は、入力信号タイミングデータS2と、出力クロックタイミングデータS5とから、入力信号と、仮想出力クロックとの位相差を検出し、検出結果に応じた値を有する位相差信号S3を動作クロック信号Clk1の1周期毎に出力する。
図2の(a)のクロック周期番号“0”における、(d)の入力信号S1の位相は、(c)のN分割位相番号で“3”であり、一方、(h)の仮想出力クロック位相は、“2”である。
よって、入力信号S1の位相のほうが、仮想出力クロックの位相よりも、N分割位相番号で1つ分進んだ状態にある。
位相差検出部3は、図2の(a)のクロック周期番号“1”における入力信号タイミングデータS2と、クロック周期番号“0”における出力クロックタイミングデータS5とから、この位相差を検出し、クロック周期番号“2”の周期で、図2の(f)に示すように、位相差信号S3を“1”として出力する。
動作クロック信号Clk1の1周期中に、入力信号S1の変化エッジがない場合、または、仮想出力クロックのエッジがない場合、位相差信号S3は“0”となる。
周波数制御部4は、位相差信号S3に応じて、周波数制御データS4を変化させる。
その結果、フィードバックループが形成され、仮想出力クロックの位相は、入力信号S1に同期することができる。
動作クロック信号Clk1の1周期中に、入力信号S1の変化エッジがない場合、または、仮想出力クロックのエッジがない場合、位相差信号S3は“0”となる。
周波数制御部4は、位相差信号S3に応じて、周波数制御データS4を変化させる。
その結果、フィードバックループが形成され、仮想出力クロックの位相は、入力信号S1に同期することができる。
周波数制御部4は、一般にPLLの技術として知られているように、位相差信号S3に所定のゲインを乗算したり、あるいは低周波領域のゲインを持ち上げるなどの処理を行って、周波数制御データS4を発生させる。
このように、図1に示すDPLL回路は、比較的周波数が低い周期T1の動作クロック信号Clk1を使用しながら、仮想的な出力クロック位相の時間分解能をそのN倍相当に高めることができる。
このように、図1に示すDPLL回路は、比較的周波数が低い周期T1の動作クロック信号Clk1を使用しながら、仮想的な出力クロック位相の時間分解能をそのN倍相当に高めることができる。
このようにして、入力信号タイミング検出部2は、入力信号S1の位相を、周期T1をN分割した時間分解能T2(T2=T1/N)単位で検出し、その検出結果に応じた値を有する入力信号タイミングデータS2を周期T1毎に出力し、出力クロック発生部5は、周波数制御データに応じて、仮想的な出力クロックの位相を時間分解能T2単位で変化させ、実際の出力として、仮想出力クロック位相に応じた値を有する出力クロックタイミングデータS5を周期T1毎に出力するので、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い出力クロック位相の時間分解能を有することができる。
したがって、動作クロックを比較的低い周波数にして高い出力クロック位相の時間分解能を実現することができる。
したがって、動作クロックを比較的低い周波数にして高い出力クロック位相の時間分解能を実現することができる。
〔実施例2〕
図5は、この発明の実施例2のDPLL回路の構成例を示すブロック図である。
図6は、図5に示すDPLL回路で用いられる多相クロック源6の構成例を示すブロック図であり、図7は、図5に示すDPLL回路で用いられる入力信号タイミング検出部2′の構成例を示すブロック図であり、図8は、図5乃至図7に示す各部における動作波形図である。
図5に示す位相差検出部3、周波数制御部4、出力クロック発生部5の動作は図1に示すものと同じであり、その説明を省略する。
図6に示すように、多相クロック源6は、複数段(ここでは4段の例を示している)接続された差動バッファ101〜104と、それぞれの出力バッファ105〜108とからなる。
図5は、この発明の実施例2のDPLL回路の構成例を示すブロック図である。
図6は、図5に示すDPLL回路で用いられる多相クロック源6の構成例を示すブロック図であり、図7は、図5に示すDPLL回路で用いられる入力信号タイミング検出部2′の構成例を示すブロック図であり、図8は、図5乃至図7に示す各部における動作波形図である。
図5に示す位相差検出部3、周波数制御部4、出力クロック発生部5の動作は図1に示すものと同じであり、その説明を省略する。
図6に示すように、多相クロック源6は、複数段(ここでは4段の例を示している)接続された差動バッファ101〜104と、それぞれの出力バッファ105〜108とからなる。
各差動バッファ101〜104は、最終段の差動バッファ104の出力信号が反転されるように初段の差動バッファ101にフィードバックされており、いわゆるリングオシレータを構成している。
各差動バッファ101〜104の出力はそれぞれの出力バッファ105〜108を介して4相の動作クロック信号Clk1〜Clk4として出力される。
4相の動作クロック信号Clk1〜Clk4は、いずれも同じ周波数を有し、互いに所定の位相差を有している。図8の(b)〜(e)にその関係を示している。
この実施例2では、差動バッファは4段としてあるが、必要な時間分解能に応じて、N(Nは正の整数)に相当する段数だけの個数の差動バッファを接続すればよい。
各差動バッファ101〜104の出力はそれぞれの出力バッファ105〜108を介して4相の動作クロック信号Clk1〜Clk4として出力される。
4相の動作クロック信号Clk1〜Clk4は、いずれも同じ周波数を有し、互いに所定の位相差を有している。図8の(b)〜(e)にその関係を示している。
この実施例2では、差動バッファは4段としてあるが、必要な時間分解能に応じて、N(Nは正の整数)に相当する段数だけの個数の差動バッファを接続すればよい。
また、この実施例2では図示を省力しているが、差動バッファの動作電圧等を変化させることにより、差動バッファの遅延量が変化し、時間分解能T2を変化させることができる。
よって、時間分解能T2も必要な値に調整することが可能である。
図7に示す入力信号タイミング検出部2′の4つのDFF201〜204には、それぞれD入力としてD端子に共通に入力信号S1の入力ラインが接続されており、クロック信号(CK)入力としてCK端子に4相の異なる位相の動作クロック信号Clk1〜Clk4の入力ラインがそれぞれ接続されている。
よって、時間分解能T2も必要な値に調整することが可能である。
図7に示す入力信号タイミング検出部2′の4つのDFF201〜204には、それぞれD入力としてD端子に共通に入力信号S1の入力ラインが接続されており、クロック信号(CK)入力としてCK端子に4相の異なる位相の動作クロック信号Clk1〜Clk4の入力ラインがそれぞれ接続されている。
また、第1組み合わせロジック208は、各入力端子i1〜i4から4つのDFF201〜204の出力信号を入力し、それらの出力信号を2本の信号に変換し、出力端子o1を介してDFF205へ、出力端子o2を介してDFF206へ出力し、それぞれの出力信号はDFF205とDFF206を介して第2組み合わせロジック209に入力される。
さらに、DFF204とDFF207の出力信号も第2組み合わせロジック209に入力される。
第2組み合わせロジック209は、入力端子i1とi2からそれぞれDFF205と206の出力信号を入力し、入力端子i3からDFF204からの出力信号を入力し、入力端子i4からDFF207からの出力信号を入力し、それらの4つの入力信号を2本の出力信号に変換し、入力信号タイミングデータS2として出力する。
さらに、DFF204とDFF207の出力信号も第2組み合わせロジック209に入力される。
第2組み合わせロジック209は、入力端子i1とi2からそれぞれDFF205と206の出力信号を入力し、入力端子i3からDFF204からの出力信号を入力し、入力端子i4からDFF207からの出力信号を入力し、それらの4つの入力信号を2本の出力信号に変換し、入力信号タイミングデータS2として出力する。
図7に示す入力信号タイミング検出部2′で、入力信号S1と、4相の動作クロック信号Clk1〜Clk4との位相関係により、動作クロック信号Clk1の立ち上がりエッジタイミングにおける4つのDFF201〜204の出力パターンの組み合わせが異なってくる。
第1組み合わせロジック208と第2組み合わせロジック209は、その組み合わせパターンから、入力信号S1の変化エッジにおけるN分割位相番号を認識している。図8の(f)〜(f)にその動作波形を示す。
また、表1に組み合わせロジック1の真理値表を、表2に組み合わせロジック2の真理値表をそれぞれ示す。
第1組み合わせロジック208と第2組み合わせロジック209は、その組み合わせパターンから、入力信号S1の変化エッジにおけるN分割位相番号を認識している。図8の(f)〜(f)にその動作波形を示す。
また、表1に組み合わせロジック1の真理値表を、表2に組み合わせロジック2の真理値表をそれぞれ示す。
このように、図6に示す多相クロック源6、図7に示す入力信号タイミング検出部2′を含む、図5に示すDPLL回路は、図6に示す多相クロック源6で使用する差動バッファの段数や差動バッファの動作電圧等により、必要な時間分解能Nや時間分解能T2を調節することが可能であり、比較的周波数が低い周期T1の動作クロック信号Clk1を使用しながら、入力信号の位相の検出時間分解能をそのN倍相当に高めることができる。
また、図7に示す入力信号タイミング検出部2′は、全デジタル回路で構成されているため、集積回路に搭載しやすく、装置の小型化とコスト低減を容易に実現できる。
また、図7に示す入力信号タイミング検出部2′は、全デジタル回路で構成されているため、集積回路に搭載しやすく、装置の小型化とコスト低減を容易に実現できる。
このようにして、入力信号タイミング検出部2′は、周期がT1で、時間分解能T2ずつ位相の異なる多相クロック信号(Clk1,2,…,N)を使用し、その多相クロック信号の位相と入力信号S1の位相とから入力信号タイミングデータS2を出力するので、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い入力信号の位相の検出時間分解能を有し、かつ、集積回路に搭載し易くすることができる。
したがって、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い入力信号の位相の検出時間分解能を有し、かつ、集積回路に搭載し易い入力信号タイミング検出部を含むDPLL回路を提供することができる。
したがって、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い入力信号の位相の検出時間分解能を有し、かつ、集積回路に搭載し易い入力信号タイミング検出部を含むDPLL回路を提供することができる。
〔実施例3〕
図9は、この発明の実施例3のDPLL回路で用いられる出力クロック発生部5の構成例を示すブロック図である。
図10は、図9に示す出力クロック発生部5の動作中のデータ変化を示す図である。
この実施例3のDPLL回路では、N=8とし、時間分解能T2は動作クロック信号Clk1の周期T1を8で割った時間となる。
図9に示すように、出力クロック発生部5は、テーブル501とDFF502から構成される。
テーブル501は、周波数制御データS4を入力端子Vcolnに入力し、DFF502からの現在のステートStを入力端子Stに入力し、それらの入力信号に基づいて出力端子StNに次のステートStNを出力する。
図9は、この発明の実施例3のDPLL回路で用いられる出力クロック発生部5の構成例を示すブロック図である。
図10は、図9に示す出力クロック発生部5の動作中のデータ変化を示す図である。
この実施例3のDPLL回路では、N=8とし、時間分解能T2は動作クロック信号Clk1の周期T1を8で割った時間となる。
図9に示すように、出力クロック発生部5は、テーブル501とDFF502から構成される。
テーブル501は、周波数制御データS4を入力端子Vcolnに入力し、DFF502からの現在のステートStを入力端子Stに入力し、それらの入力信号に基づいて出力端子StNに次のステートStNを出力する。
DFF502は、動作クロック信号Clk1の立ち上がりエッジで、テーブル501から出力される次のステートStNをラッチし、次の動作クロック信号Clk1の立ち上がりエッジまで保持する。
DFF502が保持するデータが現在のステートであり、そのデータがそのまま出力クロックタイミングデータS5としてDFF502から出力される。
表3は、テーブル501の真理値表である。
この実施例3では、周波数制御データS4の値は−1,0,+1の3値のいずれかとする。
表3は現在のステートStと周波数制御データS4との関係に応じて次のステートStNがどのような値になるかを示している。
DFF502が保持するデータが現在のステートであり、そのデータがそのまま出力クロックタイミングデータS5としてDFF502から出力される。
表3は、テーブル501の真理値表である。
この実施例3では、周波数制御データS4の値は−1,0,+1の3値のいずれかとする。
表3は現在のステートStと周波数制御データS4との関係に応じて次のステートStNがどのような値になるかを示している。
例えば、表3において、現在のステートStが“2”であり、周波数制御データS4が“0”(表3の3列目)の場合、次のステートStNは“2”となる。
表4は、現在のステートSt、つまり出力クロックタイミングデータS5と、仮想出力クロック位相との関係を示している。
表4において、例えば、現在のステートSt=8の行の“|−−−−−−−”という記号は、動作クロック信号Clk1の1周期を時間分解能T2単位でN分割(8分割)したときの、N分割位相番号(8,7,6,5,4,3,2,1)のうち、“8”の位置に仮想クロックのエッジが存在することを示す。
また、現在のステートSt=9の行の“|−−−−−−|”は、N分割位相番号“8”と“1”の2箇所の位置に仮想クロックのエッジが存在することを示す。
表4は、現在のステートSt、つまり出力クロックタイミングデータS5と、仮想出力クロック位相との関係を示している。
表4において、例えば、現在のステートSt=8の行の“|−−−−−−−”という記号は、動作クロック信号Clk1の1周期を時間分解能T2単位でN分割(8分割)したときの、N分割位相番号(8,7,6,5,4,3,2,1)のうち、“8”の位置に仮想クロックのエッジが存在することを示す。
また、現在のステートSt=9の行の“|−−−−−−|”は、N分割位相番号“8”と“1”の2箇所の位置に仮想クロックのエッジが存在することを示す。
さらに、現在のステートSt=0の行の“−−−−−−−−”は、そのクロック周期においては、仮想クロックのエッジが存在しないことを示す。
図10は、図9に示す出力クロック発生部5において動作クロック信号Clk1の周期で33クロック分(クロック周期番号0〜32)の動作中のデータ変化を示す図である。
なお、同図において1行では記載しきれないので(a)〜(e)の5つに分けて記載している。
33クロックのうち、クロック周期番号0〜12では、周波数制御データS4の値は−1である。また、ステートStは、表3に示す真理値表にしたがって、0,8,7,6,5,4,3,2,1,0,8,…と変化していく。
図10は、図9に示す出力クロック発生部5において動作クロック信号Clk1の周期で33クロック分(クロック周期番号0〜32)の動作中のデータ変化を示す図である。
なお、同図において1行では記載しきれないので(a)〜(e)の5つに分けて記載している。
33クロックのうち、クロック周期番号0〜12では、周波数制御データS4の値は−1である。また、ステートStは、表3に示す真理値表にしたがって、0,8,7,6,5,4,3,2,1,0,8,…と変化していく。
この値はそのまま仮想出力クロック位相を示しており、周波数制御データS4の値が−1の期間、仮想出力クロックの位相は、動作クロック信号Clk1の1周期あたりN分割位相番号で1つずつ後ろにずれていく。
すなわち、仮想出力クロックの周期は9xT2相当である。
また、クロック周期番号13〜20では、周波数制御データS4の値は0である。その間、ステートStは5のままである。
したがって、仮想出力クロックエッジ位相はN分割位相番号“5”の位置のままであり、仮想出力クロック周期は8xT2である。
クロック周期番号21〜32では、周波数制御データS4の値は+1である。また、ステートStは、5,6,7,9,2,3,4,5,6,7,9,…と変化していく。
すなわち、仮想出力クロックの周期は9xT2相当である。
また、クロック周期番号13〜20では、周波数制御データS4の値は0である。その間、ステートStは5のままである。
したがって、仮想出力クロックエッジ位相はN分割位相番号“5”の位置のままであり、仮想出力クロック周期は8xT2である。
クロック周期番号21〜32では、周波数制御データS4の値は+1である。また、ステートStは、5,6,7,9,2,3,4,5,6,7,9,…と変化していく。
ステートSt=9では、2つの仮想出力クロックエッジが存在する。
周波数制御データS4の値が+1の期間、仮想出力クロックの位相は、動作クロック信号Clk1の1周期あたりN分割位相番号で1つずつ前にずれていく。
すなわち、仮想出力クロックの周期は7xT2相当である。
以上説明したように、図9に示す出力クロック発生部5は、周波数制御データS4の値に応じて、動作クロック信号Clk1の周期T1のN倍の時間軸分解能であるT2の単位で、仮想出力クロックの周期を変化させることができる。
すなわち、実施例3のDPLL回路に含まれる図9に示す出力クロック発生部5は、比較的周波数が低い周期T1の動作クロック信号Clk1を使用しながら、仮想的な出力クロック位相の時間分解能をそのN倍相当に高めることができる。
周波数制御データS4の値が+1の期間、仮想出力クロックの位相は、動作クロック信号Clk1の1周期あたりN分割位相番号で1つずつ前にずれていく。
すなわち、仮想出力クロックの周期は7xT2相当である。
以上説明したように、図9に示す出力クロック発生部5は、周波数制御データS4の値に応じて、動作クロック信号Clk1の周期T1のN倍の時間軸分解能であるT2の単位で、仮想出力クロックの周期を変化させることができる。
すなわち、実施例3のDPLL回路に含まれる図9に示す出力クロック発生部5は、比較的周波数が低い周期T1の動作クロック信号Clk1を使用しながら、仮想的な出力クロック位相の時間分解能をそのN倍相当に高めることができる。
このようにして、出力クロック発生部5は、周期T1のクロックで動作し、仮想出力クロック位相に応じたステート(S5/St)を有するステートマシンであり、周波数制御データS4と現ステートStとの関係から次ステートStNを決定し、その決定したステートに応じた値を出力クロックタイミングデータS5として出力するので、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い出力クロック位相の時間分解能を実現できる。
したがって、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い出力クロック位相の時間分解能を有する出力クロック発生部を含むDPLL回路を実現できる。
したがって、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い出力クロック位相の時間分解能を有する出力クロック発生部を含むDPLL回路を実現できる。
〔実施例4〕
図11は、この発明の実施例4のDPLL回路で用いられる出力クロック発生部5の構成例を示すブロック図である。
図12乃至図16は、図11に示す出力クロック発生部5の動作中のデータ変化を示す図である。
この実施例4のDPLL回路では、N=12とし、時間分解能T2は動作クロック信号Clk1の周期T1を12で割った時間となる。
図11に示すように、出力クロック発生部5は、テーブル511と4つのDFF512〜515から構成される。
図11は、この発明の実施例4のDPLL回路で用いられる出力クロック発生部5の構成例を示すブロック図である。
図12乃至図16は、図11に示す出力クロック発生部5の動作中のデータ変化を示す図である。
この実施例4のDPLL回路では、N=12とし、時間分解能T2は動作クロック信号Clk1の周期T1を12で割った時間となる。
図11に示すように、出力クロック発生部5は、テーブル511と4つのDFF512〜515から構成される。
テーブル511は、周波数制御データS4を入力端子Vcolnに入力し、DFF512からの現在のステートSt0を入力端子St0に入力し、DFF513からの現在のステートSt1を入力端子St1に入力し、DFF514からの現在のステートSt2を入力端子St2に入力し、DFF515からの現在のステートSt3を入力端子St3に入力する。
そして、4つのDFF512〜515の入力信号に基づいて次のステートStNを出力端子StNから出力する。
DFF512は、動作クロック信号Clk1の立ち上がりエッジで、テーブル511から出力される次のステートStNをラッチし、次の動作クロック信号Clk1の立ち上がりエッジまで保持する。
そして、4つのDFF512〜515の入力信号に基づいて次のステートStNを出力端子StNから出力する。
DFF512は、動作クロック信号Clk1の立ち上がりエッジで、テーブル511から出力される次のステートStNをラッチし、次の動作クロック信号Clk1の立ち上がりエッジまで保持する。
DFF512が保持するデータが現在のステートであり、そのデータがそのまま出力クロックタイミングデータS5としてDFF512から出力される。
4つのDFF512〜515はシフトレジスタ状に接続されており、DFF512が保持するデータが現在のステートなので、以降のDFF513〜515は過去3クロック分のステートを保持することになる。
すなわち、テーブル511は、周波数制御データS4、現在のステートSt0及び過去3クロック分のステートSt1,St2,St3から、次のステートStNを出力することになる。
表5は、テーブル511の真理値表である。
4つのDFF512〜515はシフトレジスタ状に接続されており、DFF512が保持するデータが現在のステートなので、以降のDFF513〜515は過去3クロック分のステートを保持することになる。
すなわち、テーブル511は、周波数制御データS4、現在のステートSt0及び過去3クロック分のステートSt1,St2,St3から、次のステートStNを出力することになる。
表5は、テーブル511の真理値表である。
この実施例4では、周波数制御データS4の値は0から36の範囲の値とする。
表5〜表9は、周波数データS4と現在のステートSt及び過去のステートSt1,St2,St3との関係に応じて次のステートStNがどのような値になるかを示している。
なお、実際の真理値表は、量が非常に大きいため、表5〜表9には、周波数制御データS4が0,1,2,35,36の場合のみを示しており、途中の3,4,…,34の場合の値は省略する。
表5〜表9に示す範囲での表の規則性からわかるとおり、周波数制御データS4が1増えるたびに、ステートStNの内容は表の上で1行分ずつ上にずれていく。なお、3,4,…,34の場合でも、同様の規則性を有する。
表5〜表9は、周波数データS4と現在のステートSt及び過去のステートSt1,St2,St3との関係に応じて次のステートStNがどのような値になるかを示している。
なお、実際の真理値表は、量が非常に大きいため、表5〜表9には、周波数制御データS4が0,1,2,35,36の場合のみを示しており、途中の3,4,…,34の場合の値は省略する。
表5〜表9に示す範囲での表の規則性からわかるとおり、周波数制御データS4が1増えるたびに、ステートStNの内容は表の上で1行分ずつ上にずれていく。なお、3,4,…,34の場合でも、同様の規則性を有する。
表10は、現在のステートSt0、つまり出力クロックタイミングデータS5と仮想出力クロック位相との関係を示している。
表10において、例えば、現在のステートSt0=12の行の“|−−−−−−−−−−−”という記号は、動作クロック信号Clk1の1周期を時間分解能T2単位でN分割(12分割)したときの、N分割位相番号(12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1)のうち、“12”の位置に仮想クロックのエッジが存在することを示している。
また、現在のステートSt0=0の行の“−−−−−−−−−−−−”は、そのクロック周期においては仮想クロックのエッジが存在しないことを示している。
表10において、例えば、現在のステートSt0=12の行の“|−−−−−−−−−−−”という記号は、動作クロック信号Clk1の1周期を時間分解能T2単位でN分割(12分割)したときの、N分割位相番号(12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1)のうち、“12”の位置に仮想クロックのエッジが存在することを示している。
また、現在のステートSt0=0の行の“−−−−−−−−−−−−”は、そのクロック周期においては仮想クロックのエッジが存在しないことを示している。
図12乃至図14は、図11に示す出力クロック発生部5において周波数制御データS4がそれぞれ“23”“24”“25”の場合の動作中におけるデータ変化を示す図である。
なお、同図において1行では記載しきれないので(a)〜(e)の5つに分けて記載している。
図12に示すように周波数制御データS4=23において、ステートSt0は、表5に示す真理値表にしたがって、0,12,0,11,0,10,0,9,0,8,0,7,…と変化していく。
なお、同図において1行では記載しきれないので(a)〜(e)の5つに分けて記載している。
図12に示すように周波数制御データS4=23において、ステートSt0は、表5に示す真理値表にしたがって、0,12,0,11,0,10,0,9,0,8,0,7,…と変化していく。
その値はそのまま仮想出力クロック位相を示しており、周波数制御データS4が23の場合、仮想出力クロックは、ほぼ動作クロック信号Clk1の2周期に1回発生しているが、その位相は、動作クロック信号Clk1の1周期あたり、N分割位相番号で1つずつ後ろにずれていく。
すなわち、仮想出力クロックの周期は25xT2相当である。
図13に示すように周波数制御データS4=24において、ステートSt0は、表5に示す真理値表にしたがって、0,12,0,12,0,12,…と変化していく。
その値はそのまま仮想出力クロック位相を示しており、周波数制御データS4が24の場合、仮想出力クロックは、動作クロック信号Clk1の2周期に1回発生し、その位相は、常に同じN分割位相番号の位置となる。
すなわち、仮想出力クロックの周期は25xT2相当である。
図13に示すように周波数制御データS4=24において、ステートSt0は、表5に示す真理値表にしたがって、0,12,0,12,0,12,…と変化していく。
その値はそのまま仮想出力クロック位相を示しており、周波数制御データS4が24の場合、仮想出力クロックは、動作クロック信号Clk1の2周期に1回発生し、その位相は、常に同じN分割位相番号の位置となる。
すなわち、仮想出力クロックの周期は24xT2相当である。
図14に示すように周波数制御データS4=25において、ステートSt0は、表5に示す真理値表にしたがって、0,12,1,0,2,0,3,0,4,0,5,0,…と変化していく。
その値はそのまま仮想出力クロック位相を示しており、周波数制御データS4が25の場合、仮想出力クロックは、ほぼ動作クロック信号Clk1の2周期に1回発生しているが、その位相は、動作クロック信号Clk1の1周期あたりN分割位相番号で1つずつ前にずれていく。
すなわち、仮想出力クロックの周期は23xT2相当である。
図14に示すように周波数制御データS4=25において、ステートSt0は、表5に示す真理値表にしたがって、0,12,1,0,2,0,3,0,4,0,5,0,…と変化していく。
その値はそのまま仮想出力クロック位相を示しており、周波数制御データS4が25の場合、仮想出力クロックは、ほぼ動作クロック信号Clk1の2周期に1回発生しているが、その位相は、動作クロック信号Clk1の1周期あたりN分割位相番号で1つずつ前にずれていく。
すなわち、仮想出力クロックの周期は23xT2相当である。
図15は、図11に示す出力クロック発生部5において周波数制御データS4が最小値“0”の場合の動作中のデータ変化を示す図である。
図16は、図11に示す出力クロック発生部5において周波数制御データS4が最大値“36”の場合の動作中のデータ変化を示す図である。
なお、両図において1行では記載しきれないので(a)と(b)の2つに分けて記載している。
図15に示すように周波数制御データS4=0において、ステートSt0は、表5に示す真理値表にしたがって、0,12,0,0,0,12,0,0,0,12,…と変化していく。
図16は、図11に示す出力クロック発生部5において周波数制御データS4が最大値“36”の場合の動作中のデータ変化を示す図である。
なお、両図において1行では記載しきれないので(a)と(b)の2つに分けて記載している。
図15に示すように周波数制御データS4=0において、ステートSt0は、表5に示す真理値表にしたがって、0,12,0,0,0,12,0,0,0,12,…と変化していく。
その値はそのまま仮想出力クロック位相を示している。
すなわち、周波数制御データS4が0の場合、仮想出力クロックは、動作クロック信号Clk1の4周期に1回発生し、常に同じN分割位相番号の位置となる。
すなわち、仮想出力クロックの周期は48xT2相当である。
図16に示すように周波数制御データS4=36において、ステートSt0は、表5に示す真理値表にしたがって、0,12,12,12,12,12,…と変化していく。
その値はそのまま仮想出力クロック位相を示しており、周波数制御データS4が36の場合、仮想出力クロックは、動作クロック信号Clk1の1周期に1回発生し、常に同じN分割位相番号の位置となる。
すなわち、周波数制御データS4が0の場合、仮想出力クロックは、動作クロック信号Clk1の4周期に1回発生し、常に同じN分割位相番号の位置となる。
すなわち、仮想出力クロックの周期は48xT2相当である。
図16に示すように周波数制御データS4=36において、ステートSt0は、表5に示す真理値表にしたがって、0,12,12,12,12,12,…と変化していく。
その値はそのまま仮想出力クロック位相を示しており、周波数制御データS4が36の場合、仮想出力クロックは、動作クロック信号Clk1の1周期に1回発生し、常に同じN分割位相番号の位置となる。
すなわち、仮想出力クロックの周期は12xT2相当である。
以上説明したように、図11に示す出力クロック発生部5は、周波数制御データS4の値に応じて、動作クロック信号Clk1の周期T1のN倍の時間軸分解能であるT2の単位で、仮想出力クロックの周期を変化させることができる。
また、図9に示した出力クロック発生部5に比べて、その出力クロックの動作周波数範囲はクロック周期に換算して12xT2から48xT2となり、広い値になっている。
すなわち、実施例4のDPLL回路に含まれる図11に示す出力クロック発生部5は、比較的周波数が低い周期T1の動作クロック信号Clk1を使用しながら、仮想的な出力クロック位相の時間分解能をそのN倍相当に高めることができ、さらに、その出力クロックの動作周波数範囲を広げることができる。
以上説明したように、図11に示す出力クロック発生部5は、周波数制御データS4の値に応じて、動作クロック信号Clk1の周期T1のN倍の時間軸分解能であるT2の単位で、仮想出力クロックの周期を変化させることができる。
また、図9に示した出力クロック発生部5に比べて、その出力クロックの動作周波数範囲はクロック周期に換算して12xT2から48xT2となり、広い値になっている。
すなわち、実施例4のDPLL回路に含まれる図11に示す出力クロック発生部5は、比較的周波数が低い周期T1の動作クロック信号Clk1を使用しながら、仮想的な出力クロック位相の時間分解能をそのN倍相当に高めることができ、さらに、その出力クロックの動作周波数範囲を広げることができる。
このようにして、出力クロック発生部5は、周期T1のクロックで動作し、仮想出力クロック位相に応じたステート(S5/St0)を有するステートマシンであり、1つ、または複数の過去のステートを記憶するDFF513〜515を有し、周波数制御データS4と現ステートSt0及び記憶された1つ又は複数の過去のステートSt1〜St3との関係に応じて次ステートStNを決定し、その決定したステートに応じた値を出力クロックタイミングデータS5として出力するので、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い出力クロック位相の時間分解能を有し、かつ、広い出力クロックの動作周波数範囲を有するようにすることができる。
したがって、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い出力クロック位相の時間分解能を有し、かつ、広い出力クロックの動作周波数範囲を有する出力クロック部を含むDPLL回路を実現できる。
したがって、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い出力クロック位相の時間分解能を有し、かつ、広い出力クロックの動作周波数範囲を有する出力クロック部を含むDPLL回路を実現できる。
〔実施例5〕
図17は、この発明の実施例5のDPLL回路で用いられる出力クロック発生部5の構成例を示すブロック図である。
図18乃至図22は、図17に示す出力クロック発生部5の動作中のデータ変化を示す図である。
この実施例5のDPLL回路では、N=8とし、時間分解能T2は動作クロック信号Clk1の周期T1を8で割った時間となる。
また、この実施例5では、周波数制御データS4は1から32の範囲の値とする。
図17は、この発明の実施例5のDPLL回路で用いられる出力クロック発生部5の構成例を示すブロック図である。
図18乃至図22は、図17に示す出力クロック発生部5の動作中のデータ変化を示す図である。
この実施例5のDPLL回路では、N=8とし、時間分解能T2は動作クロック信号Clk1の周期T1を8で割った時間となる。
また、この実施例5では、周波数制御データS4は1から32の範囲の値とする。
図17に示すように、この出力クロック発生部5では、8つの乗算器531〜538(同図では534〜536の図示を省略する)によって、周波数制御データS4にそれぞれ1から8までの値を乗算し、Mpy1からMpy8の8つのデータにする。
また、8つの加算器541〜548(同図では544〜546の図示を省略する)によって、Mpy1からMpy8の各データには、DFF551の出力のうち下位8bitの値FbDatをそれぞれ加算し、Add1からAdd8の8つのデータにする。
DFF551の入力端子DへのD入力は、加算器548の出力値Add8である。
また、DFF551の入力端子CKへのクロック入力は動作クロック信号Clk1である。
また、8つの加算器541〜548(同図では544〜546の図示を省略する)によって、Mpy1からMpy8の各データには、DFF551の出力のうち下位8bitの値FbDatをそれぞれ加算し、Add1からAdd8の8つのデータにする。
DFF551の入力端子DへのD入力は、加算器548の出力値Add8である。
また、DFF551の入力端子CKへのクロック入力は動作クロック信号Clk1である。
Add1からAdd8の各データのうちMSB(最上位ビット)だけが引き出され、各ゲート回路581〜588に入力される。
各ゲート回路581〜588(同図では584〜586の図示を省略する)は、それぞれNOT回路561〜568(同図では564〜566の図示を省略する)とANDゲート571〜578(同図では574〜576の図示を省略する)からなる。
各ゲート回路581〜588の各ANDゲート571〜578の出力は、各MSBが“1”で、かつ、図中ひとつ上段のMSBが“0”の時に“1”となる。
また、ゲート回路581のANDゲート571の出力は、Add1のMSBが“1”で、DFF551の出力のMSBが“0”の時に“1”となる。
各ゲート回路581〜588(同図では584〜586の図示を省略する)は、それぞれNOT回路561〜568(同図では564〜566の図示を省略する)とANDゲート571〜578(同図では574〜576の図示を省略する)からなる。
各ゲート回路581〜588の各ANDゲート571〜578の出力は、各MSBが“1”で、かつ、図中ひとつ上段のMSBが“0”の時に“1”となる。
また、ゲート回路581のANDゲート571の出力は、Add1のMSBが“1”で、DFF551の出力のMSBが“0”の時に“1”となる。
これら8つのANDゲート571〜578の出力を8bitのデータにまとめたものが、出力クロックタイミングデータ1(S5)として出力される。
この実施例5では、出力クロックタイミングデータ1(S5)が“1”となるビット位置によって仮想出力クロック位相を示す。
図18乃至図20は、図17に示す出力クロック発生部5における周波数制御データS4がそれぞれ“15”“16”“17”の場合の動作中のデータ変化を示す図である。
同各図では、動作クロック信号Clk1の1周期毎の回路中各部のデータを1行で表しており、図中行の増加方向が時刻の増加方向である。
また、この実施例5では、DFF551の初期データを“64”としている。
この実施例5では、出力クロックタイミングデータ1(S5)が“1”となるビット位置によって仮想出力クロック位相を示す。
図18乃至図20は、図17に示す出力クロック発生部5における周波数制御データS4がそれぞれ“15”“16”“17”の場合の動作中のデータ変化を示す図である。
同各図では、動作クロック信号Clk1の1周期毎の回路中各部のデータを1行で表しており、図中行の増加方向が時刻の増加方向である。
また、この実施例5では、DFF551の初期データを“64”としている。
図17に示す出力クロック発生部5における動作中のデータ変化の一部を説明すると、例えば、図18に示すクロック周期番号“1”の行では、Mpy1,Mpy2,…,Mpy8の各データは、周波数制御データ“15”にそれぞれ“1”“2”,…,“8”を乗算した値の“15”“30”,…,“120”となる。
前のクロック周期で、Add8の値が“184”であったので、FbDatは同じく“184”である。
Add1,Add2,…,Abb8の各データは、それぞれMpy1,Mpy2,…,Mpy8の各データにFbDatを加算して“199”“214”,…,“304”となる。
前のクロック周期で、Add8の値が“184”であったので、FbDatは同じく“184”である。
Add1,Add2,…,Abb8の各データは、それぞれMpy1,Mpy2,…,Mpy8の各データにFbDatを加算して“199”“214”,…,“304”となる。
Add1,Add2,…,Add8のMSBが取り出され、あるMSBが1でかつ、図17に示すひとつ上段位置にあるMSBが0の状態が検出される。
このような状態は、Add4が“244”(MSB=0)で、Add5が“259”(MSB=1)なので、これらのMSBの組み合わせが上記条件に該当する。
よって、出力クロックタイミングデータの5番目のビットが“1”となり、この位置に仮想出力クロックのエッジ位相が存在することを表わしている。
なお、図18乃至図22で示す出力クロックタイミングデータ1のビット番号は、これより前での説明で用いたN分割位相番号とは逆に、数字が小さい方が時間的に前の状態である。
このような状態は、Add4が“244”(MSB=0)で、Add5が“259”(MSB=1)なので、これらのMSBの組み合わせが上記条件に該当する。
よって、出力クロックタイミングデータの5番目のビットが“1”となり、この位置に仮想出力クロックのエッジ位相が存在することを表わしている。
なお、図18乃至図22で示す出力クロックタイミングデータ1のビット番号は、これより前での説明で用いたN分割位相番号とは逆に、数字が小さい方が時間的に前の状態である。
つまり、ビット番号1が“1”の場合、N分割位相番号“8”の位置に仮想出力クロックのエッジ位相が存在することに相当し、ビット番号8が“1”の場合、N分割位相番号“1”の位置に仮想出力クロックのエッジ位相が存在することに相当する。
図19に示す周波数制御データS4=16では、仮想出力クロックは動作クロック信号Clk1の2周期に1回発生し、常に同じN分割位相番号の位置で発生している。
これに対し、図18に示す周波数制御データS4=15では、仮想出力クロックは、ほぼ動作クロック信号Clk1の2周期に1回発生しているが、その位相は徐々に後ろにずれていく。
すなわち、周波数制御データS4=15では、周波数制御データS4=16に比べ、仮想出力クロックの周波数は低いことになる。
図19に示す周波数制御データS4=16では、仮想出力クロックは動作クロック信号Clk1の2周期に1回発生し、常に同じN分割位相番号の位置で発生している。
これに対し、図18に示す周波数制御データS4=15では、仮想出力クロックは、ほぼ動作クロック信号Clk1の2周期に1回発生しているが、その位相は徐々に後ろにずれていく。
すなわち、周波数制御データS4=15では、周波数制御データS4=16に比べ、仮想出力クロックの周波数は低いことになる。
一方、図20に示す周波数制御データS4=17でも、仮想出力クロックは、ほぼ動作クロック信号Clk1の2周期に1回発生しているが、その位相は徐々に前にずれていく。
すなわち、周波数制御データS4=17では、周波数制御データS4=16に比べ、仮想出力クロックの周波数は高いことになる。
図21と図22は、図17に示す出力クロック発生部5における周波数制御データS4がそれぞれ“8”“32”の場合の動作中のデータ変化を示す図である。
図19に示す周波数制御データS4=16と合わせてみるとわかるように、周波数制御データS4=8,16,32で、仮想出力クロックのエッジは、それぞれ動作クロック信号Clk1の4周期、2周期、1周期毎に発生している。
すなわち、周波数制御データS4=17では、周波数制御データS4=16に比べ、仮想出力クロックの周波数は高いことになる。
図21と図22は、図17に示す出力クロック発生部5における周波数制御データS4がそれぞれ“8”“32”の場合の動作中のデータ変化を示す図である。
図19に示す周波数制御データS4=16と合わせてみるとわかるように、周波数制御データS4=8,16,32で、仮想出力クロックのエッジは、それぞれ動作クロック信号Clk1の4周期、2周期、1周期毎に発生している。
すなわち、図17に示す出力クロック発生部5は、入力された周波数制御データS4の値にほぼ比例した仮想出力クロック周波数を得ることができる。
また、図17に示す出力クロック発生部5は、ゲイン特性が一定であり、動作周波数によらずDPLL回路のゲインを一定に保つことができる。
そのことは、DPLL回路の引き込み時間を安定させるなどの効果を生じる。
以上説明したように、図17に示す出力クロック発生部5は、比較的周波数が低い周期T1の動作クロック信号Clk1を使用しながら、仮想的な出力クロック位相の時間分解能をそのN倍相当に高めることができ、その出力クロックの動作周波数範囲を広げることができ、さらに優れたゲイン直線性を有するようにすることができる。
また、図17に示す出力クロック発生部5は、ゲイン特性が一定であり、動作周波数によらずDPLL回路のゲインを一定に保つことができる。
そのことは、DPLL回路の引き込み時間を安定させるなどの効果を生じる。
以上説明したように、図17に示す出力クロック発生部5は、比較的周波数が低い周期T1の動作クロック信号Clk1を使用しながら、仮想的な出力クロック位相の時間分解能をそのN倍相当に高めることができ、その出力クロックの動作周波数範囲を広げることができ、さらに優れたゲイン直線性を有するようにすることができる。
このようにして、出力クロック発生部5は、周波数制御データS4に、1からNまでの値をそれぞれ乗算するN個の乗算器531〜538と、周期T1のクロック毎に入力されたデータを記憶する記憶手段であるDFF551と、上記N個の乗算器531〜538の出力にそれぞれDFF551に記憶されたデータを加算するN個の加算器541〜548と、上記N個の加算器541〜548のうち、1つの加算器548の出力をDFF551の入力データとし上記N個の加算器541〜548の出力に応じた値を、出力クロックタイミングデータS5として出力するので、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い出力クロック位相の時間分解能を有し、かつ、広い出力クロックの動作周波数範囲を有し、さらに優れたゲイン直線性を有するようにすることができる。
したがって、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い出力クロック位相の時間分解能を有し、かつ、広い出力クロックの動作周波数範囲を有し、さらに優れたゲイン直線性を有する出力クロック発生部を含むDPLL回路を実現できる。
したがって、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い出力クロック位相の時間分解能を有し、かつ、広い出力クロックの動作周波数範囲を有し、さらに優れたゲイン直線性を有する出力クロック発生部を含むDPLL回路を実現できる。
〔実施例6〕
図23は、この発明の実施例6のDPLL回路で用いられる位相差検出部3の構成例を示すブロック図である。
図24は、図23に示す位相差検出部3の動作時の各部の出力信号の波形を示す図である。
図23に示す位相差検出部3は、入力信号タイミング検出部から入力信号タイミングデータS2を入力するとともに、図17に示す出力クロック発生部5から、N個の加算器541〜548の出力信号であるAdd1,Add2,…,Add8を、出力クロックタイミングデータ2(S5)として入力する。
図23は、この発明の実施例6のDPLL回路で用いられる位相差検出部3の構成例を示すブロック図である。
図24は、図23に示す位相差検出部3の動作時の各部の出力信号の波形を示す図である。
図23に示す位相差検出部3は、入力信号タイミング検出部から入力信号タイミングデータS2を入力するとともに、図17に示す出力クロック発生部5から、N個の加算器541〜548の出力信号であるAdd1,Add2,…,Add8を、出力クロックタイミングデータ2(S5)として入力する。
Add1,Add2,…,Add8のうち、LSB8ビットがDFF301に入力される。DFF301は、動作クロック信号Clk1の1周期分入力データを遅延させ、DAdd1,DAdd2,…,Dadd8を出力する。
8つの遅延データDAdd1,DAdd2,…,Dadd8は、セレクタ(図中には「SEL」と記載する)302に入力され、入力信号タイミングデータS2に応じて、どれか1つが選択されて選択データSAddとして出力される。
減算器(図中「SUB」と記載する)303は、固定データ“128”からSAddの値を減算して、位相差信号S3を出力する。
8つの遅延データDAdd1,DAdd2,…,Dadd8は、セレクタ(図中には「SEL」と記載する)302に入力され、入力信号タイミングデータS2に応じて、どれか1つが選択されて選択データSAddとして出力される。
減算器(図中「SUB」と記載する)303は、固定データ“128”からSAddの値を減算して、位相差信号S3を出力する。
図24に示すように、出力クロック発生部5から入力される出力クロックタイミングデータ2(S5=Add1,Add2,…,Add8)は、図19に示す動作中データに相当する。
また、同図では、1つの動作波形図に入力信号S1の位相が異なる3つのケースを示している。
ケース1,2,3はそれぞれ、クロック周期番号“2”のN分割位相番号“7”“5”“2”の位置で入力信号S1の変化エッジが生じるケースである。
図19に示す動作中データ変化図に示したとおり、図24の図示範囲では、仮想出力クロックのエッジ位相は、クロック周期番号“1”のN分割位相番号“5”及びクロック周期番号“3”のN分割位相番号“5”の位置にある。
また、同図では、1つの動作波形図に入力信号S1の位相が異なる3つのケースを示している。
ケース1,2,3はそれぞれ、クロック周期番号“2”のN分割位相番号“7”“5”“2”の位置で入力信号S1の変化エッジが生じるケースである。
図19に示す動作中データ変化図に示したとおり、図24の図示範囲では、仮想出力クロックのエッジ位相は、クロック周期番号“1”のN分割位相番号“5”及びクロック周期番号“3”のN分割位相番号“5”の位置にある。
入力信号S1の変化エッジが生じるクロック周期番号“2”では、8個の加算器541〜548の出力信号Add1,Add2,…,Add8は、それぞれ“80”“96”“112”“128”“144”“160”“176”“192”である。
DAdd1,DAdd2,…,Dadd8は、これらを1クロック遅延させたものであり、クロック周期番号“3”で上記データが得られる。
SAddは、これらのデータから入力信号タイミングデータS2の値に応じて1つを選択したものである。
具体的には、入力信号タイミングデータ(S2)が“8”“7”,…,“1”の各状態のときに、それぞれ、DAdd1,DAdd2,…,Dadd8が選択される。
DAdd1,DAdd2,…,Dadd8は、これらを1クロック遅延させたものであり、クロック周期番号“3”で上記データが得られる。
SAddは、これらのデータから入力信号タイミングデータS2の値に応じて1つを選択したものである。
具体的には、入力信号タイミングデータ(S2)が“8”“7”,…,“1”の各状態のときに、それぞれ、DAdd1,DAdd2,…,Dadd8が選択される。
ケース1ではS2=8なので、DAdd=80が選択される。また、ケース2ではS2=5なので、DAdd=128が選択される。さらに、ケース3ではS2=2なので、DAdd=176が選択される。
固定データ“128”からこれらの値が減算され、ケース1,2,3で、位相差信号S3として、それぞれ“+48”“0”“−48”が出力される。
ケース2は、前後の仮想クロックエッジ位相のちょうど中間で、入力信号S1の変化エッジが生じており、この状態が位相差0であり、位相差信号S3も0となる。
ケース1は位相差0の状態に対して、入力信号S1の変化エッジ位相が進んだケースであり、位相差信号S3も正の値となる。
固定データ“128”からこれらの値が減算され、ケース1,2,3で、位相差信号S3として、それぞれ“+48”“0”“−48”が出力される。
ケース2は、前後の仮想クロックエッジ位相のちょうど中間で、入力信号S1の変化エッジが生じており、この状態が位相差0であり、位相差信号S3も0となる。
ケース1は位相差0の状態に対して、入力信号S1の変化エッジ位相が進んだケースであり、位相差信号S3も正の値となる。
ケース3は位相差0の状態に対して、入力信号S1の変化エッジ位相が遅れたケースであり、位相差信号S3も負の値となる。
また、上記説明から理解できるように、位相差0のケース2とケース1及びケース3では、その入力信号S1の変化エッジ位相の差は動作クロックClk1周期T1よりも小さく、N分割した時間分解能T2の単位で見ても3つ分の位相差しかない。
しかし、図23に示す位相差検出部3によって得られた位相差信号S3では、値にして48もの差を持っている。
すなわち、図23に示す位相差検出部3によって得られた位相差信号S3は、非常に位相差の検出分解能が高いものである。
また、上記説明から理解できるように、位相差0のケース2とケース1及びケース3では、その入力信号S1の変化エッジ位相の差は動作クロックClk1周期T1よりも小さく、N分割した時間分解能T2の単位で見ても3つ分の位相差しかない。
しかし、図23に示す位相差検出部3によって得られた位相差信号S3では、値にして48もの差を持っている。
すなわち、図23に示す位相差検出部3によって得られた位相差信号S3は、非常に位相差の検出分解能が高いものである。
以上説明したように、図23に示す位相差検出部3は、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い検出時間分解能で入力信号と仮想出力クロックとの位相差を検出することが可能である。
このようにして、位相差検出部3は、入力信号タイミング検出部が出力する入力信号タイミングデータS2に応じて、出力クロック発生部が出力するN個の加算器の出力信号Add1,Add2,…,Add8からなる出力クロックタイミングデータ2(S5)から、ひとつの加算器の出力信号を選択し、その選択された出力値から位相差を検出するので、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い入力信号と出力信号との位相差の検出時間分解能を有するようにすることができる。
すなわち、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い入力信号と出力信号との位相差の検出時間分解能を有する位相差検出手段を含むDPLL回路を実現することができる。
このようにして、位相差検出部3は、入力信号タイミング検出部が出力する入力信号タイミングデータS2に応じて、出力クロック発生部が出力するN個の加算器の出力信号Add1,Add2,…,Add8からなる出力クロックタイミングデータ2(S5)から、ひとつの加算器の出力信号を選択し、その選択された出力値から位相差を検出するので、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い入力信号と出力信号との位相差の検出時間分解能を有するようにすることができる。
すなわち、比較的低い周波数の動作クロックを使用しながら、高い入力信号と出力信号との位相差の検出時間分解能を有する位相差検出手段を含むDPLL回路を実現することができる。
この発明によるデジタルPLL装置は、CDドライブ,DVDドライブを含む光ディスク装置、MOドライブを含む磁気ディスク装置においても適用することができる。
1:クロック源 2,2′:入力信号タイミング検出部 3:位相差検出部 4:周波数制御部 5:出力クロック発生部 6:多相クロック源 101〜104:差動バッファ 105〜108:出力バッファ 201〜207,301,502,512〜515,551:DEF 208:第1組み合わせロジック 209:第2組み合わせロジック 251,256:ゲート回路 252:電流源 253,258:コンデンサ 254,257,259:スイッチ 255,260:バッファ 261:ADコンバータ 302:セレクタ 303:減算器 501,511:テーブル 531〜538:乗算器 541〜548:加算器 561〜568:NOT回路 571〜578:ANDゲート 581〜588:ゲート回路 700:位相比較器 701:カウンタ 702:インクリメンタ・デクリメンタ 703:分周器
Claims (6)
- 1周期をN分割した時間分解能単位で入力信号の位相を検出し、その検出結果に応じた値を有する入力信号タイミングデータを前記1周期毎に出力する入力信号タイミング検出手段と、
周波数制御データに応じて、前記時間分解能単位で変化させた仮想的な出力クロックの位相である仮想出力クロック位相に応じた値を有する出力クロックタイミングデータを前記1周期毎に出力する出力クロック発生手段と、
前記入力信号タイミングデータと前記出力クロックタイミングデータとから前記入力信号と前記仮想出力クロック位相との位相差を検出し、その検出結果に応じた値を有する位相差信号を出力する位相差検出手段と、
前記位相差信号に応じて前記周波数制御データを変化させる周波数制御手段とを備えたことを特徴とするデジタルPLL装置。 - 請求項1記載のデジタルPLL装置において、
前記入力信号タイミング検出手段は、前記1周期に前記時間分解能単位ずつ位相の異なる多相クロック信号の位相と前記入力信号の位相とを検出し、その検出結果に応じた値を有する入力信号タイミングデータを前記1周期毎に出力する手段であることを特徴とするデジタルPLL装置。 - 請求項1記載のデジタルPLL装置において、
前記出力クロック発生手段は、前記1周期のクロックで動作し、前記仮想出力クロック位相に応じたステートを有するステートマシンであり、前記周波数制御データと現ステートとの関係に基づいて次ステートを決定し、その次ステートに応じた値を前記出力クロックタイミングデータとして出力する手段であることを特徴とするデジタルPLL装置。 - 請求項1記載のデジタルPLL装置において、
前記出力クロック発生手段は、前記1周期のクロックで動作し、前記仮想出力クロック位相に応じたステートを有するステートマシンであり、1つ又は複数の過去のステートを記憶する手段を有し、前記周波数制御データと現ステート及び前記記憶された1つ又は複数の過去のステートとの関係に基づいて次ステートを決定し、その次ステートに応じた値を前記出力クロックタイミングデータとして出力する手段であることを特徴とするデジタルPLL装置。 - 請求項1記載のデジタルPLL装置において、
前記出力クロック発生手段は、前記周波数制御データに、1からN(Nは正の整数)までの値をそれぞれ乗算するN個の乗算手段と、前記1周期のクロック毎に入力されたデータを記憶する記憶手段と、前記N個の乗算手段の出力にそれぞれ前記記憶手段に記憶されたデータを加算するN個の加算手段と、前記N個の加算手段のうち1つの加算手段の出力を前記記憶手段の入力データとし、前記N個の加算手段の出力に応じた値を前記出力クロックタイミングデータとして出力する手段であることを特徴とするデジタルPLL装置。 - 請求項5記載のデジタルPLL装置において、
前記位相差検出手段は、前記入力信号タイミング検出手段が出力する入力信号タイミングデータに応じて、前記出力クロック発生手段が出力する前記N個の加算手段の出力からなる出力クロックタイミングデータから、ひとつの加算手段の出力を選択し、その選択された出力値から位相差を検出し、その検出結果に応じた値を有する位相差信号を出力する手段であることを特徴とするデジタルPLL装置。
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