JP2009290733A - Clock generating circuit with frequency modulation function - Google Patents

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Yoichi Katayama
陽一 片山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a clock generating circuit with a frequency modulation function which has an excellent spectrum spreading effect, is less in occurrence of noise and can reduce malfunctions in peripheral circuits or electronic components. <P>SOLUTION: The clock generating circuit 1 includes: a PLL circuit 10 which has a feedback frequency divider 17 and outputs a frequency-modulated clock; a band pass filter 20 which extracts only a predetermined frequency from the feedback frequency divider 17 and inputs the extracted frequency to the PLL circuit 10; and a triangular wave generating circuit 40 which generates a triangular wave. The band pass filter 20 functions also as a sine wave generator, generates a sine wave in predetermined timing and combines the sine wave with the triangular wave, thereby changing a frequency dividing ratio of the feedback frequency divider 17. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電磁波障害(EMI:electromagnetic interference)を効果的に防止する周波数変調機能付きクロック生成回路(SSCG:spread spectrum clock generator)に関する。   The present invention relates to a clock generation circuit with a frequency modulation function (SSCG: spread spectrum clock generator) that effectively prevents electromagnetic interference (EMI).

マイクロコンピュータ等の論理LSIに内蔵され動作クロック信号を生成するクロック生成回路として、水晶発振器の発振信号を基準クロックとしてそれを逓倍した高周波数のクロック信号を生成するPLL回路を使用したものがある。このようなPLL回路を使用したクロック生成回路を内蔵したLSIでは、クロックの高周波数化に伴って発振回路からの放射ノイズによりコンピュータ本体や、周辺回路、外部機器等の誤動作を誘発するおそれがある。このような事態への対策として、PLL回路にスペクトラム拡散機能を設けてクロック信号の周波数をわずかに変動させるSSCGと呼ばれるクロック生成用ICが提供されている。クロック信号の周波数スペクトラムのピーク値を下げるため、放射雑音を低減することができる。   As a clock generation circuit that is built in a logic LSI such as a microcomputer and generates an operation clock signal, there is a circuit that uses a PLL circuit that generates a high-frequency clock signal obtained by multiplying an oscillation signal of a crystal oscillator as a reference clock. In an LSI incorporating a clock generation circuit using such a PLL circuit, there is a risk of causing malfunctions of the computer main body, peripheral circuits, external devices, etc. due to radiation noise from the oscillation circuit as the clock frequency increases. . As a countermeasure against such a situation, a clock generation IC called SSCG is provided in which a spread spectrum function is provided in a PLL circuit to slightly change the frequency of the clock signal. Since the peak value of the frequency spectrum of the clock signal is lowered, radiation noise can be reduced.

一般的なSSCG回路においては、一定の周期Tで発振周波数を変化させているため、その周波数成分によっては、多数の小ピークが生じ、特定周波数の放射ノイズのピーク値が大きくなったり、システムで使用されている他のクロック信号との配線間複合ノイズ等によりEMI(電磁干渉)ノイズが増大したりして、周辺回路や電子部品の誤動作を招くおそれがある。   In a general SSCG circuit, the oscillation frequency is changed at a constant period T. Depending on the frequency component, a large number of small peaks occur, and the peak value of radiation noise at a specific frequency increases. There is a possibility that EMI (electromagnetic interference) noise may increase due to composite noise between wirings with other clock signals that are used, etc., leading to malfunction of peripheral circuits and electronic components.

そこで、特許文献1には、良好なスペクトラム拡散効果を有しノイズの発生が少なく周辺回路や電子部品の誤動作を減少させることを目的とした半導体集積回路が開示されている。図10は、特許文献1に記載の半導体集積回路である。図10において、P1〜P3は該半導体チップに設けられた外部端子(電極パッド)であり、このうちP1,P2は水晶振動子等の振動子101が接続される端子、P3は生成されたクロックφ0が出力される端子である。   Therefore, Patent Document 1 discloses a semiconductor integrated circuit that has a good spread spectrum effect and generates less noise and aims to reduce malfunctions of peripheral circuits and electronic components. FIG. 10 shows a semiconductor integrated circuit described in Patent Document 1. In FIG. In FIG. 10, P1 to P3 are external terminals (electrode pads) provided on the semiconductor chip, among which P1 and P2 are terminals to which a vibrator 101 such as a crystal vibrator is connected, and P3 is a generated clock. φ0 is the output terminal.

クロック生成回路110は、振動子101が接続される端子P1,P2に結合され振動子101にバイアス電圧を与えて該振動子の固有振動数に応じた周波数で変化する発振信号を出力する発振回路111、該発振回路111の出力をM分周する固定分周回路112、該固定分周回路112の分周信号とフィードバック信号との位相差を検出する位相比較回路113、位相差に応じた電流を出力するチャージポンプ114、チャージポンプ114の出力を平滑するループフィルタ115、平滑電圧に応じた周波数で発振する電圧制御発振回路(VCO)116、VCOの出力をN分周して前記位相比較器113へフィードバックする分周回路117からなるPLL回路により構成されている。118はVCOの発振出力をバッファリングして生成クロックφ0として外部端子P4よりチップ外部へ出力するバッファである。   The clock generation circuit 110 is coupled to the terminals P1 and P2 to which the vibrator 101 is connected, applies a bias voltage to the vibrator 101, and outputs an oscillation signal that changes at a frequency corresponding to the natural frequency of the vibrator. 111, a fixed frequency dividing circuit 112 that divides the output of the oscillation circuit 111 by M, a phase comparison circuit 113 that detects a phase difference between the frequency division signal of the fixed frequency dividing circuit 112 and a feedback signal, and a current corresponding to the phase difference Charge pump 114, loop filter 115 for smoothing the output of the charge pump 114, voltage controlled oscillation circuit (VCO) 116 for oscillating at a frequency corresponding to the smoothing voltage, and dividing the output of the VCO by N, the phase comparator. The PLL circuit is composed of a frequency dividing circuit 117 that feeds back to 113. A buffer 118 buffers the oscillation output of the VCO and outputs it as a generated clock φ0 from the external terminal P4 to the outside of the chip.

このクロック生成回路110には、さらに、分周回路117で分周された信号を各々所定の値までアップダウン計数するカウンタ回路121A、121Bと、前記分周回路117の分周比Nに対して与える所定の変動量ΔNまたは−ΔNを生成する変動量付与回路122と、所定の分周比(初期値)Nに対して前記変動量付与回路122から供給される変動量ΔNまたは−ΔNを加算したものを現在の分周比として前記分周回路117へ与える加算回路123と、前記可変分周回路121Aまたは121Bの計数値を入力とし該入力の状態に応じて信号を出力する論理回路124と、分周回路117で分周された信号をカウンタ回路121Aまたは121Bのいずれに供給するか切り替えるための切替えスイッチ125と、可変分周回路121Aまたは121Bのいずれの計数値を論理回路124へ入力させるか選択するためのセレクタ126が設けられている。   The clock generation circuit 110 further includes counter circuits 121A and 121B for counting up and down each of the signals divided by the frequency dividing circuit 117 to a predetermined value, and the frequency dividing ratio N of the frequency dividing circuit 117. A fluctuation amount giving circuit 122 that generates a given fluctuation amount ΔN or −ΔN to be applied, and a fluctuation amount ΔN or −ΔN supplied from the fluctuation amount giving circuit 122 to a predetermined frequency division ratio (initial value) N are added. An adder circuit 123 that supplies the obtained frequency division ratio to the frequency divider circuit 117, and a logic circuit 124 that receives the count value of the variable frequency divider circuit 121A or 121B and outputs a signal according to the state of the input. The changeover switch 125 for switching whether the signal divided by the divider circuit 117 is supplied to the counter circuit 121A or 121B, and the variable divider circuit 121 Or selector 126 for selecting whether to input provided any count of 121B to the logic circuit 124.

変動量付与回路122は、ΔNと−ΔNに対応する所定のバイナリコードを生成する回路と生成されたコードΔNまたは−ΔNのうちいずれの値を出力するか選択するスイッチもしくはセレクタとから構成されるもので、コードを生成する回路にはレジスタもしくはROM(リードオンリメモリ)を用いることもできる。論理回路124は、分周比Nに対して前記変調振幅調整回路122から出力される変動量ΔNまたは−ΔNを加算するタイミングを加算回路123へ与える信号を出力する回路として動作するもので、デコーダ回路もしくはROMあるいは入力によって出力が一義的に決まる組み合わせ回路のようなランダムロジックにより構成することができる。デコーダ回路を用いる場合には、複数の入力信号の組み合わせに対して1つだけ出力がハイレベルもしくはロウレベルになる単位デコーダを複数個用いて構成することができる。   The fluctuation amount assigning circuit 122 includes a circuit that generates a predetermined binary code corresponding to ΔN and −ΔN, and a switch or selector that selects which value of the generated code ΔN or −ΔN is output. Therefore, a register or a ROM (Read Only Memory) can be used for the circuit for generating the code. The logic circuit 124 operates as a circuit that outputs a signal that gives the timing to add the variation amount ΔN or −ΔN output from the modulation amplitude adjusting circuit 122 to the frequency division ratio N to the adding circuit 123. It can be configured by a random logic such as a circuit, a ROM, or a combinational circuit whose output is uniquely determined by input. In the case of using a decoder circuit, a plurality of unit decoders whose output is high level or low level for a combination of a plurality of input signals can be used.

切替えスイッチ125は、カウンタ回路121A、121Bからのカウント終了信号CE1、CE2により制御され、カウンタ回路121Aが所定数までカウントアップして再び"0"までカウントダウンする計数動作を2回繰り返すと、分周回路117で分周された信号をカウンタ回路121Bへ供給するように切り替えられる。また、カウンタ回路121Bが所定数までカウントアップして再び"0"までカウントダウンする計数動作を2回繰り返すと、分周回路117で分周された信号をカウンタ回路121Aへ供給するように切り替えられる。   The change-over switch 125 is controlled by the count end signals CE1 and CE2 from the counter circuits 121A and 121B. When the counter circuit 121A counts up to a predetermined number and counts down to “0” again, frequency division is performed. It is switched to supply the signal frequency-divided by the circuit 117 to the counter circuit 121B. When the counter circuit 121B counts up to a predetermined number and counts down again to “0” twice, the counter circuit 121B is switched to supply the signal divided by the frequency divider circuit 117 to the counter circuit 121A.

これにより、変調周期TAと変調周期TBが2回ずつ交互に繰り返されるように動作する。さらに、このカウンタ回路121A、121Bの動作期間に応じてセレクタ126の切替えが行なわれる。一方、変動量付与回路122において変動量ΔNまたは−ΔNのいずれを出力するかの選択は、カウンタ回路121A、121Bから出力されるカウント終了信号CE1、CE2によって、毎回交互に行なわれるように構成されている。   Accordingly, the modulation cycle TA and the modulation cycle TB are operated so as to be alternately repeated twice. Further, the selector 126 is switched according to the operation period of the counter circuits 121A and 121B. On the other hand, the selection of whether the fluctuation amount ΔN or −ΔN is output in the fluctuation amount applying circuit 122 is configured to be alternately performed by the count end signals CE1 and CE2 output from the counter circuits 121A and 121B. ing.

また、特許文献2には、PLL回路と変調器とを用いて、PLL回路における帰還用分周器の分周比を変調器の変調プロファイルを基に生成された変調データに従って変化させて周波数変調を施してスペクトラム拡散を行う際に、変調プロファイルの折り返しポイントを移動させて周波数頻度を分散させて拡散スペクトラムを再拡散させるクロック生成回路が開示されている。このクロック生成回路は、PLL回路と変調器からなり、変調器に多重変調プロファイル生成回路を設けて、変調プロファイルの折り返しポイントを移動させ、周波数頻度を分散させることにより拡散スペクトラムを再拡散させるものである。   Further, in Patent Document 2, frequency modulation is performed by using a PLL circuit and a modulator, and changing the frequency division ratio of the feedback frequency divider in the PLL circuit according to the modulation data generated based on the modulation profile of the modulator. A clock generation circuit that spreads a spread spectrum by moving a folding point of a modulation profile to disperse a frequency frequency when performing spread spectrum is disclosed. This clock generation circuit is composed of a PLL circuit and a modulator. A multiple modulation profile generation circuit is provided in the modulator, the folding point of the modulation profile is moved, and the frequency frequency is dispersed to respread the spread spectrum. is there.

さらに、特許文献3には、高速動作メモリを用いる場合であっても拡散スペクトル・クロック信号を用いて、EMIを効果的に低減することができるクロック発生装置が開示されている。   Further, Patent Document 3 discloses a clock generator capable of effectively reducing EMI using a spread spectrum clock signal even when a high-speed operation memory is used.

さらにまた、特許文献4には、簡単な構成で良好なスペクトラム拡散を行うことを目的としたスペクトラム拡散クロック発生回路が開示されている。このクロック発生回路は、基準クロックと生成クロックの位相差を検出する周波数位相比較器と、検出した位相差に応じて充放電信号を発生するチャージポンプと、充放電信号に応じた差信号を発生するループフィルタと、差信号を変調してスペクトラム拡散変調信号を生成するスペクトラム拡散変調回路と、スペクトラム拡散信号に応じた周波数のクロックを発生するクロック発生器とを備えるスペクトラム拡散クロック発生回路において、スペクトラム拡散変調回路は、振幅が複数の異なる振幅に変化するスペクトラム拡散変調信号を生成する。
特開2006−211479号公報 特開2006−197308号公報 特開2006−333174号公報 特開2004−208037号公報
Furthermore, Patent Document 4 discloses a spread spectrum clock generation circuit for the purpose of performing good spread spectrum with a simple configuration. This clock generation circuit generates a frequency phase comparator that detects the phase difference between the reference clock and the generated clock, a charge pump that generates a charge / discharge signal according to the detected phase difference, and generates a difference signal according to the charge / discharge signal A spread spectrum clock generation circuit comprising: a loop filter that performs a spread spectrum modulation circuit that modulates a difference signal to generate a spread spectrum modulation signal; and a clock generator that generates a clock having a frequency corresponding to the spread spectrum signal. The spread modulation circuit generates a spread spectrum modulation signal whose amplitude changes to a plurality of different amplitudes.
JP 2006-2111479 A JP 2006-197308 A JP 2006-333174 A JP 2004-208037 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術においては、SSCGのフィードバック機構に複数のカウンタを設けなければならず、回路規模が増大する。また、フィードバック機構における周波数の時間に対する変動が直線的になるため、雑音が発生する可能性がある。   However, in the technique described in Patent Document 1, a plurality of counters must be provided in the SSCG feedback mechanism, which increases the circuit scale. In addition, since the fluctuation of the frequency with respect to time in the feedback mechanism becomes linear, noise may occur.

また、特許文献1乃至4の技術においては、図11の生成クロックのスペクトラム分布に示すように、低周波数側の端部又は高周波数側の端部においてピークが生じ、このため特定周波数の放射ノイズのピーク値が大きくなったり、システムで使用されている他のクロック信号との配線間複合ノイズ等によりEMI(電磁干渉)ノイズが増大したりして、周辺回路や電子部品の誤動作を招くおそれがある。   Further, in the techniques of Patent Documents 1 to 4, as shown in the spectrum distribution of the generated clock in FIG. 11, a peak occurs at the end on the low frequency side or the end on the high frequency side. EMI (electromagnetic interference) noise may increase due to a large peak value of the signal, or composite noise between wirings with other clock signals used in the system, which may cause malfunction of peripheral circuits and electronic components. is there.

本発明に係る周波数変調機能付きクロック生成回路は帰還用分周器を有し、周波数変調されたクロックを出力するPLL回路と、前記帰還用分周器から所定の周波数のみ取り出し前記PLL回路に入力するバンドパスフィルタと、所定の周期を有する第1の周期波を生成する第1の波形生成回路とを有し、前記バンドパスフィルタは、所定の周期を有する第2の周期波生成器としても機能し、所定のタイミングで第2の周期波を生成して前記第1の周期波と合成して前記帰還用分周器の分周比を変動させるものである。   The clock generation circuit with a frequency modulation function according to the present invention has a feedback frequency divider, outputs a frequency-modulated clock, and extracts only a predetermined frequency from the feedback frequency divider and inputs it to the PLL circuit. And a first waveform generation circuit that generates a first periodic wave having a predetermined period, and the bandpass filter may be used as a second periodic wave generator having a predetermined period. It functions to generate a second periodic wave at a predetermined timing and combine it with the first periodic wave to vary the frequency division ratio of the feedback divider.

本発明においては、バンドパスフィルタにより帰還用分周器から所定の周波数のみを取り出すと共に、第2の周期波を第1の周期波に合成して分周器を変化させることにより、クロックのスペクトラム特性をより均一なものとすることができる。さらに、バンドパスフィルタと第2の周期波生成器を共有しているので回路規模の増大を最小限に抑えることができる。   In the present invention, the clock spectrum is obtained by taking out only a predetermined frequency from the feedback frequency divider by the band pass filter and changing the frequency divider by synthesizing the second periodic wave into the first periodic wave. The characteristics can be made more uniform. Furthermore, since the band pass filter and the second periodic wave generator are shared, an increase in circuit scale can be minimized.

本発明によれば、良好なスペクトラム拡散効果を有し、ノイズの発生が少なく周辺回路や電子部品の誤動作を低減することができる周波数変調機能付きクロック生成回路を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a clock generation circuit with a frequency modulation function that has a good spread spectrum effect, generates less noise, and can reduce malfunctions of peripheral circuits and electronic components.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本実施の形態にかかる周波数変調機能付きクロック生成回路を示す図である。本実施の形態にかかる周波数変調機能付きクロック生成回路1は、特に制限されるものでないが、単結晶シリコンのような1個の半導体チップに半導体集積回路として形成されている。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a clock generation circuit with a frequency modulation function according to the present embodiment. The clock generation circuit 1 with a frequency modulation function according to the present embodiment is not particularly limited, but is formed as a semiconductor integrated circuit on one semiconductor chip such as single crystal silicon.

本実施の形態にかかるクロック生成回路1は、帰還用分周器17を有し、周波数変調されたクロックを出力するPLL回路10と、帰還用分周器17から所定の周波数のみ取り出しPLL回路10に入力するバンドパスフィルタ20と、所定の周期を有する第1の周期波として三角波を生成する三角波生成回路40とを有する。バンドパスフィルタ20は、所定の周期を有する第2の周期波としてサイン波を生成するサイン波生成器としても機能し、所定のタイミングでサイン波を生成して三角波と合成して帰還用分周器17の分周比を変化させる。   The clock generation circuit 1 according to the present embodiment includes a feedback frequency divider 17 and outputs a frequency-modulated clock, and a PLL circuit 10 that extracts only a predetermined frequency from the frequency divider 17. And a triangular wave generation circuit 40 that generates a triangular wave as a first periodic wave having a predetermined period. The bandpass filter 20 also functions as a sine wave generator that generates a sine wave as a second periodic wave having a predetermined period, generates a sine wave at a predetermined timing, and combines it with a triangular wave to divide the feedback frequency. The frequency dividing ratio of the device 17 is changed.

PLL回路10は、発振回路11、M分周器(固定分周回路)12、位相比較器13、チャージポンプ14、ループフィルタ15、電圧制御発振回路(VCO)116、帰還用分周器(N分周器)17を有する。なお、18はVCO16の発振出力をバッファリングして生成クロックφ0として外部端子よりチップ外部へ出力するバッファである。   The PLL circuit 10 includes an oscillation circuit 11, an M divider (fixed divider circuit) 12, a phase comparator 13, a charge pump 14, a loop filter 15, a voltage controlled oscillator circuit (VCO) 116, and a feedback divider (N Frequency divider) 17. A buffer 18 buffers the oscillation output of the VCO 16 and outputs the generated clock φ0 from the external terminal to the outside of the chip.

発振回路11には、振動子101が接続され、該振動子の固有振動数に応じた周波数で変化する発振信号を出力する。M分周器12は、発振回路11の出力をM分周する。位相比較器13は、M分周器12の分周信号とフィードバック信号(前記発振信号に応じた帰還信号)との位相差を検出する。チャージポンプ14は、位相比較器から出力される位相差信号のパルス幅に応じたアナログ信号(電流)を出力する。ループフィルタ15は、チャージポンプ回路から出力されるアナログ信号を平滑化し、周波数制御信号を出力する。電圧制御発振回路(VCO)16は、平滑電圧(周波数制御信号)に応じた周波数の発振信号を出力する。帰還用分周器17は、VCO16の出力をN分周して位相比較器13へフィードバックする。   The oscillator 101 is connected to the oscillator 101 and outputs an oscillation signal that changes at a frequency corresponding to the natural frequency of the oscillator. The M divider 12 divides the output of the oscillation circuit 11 by M. The phase comparator 13 detects a phase difference between the frequency-divided signal of the M frequency divider 12 and a feedback signal (a feedback signal corresponding to the oscillation signal). The charge pump 14 outputs an analog signal (current) corresponding to the pulse width of the phase difference signal output from the phase comparator. The loop filter 15 smoothes the analog signal output from the charge pump circuit and outputs a frequency control signal. The voltage controlled oscillation circuit (VCO) 16 outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the smoothed voltage (frequency control signal). The feedback frequency divider 17 divides the output of the VCO 16 by N and feeds it back to the phase comparator 13.

図2(a)は、帰還用分周器17の入力、図2(b)は、帰還用分周器17の出力を示す図である。図3は、変調しない場合の生成クロックのスペクトラム分布を示す特性図である。図4は、変調後、すなわち帰還用分周器17の出力のスペクトラム分布を示す特性図である。図5は、バンドパスフィルタ20の出力を示す模式図である。図6は、サイン波生成器により生成されたサイン波を示す模式図、図7は、三角波生成回路40により生成された三角波を示す模式図である。   2A shows the input of the feedback divider 17, and FIG. 2B shows the output of the feedback divider 17. As shown in FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the spectrum distribution of the generated clock when no modulation is performed. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a spectrum distribution of the output of the frequency divider 17 after modulation, that is, the feedback frequency divider 17. FIG. 5 is a schematic diagram showing the output of the bandpass filter 20. FIG. 6 is a schematic diagram showing a sine wave generated by a sine wave generator, and FIG. 7 is a schematic diagram showing a triangular wave generated by a triangular wave generation circuit 40.

本クロック生成回路1では、図2に示すように、1クロックのうち所定の期間は、バンドパスフィルタ20をバンドパスフィルタとして機能させ、所定の期間は、サイン波生成器として機能させる。スイッチ52は、例えば図2に示すようなタイミングでスイッチを切り替える。スイッチ52が、帰還用分周器17の出力に接続されている場合は、バンドパスフィルタ20は、サイン波生成器として機能する。生成されたサイン波は、加算器54にて三角波と合成され、帰還用分周器17の変調周期と分周比Nの切り替えが行われる。なお、セレクタ55はリセットする際に"0"を入力するものであり、レジスタ53は、加算器54の値を一旦ラッチするものである。三角波にサイン波を重畳して変調させることにより、従来生じていたピークの山の部分の小ピークをよりなだらかにすることができる。   In the clock generation circuit 1, as shown in FIG. 2, the bandpass filter 20 functions as a bandpass filter for a predetermined period of one clock, and functions as a sine wave generator for a predetermined period. For example, the switch 52 switches the switch at a timing as shown in FIG. When the switch 52 is connected to the output of the feedback frequency divider 17, the bandpass filter 20 functions as a sine wave generator. The generated sine wave is combined with the triangular wave by the adder 54, and the modulation period and the frequency division ratio N of the feedback frequency divider 17 are switched. The selector 55 inputs "0" when resetting, and the register 53 temporarily latches the value of the adder 54. By superimposing a sine wave on a triangular wave and modulating it, a small peak at the peak portion which has been generated conventionally can be made smoother.

一方、スイッチ52がバンドパスフィルタ20の出力に接続される場合は、バンドパスフィルタ20は、図5に示すように所定の周波数成分のみを通過させるよう機能する。これにより、スペクトラム特性の一点破線Aで示す低周波数側の端部、高周波数側の端部においてピークがするどくなることがあるが、これらの部分を取り除くことができる。すなわち、図11に示すように、バンドパスフィルタの処理により、高い周波数を下げ、低い周波数を上げることができる。   On the other hand, when the switch 52 is connected to the output of the bandpass filter 20, the bandpass filter 20 functions to pass only a predetermined frequency component as shown in FIG. As a result, peaks may appear at the low frequency side end and the high frequency side end indicated by the one-dot broken line A in the spectrum characteristics, but these portions can be removed. That is, as shown in FIG. 11, the high frequency can be lowered and the low frequency can be raised by the processing of the band pass filter.

次に、各回路についてさらに詳細に説明する。図8は、N分周器の出力例を示す図である。帰還用分周器17は、加算器54の出力に応じて原クロックを1/2、1/3、1/4などにして出力する。   Next, each circuit will be described in more detail. FIG. 8 is a diagram illustrating an output example of the N frequency divider. The feedback frequency divider 17 outputs the original clock at 1/2, 1/3, 1/4, etc. according to the output of the adder 54.

図9は、スイッチ動作区間及びサイン波処理区間を示すタイミング図である。図9(a)の出力がOutputから出力されている場合であって、N=4の場合に、例えば図に示す区間T2(クロックのハイの期間)では、バンドパスフィルタ20をサイン波生成器として機能させサイン波を生成し、区間T1(クロックのロウの期間)ではバンドパスフィルタとして機能させる。本例では、スイッチ52を切り替えて、クロックの周波数を変化させ、バンドパスフィルタとして機能する区間とサイン波を生成する区間とを切り替えている。この場合、ロウの期間は、スイッチを左側に接続して回路20をバンドパスフィルタとして機能させ、ハイの期間はスイッチを右側に接続して回路20をサイン波生成器として機能させている。ここで、本例においては、所定の区間T1はバンドパスフィルタ、区間T2はサイン波生成器として機能させるものとして説明したが、最も好ましくは、三角波のピークP1、P2近傍では、バンドパスフィルタとして機能させ、それ以外の三角波の斜面においてはサイン波を形成するようにする。こうすることで、最も効率よく図11に示す高周波側のクロックを低周波側へ下げ、低周波側のクロックを高周波側へ上げることができる。   FIG. 9 is a timing chart showing a switch operation section and a sine wave processing section. In the case where the output of FIG. 9A is output from Output and N = 4, for example, in the section T2 (clock high period) shown in the figure, the bandpass filter 20 is connected to the sine wave generator. To generate a sine wave, and function as a band pass filter in the section T1 (clock low period). In this example, the switch 52 is switched to change the clock frequency to switch between the section functioning as a bandpass filter and the section generating the sine wave. In this case, in the low period, the switch is connected to the left side to cause the circuit 20 to function as a bandpass filter, and in the high period, the switch is connected to the right side to cause the circuit 20 to function as a sine wave generator. Here, in this example, the predetermined section T1 has been described as functioning as a bandpass filter and the section T2 as functioning as a sine wave generator, but most preferably, as a bandpass filter in the vicinity of the triangular wave peaks P1 and P2. It is made to function, and a sine wave is formed on other slopes of the triangular wave. In this way, the high frequency clock shown in FIG. 11 can be lowered to the low frequency side and the low frequency side clock can be raised to the high frequency side most efficiently.

バンドパスフィルタ20は、レジスタ21、26、28〜28、加算器22、23〜23、セレクタ24、25、27〜27を有する。加算器23〜23には、バンドパスフィルタとして機能する場合には、係数A乃至Gが入力される。加算器23、セレクタ27、レジスタ28はいくつであってもよい。セレクタ27は、前段のレジスタ26の出力、レジスタ28の出力、0、又は1を選択して出力する。レジスタ28は、セレクタ27から入力される0又は1を保持する。バンドパスフィルタ20は、発振回路11又はVCO16の出力をベースクロックとして動作する。加算器22の出力が下記数式を満たすよう、セレクタ27〜27は、適宜データを選択する。 The band pass filter 20 includes registers 21, 26, 28 1 to 28 6 , adders 22, 23 1 to 23 k , and selectors 24, 25, 27 1 to 27 6 . In the case of functioning as a band pass filter, the coefficients A to G are input to the adders 23 1 to 23 7 . Any number of adders 23 k , selectors 27, and registers 28 may be provided. The selector 27 1, output of the preceding register 26, the register 28 1 of the output, 0, or 1 selects and outputs. The register 28 1 holds 0 or 1 input from the selector 27 1 . The band pass filter 20 operates using the output of the oscillation circuit 11 or the VCO 16 as a base clock. The selectors 27 1 to 27 6 appropriately select data so that the output of the adder 22 satisfies the following mathematical formula.

バンドパスフィルタ20は、サイン波を生成する場合には、
sinx=x−x^3/3!+x^5/5!−x^7/7!=Gx+Ex^3+Cx^5+Ax^7
を計算して出力する。すなわち、レジスタ26からxが入力され、加算器23にてA×xが演算される。次のサイクルで、Ax+Bが演算され、次のサイクルで(Ax+B)x+cが演算され、次のサイクルで、(Ax^2+Bx+C)x+Dが演算され、順に、
(Ax^3+Bx^2+Cx+D)x+E
(Ax^4+Bx^3+Cx^2+Dx+E)x+F
(Ax^5+Bx^4+Cx^3+Dx^2+Ex+F)x+G
(Ax^6+Bx^5+Cx^4+Dx^3+Ex^2+Fx+G)x+H
=Ax^7+Bx^6+Cx^5+Dx^4+Ex^3+Fx^2+Gx+H
ここで、サイン波生成器の場合、B=D=F=H=0であり、
sinx=Ax^7+Cx^5+Ex^3+Gx
となる。
When the band pass filter 20 generates a sine wave,
sinx = xx 3/3! + X ^ 5/5! -X ^ 7/7! = Gx + Ex ^ 3 + Cx ^ 5 + Ax ^ 7
Is calculated and output. Ie, x is inputted from the register 26, A × x is calculated by the adder 23 1. In the next cycle, Ax + B is calculated, (Ax + B) x + c is calculated in the next cycle, (Ax ^ 2 + Bx + C) x + D is calculated in the next cycle,
(Ax ^ 3 + Bx ^ 2 + Cx + D) x + E
(Ax ^ 4 + Bx ^ 3 + Cx ^ 2 + Dx + E) x + F
(Ax ^ 5 + Bx ^ 4 + Cx ^ 3 + Dx ^ 2 + Ex + F) x + G
(Ax ^ 6 + Bx ^ 5 + Cx ^ 4 + Dx ^ 3 + Ex ^ 2 + Fx + G) x + H
= Ax ^ 7 + Bx ^ 6 + Cx ^ 5 + Dx ^ 4 + Ex ^ 3 + Fx ^ 2 + Gx + H
Here, in the case of a sine wave generator, B = D = F = H = 0,
sinx = Ax ^ 7 + Cx ^ 5 + Ex ^ 3 + Gx
It becomes.

このバンドパスフィルタは、入力ディジタル波に対し、周波数f(Hz)を計測し、あるきまった値を有する周波数fH(Hz)よりfが高い場合に、周波数f−Δにシフトダウンしたディジタル波を出力する。また、同様に入力周波数f(Hz)を計測した結果ある決まった周波数fL(Hz)より低い周波数の場合に、同じΔを使用し、高い周波数f+Δ(Hz)にシフトアップしたディジタル波を出力する。このように、出力周波数をある幅を有する箇所(センター寄り)に移行させる動作を行う。   This band pass filter measures the frequency f (Hz) with respect to the input digital wave, and when f is higher than the frequency fH (Hz) having a certain value, the digital wave shifted down to the frequency f−Δ is detected. Output. Similarly, when the input frequency f (Hz) is measured and the frequency is lower than a predetermined frequency fL (Hz), the same Δ is used and a digital wave shifted up to a high frequency f + Δ (Hz) is output. . In this way, an operation of shifting the output frequency to a location having a certain width (closer to the center) is performed.

三角波生成回路40は、カウンタ41、カウンタ値切り替え回路42を有する。カウンタ値切り替え回路42は、ディテクタ43〜43(lは整数)と、レジスタ44を有する。ディテクタは、各ディテクタによりカウンタ値を検出し、カウンタの出力値を調整している。ディテクタを選択するスイッチは、上位の制御部により制御される。この三角波生成回路40は、発振回路11からのクロック又はバンドパスフィルタ20の出力のいずれかをカウントすることで、三角波を生成する。 The triangular wave generation circuit 40 includes a counter 41 and a counter value switching circuit 42. The counter value switching circuit 42 includes detectors 43 1 to 43 l (l is an integer) and a register 44. The detector detects the counter value by each detector and adjusts the output value of the counter. A switch for selecting a detector is controlled by a host control unit. The triangular wave generation circuit 40 generates a triangular wave by counting either the clock from the oscillation circuit 11 or the output of the bandpass filter 20.

本実施の形態においては、バンドパスフィルタにより、高周波側のクロックと低周波側のクロックを取り除くことで、スペクトラム特性をより均一なものとする。さらに、三角波にサイン波を重畳することにより、周波数の変動をより滑らかになるようにする。そして、バンドパスフィルタの機能とサイン波重畳とを時分割で切り替えることにより、スペクトラム拡散をより均一なものとすることができる。さらに、バンドパスフィルタと三角波生成器を回路20で共有することで、回路規模増大を最小限に留めることができる。   In the present embodiment, the spectrum characteristics are made more uniform by removing the high frequency side clock and the low frequency side clock by the band-pass filter. Furthermore, the frequency fluctuation is made smoother by superimposing the sine wave on the triangular wave. Then, the spread spectrum can be made more uniform by switching the function of the bandpass filter and the sine wave superposition in a time division manner. Furthermore, by sharing the bandpass filter and the triangular wave generator with the circuit 20, an increase in circuit scale can be minimized.

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、本実施の形体においては、第1の周期波を三角波、第2の周期波をサイン波として説明したが、三角波は、所定の周期を有する波形であれば、三角波でなくてもよい。また、サイン波でなく、例えばコサイン波などでもよいことは勿論である。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the first periodic wave is described as a triangular wave and the second periodic wave is a sine wave. However, the triangular wave may not be a triangular wave as long as it has a predetermined period. Of course, a cosine wave or the like may be used instead of the sine wave.

本発明の実施の形態にかかる周波数変調機能付きクロック生成回路を示す図である。It is a figure which shows the clock generation circuit with a frequency modulation function concerning embodiment of this invention. (a)は、帰還用分周器17の入力、(b)は、帰還用分周器17の出力を示す図である。(A) is an input of the feedback frequency divider 17, and (b) is a diagram showing an output of the feedback frequency divider 17. 変調しない場合の生成クロックのスペクトラム分布を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a spectrum distribution of a generated clock when not modulating. 帰還用分周器17の出力のスペクトラム分布を示す特性図である。6 is a characteristic diagram showing a spectrum distribution of an output of a feedback frequency divider 17. FIG. バンドパスフィルタ20の出力を示す模式図である。3 is a schematic diagram showing an output of a bandpass filter 20. FIG. サイン波生成器により生成されたサイン波を示す模式図、A schematic diagram showing a sine wave generated by a sine wave generator, 三角波生成回路40により生成された三角波を示す模式図である。3 is a schematic diagram showing a triangular wave generated by a triangular wave generating circuit 40. FIG. N分周器の出力例を示す図である。It is a figure which shows the example of an output of N frequency divider. スイッチ動作区間及びサイン波処理区間を示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows a switch operation area and a sine wave process area. 特許文献1に記載の半導体集積回路である。This is a semiconductor integrated circuit described in Patent Document 1. 従来の生成クロックのスペクトラム分布を示す図である。1 クロック生成回路10 PLL回路11 発振回路12 M分周器13 位相比較器14 チャージポンプ15 ループフィルタ17 帰還用分周器20 バンドパスフィルタ21、26、28〜28、44、53 レジスタ22、23、54 加算器24、25、27〜27、55 セレクタ40 三角波生成回路41 カウンタ42 カウンタ値切り替え回路52 スイッチIt is a figure which shows the spectrum distribution of the conventional generation clock. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Clock generation circuit 10 PLL circuit 11 Oscillation circuit 12 M frequency divider 13 Phase comparator 14 Charge pump 15 Loop filter 17 Feedback frequency divider 20 Band pass filter 21, 26, 28 1 to 28 6 , 44, 53 Register 22 , 23 k , 54 Adders 24, 25, 27 1 to 27 6 , 55 Selector 40 Triangle wave generation circuit 41 Counter 42 Counter value switching circuit 52 Switch

Claims (7)

帰還用分周器を有し、周波数変調されたクロックを出力するPLL回路と、
前記帰還用分周器から所定の周波数のみ取り出し前記PLL回路に入力するバンドパスフィルタと、
所定の周期を有する第1の周期波を生成する第1の波形生成回路とを有し、
前記バンドパスフィルタは、所定の周期を有する第2の周期波生成器としても機能し、所定のタイミングで第2の周期波を生成して前記第1の周期波と合成して前記帰還用分周器の分周比を変動させる周波数変調機能付きクロック生成回路。
A PLL circuit having a feedback divider and outputting a frequency-modulated clock;
A band-pass filter that extracts only a predetermined frequency from the feedback divider and inputs it to the PLL circuit;
A first waveform generation circuit that generates a first periodic wave having a predetermined period;
The band-pass filter also functions as a second periodic wave generator having a predetermined period, generates a second periodic wave at a predetermined timing, and synthesizes the first periodic wave with the second periodic wave. A clock generation circuit with a frequency modulation function that varies the frequency division ratio of the frequency divider.
前記第1の周期波のピーク近傍では、前記バンドパスフィルタとして機能させ、それ以外のタイミングでは、前記第2の周期波生成器として機能させる
ことを特徴とする請求項1記載の周波数変調機能付きクロック生成回路。
2. The frequency modulation function according to claim 1, wherein the first periodic wave is caused to function as the bandpass filter in the vicinity of a peak, and the second periodic wave generator is caused to function at other timings. Clock generation circuit.
前記バンドパスフィルタとしての機能と前記第2の周期波生成器としての機能を所定の割合で切り替える
ことを特徴とする請求項1記載の周波数変調機能付きクロック生成回路。
The clock generation circuit with a frequency modulation function according to claim 1, wherein the function as the bandpass filter and the function as the second periodic wave generator are switched at a predetermined ratio.
前記PLL回路は、
制御電圧に応じた周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器と、
基準信号と前記発振信号に応じた帰還信号との間の位相差を表す位相差信号を出力する位相比較器と、
前記位相比較器から出力される位相差信号のパルス幅に応じたアナログ信号を出力するチャージポンプ回路と、
前記チャージポンプ回路から出力されるアナログ信号を平滑化し、周波数制御信号を出力するループフィルタと、
前記ループフィルタから出力される前記周波数制御信号に応じた発振周波数特性のクロック信号を出力する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発信器の出力をN(Nは整数)分割して出力する前記帰還用分周器とを有する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の周波数変調機能付クロック生成回路。
The PLL circuit includes:
A voltage controlled oscillator that outputs an oscillation signal having a frequency according to the control voltage;
A phase comparator that outputs a phase difference signal representing a phase difference between a reference signal and a feedback signal corresponding to the oscillation signal;
A charge pump circuit that outputs an analog signal corresponding to the pulse width of the phase difference signal output from the phase comparator;
A loop filter for smoothing an analog signal output from the charge pump circuit and outputting a frequency control signal;
A voltage controlled oscillator that outputs a clock signal having an oscillation frequency characteristic corresponding to the frequency control signal output from the loop filter;
4. The frequency modulation function-equipped clock according to claim 1, further comprising: the feedback frequency divider that divides the output of the voltage-controlled oscillator into N (N is an integer) and outputs the divided signal. 5. Generation circuit.
帰還用分周器を有し、周波数変調されたクロックを出力するPLL回路と、
前記帰還用分周器から所定の周波数のみ取り出し前記PLL回路に入力するバンドパスフィルタと、
所定の周期を有する第1の周期波を生成する第1の波形生成回路と、
前記帰還用分周器の出力から所定の周期を有する第2の周期波を生成する第2の波形生成器と、
前記第1の波形と前記第2の波形と合成する加算器とを有し、
前記帰還用分周器は、前記加算器の出力に基づき分周比を変化させる周波数変調機能付きクロック生成回路。
A PLL circuit having a feedback divider and outputting a frequency-modulated clock;
A band-pass filter that extracts only a predetermined frequency from the feedback divider and inputs it to the PLL circuit;
A first waveform generation circuit for generating a first periodic wave having a predetermined period;
A second waveform generator for generating a second periodic wave having a predetermined period from the output of the feedback divider;
An adder for combining the first waveform and the second waveform;
The feedback frequency divider is a clock generation circuit with a frequency modulation function that changes a frequency division ratio based on an output of the adder.
前記第1の周期波は、三角波である
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の周波数変調機能付きクロック生成回路。
6. The clock generation circuit with a frequency modulation function according to claim 1, wherein the first periodic wave is a triangular wave.
前記第2の周期波は、サイン波又はコサイン波である
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の周波数変調機能付きクロック発生回路。
The clock generation circuit with a frequency modulation function according to any one of claims 1 to 6, wherein the second periodic wave is a sine wave or a cosine wave.
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CN116938233A (en) * 2023-07-28 2023-10-24 南京筠芯科技有限公司 Clock center spread spectrum method and device of phase-locked loop

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