JP2008172512A - Frequency synthesizer, phase lock loop, and clock generation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、任意の周波数を持つクロックを生成する周波数シンセサイザ及びフェーズロックループ、並びにクロック生成方法に関する。 The present invention relates to a frequency synthesizer and a phase-locked loop that generate a clock having an arbitrary frequency, and a clock generation method.
従来の周波数シンセサイザは、分周器、位相比較器、フィルタ(LPF、ループフィルタ)、電圧制御オシレータ(VCO)を組合せ、電圧制御オシレータの分周クロックと基準クロックの分周クロックとの位相同期を取るフィードバック制御(フェーズロックループ:PLL)を行うことで、所望の周波数の生成を実現している(例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
A conventional frequency synthesizer combines a frequency divider, phase comparator, filter (LPF, loop filter), and voltage controlled oscillator (VCO) to synchronize the phase of the divided clock of the voltage controlled oscillator and the divided clock of the reference clock. A desired frequency is generated by performing feedback control (phase lock loop: PLL) (see, for example,
しかしながら、前記従来手法では、複数の周波数を同時に生成したい場合には、周波数の種類だけPLLを構成する必要がある。例えば2種類の周波数を生成したい場合には、図28に示すように、リファレンスクロック発生器10001一つに対し、分周器10002、10006、位相比較器10003、LPF10004、VCO10005から構成される第1のPLLと、分周器10007、10011、位相比較器10008、LPF10009、VCO10010から構成される第2のPLLとによって個別に周波数を生成する必要がある。特にPLLの場合、フィルタの実現には容量成分が必要になるため、LSI上における占有面積が大きくなり、コスト増加に繋がる。
However, in the conventional method, when it is desired to generate a plurality of frequencies at the same time, it is necessary to configure PLLs for the types of frequencies. For example, when it is desired to generate two types of frequencies, as shown in FIG. 28, a first
一方、PLLを用いずに所望の周波数を合成する方法も存在している(例えば特許文献4、特許文献5参照)。この方法は、基準クロックとして互いに位相の異なる多相クロックを入力とし、相の異なるクロック同士からエッジを抽出、あるいは微分器によるエッジ抽出によって、各クロック位相に対応するパルスを生成し、それらのパルスをワイヤードオアなどの合成回路にて合成することで所望の周波数を合成するものである。
On the other hand, there is a method of synthesizing a desired frequency without using a PLL (see, for example,
また、PLLを用いない他の方法として、セレクタで多相クロックを選択し、1サイクルの中で2つのクロック位相を選択し、その各々のクロック位相によって所望のクロックの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを合成するものがある(例えば特許文献6参照)。 As another method not using the PLL, the selector selects a multi-phase clock, selects two clock phases in one cycle, and determines the rising edge and falling edge of a desired clock according to each clock phase. Some are synthesized (see, for example, Patent Document 6).
しかしながら、上述したPLLを用いずに所望の周波数を合成する従来例の方法では、所望の周波数に対応する周期分、パルスを生成するためのエッジ抽出回路、あるいは微分器、セレクタ等が複数必要になる。例えば、基準クロックの位相数がP、所望の周期が基準クロックのN倍とすると、エッジ抽出回路あるいは微分器はP×N個必要になる。また、特許文献6の場合には、クロック位相数と同じ数のフリップフロップ、セレクタが必要となる。このため、特に分周動作を高精度に実現したい場合にはP、Nが増加するため、エッジ抽出回路、あるいは微分器、セレクタの回路増加の影響が大きくなる。 However, the conventional method of synthesizing a desired frequency without using the PLL described above requires a plurality of edge extraction circuits, differentiators, selectors, etc. for generating pulses for a period corresponding to the desired frequency. Become. For example, if the number of phases of the reference clock is P and the desired period is N times the reference clock, then P × N edge extraction circuits or differentiators are required. In the case of Patent Document 6, the same number of flip-flops and selectors as the number of clock phases are required. For this reason, in particular, when it is desired to realize the frequency dividing operation with high accuracy, P and N increase, so that the influence of the increase in the edge extraction circuit, or the circuit of the differentiator and selector increases.
このように、従来の周波数シンセサイザでは、複数の周波数を同時に生成する場合に、所望の周波数に対応した数だけPLL、エッジ抽出回路、微分器、フリップフロップ、セレクタ等が必要になり、回路規模の大型化、コスト増加を招いていた。 As described above, in the conventional frequency synthesizer, when a plurality of frequencies are generated at the same time, the number of PLLs, edge extraction circuits, differentiators, flip-flops, selectors, and the like corresponding to the desired frequencies are required. Increased size and cost.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来構成のフェーズロックループを用いること無く、高精度の分周動作を回路増加を抑えつつ実現することが可能な周波数シンセサイザ及びクロック生成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a frequency synthesizer and a clock generation method capable of realizing a high-precision frequency-dividing operation while suppressing an increase in circuit without using a phase-locked loop having a conventional configuration. The purpose is to provide.
また、本発明は、回路増加を抑えつつ高精度の分周動作を実現する構成をフェーズロックループ用の分周器に応用することによって、クロック生成部の特性改善及び低消費電力化を図ることが可能な周波数シンセサイザ及びフェーズロックループ、並びにクロック生成方法を提供することを目的とする。 Further, the present invention aims to improve the characteristics of the clock generator and reduce the power consumption by applying a configuration that realizes a high-precision frequency division operation while suppressing an increase in circuit to a frequency divider for a phase-locked loop. It is an object of the present invention to provide a frequency synthesizer and a phase-locked loop that can be used, and a clock generation method.
本発明の周波数シンセサイザは、N相クロックから、N/M分周クロック(N、Mは整数)を生成する周波数シンセサイザであって、分周分母M及び分周分子Nから、所定の位相番号を生成する位相番号生成手段と、前記N相クロックから、前記位相番号生成手段が出力する前記位相番号に対応するクロック位相を選択し、前記N/M分周クロックを出力するクロック選択手段と、を備えるものである。
上記構成により、基準クロックとして互いに位相の異なる多相クロックを入力とし、分周後のクロック波形における立ち上がりエッジのタイミングと同じ立ち上がりエッジのタイミングを持つ前記多相クロックを適宜選択、出力することによって分周動作を実現する。このとき、N/M分周が実現できるため、分周分母M及び分周分子Nを制御することによって、例えば周波数f0以外に5/6*f0、5/7*f0などが実現でき、基準周波数に対して5/6(83%)、5/7(71%)などの周波数を選択できるため、生成出力周波数の解像度が大幅に向上する。また、従来のようなPLLを構成することなく、所望の周波数を得ることが可能となるため、フィルタ等が不要となり、LSI上に構成した場合の占有面積が小さくなり、コスト削減に繋がる。したがって、従来構成のフェーズロックループを用いること無く、高精度の分周動作を回路増加を抑えつつ実現することが可能となる。
The frequency synthesizer of the present invention is a frequency synthesizer that generates an N / M frequency-divided clock (N and M are integers) from an N-phase clock, and has a predetermined phase number from a frequency-dividing denominator M and a frequency-dividing numerator N. A phase number generating means for generating, and a clock selecting means for selecting a clock phase corresponding to the phase number output by the phase number generating means from the N phase clock and outputting the N / M divided clock. It is to be prepared.
With the above configuration, multiphase clocks having different phases as inputs are input as reference clocks, and the multiphase clock having the same rising edge timing as the rising edge timing in the divided clock waveform is appropriately selected and output. Realize circumferential operation. Since N / M frequency division can be realized at this time, by controlling the frequency division denominator M and the frequency division numerator N, for example, 5/6 * f 0 , 5/7 * f 0 and the like are realized in addition to the frequency f 0. In addition, since the frequency such as 5/6 (83%) and 5/7 (71%) can be selected with respect to the reference frequency, the resolution of the generated output frequency is greatly improved. In addition, since it is possible to obtain a desired frequency without configuring a conventional PLL, a filter or the like is not necessary, and the area occupied when configured on an LSI is reduced, leading to cost reduction. Therefore, it is possible to realize a high-precision frequency dividing operation while suppressing an increase in circuit without using a phase lock loop having a conventional configuration.
また、本発明は、上記の周波数シンセサイザであって、前記位相番号生成手段は、前記N/M分周クロックのサイクル毎に(M−N)の値を累算し、この累算値をNで割った剰余を前記位相番号とするものとする。
上記構成により、所望の周波数に対応する周期分、パルスを生成するだけのエッジ抽出回路、あるいは微分器が不要になり、セレクタ数が大幅に削減されるため、特に分周動作を高精度に実現したい場合においても、エッジ抽出回路、あるいは微分器、セレクタ等の回路増加の影響を回避することが可能となる。
Further, the present invention is the above-described frequency synthesizer, wherein the phase number generation means accumulates a value of (MN) for each cycle of the N / M frequency-divided clock, and the accumulated value is represented by N The remainder obtained by dividing by is used as the phase number.
The above configuration eliminates the need for edge extraction circuits or differentiators that only generate pulses for the period corresponding to the desired frequency, and the number of selectors is greatly reduced. Even when it is desired to do so, it is possible to avoid the influence of an increase in the number of circuits such as edge extraction circuits, differentiators and selectors.
また、本発明は、上記の周波数シンセサイザであって、前記クロック選択手段は、第1のクロックを選択する第1のクロック選択回路と、第2のクロックを選択する第2のクロック選択回路とを有し、前記位相番号生成手段は、前記第1のクロックを使用する第1のレジスタと、前記第2のクロックを使用する第2のレジスタとを有し、前記第2のクロック選択回路は、前記第1のレジスタの出力によって制御され、前記第1のクロック選択回路は、前記第2のレジスタの出力によって制御されて、前記N/M分周クロックを供給するものとする。
上記構成により、第1または第2のクロック選択回路によって選択される第1または第2のクロックと、第1または第2のクロック選択回路を制御する第2または第1のレジスタが使用する第2または第1のクロックが異なるため、第1及び第2のレジスタ更新時におけるN/M分周クロックのグリッチ発生を回避することができる。
The present invention is the above-described frequency synthesizer, wherein the clock selection unit includes a first clock selection circuit that selects a first clock and a second clock selection circuit that selects a second clock. The phase number generation means includes a first register that uses the first clock and a second register that uses the second clock, and the second clock selection circuit includes: It is controlled by the output of the first register, and the first clock selection circuit is controlled by the output of the second register to supply the N / M divided clock.
With the above configuration, the first or second clock selected by the first or second clock selection circuit and the second or first register used to control the first or second clock selection circuit are used. Alternatively, since the first clock is different, it is possible to avoid the occurrence of glitches in the N / M frequency-divided clock when the first and second registers are updated.
また、本発明は、上記の周波数シンセサイザであって、前記位相番号生成手段は、前記第1のレジスタと第2のレジスタの値を比較し、前記N/M分周クロックの出力を制御する比較手段を有するものとする。
上記構成により、第1と第2のレジスタの値を比較し、クロックグリッチを無効化することができるので、N/M分周クロックのグリッチ発生を回避することができる。
Also, the present invention is the above-described frequency synthesizer, in which the phase number generation means compares the values of the first register and the second register and controls the output of the N / M divided clock. It shall have means.
With the above configuration, the value of the first and second registers can be compared and the clock glitch can be invalidated, so that the occurrence of a glitch of the N / M divided clock can be avoided.
本発明の周波数シンセサイザは、N相クロックから、N/(M+X)分周クロック(N、Mは整数、Xは1未満の小数)を生成する周波数シンセサイザであって、分周分母M、分周分子N及び小数設定Xから、所定の位相番号を生成する位相番号生成手段と、前記N相クロックから、前記位相番号生成手段が出力する前記位相番号に対応するクロック位相を選択し、前記N/(M+X)分周クロックを出力するクロック選択手段と、を備えるものである。
上記構成により、ジッターの少ないフラクショナルPLLを実現可能となる。
The frequency synthesizer of the present invention is a frequency synthesizer that generates an N / (M + X) frequency-divided clock (N and M are integers and X is a decimal number less than 1) from an N-phase clock, and a frequency-dividing denominator M and frequency-dividing A phase number generating means for generating a predetermined phase number from the numerator N and the decimal setting X; and a clock phase corresponding to the phase number output by the phase number generating means is selected from the N phase clock, and the N / And (M + X) clock selection means for outputting a divided clock.
With the above configuration, a fractional PLL with little jitter can be realized.
また、本発明は、上記の周波数シンセサイザであって、前記位相番号生成手段は、前記N/M分周クロックのサイクル毎にXの値を累算する第1の累算回路と、前記N/M分周クロックのサイクル毎に(M−N)の値を累算する第2の累算回路とを備え、前記第1の累算回路において整数に繰り上がったキャリーを前記第2の累算回路に加算し、前記第2の累算回路の累算値をNで割った剰余を前記位相番号とするものとする。
上記構成により、位相番号生成手段に累算回路を追加するだけで容易にフラクショナルPLLを実現でき、かつ、量子化ノイズを従来方式と比較して大幅に削減できる。
Further, the present invention is the above-described frequency synthesizer, wherein the phase number generation means includes a first accumulation circuit for accumulating the value of X every cycle of the N / M divided clock, and the N / M A second accumulation circuit for accumulating the value of (MN) every cycle of the M-divided clock, and the second accumulation of carry carried up to an integer in the first accumulation circuit. It is assumed that a remainder obtained by adding to the circuit and dividing the accumulated value of the second accumulation circuit by N is the phase number.
With the above configuration, a fractional PLL can be easily realized simply by adding an accumulation circuit to the phase number generation means, and quantization noise can be greatly reduced as compared with the conventional method.
また、本発明は、上記の周波数シンセサイザであって、前記クロック選択手段は、第1のクロックを選択する第1のクロック選択回路と、第2のクロックを選択する第2のクロック選択回路とを有し、前記位相番号生成手段は、前記第1のクロックを使用する第1のレジスタと、前記第2のクロックを使用する第2のレジスタとを有し、前記第2のクロック選択回路は、前記第1のレジスタの出力によって制御され、前記第1のクロック選択回路は、前記第2のレジスタの出力によって制御されて、前記N/(M+X)分周クロックを供給するものとする。
上記構成により、第1または第2のクロック選択回路によって選択される第1または第2のクロックと、第1または第2のクロック選択回路を制御する第2または第1のレジスタが使用する第2または第1のクロックが異なるため、第1及び第2のレジスタ更新時におけるN/(M+X)分周クロックのグリッチ発生を回避することができる。
The present invention is the above-described frequency synthesizer, wherein the clock selection unit includes a first clock selection circuit that selects a first clock and a second clock selection circuit that selects a second clock. The phase number generation means includes a first register that uses the first clock and a second register that uses the second clock, and the second clock selection circuit includes: It is controlled by the output of the first register, and the first clock selection circuit is controlled by the output of the second register and supplies the N / (M + X) divided clock.
With the above configuration, the first or second clock selected by the first or second clock selection circuit and the second or first register used to control the first or second clock selection circuit are used. Alternatively, since the first clock is different, it is possible to avoid the occurrence of a glitch of the N / (M + X) divided clock when the first and second registers are updated.
また、本発明は、上記の周波数シンセサイザであって、前記位相番号生成手段は、前記第1のレジスタと第2のレジスタの値を比較し、前記N/(M+X)分周クロックの出力を制御する比較手段を有するものとする。
上記構成により、第1と第2のレジスタの値を比較し、クロックグリッチを無効化することができるので、N/(M+X)分周クロックのグリッチ発生を回避することができる。
Further, the present invention is the above-described frequency synthesizer, wherein the phase number generation means compares the values of the first register and the second register and controls the output of the N / (M + X) divided clock. It is assumed that a comparison means is provided.
With the above configuration, the values of the first and second registers can be compared and the clock glitch can be invalidated, so that the occurrence of a glitch of the N / (M + X) divided clock can be avoided.
また、本発明は、M/N分周クロックをN/M分周する上記いずれかの周波数シンセサイザと、前記周波数シンセサイザから供給されるクロックと、基準クロックとを位相比較する位相比較器と、前記位相比較器の出力に応じて、前記基準クロックに位相同期したM/N分周クロックを生成する電圧制御オシレータと、を備えるフェーズロックループを提供する。
上記構成により、位相比較器に入力されるクロック及び基準クロックは、共に従来の構成のN倍の周波数になり、PLLの動作帯域を従来の構成のN倍にすることができる。
Further, the present invention provides any one of the above frequency synthesizers that divides an M / N divided clock by N / M, a phase comparator that compares the phase of a clock supplied from the frequency synthesizer, and a reference clock, There is provided a phase-locked loop including a voltage controlled oscillator that generates an M / N frequency-divided clock that is phase-synchronized with the reference clock in accordance with an output of a phase comparator.
With the above configuration, both the clock and the reference clock input to the phase comparator have a frequency N times that of the conventional configuration, and the operation band of the PLL can be made N times that of the conventional configuration.
また、本発明は、M/P分周クロックをP/M分周する上記いずれかの第1の周波数シンセサイザと、M/P分周クロックをP/N分周する上記いずれかの第2の周波数シンセサイザと、前記第1の周波数シンセサイザから供給されるクロックと、基準クロックとを位相比較する位相比較器と、前記位相比較器の出力に応じて、前記基準クロックに位相同期したM/P分周クロックを生成する電圧制御オシレータとを備え、前記第2の周波数シンセサイザが、前記M/P分周クロックをP/N分周して前記基準クロックのM/N分周クロックを生成するフェーズロックループを提供する。
上記構成により、位相比較器の入力クロックの周波数が従来の構成のN倍であり、電圧制御オシレータの段数をP段にできるため、発振可能周波数上限に応じてPの値を任意に設定することができる。
Further, the present invention provides any one of the first frequency synthesizers for dividing the M / P divided clock by P / M, and any one of the second frequency synthesizers for dividing the M / P divided clock by P / N. A phase synthesizer, a phase comparator for phase comparison of a clock supplied from the first frequency synthesizer, and a reference clock; and an M / P component phase-synchronized with the reference clock according to the output of the phase comparator. A phase-locked oscillator that generates a divided clock, wherein the second frequency synthesizer divides the M / P divided clock by P / N to generate an M / N divided clock of the reference clock Provide a loop.
With the above configuration, the frequency of the input clock of the phase comparator is N times that of the conventional configuration, and the number of stages of the voltage control oscillator can be set to P. Therefore, the value of P can be arbitrarily set according to the upper limit of the oscillation frequency. Can do.
また、本発明は、QM/P分周クロックをP/QM分周する上記いずれかの第1の周波数シンセサイザと、QM/P分周クロックをP/Q分周する上記いずれかの第2の周波数シンセサイザと、前記第1の周波数シンセサイザから供給されるクロックと、基準クロックとを位相比較する位相比較器と、前記位相比較器の出力に応じて、前記基準クロックに位相同期したQM/P分周クロックを生成する電圧制御オシレータとを備え、前記第2の周波数シンセサイザが、前記QM/P分周クロックをP/Q分周して前記基準クロックのM逓倍クロックを生成するフェーズロックループを提供する。
上記構成により、電圧制御オシレータの発振周波数はf*QM/Pとなり、これによって、発振周波数を下げる側の組合せが実現できるため、電圧制御オシレータの発振上限周波数の制約を緩和することができ、入力周波数レンジを従来の構成に対してPQ倍とすることができる。
Further, the present invention provides any one of the first frequency synthesizers for dividing the QM / P divided clock by P / QM, and any one of the second frequency synthesizers for dividing the QM / P divided clock by P / Q. A frequency synthesizer, a clock supplied from the first frequency synthesizer, a phase comparator for phase comparison with a reference clock, and a QM / P component synchronized in phase with the reference clock according to the output of the phase comparator A voltage-controlled oscillator for generating a frequency clock, wherein the second frequency synthesizer provides a phase-locked loop for generating an M-multiplied clock of the reference clock by dividing the QM / P frequency-divided clock by P / Q To do.
With the above configuration, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator is f * QM / P, which can realize the combination of lowering the oscillation frequency, so that the restriction on the oscillation upper limit frequency of the voltage controlled oscillator can be relaxed, and the input The frequency range can be PQ times that of the conventional configuration.
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザと、乱数値を出力する乱数発生器とを備え、固定値と前記乱数値とを加算して前記分周分母M、分周分子Nあるいは小数設定Xとするフェーズロックループを提供する。
上記構成により、分周分母M、分周分子Nに乱数発生から出力された時系列乱数値として例えばα(t)を足しこむことで、時系列に揺らぎを持つ分数制御を行うことができる。これによって、周波数として例えばf0*(N+α(t))/M、あるいはf0*N/(M+α(t))といった時系列に揺らぎを持つクロックが実現できる。このような揺らぎを持つクロックは周波数成分として広がりを持っているため、特定周波数成分のピーク振幅が抑えられ、EMIを低減する効果を奏する。
In addition, the present invention includes any one of the frequency synthesizers described above and a random number generator that outputs a random value, and adds the fixed value and the random value to set the divided denominator M, the divided numerator N, or the decimal setting. Provide a phase-locked loop X.
With the above configuration, by adding, for example, α (t) as a time series random value output from random number generation to the frequency dividing denominator M and the frequency dividing numerator N, fractional control having fluctuations in the time series can be performed. As a result, a clock having fluctuations in time series such as f 0 * (N + α (t)) / M or f 0 * N / (M + α (t)) as a frequency can be realized. Since the clock having such fluctuation has a spread as a frequency component, the peak amplitude of the specific frequency component is suppressed, and an effect of reducing EMI is obtained.
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザであって、位相角が一定の差分値を有する第1と第2のN/M分周クロックをそれぞれ生成する第1及び第2の周波数シンセサイザと、前記第1と第2のN/M分周クロックをそれぞれ分周して第1と第2のN/2M分周クロックを生成する第1及び第2の分周器と、前記第1と第2のN/2M分周クロックを論理演算してN/M分周クロックを生成する論理演算器と、を備えるフェーズロックループを提供する。
上記構成により、デューティ比が理想的にはHi区間:Lo区間=50%:50%となるN/M分周クロックを生成することができる。
Further, the present invention provides any one of the frequency synthesizers described above, wherein the first and second frequency synthesizers respectively generate first and second N / M frequency-divided clocks having a difference value having a constant phase angle. First and second frequency dividers that respectively divide the first and second N / M frequency-divided clocks to generate first and second N / 2M frequency-divided clocks; There is provided a phase locked loop including a logical operation unit that generates a N / M divided clock by performing a logical operation on a second N / 2M divided clock.
With the above configuration, it is possible to generate an N / M frequency-divided clock in which the duty ratio is ideally Hi section: Lo section = 50%: 50%.
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザと、前記周波数シンセサイザから供給されるクロックを分周する1つ以上の1/2分周器と、前記周波数シンセサイザから出力されるクロック、あるいは前記1/2分周器から出力されるクロックを選択する選択回路と、を備えるフェーズロックループを提供する。
上記構成により、例えば1/2分周器をW段構成することで分周比は1/(2^W)から1の範囲を実現でき、分周範囲を拡大することができる。
Further, the present invention provides any one of the above frequency synthesizers, one or more ½ dividers that divide a clock supplied from the frequency synthesizer, and a clock output from the frequency synthesizer, or the 1 A phase-locked loop comprising: a selection circuit that selects a clock output from the / 2 frequency divider.
With the above configuration, for example, by configuring the 1/2 frequency divider in W stages, the frequency division ratio can be realized in a range from 1 / (2 ^ W) to 1, and the frequency range can be expanded.
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザであって、位相角が一定の差分値を有する第1と第2のN/M分周クロックをそれぞれ生成する第1及び第2の周波数シンセサイザと、前記第1のN/M分周クロックをセット入力とし、前記第2のN/M分周クロックをリセット入力とし、セットあるいはリセット結果をN/M分周クロックとするセットリセット保持手段と、を備えるフェーズロックループを提供する。
上記構成により、デューティ比が理想的にはHi区間:Lo区間=50%:50%となるN/M分周クロックを生成することができる。
Further, the present invention provides any one of the frequency synthesizers described above, wherein the first and second frequency synthesizers respectively generate first and second N / M frequency-divided clocks having a difference value having a constant phase angle. A set / reset holding means having the first N / M divided clock as a set input, the second N / M divided clock as a reset input, and a set or reset result as an N / M divided clock; A phase-locked loop comprising:
With the above configuration, it is possible to generate an N / M frequency-divided clock in which the duty ratio is ideally Hi section: Lo section = 50%: 50%.
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザであって、位相角が一定の差分値を有する第1、第2及び第3のN/M分周クロックをそれぞれ生成する第1、第2及び第3の周波数シンセサイザと、前記第1と第2のN/M分周クロックの位相を混合し、第4のN/M分周クロックを生成する位相混合器と、前記第3と第4のN/M分周クロックを分周して第1と第2のN/2M分周クロックを生成する第1と第2の分周器と、前記第1と第2のN/2M分周クロックを論理演算してN/M分周クロックを生成する論理演算器と、を備えるフェーズロックループを提供する。
上記構成により、分周分母Mが奇数の場合であってもN/M分周クロックのデューティ比を理想的にHi区間:Lo区間=50%:50%にすることができる。
Further, the present invention provides any one of the frequency synthesizers described above, wherein the first, second, and third N / M frequency-divided clocks each having a difference value having a constant phase angle are respectively generated. A third frequency synthesizer, a phase mixer for mixing the phases of the first and second N / M divided clocks to generate a fourth N / M divided clock, and the third and fourth First and second frequency dividers that divide an N / M divided clock to generate first and second N / 2M divided clocks, and the first and second N / 2M divided clocks And a logic unit that generates an N / M frequency-divided clock by performing a logic operation on the phase-locked loop.
With the above configuration, even when the frequency division denominator M is an odd number, the duty ratio of the N / M frequency division clock can be ideally set to Hi section: Lo section = 50%: 50%.
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザであって、位相角が一定の差分値を有する第1、第2及び第3のN/M分周クロックをそれぞれ生成する第1、第2及び第3の周波数シンセサイザと、前記第1と第2のN/M分周クロックの位相を混合し、第4のN/M分周クロックを生成する位相混合器と、前記第3のN/M分周クロックをセット入力とし、前記第4のN/M分周クロックをリセット入力とし、セットあるいはリセット結果をN/M分周クロックとするセットリセット保持手段と、を備えるフェーズロックループを提供する。
上記構成により、分周分母Mが奇数の場合であってもN/M分周クロックのデューティ比を理想的にHi区間:Lo区間=50%:50%にすることができる。
Further, the present invention provides any one of the frequency synthesizers described above, wherein the first, second, and third N / M frequency-divided clocks each having a difference value having a constant phase angle are respectively generated. A third frequency synthesizer, a phase mixer that mixes the phases of the first and second N / M divided clocks to generate a fourth N / M divided clock, and the third N / M There is provided a phase-locked loop comprising: a set-clock holding means that uses a divided clock as a set input, the fourth N / M divided clock as a reset input, and a set or reset result as an N / M divided clock. .
With the above configuration, even when the frequency division denominator M is an odd number, the duty ratio of the N / M frequency division clock can be ideally set to Hi section: Lo section = 50%: 50%.
本発明のクロック生成方法は、N相のクロック位相を有する基準クロックのN/M分周クロック(N、Mは整数)を生成するクロック生成方法であって、前記N/M分周クロックの毎サイクルごとに、(M−N)の値を、少なくともNと(M−N)の最小公倍数まで累算するステップと、前記基準クロックのN相のクロック位相から、累算結果をNで割った剰余に対応するクロック位相を選択するステップと、を有するものである。
上記手順により、複数のクロック生成のために従来のようなPLLを複数構成する必要は無くなり、クロック生成部のLSI等への実装時の面積削減、消費電力の削減を実現することが可能となる。
The clock generation method of the present invention is a clock generation method for generating an N / M frequency-divided clock (N and M are integers) of a reference clock having an N-phase clock phase, and for each N / M frequency-divided clock. For each cycle, the value of (MN) is accumulated to at least N and the least common multiple of (MN), and the accumulation result is divided by N from the clock phase of the N phases of the reference clock. Selecting a clock phase corresponding to the remainder.
According to the above procedure, it is not necessary to configure a plurality of conventional PLLs for generating a plurality of clocks, and it is possible to realize a reduction in area and power consumption when the clock generation unit is mounted on an LSI or the like. .
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザを備えた通信装置を提供する。
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザを備えた情報再生装置を提供する。
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザを備えた画像表示装置を提供する。
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザを備えた電子装置を提供する。
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザを備えた電子制御装置を提供する。
また、本発明は、上記いずれかの周波数シンセサイザを備えた移動体を提供する。
上記構成により、周波数シンセサイザが従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、通信装置、情報再生装置、画像表示装置、電子装置、電子制御装置、移動体等の各種装置の消費電力を低減することが可能となる。
Moreover, this invention provides the communication apparatus provided with one of the said frequency synthesizers.
The present invention also provides an information reproducing apparatus including any one of the above frequency synthesizers.
The present invention also provides an image display device including any one of the frequency synthesizers described above.
In addition, the present invention provides an electronic device including any one of the frequency synthesizers described above.
The present invention also provides an electronic control device including any one of the frequency synthesizers described above.
In addition, the present invention provides a mobile object including any one of the frequency synthesizers described above.
With the above configuration, since the frequency synthesizer can operate with less power consumption than in the past, the power consumption of various devices such as communication devices, information reproduction devices, image display devices, electronic devices, electronic control devices, and moving objects is reduced. It becomes possible.
本発明によれば、従来構成のフェーズロックループを用いること無く、高精度の分周動作を回路増加を抑えつつ実現することが可能な周波数シンセサイザ及びクロック生成方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a frequency synthesizer and a clock generation method capable of realizing a high-precision frequency dividing operation while suppressing an increase in circuit without using a phase lock loop having a conventional configuration.
また、本発明によれば、回路増加を抑えつつ高精度の分周動作を実現する構成をフェーズロックループ用の分周器に応用することによって、クロック生成部の特性改善及び低消費電力化を図ることが可能な周波数シンセサイザ及びフェーズロックループ、並びにクロック生成方法を提供できる。 Further, according to the present invention, by applying a configuration that realizes a high-precision frequency division operation while suppressing an increase in circuit to a frequency divider for a phase-locked loop, the characteristics of the clock generation unit can be improved and the power consumption can be reduced. A frequency synthesizer and a phase-locked loop that can be realized, and a clock generation method can be provided.
(第1の実施形態)
図1は本発明の実施形態に係るクロック生成装置の構成を示すブロック図である。図1において、(a)は本実施形態の周波数シンセサイザを含むクロック生成装置の構成要素を示したものであり、(b)は周波数シンセサイザに相当する位相選択合成器の構成要素を示したものである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a clock generator according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, (a) shows the components of the clock generator including the frequency synthesizer of this embodiment, and (b) shows the components of the phase selective synthesizer corresponding to the frequency synthesizer. is there.
クロック生成装置は、N相のクロック位相を出力するリファレンスクロック(基準クロック)発生器501と、後述するクロック位相選択、分周クロック生成を行う周波数シンセサイザに相当する位相選択合成器502、503とを有して構成される。
The clock generation device includes a reference clock (reference clock)
リファレンスクロック発生器501から周波数fのN相クロックが位相選択合成器502、503に入力される。位相選択合成器502、503は、それぞれN/M0分周、N/M1分周を行い、それぞれ(N/M0)f、(N/M1)fのクロックを生成する。
An N-phase clock having a frequency f is input from the
位相選択合成器502、503はそれぞれ、クロック選択手段504と、位相番号生成手段505とを有して構成されている。クロック選択手段504は、N相クロックと、位相番号(j:0から(N−1)までの整数)とを入力し、位相番号に対応したクロックを選択することで(N/M)fのクロックを生成する。
Each of the
一方、位相番号生成手段505は、(N/M)fのクロックと、分周分母(M)及び分周分子(N)とを入力する。そして、位相番号生成手段505は(N/M)fのクロックに同期して、分周分母(M)、及び分周分子(N)から算出される値(M−N)を累算する。 On the other hand, the phase number generation means 505 inputs the clock of (N / M) f, the frequency division denominator (M), and the frequency division numerator (N). Then, the phase number generation means 505 accumulates the value (MN) calculated from the frequency division denominator (M) and the frequency division numerator (N) in synchronization with the clock of (N / M) f.
以下に本実施形態に係るクロック生成装置の動作を説明する。図2は本実施形態における基準クロックと分周クロックとの関係を示す図である。 The operation of the clock generator according to this embodiment will be described below. FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the reference clock and the divided clock in the present embodiment.
本実施形態では、基準クロックは、φ[0]からφ[N−1]まで均一な位相差を有する、N相のクロック位相を持つもので、分周クロックは、基準クロックをN/M分周したものと定義する。例えば、基準クロックが8相クロックであり、分周クロックが基準クロックの8/12分周である場合は、N=8、M=12となる。 In this embodiment, the reference clock has an N-phase clock phase having a uniform phase difference from φ [0] to φ [N−1], and the divided clock is divided by N / M as the reference clock. It is defined as a circle. For example, when the reference clock is an 8-phase clock and the divided clock is a 8/12 frequency divided from the reference clock, N = 8 and M = 12.
ここで、前記基準クロックは、一般的にはインバータリングで構成された発振回路の各インバータ出力の信号を取り出すことなどによって生成が可能である。また、実際のLSIにおいては、トランジスタの特性ばらつきなどによって厳密に位相差、周波数が同一にはならないことが一般的に知られており、ここで述べている「均一な」という言葉は「周波数、位相差がおおよそ同じ」という意味として構わない。 Here, the reference clock can be generally generated by taking out a signal of each inverter output of an oscillation circuit constituted by an inverter ring. In an actual LSI, it is generally known that the phase difference and the frequency are not exactly the same due to variations in transistor characteristics, etc., and the term “uniform” described here is “frequency, This may mean that the phase difference is approximately the same.
図2において、基準クロックの周期をTとすると、位相差は周期Tを位相数Nで割った時間、すなわちT/Nとなる。また、基準クロックをN/M分周した分周クロックの周期は、(M/N)*T(本明細書では「*」は乗算を表す)となる。ここで(M/N)*Tを式変形させると、以下の式(1)のようになる。 In FIG. 2, assuming that the period of the reference clock is T, the phase difference is a time obtained by dividing the period T by the number of phases N, that is, T / N. The period of the divided clock obtained by dividing the reference clock by N / M is (M / N) * T (in this specification, “*” represents multiplication). Here, when (M / N) * T is transformed into an equation, the following equation (1) is obtained.
ここで、位相差がT/Nであることに着目すると、式(1)最右辺における第一項(T/N)*N、及び、第二項(T/N)*(M−N)は、それぞれ位相差のN倍、及び、(M−N)倍であると言うことが分かる。さらに、式(1)最右辺における第一項が周期Tに等しいことを踏まえると、分周クロックの周期は、基準クロックの周期に位相差の(M−N)倍を加えた時間に等しいことが分かる。すなわち、図2において、基準クロックのφ[0]相と、次サイクルのφ[M−N]相の立ち上がりエッジ101、102は、N/M分周クロックの立ち上がりエッジ103、104と時間的に等しいと言える。
Here, focusing on the fact that the phase difference is T / N, the first term (T / N) * N and the second term (T / N) * (MN) on the rightmost side of equation (1). Are N times and (MN) times the phase difference, respectively. Furthermore, considering that the first term on the rightmost side of Equation (1) is equal to the period T, the frequency of the divided clock is equal to the time obtained by adding (MN) times the phase difference to the period of the reference clock. I understand. That is, in FIG. 2, the rising
図3は本実施形態における基準クロックと分周クロックの複数サイクルにわたる関係を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a relationship over a plurality of cycles of the reference clock and the divided clock in the present embodiment.
上述したように、N/M分周クロックの周期は、基準クロックの周期に位相差の(M−N)倍を加えた時間に等しいことを踏まえると、毎サイクル(M−N)位相遅らせることによって、複数サイクルにわたってN/M分周クロックが生成できることが分かる。 As described above, in consideration of the fact that the period of the N / M divided clock is equal to the time obtained by adding (MN) times the phase difference to the period of the reference clock, the phase is delayed every cycle (MN). Thus, it can be seen that an N / M divided clock can be generated over a plurality of cycles.
すなわち、図3において、基準クロックのφ[0]とN/M分周クロックの1サイクル目の立ち上がりエッジが等しい時点から見た場合、分周クロックの2サイクル目はφ[M−N]に等しいエッジ201となり、3サイクル目はφ[2*(M−N)]に等しいエッジ202となり、(h+1)サイクル目ではφ[h*(M−N)]に等しいエッジ203となる。
That is, in FIG. 3, when the rising edge of the reference clock φ [0] and the first cycle of the N / M frequency-divided clock is the same, the second cycle of the frequency-divided clock is set to φ [MN]. In the third cycle, the
ここで、図3中の(A)の時点で基準クロックとN/M分周クロックの位相が一致する(立ち上がりエッジ204、205のタイミングが一致する)場合は、遅らせている位相数h*(M−N)はNと(M−N)の公倍数となる。このため、基準クロックとN/M分周クロックの位相が等しい時点から、次に位相が等しい時点となるまでに最小限遅らせる位相数は、Nと(M−N)の最小公倍数(Least Common Multiple:LCM)となる。
Here, when the phases of the reference clock and the N / M frequency-divided clock match at the time (A) in FIG. 3 (the timings of the rising
このことは、XとYの最小公倍数をLCM{X,Y}と表記した場合、遅らせている位相数h*(M−N)は以下の式(2)で表される。
h*(M−N)=LCM{(M−N),N} …(2)
This means that when the least common multiple of X and Y is expressed as LCM {X, Y}, the delayed phase number h * (MN) is expressed by the following equation (2).
h * (MN) = LCM {(MN), N} (2)
この遅らせている位相数h*(M−N)は(M−N)の倍数となるため、単純計算の場合はNを上回ることになるが、周期性を考慮するとφ[0]〜φ[N−1]のいずれかに一致する。 Since the delayed phase number h * (MN) is a multiple of (MN), it is greater than N in the case of simple calculation. However, in consideration of periodicity, φ [0] to φ [ N-1].
図4は位相数と周期性の関係を極座標形式で表した概念図である。この図4を用いて、位相数と周期性の関係を説明する。 FIG. 4 is a conceptual diagram showing the relationship between the number of phases and the periodicity in a polar coordinate format. The relationship between the number of phases and the periodicity will be described with reference to FIG.
N相クロックが均等に生成されている場合は、図4に示す通り、基準クロック位相はφ[0]、φ[1]、φ[2]、・・・、φ[N−1]という様に等角度で対応付けられる。そして、φ[N]は角度としてはφ[0]と同等になり、以降、φ[N+1]、φ[N+2]はそれぞれφ[1]、φ[2]と同じ角度となる。 When the N-phase clocks are generated uniformly, the reference clock phases are φ [0], φ [1], φ [2],..., Φ [N−1] as shown in FIG. To each other at an equal angle. Then, φ [N] is equivalent to φ [0] as an angle, and thereafter φ [N + 1] and φ [N + 2] are the same angles as φ [1] and φ [2], respectively.
すなわち、基準クロックのクロック位相φ[i](301)について、以下の式(3)が成立する。
φ[i]=φ[a*N+i] :aは任意の整数 …(3)
That is, the following expression (3) is established for the clock phase φ [i] (301) of the reference clock.
φ [i] = φ [a * N + i]: a is an arbitrary integer (3)
ここで、式(3)におけるiは、(a*N+i)という値をNで割った剰余にも等しい。このことは、XをYで割った剰余を(X mod Y)と表記した場合、クロック位相φ[x]は以下の式(4)で表される。
φ[x]=φ[x mod N] :xは任意の整数 …(4)
Here, i in equation (3) is also equal to the remainder obtained by dividing the value (a * N + i) by N. This means that when a remainder obtained by dividing X by Y is expressed as (X mod Y), the clock phase φ [x] is expressed by the following equation (4).
φ [x] = φ [x mod N]: x is an arbitrary integer (4)
図5は本実施形態におけるN/M分周クロックの生成を説明する概念図である。以上説明したことを踏まえ、本実施形態では、図5に示すようにN相のクロック位相を有する基準クロックを用い、毎サイクル(M−N)ずつの値を、少なくともNと(M−N)の最小公倍数LCM{(M−N),N}まで累算し、累算結果をNで割った剰余を求める。この剰余は、1サイクル目が0、2サイクル目が(M−N) mod N、3サイクル目が2*(M−N) mod N、(h+1)サイクル目がLCM{(M−N),N} mod N(=0)となる。 FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining generation of an N / M frequency-divided clock in the present embodiment. Based on the above description, in this embodiment, as shown in FIG. 5, a reference clock having an N-phase clock phase is used, and a value for each cycle (MN) is set to at least N and (MN). Is accumulated to the least common multiple LCM {(MN), N}, and the remainder obtained by dividing the accumulation result by N is obtained. The remainder is 0 in the first cycle, (MN) mod N in the second cycle, 2 * (MN) mod N in the third cycle, LCM {(MN), in the (h + 1) cycle. N} mod N (= 0).
これらの剰余を位相とし、φ[0]、φ[(M−N) mod N](401)、φ[2*(M−N) mod N](402)、・・・、φ[LCM{(M−N),N} mod N](403)のように、剰余に対応するクロック位相を選択することで、基準クロックのN/M分周クロックを生成する。すなわち、基準クロックのクロック位相に0から始まる整数番号を付与した場合に、剰余の数字と一致する整数番号に対応したクロック位相を選択することにより、基準クロックのN/M分周クロックを生成する。 Using these remainders as phases, φ [0], φ [(MN) mod N] (401), φ [2 * (MN) mod N] (402),..., Φ [LCM { (MN), N} mod N] (403) By selecting the clock phase corresponding to the remainder, the N / M divided clock of the reference clock is generated. That is, when an integer number starting from 0 is assigned to the clock phase of the reference clock, the N / M frequency-divided clock of the reference clock is generated by selecting the clock phase corresponding to the integer number that matches the remainder number. .
例えば、N=3,M=5の3/5分周クロックを生成する場合、基準クロックの3相のクロックφ[0],φ[1],φ[2]を生成する。次に、3/5分周クロックの毎サイクルごとに、(5−3)=2ずつの値を、少なくとも3と(5−3)=2の最小公倍数6まで累算し、累算結果を3で割った剰余を求める。累算結果は「0,2,4,6,8,10」、剰余は「0,2,1,0,2,1」となる。そして、剰余の数字と一致するクロック位相「φ[0],φ[2],φ[1],φ[0],φ[2],φ[1]」を選択することにより、基準クロックの3/5分周クロックを生成する。 For example, when generating a 3/5 frequency-divided clock with N = 3 and M = 5, three-phase clocks φ [0], φ [1], and φ [2] of the reference clock are generated. Next, for each cycle of the 3 / 5-divided clock, the value of (5-3) = 2 is accumulated to at least 3 and the least common multiple of (5-3) = 2, and the accumulated result is Find the remainder divided by 3. The accumulation result is “0, 2, 4, 6, 8, 10”, and the remainder is “0, 2, 1, 0, 2, 1”. Then, by selecting the clock phase “φ [0], φ [2], φ [1], φ [0], φ [2], φ [1]” that matches the remainder number, A 3/5 divided clock is generated.
図1に戻り、本実施形態のクロック生成装置における具体的な動作を説明する。リファレンスクロック発生器501より、周波数fのN相クロックを位相選択合成器502、503に入力する。そして、位相選択合成器502はN/M0分周を行って(N/M0)fのクロックを、位相選択合成器503はN/M1分周を行って(N/M1)fのクロックを、それぞれ生成する。
Returning to FIG. 1, the specific operation of the clock generator of this embodiment will be described. The
位相選択合成器502、503において、クロック選択手段504は、N相クロックと、位相番号(j:0から(N−1)までの整数)とを入力し、位相番号に対応したクロックを選択することで(N/M)fのクロックを生成する。また、位相番号生成手段505は、(N/M)fのクロックと、分周分母(M)及び分周分子(N)とを入力する。そして、位相番号生成手段505は(N/M)fのクロックに同期して、分周分母(M)、及び分周分子(N)から算出される値(M−N)を累算する。
In the
ここで、累算による時系列値(累算値)ACCは以下の式(5)で表され、累算値ACCは0から少なくともLCM{(M−N),N}の範囲の値を持つ。
ACC=(M−N)*t+j0 …(5)
Here, the time series value (accumulated value) ACC by accumulation is expressed by the following formula (5), and the accumulated value ACC has a value in the range of 0 to at least LCM {(MN), N}. .
ACC = (MN) * t + j0 (5)
式(5)において、tは、時点(0から始まる整数)であり、j0は、初期位相番号(0から(N−1)までの整数)である。 In Expression (5), t is a time point (an integer starting from 0), and j0 is an initial phase number (an integer from 0 to (N−1)).
次に、累算値ACCをNで割った剰余を位相番号(j)とする。ここで、位相番号の時系列値は以下の式(6)で表される。
j={(M−N)*t+j0} mod N …(6)
Next, a remainder obtained by dividing the accumulated value ACC by N is set as a phase number (j). Here, the time-series value of the phase number is expressed by the following equation (6).
j = {(MN) * t + j0} mod N (6)
このようにして得られた位相番号(j)がクロック選択手段504に入力され、クロック選択手段504は、位相番号(j)に対応したクロックを選択することで(N/M)fのクロックを生成する。
The phase number (j) obtained in this way is input to the
なお、分周分母(M)、及び分周分子(N)について、本実施形態ではM≧3、かつ、N≧2、かつ、M>Nを満たす整数とすることを制約事項としている。これは後の図8で説明する位相選択合成器の回路実装形態に起因するものであり、上記図5で示す発明内容に基づくものであれば、前記制約事項を満たさなくても構わない。 In this embodiment, the frequency dividing denominator (M) and the frequency dividing numerator (N) are limited to integers satisfying M ≧ 3, N ≧ 2, and M> N. This is due to the circuit mounting form of the phase selection synthesizer described later with reference to FIG. 8, and the above-described restrictions do not have to be satisfied as long as it is based on the contents of the invention shown in FIG.
また、初期位相番号(j0)は、複数生成した(N/M)fのクロックを異なる位相にする場合に有効な概念であり、後述する第3の実施形態では、この初期位相番号を用いたデューティ比改善の例を説明する。 The initial phase number (j0) is an effective concept when a plurality of generated (N / M) f clocks have different phases. In the third embodiment to be described later, this initial phase number is used. An example of duty ratio improvement will be described.
一般に、クロック切り替え制御を行う際には、切り替えに伴うグリッチが発生しないように考慮する必要がある。ここで、図6、図7を用いて切り替えに伴うグリッチ発生に関して説明する。図6はクロック選択手段504a及び位相番号生成手段505aの回路実装形態の一例を示す図であり、グリッチを防止する仕組みを設けていない構成例である。
In general, when performing clock switching control, it is necessary to consider so as not to cause glitches associated with switching. Here, generation of a glitch associated with switching will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a circuit mounting form of the
位相番号生成手段505aは加算器10101、ビット幅Wのレジスタ(Wb reg)10102を有して構成され、クロック選択手段504aはN相クロックから一つのクロックを選択するマルチプレクサ10103を有して構成される。ここで、クロック位相数をN=2^W(2のべき乗:Wは1以上の整数、本明細書では「^」はべき乗を表す)とし、分周分子はNに等しく、分周分母はMとする。
The phase
レジスタ10102の出力は位相番号に対応する。マルチプレクサ10103で選択されたクロックはそのままクロックclkとなる。レジスタ10102はクロックclkで動作する。加算器10101はk=(M−N)とレジスタ10102の内容とを加算し、レジスタ10102に入力することで、クロックclkに同期してk=(M−N)を累算する。マルチプレクサ10103の出力が周波数シンセサイザの出力クロック(Synthesized clock)として出力される。
The output of
ここで、Nが2のべき乗(2^W)となっており、レジスタ10102のビット幅はWとなっているため、レジスタ10102の格納結果は累算値ACCをNで割った剰余に等しく、そのまま位相番号として構わない。
Here, since N is a power of 2 (2 ^ W) and the bit width of the
図7は図6の構成におけるクロック切り替え制御時の動作例を示す図である。ここでは、k=M−Nとし、位相(phase)nから位相n+kに切り替わる制御におけるタイミングチャートを示している。レジスタ10102の格納データ(reg)は位相nを示すため、位相nのクロックによってレジスタ10102の内容はnからn+kに更新される(10201)。そのため、クロックclkは位相nから位相n+kへと切り替わる(10202)。
FIG. 7 is a diagram showing an operation example at the time of clock switching control in the configuration of FIG. Here, k = M−N is shown, and a timing chart in the control of switching from phase n to phase n + k is shown. Since the stored data (reg) of the
次に、レジスタ10102は位相n+kによって動作するため、位相n+kの立ち上がりエッジでn+kからn+k+kに更新される(10203)。そして、クロックclkは位相n+kから位相n+k+kへと切り替わる(10204)。
Next, since the
このようにして得られたクロックclkは、同一サイクル内で複数のパルスが発生する、すなわちグリッチを伴う切り替えとなる。この場合、一点鎖線で囲んだように、正常なクロックが生成されないものとなる。本実施形態によるクロック生成を実現するためには、クロック切り替えの実装にも工夫が求められる。 The clock clk obtained in this way is a switching in which a plurality of pulses are generated within the same cycle, that is, with a glitch. In this case, a normal clock is not generated as surrounded by a one-dot chain line. In order to realize clock generation according to the present embodiment, a device is also required for mounting clock switching.
図8は上述したグリッチ発生の問題を考慮した本実施形態に係るクロック選択手段504及び位相番号生成手段505の回路実装形態の一例を示す図であり、グリッチを防止する仕組みを設けたものである。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a circuit mounting form of the
位相番号生成手段505は加算器601、ビット幅Wのレジスタ(Wb reg)602、603、604を有して構成され、クロック選択手段504はN相クロックから一つのクロックを選択する比較手段としてのマルチプレクサ605、606、一致判定器607、論理積素子(AND)608、論理反転素子609、610を有して構成される。ここで、クロック位相数をN=2^W(Wは1以上の整数)とし、分周分子はNに等しく、分周分母はMとする。
The phase
レジスタ602、603、604の出力は位相番号に対応し、ここではそれぞれ位相番号A、位相番号B、位相番号Cとする。マルチプレクサ605で選択されたクロックは論理積素子608を経てクロックclk0となり、マルチプレクサ606で選択されたクロックはそのままクロックclk1となる。
The outputs of the
レジスタ602はクロックclk0で動作し、レジスタ603はクロックclk0の反転クロックで動作し、レジスタ604はクロックclk1の反転クロックで動作する。加算器601はk=(M−N)とレジスタ602の内容とを加算し、レジスタ602に入力することで、クロックclk0に同期してk=(M−N)を累算する。
The
ここで、Nが2のべき乗(2^W)となっており、レジスタ602のビット幅はWとなっているため、レジスタ602の格納結果は累算値ACCをNで割った剰余に等しく、そのまま位相番号として構わない。ここでは位相番号Aとしている。
Here, since N is a power of 2 (2 ^ W) and the bit width of the
また、レジスタ603、レジスタ604はレジスタ602の格納結果をクロックclk0の反転クロック、及びクロックclk1の反転クロックに同期してコピーしているだけなので、同様に位相番号として構わない。ここでは、それぞれ位相番号B、位相番号Cとしている。
Further, since the
一致判定器607は、位相番号Bと位相番号Cが一致しているかどうかを判定し、一致していれば論理値1を、一致していなければ論理値0を一致判定結果(equal)として出力する。論理積素子608によって、マルチプレクサ605の出力と一致判定結果equalとの論理積がクロックclk0として生成される。このクロックclk0にはクロック切り替え制御に伴うグリッチが防止されており、N/M分周クロックとなる。論理積素子608の出力が周波数シンセサイザの出力クロック(Synthesized clock)として出力される。
The
図8に示した本実施形態の構成における本質的に重要な点は、図6のようなマルチプレクサ10103によって選択されるクロックclkと、マルチプレクサ10103を制御するレジスタ10102が使用するクロックclkとを同一にするという構成を回避している点である。
The essential point in the configuration of this embodiment shown in FIG. 8 is that the clock clk selected by the
すなわち、図8において、マルチプレクサ605はレジスタ604によって制御され、かつレジスタ604はマルチプレクサ606によって選択されるクロックclk1を使用している。同様に、マルチプレクサ606はレジスタ602によって制御され、かつレジスタ602はマルチプレクサ605によって選択されるクロックclk0を使用している。
That is, in FIG. 8, the
図6のような構成の場合、図7に示すようにレジスタ更新によってクロックclkにグリッチが発生するが、図8の本実施形態の構成では、マルチプレクサによって選択されるクロックと、マルチプレクサを制御するレジスタが使用するクロックを同一にするという構成を回避しているため、レジスタ更新時におけるクロックのグリッチ発生を回避することができる。 In the case of the configuration as shown in FIG. 6, a glitch is generated in the clock clk by register update as shown in FIG. 7, but in the configuration of the present embodiment in FIG. 8, the clock selected by the multiplexer and the register that controls the multiplexer Therefore, it is possible to avoid the occurrence of clock glitches at the time of register update.
次に、本実施形態の構成によってクロック切り替え制御に伴うグリッチが防止されていることを説明する。図9は本実施形態のクロック選択手段及び位相番号生成手段の構成におけるクロック切り替え制御時の動作例を示す図である。ここでは、k=M−Nとし、位相(phase)nから位相n+kに切り替わる制御における動作条件として、(a)で示す位相nと立ち上がりエッジが最も近いkの最小値(min k)、及び(b)で示す位相nと立ち上がりエッジが最も遠いkの最大値(max k)のそれぞれの場合のタイミングチャートを示している。 Next, it will be described that the glitch associated with the clock switching control is prevented by the configuration of the present embodiment. FIG. 9 is a diagram illustrating an operation example at the time of clock switching control in the configuration of the clock selection unit and the phase number generation unit of the present embodiment. Here, k = M−N, and as an operation condition in the control to switch from phase n to phase n + k, the minimum value (min k) of k having the closest rising edge to phase n shown in (a), and ( The timing chart in the case of each of the phase n shown in b) and the maximum value (max k) of k with the farthest rising edge is shown.
まず、位相nと立ち上がりエッジが最も近いkの最小値(min k)の場合についての動作を説明する。レジスタ602、603、604の格納データはすべて位相nを示している。レジスタ604の格納データは位相nを示すため、位相nのクロックによってレジスタ602の内容はnからn+kに更新される(701)。
First, the operation in the case of the minimum value (min k) of k that is closest to the phase n and the rising edge will be described. Data stored in the
レジスタ602の内容によってマルチプレクサ606が制御されるため、マルチプレクサ606から出力されるクロックclk1は位相nから位相n+kへと切り替わる(702)。既に述べたように、レジスタ602はマルチプレクサ605によって選択されたクロックで動作するため、702の動作ではクロックが変化しないため、再び更新されることは無い(703)。
Since the
また、レジスタ603についてもレジスタ602が動作するクロックを論理反転したクロックで動作するため、レジスタ602と同様、702の動作によって更新されることは無い。
Also, the
一方、レジスタ604は、マルチプレクサ606によって選択されたクロックであるclk1の反転クロックによって動作するために、一点鎖線で示すようにクロック切り替えに伴うグリッチが発生する。しかし、この破線で囲んだ704の部分では、既に述べたようにレジスタ604の入力データであるレジスタ603が更新されていないため、同じ値(位相n)を再度取り直す動作となり、実質的には問題は発生しない。
On the other hand, since the
次に、レジスタ603はレジスタ602が動作するクロックを論理反転したクロックで動作するため、位相nのクロックの立ち下がりエッジによって、レジスタ603の内容はnからn+kに更新される(705)。
Next, since the
ここで、レジスタ603とレジスタ604の内容は一致判定器607に入力されるため、705の動作によってレジスタ603とレジスタ604の内容が不一致となるので、一致判定結果equalはLoレベルとなる(706)。
Here, since the contents of the
この一致判定結果equalはマルチプレクサ605の出力と共に論理積素子608に入力されているが、マルチプレクサ605はレジスタ604によって位相nを選択しており、その出力がLoレベルとなっている(707)。このため、706の動作はクロックclk0には何ら影響を与えない。
The coincidence determination result “equal” is input to the AND
次に、レジスタ604は既に位相n+kに切り替わっているclk1を論理反転したクロックで動作するため、705の動作から位相差k遅れて、レジスタ604の内容はnからn+kに更新される(708)。708の動作によってマルチプレクサ605の選択は位相nからn+kに切り替わる(709)。
Next, since the
更に、708の動作によってレジスタ603とレジスタ604の内容が一致するため、一致判定結果equalはHiレベルとなる(710)。しかし、マルチプレクサ605が選択している位相n+kは既にLoレベルとなっている(711)。このため、710の動作はクロックclk0には何ら影響を与えない。以上の動作により、レジスタ602、603、604は再び同じ値(n+k)を示し、同様に位相n+kからn+k+kへの切り替えが繰り返される(712)。
Further, since the contents of the
次に、位相nと立ち上がりエッジが最も遠いkの最大値(max k)の場合についての動作を説明する。レジスタ602、603、604の格納データはすべて位相nを示している。レジスタ604の格納データは位相nを示すため、位相nのクロックによってレジスタ602の内容はnからn+kに更新される(721)。
Next, the operation in the case of the maximum value (max k) of k that is farthest from the phase n and the rising edge will be described. Data stored in the
レジスタ602の内容によってマルチプレクサ606が制御されるため、マルチプレクサ606から出力されるクロックclk1は位相nから位相n+kへと切り替わる(722)。既に述べたように、レジスタ602はマルチプレクサ605によって選択されたクロックで動作するので、722の動作ではクロックが変化しないため、再び更新されることは無い(723)。
Since the
また、レジスタ603についてもレジスタ602が動作するクロックを論理反転したクロックで動作するため、レジスタ602と同様、722の動作によって更新されることは無い。
Also, the
次に、レジスタ603はレジスタ602が動作するクロックを論理反転したクロックで動作するため、位相nのクロックの立ち下がりエッジによって、レジスタ603の内容はnからn+kに更新される(725)。
Next, since the
ここで、レジスタ603とレジスタ604の内容は一致判定器607に入力されるため、725の動作によってレジスタ603とレジスタ604の内容が不一致となるので、一致判定結果equalはLoレベルとなる(726)。
Here, since the contents of the
この一致判定結果equalはマルチプレクサ605の出力と共に論理積素子608に入力されているが、マルチプレクサ605はレジスタ604によって位相nを選択しており、その出力がLoレベルとなっている(707)。このため、726の動作はクロックclk0には何ら影響を与えない。
The coincidence determination result “equal” is input to the AND
次に、レジスタ604は既に位相n+kに切り替わっているclk1を論理反転したクロックで動作するため、725の動作から位相差k遅れて、レジスタ604の内容はnからn+kに更新される(728)。728の動作によってマルチプレクサ605の選択は位相nからn+kに切り替わる(729)。
Next, since the
ここで、729の動作が行われるまでに一点鎖線で示すように位相nの立ち上がりエッジが存在する。しかし、一致判定結果equalがLoレベルとなっており(727)、論理積素子608によって無効化されるので、この破線で囲んだ724の部分では、クロックclk0にはグリッチは発生しない。
Here, there is a rising edge of phase n as indicated by the alternate long and short dash line until the operation of 729 is performed. However, since the coincidence determination result “equal” is at the Lo level (727) and is invalidated by the AND
更に、728の動作によってレジスタ603とレジスタ604の内容が一致するため、一致判定結果equalはHiレベルとなる(730)。しかし、マルチプレクサ605が選択している位相n+kは既にLoレベルとなっているため(731)、730の動作はクロックclk0には何ら影響を与えない。以上の動作により、レジスタ602、603、604は再び同じ値(n+k)を示し、同様に位相n+kからn+k+kへの切り替えが繰り返される(732)。
Further, since the contents of the
上述したように、マルチプレクサによって選択されるクロックと、マルチプレクサを制御するレジスタが使用するクロックとを同一にすることを回避する構成によって、レジスタ更新時におけるクロックのグリッチ発生を回避することができる。更には、上記724の動作のように、特定条件でのクロックグリッチを無効化するという仕組みを組み合わせることが望ましい。 As described above, generation of clock glitches at the time of register update can be avoided by avoiding the same clock selected by the multiplexer and the clock used by the register controlling the multiplexer. Furthermore, it is desirable to combine a mechanism for invalidating a clock glitch under a specific condition, such as the operation of 724 described above.
なお、本実施形態では、724の動作を実現するために一致判定器と論理積素子とを構成要素にしているが、この構成に限定されるべきものではなく、上記724の動作を実現可能な無効化信号を生成するための回路構成、あるいは724の動作を代替する回路構成でも構わない。
In this embodiment, in order to realize the
図10は本実施形態における周波数シンセサイザの出力クロックの一例を示す図である。上述した本実施形態の構成及び動作により、クロックを選択することによって所定の出力クロックが得られる。図10の例では、2/3分周の場合、すなわち図8においてM=3、N=2の場合を示している。この場合、多相クロックとして位相番号j=0であるクロック801、位相番号j=1であるクロック802がクロック選択手段504に入力される。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an output clock of the frequency synthesizer in the present embodiment. A predetermined output clock can be obtained by selecting a clock according to the configuration and operation of the present embodiment described above. In the example of FIG. 10, the case of frequency division by 2/3, that is, the case of M = 3 and N = 2 in FIG. In this case, a
位相番号生成手段505では、k=M−N(=1)ずつ累算を実施し、累算値ACCは0、1、2、3、・・・というように増加していく。なお、この累算値ACCは、N(=2)とM−N(=1)の最小公倍数である2まで少なくとも累算すればよい。 The phase number generation means 505 performs accumulation by k = M−N (= 1), and the accumulated value ACC increases as 0, 1, 2, 3,. The accumulated value ACC may be accumulated at least up to 2, which is the least common multiple of N (= 2) and MN (= 1).
そして、累算値ACCをN(=2)で割った剰余を位相番号として、位相番号jは0、1、0、1、・・・と変化する。また、図8で示したグリッチ防止の工夫により、得られる2/3分周クロック803は、クロック801とクロック802のそれぞれのクロックパルスを選択(804、805)して出力したものとなる。
Then, with the remainder obtained by dividing the accumulated value ACC by N (= 2) as the phase number, the phase number j changes to 0, 1, 0, 1,. Further, the 2/3 frequency-divided
図11は従来の構成と本実施形態の構成とを比較した説明図である。図11において、(a)は従来の構成を示し、(b)は本実施形態の構成を示している。図11(a)あるいは背景技術で示した図28のような従来の構成では、複数のクロック生成のためにPLLを複数構成する必要があった。これに対し、図11(b)に示すような本実施形態の構成では、N相のクロック位相を出力するリファレンスクロック発生器(PLL)1001と、位相選択合成器1002とを設けることで、複数のクロックを生成する場合でもPLLを複数構成する必要は無くなり、PLLの個数を削減できる。これによって、回路の実装面積を削減でき、消費電力の削減を実現することが可能となる。
FIG. 11 is an explanatory diagram comparing the conventional configuration and the configuration of the present embodiment. In FIG. 11, (a) shows a conventional configuration, and (b) shows the configuration of the present embodiment. In the conventional configuration as shown in FIG. 11A or FIG. 28 shown in the background art, it is necessary to configure a plurality of PLLs for generating a plurality of clocks. On the other hand, in the configuration of the present embodiment as shown in FIG. 11B, a plurality of reference clock generators (PLL) 1001 that output N-phase clock phases and
(第2の実施形態)
第2の実施形態として、本発明に係るクロック生成装置の特徴的な構成を用いたフェーズロックループへの応用例をいくつか示す。本発明によるクロック生成の特徴として、以下のものが挙げられる。
(Second Embodiment)
As a second embodiment, some examples of application to a phase-locked loop using the characteristic configuration of the clock generation device according to the present invention are shown. The features of clock generation according to the present invention include the following.
(1)分周分母、分子の値の変更によって、1つのクロック周波数から他の周波数を生成できる。
(2)分周率の分子として1よりも大きな値をとることができる。
(1) By changing the frequency division denominator and numerator values, other frequencies can be generated from one clock frequency.
(2) A value larger than 1 can be taken as the numerator of the division ratio.
まず、上記(1)に挙げた特徴を用いた例として、動的周波数制御(Dynamic Frequency Scaling:DFS)が第1応用例として考えられる。 First, as an example using the features listed in (1) above, dynamic frequency control (DFS) is considered as a first application example.
図12は動的周波数制御に適用した第1応用例を説明する図である。図12において、(a)は従来の構成を示し、(b)は本発明に係る第1応用例を示している。図12(a)に示す従来の構成では、例えばPLLから得られる周波数f0のクロックと、1/2分周器後に得られる周波数(1/2)f0のクロックとを選択回路1004によって切り替えるというものであった。この場合、動的に制御できる周波数は半分かどうかという解像度となる。すなわち、従来の構成では、基準周波数の1/2の周波数、一般的な分周器では1/(2のべき乗)という周波数しか生成できない(つまり基準周波数の90%などではない)。
FIG. 12 is a diagram illustrating a first application example applied to dynamic frequency control. In FIG. 12, (a) shows a conventional configuration, and (b) shows a first application example according to the present invention. In the conventional configuration shown in FIG. 12A, for example, the
これに対し、図12(b)に示す第1応用例では、N相のクロックを出力するリファレンスクロック発生器(PLL)1001と位相選択合成器1002とを備え、DFSを実現する構成となっている。この構成では、図1、図8に示したようにN/M分周が実現できるため、分数制御値1003によって例えば周波数f0以外に(5/6)f0、(5/7)f0が実現でき、周波数切り替えの解像度が大幅に向上する。すなわち、基準周波数に対して5/6(83%)、5/7(71%)などの周波数を選択でき、周波数の高解像度化を図れる。
On the other hand, the first application example shown in FIG. 12B includes a reference clock generator (PLL) 1001 that outputs an N-phase clock and a
また、上記(1)に挙げた特徴を用いた例として、スペクトル拡散クロックの生成が第2応用例として考えられる。 Further, as an example using the feature listed in (1) above, generation of a spread spectrum clock is considered as a second application example.
図13はスペクトル拡散クロック生成に適用した第2応用例を説明する図である。この第2応用例では、図12(b)に示した第1応用例の構成に加えて、乱数発生器1501、加算器1502を設け、上記第1応用例の分数制御と同様の分数制御値1503(N、あるいはM)に乱数発生器1501から出力される時系列乱数値α(t)を足しこむ構成となっている。これにより、時系列に揺らぎを持つ分数制御値1504が生成できる。
FIG. 13 is a diagram for explaining a second application example applied to spread spectrum clock generation. In the second application example, in addition to the configuration of the first application example shown in FIG. 12B, a
この構成によれば、例えば、f0*(N+α(t))/M、あるいはf0*N/(M+α(t))といった時系列に揺らぎを持つクロックが実現できる。このような揺らぎを持つクロックは周波数成分として広がりを持っているため、特定周波数成分のピーク振幅が抑えられ、EMIを低減する効果を奏する。 According to this configuration, for example, a clock having fluctuations in time series such as f 0 * (N + α (t)) / M or f 0 * N / (M + α (t)) can be realized. Since the clock having such fluctuation has a spread as a frequency component, the peak amplitude of the specific frequency component is suppressed, and an effect of reducing EMI is obtained.
次に、上記(2)に挙げた特徴を用いた例として、PLLの特性改善が第3応用例及び第4応用例として考えられる。 Next, as an example using the characteristics listed in (2) above, improvement of the characteristics of the PLL can be considered as a third application example and a fourth application example.
図14はPLLの特性改善に適用した第3応用例及び第4応用例を説明する図である。図14において、(a)は従来の構成を示し、(b)は本発明に係る第3応用例を示し、(c)は本発明に係る第4応用例を示している。 FIG. 14 is a diagram illustrating a third application example and a fourth application example applied to improving the characteristics of the PLL. 14A shows a conventional configuration, FIG. 14B shows a third application example according to the present invention, and FIG. 14C shows a fourth application example according to the present invention.
一般的にPLLでは、図14(a)に示す従来の構成のように、周波数fのクロックを1/N分周してf/Nのクロック1101を生成し、そしてVCO1102の出力クロック1103を1/M分周して位相比較器(PFD)1104に入力し、位相比較結果をVCO1102にフィードバックすることで、1/M分周クロック1105の周波数がf/Nに収束する。このとき、VCO1102の出力クロック1103は(M/N)fとなる。
In general, in a PLL, as in the conventional configuration shown in FIG. 14A, a clock having a frequency f is divided by 1 / N to generate an f /
ここで、位相比較器(PFD)1104は入力クロックのエッジ毎に動作するため、図14(a)の構成ではf/Nの周波数で位相比較器(PFD)1104が動作する。 Here, since the phase comparator (PFD) 1104 operates at each edge of the input clock, the phase comparator (PFD) 1104 operates at a frequency of f / N in the configuration of FIG.
これに対し、図14(b)に示す一例としての第3応用例では、位相比較器1111とともに、本実施形態の位相選択合成器を分周器1110に適用し、N段のインバータリングで構成されるVCO1112によって、N相のクロックを分周器1110に入力する構成となっている。この構成の場合、分周器1110によってN/M分周が実現されるため、位相比較器1111の入力クロックは共に周波数fとなり、図14(a)の従来の構成に対してN倍のクロックで位相比較器1111が動作する。これはPLLの動作帯域がN倍になったことを意味し、広帯域化を図れる。
On the other hand, in the third applied example as an example shown in FIG. 14B, the phase selective synthesizer of this embodiment is applied to the
なお、N段のVCOによってN相のクロックが生成可能であることは一般的に知られているが、このVCOの段数は発振可能周波数上限の決定要因にもなっている。図14(c)に示す他の例としてる第4応用例では、図14(b)の第3応用例のN/M分周器の代わりに、P/M分周器1120及びP/N分周器1121の組合せを設け、P段のインバータリングで構成されるVCO1123を用いてPLLが構成されている。この構成の場合、位相比較器1122の入力クロックは周波数fのまま、VCO1123の段数はP段にできるため、発振可能周波数上限に応じてPの値を任意に設定することができる。
Although it is generally known that an N-phase clock can be generated by an N-stage VCO, the number of stages of the VCO is also a determining factor for the upper limit of the oscillatable frequency. In the fourth application example as another example shown in FIG. 14C, a P /
また、PLLへの他の応用例を第5応用例として示す。図15はPLLへの他の応用例である第5応用例を説明する図である。図15において、(a)は従来の第1の構成を示し、(b)は従来の第2の構成を示し、(c)は本発明に係る第5応用例を示している。 Another application example to the PLL is shown as a fifth application example. FIG. 15 is a diagram for explaining a fifth application example which is another application example to the PLL. 15A shows a first conventional configuration, FIG. 15B shows a second conventional configuration, and FIG. 15C shows a fifth application example according to the present invention.
周波数fから周波数f*Mを生成する場合、図15(a)に示す従来の第1の構成のように、片側に1/M分周器1201を設けて、位相比較器(PFD)1202の入力クロックを周波数fにするという構成がある。ここで、前述した図14と同様に、位相比較器1202は周波数fで動作するものとする。このとき、VCO1203の発振周波数はf*MすなわちMfとなる。ここで、この周波数fが低くなると、VCO1203の発振周波数が低くなるため、VCOの発振下限周波数の制約により入力周波数レンジが決定する。
When the frequency f * M is generated from the frequency f, a 1 /
この入力周波数レンジを向上するための従来構成としては、図15(b)に示す従来の第2の構成のように、図15(a)の1/M分周器1201の代わりに1/QM分周器1210及び1/Q分周器1211を設けることで、VCO1212の発振周波数をf*QMすなわちQMfにでき、これにより入力周波数レンジがQ倍となる。
As a conventional configuration for improving the input frequency range, a 1 / QM instead of the 1 /
しかし、発振周波数の上限について考えた場合、図15(b)の従来の第2の構成では発振周波数を上げるだけなので、発振上限周波数の制約により入力周波数レンジが決定する。 However, when considering the upper limit of the oscillation frequency, the conventional second configuration of FIG. 15B only increases the oscillation frequency, and therefore the input frequency range is determined by the limitation of the oscillation upper limit frequency.
これに対し、図15(c)に示す第5応用例では、P/QM分周器1220及びP/Q分周器1221と、P段のVCO1222とを備える構成となっている。この構成では、VCO1222の発振周波数はf*QM/Pすなわち(QM/P)fとなる。これにより、発振周波数を下げる側の組合せが実現できるため、VCOの発振上限周波数の制約を緩和することができる。この場合、入力周波数レンジとしては、図15(a)の従来の第1の構成に対してPQ倍となるので、入力周波数レンジの拡大を図れる。
On the other hand, the fifth application example shown in FIG. 15C includes a P /
さらに、本発明に係るクロック生成装置は、分周比に小数を用いた、いわゆるフラクショナルPLLの精度向上にも応用できる。図16はフラクショナルPLLの精度向上にも応用した第6応用例を説明する図である。図16において、(a)は従来の構成を示し、(b)は本発明に係る第6応用例を示している。 Furthermore, the clock generator according to the present invention can be applied to improve the accuracy of a so-called fractional PLL using a decimal number as a frequency division ratio. FIG. 16 is a diagram for explaining a sixth application example applied to the improvement of the accuracy of the fractional PLL. 16A shows a conventional configuration, and FIG. 16B shows a sixth application example according to the present invention.
従来のフラクショナルPLLとしては、図16(a)に示す従来の構成のように、VCO1303とともに、片側に1/M分周器1301を設けて、位相比較器(PFD)1302の入力クロックを周波数fにするという構成がある。そして、M未満の小数点に相当する分周比の誤差を定期的に補正するように、1/M分周器1301のM値を1/Mあるいは1/(M+1)に制御する(1304)。このM値の制御1304によって、VCO1303の出力するクロックは1/(M+小数)という分周比に収束する。
As a conventional fractional PLL, as in the conventional configuration shown in FIG. 16A, a 1 /
ここで、図16(a)の従来の構成において、1/M分周器1301のM値を制御する際、M=10の場合を考えると、1/Mと1/(M+1)の差分は1/10と1/11という差分になる。この差分が一般的には量子化ノイズと呼ばれ、ジッター性能に影響する。
Here, in the conventional configuration of FIG. 16A, when controlling the M value of the 1 /
これに対し、図16(b)に示す第6応用例では、位相比較器1312、P/PM分周器1311と、P段のVCO1313とを備える構成となっている。このように片側にP/PM分周器1311を設けて、位相比較器1312の入力クロックを周波数fとし、そしてM未満の小数点に相当する分周比の誤差を定期的に補正するように、P/PM分周器1311のPM値をP/PMあるいはP/(PM+1)に制御する(1314)。このPM値の制御1314によって、VCO1313の出力するクロックは、図16(a)の従来の構成と同様に、P/(P(M+小数))=1/(M+小数)という分周比に収束する。
On the other hand, the sixth application example shown in FIG. 16B is configured to include a
この第6応用例の構成における量子化ノイズは、M=10、P=5の場合を考えると、P/PMとP/(PM+1)との差分は1/10と5/51(=1/10.2)という差分になる。すなわち、本発明に係る第6応用例では、量子化ノイズが従来の構成での1/11から1/10.2となり、位相量子化ノイズを1/5に削減することができる。このようにして、よりジッターの少ないフラクショナルPLLを実現できる。 Assuming that M = 10 and P = 5 in the configuration of the sixth application example, the difference between P / PM and P / (PM + 1) is 1/10 and 5/51 (= 1 / 10.2). That is, in the sixth application example according to the present invention, the quantization noise is reduced from 1/11 to 1 / 10.2 in the conventional configuration, and the phase quantization noise can be reduced to 1/5. In this way, a fractional PLL with less jitter can be realized.
上記フラクショナルPLLを実現するための位相選択合成器の構成例を図17、図18に示す。図17はフラクショナルPLLを実現する位相選択合成器の構成要素を示す図、図18は図17の位相選択合成器におけるクロック選択手段504及び位相番号生成手段1401の回路実装形態の一例を示す図である。 A configuration example of a phase selection synthesizer for realizing the above-described fractional PLL is shown in FIGS. FIG. 17 is a diagram showing components of a phase selection synthesizer that implements a fractional PLL, and FIG. 18 is a diagram showing an example of a circuit implementation form of the clock selection means 504 and phase number generation means 1401 in the phase selection synthesizer of FIG. is there.
この図17、図18の構成は、図8で説明した位相選択合成器における位相番号生成手段505の変形例となる。すなわち、図8の位相番号生成手段505において加算器601のキャリー入力(キャリーイン:ci)に小数点誤差を入力することで、フラクショナルPLLを実現できる。
17 and 18 is a modification of the phase number generation means 505 in the phase selection synthesizer described in FIG. That is, the fractional PLL can be realized by inputting the decimal point error to the carry input (carry-in: ci) of the
具体的には、図17に示すように、位相番号生成手段1401には小数設定として「x」という値を設定する。そして、図18に示すように、この小数設定値xを加算器1402、レジスタ1403からなる累算回路によって累算し、小数点からの桁あふれ(キャリーアウト:co)1404を加算器601のキャリー入力に入力する。この他の動作は図8と同様である。この場合、桁あふれが発生する度に加算器601の累算値がkからk+1に変わり、結果として、分周比がP/PMあるいはP/(PM+1)となるように制御される。
Specifically, as shown in FIG. 17, a value “x” is set as the decimal number setting in the phase
このように、第6応用例によれば、位相番号生成手段1401において累算手段を追加するだけで、容易にフラクショナルPLLを実現でき、かつ、量子化ノイズを従来方式と比較して大幅に削減できる。 As described above, according to the sixth application example, the fractional PLL can be easily realized only by adding the accumulating means in the phase number generating means 1401, and the quantization noise is greatly reduced as compared with the conventional method. it can.
(第3の実施形態)
第3の実施形態として、本発明に係るクロック生成装置の効果を更に高めるためのフェーズロックループへの応用例をいくつか示す。
(Third embodiment)
As a third embodiment, several application examples to a phase-locked loop for further enhancing the effect of the clock generation device according to the present invention will be shown.
図19は分周範囲を拡大するための第7応用例を説明する図である。図19において、(a)は本実施形態の基本構成を示し、(b)は本発明に係る第7応用例を示している。図19(a)に示す基本構成の位相選択合成器1002の場合、分周比として1/2から1の範囲を実現できる。
FIG. 19 is a diagram illustrating a seventh application example for expanding the frequency dividing range. 19A shows the basic configuration of the present embodiment, and FIG. 19B shows the seventh application example according to the present invention. In the case of the phase
これに対し、図19(b)に示す第7応用例では、図19(a)の基本構成に加えて、W段の1/2分周器1601と、選択回路1604とを備えた構成となっている。この改善後の構成では、1/3などの上記範囲を超える分周比を実現したい場合、分数制御値を第1分数制御値1602と第2分数制御値1603との2つに分離し、選択回路1604によって位相選択合成器1002あるいは1/2分周器1601のいずれかのクロックを選択する。
On the other hand, in the seventh application example shown in FIG. 19B, in addition to the basic configuration of FIG. 19A, a configuration including a W-
例えば、分周比を1/3から1の範囲で実現したい場合、1/3=2/3*1/2が成立するため、第1分数制御値1602に2/3から1の範囲を設定する。これにより、位相選択合成器1002の出力は2/3から1の範囲の分周比となり、さらに、1/2分周器1601の出力は1/3から1/2の範囲の分周比となる。
For example, when the division ratio is desired to be realized in the range of 1/3 to 1, since 1/3 = 2/3 * 1/2 is established, the first
ここで、選択回路1604によって位相選択合成器1002の出力、あるいは1/2分周器1601の出力を選択することで、最終的なクロックの分周範囲は両方の出力を合わせた1/3から1の範囲となる。このような構成を一般化すると、1/2分周器をW段構成することによって、分周比は1/(2^W)から1の範囲が実現でき、更なる分周範囲の拡大を図れる。
Here, by selecting the output of the
また、本発明の効果を更に高めるための応用例としては、デューティ比の改善が挙げられる。本実施形態に係る位相選択合成器は、図8に示したように加算器601を用いた累算によって、多相クロックからクロックを選択する構成であるため、累算の初期値を変更することによってクロックの位相角を変更することが可能である。
Further, as an application example for further enhancing the effect of the present invention, there is an improvement in duty ratio. Since the phase selection synthesizer according to this embodiment is configured to select a clock from multiphase clocks by accumulation using the
図20、図21を用いて本発明に係る第8応用例を説明する。図20はデューティ比を改善するための一例としての第8応用例の構成を示す図である。第8応用例のクロック生成装置は、図1に示したリファレンスクロック発生器501、位相選択合成器502、503の後段に、1/2分周器1701、1702、排他論理和否定素子(XNOR)1703を設けた構成となっている。
An eighth application example according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 20 is a diagram showing a configuration of an eighth application example as an example for improving the duty ratio. The clock generation apparatus of the eighth application example includes 1/2
クロックの位相角の変更は、前述した式(5)で説明した初期位相番号(j0)に相当する。そこで、図20に示すように、リファレンスクロック発生器501のクロックを位相選択合成器502、503に入力し、それぞれの位相選択合成器の出力の位相角を0[deg]、180[deg]にしておき、さらに1/2分周器1701、1702で1/2分周した後、排他論理和否定素子(XNOR)1703の論理演算を行う。
The change of the phase angle of the clock corresponds to the initial phase number (j0) described in the above equation (5). Therefore, as shown in FIG. 20, the clock of the
図21は図20の第8応用例におけるクロックのタイミングを示す図である。ここで、180[deg]の位相角というのは、周期(M/N)*Tの場合、(M/2N)*Tの時間に相当する。そこで、式(5)における初期位相番号(j0)について、位相角0[deg]のクロックのj0をj0=0とした場合、位相角180[deg]のクロックのj0をj0=M/2とすれば、それぞれの位相角が得られる。 FIG. 21 is a diagram showing clock timings in the eighth application example of FIG. Here, the phase angle of 180 [deg] corresponds to the time of (M / 2N) * T in the case of the period (M / N) * T. Therefore, for the initial phase number (j0) in equation (5), if j0 of the clock with a phase angle of 0 [deg] is j0 = 0, j0 of the clock with a phase angle of 180 [deg] is j0 = M / 2. Then, each phase angle can be obtained.
これらの動作によって、位相選択合成器502、位相選択合成器503の出力クロックは、図21のクロック1704、1706で示すように、f*N/Mの周波数で、位相が180[deg]ずれた形で生成される。また、1/2分周器1701、1702の出力クロックは、クロック1705、1707で示すように、f*N/2Mの周波数で、位相が同様に90[deg]ずれた形で生成される。
By these operations, the output clocks of the
このとき、クロック1705、1707はそれぞれクロック1704、1706の立ち上がりエッジ毎に変化するため、デューティ比は理想的にはHi区間:Lo区間=50%:50%になる。そして、クロック1705、1707は位相90[deg]毎にLo/Lo、Hi/Lo、Hi/Hi、Lo/Hiと遷移するため、排他論理和否定素子(XNOR)1703の論理演算を行うことで、f*N/Mの周波数でデューティ比が理想的にはHi区間:Lo区間=50%:50%となるクロック1708が得られる。
At this time, since the
図22、図23を用いて本発明に係る第9応用例を説明する。図22はデューティ比を改善するための他の例としての第9応用例の構成を示す図、図23は第9応用例におけるクロックのタイミングを示す図である。 A ninth application example according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 22 is a diagram showing a configuration of a ninth application example as another example for improving the duty ratio, and FIG. 23 is a diagram showing clock timings in the ninth application example.
第9応用例では、図20の第8応用例のように1/2分周器は用いずに、図22に示すようにセットリセット保持手段としてのセット・リセットラッチ1901を用いた構成としている。この構成において、位相選択合成器502、503からそれぞれ出力される位相が180[deg]異なるクロックを、それぞれセット信号1902、あるいはリセット信号1903としてセット・リセットラッチ1901に入力する。
In the ninth application example, a 1/2 frequency divider is not used as in the eighth application example of FIG. 20, but a set /
図23に示すように、セット・リセットラッチ1901の出力は、まず位相角が0[deg]のクロックを用いたセット信号1902によってLoからHiに遷移し(1904)、次に位相角が180[deg]のクロックを用いたリセット信号1903によってHiからLoに遷移する(1905)。
As shown in FIG. 23, the output of the set /
これらの動作によって、セット・リセットラッチ1901の出力として、f*N/Mの周波数でデューティ比が理想的にはHi区間:Lo区間=50%:50%となるクロック1708が得られる。
By these operations, as the output of the set /
なお、上記の第8応用例及び第9応用例は、初期位相番号j0としてM/2という値を用いるため、Mが奇数の場合には誤差が発生する。そこで、Mが奇数の場合であってもデューティ比を理想的にHi区間:Lo区間=50%:50%にすることができる構成例を第10応用例として以下に示す。 In the eighth application example and the ninth application example, since the value M / 2 is used as the initial phase number j0, an error occurs when M is an odd number. Therefore, even if M is an odd number, a configuration example in which the duty ratio can be ideally set to Hi section: Lo section = 50%: 50% will be described as a tenth application example.
図24はデューティ比を改善するためのさらに他の例としての第10応用例の構成を示す図である。第10応用例のクロック生成装置は、図22の第9応用例を変形したもので、リファレンスクロック発生器501と3つの位相選択合成器502、2006、2007とを設けるとともに、位相選択合成器2006、2007の後段に位相混合器2003を設け、位相選択合成器502及び位相混合器2003の出力部にセット・リセットラッチ1901を設けた構成となっている。
FIG. 24 is a diagram showing a configuration of a tenth application example as still another example for improving the duty ratio. The clock generation apparatus of the tenth application example is a modification of the ninth application example of FIG. 22, and includes a
第10応用例では、位相角が180[deg]のクロックを生成するために、位相角が180−Δ[deg]のクロック2001を生成する位相選択合成器2006、及び位相角が180+Δ[deg]のクロック2002を生成する位相選択合成器2007、及び各々のクロックを入力して混合する位相混合器2003を用いる。
In the tenth application example, in order to generate a clock having a phase angle of 180 [deg], a
ここで、クロック2001、2002は、Mが奇数の場合におけるM/2の小数点切捨て及び切り上げした値をそれぞれj0に適用することによる位相角に相当する。例えば、M=5の場合、5/2=2.5であるので、クロック2001はj0=2とした位相角、クロック2002はj0=3とした位相角となる。
Here, the
図25は第10応用例における位相混合器2003の構成を示す図である。位相混合器2003は、各々のクロックを入力するインバータ2008、2009と、インバータ2008、2009の出力を短絡させる中間ノード2004と、中間ノード2004を入力するインバータ2010とを有して構成されている。
FIG. 25 is a diagram showing the configuration of the
図26は図25の位相混合器2003によるクロックのタイミングを示す図である。図25の構成による位相混合器2003において、中間ノード2004はインバータ2008、2009の出力が異なる区間Δ(2011、2012)において、2Δの時間をかけてHiレベルからLoレベルに遷移するように波形がなまった状態となる(2013)。このとき、スイッチングレベル2005は、CMOSの場合、一般的に電源電圧の半分の値になるため、インバータ2010の出力はクロック2001、2002の中間の位相、すなわち位相角が180[deg]となる(2014)。
FIG. 26 is a diagram showing clock timings by the
このように、第10応用例によれば、Mが奇数の場合であってもデューティ比を理想的にHi区間:Lo区間=50%:50%にすることができる。なお、図24の構成例では図22の第9応用例の構成を元に説明を行ったが、図20の第8応用例の構成においても位相混合器2003を設けることで同様に適用することが可能である。
Thus, according to the tenth application example, even when M is an odd number, the duty ratio can be ideally set to Hi section: Lo section = 50%: 50%. 24, the description has been given based on the configuration of the ninth application example of FIG. 22. However, the configuration of the eighth application example of FIG. 20 can be similarly applied by providing the
(第4の実施形態)
第4の実施形態として、本発明に係る周波数シンセサイザを含むクロック生成装置を適用した装置の構成例をいくつか示す。図27は本実施形態に係る周波数シンセサイザを適用した各種装置の構成を示す図である。
(Fourth embodiment)
As a fourth embodiment, several configuration examples of an apparatus to which a clock generation apparatus including a frequency synthesizer according to the present invention is applied are shown. FIG. 27 is a diagram illustrating the configuration of various apparatuses to which the frequency synthesizer according to this embodiment is applied.
図27(a)は、本発明に係る周波数シンセサイザを備えた通信装置の概観を示す図である。通信装置としての携帯電話機1800は、ベースバンドLSI1801及びアプリケーションLSI1802を備えている。このベースバンドLSI1801及びアプリケーションLSI1802は、上述した本実施形態の周波数シンセサイザを有する半導体集積回路である。
FIG. 27A is a diagram illustrating an overview of a communication device including the frequency synthesizer according to the present invention. A
本発明に係る周波数シンセサイザは、従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、ベースバンドLSI1801及びアプリケーションLSI1802、並びにこれらを備えた携帯電話機1800についてもまた低電力動作が可能となる。さらに、携帯電話機1800が備えている半導体集積回路であってベースバンドLSI1801及びアプリケーションLSI1802以外のものについても、当該半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る周波数シンセサイザとすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
Since the frequency synthesizer according to the present invention can operate with less power consumption than before, the
なお、本発明に係る周波数シンセサイザを備えた通信装置は、携帯電話機に限定されるものではなく、これ以外にも、例えば、通信システムにおける送信機・受信機やデータ伝送を行うモデム装置などを含むものである。すなわち、本発明によって、有線・無線や光通信・電気通信の別を問わず、また、デジタル方式・アナログ方式の別を問わず、あらゆる通信装置について消費電力低減の効果を得ることができる。 Note that the communication device including the frequency synthesizer according to the present invention is not limited to a mobile phone, and includes, for example, a transmitter / receiver in a communication system, a modem device that performs data transmission, and the like. It is a waste. That is, according to the present invention, it is possible to obtain the effect of reducing power consumption for any communication device regardless of whether it is wired / wireless, optical communication / electrical communication, or digital method / analog method.
図27(b)は、本発明に係る周波数シンセサイザを備えた情報再生装置の概観を示す図である。情報再生装置としての光ディスク装置1810は、光ディスクから読み取った信号を処理するメディア信号処理LSI1811と、その信号の誤り訂正や光ピックアップのサーボ制御を行う誤り訂正・サーボ処理LSI1812とを備えている。このメディア信号処理LSI1811及び誤り訂正・サーボ処理LSI1812は、上述した本実施形態の周波数シンセサイザを有する半導体集積回路である。
FIG. 27B is a diagram showing an overview of an information reproducing apparatus provided with the frequency synthesizer according to the present invention. An
本発明に係る周波数シンセサイザは、従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、メディア信号処理LSI1811及び誤り訂正・サーボ処理LSI1812、並びにこれらを備えた光ディスク装置1810もまた低電力動作が可能となる。さらに、光ディスク装置1810が備えている半導体集積回路であってメディア信号処理LSI1811及び誤り訂正・サーボ処理LSI1812以外のものについても、当該半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る周波数シンセサイザとすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
Since the frequency synthesizer according to the present invention can operate with less power consumption than before, the media
なお、本発明に係る周波数シンセサイザを備えた情報再生装置は、光ディスク装置に限定されるものではなく、これ以外にも、例えば、磁気ディスクを内蔵した画像録画再生装置や半導体メモリを媒体とした情報記録再生装置などを含むものである。すなわち、本発明によって、情報が記録されたメディアの別を問わず、あらゆる情報再生装置(情報記録機能を含んでいてもよい)について消費電力低減の効果を得ることができる。 Note that the information reproducing apparatus provided with the frequency synthesizer according to the present invention is not limited to the optical disk apparatus, and besides this, for example, an information recording / reproducing apparatus incorporating a magnetic disk or information using a semiconductor memory as a medium. It includes a recording / reproducing device. That is, according to the present invention, the effect of reducing power consumption can be obtained for any information reproducing apparatus (which may include an information recording function) regardless of the type of media on which information is recorded.
図27(c)は、本発明に係る周波数シンセサイザを備えた画像表示装置の概観を示す図である。画像表示装置としてのテレビジョン受像機1820は、画像信号や音声信号を処理する画像・音声処理LSI1821と、表示画面やスピーカなどのデバイスを制御するディスプレイ・音源制御LSI1822とを備えている。この画像・音声処理LSI1821及びディスプレイ・音源制御LSI1822は、上述した本実施形態の周波数シンセサイザを有する半導体集積回路である。
FIG. 27 (c) is a diagram showing an overview of an image display device including the frequency synthesizer according to the present invention. A
本発明に係る周波数シンセサイザは、従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、画像・音声処理LSI1821及びディスプレイ・音源制御LSI1822、並びにこれらを備えたテレビジョン受像機1820もまた低電力動作が可能となる。さらに、テレビジョン受像機1820が備えている半導体集積回路であって画像・音声処理LSI1821及びディスプレイ・音源制御LSI1822以外のものについても、当該半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る周波数シンセサイザとすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
Since the frequency synthesizer according to the present invention can operate with less power consumption than before, the image /
なお、本発明に係る周波数シンセサイザを備えた画像表示装置は、テレビジョン受像機に限定されるものではなく、これ以外にも、例えば、電気通信回線を通じて配信されるストリーミングデータを表示する装置をも含むものである。すなわち、本発明によって、情報の伝送方法の別を問わず、あらゆる画像表示装置について消費電力低減の効果を得ることができる。 Note that the image display device provided with the frequency synthesizer according to the present invention is not limited to a television receiver, but also includes, for example, a device for displaying streaming data distributed through a telecommunication line. Is included. That is, according to the present invention, the effect of reducing power consumption can be obtained for any image display apparatus regardless of the information transmission method.
図27(d)は、本発明に係る周波数シンセサイザを備えた電子装置の概観を示す図である。電子装置としてのデジタルカメラ1830は、信号処理LSI1831を備えている。この信号処理LSI1831は、上述した本実施形態の周波数シンセサイザを有する半導体集積回路である。
FIG. 27 (d) is a diagram showing an overview of an electronic device including the frequency synthesizer according to the present invention. A
本発明に係る周波数シンセサイザは、従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、信号処理LSI1831及びこれを備えたデジタルカメラ1830もまた低電力動作が可能となる。さらに、デジタルカメラ1830が備えている半導体集積回路であって信号処理LSI1831以外のものについても、当該半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る周波数シンセサイザとすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。
Since the frequency synthesizer according to the present invention can be operated with less power consumption than before, the
なお、本発明に係る周波数シンセサイザを備えた電子装置は、デジタルカメラに限定されるものではなく、これ以外にも、例えば、各種センサ機器や電子計算機など、およそ半導体集積回路を備えた装置全般を含むものである。そして、本発明によって、電子装置全般について消費電力低減の効果を得ることができる。 The electronic device provided with the frequency synthesizer according to the present invention is not limited to a digital camera. In addition to this, for example, various devices such as various sensor devices and electronic computers are generally provided with a general semiconductor integrated circuit. Is included. According to the present invention, the effect of reducing power consumption can be obtained for all electronic devices.
図27(e)は、本発明の周波数シンセサイザを備えた電子制御装置及びその電子制御装置を備えた移動体の概観を示す図である。移動体としての自動車1840は、電子制御装置1850を備えている。この電子制御装置1850は、本発明に係る周波数シンセサイザを有する半導体集積回路であって、自動車1840のエンジンやトランスミッションなどを制御するエンジン・トランスミッション制御LSI1851を備えている。また、自動車1840は、ナビゲーション装置1841を備えている。ナビゲーション装置1841もまた電子制御装置1850と同様に、本発明に係る周波数シンセサイザを有する半導体集積回路であるナビゲーション用LSI1842を備えている。
FIG. 27E is a diagram showing an overview of an electronic control device including the frequency synthesizer of the present invention and a moving body including the electronic control device. An
本発明に係る周波数シンセサイザは、従来よりも少ない消費電力で動作可能であるため、エンジン・トランスミッション制御LSI1851及びこれを備えた電子制御装置1840もまた低電力動作が可能となる。同様に、ナビゲーションLSI1842及びこれを備えたナビゲーション装置1841もまた低電力動作が可能となる。
Since the frequency synthesizer according to the present invention can be operated with less power consumption than before, the engine /
さらに、電子制御装置1850が備えている半導体集積回路であってエンジン・トランスミッション制御LSI1851以外のものについても、当該半導体集積回路が備える論理回路を本発明に係る周波数シンセサイザとすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。ナビゲーション装置1841についても同様のことが言える。そして、電子制御装置1850の低消費電力化によって、自動車1840における消費電力も低減させることができる。
Further, for the semiconductor integrated circuit provided in the
なお、本発明に係る周波数シンセサイザを備えた電子制御装置は、上記のエンジンやトランスミッションを制御するものに限定されるものではなく、これ以外にも、例えば、モータ制御装置など、およそ半導体集積回路を備え、動力源を制御する装置全般を含むものである。そして、本発明によって、そのような電子制御装置について消費電力低減の効果を得ることができる。また、本発明に係る周波数シンセサイザを備えた移動体は、自動車に限定されるものではなく、これ以外にも、例えば、列車や飛行機など、およそ動力源であるエンジンやモータなどを制御する電子制御装置を備えたもの全般を含むものである。そして、本発明によって、そのような移動体について消費電力低減の効果を得ることができる。 Note that the electronic control device including the frequency synthesizer according to the present invention is not limited to the one that controls the engine and the transmission described above. It includes all devices that control the power source. According to the present invention, an effect of reducing power consumption can be obtained for such an electronic control device. In addition, the mobile body including the frequency synthesizer according to the present invention is not limited to an automobile, and besides this, for example, an electronic control that controls an engine or a motor that is a power source, such as a train or an airplane. Includes all equipment with devices. According to the present invention, an effect of reducing power consumption can be obtained for such a moving body.
上述したように、本実施形態の周波数シンセサイザによれば、回路規模増加を抑えつつ高精度の分周動作を行って所望の周波数を実現可能となるため、複数の周波数生成が必要な場合であっても従来のようなPLLを用いることなく複数の周波数クロックを生成することができる。また、本実施形態の周波数シンセサイザをPLL用分周器やクロック生成用システムに適用することによって、従来のPLLには無かったクロック生成部の特性改善、及び低消費電力化が可能となる。 As described above, according to the frequency synthesizer of the present embodiment, it is possible to realize a desired frequency by performing a high-precision frequency division operation while suppressing an increase in circuit scale. However, a plurality of frequency clocks can be generated without using a conventional PLL. Further, by applying the frequency synthesizer of this embodiment to a PLL frequency divider or a clock generation system, it is possible to improve the characteristics of the clock generation unit and reduce the power consumption, which are not found in the conventional PLL.
なお、本発明は上記の実施形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 It should be noted that the present invention is not limited to those shown in the above-described embodiments, and those skilled in the art can also make changes and applications based on the description in the specification and well-known techniques. Yes, included in the scope of protection.
本発明は、高精度の分周動作を回路増加を抑えつつ実現することが可能となる効果、クロック生成部の特性改善及び低消費電力化を図ることが可能となる効果を有し、任意の周波数を持つクロックを生成する周波数シンセサイザ及びフェーズロックループ、並びにクロック生成方法等に有用である。 The present invention has an effect that a high-precision frequency dividing operation can be realized while suppressing an increase in circuit, an effect that a characteristic of a clock generation unit can be improved, and a low power consumption can be achieved. This is useful for a frequency synthesizer and a phase-locked loop for generating a clock having a frequency, a clock generation method, and the like.
501 リファレンスクロック発生器
502、503、1002、2006、2007 位相選択合成器
504 クロック選択手段
505、1401 位相番号生成手段
601、1402、1502 加算器
602、603、604、1403、1601 レジスタ
605、606 マルチプレクサ
607 一致判定器
608 論理積素子
609、610 論理反転素子
1001 PLL
1110、1120、1121、1220、1221、1311 分周器
1111、1122、1312 位相比較器
1112、1123、1222、1313 VCO(電圧制御オシレータ)
1501 乱数発生器
1604 選択回路
1701、1702 1/2分周器
1703 排他論理和否定素子
1901 セット・リセットラッチ
2003 位相混合器
501
1110, 1120, 1121, 1222, 1221, 1311
1501
Claims (24)
分周分母M及び分周分子Nから、所定の位相番号を生成する位相番号生成手段と、
前記N相クロックから、前記位相番号生成手段が出力する前記位相番号に対応するクロック位相を選択し、前記N/M分周クロックを出力するクロック選択手段と、
を備える周波数シンセサイザ。 A frequency synthesizer that generates an N / M divided clock (N and M are integers) from an N-phase clock,
Phase number generating means for generating a predetermined phase number from the frequency dividing denominator M and the frequency dividing numerator N;
A clock selection unit that selects a clock phase corresponding to the phase number output from the phase number generation unit from the N phase clock, and outputs the N / M divided clock;
A frequency synthesizer comprising:
前記位相番号生成手段は、前記N/M分周クロックのサイクル毎に(M−N)の値を累算し、この累算値をNで割った剰余を前記位相番号とする周波数シンセサイザ。 A frequency synthesizer according to claim 1,
The phase number generation means is a frequency synthesizer that accumulates a value of (MN) for each cycle of the N / M frequency-divided clock, and uses a remainder obtained by dividing the accumulated value by N as the phase number.
前記クロック選択手段は、第1のクロックを選択する第1のクロック選択回路と、第2のクロックを選択する第2のクロック選択回路とを有し、
前記位相番号生成手段は、前記第1のクロックを使用する第1のレジスタと、前記第2のクロックを使用する第2のレジスタとを有し、
前記第2のクロック選択回路は、前記第1のレジスタの出力によって制御され、前記第1のクロック選択回路は、前記第2のレジスタの出力によって制御されて、前記N/M分周クロックを供給する周波数シンセサイザ。 A frequency synthesizer according to claim 1,
The clock selection means includes a first clock selection circuit that selects a first clock, and a second clock selection circuit that selects a second clock,
The phase number generating means includes a first register that uses the first clock and a second register that uses the second clock,
The second clock selection circuit is controlled by the output of the first register, and the first clock selection circuit is controlled by the output of the second register to supply the N / M divided clock. Frequency synthesizer to play.
前記位相番号生成手段は、前記第1のレジスタと第2のレジスタの値を比較し、前記N/M分周クロックの出力を制御する比較手段を有する周波数シンセサイザ。 A frequency synthesizer according to claim 3,
The phase number generation means is a frequency synthesizer having comparison means for comparing the values of the first register and the second register and controlling the output of the N / M divided clock.
分周分母M、分周分子N及び小数設定Xから、所定の位相番号を生成する位相番号生成手段と、
前記N相クロックから、前記位相番号生成手段が出力する前記位相番号に対応するクロック位相を選択し、前記N/(M+X)分周クロックを出力するクロック選択手段と、
を備える周波数シンセサイザ。 A frequency synthesizer that generates an N / (M + X) frequency-divided clock (N and M are integers and X is a decimal number less than 1) from an N-phase clock,
Phase number generating means for generating a predetermined phase number from the frequency dividing denominator M, the frequency dividing numerator N and the decimal setting X;
A clock selection unit that selects a clock phase corresponding to the phase number output by the phase number generation unit from the N phase clock, and outputs the N / (M + X) divided clock;
A frequency synthesizer comprising:
前記位相番号生成手段は、前記N/M分周クロックのサイクル毎にXの値を累算する第1の累算回路と、
前記N/M分周クロックのサイクル毎に(M−N)の値を累算する第2の累算回路とを備え、
前記第1の累算回路において整数に繰り上がったキャリーを前記第2の累算回路に加算し、前記第2の累算回路の累算値をNで割った剰余を前記位相番号とする周波数シンセサイザ。 A frequency synthesizer according to claim 5,
The phase number generation means includes a first accumulation circuit that accumulates the value of X every cycle of the N / M divided clock;
A second accumulation circuit for accumulating the value of (MN) every cycle of the N / M divided clock;
A frequency obtained by adding the carry raised to an integer in the first accumulation circuit to the second accumulation circuit, and using the remainder obtained by dividing the accumulated value of the second accumulation circuit by N as the phase number. Synthesizer.
前記クロック選択手段は、第1のクロックを選択する第1のクロック選択回路と、第2のクロックを選択する第2のクロック選択回路とを有し、
前記位相番号生成手段は、前記第1のクロックを使用する第1のレジスタと、前記第2のクロックを使用する第2のレジスタとを有し、
前記第2のクロック選択回路は、前記第1のレジスタの出力によって制御され、前記第1のクロック選択回路は、前記第2のレジスタの出力によって制御されて、前記N/(M+X)分周クロックを供給する周波数シンセサイザ。 A frequency synthesizer according to claim 5,
The clock selection means includes a first clock selection circuit that selects a first clock, and a second clock selection circuit that selects a second clock,
The phase number generating means includes a first register that uses the first clock and a second register that uses the second clock,
The second clock selection circuit is controlled by the output of the first register, and the first clock selection circuit is controlled by the output of the second register, and the N / (M + X) divided clock. Supply frequency synthesizer.
前記位相番号生成手段は、前記第1のレジスタと第2のレジスタの値を比較し、前記N/(M+X)分周クロックの出力を制御する比較手段を有する周波数シンセサイザ。 A frequency synthesizer according to claim 7,
The phase number generation means is a frequency synthesizer having comparison means for comparing the values of the first register and the second register and controlling the output of the N / (M + X) divided clock.
前記周波数シンセサイザから供給されるクロックと、基準クロックとを位相比較する位相比較器と、
前記位相比較器の出力に応じて、前記基準クロックに位相同期したM/N分周クロックを生成する電圧制御オシレータと、
を備えるフェーズロックループ。 The frequency synthesizer according to claim 1 or 5, wherein the M / N divided clock is divided by N / M;
A phase comparator that compares the phase of a clock supplied from the frequency synthesizer with a reference clock;
A voltage-controlled oscillator that generates an M / N frequency-divided clock that is phase-synchronized with the reference clock according to the output of the phase comparator;
A phase-locked loop comprising:
M/P分周クロックをP/N分周する請求項1あるいは請求項5記載の第2の周波数シンセサイザと、
前記第1の周波数シンセサイザから供給されるクロックと、基準クロックとを位相比較する位相比較器と、
前記位相比較器の出力に応じて、前記基準クロックに位相同期したM/P分周クロックを生成する電圧制御オシレータとを備え、
前記第2の周波数シンセサイザが、前記M/P分周クロックをP/N分周して前記基準クロックのM/N分周クロックを生成するフェーズロックループ。 The first frequency synthesizer according to claim 1 or 5, wherein the M / P divided clock is divided by P / M;
6. The second frequency synthesizer according to claim 1 or 5, wherein the M / P divided clock is divided by P / N;
A phase comparator that compares the phase of a clock supplied from the first frequency synthesizer with a reference clock;
A voltage controlled oscillator that generates an M / P frequency-divided clock that is phase-synchronized with the reference clock according to the output of the phase comparator;
A phase-locked loop in which the second frequency synthesizer divides the M / P divided clock by P / N to generate an M / N divided clock of the reference clock;
QM/P分周クロックをP/Q分周する請求項1あるいは請求項5記載の第2の周波数シンセサイザと、
前記第1の周波数シンセサイザから供給されるクロックと、基準クロックとを位相比較する位相比較器と、
前記位相比較器の出力に応じて、前記基準クロックに位相同期したQM/P分周クロックを生成する電圧制御オシレータとを備え、
前記第2の周波数シンセサイザが、前記QM/P分周クロックをP/Q分周して前記基準クロックのM逓倍クロックを生成するフェーズロックループ。 The first frequency synthesizer according to claim 1 or 5, wherein the QM / P divided clock is divided by P / QM;
The second frequency synthesizer according to claim 1 or 5, wherein the QM / P divided clock is divided by P / Q;
A phase comparator that compares the phase of a clock supplied from the first frequency synthesizer with a reference clock;
A voltage controlled oscillator that generates a QM / P frequency-divided clock that is phase-synchronized with the reference clock according to the output of the phase comparator;
A phase-locked loop in which the second frequency synthesizer generates an M-multiplied clock of the reference clock by dividing the QM / P divided clock by P / Q.
乱数値を出力する乱数発生器とを備え、
固定値と前記乱数値とを加算して前記分周分母M、分周分子Nあるいは小数設定Xとするフェーズロックループ。 A frequency synthesizer according to claim 1 or claim 5;
A random number generator for outputting a random value,
A phase-locked loop in which a fixed value and the random number are added to obtain the divided denominator M, divided numerator N, or decimal setting X.
前記第1と第2のN/M分周クロックをそれぞれ分周して第1と第2のN/2M分周クロックを生成する第1及び第2の分周器と、
前記第1と第2のN/2M分周クロックを論理演算してN/M分周クロックを生成する論理演算器と、
を備えるフェーズロックループ。 6. The frequency synthesizer according to claim 1, wherein the first and second frequency synthesizers respectively generate first and second N / M frequency-divided clocks having a difference value having a constant phase angle.
First and second frequency dividers that respectively divide the first and second N / M divided clocks to generate first and second N / 2M divided clocks;
A logical operation unit that performs a logical operation on the first and second N / 2M divided clocks to generate an N / M divided clock;
A phase-locked loop comprising:
前記周波数シンセサイザから供給されるクロックを分周する1つ以上の1/2分周器と、
前記周波数シンセサイザから出力されるクロック、あるいは前記1/2分周器から出力されるクロックを選択する選択回路と、
を備えるフェーズロックループ。 A frequency synthesizer according to claim 1 or claim 5;
One or more ½ dividers for dividing the clock supplied from the frequency synthesizer;
A selection circuit for selecting a clock output from the frequency synthesizer or a clock output from the ½ divider;
A phase-locked loop comprising:
前記第1のN/M分周クロックをセット入力とし、前記第2のN/M分周クロックをリセット入力とし、セットあるいはリセット結果をN/M分周クロックとするセットリセット保持手段と、
を備えるフェーズロックループ。 6. The frequency synthesizer according to claim 1, wherein the first and second frequency synthesizers respectively generate first and second N / M frequency-divided clocks having a difference value having a constant phase angle.
A set / reset holding means having the first N / M divided clock as a set input, the second N / M divided clock as a reset input, and a set or reset result as an N / M divided clock;
A phase-locked loop comprising:
前記第1と第2のN/M分周クロックの位相を混合し、第4のN/M分周クロックを生成する位相混合器と、
前記第3と第4のN/M分周クロックを分周して第1と第2のN/2M分周クロックを生成する第1と第2の分周器と、
前記第1と第2のN/2M分周クロックを論理演算してN/M分周クロックを生成する論理演算器と、
を備えるフェーズロックループ。 6. The frequency synthesizer according to claim 1, wherein the first, second, and second frequency synthesizers respectively generate first, second, and third N / M frequency-divided clocks having a difference value having a constant phase angle. 3 frequency synthesizers,
A phase mixer that mixes the phases of the first and second N / M divided clocks to generate a fourth N / M divided clock;
First and second frequency dividers that divide the third and fourth N / M divided clocks to generate first and second N / 2M divided clocks;
A logical operation unit that performs a logical operation on the first and second N / 2M divided clocks to generate an N / M divided clock;
A phase-locked loop comprising:
前記第1と第2のN/M分周クロックの位相を混合し、第4のN/M分周クロックを生成する位相混合器と、
前記第3のN/M分周クロックをセット入力とし、前記第4のN/M分周クロックをリセット入力とし、セットあるいはリセット結果をN/M分周クロックとするセットリセット保持手段と、
を備えるフェーズロックループ。 6. The frequency synthesizer according to claim 1, wherein the first, second, and second frequency synthesizers respectively generate first, second, and third N / M frequency-divided clocks having a difference value having a constant phase angle. 3 frequency synthesizers,
A phase mixer that mixes the phases of the first and second N / M divided clocks to generate a fourth N / M divided clock;
A set / reset holding means having the third N / M divided clock as a set input, the fourth N / M divided clock as a reset input, and a set or reset result as an N / M divided clock;
A phase-locked loop comprising:
前記N/M分周クロックの毎サイクルごとに、(M−N)の値を、少なくともNと(M−N)の最小公倍数まで累算するステップと、
前記基準クロックのN相のクロック位相から、累算結果をNで割った剰余に対応するクロック位相を選択するステップと、
を有するクロック生成方法。 A clock generation method for generating an N / M frequency-divided clock (N and M are integers) of a reference clock having an N-phase clock phase,
Accumulating the value of (MN) to at least N and the least common multiple of (MN) for each cycle of the N / M divided clock;
Selecting a clock phase corresponding to a remainder obtained by dividing an accumulation result by N from N phase clock phases of the reference clock;
A clock generation method.
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