JP2017017671A - Electronic circuit, and method of controlling oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本願開示は、電子回路及び発振器の制御方法に関する。 The present disclosure relates to an electronic circuit and a method for controlling an oscillator.
LSI(大規模集積回路)のデジタル回路はクロック信号に同期して動作するため、回路規模が大きい場合には、クロックの遷移タイミングで大電流が消費され、電源電圧にIRドロップと呼ばれる電源ノイズが発生する。このIRドロップにより、電源電圧は、電源配線及び安定化容量等のインピーダンスにより定まる周波数帯域の電圧変化を示す。一般にこの変動は50MHzから150MHz程度の周波数帯域を有する。 Since digital circuits of LSIs (Large Scale Integrated Circuits) operate in synchronization with the clock signal, if the circuit scale is large, a large current is consumed at the clock transition timing, and power supply noise called IR drop is generated in the power supply voltage. Occur. Due to the IR drop, the power supply voltage shows a voltage change in a frequency band determined by impedances such as a power supply wiring and a stabilization capacitor. In general, this fluctuation has a frequency band of about 50 MHz to 150 MHz.
電源電圧が低下すると、LSI中の信号経路を伝搬する信号の変化速度が低下し、信号伝搬のタイミング余裕が小さいクリティカルパス等において、適切にデータが転送されない場合がある。そのようなタイミングエラーを回避するために、プロセッサ等のLSIでは、電圧低下に応じて適応的に動作周波数を制御するものがある。具体的には、電圧を測定し、電圧低下に起因するデータパスの遅延の増加量を見積もり、当該遅延増加量を相殺するようにクロック周期を長くする。 When the power supply voltage decreases, the rate of change of the signal propagating in the signal path in the LSI decreases, and data may not be transferred properly in a critical path with a small signal propagation timing margin. In order to avoid such timing errors, some LSIs such as processors adaptively control the operating frequency in response to a voltage drop. Specifically, the voltage is measured, the amount of increase in the delay of the data path due to the voltage drop is estimated, and the clock cycle is lengthened so as to cancel out the amount of delay increase.
クロック周期を変化させる方法として、PLL(Phase Locked Loop)回路の分周比を切替える方法が一般的に知られている。この方法では、電圧低下によるタイミングへの影響を測定し、その測定値に基づいてPLL回路の分周比を変更し、PLL回路の発振周波数を下げることにより適応的周波数制御を実現する。 As a method of changing the clock cycle, a method of switching the frequency division ratio of a PLL (Phase Locked Loop) circuit is generally known. In this method, the influence on the timing due to the voltage drop is measured, the frequency division ratio of the PLL circuit is changed based on the measured value, and the adaptive frequency control is realized by lowering the oscillation frequency of the PLL circuit.
上記の適応的周波数制御では、PLL回路の制御系を用いて発振周波数を変更するので、分周比を切り替えてからPLL回路の発振周波数が目標値になる迄に非常に時間がかかる。具体的には、リファレンスクロックのサイクル数換算で例えば200サイクル以上の時間が必要になる。電圧低下が遅い変化(周波数にして数十kHz程度の変化)であれば、上記の制御でも、クロック周波数の変化は十分に電圧低下に追従できる。 In the adaptive frequency control described above, since the oscillation frequency is changed using the control system of the PLL circuit, it takes a very long time until the oscillation frequency of the PLL circuit reaches the target value after switching the frequency division ratio. Specifically, for example, 200 cycles or more are required in terms of the number of cycles of the reference clock. If the voltage drop is a slow change (a change of about several tens of kHz in frequency), the change in the clock frequency can sufficiently follow the voltage drop even with the above control.
しかし、例えばプロセッサで動作率が上がったとき等に発生するIRドロップは、前述のように50MHzから150MHz程度の周波数帯域を有する高速な変化である。そのため、PLL回路において分周比を変更する適応的周波数制御では、クロック周波数の変化が電圧低下の速度に間に合わず、タイミングエラーを回避できない。 However, for example, the IR drop that occurs when the operation rate increases in the processor is a high-speed change having a frequency band of about 50 MHz to 150 MHz as described above. Therefore, in the adaptive frequency control in which the frequency division ratio is changed in the PLL circuit, the change in the clock frequency is not in time for the voltage drop rate, and the timing error cannot be avoided.
以上を鑑みると、電源ノイズに追従して高速に発振周波数を変化可能な電子回路が望まれる。 In view of the above, an electronic circuit capable of changing the oscillation frequency at high speed following power supply noise is desired.
電子回路は、入力信号に応じた周期の発振信号を生成する発振器と、電源電圧に応じた検出信号を出力する電圧検出器と、前記検出信号に応じた分周率で前記発振信号を分周して分周信号を生成する分周器と、前記分周信号と参照信号との位相差に応じた第1の信号と前記検出信号に応じた第2の信号との和を求め、前記和に応じた信号を前記入力信号として前記発振器に供給する加算器とを含む。 The electronic circuit divides the oscillation signal by an oscillator that generates an oscillation signal having a period according to an input signal, a voltage detector that outputs a detection signal according to a power supply voltage, and a division ratio according to the detection signal. A frequency divider for generating a frequency-divided signal, a sum of a first signal corresponding to a phase difference between the frequency-divided signal and a reference signal, and a second signal corresponding to the detection signal, And an adder for supplying the signal as an input signal to the oscillator.
少なくとも1つの実施例によれば、電子回路において、電源ノイズに追従して高速に発振周波数を変化させることができる。 According to at least one embodiment, in an electronic circuit, the oscillation frequency can be changed at high speed following power supply noise.
以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、電源ノイズに追従して発振周波数を変化可能な電子回路の実施例の一例を示す図である。図1に示す電子回路は、PLL回路10、AD変換器11、平均化部12、コード変換部13、及び論理回路14を含む。PLL回路10は、デジタル制御発振器(DCO)20、分周器21、位相比較器22、ループフィルタ23、正規化部24、及び加算器25を含む。論理回路14はデータパス30を含み、データパス30はフリップフロップ31及び32、及び回路素子群33を含む。フリップフロップ31及び32のクロック入力端子には、PLL回路10が生成する発振信号(クロック信号)が印加される。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of an electronic circuit capable of changing the oscillation frequency following power supply noise. The electronic circuit shown in FIG. 1 includes a
図1において、各ボックスで示される各回路又は機能ブロックと他の回路又は機能ブロックとの境界は、基本的には機能的な境界を示すものであり、物理的な位置の分離、電気的な信号の分離、制御論理的な分離等に対応するとは限らない。各回路又は機能ブロックは、他のブロックと物理的にある程度分離された1つのハードウェアモジュールであってもよいし、或いは他のブロックと物理的に一体となったハードウェアモジュール中の1つの機能を示したものであってもよい。 In FIG. 1, the boundary between each circuit or functional block shown in each box and another circuit or functional block basically indicates a functional boundary. It does not necessarily correspond to signal separation, control logic separation, and the like. Each circuit or functional block may be one hardware module physically separated to some extent from another block, or one function in a hardware module physically integrated with another block May be shown.
電源電圧VDDは論理回路14に供給され、論理回路14内の各回路素子は電源電圧VDDを電源として駆動される。電源電圧VDDは更に、AD変換器11に印加される。AD変換器11は、電圧検出器として機能して、印加される電源電圧に応じた検出信号Qを生成する。検出信号Qは、例えば、各ビットが0又は1の値をとる複数ビットで表現されたデジタルコードであってよい。AD変換器11の出力する検出信号Qは、平均化部12に供給されると共に、PLL回路10の加算器25に供給される。
The power supply voltage VDD is supplied to the
平均化部12は、検出信号Qの時間平均をとり、平均値信号Qavrを生成する。検出信号Qがデジタルコードの場合、2以上の所定の数のクロックサイクルに亘り検出信号Qの値を加算し、加算結果を当該所定の数で除算することにより、平均値信号Qavrを生成してよい。平均化部12が生成した平均値信号Qavrは、コード変換部13に供給される。
The
コード変換部13は、平均値信号Qavrに応じた分周率設定コードを生成する。コード変換部13が生成した分周率設定コードは、分周率を設定するための制御信号としてPLL回路10の分周器21に供給される。
The
PLL回路10のデジタル制御発振器20は、デジタル制御発振器20への入力信号に応じた周期(又は周波数)の発振信号を生成する。デジタル制御発振器20の発振する発振信号は分周器21に供給され、分周器21が、前記分周率設定コードに応じた分周率(即ち検出信号Qに応じた分周率)で発振信号を分周して分周信号を生成する。
The digitally controlled
位相比較器22は、分周器21から出力される分周信号と参照信号REFとの位相差に応じた位相検出信号を生成する。位相検出信号は、分周信号の位相が参照信号REFの位相より遅い場合には例えばマイナス値(或いは所定の基準値より小さい値)となり、分周信号の位相が参照信号REFの位相より早い場合には例えばプラス値(或いは所定の基準値より大きい値)となってよい。また位相検出信号は、その値の大きさ(或いは所定の基準値からの差の大きさ)が、分周信号の位相と参照信号REFの位相との差に応じたものであってよい。位相検出信号は、例えば、各ビットが0又は1の値をとる複数ビットで表現されたデジタルコードであってよい。
The
ループフィルタ23は、位相比較器22から出力される位相検出信号の低周波成分を通過させ高周波成分を遮断又は抑制する低域通過フィルタであり、例えばデジタルフィルタにより実現されてよい。ループフィルタ23は、位相検出信号を低域通過フィルタ処理することにより、一時的な細かい変動に影響されずにある程度長い期間に亘る位相差の傾向を示す位相差情報を生成し、生成した位相差情報を正規化部24に供給する。位相差情報は、例えば、各ビットが0又は1の値をとる複数ビットで表現されたデジタルコードであってよい。
The
正規化部24は、供給された位相差情報に所定の係数を乗算することにより、デジタル制御発振器20の入力信号として適切な値を有する位相差コードを生成する。デジタル制御発振器20において、入力信号のLSB(Least Significant Bit)の1ビット変化に対する発振周波数の変化の大きさ(感度)は、発振周波数によって異なる。正規化部24により、デジタル制御発振器20の発振周波数に応じた感度の違いを相殺するような係数を位相差情報に乗算することで、デジタル制御発振器20の感度の周波数依存の影響をなくすことができる。デジタル制御発振器20の感度の周波数依存の影響を無視してよい場合には、正規化部24は設けなくともよい。正規化部24により生成された位相差コードは、加算器25に供給される。位相差コードは、例えば、各ビットが0又は1の値をとる複数ビットで表現されたデジタルコードであってよい。
The
加算器25は、分周信号と参照信号REFとの位相差に応じた信号である上記位相差コードとAD変換器11の出力である検出信号Qに応じた信号との和を求め、当該和に応じた信号をデジタル制御発振器20に入力信号として供給する。加算器25により位相差コードと加算される信号は、AD変換器11の出力である検出信号Qそのものであってもよいし、デジタル制御発振器20の入力として適切なサイズとなるよう検出信号Qを定数倍して正規化した信号であってもよい。
The
また或いは、例えば電源電圧VDDの低下に応答して検出信号Qの値が大きくなる設計であれば、所定値以下の検出信号Qを切り捨てることにより、当該所定値以上では検出信号Qに等しく、最小値が当該所定値となるように調整した信号を用いてもよい。このように調整した信号を用いることにより、例えば、電源電圧VDDが所望の値より大きくなった場合には、PLL回路10による周波数調整動作を実行しないような制御動作を実現することができる。即ち、所望のレベルからの電源電圧VDDの低下に対しては周波数調整を行うが、所望のレベル以上への電源電圧VDDの上昇に対しては周波数調整を行わないようにしてもよい。
Alternatively, for example, if the design is such that the value of the detection signal Q increases in response to a decrease in the power supply voltage VDD, the detection signal Q below the predetermined value is rounded down to be equal to the detection signal Q above the predetermined value. You may use the signal adjusted so that a value may become the said predetermined value. By using the signal adjusted in this way, for example, when the power supply voltage VDD becomes larger than a desired value, a control operation that does not execute the frequency adjustment operation by the
図1に示す例では、正規化部24の出力である位相差コードと加算器25により加算される信号は、AD変換器11の出力である検出信号Qそのものである。但し、例えばAD変換器11の出力自体に下限値を設けておくことにより、上記のように、所望のレベルからの電源電圧VDDの低下に対しては周波数調整を行うが、所望のレベル以上への電源電圧VDDの上昇に対しては周波数調整を行わないようにしてもよい。
In the example illustrated in FIG. 1, the signal added by the
デジタル制御発振器20の入力信号は、例えば、各ビットが0又は1の値をとる複数ビットで表現されたデジタルコードであってよい。デジタル制御発振器20は例えばLC発振器でよい。複数個のバラクタ等の可変容量素子が並列に接続されることで並列容量を形成し、それら複数の可変容量素子の制御端子のそれぞれに入力信号の対応するビットが印加されてよい。入力信号の各ビットを0又は1に設定することにより並列容量の大きさを制御し、制御された並列容量に応じた周期(又は周波数)でデジタル制御発振器20が発振してよい。
The input signal of the digitally controlled
PLL回路10のデジタル制御発振器20が発振する発振信号は、クロック信号として論理回路14に供給される。前述のように、論理回路14は電源電圧VDDで駆動する。クロック信号は、論理回路14中のフリップフロップのクロック端子に印加される。
An oscillation signal oscillated by the digitally controlled
図1に示す電子回路において、デジタル制御発振器20の入力信号の値が増加すると、デジタル制御発振器20の発振信号の周期の長さが増加してよい。逆に、デジタル制御発振器20の入力信号の値が減少すると、デジタル制御発振器20の発振信号の周期の長さが減少してよい。この場合、電源電圧VDDが下降するとAD変換器11の出力である検出信号Qの値が大きくなってよい。仮にデジタル制御発振器20の入力信号の値の増減とデジタル制御発振器20の発振信号の周期の長さの増減との関係が上記とは逆であれば、電源電圧VDDの下降に応答して、AD変換器11の出力である検出信号Qの値が小さくなってよい。
In the electronic circuit shown in FIG. 1, when the value of the input signal of the digitally controlled
電源電圧VDDの下降に応答して検出信号Qの値が大きくなり、その状態がある程度長い時間継続すると、平均化部12の出力である平均値信号Qavrの値も大きくなる。コード変換部13は、平均値信号Qavrの値が大きくなると、分周率が小さくなるように分周率設定コードを変化させる。その結果、PLL回路10の発振周波数は低くなり、発振信号の発振周期が長くなる。このように、長い時間の平均で判断して電源電圧VDDが低下している場合は、平均化部12の出力である平均値信号Qavrの値が大きくなり、PLL回路10の発振するクロック信号の周期が長くなる。
When the value of the detection signal Q increases in response to the decrease in the power supply voltage VDD and this state continues for a certain period of time, the value of the average value signal Q avr that is the output of the averaging
電源電圧VDDで駆動する論理回路14においては、電源電圧VDDが低下すると、各回路素子の出力信号を変化させる駆動力が低下し、回路素子間の信号伝搬速度、ひいてはフリップフロップ間の信号伝搬速度が低下する。例えば、図1に示す論理回路14において、論理回路14に含まれるデータパスの中でも例えばデータパス30がタイミング余裕の小さいクリティカルなパスであるとする。データパス30では、フリップフロップ31から出力されたデータが、回路素子群33中を伝搬して、フリップフロップ32に取り込まれる。フリップフロップ32によるデータ取り込みは、PLL回路10が生成するクロック信号(発振信号)に同期して行われる。電源電圧VDDの低下に起因してデータパス30のフリップフロップ31及び32の間の信号伝搬にかかる時間が増大すると、受信側のフリップフロップ32におけるデータ取り込みに失敗してしまう可能性がある。
In the
上述のように、長い時間の平均で判断して電源電圧VDDが低下している場合は、分周率が小さく設定されることにより、PLL回路10の発振するクロック信号の周期が長くなる。これにより、論理回路14に含まれるデータパス30等のデータパスにおいて、データ転送の失敗を回避することができる。
As described above, when the power supply voltage VDD is reduced as judged by an average over a long time, the frequency of the clock signal oscillated by the
論理回路14がPLL回路10のクロック信号に同期して動作すると、クロックの遷移タイミングで電流が消費され、電源電圧VDDにIRドロップが発生する可能性がある。通常の論理回路14の動作時には顕著なIRドロップは発生しないが、論理回路14が例えばプロセッサであり、その動作モードに遷移が発生した場合等に発生するIRドロップは、無視できない程の大きさになる。この場合、前述のように50MHzから150MHz程度の周波数帯域を有する電源電圧VDDの急激な変動が発生する。
When the
このような急激な電源電圧VDDの変動が発生した場合、上記のようにコード変換部13により分周器21の分周率を変化させるだけでは、デジタル制御発振器20の発振するクロック信号の周期は十分な速さで変化しない。そもそも平均化部12による平均化動作により瞬時的な電源電圧VDDの変動は無視されるが、仮に平均化部12を設けずに、瞬時的な電源電圧VDDの変動に応じて分周器21の分周率を変化させても、クロック信号の周期は十分な速さで変化しない。何故なら、前述のように、PLL回路の制御系を用いて発振周波数を変更する場合には、分周率を切り替えてからPLL回路の発振周波数が目標値に到達する迄に長い時間がかかるからである。
When such a sudden fluctuation of the power supply voltage VDD occurs, the period of the clock signal oscillated by the digitally controlled
図1に示す電子回路では、AD変換器11の出力信号である検出信号Qを、デジタル制御発振器20への入力信号に加算器25を介して加算することにより、急激な電源電圧VDDの変動に対して瞬時にPLL回路10の発振周波数を変化させることができる。即ち、PLL回路10では、デジタル制御発振器20へのデジタルコード入力に対して検出信号Qに相当するデジタルコードを加算しているので、電源電圧VDDの低下により検出信号Qの値が大きくなると、デジタル制御発振器20への入力値が大きくなる。デジタル制御発振器20は、入力値に応じた発振周期で発振するように設計されており、入力値が大きくなると発振周期の長さが増大する。この発振周期の制御は、デジタル制御発振器20の入力を直接に調整して実現しているので、電源電圧VDDの変動に直ぐに反応して迅速に発振周期が変動する。即ち、電源電圧VDDの変動に追従する発振周期の変化を実現することが可能となる。
In the electronic circuit shown in FIG. 1, the detection signal Q, which is an output signal of the
図2は、電源電圧VDDの急激な変動に対する図1に示すPLL回路の動作の一例を示す図である。図2において、(a)は電源電圧VDDの電圧値を示す。(b)はPLL回路10の発振周期を示す。(c)はPLL回路10の発振周期の平均値を示す。(d)は論理回路14のクリティカルパスであるデータパス30のタイミング余裕を示す。各波形図における横軸は時間である。電圧V1は、図1に示される電子回路に供給される電源電圧VDDの所望の電圧レベルである。発振周期T1は、電源電圧VDDに対応するPLL回路10の所望の発振周期である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the operation of the PLL circuit shown in FIG. 1 in response to a sudden change in the power supply voltage VDD. In FIG. 2, (a) shows the voltage value of the power supply voltage VDD. (B) shows the oscillation period of the
まず図2(a)に示すように、例えばIRドロップにより、電源電圧VDDにおいて波形41で示す変動が発生する。この電圧変動は、50MHzから150MHz程度の周波数帯域を有する高速な変化である。IRドロップにより電源電圧VDDが所望の電圧V1から低下し、その後、安定化容量や電源配線を介しての電流供給により電圧が回復し、回復時の電流供給により電圧のオーバーシュートが発生し、電源電圧VDDは一時的に所望の電圧V1よりも高くなっている。 First, as shown in FIG. 2A, a fluctuation indicated by a waveform 41 occurs in the power supply voltage VDD due to, for example, an IR drop. This voltage fluctuation is a high-speed change having a frequency band of about 50 MHz to 150 MHz. The power supply voltage VDD decreases from the desired voltage V1 due to the IR drop, and then the voltage is recovered by the current supply through the stabilization capacitor and the power supply wiring, and the voltage overshoot occurs due to the current supply at the time of recovery. The voltage VDD is temporarily higher than the desired voltage V1.
波形41の電圧低下に応答してデジタル制御発振器20へのデジタルコード入力が増大し、デジタル制御発振器20の発振周期が、図2(b)に波形42として示すように変化する。PLLの制御ループ(位相同期ループ)のループフィルタ23による平均化或いは積分機能を考慮した発振周期の平均値は、図2(c)に波形43として示すように変化する。
In response to the voltage drop of the waveform 41, the digital code input to the digitally controlled
データパス30のタイミング余裕における電源電圧VDDの変動の寄与分は、図2(a)に示す電源電圧VDDの変動の波形41と同様に変化する。また、データパス30のタイミング余裕におけるクロック周期の調整の寄与分は、図2(b)に示すクロック周期の変化の波形42と同様に変化する。従って、電源電圧VDDの変動分をクロック周期の調整分で相殺したタイミング余裕は、図2(a)の波形41と図2(b)の波形42とをサイズを適宜合わせて合算したものとなり、例えば図2(d)に示す波形44のようになる。図2(d)の波形44に示されるように、タイミング余裕がゼロであるレベル以上の状態(即ちある程度のタイミング余裕が存在する状態)が維持されており、論理回路14はタイミングエラーなく適切に動作することができる。
The contribution of the fluctuation of the power supply voltage VDD in the timing margin of the
図3は、電源電圧VDDの継続的な変動に対する図1に示すPLL回路の動作の一例を示す図である。図3において、(a)は電源電圧VDDの電圧値を示す。(b)はPLLの制御ループの目標となる発振周期であり、分周器21に設定される分周率に応じた発振周期を示す。(c)はPLL回路10の発振周期を示す。(d)はPLL回路10の発振周期の平均値を示す。(e)は論理回路14のクリティカルパスであるデータパス30のタイミング余裕を示す。各波形図における横軸は時間である。電圧V1は、図1に示される電子回路に供給される電源電圧VDDの所望の電圧レベルである。発振周期C1は、電源電圧VDDに対応するPLL回路10の目標の発振周期である。発振周期T1は、電源電圧VDDに対応するPLL回路10の所望の発振周期である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the operation of the PLL circuit shown in FIG. 1 with respect to the continuous fluctuation of the power supply voltage VDD. In FIG. 3, (a) shows the voltage value of the power supply voltage VDD. (B) is an oscillation cycle which is a target of the control loop of the PLL, and shows an oscillation cycle corresponding to the frequency division ratio set in the
図3(a)に示す例では、IRドロップにより、電源電圧VDDに波形51で示す周期的な変動が発生している。この電圧変動は、50MHzから150MHz程度の周波数帯域を有する高速な変化である。例えばプロセッサ等のLSIの動作モードが周期的にスタンバイモードから動作モードに遷移する場合等に、図3(a)に示すような電源電圧VDDの変動が発生する。なお図3(a)の波形51では、所望の電圧V1の上側の波形と電圧V1の下側の波形とが略同一振幅のように示されている。しかしながら、実際には、IRドロップによる電源電圧VDDの低下とその後のオーバーシュートによる電源電圧VDDの上昇とにより波形51が形成されるので、電圧V1の上側の波形は電圧V1の下側の波形よりも小さな振幅となる。 In the example shown in FIG. 3A, the periodic fluctuation indicated by the waveform 51 occurs in the power supply voltage VDD due to the IR drop. This voltage fluctuation is a high-speed change having a frequency band of about 50 MHz to 150 MHz. For example, when the operation mode of an LSI such as a processor periodically changes from the standby mode to the operation mode, the power supply voltage VDD varies as shown in FIG. In the waveform 51 of FIG. 3A, the waveform on the upper side of the desired voltage V1 and the waveform on the lower side of the voltage V1 are shown to have substantially the same amplitude. However, in practice, the waveform 51 is formed by the decrease in the power supply voltage VDD due to IR drop and the subsequent increase in the power supply voltage VDD due to overshoot, so the waveform on the upper side of the voltage V1 is higher than the waveform on the lower side of the voltage V1. Also has a small amplitude.
図3(a)に示される電源電圧VDDの波形51では、電源電圧VDDが平均的に所望の電圧V1よりも低下している状態が持続するので、PLLの制御ループの目標発振周期、即ち、分周器21に設定される分周率に対応する発振周期の長さが増大する。従って、図3(b)に波形52として示されるように、PLLの制御ループの目標となる発振周期は増大する。
In the waveform 51 of the power supply voltage VDD shown in FIG. 3A, the state in which the power supply voltage VDD is lower than the desired voltage V1 on average continues, so that the target oscillation period of the PLL control loop, that is, The length of the oscillation period corresponding to the frequency division ratio set in the
また、図3(a)に示される波形41の電圧低下に応答してデジタル制御発振器20へのデジタルコード入力が増大し、デジタル制御発振器20の発振周期が、図3(c)に波形53として示すように変化する。更に、PLLの制御ループ(位相同期ループ)のループフィルタ23による平均化或いは積分機能を考慮した発振周期の平均値は、図3(d)に波形54として示すように変化する。
In addition, the digital code input to the digitally controlled
更に、電源電圧VDDの変動分をクロック周期の調整分で相殺したタイミング余裕は、図3(a)の波形51と図3(c)の波形53とをサイズを適宜合わせて合算したものとなり、例えば図3(e)に示す波形55のようになる。図3(e)の波形55に示されるように、タイミング余裕がゼロであるレベル以上の状態(即ちある程度のタイミング余裕が存在する状態)が維持されており、論理回路14はタイミングエラーなく適切に動作することができる。
Further, the timing margin in which the fluctuation of the power supply voltage VDD is offset by the adjustment of the clock cycle is the sum of the waveform 51 in FIG. 3A and the waveform 53 in FIG. For example, the waveform 55 shown in FIG. As shown by the waveform 55 in FIG. 3E, a state of a level exceeding the level at which the timing margin is zero (that is, a state where a certain timing margin exists) is maintained, and the
図3(a)乃至(e)に示す動作例では、PLLの制御ループのループフィルタ23による平均化或いは積分機能を考慮した発振周期の平均値(図3(d))は、PLLの制御ループの目標発振周期(図3(b))と略一致している。これは、PLLの制御ループの動作により発振周期の平均値が目標発振周期に追従しているというよりは、寧ろ、デジタル制御発振器20の入力への検出信号Qの加算による発振周期の平均値の増加が、目標発振周期の増加に一致した結果である。検出信号Qの加算による発振周期の平均値の増加が、目標発振周期の増加に一致した結果、PLLの制御ループの安定状態(位相ロックした状態)が実現され、図3(b)の波形52と図3(d)の波形54とは一致する状態が保たれている。
In the operation examples shown in FIGS. 3A to 3E, the average value of the oscillation period (FIG. 3D) considering the averaging or integration function of the PLL control loop by the
図4は、電源電圧VDDの継続的な変動に対する図1に示すPLL回路の動作を説明するための図である。図4に示す各波形は、図1に示すPLL回路において、デジタル制御発振器20の入力信号に対してAD変換器11の検出信号Qを加算する加算器25の加算動作を停止した場合に、電源電圧VDDの継続的な変動に対してどのようにPLL回路が動作するかを示す。図4(a)乃至(e)に示される信号は、図3(a)乃至(e)に示される信号と同様である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the PLL circuit shown in FIG. 1 with respect to continuous fluctuation of the power supply voltage VDD. Each waveform shown in FIG. 4 is generated when the addition operation of the
図4(a)に示される電源電圧VDDの波形61では、電源電圧VDDが平均的に所望の電圧V1よりも低下している状態が持続するので、PLLの制御ループの目標発振周期、即ち、分周器21に設定される分周率に対応する発振周期の長さが増大する。従って、図4(b)に波形62として示されるように、PLLの制御ループの目標となる発振周期は増大する。
In the waveform 61 of the power supply voltage VDD shown in FIG. 4A, the state in which the power supply voltage VDD is averagely lower than the desired voltage V1 continues, so that the target oscillation period of the PLL control loop, that is, The length of the oscillation period corresponding to the frequency division ratio set in the
PLLの制御ループの目標発振周期が図4(b)に示されるように増大することにより、デジタル制御発振器20の発振周期が、図4(c)に波形63として示すように変化する。更に、PLLの制御ループ(位相同期ループ)のループフィルタ23による平均化或いは積分機能を考慮した発振周期の平均値は、図4(d)に波形64として示すように変化する。
As the target oscillation period of the control loop of the PLL increases as shown in FIG. 4B, the oscillation period of the digitally controlled
この動作例では、PLLの制御ループのループフィルタ23による平均化或いは積分機能を考慮した発振周期の平均値(図4(d))は、PLLの制御ループの目標発振周期(図4(b))の増大に追従するように、徐々に増大している。これは、発振周期の平均値が目標発振周期に追従するように、PLLの制御ループの動作により発振周期が変化するためである。前述のように、図4(a)乃至(e)に示す動作例は、デジタル制御発振器20の入力信号に対してAD変換器11の検出信号Qを加算する加算器25の加算動作を停止した場合に、PLL回路がどのように動作するのかを示す例である。図4(c)に示すPLL回路10の発振周期は、図3(c)に示す発振周期とは異なり、急峻な電源電圧変化に応答した高速な変化は示さない。
In this example of operation, the average value of the oscillation period (FIG. 4D) considering the averaging or integration function of the PLL control loop by the
電源電圧VDDの変動分をクロック周期の調整分で相殺したタイミング余裕は、図4(a)の波形61と図4(c)の波形63とをサイズを適宜合わせて合算したものとなり、例えば図4(e)に示す波形65のようになる。図4(e)の波形65に示されるように、電源電圧VDDが変動を開始してからしばらくの間は、電源電圧VDDの変動に発振周期が高速に応答することができず、タイミング余裕がゼロ以下にまで低下する状態が発生してしまう。そのため、図1に示す電子回路の論理回路14は、タイミングエラーにより適切に動作できない可能性がある。その後、PLLの制御ループによる制御動作により、PLL回路10の発振周期が徐々に増大すると、タイミング余裕も徐々に増大し、タイミング余裕がゼロであるレベル以上の状態が維持されるようになる。
The timing margin in which the fluctuation of the power supply voltage VDD is offset by the adjustment of the clock cycle is the sum of the waveform 61 in FIG. 4A and the waveform 63 in FIG. It becomes like a waveform 65 shown in FIG. As shown in the waveform 65 of FIG. 4E, for a while after the power supply voltage VDD starts to fluctuate, the oscillation period cannot respond to the fluctuation of the power supply voltage VDD at a high speed, and the timing margin is large. A state of lowering to zero or less occurs. For this reason, the
図4(a)乃至(e)に示されるように、AD変換器11の出力である検出信号Qに応じて分周器21の分周率を変化させるだけでは、電源電圧VDDに急激な変動があった場合に、当該変動に応じて高速に発振周期を変化させることができない。その結果、タイミング余裕がなくなり、論理回路14のデータパスにおいてタイミングエラーが発生してしまう。従って、図1に示されるPLL回路10のように、分周率を制御する動作に加え、更に、デジタル制御発振器20の入力信号に対してAD変換器11の検出信号Qを加算器25により加算し、直接にデジタル制御発振器20の発振周期を変化させることが好ましい。
As shown in FIGS. 4A to 4E, if the frequency division ratio of the
図5は、電源電圧VDDの継続的な変動に対する図1に示すPLL回路の動作を説明するための図である。図5に示す各波形は、図1に示すPLL回路において、分周器21の分周率をAD変換器11の検出信号Qに応じて調整する動作を停止した場合に、電源電圧VDDの継続的な変動に対してどのようにPLL回路が動作するかを示す。図5(a)乃至(e)に示される信号は、図3(a)乃至(e)に示される信号と同様である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the PLL circuit shown in FIG. 1 with respect to continuous fluctuation of the power supply voltage VDD. Each waveform shown in FIG. 5 indicates the continuation of the power supply voltage VDD when the operation of adjusting the frequency division ratio of the
図5(a)に示される電源電圧VDDの波形71では、電源電圧VDDが平均的に所望の電圧V1よりも低下している状態が持続する。但し、図5(a)乃至(e)に示される動作においては、PLLの制御ループの目標発振周期を調整する動作を停止した場合を想定しているので、図5(b)に波形72として示されるように、PLLの制御ループの目標となる発振周期は同一の値C1を維持する。 In the waveform 71 of the power supply voltage VDD shown in FIG. 5A, the state where the power supply voltage VDD is lower than the desired voltage V1 on average continues. However, in the operations shown in FIGS. 5A to 5E, since it is assumed that the operation of adjusting the target oscillation period of the PLL control loop is stopped, the waveform 72 in FIG. As shown, the target oscillation period of the PLL control loop maintains the same value C1.
また、図5(a)に示される波形71の電圧低下に応答してデジタル制御発振器20へのデジタルコード入力が加算器25の加算動作により増大し、デジタル制御発振器20の発振周期が、図5(c)に波形73として示すように変化する。更に、PLLの制御ループ(位相同期ループ)のループフィルタ23による平均化或いは積分機能を考慮した発振周期の平均値は、図5(d)に波形74として示すように変化する。
Further, in response to the voltage drop of the waveform 71 shown in FIG. 5A, the digital code input to the digitally controlled
この動作例では、図5(c)に波形73として示すように発振周期が電源変動に高速に応答して増大するので、PLLの制御ループのループフィルタ23による平均化或いは積分機能を考慮した発振周期の平均値(図5(d))も最初に増加を示す。しかしその後、図5(d)に波形74として示されるように、PLLの制御ループの目標発振周期(図5(b))の一定値C1に相当する周期T1に近づくように、発振周期の平均値は徐々に減少している。これは、発振周期の平均値が目標発振周期に近づくように、PLLの制御ループの動作により発振周期が変化するためである。
In this example of operation, the oscillation period increases in response to the power supply fluctuation at high speed as shown by the waveform 73 in FIG. 5C. Therefore, the oscillation in consideration of the averaging or integration function by the
電源電圧VDDの変動分をクロック周期の調整分で相殺したタイミング余裕は、図5(a)の波形71と図5(c)の波形73とをサイズを適宜合わせて合算したものとなり、例えば図5(e)に示す波形75のようになる。図5(e)の波形75に示されるように、電源電圧VDDが変動を開始してからしばらくの間は、電源電圧VDDの変動に発振周期が高速に応答しているので、タイミング余裕がゼロレベル以上である状態が維持される。しかしながら、その後、PLLの制御ループによる制御動作により、PLL回路10の発振周期が徐々に減少すると、タイミング余裕も徐々に減少し、タイミング余裕がゼロであるレベル以下の状態が発生してしまう。従って、図1に示す電子回路の論理回路14は、タイミングエラーにより適切に動作できない可能性がある。
The timing margin in which the fluctuation of the power supply voltage VDD is offset by the adjustment of the clock cycle is the sum of the waveform 71 of FIG. 5A and the waveform 73 of FIG. The waveform 75 shown in FIG. As indicated by the waveform 75 in FIG. 5E, for a while after the power supply voltage VDD starts to fluctuate, the oscillation period responds quickly to the fluctuation of the power supply voltage VDD, so the timing margin is zero. The state above the level is maintained. However, if the oscillation period of the
図5(a)乃至(e)に示されるように、デジタル制御発振器20の入力信号に対してPLLループ外部から信号加算して直接にデジタル制御発振器20の発振周期を変化させるだけでは、目標発振周期と平均発振周期とが異なってしまう。その結果、図5(a)に示すような電源電圧VDDの変動が発生する場合、ある程度以上の長い時間が変動発生から経過すると、PLLの制御ループの動作による発振周期の減少により、タイミングエラーが発生する可能性がある。従って、図1に示されるPLL回路10のように、デジタル制御発振器20の入力信号に対してPLLループ外部から信号加算して直接にデジタル制御発振器20の発振周期を変化させる動作に加え、更に、分周率を制御する動作を実行することが好ましい。
As shown in FIGS. 5A to 5E, the target oscillation is obtained simply by adding the signal from the outside of the PLL loop to the input signal of the digitally controlled
これまでの説明のように、図1に示される電子回路においては、電源電圧VDDの低下によりAD変換器11の出力である検出信号Qのデジタルコードの値が大きくなると、デジタル制御発振器20の発振周期の長さが増大する。このとき、電源電圧VDDのΔVの低下に対して、AD変換器11の出力である検出信号Qのデジタルコードが1LSB増大し、発振周期の長さがΔTo長くなるとする。また、電源電圧VDDのΔVの低下により、論理回路14のデータパス30における信号の伝搬時間がΔTp増大するとする。この場合、検出信号Qの1LSBの増大に応答する発振周期の増大ΔToが、データパス30の信号伝搬時間の増大ΔTpよりも大きいか等しいことが好ましい。またタイミングエラーを回避しつつ最速の動作速度を実現するためには、検出信号Qの1LSBの増大に応答する発振周期の増大ΔToが、データパス30の信号伝搬時間の増大ΔTpと等しいことが好ましい。従って、これらの条件を満たすように、入力デジタルコードの1LSB変化に対するデジタル制御発振器20の発振周期の変化(即ち発振周期制御の感度)を調整することが好ましい。
As described so far, in the electronic circuit shown in FIG. 1, when the value of the digital code of the detection signal Q that is the output of the
図1に示す構成では、電圧検出器として機能するAD変換器11が検出信号Qを出力しているが、検出信号Qを生成する電圧検出器としては、アナログの電源電圧をデジタルの検出信号Qに変換するAD変換機能に基づくものに限られない。電圧検出器は、電源電圧の電圧変化に起因する回路遅延を測定して、当該回路遅延を示す測定値を検出信号Qとして出力してもよい。
In the configuration shown in FIG. 1, the
図6は、回路遅延測定に基づいて検出信号Qを生成する電圧検出器を用いることにより、電源ノイズに追従して発振周波数を変化可能な電子回路の実施例の一例を示す図である。図6において、図1と同一又は対応する構成要素は同一又は対応する番号で参照し、その説明は適宜省略する。 FIG. 6 is a diagram showing an example of an embodiment of an electronic circuit that can change the oscillation frequency following power supply noise by using a voltage detector that generates a detection signal Q based on circuit delay measurement. In FIG. 6, the same or corresponding elements as those of FIG. 1 are referred to by the same or corresponding numerals, and a description thereof will be omitted as appropriate.
図6に示す電子回路は、図1に示すおけるAD変換器11の代わりに、制御回路80、ディレイモニタ回路(DDM)81、マスク回路(MASK)82、及びPLL回路83を含む。制御回路80、ディレイモニタ回路81、及びマスク回路82が、電圧検出器に相当する。
The electronic circuit shown in FIG. 6 includes a
制御回路80は、ディレイモニタ回路81及びマスク回路82を制御する回路である。制御回路80は、それぞれkビット(kは2以上の整数)の第1の制御信号C及び第2の制御信号Rをディレイモニタ回路81に供給すると共に、2nビット(nは1以上の整数)のマスク信号Mをマスク回路82に供給する。ディレイモニタ回路81は、前記第1及び第2の制御信号C及びRによりそれぞれ遅延時間が設定される2つの可変ディレイラインの回路遅延差を、クロック信号に基づいて測定し、当該測定の結果を回路遅延測定値として出力する。これら2つの可変ディレイラインはそれぞれ電源電圧VDD及び基準電圧VREFにより駆動し、2つの可変ディレイラインの回路遅延差の変化が電源電圧VDDの変化を示すことになる。マスク回路82は、ディレイモニタ回路81が出力する2nビットの回路遅延測定値を、マスク信号Mに基づいてビット毎にマスクし、2nビットのマスク後の回路遅延測定値を出力する。このマスク後の回路遅延測定値は、検出信号Qとして、PLL回路10及び平均化部12に供給される。
The
ディレイモニタ回路81が使用するクロック信号は、PLL回路83からディレイモニタ回路81のクロック入力端子CKに供給されてよい。以降、このクロック信号をクロック信号CKと表記する。ディレイモニタ回路81は、1つのクロックパルスが上記2つの可変ディレイラインを通過する際の時間差に基づいて回路遅延を測定する。この際、クロック信号CK中の一連の複数のクロックパルスのうち、回路遅延を一回測定するためには1つのクロックパルスのみが用いられ、回路遅延を一回のみ測定するのであれば単発のパルス信号をディレイモニタ回路81に供給すればよい。複数のクロックパルスを継続的にディレイモニタ回路81に供給することによって、複数回の回路遅延測定が継続的に行われることになる。従って、回路遅延測定値そのものはクロック信号CKの周波数に依存することはなく、クロック信号CKの周波数は、回路遅延を測定するサンプリング周期を規定するものとして、適宜設定されればよい。
The clock signal used by the
図7は、図6に示す電子回路の変形例である。図7に示す電子回路においては、ディレイモニタ回路81が使用するクロック信号CKはPLL回路10から供給される。即ち、PLL回路10のデジタル制御発振器20が生成して論理回路14に供給されるクロック信号が、ディレイモニタ回路81のクロック入力端子CKにも印加される。前述のように、ディレイモニタ回路81が出力する回路遅延測定値は、クロック入力端子CKに印加されるクロック信号の周波数には依存しない。従って、制御対象として周波数が変化するPLL回路10の発振周波数をクロック入力端子CKに印加する構成としても、ディレイモニタ回路81による回路遅延測定結果が、PLL回路10の制御に伴い変化してしまうことはない。即ち、ディレイモニタ回路81は、PLL回路10の発振周波数の変化に影響を受けることなく、電源電圧VDDの変化のみを検出することができる。図7の電子回路の構成とすることにより、図6の電子回路の構成に比較して、PLL回路の数を削減することが可能となる。
FIG. 7 is a modification of the electronic circuit shown in FIG. In the electronic circuit shown in FIG. 7, the clock signal CK used by the
図8は、ディレイモニタ回路81の構成の一例を示す図である。図8に示すディレイモニタ回路81は、第1の可変ディレイライン90、第2の可変ディレイライン91、及び時間差測定回路92を含む。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
第1の可変ディレイライン90は、電源電圧VDDが印加されるとともに、クロック信号CKを第1の制御信号Cに基づいて遅延させた第1の遅延発振信号を出力する。第2の可変ディレイライン91は、基準電圧VREFが印加されるとともに、クロック信号CKを第2の制御信号Rに基づいて遅延させた第2の遅延発振信号を出力する。 The first variable delay line 90 is supplied with the power supply voltage VDD and outputs a first delayed oscillation signal obtained by delaying the clock signal CK based on the first control signal C. The second variable delay line 91 is applied with the reference voltage VREF and outputs a second delayed oscillation signal obtained by delaying the clock signal CK based on the second control signal R.
時間差測定回路92は、複数の遅延回路101、複数の遅延回路102、n個の第1のフリップフロップ103、及びn個の第2のフリップフロップ104を含む。第1のフリップフロップ103においては、第2の可変ディレイライン91の出力する第2の遅延発振信号が各クロック端子に供給される。また、前段の第1のフリップフロップ103のデータ入力から遅延回路101によりそれぞれ第1の所定ディレイ分遅延させた、第1の可変ディレイライン90の出力である第1の遅延発振信号が、それぞれのデータ入力端子に入力される。
The time
第2のフリップフロップ104においては、第1の可変ディレイライン90の出力する第1の遅延発振信号がそれぞれのデータ入力端子に入力される。また、前段の第2のフリップフロップ104のクロック入力から遅延回路102によりそれぞれ第2の所定ディレイ分遅延させた、第2の可変ディレイライン91の出力である第2の遅延発振信号が各クロック端子に供給される。なお遅延回路101の各々の遅延時間(ディレイ)と遅延回路102の各々の遅延時間(ディレイ)とは等しくてよい。即ち、上記の第1の所定ディレイと第2の所定ディレイとは等しくてよい。
In the second flip-
時間差測定回路92の出力する2nビットの回路遅延測定値Q[2n−1:0]は、n個の第2のフリップフロップ104のnビットの出力データを下位nビットとし、n個の第2のフリップフロップ104のnビットの出力データを下位nビットとする。第1の可変ディレイライン90と第2の可変ディレイライン91との遅延時間が等しい場合、回路遅延測定値Q[2n−1:0]は、上位nビットが全て0であり、下位nビットが全て1となる。この値を有する回路遅延測定値Q[2n−1:0]を、{n'b00・・・00,n'b11・・・11}と表記する。nが例えば4の場合、回路遅延測定値Q[7:0]は"00001111"となる。
The 2n-bit circuit delay measurement value Q [2n-1: 0] output from the time
第1の可変ディレイライン90の回路遅延が第2の可変ディレイライン91の回路遅延よりも長い場合には、第1の可変ディレイライン90の出力する第1の遅延発振信号が第2の可変ディレイライン91の発信する第2の遅延発振信号よりも遅れることになる。この場合、n個の第2のフリップフロップ104のうちで例えば図面の一番左に位置する第2のフリップフロップ104は、第1の遅延発振信号がHIGHになる前に第1の遅延発振信号をデータ入力として取り込むことになる。その結果、n個の第2のフリップフロップ104のnビットの出力データのうちの何ビットかは、1ではなく0になる。第1の可変ディレイライン90と第2の可変ディレイライン91との回路遅延差が、前記の所定ディレイの例えば3個分と4個分との間に相当する場合、n=4の場合の回路遅延測定値Q[7:0]は"00000001"となる。また、第1の可変ディレイライン90と第2の可変ディレイライン91との回路遅延差が、前記の所定ディレイの例えば2個分と3個分との間に相当する場合、n=4の場合の回路遅延測定値Q[7:0]は"00000011"となる。
When the circuit delay of the first variable delay line 90 is longer than the circuit delay of the second variable delay line 91, the first delayed oscillation signal output from the first variable delay line 90 is the second variable delay. This is later than the second delayed oscillation signal transmitted from the line 91. In this case, among the n second flip-
第1の可変ディレイライン90の回路遅延が第2の可変ディレイライン91の回路遅延よりも短い場合には、第1の可変ディレイライン90の出力する第1の遅延発振信号が第2の可変ディレイライン91の発信する第2の遅延発振信号よりも早まることになる。この場合、n個の第1のフリップフロップ103のうちで例えば図面の一番左に位置する第2のフリップフロップ104は、第1の遅延発振信号がHIGHになった後に第1の遅延発振信号をデータ入力として取り込むことになる。その結果、n個の第1のフリップフロップ103のnビットの出力データのうちの何ビットかは、0ではなく1になる。第1の可変ディレイライン90と第2の可変ディレイライン91との回路遅延差が、前記の所定ディレイの例えば3個分と4個分との間に相当する場合、n=4の場合の回路遅延測定値Q[7:0]は"01111111"となる。また、第1の可変ディレイライン90と第2の可変ディレイライン91との回路遅延差が、前記の所定ディレイの例えば2個分と3個分との間に相当する場合、n=4の場合の回路遅延測定値Q[7:0]は"00111111"となる。
When the circuit delay of the first variable delay line 90 is shorter than the circuit delay of the second variable delay line 91, the first delayed oscillation signal output from the first variable delay line 90 is the second variable delay. This is earlier than the second delayed oscillation signal transmitted from the line 91. In this case, among the n first flip-
なお図8に示す回路構成では、第1の可変ディレイライン90の出力がフリップフロップ103及び104のデータ入力端子に印加され、第2の可変ディレイライン91の出力がフリップフロップ103及び104のクロック端子に印加される。この逆に、第1の可変ディレイライン90の出力がフリップフロップ103及び104のクロック端子に印加され、第2の可変ディレイライン91の出力がフリップフロップ103及び104のデータ入力端子に印加されてもよい。この場合、第1の可変ディレイライン90と第2の可変ディレイライン91との回路遅延差の変化に応じた回路遅延測定値Q[2n−1:0]の増減が上記とは逆になるが、それを考慮に入れて、回路遅延測定値Qに基づく制御動作を適宜設計すればよい。
In the circuit configuration shown in FIG. 8, the output of the first variable delay line 90 is applied to the data input terminals of the flip-
このようにしてディレイモニタ回路81は、第1の可変ディレイライン90と第2の可変ディレイライン91との回路遅延差を示すサーモメータコードである回路遅延測定値Q[2n−1:0]を出力する。第1の可変ディレイライン90は電源電圧VDDにより駆動し、第2の可変ディレイライン91は基準電圧VREFにより駆動する。ここで基準電圧VREFは、電源電圧VDDとは別個に外部から供給される電源電圧であり、図6又は図7に示す電子回路の他の回路部分で使用されることはなく、雑音の混じっていない、変動のない、一定電圧に維持される電圧である。従って、第1の可変ディレイライン90と第2の可変ディレイライン91との回路遅延差を示す回路遅延測定値Q[2n−1:0]は、電源電圧VDDの値を一義的に反映したものとなる。電源電圧VDDが低下すると、第1の可変ディレイライン90の回路遅延は長くなり、電源電圧VDDが上昇すると、第1の可変ディレイライン90の回路遅延は短くなる。従って、電源電圧VDDが低下すると、回路遅延測定値Q[2n−1:0]中の値0のビット数が多くなり、電源電圧VDDが上昇すると、回路遅延測定値Q[2n−1:0]中の値1のビット数が多くなる。
In this way, the
第1の可変ディレイライン90の回路遅延と第2の可変ディレイライン91の回路遅延とが同一長となるように回路を製造したくとも、プロセスばらつきや配線ばらつきの影響により、同一長にすることは困難である。従って、予め実行する初期化作業により、第1の可変ディレイライン90の回路遅延と第2の可変ディレイライン91の回路遅延とが同一長となるように設定しておくことが望ましい。この初期設定の作業については、後ほど説明する。 Even if it is desired to manufacture a circuit so that the circuit delay of the first variable delay line 90 and the circuit delay of the second variable delay line 91 have the same length, the circuit length should be the same due to the effects of process variations and wiring variations. It is difficult. Therefore, it is desirable to set the circuit delay of the first variable delay line 90 and the circuit delay of the second variable delay line 91 to be the same length by the initialization work executed in advance. This initial setting operation will be described later.
図9は、可変ディレイラインの構成の一例を示す図である。図8に示す第1の可変ディレイライン90及び第2の可変ディレイライン91の各々は、図9に示す可変ディレイラインの回路構成を含んでよい。図9に示す可変ディレイラインは、複数個のインバータ111、2k個のスイッチ回路112、及び複数個の容量素子113を含む。インバータ111が縦続接続され、ディレイラインを形成する。2k個のスイッチ回路112のそれぞれには、スイッチ制御コードT[0]乃至T[2k−1]が印加される。スイッチ回路112の各々は、印加されるスイッチ制御コードの対応ビット値が1の場合にオンになり(導通され)、当該スイッチ回路112に直列に接続される容量素子113がインバータ111の出力に接続される。スイッチ回路112の各々は更に、印加されるスイッチ制御コードの対応ビット値が0の場合にオフになり(遮断され)、当該スイッチ回路112に直列に接続される容量素子113がインバータ111の出力から分離される。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration of the variable delay line. Each of the first variable delay line 90 and the second variable delay line 91 shown in FIG. 8 may include the circuit configuration of the variable delay line shown in FIG. The variable delay line shown in FIG. 9 includes a plurality of inverters 111, k switch circuits 112, and a plurality of capacitive elements 113. Inverters 111 are cascaded to form a delay line. Switch control codes T [0] to T [2 k −1] are applied to each of the 2 k switch circuits 112. Each of the switch circuits 112 is turned on (conducted) when the corresponding bit value of the applied switch control code is 1, and the capacitive element 113 connected in series to the switch circuit 112 is connected to the output of the inverter 111. Is done. Each of the switch circuits 112 is further turned off (cut off) when the corresponding bit value of the applied switch control code is 0, and the capacitive element 113 connected in series to the switch circuit 112 is connected to the output of the inverter 111. To be separated.
スイッチ制御コードT[0]乃至T[2k−1]の値1のビット数が多いほど、図9に示すディレイラインに接続される容量素子113の個数が多くなり、遅延時間が長くなる。またスイッチ制御コードT[0]乃至T[2k−1]の値0のビット数が多いほど、図9に示すディレイラインに接続される容量素子113の個数が小さくなり、遅延時間が短くなる。
As the number of bits of the
図10は、可変ディレイラインのためのコード変換を行うコード変換部を示す図である。図8に示す第1の可変ディレイライン90及び第2の可変ディレイライン91の各々は、図10に示すコード変換部を含んでよい。図10に示すコード変換部115には、例えば第1の可変ディレイライン90に対応してkビットの第1の制御信号C[k−1:0]が供給される。コード変換部115は、第1の制御信号C[k−1:0]が示す0乃至2k−1のうちの1つの値に等しい数のビットが値1であるような2kビットのサーモメータコードを生成する。即ち例えば、第1の制御信号C[3:0]が"1011"で十進数値11を示す場合、コード変換部115の出力T[0]乃至T[15]は、全16ビットのうち11個のビットが値1であるサーモメータコード"1111111111100000"となる。第2の可変ディレイライン91については、同様のコード変換部が、第2の制御信号R[k−1:0]を同様に2kビットのサーモメータコードに変換してよい。
FIG. 10 is a diagram illustrating a code conversion unit that performs code conversion for the variable delay line. Each of the first variable delay line 90 and the second variable delay line 91 shown in FIG. 8 may include a code conversion unit shown in FIG. The
図11は、図6又は図7に示すマスク回路82の構成の一例を示す図である。図6又は図7に示すマスク回路82は、ディレイモニタ回路81からの2n−1ビットの回路遅延測定値Q[2n−1:0]をA入力に受け取り、制御回路80からの2n−1ビットのマスク信号MをB入力に受け取る。図11では、A入力に受け取る2n−1ビットの信号がA[0]乃至A[2n−1]として示され、B入力に受け取る2n−1ビットの信号がB[0]乃至B[2n−1]として示される。
FIG. 11 is a diagram showing an example of the configuration of the
図11に示すマスク回路は、2n−1個のOR回路120を含む。2n−1個のOR回路120の出力X[0]乃至X[2n−1]が、2n−1ビットのマスク後の回路遅延測定値としてマスク回路から出力される。各OR回路120は、A[0]乃至A[2n−1]のうちの対応する1ビットとB[0]乃至B[2n−1]のうちの対応する1ビットとのOR演算を実行し、OR演算の結果をX[0]乃至X[2n−1]のうちの対応する1ビットとして出力する。このようにして、2n−1ビットの回路遅延測定値Q[2n−1:0]のうち、2n−1ビットのマスク信号Mの値1のビットに対応するビットがマスクされ、マスク後の回路遅延測定値が出力される。
The mask circuit shown in FIG. 11 includes 2n−1 OR
図12は、制御回路による設定動作の一例を示すフローチャートである。図6又は図7に示される電子回路が、その本来の意図されるルーチン処理の実行を開始する前に、図12のフローチャートに示す初期設定手順を実行する。例えば電子回路が通信回路である場合には、電子回路による通信処理の実行が開始される前に、図12のフローチャートに示す初期設定手順が実行される。当該初期設定が行われた後に、電子回路がルーチン処理を実行すると共に、電源電圧VDDの変化に応じてPLL回路10の発振周波数を制御する適応的周波数制御が実行される。
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of the setting operation by the control circuit. The electronic circuit shown in FIG. 6 or 7 executes the initial setting procedure shown in the flowchart of FIG. 12 before the execution of the routine process intended by the electronic circuit is started. For example, when the electronic circuit is a communication circuit, the initial setting procedure shown in the flowchart of FIG. 12 is executed before the execution of communication processing by the electronic circuit is started. After the initialization is performed, the electronic circuit executes a routine process, and adaptive frequency control for controlling the oscillation frequency of the
ステップS1において、基準電圧VREF及び電源電圧VDDを同一の電圧に設定すると共に、制御回路80によりマスク信号Mの全ビットを1に設定する。電圧設定については、例えば制御回路80が外部の電圧源に対して電圧設定命令を送信することにより、上記の電圧設定を実行するようにしてよい。ここで基準電圧VREF及び電源電圧VDDを設定する同一の設定電圧は、電子回路がルーチン処理を実行する際に電源電圧VDDが設定される定格電圧よりも低い電圧であり、適応的周波数制御のトリガ電圧であってよい。即ち、ルーチン処理を実行中に電源電圧VDDが定格電圧から低下して所定の電圧に到達したときに、適応的周波数制御によるPLL回路10の発振周波数を低くする動作を開始させたい場合(トリガしたい場合)に、上記の設定電圧は当該所定の電圧に等しくてよい。またマスク信号Mの全ビットが1に設定されることにより、マスク回路82の出力の全ビットが値1に固定され、PLL回路10及び平均化部12に供給される検出信号Qの全ビットが値1に固定される。これにより、PLL回路10の発振周波数を制御する適応的周波数制御が停止状態とされる。
In step S1, the reference voltage VREF and the power supply voltage VDD are set to the same voltage, and all bits of the mask signal M are set to 1 by the
ステップS2において、制御回路80は、第1の制御信号C及び第2の制御信号Rの各々を2k−1−1に設定する。これにより、ディレイモニタ回路81の第1の可変ディレイライン90及び第2の可変ディレイライン91の各々は、最大遅延長と最小遅延長との中間の遅延長に設定される。ステップS3において、制御回路80は、ディレイモニタ回路81が出力する回路遅延測定値Qを取得する。
In step S2, the
ステップS4において、制御回路80は、ステップS3で取得した回路遅延測定値Qが{n'b00・・・00,n'b11・・・11}よりも小さいか否かを判定する。即ち、第1の可変ディレイライン90の回路遅延が第2の可変ディレイライン91の回路遅延よりも大きいか否かを判定する。判定結果がYesの場合には処理手順はステップS5に進み、判定結果がNoの場合には処理手順はステップS7に進む。
In step S4, the
ステップS5において、制御回路80は、第1の制御信号Cが0の場合には第2の制御信号Rを1だけ増加させ、第1の制御信号Cが0でない場合には第1の制御信号Cを1だけ減少させる。即ち、制御回路80はまず第1の可変ディレイライン90の回路遅延を短くするように制御信号を変化させ、第1の可変ディレイライン90の回路遅延が最短になった後は、第2の可変ディレイライン91の回路遅延を長くするように制御信号を変化させる。ステップS6において、制御回路80は変化後の第1及び第2の制御信号C及びRをディレイモニタ回路81に対して出力する。その後、処理手順はステップS3に戻り以降の処理を繰り返す。
In step S5, the
ステップS7において、制御回路80は、ステップS3で取得した回路遅延測定値Qが{n'b00・・・00,n'b11・・・11}よりも大きいか否かを判定する。即ち、第1の可変ディレイライン90の回路遅延が第2の可変ディレイライン91の回路遅延よりも小さいか否かを判定する。判定結果がYesの場合には処理手順はステップS8に進み、判定結果がNoの場合には処理手順はステップS9に進む。
In step S7, the
ステップS8において、制御回路80は、第1の制御信号Cが2k−1の場合には第2の制御信号Rを1だけ減少させ、第1の制御信号Cが2k−1でない場合には第1の制御信号Cを1だけ増加させる。即ち、制御回路80はまず第1の可変ディレイライン90の回路遅延を長くするように制御信号を変化させ、第1の可変ディレイライン90の回路遅延が最短になった後は、第2の可変ディレイライン91の回路遅延を短くするように制御信号を変化させる。その後ステップS6において、制御回路80は変化後の第1及び第2の制御信号C及びRをディレイモニタ回路81に対して出力する。その後、処理手順はステップS3に戻り以降の処理を繰り返す。
In step S8, the
処理手順がステップS9に到達したとき、回路遅延測定値Qは{n'b00・・・00,n'b11・・・11}に等しくなっている。即ち、第1の可変ディレイライン90の回路遅延と第2の可変ディレイライン91の回路遅延とは等しい状態となっている。この状態において、ステップS9において、電源電圧VDDを定格電圧に設定する。電圧設定については、例えば制御回路80が外部の電圧源に対して電圧設定命令を送信することにより、上記の電圧設定を実行するようにしてよい。
When the processing procedure reaches step S9, the circuit delay measurement value Q is equal to {n′b00... 00, n′b11. That is, the circuit delay of the first variable delay line 90 and the circuit delay of the second variable delay line 91 are equal. In this state, in step S9, the power supply voltage VDD is set to the rated voltage. As for the voltage setting, for example, the
ステップS10において、制御回路80は全ビットが1ではないマスク信号Mを出力し、適応的周波数制御を開始する。ここで、マスク信号Mの値は、{n'b11・・・11,n'b00・・・00}を左にTHビットだけシフトさせた値である。
In step S10, the
ここでTHは、適応的周波数制御によりPLL回路10の発振周波数が実際に変化するまでにかかる時間を見越して、時間的余裕を設けるために設定される閾値である。時間的余裕を考えない場合にはTHは0に等しくてよい。即ち、マスク信号Mの値は、{n'b11・・・11,n'b00・・・00}に等しくてよい。上述の図12の初期設定動作により、電源電圧VDDが基準電圧VREF(=トリガ電圧)に等しいときに、第1の可変ディレイライン90と第2の可変ディレイライン91とで回路遅延が等しくなる。このとき、回路遅延測定値Qは、{n'b00・・・00,n'b11・・・11}に等しくなる。従って、定格電圧(>トリガ電圧)に設定された電源電圧VDDが基準電圧VREF(=トリガ電圧)まで低下したときに、回路遅延測定値Qは{n'b00・・・00,n'b11・・・11}となる。マスク信号Mの値が{n'b11・・・11,n'b00・・・00}である場合、回路遅延測定値Qが{n'b00・・・00,n'b11・・・11}より小さくなったときに、マスク回路82の出力する検出信号Qが初めて変化する。図6又は図7に示す電子回路において、デジタル制御発振器20の入力信号の値が減少すると、デジタル制御発振器20の発振信号の周期の長さが増加してよい。逆に、デジタル制御発振器20の入力信号の値が増大すると、デジタル制御発振器20の発振信号の周期の長さが減少してよい。上記のようにして生成された検出信号Qの値の変化に応じてPLL回路10による周波数調整動作が実行されるので、定格電圧に設定された電源電圧VDDが基準電圧VREFより低下したときに、PLL回路10による周波数調整動作が開始されることになる。
Here, TH is a threshold value set in order to provide a time margin in anticipation of the time taken for the oscillation frequency of the
しかしPLL回路10による周波数調整動作が開始されてからクロック周波数が適切な周波数に到達するまでには、通常、ある程度の時間がかかる。クロック周波数が適切な周波数に到達するまでに時間がかかると、論理回路14のクリティカルパスにおいてデータ転送エラーが発生してしまう可能性がある。従って実際には、制御にかかる時間を見越して、時間的余裕を設けておくことが好ましい。以上を考慮して、マスク信号Mを左にTHビットだけシフトさせることにより、マスクする上位ビット数を少なくし、早めに検出信号Qの値が変化するようにする。制御遅延をDc[nsec]、電圧降下の勾配をSn[mV/nsec]、ディレイモニタ回路81の出力の1LSBの変化に相当する電源電圧VDDの変化をh[mV]とすれば、THは以下の式を満たせばよい。
However, it usually takes a certain amount of time for the clock frequency to reach an appropriate frequency after the frequency adjustment operation by the
Dc<(h/Sn)・TH
従ってTHは、以下の式を満たす正の整数となる。
Dc < (h / Sn) · TH
Therefore, TH is a positive integer that satisfies the following expression.
TH>(Dc・Sn)/h
なおこの閾値THは、電子回路のメモリに格納されており、当該メモリから制御回路80に供給されてよい。
TH > (Dc · Sn) / h
The threshold TH is stored in the memory of the electronic circuit, and may be supplied from the memory to the
図13は、回路遅延測定に基づいて電源ノイズに追従して発振周波数を変化可能な電子回路の実施例の別の一例を示す図である。図13において、図6と同一又は対応する構成要素は同一又は対応する番号で参照し、その説明は適宜省略する。 FIG. 13 is a diagram showing another example of an embodiment of an electronic circuit capable of changing the oscillation frequency following power supply noise based on circuit delay measurement. In FIG. 13, the same or corresponding elements as those in FIG. 6 are referred to by the same or corresponding numerals, and a description thereof will be omitted as appropriate.
図13に示す電子回路では、図6に示す制御回路80の代わりに制御回路80Aが設けられ、図6に示すおけるディレイモニタ回路81の代わりにクリティカルパスモニタ&ディレイモニタ回路(CPM/DDM)81Aが設けられている。制御回路80Aは、レジスタQM及びステートマシンFSMを含む。レジスタQMは、クリティカルパスモニタ&ディレイモニタ回路81Aが測定した疑似クリティカルパス回路の回路遅延測定値Qを格納する。ステートマシンFSMは、制御回路80Aの実行する動作を制御する。クリティカルパスモニタ&ディレイモニタ回路81Aは、疑似クリティカルパスをモニタする機能と回路遅延をモニタする機能との両方の機能を有する回路であり、以降、簡略化してディレイモニタ回路81Aと呼ぶ。制御回路80A、ディレイモニタ回路81A、及びマスク回路82が、電圧検出器に相当する。
In the electronic circuit shown in FIG. 13, a
ディレイモニタ回路81Aは、制御信号Rにより遅延時間が設定される可変ディレイラインと疑似クリティカルパスとの回路遅延差を、クロック信号CKに基づいて測定し、当該測定の結果を回路遅延測定値として出力する。疑似クリティカルパス及び可変ディレイラインはそれぞれ電源電圧VDD及び基準電圧VREFにより駆動し、疑似クリティカルパスと可変ディレイラインとの間の回路遅延差の変化が電源電圧VDDの変化を示すことになる。このディレイモニタ回路81Aの構成及び動作については後ほど説明する。ディレイモニタ回路81Aにおいては、ディレイモニタ回路81の場合と同様に、回路遅延測定値そのものはクロック信号CKの周波数に依存することはない。
The
図14は、図13に示す電子回路の変形例を示す図である。図14に示す電子回路においては、ディレイモニタ回路81Aが使用するクロック信号CKはPLL回路10から供給される。前述のように、ディレイモニタ回路81Aが出力する回路遅延測定値は、クロック入力端子CKに印加されるクロック信号の周波数には依存しない。従って、制御対象として周波数が変化するPLL回路10の発振周波数をクロック入力端子CKに印加する構成としても、ディレイモニタ回路81Aによる回路遅延測定結果が、PLL回路10の制御に伴い変化してしまうことはない。即ち、ディレイモニタ回路81Aは、PLL回路10の発振周波数の変化に影響を受けることなく、電源電圧VDDの変化のみを検出することができる。図14の電子回路の構成とすることにより、図13の電子回路の構成に比較して、PLL回路の数を削減することが可能となる。
FIG. 14 is a diagram showing a modification of the electronic circuit shown in FIG. In the electronic circuit shown in FIG. 14, the clock signal CK used by the
図15は、ディレイモニタ回路81Aの構成の一例を示す図である。図15に示すディレイモニタ回路81Aは、疑似クリティカルパス回路131、ディレイ制御回路132、及び時間差測定回路92を含む。ディレイ制御回路132は、可変ディレイライン141及び選択回路142を含む。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
疑似クリティカルパス回路131は、電源電圧VDDが印加されるとともに、クロック信号CKを遅延させた第1の遅延発振信号を出力する。可変ディレイライン141は、基準電圧VREFが印加されるとともに、クロック信号CKを制御信号Rに基づいて遅延させた第2の遅延発振信号を出力する。選択回路142は、入力される選択信号Sに基づきクロック信号CK又は第2の遅延発振信号の何れかである第3の遅延発振信号を選択して出力する。
The pseudo
時間差測定回路92に含まれる第1のフリップフロップ103においては、選択回路142の出力する第3の遅延発振信号が、各第1入力端子(本例ではクロック端子)に供給される。また前段の第1のフリップフロップ103の第2入力端子(本例ではデータ入力端子)から遅延回路101によりそれぞれ第1の所定ディレイ分遅延させた、疑似クリティカルパス回路131の出力である第1の遅延発振信号が、それぞれの第2入力端子に入力される。
In the first flip-
第2のフリップフロップ104においては、疑似クリティカルパス回路131の出力する第1の遅延発振信号がそれぞれの第2入力端子(本例ではデータ入力端子)に入力される。また、前段の第2のフリップフロップ104の第1入力端子(本例ではクロック入力端子)からそれぞれ遅延回路102により第2の所定ディレイ分遅延させた、選択回路142の出力する第3の遅延発振信号がそれぞれ各第1入力端子に供給される。なお遅延回路101の各々の遅延時間(ディレイ)と遅延回路102の各々の遅延時間(ディレイ)とは等しくてよい。即ち、上記の第1の所定ディレイと第2の所定ディレイとは等しくてよい。
In the second flip-
適応的周波数制御を活性化するルーチン処理時においては、選択回路142は可変ディレイライン141の出力を選択して出力する。この状態において、疑似クリティカルパス回路131と可変ディレイライン141との遅延時間が等しい場合、回路遅延測定値Q[2n−1:0]は、上位nビットが全て0であり、下位nビットが全て1となる。即ち、回路遅延測定値Q[2n−1:0]は、{n'b00・・・00,n'b11・・・11}となる。
In the routine processing for activating adaptive frequency control, the
疑似クリティカルパス回路131の回路遅延が可変ディレイライン141の回路遅延よりも長い場合には、n個の第2のフリップフロップ104のnビットの出力データのうちの何ビットかは、1ではなく0になる。即ち、回路遅延測定値Q[2n−1:0]は、{n'b00・・・00,n'b11・・・11}よりも小さくなる。
When the circuit delay of the pseudo
疑似クリティカルパス回路131の回路遅延が可変ディレイライン141の回路遅延よりも短い場合には、n個の第1のフリップフロップ103のnビットの出力データのうちの何ビットかは、0ではなく1になる。即ち、回路遅延測定値Q[2n−1:0]は、{n'b00・・・00,n'b11・・・11}よりも大きくなる。
When the circuit delay of the pseudo
このようにしてディレイモニタ回路81Aは、疑似クリティカルパス回路131と可変ディレイライン141との回路遅延差を示すサーモメータコードである回路遅延測定値Q[2n−1:0]を出力する。疑似クリティカルパス回路131は電源電圧VDDにより駆動し、可変ディレイライン141は基準電圧VREFにより駆動する。ここで基準電圧VREFは、電源電圧VDDとは別個に外部から供給される電源電圧であり、図6又は図7に示す電子回路の他の回路部分で使用されることはなく、雑音の混じっていない、変動のない、一定電圧に維持される電圧である。
In this way, the
電子回路のルーチン処理時の動作クロック信号の1クロックサイクルと同等の長さの遅延時間となるよう可変ディレイライン141を設計し、論理回路14中のクリティカルパスと同等の遅延時間長を有するように疑似クリティカルパス回路131を設計しておく。このように設計しておけば、疑似クリティカルパス回路131の回路遅延が1クロックサイクルよりも短かければ、回路遅延測定値Qは{n'b00・・・00,n'b11・・・11}よりも大きい状態である。一方、疑似クリティカルパス回路131の回路遅延が1クロックサイクルよりも長くなると、回路遅延測定値Qは{n'b00・・・00,n'b11・・・11}よりも小さくなる。従って、マスク信号Mの値を{n'b11・・・11,n'b00・・・00}にしておけば、疑似クリティカルパス回路131の回路遅延が1クロックサイクルよりも長くなったときに、マスク回路82の出力する検出信号Qが初めて変化(減少)することになる。この変化に応じてPLL回路10の周波数調整動作が実行される。実際には、制御にかかる時間を見越して、時間的余裕を設けておくことが好ましい。従って、マスク信号Mを左にTHビットだけシフトさせることにより、マスクする上位ビット数を少なくし、早めに検出信号Qの値が変化するようにする。
The
可変ディレイライン141の回路遅延が1クロックサイクルと等しくなるように回路を製造したくとも、プロセスばらつきや配線ばらつきの影響により、1クロックサイクルに等しい回路遅延を実現することは困難である。従って、予め実行する初期化作業により、可変ディレイライン141の回路遅延が1クロックサイクルと等しくなるように設定しておくことが望ましい。この初期設定の作業については、後ほど説明する。
Even if it is desired to manufacture a circuit so that the circuit delay of the
図16は、疑似クリティカルパス回路の構成の一例を示す図である。図16に示す疑似クリティカルパス回路は、複数偶数個のインバータ151が縦続接続されることにより、所望の遅延時間を実現する。この回路構成では、比較的単純な回路により、ゲート遅延が支配的な疑似クリティカルパス回路を実現することができる。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the configuration of the pseudo critical path circuit. The pseudo critical path circuit shown in FIG. 16 realizes a desired delay time by connecting a plurality of even-numbered
図17は、疑似クリティカルパス回路の構成の別の一例を示す図である。図17に示す疑似クリティカルパス回路は、インバータ152、複数個のNOR回路153、複数個のAND回路154、複数個のNAND回路155を含む。ここで1個のNOR回路153と2個のAND回路154とで形成される論理回路は、2AND−2ORインバータ出力の複合論理回路である。これらの論理ゲートが適宜組み合わされ縦続接続されることにより、所望の遅延時間を実現する。この回路構成では、実際のクリティカルパス同様に様々な論理ゲートを組み合わせてゲート遅延が支配的な疑似クリティカルパス回路を実現しており、実際のクリティカルパスの回路遅延により近い振る舞いを示す回路遅延を実現することができる。
FIG. 17 is a diagram illustrating another example of the configuration of the pseudo critical path circuit. The pseudo critical path circuit shown in FIG. 17 includes an
図18は、疑似クリティカルパス回路の構成の別の一例を示す図である。図18に示す疑似クリティカルパス回路は、複数偶数個のインバータ156と複数の抵抗素子157とが交互に縦続接続されることにより、所望の遅延時間を実現する。この回路構成では、比較的単純な回路により、配線遅延が支配的な疑似クリティカルパス回路を実現することができる。
FIG. 18 is a diagram illustrating another example of the configuration of the pseudo critical path circuit. The pseudo critical path circuit shown in FIG. 18 realizes a desired delay time by alternately cascading a plurality of even number of
図19は、疑似クリティカルパス回路の構成の別の一例を示す図である。図19に示す疑似クリティカルパス回路は、インバータ158、複数個のNOR回路159、複数個のAND回路160、NAND回路161、及び複数個の抵抗素子162を含む。ここで1個のNOR回路159と2個のAND回路160とで形成される論理回路は、2AND−2ORインバータ出力の複合論理回路である。これらの論理ゲート及び抵抗素子が適宜組み合わされ縦続接続されることにより、所望の遅延時間を実現する。この回路構成では、実際のクリティカルパス同様に様々な論理ゲートを組み合わせて配線遅延が支配的な疑似クリティカルパス回路を実現しており、実際のクリティカルパスの回路遅延により近い振る舞いを示す回路遅延を実現することができる。
FIG. 19 is a diagram illustrating another example of the configuration of the pseudo critical path circuit. The pseudo critical path circuit shown in FIG. 19 includes an
図20は、制御回路による設定動作の一例を示すフローチャートである。図13又は図14に示される電子回路が、その本来の意図されるルーチン処理の実行を開始する前に、図20のフローチャートに示す初期設定手順を実行する。例えば電子回路が通信回路である場合には、電子回路による通信処理の実行が開始される前に、図12のフローチャートに示す初期設定手順が実行される。当該初期設定が行われた後に、電子回路がルーチン処理を実行すると共に、電源電圧VDDの変化に応じてPLL回路10の発振周波数を制御する適応的周波数制御が実行される。
FIG. 20 is a flowchart illustrating an example of the setting operation by the control circuit. The electronic circuit shown in FIG. 13 or FIG. 14 executes the initial setting procedure shown in the flowchart of FIG. For example, when the electronic circuit is a communication circuit, the initial setting procedure shown in the flowchart of FIG. 12 is executed before the execution of communication processing by the electronic circuit is started. After the initialization is performed, the electronic circuit executes a routine process, and adaptive frequency control for controlling the oscillation frequency of the
ステップS21において、制御回路80Aによりマスク信号Mの全ビットを1に設定するとともに、選択信号S及び制御信号Rを0に設定する。マスク信号Mの全ビットが1に設定されることにより、マスク回路82の出力の全ビットが値1に固定され、PLL回路10及び平均化部12に供給される検出信号Qの全ビットが値1に固定される。これにより、PLL回路10の発振周波数を制御する適応的周波数制御が停止状態とされる。
In step S21, all bits of the mask signal M are set to 1 by the
ステップS22において、制御回路80Aは、ディレイモニタ回路81Aが出力する回路遅延測定値Qを取得する。このとき、選択信号Sは0であるので図15に示される選択回路142は、可変ディレイライン141を介さず直接入力されるクロック信号CKを選択して出力している。従って、ディレイモニタ回路81Aが出力する回路遅延測定値Qは、遅延無しのクロック信号CKと疑似クリティカルパス回路131により遅延されたクロック信号CKとの時間差を示す値となり、疑似クリティカルパス回路131の回路遅延そのものを表す値となる。なお疑似クリティカルパス回路131の遅延時間長を論理回路14のクリティカルパスの遅延時間長と略等しい長さに設定してある場合には、クロック信号CKとしては、電子回路のルーチン処理実行時の動作クロック信号と同じ周波数とすることが好ましい。疑似クリティカルパス回路131の遅延時間長は、クロック信号の1クロックサイクルよりも僅かに短い時間長に通常は設計されている。回路遅延測定値Qは、クロック信号CKのあるパルスが疑似クリティカルパス回路131により遅延されたパルスと、クロック信号CKのその次のパルスがそのまま選択回路142から出力されたパルスとの間で、時間差が測定された値となる。なお疑似クリティカルパス回路131の遅延時間長を論理回路14のクリティカルパスの遅延時間長の例えばN倍に設定してある場合には、クロック信号CKとしては、電子回路のルーチン処理実行時の動作クロック信号のN倍の周波数とすることが好ましい。
In step S22, the
ステップS23において、制御回路80Aは、回路遅延測定値QをレジスタQMに格納する。ステップS24において、制御回路80Aは、選択信号Sを1に設定すると共に、制御信号Rを0に設定する。制御信号Rが0であるので、ディレイモニタ回路81Aの可変ディレイライン141は、遅延時間が最も短い状態となる。
In step S23, the
ステップS25において、制御回路80Aは、ディレイモニタ回路81Aが出力する回路遅延測定値Qを取得する。このとき、選択信号1は0であるので図15に示される選択回路142は、可変ディレイライン141により遅延されたクロック信号CKを選択して出力している。従って、ディレイモニタ回路81Aが出力する回路遅延測定値Qは、可変ディレイライン141により遅延されたクロック信号CKと疑似クリティカルパス回路131により遅延されたクロック信号CKとの時間差を示す値となる。即ち、回路遅延測定値Qは、クロック信号CKのあるパルスが疑似クリティカルパス回路131により遅延されたパルスと、クロック信号CKの当該パルスが可変ディレイライン141により遅延されたパルスとの間で、時間差が測定された値となる。
In step S25, the
ステップS26において、制御回路80Aは、ステップS3で取得した回路遅延測定値QがレジスタQMの格納値である回路遅延測定値Q(即ちステップS22で取得した回路遅延測定値)よりも小さいか否かを判定する。判定結果がYesの場合には処理手順はステップS27に進み、判定結果がNoの場合には処理手順はステップS28に進む。
In step S26, the
ステップS27において、制御回路80Aは、制御信号Rを1だけ増加させ、ディレイモニタ回路81Aに対して増加後の制御信号Rを出力する。即ち、制御回路80Aは、ディレイモニタ回路81Aの可変ディレイライン141の遅延時間長を最小変化分だけ増大させる。その後、処理手順はステップS25に戻り以降の処理を繰り返す。
In step S27, the
処理手順がステップS28に到達したとき、現在の制御信号Rに応じた回路遅延測定値Qは、レジスタQMの格納値である回路遅延測定値Qに等しくなっている。即ち、疑似クリティカルパス回路131により遅延されたクロックパルスと遅延無しのその次のサイクルのクロックパルスとの時間差が、疑似クリティカルパス回路131の遅延時間と可変ディレイライン141の遅延時間との差と等しくなっている。このことは、この状態における可変ディレイライン141の遅延時間長が、クロック信号CKの1クロックサイクルに等しくなっていることを意味する。この状態において、ステップS28において、制御回路80Aは、制御信号Rを確定し、ディレイモニタ回路81Aに対して確定後の制御信号Rを出力する。
When the processing procedure reaches step S28, the circuit delay measurement value Q corresponding to the current control signal R is equal to the circuit delay measurement value Q that is the stored value of the register QM. That is, the time difference between the clock pulse delayed by the pseudo
ステップS29において、制御回路80Aは全ビットが1ではないマスク信号Mを出力し、適応的周波数制御を開始する。ここで、マスク信号Mの値は、{n'b11・・・11,n'b00・・・00}を左にTHビットだけシフトさせた値である。
In step S29, the
以上のようにして、図20に示す初期設定動作により、電子回路のルーチン処理時の動作クロック信号の1クロックサイクルに等しい遅延時間長を有するように可変ディレイライン141を設定することができる。この設定により、疑似クリティカルパス回路131の回路遅延が1クロックサイクルよりも長くなると、回路遅延測定値Qは{n'b00・・・00,n'b11・・・11}よりも小さくなる。従って、マスク信号Mの値を{n'b11・・・11,n'b00・・・00}にしておけば、疑似クリティカルパス回路131の回路遅延が1クロックサイクルよりも長くなったときに、マスク回路82の出力する検出信号Qが初めて変化(減少)することになる。但し、制御にかかる時間を見越して、マスク信号Mを左にTHビットだけシフトさせることにより、マスクする上位ビット数を少なくし、早めに検出信号Qの値が変化するようにする。
As described above, the
なお図6又は図7に示される電子回路に対して図12に示される初期化動作により初期設定を行う場合には、電源電圧VDDを変化される動作が実行される。それに対して、図13又は図14に示される電子回路に対して図20に示される初期化動作により初期設定を行う場合には、電源電圧を変化させる動作が含まれない。これら初期化動作は、通常、電子回路の電源投入直後の立ち上がり動作時に実行されるが、そのような立ち上がり動作時に上記のような電源電圧を変化させる動作を実行することは避けたい場合がある。図13又は図14に示される電子回路においては、初期化動作時に電源電圧を変化させる必要がないので、その点において好ましいと言える。 In the case where the electronic circuit shown in FIG. 6 or FIG. 7 is initialized by the initialization operation shown in FIG. 12, the operation for changing the power supply voltage VDD is executed. On the other hand, when the initial setting is performed on the electronic circuit shown in FIG. 13 or 14 by the initialization operation shown in FIG. 20, the operation of changing the power supply voltage is not included. These initialization operations are usually executed at the time of the startup operation immediately after the electronic circuit is turned on. However, there are cases where it is desired to avoid the operation of changing the power supply voltage as described above at the startup operation. In the electronic circuit shown in FIG. 13 or FIG. 14, it is not necessary to change the power supply voltage during the initialization operation.
図21は、制御回路による設定動作の一例を示すタイミング図である。例えばn=4の場合について、図20に示す初期設定動作を実行する場合の各信号値の変化の一例が、図21に示されている。この例においては、TH=2に固定である。また初期状態において、図20に示されるステップS21が実行されることにより、選択信号Sは0に設定され、マスク信号Mの全ビットは値1に設定され、制御信号Rは0に設定されている。
FIG. 21 is a timing chart showing an example of the setting operation by the control circuit. For example, for n = 4, FIG. 21 shows an example of changes in signal values when the initial setting operation shown in FIG. 20 is executed. In this example, TH = 2 is fixed. In the initial state, by executing step S21 shown in FIG. 20, the selection signal S is set to 0, all bits of the mask signal M are set to the
図21に示されるタイミングT1において、図20に示されるステップS22及びS23の動作が実行され、選択信号S=0の状態でディレイモニタ回路81Aの出力する回路遅延測定値QがレジスタQMに格納される。この例において、レジスタQMに格納される回路遅延測定値Qは、8b'0111_1111である。即ち、回路遅延測定値Qは8ビットのデータであり、その値は"01111111"である。
At the timing T1 shown in FIG. 21, the operations of steps S22 and S23 shown in FIG. 20 are executed, and the circuit delay measurement value Q output from the
その後タイミングT2において、図20に示されるステップS24及びS25の動作が実行される。これにより、選択信号S=1の状態で、可変ディレイライン141により遅延されたクロック信号CKと疑似クリティカルパス回路131により遅延されたクロック信号CKとの時間差を示す回路遅延測定値Qが得られる。この例において、最初に得られる回路遅延測定値Qは8b'0000_0111であり、レジスタQMの格納値8b'0111_1111よりも小さい値となっている。従って、図20に示されるステップS27の動作により制御信号Rが増加されていく。制御信号Rが順次増加されていくにつれ、ディレイモニタ回路81Aが出力する回路遅延測定値Qも徐々に増加していく。
Thereafter, at timing T2, the operations of steps S24 and S25 shown in FIG. 20 are executed. As a result, the circuit delay measurement value Q indicating the time difference between the clock signal CK delayed by the
その後、回路遅延測定値QがレジスタQMの格納値に等しくなったことに応答し、タイミングT3において、図28に示されるステップS28の動作が実行され、制御信号Rの値が15に確定される。更にタイミングT4において、8b'1111_0000を左にTHビット(即ち2ビット)シフトして得られる値8b'1100_0000をマスク信号Mとして出力し、適応的周波数制御を開始する。 Thereafter, in response to the circuit delay measurement value Q being equal to the value stored in the register QM, the operation of step S28 shown in FIG. 28 is executed at the timing T3, and the value of the control signal R is determined to be 15. . Further, at timing T4, a value 8b'1100_0000 obtained by shifting 8b'1111_0000 to the left by TH bits (that is, 2 bits) is output as a mask signal M, and adaptive frequency control is started.
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible within the range as described in a claim.
10 PLL回路
11 AD変換器
12 平均化部
13 コード変換部
14 論理回路
20 デジタル制御発振器(DCO)
21 分周器
22 位相比較器
23 ループフィルタ
24 正規化部
25 加算器
30 データパス
31,32 フリップフロップ
33 回路素子群
10
21
Claims (12)
電源電圧に応じた検出信号を出力する電圧検出器と、
前記検出信号に応じた分周率で前記発振信号を分周して分周信号を生成する分周器と、
前記分周信号と参照信号との位相差に応じた第1の信号と前記検出信号に応じた第2の信号との和を求め、前記和に応じた信号を前記入力信号として前記発振器に供給する加算器と
を含む電子回路。 An oscillator that generates an oscillation signal having a period according to an input signal;
A voltage detector that outputs a detection signal according to the power supply voltage;
A frequency divider that generates a divided signal by dividing the oscillation signal by a division ratio according to the detection signal;
A sum of a first signal corresponding to the phase difference between the divided signal and the reference signal and a second signal corresponding to the detection signal is obtained, and a signal corresponding to the sum is supplied to the oscillator as the input signal. An electronic circuit including an adder.
第1の電圧が印加されるとともに前記発振信号を第1の制御信号に基づいて遅延させた第1の遅延発振信号を出力する第1の可変ディレイラインと、第2の電圧が印加されるとともに前記発振信号を第2の制御信号に基づいて遅延させた第2の遅延発振信号を出力する第2の可変ディレイラインと、前記第2の遅延発振信号が各クロック端子に供給されるとともに前段の第1のフリップフロップのデータ入力からそれぞれ第1の所定ディレイ分遅延させた第1の遅延発振信号がそれぞれデータ入力に入力されるn個の第1のフリップフロップと、前段の第2のフリップフロップのクロック入力からそれぞれ第2の所定ディレイ分遅延させた第2の遅延発振信号がそれぞれ各クロック端子に供給されるとともに前記第1の遅延発振信号がそれぞれデータ入力に入力されるn個の第2のフリップフロップとを備えるディレイモニタ回路と、
前記ディレイモニタ回路が出力する2n個の出力信号を、入力される2n個のマスク信号に基づいてマスクした2n個のマスク後出力信号を前記検出信号として出力するマスク回路と、
前記検出信号に基づき前記第1の制御信号と前記第2の制御信号とを出力するとともに、前記2n個のマスク信号を出力する制御回路
を含む請求項1乃至4いずれか一項記載の電子回路。 The voltage detector is
A first variable delay line that outputs a first delayed oscillation signal obtained by applying a first voltage and delaying the oscillation signal based on a first control signal, and a second voltage being applied A second variable delay line that outputs a second delayed oscillation signal obtained by delaying the oscillation signal based on a second control signal; the second delayed oscillation signal is supplied to each clock terminal; N first flip-flops that receive the first delayed oscillation signals delayed from the data inputs of the first flip-flops by a first predetermined delay, respectively, and the second flip-flops in the previous stage. Second delayed oscillation signals delayed by a second predetermined delay from the respective clock inputs are supplied to the respective clock terminals, and the first delayed oscillation signals are respectively supplied. A delay monitor circuit comprising n number of the second flip-flop input to the data input,
A mask circuit that outputs 2n post-mask output signals obtained by masking 2n output signals output from the delay monitor circuit based on 2n mask signals input as the detection signals;
5. The electronic circuit according to claim 1, further comprising a control circuit that outputs the first control signal and the second control signal based on the detection signal and outputs the 2n mask signals. 6. .
前記電源電圧が印加されるとともに前記発振信号を遅延させた第1の遅延発振信号を出力する擬似クリティカルパス回路と、基準電圧が印加されるとともに前記発振信号を制御信号に基づいて遅延させた第2の遅延発振信号を出力する可変ディレイラインと、入力される選択信号に基づき前記発振信号又は前記第2の遅延発振信号の何れかである第3の遅延発振信号を選択して出力する選択部と、前記第3の遅延発振信号が各第1入力端子に供給されるとともに前段の第1のフリップフロップの第2入力端子からそれぞれ第1の所定ディレイ分遅延させた第1の遅延発振信号がそれぞれ第2入力端子に入力されるn個の第1のフリップフロップと、前段の第2のフリップフロップの第1入力端子からそれぞれ第2の所定ディレイ分遅延させた第3の遅延発振信号がそれぞれ各第1入力端子に供給されるとともに前記第1の遅延発振信号がそれぞれ第2入力端子に入力されるn個の第2のフリップフロップとを備えるディレイモニタ回路と、
前記ディレイモニタ回路が出力する2n個の出力信号を、入力される2n個のマスク信号に基づいてマスクした2n個のマスク後出力信号を前記検出信号として出力するマスク回路と、
前記検出信号に基づき前記制御信号を出力するとともに、前記2n個のマスク信号を出力する制御回路
を含む請求項1乃至4いずれか一項記載の電子回路。 The voltage detector is
A pseudo critical path circuit that outputs a first delayed oscillation signal obtained by applying the power supply voltage and delaying the oscillation signal, and a reference voltage is applied and the oscillation signal is delayed based on a control signal. A variable delay line that outputs two delayed oscillation signals, and a selection unit that selects and outputs a third delayed oscillation signal that is either the oscillation signal or the second delayed oscillation signal based on an input selection signal And the third delayed oscillation signal is supplied to each first input terminal, and a first delayed oscillation signal delayed by a first predetermined delay from the second input terminal of the first flip-flop in the previous stage is provided. Each of the n first flip-flops input to the second input terminal and the first input terminal of the second flip-flop in the previous stage are respectively delayed by a second predetermined delay. A delay monitor circuit delays the oscillation signal of 3 and an n-number of the second flip-flop in which the first delay oscillation signal is input to the second input terminal respectively is supplied to the first input terminal, respectively,
A mask circuit that outputs 2n post-mask output signals obtained by masking 2n output signals output from the delay monitor circuit based on 2n mask signals input as the detection signals;
5. The electronic circuit according to claim 1, further comprising a control circuit that outputs the control signal based on the detection signal and outputs the 2n mask signals. 6.
電源電圧に応じた検出信号を生成し、
前記検出信号に応じた分周率で前記発振信号を分周して分周信号を生成する分周信号生成処理を実行し、
前記分周信号と参照信号との位相差に応じた第1の信号と前記検出信号に応じた第2の信号との和を求め、前記和に応じた信号を前記入力信号として前記発振器に供給する入力信号供給処理を実行する、
各段階を含む発振器の制御方法。 An oscillation signal having a period corresponding to an input signal to the oscillator is generated by the oscillator,
Generates a detection signal according to the power supply voltage,
Performing a frequency-divided signal generation process for generating a frequency-divided signal by dividing the oscillation signal by a frequency-dividing ratio according to the detection signal;
A sum of a first signal corresponding to the phase difference between the divided signal and the reference signal and a second signal corresponding to the detection signal is obtained, and a signal corresponding to the sum is supplied to the oscillator as the input signal. Execute input signal supply processing
An oscillator control method including each stage.
前記第1の駆動電圧と前記第2の駆動電圧とが等しい状態で、前記第1の可変ディレイラインの回路遅延と前記第2の可変ディレイラインの回路遅延との回路遅延差がゼロになるように調整する処理を実行し、
前記調整する処理を実行後に前記電源電圧を前記第1の可変ディレイラインに印加する
各段階を更に含み、前記第1の可変ディレイラインが前記電源電圧で駆動し且つ前記第2の可変ディレイラインが前記第2の駆動電圧で駆動している状態で前記回路遅延差に応じた信号を前記検出信号として生成して前記分周信号生成処理及び前記入力信号供給処理を実行する請求項8記載の発振器の制御方法。 A first drive voltage applied to the first variable delay line and a second drive voltage applied to the second variable delay line are set to an equal voltage;
The circuit delay difference between the circuit delay of the first variable delay line and the circuit delay of the second variable delay line is zero when the first drive voltage and the second drive voltage are equal. Execute the process to adjust to
The method further includes the steps of applying the power supply voltage to the first variable delay line after performing the adjusting process, wherein the first variable delay line is driven by the power supply voltage and the second variable delay line is 9. The oscillator according to claim 8, wherein a signal corresponding to the circuit delay difference is generated as the detection signal while being driven by the second drive voltage, and the divided signal generation process and the input signal supply process are executed. Control method.
前記可変ディレイラインの遅延時間長をクロック信号の1サイクルに等しい長さに調整する処理を実行し、
前記調整する処理を実行後に前記疑似クリティカルパス回路の回路遅延と前記可変ディレイラインの回路遅延との回路遅延差を測定する
各段階を更に含み、前記回路遅延差に応じた信号を前記検出信号として生成して前記分周信号生成処理及び前記入力信号供給処理を実行する請求項8記載の発振器の制御方法。 Applying the power supply voltage and a predetermined drive voltage to the pseudo critical path circuit and the variable delay line,
Executing a process of adjusting the delay time length of the variable delay line to a length equal to one cycle of the clock signal;
The method further includes measuring each circuit delay difference between the circuit delay of the pseudo critical path circuit and the circuit delay of the variable delay line after executing the adjustment process, and a signal corresponding to the circuit delay difference is used as the detection signal. 9. The method of controlling an oscillator according to claim 8, wherein the frequency division signal generation process and the input signal supply process are executed.
前記疑似クリティカルパスに前記クロック信号を入力し、
前記疑似クリティカルパスにより遅延された前記クロック信号の第1のパルスと前記クロック信号の前記第1のパルスの直後の第2のパルスとの時間差を測定し、
前記疑似クリティカルパスの回路遅延と前記可変ディレイラインの回路遅延との回路遅延差が前記時間差に等しくなるように前記可変ディレイラインの遅延時間長を調整する
各段階を含む請求項10記載の発振器の制御方法。 The adjustment process is
Input the clock signal to the pseudo-critical path;
Measuring a time difference between a first pulse of the clock signal delayed by the pseudo-critical path and a second pulse immediately after the first pulse of the clock signal;
11. The oscillator according to claim 10, further comprising: adjusting a delay time length of the variable delay line so that a circuit delay difference between the circuit delay of the pseudo critical path and the circuit delay of the variable delay line is equal to the time difference. Control method.
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