JP2018056985A - Circuit device, physical quantity measurement device, electronic apparatus, and movable body - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circuit device which can realize high-performance of time digital conversion while spontaneously generating a first signal, and the like.SOLUTION: A circuit device is input with a first clock signal CK1 having a first clock frequency f1 and a second clock signal CK2 having a second clock frequency f2 different from the first clock frequency f1, and includes a time digital conversion circuit converting a time difference TDF between transition timing of a first signal STA and transition timing of a second signal STP into a digital value DQ and a synchronization circuit synchronizing phases of the first and second clock signals CK1 and CK2. The time digital conversion circuit subjects a signal level of the first signal STA to transition based on the first clock signal CK1 and obtains the digital value DQ corresponding to the time difference TDF by performing phase comparison between the second signal STP of which a signal level is subjected to transition corresponding to the first signal STA and the second clock signal CK2 after phase synchronization timing TM of the first and second clock signals CK1 and CK2.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、回路装置、物理量測定装置、電子機器及び移動体等に関する。   The present invention relates to a circuit device, a physical quantity measuring device, an electronic device, a moving object, and the like.

従来より、時間をデジタル値に変換する時間デジタル変換回路が知られている。時間デジタル変換回路は第1の信号(例えばスタート信号)と第2の信号(例えばストップ信号)の遷移タイミングの時間差をデジタル値に変換する。このような時間デジタル変換回路を有する回路装置の従来例としては、例えば特許文献1〜4に開示される従来技術が知られている。   Conventionally, a time digital conversion circuit that converts time into a digital value is known. The time digital conversion circuit converts a time difference between transition timings of a first signal (for example, a start signal) and a second signal (for example, a stop signal) into a digital value. As a conventional example of a circuit device having such a time digital conversion circuit, for example, conventional techniques disclosed in Patent Documents 1 to 4 are known.

特開2009−246484号公報JP 2009-246484 A 特開2007−110370号公報JP 2007-110370 A 特開2010−119077号公報JP 2010-119077 A 特開平5−87954号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-87954

特許文献1〜3の従来技術では、いわゆるバーニア遅延回路を用いて時間デジタル変換を実現している。バーニア遅延回路では、半導体素子である遅延素子を用いて時間デジタル変換を実現する。   In the prior arts of Patent Documents 1 to 3, time digital conversion is realized using a so-called vernier delay circuit. In the vernier delay circuit, time digital conversion is realized using a delay element which is a semiconductor element.

特許文献4には、第1のクロックパルスを出力する第1の水晶発振器、第2のクロックパルスを出力する第2の水晶発振器、エッジ一致検出回路、同期カウンター、マイコン、及び送信時刻コントロール部を備えた微小時間計測装置が開示されている。エッジ一致検出回路は、第1、第2のクロックパルスの同期点を検出する。同期カウンターは、第1、第2のクロックパルスに同期してカウント処理を行う。マイコンは、同期カウンターの値に基づきスタートパルスからストップパルスまでの未知時間を算出する。送信時刻コントロール部は、エッジ一致検出回路の出力並びに同期カウンター及びマイコンの値に応じてスタートパルスを出力する。   Patent Document 4 includes a first crystal oscillator that outputs a first clock pulse, a second crystal oscillator that outputs a second clock pulse, an edge coincidence detection circuit, a synchronization counter, a microcomputer, and a transmission time control unit. A minute time measuring device provided is disclosed. The edge coincidence detection circuit detects the synchronization point of the first and second clock pulses. The synchronization counter performs a count process in synchronization with the first and second clock pulses. The microcomputer calculates an unknown time from the start pulse to the stop pulse based on the value of the synchronization counter. The transmission time control unit outputs a start pulse according to the output of the edge coincidence detection circuit and the values of the synchronization counter and the microcomputer.

しかしながら、特許文献1〜3の従来技術では、スタート信号とストップ信号の時間差を求める際に、スタート信号が外部から入力されていた。また特許文献1〜3のように半導体素子を用いる時間デジタル変換では、分解能の向上は容易であるが、精度の向上が難しいという課題がある。   However, in the prior arts disclosed in Patent Documents 1 to 3, when the time difference between the start signal and the stop signal is obtained, the start signal is input from the outside. Moreover, in the time digital conversion using a semiconductor element like patent documents 1-3, although the improvement of a resolution is easy, there exists a subject that the improvement of an accuracy is difficult.

また特許文献4の従来技術では、第1の水晶発振器と第2の水晶発振器がそれぞれ独立に発振している状態であるため、エッジ一致検出回路により同期点を検出して、時間デジタル変換を実現する必要がある。このため、回路処理が複雑化したり、変換時間が長くなってしまったり、精度が低下するなどの問題が生じる。   In the prior art of Patent Document 4, since the first crystal oscillator and the second crystal oscillator oscillate independently, the synchronization point is detected by the edge coincidence detection circuit and the time digital conversion is realized. There is a need to. For this reason, problems such as complicated circuit processing, a long conversion time, and reduced accuracy occur.

本発明の幾つかの態様によれば、第1の信号を自発的に生成しながら、時間デジタル変換の高性能化を実現できる回路装置、物理量測定装置、電子機器及び移動体等を提供できる。   According to some aspects of the present invention, it is possible to provide a circuit device, a physical quantity measuring device, an electronic device, a moving body, and the like that can realize high-performance time digital conversion while spontaneously generating the first signal.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は態様として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or modes.

本発明の一態様は、第1のクロック周波数の第1のクロック信号と、前記第1のクロック周波数とは異なる第2のクロック周波数の第2のクロック信号とが入力され、第1の信号と第2の信号の遷移タイミングの時間差をデジタル値に変換する時間デジタル変換回路と、前記第1のクロック信号と前記第2のクロック信号の位相を同期させる同期化回路と、を含み、前記時間デジタル変換回路は、前記第1のクロック信号と前記第2のクロック信号の位相同期タイミングの後、前記第1のクロック信号に基づいて前記第1の信号の信号レベルを遷移させ、前記第1の信号に対応して信号レベルが遷移する前記第2の信号と、前記第2のクロック信号との位相比較を行うことで、前記時間差に対応する前記デジタル値を求める回路装置に関係する。   According to one embodiment of the present invention, a first clock signal having a first clock frequency and a second clock signal having a second clock frequency different from the first clock frequency are input. A time digital conversion circuit that converts a time difference in transition timing of a second signal into a digital value; and a synchronization circuit that synchronizes the phases of the first clock signal and the second clock signal. The conversion circuit transitions the signal level of the first signal based on the first clock signal after the phase synchronization timing of the first clock signal and the second clock signal, and the first signal And a circuit device for obtaining the digital value corresponding to the time difference by performing a phase comparison between the second signal whose signal level transitions in response to the second clock signal and the second clock signal. .

本発明の一態様によれば、クロック周波数が異なる第1、第2のクロック信号が入力され、第1、第2の信号の遷移タイミングの時間差をデジタル値に変換する時間デジタル変換処理が行われる。また同期化回路により、第1、第2のクロック信号の位相同期が行われる。そして本発明の一態様では、例えば同期化回路による第1、第2のクロック信号の位相同期タイミングの後、第1の信号の信号レベルを遷移させる。そして当該第1の信号に対応して第2の信号レベルが遷移すると、第2の信号と第2のクロック信号との位相比較が行われて、時間差に対応するデジタル値が求められる。このようにすれば、第1の信号を自発的に生成して、時間デジタル変換を実現できる。また第1、第2のクロック信号を位相同期タイミングで位相同期させながら、第2の信号と第2のクロック信号の位相比較によりデジタル値を求めることができるため、高性能な時間デジタル変換を実現できる。従って、第1の信号を自発的に生成しながら、時間デジタル変換の高性能化を実現できる回路装置等の提供が可能になる。   According to one aspect of the present invention, first and second clock signals having different clock frequencies are input, and time digital conversion processing for converting a time difference between transition timings of the first and second signals into a digital value is performed. . Further, the synchronization circuit performs phase synchronization of the first and second clock signals. In one embodiment of the present invention, for example, after the phase synchronization timing of the first and second clock signals by the synchronization circuit, the signal level of the first signal is changed. When the second signal level transitions in response to the first signal, the phase comparison between the second signal and the second clock signal is performed, and a digital value corresponding to the time difference is obtained. In this way, time digital conversion can be realized by spontaneously generating the first signal. The digital value can be obtained by comparing the phase of the second and second clock signals while synchronizing the phase of the first and second clock signals at the phase synchronization timing, realizing high-performance time-to-digital conversion. it can. Therefore, it is possible to provide a circuit device or the like that can realize high performance of time digital conversion while spontaneously generating the first signal.

また本発明の一態様では、前記時間デジタル変換回路は、前記位相同期タイミングの後、前記第1のクロック信号のクロックサイクル毎に、前記第1の信号の信号レベルを遷移させてもよい。   In the aspect of the invention, the time digital conversion circuit may transition the signal level of the first signal every clock cycle of the first clock signal after the phase synchronization timing.

このようにすれば、第1のクロック信号のクロックサイクル毎に第1の信号レベルを遷移させて、時間差に対応するデジタル値を求めることができるため、高性能の時間デジタル変換を実現できる。   In this way, since the first signal level is shifted every clock cycle of the first clock signal and the digital value corresponding to the time difference can be obtained, high-performance time digital conversion can be realized.

また本発明の一態様では、前記時間デジタル変換回路は、前記第1の信号に対応して信号レベルが遷移する前記第2の信号と、前記第2のクロック信号との位相比較を、前記第1のクロック信号のクロックサイクル毎に行うことで、前記時間差に対応する前記デジタル値を求めてもよい。   In the aspect of the invention, the time digital conversion circuit may perform phase comparison between the second signal whose signal level transitions in response to the first signal and the second clock signal. The digital value corresponding to the time difference may be obtained by performing every clock cycle of one clock signal.

このようにすれば、第1のクロック信号のクロックサイクル毎に、第2の信号と第2のクロック信号との位相比較を行って、時間差に対応するデジタル値を求めることができるため、時間デジタル変換の高速化を図れる。   In this way, since the phase comparison between the second signal and the second clock signal can be performed every clock cycle of the first clock signal to obtain a digital value corresponding to the time difference, the time digital The conversion speed can be increased.

また本発明の一態様では、前記同期化回路は、前記第1のクロック信号と前記第2のクロック信号を前記位相同期タイミング毎に位相同期させてもよい。   In the aspect of the invention, the synchronization circuit may synchronize the phase of the first clock signal and the second clock signal at each phase synchronization timing.

このようにすれば、位相同期タイミング毎に第1、第2のクロック信号を位相同期させ、当該位相同期タイミングの後に、第1の信号の信号レベルを遷移させて、第2の信号と第2のクロック信号の位相比較を行うことが可能になる。従って、位相同期タイミングを基準タイミングとして時間デジタル変換を実行できるようになり、時間デジタル変換の処理や回路構成の簡素化を図れる。   In this way, the first and second clock signals are phase-synchronized at each phase synchronization timing, and after the phase synchronization timing, the signal level of the first signal is transited to change the second signal and the second clock signal. It is possible to compare the phases of the clock signals. Therefore, time digital conversion can be executed using the phase synchronization timing as a reference timing, and the time digital conversion processing and circuit configuration can be simplified.

また本発明の一態様では、前記時間デジタル変換回路は、前記位相同期タイミングの後、前記第1のクロック信号に基づいて前記第1の信号の信号レベルが遷移し、前記第1の信号に対応して前記第2の信号の信号レベルが遷移する場合に、前記第2の信号と前記第2のクロック信号の位相の前後関係が入れ替わるタイミングを特定することで、前記時間差に対応する前記デジタル値を求めてもよい。   In one embodiment of the present invention, the time-to-digital conversion circuit corresponds to the first signal after the phase synchronization timing, and the signal level of the first signal transits based on the first clock signal. Then, when the signal level of the second signal transitions, the digital value corresponding to the time difference is specified by specifying a timing at which the phase relationship between the second signal and the second clock signal is switched. You may ask for.

このようにすれば、位相同期タイミングの後、第2の信号と第2のクロック信号の位相の前後関係が入れ替わるタイミングを特定するという簡素な処理で、時間デジタル変換を実現できるようになり、時間デジタル変換の処理や回路構成の簡素化を図れる。   In this way, after the phase synchronization timing, the time digital conversion can be realized by a simple process of specifying the timing at which the phase relationship between the second signal and the second clock signal is switched. Digital conversion processing and circuit configuration can be simplified.

また本発明の一態様では、前記時間デジタル変換回路は、前記第1のクロック周波数と前記第2のクロック周波数の周波数差に対応する分解能で時間デジタル変換を行ってもよい。   In the aspect of the invention, the time digital conversion circuit may perform time digital conversion with a resolution corresponding to a frequency difference between the first clock frequency and the second clock frequency.

このようにすれば、第1、第2のクロック周波数の周波数差を小さくすることで、分解能を小さくでき、時間デジタル変換の高分解能化を実現できるようになる。   In this way, by reducing the frequency difference between the first and second clock frequencies, the resolution can be reduced and high resolution of time digital conversion can be realized.

また本発明の一態様では、前記時間デジタル変換回路は、前記位相同期タイミングの後、第iのクロックサイクルでの前記第1のクロック信号と前記第2のクロック信号の遷移タイミングの時間差をクロック間時間差TR=i×Δtとした場合に、分解能Δtで時間デジタル変換を行ってもよい。   In the aspect of the invention, the time digital conversion circuit may calculate a time difference between transition timings of the first clock signal and the second clock signal in the i-th clock cycle after the phase synchronization timing. When the time difference TR = i × Δt, the time digital conversion may be performed with the resolution Δt.

このようにすれば、位相同期タイミングの後における第1、第2のクロック信号の遷移タイミングのクロック間時間差TR=i×Δtを利用して、分解能Δtでの時間デジタル変換を実現できるようになる。   In this way, time digital conversion with resolution Δt can be realized using the time difference TR = i × Δt between the transition timings of the first and second clock signals after the phase synchronization timing. .

また本発明の一態様では、前記時間デジタル変換回路は、前記位相同期タイミングの後、第jのクロックサイクルにおいて、前記第2の信号と前記第2のクロック信号の位相の前後関係が入れ替わった場合に、クロック間時間差TR=j×Δtに対応するデジタル値を、前記時間差に対応する前記デジタル値として求めてもよい。   In the aspect of the present invention, the time-to-digital conversion circuit may be configured such that the phase relationship between the second signal and the second clock signal is switched in the jth clock cycle after the phase synchronization timing. In addition, a digital value corresponding to the clock time difference TR = j × Δt may be obtained as the digital value corresponding to the time difference.

このようにすれば、位相同期タイミングの後、第2の信号と第2のクロック信号の位相の前後関係が入れ替わったクロックサイクルを特定することで、時間差に対応するデジタル値を求めることができるようになる。   In this way, the digital value corresponding to the time difference can be obtained by identifying the clock cycle in which the phase relationship between the second signal and the second clock signal is switched after the phase synchronization timing. become.

また本発明の一態様では、前記時間デジタル変換回路は、前記第1のクロック信号は、第1の発振子を用いて生成されるクロック信号であり、前記第2のクロック信号は、第2の発振子を用いて生成されるクロック信号であってもよい。   In the aspect of the invention, the time-to-digital conversion circuit may be configured such that the first clock signal is a clock signal generated using a first oscillator, and the second clock signal is a second clock signal. It may be a clock signal generated using an oscillator.

このように第1、第2の発振子により生成された第1、第2のクロック信号を用いて時間デジタル変換を行うことで、より精度の高い時間デジタル変換を実現できる。   By performing time digital conversion using the first and second clock signals generated by the first and second oscillators as described above, more accurate time digital conversion can be realized.

また本発明の一態様では、前記時間デジタル変換回路は、前記第1のクロック信号に基づいて、前記第1のクロック信号のクロックサイクル毎に前記第1の信号を出力する信号出力部を含んでもよい。   In the aspect of the invention, the time digital conversion circuit may include a signal output unit that outputs the first signal every clock cycle of the first clock signal based on the first clock signal. Good.

このような信号出力部を設ければ、第1のクロック信号のクロックサイクル毎に、第1の信号の信号レベルを遷移させることが可能になる。   If such a signal output unit is provided, the signal level of the first signal can be changed every clock cycle of the first clock signal.

また本発明の一態様では、前記時間デジタル変換回路は、前記第2の信号と前記第2のクロック信号の位相比較結果の信号が第1の電圧レベルである場合には、カウント値が非更新となり、前記位相比較結果の信号が第2の電圧レベルである場合には、前記カウント値が更新されるカウンターを含み、前記カウンターの前記カウント値に基づいて、前記時間差に対応する前記デジタル値を求めてもよい。   In the aspect of the invention, the time-to-digital conversion circuit may not update the count value when the phase comparison result signal between the second signal and the second clock signal is at the first voltage level. When the signal of the phase comparison result is at the second voltage level, the counter includes a counter that updates the count value, and the digital value corresponding to the time difference is calculated based on the count value of the counter. You may ask for it.

このようにすれば、第2の信号と第2のクロック信号の位相比較結果を用いて、カウンターのカウント処理を制御することで、時間差に対応するデジタル値を求めることができるようになる。   In this way, the digital value corresponding to the time difference can be obtained by controlling the counter counting process using the phase comparison result between the second signal and the second clock signal.

また本発明の一態様では、前記時間デジタル変換回路は、前記第2の信号及び前記第2のクロック信号の一方の信号に基づき他方の信号をサンプリングすることで、前記第2の信号と前記第2のクロック信号との位相比較を行ってもよい。   In one embodiment of the present invention, the time-digital conversion circuit samples the other signal based on one signal of the second signal and the second clock signal, so that the second signal and the second signal are sampled. A phase comparison with the two clock signals may be performed.

このようにすれば一方の信号に基づき他方の信号をサンプリングすることで得られた電圧レベルを用いて、第2の信号と第2のクロック信号の位相関係を判断できるようになる。   In this way, the phase relationship between the second signal and the second clock signal can be determined using the voltage level obtained by sampling the other signal based on one signal.

また本発明の一態様では、前記同期化回路として、前記第1のクロック信号と基準クロック信号との位相同期を行う第1のPLL回路と、前記第2のクロック信号と前記基準クロック信号との位相同期を行う第2のPLL回路と、を含んでもよい。   In one embodiment of the present invention, the synchronization circuit includes a first PLL circuit that performs phase synchronization between the first clock signal and a reference clock signal, and the second clock signal and the reference clock signal. And a second PLL circuit that performs phase synchronization.

このように第1、第2のPLL回路を用いて位相同期を行うことで、1つのPLL回路により第1、第2のクロック信号の位相同期を行う場合に比べて、位相同期の頻度を高めることが可能になり、第1、第2のクロック信号を用いた時間デジタル変換の処理の高性能化を実現できるようになる。   By performing phase synchronization using the first and second PLL circuits in this way, the frequency of phase synchronization is increased compared to the case where the phase synchronization of the first and second clock signals is performed by one PLL circuit. This makes it possible to realize high-performance time digital conversion processing using the first and second clock signals.

また本発明の一態様では、前記第1のクロック信号及び前記第2のクロック信号の1クロックサイクル当たりのジッター量をJとし、時間デジタル変換の分解能をΔtとした場合に、J≦Δtであってもよい。   In one embodiment of the present invention, J ≦ Δt, where J is the jitter amount per clock cycle of the first clock signal and the second clock signal, and Δt is the resolution of time digital conversion. May be.

このようにすれば、ジッター量が分解能を越えてしまうことで時間デジタル変換の精度が劣化してしまうような事態を抑制できる。   In this way, it is possible to suppress a situation in which the accuracy of time digital conversion deteriorates due to the jitter amount exceeding the resolution.

また本発明の一態様では、前記第1のクロック信号及び前記第2のクロック信号の一方のクロック信号が、他方のクロック信号又は基準クロック信号に対して位相同期するタイミングと次に位相同期するタイミングの間の期間における、前記一方のクロック信号のクロック数をKとした場合に、J≧Δt/Kであってもよい。   In one embodiment of the present invention, the timing at which one of the first clock signal and the second clock signal is phase-synchronized with the other clock signal or the reference clock signal is synchronized with the next timing. J ≧ Δt / K, where K is the number of clocks of the one clock signal in the period between

このようにすれば、分解能が主因となって時間デジタル変換の精度が劣化してしまうような事態を抑制できる。   In this way, it is possible to suppress a situation in which the accuracy of time digital conversion deteriorates due to the resolution.

また本発明の一態様では、前記第1のクロック信号及び前記第2のクロック信号の一方のクロック信号が、他方のクロック信号又は基準クロック信号に位相同期するタイミングと次に位相同期するタイミングの間の期間における、前記一方のクロック信号のクロック数をKとした場合に、(1/10)×(Δt/K1/2)≦J≦10×(Δt/K1/2)であってもよい。 In one embodiment of the present invention, one clock signal of the first clock signal and the second clock signal may be between a timing synchronized with the other clock signal or a reference clock signal and a timing synchronized with the next. (1/10) × (Δt / K 1/2 ) ≦ J ≦ 10 × (Δt / K 1/2 ) where K is the number of clocks of the one clock signal in the period Good.

このようにすれば、累積ジッターの影響を考慮した分解能で時間デジタル変換を実現できるようになり、時間デジタル変換の高精度化を図れる。   In this way, time digital conversion can be realized with a resolution that takes into account the effect of accumulated jitter, and high accuracy of time digital conversion can be achieved.

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置と、前記第1のクロック信号を生成するための第1の発振子と、前記第2のクロック信号を生成するための第2の発振子と、を含む物理量測定装置に関係する。   According to another aspect of the present invention, there is provided the circuit device according to any one of the above, a first oscillator for generating the first clock signal, and a first oscillator for generating the second clock signal. And a physical quantity measuring device including two oscillators.

このように第1、第2の発振子を利用して時間デジタル変換を行うことで、より高精度な物理量の測定処理が可能になる。   By performing time digital conversion using the first and second oscillators in this way, it is possible to perform a physical quantity measurement process with higher accuracy.

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置を含む電子機器に関係する。   Another aspect of the invention relates to an electronic device including any one of the circuit devices described above.

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置を含む移動体に関係する。   Moreover, the other aspect of this invention is related with the moving body containing the circuit apparatus in any one of said.

本実施形態の回路装置の構成例。1 is a configuration example of a circuit device according to the present embodiment. クロック周波数差を用いた時間デジタル変換手法の説明図。Explanatory drawing of the time digital conversion technique using a clock frequency difference. 信号STA、STPの関係を示す図。The figure which shows the relationship between signal STA and STP. 信号STA、STPを用いた物理量測定の例を示す図。The figure which shows the example of the physical quantity measurement using signals STA and STP. 時間デジタル変換回路の第1の構成例。1 is a first configuration example of a time digital conversion circuit. 位相検出器の構成例。The structural example of a phase detector. 第1の構成例の時間デジタル変換回路の動作を説明する信号波形図。The signal waveform diagram explaining operation | movement of the time digital conversion circuit of a 1st structural example. 本実施形態の時間デジタル変換手法の説明図。Explanatory drawing of the time digital conversion method of this embodiment. 本実施形態の時間デジタル変換手法の説明図。Explanatory drawing of the time digital conversion method of this embodiment. 時間デジタル変換回路の第2の構成例。2 shows a second configuration example of a time digital conversion circuit. 第2の構成例の時間デジタル変換回路の動作を説明する信号波形図。The signal waveform diagram explaining operation | movement of the time digital conversion circuit of a 2nd structural example. 同期化回路の第1の構成例。1 shows a first configuration example of a synchronization circuit. 同期化回路の動作を説明する信号波形図。The signal waveform diagram explaining operation | movement of a synchronizing circuit. 同期化回路の第2の構成例。2 shows a second configuration example of a synchronization circuit. クロックサイクル指定値の更新手法を説明する信号波形図。The signal waveform diagram explaining the update method of a clock cycle designation | designated value. クロックサイクル指定値の更新手法を説明する信号波形図。The signal waveform diagram explaining the update method of a clock cycle designation | designated value. クロックサイクル指定値の更新手法を説明する信号波形図。The signal waveform diagram explaining the update method of a clock cycle designation | designated value. バイナリーサーチ手法を説明する信号波形図。The signal waveform diagram explaining a binary search method. 本実施形態の回路装置の他の構成例。The other structural example of the circuit apparatus of this embodiment. 本実施形態の回路装置の他の構成例の動作を説明する信号波形図。The signal waveform diagram explaining operation | movement of the other structural example of the circuit apparatus of this embodiment. 分周比の設定の一例を示す図。The figure which shows an example of the setting of a frequency division ratio. ランダムウォーク、量子ウォークの説明図。Explanatory drawing of random walk and quantum walk. 累積ジッターの説明図。Explanatory drawing of accumulated jitter. 分解能とジッターの関係についての説明図。Explanatory drawing about the relationship between resolution and jitter. 分解能とジッターの関係についての説明図。Explanatory drawing about the relationship between resolution and jitter. 物理量測定装置の構成例。The structural example of a physical quantity measuring apparatus. 電子機器の構成例。Configuration example of an electronic device. 移動体の構成例。Configuration example of a moving body.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.

1.回路装置
図1に本実施形態の回路装置10の構成例を示す。回路装置10は時間デジタル変換回路20と同期化回路110を含む。また発振回路101、102を含むことができる。なお回路装置は図1の構成に限定されず、これらの一部の構成要素(例えば発振回路)を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
1. Circuit Device FIG. 1 shows a configuration example of a circuit device 10 according to this embodiment. The circuit device 10 includes a time digital conversion circuit 20 and a synchronization circuit 110. Further, the oscillation circuits 101 and 102 can be included. The circuit device is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and various modifications such as omitting some of these components (for example, an oscillation circuit) and adding other components are possible.

時間デジタル変換回路20は、信号STA(第1の信号。例えばスタート信号)と信号STP(第2の信号。例えばストップ信号)の時間差をデジタル値DQに変換する。具体的には時間デジタル変換回路20は、クロック周波数f1(第1のクロック周波数)のクロック信号CK1(第1のクロック信号)と、クロック周波数f2(第2のクロック周波数)のクロック信号CK2(第2のクロック信号)が入力される。そしてこれらのクロック信号CK1、CK2を用いて、信号STAと信号STPの遷移タイミングの時間差をデジタル値DQに変換して出力する。ここでクロック周波数f2はクロック周波数f1とは異なる周波数であり、例えばクロック周波数f1よりも低い周波数である。また信号STAと信号STPの遷移タイミングの時間差は、信号STAと信号STPのエッジ間(例えば立ち上がりエッジ間又は立ち下がりエッジ間)の時間差である。また時間デジタル変換回路20は、デジタル値DQのフィルター処理(デジタルフィルター処理、ローパスフィルター処理)を行い、フィルター処理後のデジタル値DQを出力してもよい。なお、時間デジタル変換回路20は、クロック周波数が異なる3つ以上のクロック信号を用いて、時間デジタル変換を行ってもよい。例えば第1、第2、第3のクロック信号が入力されて、信号STAと信号STPの遷移タイミングの時間差をデジタル値DQに変換してもよい。   The time digital conversion circuit 20 converts the time difference between the signal STA (first signal, eg, start signal) and the signal STP (second signal, eg, stop signal) into a digital value DQ. Specifically, the time digital conversion circuit 20 includes a clock signal CK1 (first clock signal) having a clock frequency f1 (first clock frequency) and a clock signal CK2 (first clock frequency) having a clock frequency f2 (second clock frequency). 2 clock signal) is input. Then, using these clock signals CK1 and CK2, the time difference between the transition timings of the signal STA and the signal STP is converted into a digital value DQ and output. Here, the clock frequency f2 is a frequency different from the clock frequency f1, and is, for example, a frequency lower than the clock frequency f1. The time difference between the transition timings of the signal STA and the signal STP is a time difference between the edges of the signal STA and the signal STP (for example, between rising edges or falling edges). The time digital conversion circuit 20 may perform a filtering process (digital filtering process, low-pass filtering process) on the digital value DQ, and output the digital value DQ after the filtering process. The time digital conversion circuit 20 may perform time digital conversion using three or more clock signals having different clock frequencies. For example, the first, second, and third clock signals may be input, and the time difference between the transition timings of the signal STA and the signal STP may be converted into a digital value DQ.

同期化回路110は、クロック信号CK1とクロック信号CK2の位相同期を行う。例えば同期化回路110は、クロック信号CK1とクロック信号CK2を位相同期タイミング毎(所与のタイミング毎)に位相同期させる。具体的には、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミングを位相同期タイミング毎に一致させる位相同期を行う。同期化回路110の具体的な構成例については後述する。   The synchronization circuit 110 performs phase synchronization between the clock signal CK1 and the clock signal CK2. For example, the synchronization circuit 110 synchronizes the phase of the clock signal CK1 and the clock signal CK2 at every phase synchronization timing (for every given timing). Specifically, phase synchronization is performed to make the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 coincide with each other for each phase synchronization timing. A specific configuration example of the synchronization circuit 110 will be described later.

時間デジタル変換回路20は、クロック信号CK1、CK2の位相同期タイミングの後、クロック信号CK1に基づいて信号STAの信号レベルを遷移させる。例えば同期化回路110によるクロック信号CK1、CK2の位相同期が行われ、この位相同期のタイミングの後、時間デジタル変換回路20が、クロック信号CK1を用いて信号STAの信号レベルを遷移させる。例えば信号STAの信号レベルを第1の電圧レベル(例えばLレベル)から第2の電圧レベル(例えばHレベル)に変化させる。具体的には時間デジタル変換回路20は、パルス信号の信号STAを自発的に生成する。   The time digital conversion circuit 20 changes the signal level of the signal STA based on the clock signal CK1 after the phase synchronization timing of the clock signals CK1 and CK2. For example, phase synchronization of the clock signals CK1 and CK2 is performed by the synchronization circuit 110, and after the timing of the phase synchronization, the time digital conversion circuit 20 changes the signal level of the signal STA using the clock signal CK1. For example, the signal level of the signal STA is changed from a first voltage level (for example, L level) to a second voltage level (for example, H level). Specifically, the time digital conversion circuit 20 spontaneously generates a pulse signal STA.

そして時間デジタル変換回路20は、信号STAに対応して信号レベルが遷移する信号STPと、クロック信号CK2との位相比較を行うことで、時間差に対応するデジタル値DQを求める。例えば位相比較により、信号STPとクロック信号CK2の位相の前後関係が入れ替わるタイミングを判断して、デジタル値DQを求める。位相の前後関係が入れ替わるタイミングは、信号STPとクロック信号CK2の一方の信号の方が他方の信号よりも位相が遅れている状態から、一方の信号の方が他方の信号よりも位相が進んでいる状態に入れ替わるタイミングである。   Then, the time digital conversion circuit 20 obtains a digital value DQ corresponding to the time difference by performing phase comparison between the signal STP whose signal level transitions in response to the signal STA and the clock signal CK2. For example, the digital value DQ is obtained by determining the timing at which the phase relationship between the signal STP and the clock signal CK2 is switched by phase comparison. The timing at which the phase relationship of the phases is switched is such that one of the signals STP and the clock signal CK2 is delayed in phase from the other signal, so that one of the signals is more advanced than the other signal. It is the timing when the state is switched to.

このように本実施形態では、同期化回路110によりクロック信号CK1、CK2の位相同期が行われ、この位相同期のタイミングの後に、クロック信号CK1に基づき信号STAが自発的に生成される。そして、このように自発的に生成された信号STAに対応して信号レベルが遷移する信号STPと、クロック信号CK2との位相比較が行われて、信号STAと信号STPの遷移タイミングの時間差に対応するデジタル値DQが求められる。このようにすれば、時間デジタル変換に用いられる第1の信号を自発的に生成しながら、高性能(高精度、高分解能)の時間デジタル変換を実現できるようになる。   As described above, in the present embodiment, the synchronization circuit 110 performs phase synchronization of the clock signals CK1 and CK2, and after this phase synchronization timing, the signal STA is spontaneously generated based on the clock signal CK1. Then, the phase comparison between the signal STP whose signal level transitions in response to the signal STA generated in this manner and the clock signal CK2 is performed, and it corresponds to the time difference between the transition timings of the signal STA and the signal STP. A digital value DQ to be obtained is obtained. In this way, high-performance (high accuracy, high resolution) time digital conversion can be realized while spontaneously generating the first signal used for time digital conversion.

例えば本実施形態では後述の図2で説明するように、クロック信号CK1、CK2の周波数差(|f1−f2|)を利用して、信号STAと信号STPの遷移タイミングの時間差をデジタル値に変換している。このようにすることで、前述の特許文献1〜3のような半導体素子である遅延素子を用いて時間デジタル変換を実現する従来手法に比べて、時間デジタル変換の精度を向上できる。特に発振子XTAL1、XTAL2により生成したクロック信号CK1、CK2を用いれば、従来手法に比べて大幅な精度の向上を期待できる。   For example, in this embodiment, as described later with reference to FIG. 2, the time difference between the transition timings of the signal STA and the signal STP is converted into a digital value by using the frequency difference (| f1-f2 |) between the clock signals CK1 and CK2. doing. By doing in this way, the precision of time digital conversion can be improved compared with the conventional method which implement | achieves time digital conversion using the delay element which is a semiconductor element like the above-mentioned patent documents 1-3. In particular, if clock signals CK1 and CK2 generated by the oscillators XTAL1 and XTAL2 are used, a significant improvement in accuracy can be expected as compared with the conventional method.

一方、特許文献1〜3の従来手法では、スタート信号とストップ信号は外部から入力される。この従来手法では、いわゆるバーニア遅延回路により時間デジタル変換を実現する。バーニア遅延回路は、例えば、外部からのスタート信号が入力されて信号を遅延させる第1の遅延回路と、外部からのストップ信号が入力されて信号を遅延させる第2の遅延回路と、第1、第2の遅延回路の信号に基づきデジタル値を求める論理回路を有する。例えば第1の遅延回路を構成する遅延素子の遅延量を、第2の遅延回路を構成する遅延量よりも大きくすることで、時間デジタル変換が実現される。   On the other hand, in the conventional methods of Patent Documents 1 to 3, the start signal and the stop signal are input from the outside. In this conventional method, time digital conversion is realized by a so-called vernier delay circuit. The vernier delay circuit includes, for example, a first delay circuit that receives an external start signal and delays the signal, a second delay circuit that receives an external stop signal and delays the signal, A logic circuit for obtaining a digital value based on the signal of the second delay circuit is included. For example, the time digital conversion is realized by making the delay amount of the delay element constituting the first delay circuit larger than the delay amount constituting the second delay circuit.

しかしながら、発振子XTAL1、XTAL2等により生成されたクロック信号CK1、CK2を用いる場合には、信号STA、信号STPが外部から入力されることを前提とする上記の従来手法では、時間デジタル変換を実現できない。例えば外部からの信号STAの入力をトリガーとして、発振回路101による発振子XTAL1の発振動作を開始したのでは、発振が起動するまでに時間がかかってしまうため、時間測定が間に合わなくなってしまう。   However, when using the clock signals CK1 and CK2 generated by the oscillators XTAL1 and XTAL2, etc., the above conventional method that assumes that the signals STA and STP are input from outside realizes time digital conversion. Can not. For example, when the oscillation operation of the oscillator XTAL1 by the oscillation circuit 101 is started with the input of the signal STA from the outside as a trigger, it takes time until the oscillation is started, and thus the time measurement is not in time.

そこで本実施形態では、信号STAを外部から入力するのではなく、クロック信号CK1に基づいて自発的に生成する手法を採用する。例えば発振回路101、102のフリーランの発振動作により、クロック信号CK1、CK2を生成しておく。そして、フリーランの発振動作により生成されたクロック信号CK1を用いて、信号STAの信号レベルを遷移させて、パルス信号の信号STAを自発的に生成する。そして後述の図3、図4のように信号STAに対応して信号レベルが遷移する信号STPと、発振動作により生成されたクロック信号CK2との位相比較を行うことで、信号STA、STPの時間差に対応するデジタル値DQを求める時間デジタル変換を実現する。   Therefore, in the present embodiment, a method is employed in which the signal STA is not input from the outside but is generated spontaneously based on the clock signal CK1. For example, the clock signals CK1 and CK2 are generated by the free-run oscillation operation of the oscillation circuits 101 and 102. Then, the signal level of the signal STA is changed using the clock signal CK1 generated by the free-run oscillation operation, and the pulse signal STA is spontaneously generated. Then, as shown in FIGS. 3 and 4 to be described later, the time difference between the signals STA and STP is obtained by comparing the phase of the signal STP whose signal level transitions in response to the signal STA and the clock signal CK2 generated by the oscillation operation. Time digital conversion for obtaining a digital value DQ corresponding to is realized.

この場合に、時間測定の基準となるタイミングが規定されていないと、前述の特許文献4の従来手法のように回路処理が複雑化したり、変換時間が長くなったり、精度が低下するなどの問題が生じてしまう。   In this case, if the timing used as a reference for time measurement is not specified, problems such as complicated circuit processing, long conversion time, and reduced accuracy as in the conventional method of Patent Document 4 described above. Will occur.

そこで本実施形態では、同期化回路110を更に設け、発振動作により生成されるクロック信号CK1、CK2を、同期化回路110により位相同期させる。例えば位相同期タイミング毎にクロック信号CK1、CK2を位相同期させる。こうすることで、位相同期タイミングを基準タイミングとして、クロック信号CK1、CK2を用いた時間デジタル変換を実現できるため、回路処理の複雑化などの問題を解決できる。また位相同期タイミングにおいてクロック信号CK1、CK2を位相同期させることで、変換時間の短縮化や精度の向上等の実現も可能になり、時間デジタル変換の高性能化を実現できる。   Therefore, in this embodiment, the synchronization circuit 110 is further provided, and the clock signals CK1 and CK2 generated by the oscillation operation are phase-synchronized by the synchronization circuit 110. For example, the clock signals CK1 and CK2 are phase-synchronized at each phase synchronization timing. In this way, time digital conversion using the clock signals CK1 and CK2 can be realized using the phase synchronization timing as a reference timing, so that problems such as complicated circuit processing can be solved. Further, by synchronizing the phase of the clock signals CK1 and CK2 at the phase synchronization timing, the conversion time can be shortened and the accuracy can be improved, and the performance of time digital conversion can be improved.

より具体的には時間デジタル変換回路20は、位相同期タイミングの後、クロック信号CK1のクロックサイクル毎に、信号STAの信号レベルを遷移させる。例えばクロック信号CK1は、クロックサイクル毎に信号レベルが遷移(例えば立ち上がり遷移又は立ち下がり遷移)するが、このクロック信号CK1の信号レベルの遷移に同期するように、信号STAの信号レベルを遷移させる。   More specifically, the time digital conversion circuit 20 changes the signal level of the signal STA every clock cycle of the clock signal CK1 after the phase synchronization timing. For example, the signal level of the clock signal CK1 transitions (for example, rising transition or falling transition) every clock cycle, but the signal level of the signal STA is shifted so as to be synchronized with the transition of the signal level of the clock signal CK1.

こうすることで、クロック信号CK1のクロック周波数f1に対応した短い周期で、時間デジタル変換に用いられる信号STAのパルス信号を生成できるようになるため、時間デジタル変換の高速化等を図れる。例えば前述の特許文献4の従来手法では、1回の時間測定で1回のスタート信号しか生成しないため、時間デジタル変換の変換時間が非常に長くなってしまう問題点がある。これに対して、位相同期タイミングの後、クロック信号CK1のクロックサイクル毎に、信号STAの信号レベルを遷移させる手法によれば、このような問題点を解消して、時間デジタル変換の高速化等を実現できる。   By doing so, the pulse signal of the signal STA used for the time digital conversion can be generated with a short period corresponding to the clock frequency f1 of the clock signal CK1, so that the time digital conversion can be speeded up. For example, the conventional method of Patent Document 4 described above has a problem that the conversion time of time digital conversion becomes very long because only one start signal is generated by one time measurement. On the other hand, according to the technique in which the signal level of the signal STA is transitioned every clock cycle of the clock signal CK1 after the phase synchronization timing, such a problem is solved and the time digital conversion is speeded up. Can be realized.

更に具体的には時間デジタル変換回路20は、信号STAに対応して信号レベルが遷移する信号STPと、クロック信号CK2との位相比較を、クロック信号CK1のクロックサイクル毎に行うことで、時間差に対応するデジタル値DQを求める。即ち、クロックサイクル毎にクロック信号CK1に基づき信号STAを生成すると共に、クロックサイクル毎に信号STPとクロック信号CK2との位相比較を行う。   More specifically, the time digital conversion circuit 20 performs phase comparison between the signal STP whose signal level transitions in response to the signal STA and the clock signal CK2 every clock cycle of the clock signal CK1, thereby obtaining a time difference. Find the corresponding digital value DQ. That is, the signal STA is generated based on the clock signal CK1 every clock cycle, and the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 is performed every clock cycle.

このようにすることで、クロックサイクル毎に信号STPとクロック信号CK2との位相比較の結果を得ることが可能になり、得られた位相比較の結果に基づいて、時間差に対応するデジタル値DQを求めることが可能になる。従って、時間デジタル変換の大幅な高速化を図れる。   In this way, it becomes possible to obtain the result of phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 every clock cycle, and based on the obtained result of phase comparison, the digital value DQ corresponding to the time difference is obtained. It becomes possible to ask. Therefore, the time digital conversion can be greatly speeded up.

また同期化回路110は、後に詳述するように、クロック信号CK1、CK2を位相同期タイミング毎に位相同期させている。そして時間デジタル変換回路20は、クロック信号CK1、CK2の第1の位相同期タイミングと第2の位相同期タイミングの間の測定期間において、クロックサイクル毎にクロック信号CK1に基づき信号STAの信号レベルを遷移させ、クロックサイクル毎に信号STPとクロック信号CK2の位相比較を行う。   Further, as will be described later in detail, the synchronization circuit 110 synchronizes the clock signals CK1 and CK2 at each phase synchronization timing. Then, the time digital conversion circuit 20 changes the signal level of the signal STA based on the clock signal CK1 for each clock cycle in the measurement period between the first phase synchronization timing and the second phase synchronization timing of the clock signals CK1 and CK2. The phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 is performed every clock cycle.

このようにすれば、第1、第2の位相同期タイミングの間の測定期間において、クロック信号CK1に基づく信号STAを用いて、信号STPとクロック信号CK2の複数回の位相比較を行って、時間デジタル変換のための測定処理を実行できるようになる。従って、1回の測定期間において1回の時間測定しかできない特許文献4の従来手法に比べて、時間デジタル変換の大幅な高速化が可能になる。   In this way, in the measurement period between the first and second phase synchronization timings, the signal STP and the clock signal CK2 are compared several times using the signal STA based on the clock signal CK1, and the time is Measurement processing for digital conversion can be executed. Therefore, compared with the conventional method of Patent Document 4 in which only one time measurement can be performed in one measurement period, time digital conversion can be significantly speeded up.

なお信号STPとクロック信号CK2の位相比較は、例えばクロック信号CK2に対して信号STPの位相が遅れているのか、進んでいるのかなどを判断する処理である。この位相比較は、例えば信号STP及びクロック信号CK2の一方の信号に基づき他方の信号をサンプリングすることなどで実現できる。   The phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 is a process for determining whether the phase of the signal STP is delayed or advanced with respect to the clock signal CK2, for example. This phase comparison can be realized, for example, by sampling the other signal based on one of the signal STP and the clock signal CK2.

発振回路101、102は、発振子XTAL1、XTAL2を発振させる回路である。例えば発振回路101(第1の発振回路)は、発振子XTAL1(第1の発振子)を発振させて、クロック周波数f1のクロック信号CK1を生成する。発振回路102(第2の発振回路)は、発振子XTAL2(第2の発振子)を発振させて、クロック周波数f2のクロック信号CK2を生成する。例えばクロック周波数はf1>f2の関係になる。   The oscillation circuits 101 and 102 are circuits that oscillate the oscillators XTAL1 and XTAL2. For example, the oscillator circuit 101 (first oscillator circuit) oscillates the oscillator XTAL1 (first oscillator) to generate the clock signal CK1 having the clock frequency f1. The oscillator circuit 102 (second oscillator circuit) oscillates the oscillator XTAL2 (second oscillator) to generate the clock signal CK2 having the clock frequency f2. For example, the clock frequency has a relationship of f1> f2.

発振回路101、102の各々は、発振子(XTAL1、XTAL2)の一端と他端の間に設けられる発振用のバッファー回路(インバータ回路)を含むことができる。バッファー回路は1又は複数段(奇数段)のインバーター回路により構成できる。バッファー回路は、発振のイネーブル・ディスエーブルの制御や、流れる電流の制御が可能な回路であってもよい。発振回路101、102の各々は、発振子の一端と他端の間に設けられた帰還抵抗や、発振子の一端に接続される第1のキャパシター又は第1の可変容量回路や、発振子の他端に接続される第2のキャパシター又は第2の可変容量回路を含むことができる。可変容量回路を設けることで発振周波数の微調整が可能になる。なお、発振子の一端及び他端の一方のみに、キャパシター又は可変容量回路を設けるようにしてもよい。   Each of the oscillation circuits 101 and 102 can include an oscillation buffer circuit (inverter circuit) provided between one end and the other end of the oscillator (XTAL1, XTAL2). The buffer circuit can be composed of one or a plurality of (odd number) inverter circuits. The buffer circuit may be a circuit capable of controlling oscillation enable / disable and controlling the flowing current. Each of the oscillation circuits 101 and 102 includes a feedback resistor provided between one end and the other end of the oscillator, a first capacitor or a first variable capacitance circuit connected to one end of the oscillator, A second capacitor or a second variable capacitance circuit connected to the other end can be included. By providing a variable capacitance circuit, the oscillation frequency can be finely adjusted. Note that a capacitor or a variable capacitance circuit may be provided only on one end and the other end of the oscillator.

発振子XTAL1、XTAL2は例えば圧電振動子である。具体的には発振子XTAL1、XTAL2は例えば水晶振動子である。例えばATカットタイプやSCカットタイプなどの厚みすべり振動タイプの水晶振動子である。例えば発振子XTAL1、XTAL2は、シンプルパッケージタイプ(SPXO)の振動子であってもよいし、恒温槽を備えるオーブン型タイプ(OCXO)、或いは恒温槽を備えない温度補償型タイプ(TCXO)の振動子であってもよい。また発振子XTAL1、XTAL2として、SAW(Surface Acoustic Wave)共振子、シリコン製振動子としてのMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)振動子等を採用してもよい。   The oscillators XTAL1 and XTAL2 are, for example, piezoelectric vibrators. Specifically, the oscillators XTAL1 and XTAL2 are, for example, crystal resonators. For example, a thickness shear vibration type crystal resonator such as an AT cut type or an SC cut type. For example, the oscillators XTAL1 and XTAL2 may be a simple package type (SPXO) vibrator, an oven type type (OCXO) having a thermostat, or a temperature compensated type (TCXO) having no thermostat. It may be a child. Further, as the resonators XTAL1 and XTAL2, a SAW (Surface Acoustic Wave) resonator, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) resonator as a silicon resonator, or the like may be employed.

このように図1では、クロック信号CK1は、発振子XTAL1を用いて生成されるクロック信号であり、クロック信号CK2は、発振子XTAL2を用いて生成されるクロック信号である。このように発振子により生成したクロック信号を用いることで、発振子を用いない手法に比べて、時間デジタル変換の精度の向上等を図れる。但し、本実施形態はこれに限定されず、クロック信号CK1、CK2は、少なくともクロック周波数が異なっていればよく、例えばリングオシレーター回路などのクロック信号生成回路により生成されたクロック信号であってもよい。また発振回路と発振子がパッケージに収容された発振器からのクロック信号を用いてもよい。   As described above, in FIG. 1, the clock signal CK1 is a clock signal generated using the oscillator XTAL1, and the clock signal CK2 is a clock signal generated using the oscillator XTAL2. By using the clock signal generated by the oscillator in this way, it is possible to improve the accuracy of time digital conversion compared to a method not using the oscillator. However, the present embodiment is not limited to this, and the clock signals CK1 and CK2 may be clock signals generated by a clock signal generation circuit such as a ring oscillator circuit as long as at least the clock frequencies are different. . Further, a clock signal from an oscillator in which an oscillation circuit and an oscillator are housed in a package may be used.

図2は、クロック周波数差を用いた時間デジタル変換手法の説明図である。t0で、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミング(位相)が一致している。その後、t1、t2、t3・・・では、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミングの時間差であるクロック間時間差TR(位相差)が、Δt、2Δt、3Δtというように長くなって行く。図2では、クロック間時間差を、TRの幅のパルス信号で表している。   FIG. 2 is an explanatory diagram of a time digital conversion method using a clock frequency difference. At t0, the transition timings (phases) of the clock signals CK1 and CK2 match. Thereafter, at t1, t2, t3,..., The clock time difference TR (phase difference), which is the time difference between the transition timings of the clock signals CK1, CK2, becomes longer as Δt, 2Δt, and 3Δt. In FIG. 2, the time difference between clocks is represented by a pulse signal having a width of TR.

ここでクロック信号CK1、CK2のクロック周波数をf1、f2とした場合に、時間デジタル変換の分解能(時間分解能)は、Δt=|1/f1−1/f2|=|f1−f2|/(f1×f2)と表すことができる。本実施形態の時間デジタル変換手法では、例えば複数の発振子を用い、そのクロック周波数差を用いて時間をデジタル値に変換する。図2を例にとれば、クロック信号CK1、CK2の周波数差Δf=|f1−f2|を用いて時間をデジタル値に変換する。別の言い方をすれば、クロック信号CK1、CK2の周波数差Δf=|f1−f2|に対応する分解能Δtで時間をデジタル値に変換する。例えばノギスの原理を利用して時間をデジタル値に変換する。分解能Δtは少なくとも|f1−f2|/(f1×f2)だけあればよく、実質的な分解能は|f1−f2|/(f1×f2)より小さくてもよい。   Here, when the clock frequencies of the clock signals CK1 and CK2 are f1 and f2, the resolution of time digital conversion (time resolution) is Δt = | 1 / f1-1 / f2 | = | f1-f2 | / (f1 Xf2). In the time digital conversion method of this embodiment, for example, a plurality of oscillators are used, and the time is converted into a digital value using the clock frequency difference. Taking FIG. 2 as an example, time is converted to a digital value using the frequency difference Δf = | f1−f2 | between the clock signals CK1 and CK2. In other words, the time is converted into a digital value with a resolution Δt corresponding to the frequency difference Δf = | f1−f2 | between the clock signals CK1 and CK2. For example, time is converted into a digital value using the caliper principle. The resolution Δt only needs to be at least | f1−f2 | / (f1 × f2), and the substantial resolution may be smaller than | f1−f2 | / (f1 × f2).

図3は、信号STA(第1の信号、スタート信号)と信号STP(第2の信号、ストップ信号)の関係を示す図である。本実施形態の時間デジタル変換回路20は、信号STAと信号STPの遷移タイミングの時間差TDFをデジタル値に変換する。なお図3では、TDFは、信号STAと信号STPの立ち上がりの遷移タイミング間(立ち上がりエッジ間)の時間差となっているが、信号STAと信号STPの立ち下がりの遷移タイミング間(立ち下がりエッジ間)の時間差であってもよい。   FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the signal STA (first signal, start signal) and the signal STP (second signal, stop signal). The time digital conversion circuit 20 of the present embodiment converts the time difference TDF between the transition timings of the signal STA and the signal STP into a digital value. In FIG. 3, TDF is the time difference between the rising transition timings of the signal STA and the signal STP (between rising edges), but between the falling transition timings of the signal STA and the signal STP (between falling edges). The time difference may be.

図4は、信号STA、STPを用いた物理量測定の例を示す図である。例えば本実施形態の回路装置10を含む物理量測定装置は、信号STAを用いて照射光(例えばレーザー光)を対象物(例えば車の周囲の物体)に出射する。そして対象物からの反射光の受光により信号STPが生成される。例えば物理量測定装置は、受光信号を波形整形することで信号STPを生成する。このようにすれば、信号STAと信号STPの遷移タイミングの時間差TDFをデジタル値に変換することで、例えばタイムオブフライト(TOF)の方式で、対象物との距離を物理量として測定でき、例えば車の自動運転などに利用できる。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of physical quantity measurement using the signals STA and STP. For example, the physical quantity measuring device including the circuit device 10 of the present embodiment emits irradiation light (for example, laser light) to an object (for example, an object around the car) using the signal STA. A signal STP is generated by receiving reflected light from the object. For example, the physical quantity measuring device generates a signal STP by shaping the light reception signal. In this way, by converting the time difference TDF between the transition timings of the signal STA and the signal STP into a digital value, the distance to the object can be measured as a physical quantity by, for example, a time-of-flight (TOF) method. It can be used for automatic driving.

或いは物理量測定装置は、信号STAを用いて送信音波(例えば超音波)を対象物(例えば生体)に送信する。そして対象物からの受信音波の受信により信号STPが生成される。例えば物理量測定装置は、受信音波を波形整形することで信号STPを生成する。このようにすれば、信号STAと信号STPの遷移タイミングの時間差TDFをデジタル値に変換することで、対象物との距離等を測定でき、超音波による生体情報の測定などが可能になる。   Alternatively, the physical quantity measuring device transmits a transmission sound wave (for example, an ultrasonic wave) to an object (for example, a living body) using the signal STA. A signal STP is generated by receiving the received sound wave from the object. For example, the physical quantity measuring device generates the signal STP by shaping the waveform of the received sound wave. In this way, by converting the time difference TDF between the transition timings of the signal STA and the signal STP into a digital value, the distance to the object can be measured, and biological information can be measured using ultrasonic waves.

なお図3、図4において、信号STAにより送信データを送信し、受信データの受信による信号STPを用いることで、送信データを送信してから受信データを受信するまでの時間を測定してもよい。また本実施形態の物理量測定装置により測定される物理量は、時間、距離には限定されず、流量、流速、周波数、速度、加速度、角速度又は角加速度等の種々の物理量が考えられる。   3 and 4, the transmission data is transmitted by the signal STA, and the signal STP by the reception of the reception data may be used to measure the time from transmission data transmission to reception data reception. . In addition, the physical quantity measured by the physical quantity measuring apparatus of the present embodiment is not limited to time and distance, and various physical quantities such as a flow rate, a flow velocity, a frequency, a velocity, an acceleration, an angular velocity, or an angular acceleration can be considered.

2.時間デジタル変換回路
図5に時間デジタル変換回路20の第1の構成例を示す。時間デジタル変換回路20は、位相検出器21、22、カウンター44、処理部30、信号出力部32を含む。なお時間デジタル変換回路20は図5の構成には限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
2. Time Digital Conversion Circuit FIG. 5 shows a first configuration example of the time digital conversion circuit 20. The time digital conversion circuit 20 includes phase detectors 21 and 22, a counter 44, a processing unit 30, and a signal output unit 32. The time-digital conversion circuit 20 is not limited to the configuration shown in FIG. 5, and various modifications such as omitting some of these components or adding other components are possible.

位相検出器21(位相比較器)は、クロック信号CK1、CK2が入力され、リセット信号RSTをカウンター44に出力する。例えば位相同期タイミングにおいてアクティブになるパルス信号のリセット信号RSTを出力する。   The phase detector 21 (phase comparator) receives the clock signals CK 1 and CK 2 and outputs a reset signal RST to the counter 44. For example, a reset signal RST of a pulse signal that becomes active at the phase synchronization timing is output.

位相検出器22(位相比較器)は、信号STPとクロック信号CK2が入力され、位相比較結果である信号PQ2を出力する。位相検出器22は、例えば信号STP、クロック信号CK2の一方の信号を他方の信号でサンプリングすることで、信号STPとクロック信号CK2の位相比較を行う。   The phase detector 22 (phase comparator) receives the signal STP and the clock signal CK2, and outputs a signal PQ2 that is a phase comparison result. The phase detector 22 compares the phase of the signal STP and the clock signal CK2, for example, by sampling one of the signal STP and the clock signal CK2 with the other signal.

カウンター44は、位相検出器22からのリセット信号RSTに基づいて、そのカウント値TCNTがリセットされる。そして位相検出器22からの位相比較結果の信号PQ2に基づいてカウント値TCNTのカウント処理を行う。例えばクロック信号CK2に基づいてカウント処理を行う。具体的には、カウンター44は、信号STPとクロック信号CK2の位相比較結果の信号PQ2が第1の電圧レベル(例えばLレベル)である場合には、カウント値TCNTが非更新となり、位相比較結果の信号PQ2が第2の電圧レベル(例えばHレベル)である場合には、カウント値TCNTが更新される。そして時間デジタル変換回路20は、カウンター44のカウント値TCNTに基づいて、時間差に対応するデジタル値DQを求める。   The counter 44 resets the count value TCNT based on the reset signal RST from the phase detector 22. Based on the phase comparison result signal PQ2 from the phase detector 22, the count value TCNT is counted. For example, the count process is performed based on the clock signal CK2. Specifically, when the signal PQ2 of the phase comparison result between the signal STP and the clock signal CK2 is at the first voltage level (for example, L level), the counter 44 does not update the count value TCNT, and the phase comparison result When the signal PQ2 is at the second voltage level (for example, H level), the count value TCNT is updated. Then, the time digital conversion circuit 20 obtains a digital value DQ corresponding to the time difference based on the count value TCNT of the counter 44.

このようにすれば、カウンター44によりカウント値TCNTのカウント処理を行うという簡素な回路処理で、デジタル値DQを求めることができ、回路処理が複雑化してしまう前述の従来手法に比べて、回路処理の簡素化を図れるようになる。   In this way, the digital value DQ can be obtained by a simple circuit process in which the counter 44 performs the count process of the count value TCNT, and the circuit process is more complicated than the above-described conventional technique that complicates the circuit process. Can be simplified.

処理部30は、信号STAと信号STPの時間差に対応するデジタル値DQを求める演算処理を行う。具体的には処理部30は、カウント値TCNTに基づいて、デジタル値DQを求める演算処理を行う。処理部30は、例えばASICのロジック回路や、或いはCPU等のプロセッサーなどにより実現できる。   The processing unit 30 performs arithmetic processing for obtaining a digital value DQ corresponding to the time difference between the signal STA and the signal STP. Specifically, the processing unit 30 performs a calculation process for obtaining the digital value DQ based on the count value TCNT. The processing unit 30 can be realized by, for example, an ASIC logic circuit or a processor such as a CPU.

信号出力部32は、クロック信号CK1に基づいて信号STAを出力する。例えば信号出力部32は、クロック信号CK1に基づいて、クロック信号CK1のクロックサイクル毎に信号STAを出力する。図5では、信号出力部32はバッファー回路BF1により構成され、クロック信号CK1をバッファリングした信号を、信号STAとして出力する。このようにすることで、クロック信号CK1のクロックサイクル毎に信号レベルが遷移する信号STAを自発的に生成して出力できるようになる。   The signal output unit 32 outputs a signal STA based on the clock signal CK1. For example, the signal output unit 32 outputs the signal STA for each clock cycle of the clock signal CK1 based on the clock signal CK1. In FIG. 5, the signal output unit 32 includes a buffer circuit BF1, and outputs a signal obtained by buffering the clock signal CK1 as a signal STA. In this way, the signal STA whose signal level transitions every clock cycle of the clock signal CK1 can be spontaneously generated and output.

図6に、位相検出器22の構成例を示す。位相検出器22は、例えばフリップフロップ回路DFBにより構成される。フリップフロップ回路DFBのデータ端子には信号STPが入力され、クロック端子にはクロック信号CK2が入力される。これにより、信号STPをクロック信号CK2でサンプリングすることによる位相比較を実現できる。なおフリップフロップ回路DFBのデータ端子にクロック信号CK2を入力し、クロック端子に信号STPを入力するようにしてもよい。これにより、クロック信号CK2を信号STPでサンプリングすることによる位相比較を実現できる。   FIG. 6 shows a configuration example of the phase detector 22. The phase detector 22 is configured by, for example, a flip-flop circuit DFB. The signal STP is input to the data terminal of the flip-flop circuit DFB, and the clock signal CK2 is input to the clock terminal. Thereby, the phase comparison by sampling the signal STP with the clock signal CK2 can be realized. Note that the clock signal CK2 may be input to the data terminal of the flip-flop circuit DFB, and the signal STP may be input to the clock terminal. Thereby, the phase comparison by sampling the clock signal CK2 with the signal STP can be realized.

図7は、図5の第1の構成例の時間デジタル変換回路20の動作を説明する信号波形図である。図7では位相同期タイミングTMにおいてクロック信号CK1、CK2の位相同期が行われている。具体的には位相同期タイミングTMにおいてクロック信号CK1、CK2の遷移タイミング(例えば立ち上がり遷移タイミング。立ち上がりエッジ)を一致させる位相同期が行われている。この位相同期は図1の同期化回路110により行われる。この位相同期タイミングTMにおいて、カウンター44のカウント値TCNTが例えば0にリセットされる。   FIG. 7 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the time digital conversion circuit 20 of the first configuration example of FIG. In FIG. 7, the phase synchronization of the clock signals CK1 and CK2 is performed at the phase synchronization timing TM. Specifically, phase synchronization is performed so that the transition timings (eg, rising transition timing, rising edge) of the clock signals CK1 and CK2 coincide with each other at the phase synchronization timing TM. This phase synchronization is performed by the synchronization circuit 110 of FIG. At the phase synchronization timing TM, the count value TCNT of the counter 44 is reset to 0, for example.

なお、位相同期タイミングTMが、回路装置10のシステムにおいて既知のタイミングとなる場合には、位相同期タイミングTMは、例えばタイミング制御部(不図示)により設定される。この場合には図5の位相検出器21の機能はタイミング制御部により実現されることになる。即ちタイミング制御部が、位相同期タイミングTMにおいてアクティブになるリセット信号RSTを、カウンター44に出力する。   When the phase synchronization timing TM is a known timing in the system of the circuit device 10, the phase synchronization timing TM is set by, for example, a timing control unit (not shown). In this case, the function of the phase detector 21 in FIG. 5 is realized by the timing control unit. That is, the timing control unit outputs a reset signal RST that becomes active at the phase synchronization timing TM to the counter 44.

そして時間デジタル変換回路20は、クロック信号CK1、CK2の位相同期タイミングTMの後、クロック信号CK1に基づいて信号STAの信号レベルを遷移させる。具体的には、位相同期タイミングTMの後、クロック信号CK1のクロックサイクル毎に信号STAの信号レベルを遷移させる。例えば信号STAの信号レベルをLレベルからHレベルに遷移させる。例えば図5の信号出力部32が、クロック信号CK1をバッファー回路BF1によりバッファリングした信号を、信号STAとして出力することで、クロック信号CK1のクロックサイクル毎に信号STAの信号レベルが遷移するようになる。   Then, the time digital conversion circuit 20 changes the signal level of the signal STA based on the clock signal CK1 after the phase synchronization timing TM of the clock signals CK1 and CK2. Specifically, after the phase synchronization timing TM, the signal level of the signal STA is changed every clock cycle of the clock signal CK1. For example, the signal level of the signal STA is changed from L level to H level. For example, the signal output unit 32 of FIG. 5 outputs a signal obtained by buffering the clock signal CK1 by the buffer circuit BF1 as the signal STA so that the signal level of the signal STA transitions every clock cycle of the clock signal CK1. Become.

図7においてCCTはクロックサイクル値である。クロックサイクル値CCTは、クロック信号CK1のクロックサイクル毎に更新される。具体的にはクロックサイクル毎にインクリメントされる。なお、ここでは、説明の便宜上、最初のクロックサイクルのクロックサイクル値をCCT=0としている。このため次のクロックサイクルのクロックサイクル値はCCT=1になる。また図7では、CCTはクロック信号CK1のクロックサイクル値となっているが、クロック信号CK2のクロックサイクル値を用いてもよい。   In FIG. 7, CCT is a clock cycle value. The clock cycle value CCT is updated every clock cycle of the clock signal CK1. Specifically, it is incremented every clock cycle. Here, for convenience of explanation, the clock cycle value of the first clock cycle is CCT = 0. Therefore, the clock cycle value of the next clock cycle is CCT = 1. In FIG. 7, CCT is the clock cycle value of the clock signal CK1, but the clock cycle value of the clock signal CK2 may be used.

このように、位相同期タイミングTMの後、クロック信号CK1に基づいて信号STAの信号レベルが遷移すると、図2、図3で説明したように、信号STAに対応して信号STPの信号レベルが遷移する。ここでは、信号STA、STPの遷移タイミングの時間差はTDFとなっている。   As described above, when the signal level of the signal STA transitions based on the clock signal CK1 after the phase synchronization timing TM, the signal level of the signal STP transitions corresponding to the signal STA as described with reference to FIGS. To do. Here, the time difference between the transition timings of the signals STA and STP is TDF.

この場合に時間デジタル変換回路20は、図7のG1〜G6に示すように、信号STPとクロック信号CK2との位相比較を行う。そして位相比較の結果に基づいて、信号STA、STPの遷移タイミングの時間差TDFに対応するデジタル値DQを求める。具体的には図5の処理部30が、位相検出器22からの位相比較結果の信号PQ2に基づいて、デジタル値DQを求める演算処理を行う。   In this case, the time digital conversion circuit 20 performs a phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2, as indicated by G1 to G6 in FIG. Based on the result of the phase comparison, a digital value DQ corresponding to the time difference TDF between the transition timings of the signals STA and STP is obtained. Specifically, the processing unit 30 in FIG. 5 performs a calculation process for obtaining the digital value DQ based on the signal PQ2 as a result of the phase comparison from the phase detector 22.

例えば図2で説明したように、位相同期タイミングTMの後、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミングの時間差であるクロック間時間差TRは、例えばΔt、2Δt、3Δt・・・6Δtというように、クロック信号CK1のクロックサイクル毎に増加して行く。本実施形態では、位相同期タイミングTMの後に、このようにΔtずつ増加するクロック間時間差TRに着目して、時間デジタル変換を実現している。   For example, as described with reference to FIG. 2, after the phase synchronization timing TM, the clock time difference TR, which is the time difference between the transition timings of the clock signals CK1 and CK2, is, for example, Δt, 2Δt, 3Δt. It increases every clock cycle of CK1. In the present embodiment, after the phase synchronization timing TM, time digital conversion is realized by paying attention to the time difference TR between clocks that increases by Δt in this way.

具体的には時間デジタル変換回路20は、図7のG1〜G6に示すようにクロックサイクル毎に信号STPとクロック信号CK2の位相比較を行う。この位相比較は、例えば信号STP及びクロック信号CK2の一方の信号を他方の信号でサンプリングすることで実現できる。例えば図6で説明したように、位相検出器22が信号STPをクロック信号CK2でサンプリングすることで、位相比較が実現される。なお、クロック信号CK2を信号STPでサンプリングすることで位相比較を実現してもよい。   Specifically, the time digital conversion circuit 20 performs phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 every clock cycle as indicated by G1 to G6 in FIG. This phase comparison can be realized, for example, by sampling one of the signal STP and the clock signal CK2 with the other signal. For example, as described with reference to FIG. 6, the phase detector 22 samples the signal STP with the clock signal CK2, thereby realizing phase comparison. Note that the phase comparison may be realized by sampling the clock signal CK2 with the signal STP.

そして図7のG1〜G3では、信号STPをクロック信号CK2でサンプリングした信号である位相比較結果の信号PQ2は、Lレベルになっている。即ちG1〜G3では、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が遅れているため、信号PQ2はLレベルになる。なおクロック信号CK2を信号STPでサンプリングする位相比較を行った場合には、G1〜G3において信号PQ2はHレベルになる。   In G1 to G3 in FIG. 7, the phase comparison result signal PQ2, which is a signal obtained by sampling the signal STP with the clock signal CK2, is at the L level. That is, in G1 to G3, since the signal STP is delayed in phase from the clock signal CK2, the signal PQ2 becomes L level. Note that when phase comparison is performed by sampling the clock signal CK2 with the signal STP, the signal PQ2 becomes H level in G1 to G3.

このように図7のG1〜G3では、信号STPとクロック信号CK2の位相比較の結果により、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が遅れていると判断されている。別の言い方をすれば、G1、G2、G3では、各々、TDF>TR=Δt、TDF>TR=2Δt、TDF>TR=3Δtとなっており、信号STA、STPの遷移タイミングの時間差TDFの方が、クロック信号CK1、CK2のクロック間時間差TRよりも長くなっている。   As described above, in G1 to G3 in FIG. 7, it is determined that the phase of the signal STP is delayed from that of the clock signal CK2 based on the result of the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2. In other words, in G1, G2, and G3, TDF> TR = Δt, TDF> TR = 2Δt, and TDF> TR = 3Δt, respectively, and the time difference TDF between the transition timings of the signals STA and STP However, it is longer than the clock time difference TR between the clock signals CK1 and CK2.

そして図7のG4では、信号STPとクロック信号CK2の位相の前後関係が入れ替わっている。例えば信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が遅れている状態から、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が進んでいる状態に入れ替わっている。   In G4 of FIG. 7, the phase relationship between the signal STP and the clock signal CK2 is switched. For example, the signal STP is switched from a state in which the phase is delayed with respect to the clock signal CK2 to a state in which the signal STP is advanced in phase with respect to the clock signal CK2.

このように位相の前後関係が入れ替わると、G4〜G6に示すように、信号STPをクロック信号CK2でサンプリングした信号である位相比較結果の信号PQ2は、Hレベルになる。即ちG4〜G6では、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が進んでいるため、信号PQ2はHレベルになる。なおクロック信号CK2を信号STPでサンプリングする位相比較を行った場合には、G4〜G6において信号PQ2はLレベルになる。   Thus, when the phase relationship of the phases is switched, as shown in G4 to G6, the phase comparison result signal PQ2, which is a signal obtained by sampling the signal STP with the clock signal CK2, becomes H level. That is, in G4 to G6, the signal STP has a higher phase than the clock signal CK2, and therefore the signal PQ2 becomes H level. When phase comparison is performed by sampling the clock signal CK2 with the signal STP, the signal PQ2 becomes L level in G4 to G6.

このようにG4〜G6では、信号STPとクロック信号CK2の位相比較の結果により、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が進んでいると判断されている。別の言い方をすれば、G4、G5、G6では、各々、TDF<TR=4Δt、TDF<TR=5Δt、TDF<TR=6Δtとなっており、信号STA、STPの遷移タイミングの時間差TDFの方が、クロック信号CK1、CK2のクロック間時間差TRよりも短くなっている。   As described above, in G4 to G6, it is determined that the phase of the signal STP is more advanced than that of the clock signal CK2 based on the result of the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2. In other words, in G4, G5, and G6, TDF <TR = 4Δt, TDF <TR = 5Δt, and TDF <TR = 6Δt, respectively, and the time difference TDF between the transition timings of the signals STA and STP However, it is shorter than the time difference TR between clocks of the clock signals CK1 and CK2.

そして図7のG1〜G3では、位相比較結果の信号PQ2がLレベルであり、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が遅れていると判断されている。この場合には、図5のカウンター44のカウント値TCNTは非更新になる。例えば、カウント値TCNTは0から増加しない。一方、G4〜G6では、位相比較結果の信号PQ2がHレベルであり、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が進んでいると判断されている。この場合には、カウンター44のカウント値TCNTが更新される。例えば、カウント値TCNTはクロックサイクル毎に例えば1ずつインクリメントされる。   In G1 to G3 in FIG. 7, the signal PQ2 as a result of the phase comparison is at the L level, and it is determined that the phase of the signal STP is delayed with respect to the clock signal CK2. In this case, the count value TCNT of the counter 44 in FIG. 5 is not updated. For example, the count value TCNT does not increase from zero. On the other hand, in G4 to G6, the signal PQ2 of the phase comparison result is at the H level, and it is determined that the phase of the signal STP is ahead of that of the clock signal CK2. In this case, the count value TCNT of the counter 44 is updated. For example, the count value TCNT is incremented by 1 for each clock cycle, for example.

時間デジタル変換回路20(処理部30)は、このようにして求められたカウント値TCNTを用いて、時間差TDFに対応するデジタル値DQを求める。例えばカウント値TCNTで表されるコードの変換処理を行うことで、最終的なデジタル値DQである出力コードを求めて出力する。   The time digital conversion circuit 20 (processing unit 30) obtains a digital value DQ corresponding to the time difference TDF using the count value TCNT obtained in this way. For example, the code represented by the count value TCNT is converted to obtain and output an output code that is the final digital value DQ.

なお図7では、クロック信号CK2に比べて信号STPの方が、位相が遅れている場合にカウント値TCNTが非更新となり、位相が進んでいる場合にカウント値TCNTが更新されているが、この逆であってもよい。例えば、クロック信号CK2に比べて信号STPの方が、位相が遅れている場合(G1〜G3)にカウント値TCNTが更新され、位相が進んでいる場合(G4〜G6)にカウント値TCNTが非更新となってもよい。即ち、少なくとも、位相比較結果の信号PQ2が、第1の電圧レベルの場合に、カウント値TCNTが非更新になり、第2の電圧レベルの場合にカウント値TCNTが更新されればよい。この場合には、カウント値TCNTが非更新となる第1の電圧レベルが、例えばHレベル(G4〜G6)になり、カウント値TCNTが更新される第2の電圧レベル(G1〜G3)が、例えばLレベルになる。   In FIG. 7, the count value TCNT is not updated when the phase of the signal STP is delayed compared to the clock signal CK2, and the count value TCNT is updated when the phase is advanced. The reverse may be possible. For example, the count value TCNT is updated when the phase of the signal STP is delayed compared to the clock signal CK2 (G1 to G3), and the count value TCNT is not set when the phase is advanced (G4 to G6). It may be updated. That is, at least when the signal PQ2 of the phase comparison result is at the first voltage level, the count value TCNT is not updated, and when the signal PQ2 is at the second voltage level, the count value TCNT is updated. In this case, the first voltage level at which the count value TCNT is not updated is, for example, the H level (G4 to G6), and the second voltage level (G1 to G3) at which the count value TCNT is updated is For example, it becomes L level.

図8は本実施形態の時間デジタル変換手法の説明図である。位相同期タイミングTMA、TMBにおいて、同期化回路110によりクロック信号CK1、CK2の位相同期が行われる。これによりクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングが位相同期タイミングTMA、TMBにおいて一致するようになる。そして、位相同期タイミングTMAとTMBの間が測定期間TSとなる。本実施形態ではこの測定期間TSにおいて、時間差TDFに対応するデジタル値DQを求める。   FIG. 8 is an explanatory diagram of the time digital conversion method of this embodiment. At the phase synchronization timings TMA and TMB, the synchronization circuit 110 performs phase synchronization of the clock signals CK1 and CK2. Thereby, the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 coincide with each other at the phase synchronization timings TMA and TMB. A period between the phase synchronization timings TMA and TMB is a measurement period TS. In the present embodiment, a digital value DQ corresponding to the time difference TDF is obtained in the measurement period TS.

具体的には図7で説明したように、位相同期タイミングTMA(TM)の後、クロック信号CK1に基づいて信号STAの信号レベルが遷移し、信号STAに対応して信号STPの信号レベルが遷移する。この場合に図7、図8のG4に示すように、時間デジタル変換回路20は、信号STPとクロック信号CK2の位相の前後関係が入れ替わるタイミングを特定することで、時間差TDFに対応するデジタル値DQを求める。具体的には、位相の前後関係が入れ替わるクロックサイクルを特定することで、デジタル値DQを求める。   Specifically, as described in FIG. 7, after the phase synchronization timing TMA (TM), the signal level of the signal STA transitions based on the clock signal CK1, and the signal level of the signal STP transitions corresponding to the signal STA. To do. In this case, as indicated by G4 in FIG. 7 and FIG. 8, the time digital conversion circuit 20 specifies the timing at which the phase relationship between the signal STP and the clock signal CK2 is switched, and thereby the digital value DQ corresponding to the time difference TDF. Ask for. Specifically, the digital value DQ is obtained by specifying the clock cycle in which the phase relationship changes.

例えば図7のG1〜G3に示すように、CCT=1、2、3となるクロックサイクルでは、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が遅れており、TDF>TRとなっている。一方、G4に示すように、CCT=4となるクロックサイクルでは、信号STPとクロック信号CK2の位相の前後関係が入れ替わっている。即ちG4〜G6に示すように、CCT=4、5、6となるクロックサイクルでは、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が進んでおり、TDF<TRとなっている。   For example, as indicated by G1 to G3 in FIG. 7, in the clock cycle where CCT = 1, 2, and 3, the phase of the signal STP is delayed from that of the clock signal CK2, and TDF> TR. On the other hand, as indicated by G4, the phase relationship between the signal STP and the clock signal CK2 is switched in the clock cycle where CCT = 4. That is, as shown in G4 to G6, in the clock cycle where CCT = 4, 5, and 6, the phase of the signal STP is more advanced than that of the clock signal CK2, and TDF <TR.

このように本実施形態では、信号STPとクロック信号CK2の位相比較を行って、これらの信号の位相の前後関係が入れ替わるタイミングを特定(判定)することで、デジタル値DQを求めている。例えばG4に示すCCT=4となるクロックサイクルを特定することで、時間差TDFに対応するデジタル値DQは、例えばTR=4Δtに対応するデジタル値(或いは3Δtと4Δtの間の値に対応するデジタル値)であると判断できる。従って、図8の1回の測定期間TSで、時間差TDFをデジタル値DQに変換することが可能になるため、時間デジタル変換の高速化を図れる。   As described above, in the present embodiment, the digital value DQ is obtained by performing the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 and specifying (determining) the timing at which the phase relationship of these signals is switched. For example, by specifying the clock cycle in which CCT = 4 shown in G4, the digital value DQ corresponding to the time difference TDF is, for example, a digital value corresponding to TR = 4Δt (or a digital value corresponding to a value between 3Δt and 4Δt). ). Therefore, since the time difference TDF can be converted into the digital value DQ in one measurement period TS of FIG. 8, the time digital conversion can be speeded up.

例えば前述の特許文献4の従来手法では、時間計測を行う1回の測定期間において1つのスタートパルスしか発生しないため、最終的なデジタル値を得るためには、非常に多い回数の測定期間を繰り返す必要がある。   For example, in the conventional method described in Patent Document 4 described above, since only one start pulse is generated in one measurement period in which time measurement is performed, a very large number of measurement periods are repeated in order to obtain a final digital value. There is a need.

これに対して本実施形態の手法によれば、図7、図8に示すように1回の測定期間TSにおいて、信号STAを、複数回発生させ、複数回(例えば1000回以上)の位相比較を行うことで、デジタル値DQを求めている。これにより、最終的なデジタル値DQを1回の測定期間TS内で求めることが可能になるため、従来手法に比べて時間デジタル変換を大幅に高速化できる。   On the other hand, according to the method of the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the signal STA is generated a plurality of times in one measurement period TS, and the phase comparison is performed a plurality of times (for example, 1000 times or more). To obtain the digital value DQ. As a result, the final digital value DQ can be obtained within one measurement period TS, so that time digital conversion can be greatly speeded up as compared with the conventional method.

なお図8において、測定期間TSの長さは、この測定期間TSでの例えばクロック信号CK1のクロック数N(クロックサイクル数)に相当する。例えば同期化回路110は、設定されたクロック数Nに対応する測定期間TS毎に、クロック信号CK1、CK2の位相同期を行うことになる。そして本実施形態では、高分解能の時間デジタル変換を実現するために、この測定期間TSでのクロック数Nを、例えば1000以上(或いは5000以上)というように非常に大きな数に設定する。例えばクロック信号CK1、CK2のクロック周波数をf1、f2とした場合に、本実施形態での時間デジタル変換の分解能は、Δt=|f1−f2|/(f1×f2)と表すことができる。従って、周波数差|f1−f2|が小さいほど、或いはf1×f2が大きいほど、分解能Δtは小さくなり、高分解能の時間デジタル変換を実現できる。そして分解能Δtが小さくなれば、測定期間TSでのクロック数Nも大きくなる。   In FIG. 8, the length of the measurement period TS corresponds to, for example, the number of clocks N (the number of clock cycles) of the clock signal CK1 in the measurement period TS. For example, the synchronization circuit 110 performs phase synchronization of the clock signals CK1 and CK2 every measurement period TS corresponding to the set number of clocks N. In this embodiment, in order to realize high-resolution time digital conversion, the number of clocks N in the measurement period TS is set to a very large number such as 1000 or more (or 5000 or more). For example, when the clock frequencies of the clock signals CK1 and CK2 are f1 and f2, the resolution of time digital conversion in this embodiment can be expressed as Δt = | f1−f2 | / (f1 × f2). Therefore, the smaller the frequency difference | f1−f2 | or the larger f1 × f2, the smaller the resolution Δt, thereby realizing a high-resolution time digital conversion. As the resolution Δt decreases, the number of clocks N in the measurement period TS also increases.

そして図5、図7で説明したカウンター44のカウント値TCNTは、図8の期間TSBの長さに相当する。ここでは、位相同期タイミングTMAから、位相の前後関係が入れ替わるG4のタイミングまでの前半の期間をTSFとし、G4のタイミングから位相同期タイミングTMBまでの後半の期間をTSBとしている。例えば期間TSFでのクロック信号CK1のクロック数(クロックサイクル数)をNFとした場合には、例えばN=NF+TCNTが成り立つ。例えば図7ではNF=4となるため、最終的なデジタル値DQ=4×Δtに対応する値は、クロック数NFに対応するデジタル値になる。このため時間デジタル変換回路20(処理部30)は、カウント値TCNTに基づいて、NF=N−TCNTに対応するデジタル値を求めることになる。例えばデジタル値DQが8ビットである場合には、クロック数Nに対応するデジタル値は例えば11111111になる。但し、カウンター44がクロック数NFのカウント処理を行って、デジタル値DQを求めるようにしてもよい。   The count value TCNT of the counter 44 described in FIGS. 5 and 7 corresponds to the length of the period TSB in FIG. Here, the first half period from the phase synchronization timing TMA to the G4 timing at which the phase relationship changes is TSF, and the second half period from the G4 timing to the phase synchronization timing TMB is TSB. For example, when the number of clocks (number of clock cycles) of the clock signal CK1 in the period TSF is NF, for example, N = NF + TCNT holds. For example, in FIG. 7, since NF = 4, a value corresponding to the final digital value DQ = 4 × Δt is a digital value corresponding to the clock number NF. Therefore, the time digital conversion circuit 20 (processing unit 30) obtains a digital value corresponding to NF = N−TCNT based on the count value TCNT. For example, when the digital value DQ is 8 bits, the digital value corresponding to the clock number N is, for example, 11111111. However, the counter 44 may perform a count process of the number of clocks NF to obtain the digital value DQ.

なお、測定期間TSに対応するクロック数Nを大きくした場合には、図7において測定可能な時間差TDFが短くなるため、ダイナミックレンジが小さくなってしまう。しかしながら本実施形態では、クロック数Nを大きくして分解能を高めながら、1回の測定期間TSにおいて時間デジタル変換を完了させている。これにより、例えばフラッシュ型のA/D変換のように変換処理の高速化を実現しながら、高分解能化も実現できるようになる。   Note that when the number of clocks N corresponding to the measurement period TS is increased, the time difference TDF that can be measured in FIG. 7 is shortened, so that the dynamic range is decreased. However, in this embodiment, the time digital conversion is completed in one measurement period TS while increasing the number of clocks N to increase the resolution. As a result, for example, high resolution can be realized while realizing high-speed conversion processing as in flash A / D conversion.

この場合に本実施形態では、常にクロックサイクル毎に信号STAを発生して位相比較を行うのではなく、特定の期間においてだけ信号STAを発生して位相比較を行うようにしてもよい。例えば後述するバイナリーサーチの手法により、デジタル値DQの探索範囲を絞った後に、その探索範囲に対応する期間において、クロックサイクル毎に信号STAを発生して位相比較を行い、最終的なデジタル値DQを求めるようにしてもよい。この場合には、例えば図8の測定期間TSにおいて、絞られた探索範囲に対応する期間においてだけ、クロックサイクル毎に信号STAを発生して位相比較を行う時間デジタル変換を行えばよい。例えばデジタル値DQが10ビットであり、測定期間TSがΔt〜1024Δtに対応する期間であったとする。この場合に、例えば探索範囲がΔt〜256Δtに絞られた場合には、Δt〜256Δtに対応する前半の期間においてだけ、クロックサイクル毎に信号STAを発生して位相比較を行うデジタル変換を行えばよい。   In this case, in this embodiment, the signal STA is not always generated and the phase comparison is performed every clock cycle, but the signal STA may be generated and the phase comparison is performed only in a specific period. For example, after the search range of the digital value DQ is narrowed by a binary search method described later, a signal STA is generated for each clock cycle in a period corresponding to the search range, and the phase comparison is performed. May be requested. In this case, for example, in the measurement period TS in FIG. 8, only in the period corresponding to the narrowed search range, the time digital conversion for generating the signal STA every clock cycle and performing the phase comparison may be performed. For example, it is assumed that the digital value DQ is 10 bits and the measurement period TS is a period corresponding to Δt to 1024Δt. In this case, for example, when the search range is narrowed to Δt to 256Δt, digital conversion for generating a signal STA for each clock cycle and performing phase comparison only in the first half period corresponding to Δt to 256Δt is performed. Good.

また図7、図8において位相の前後関係が入れ替わるタイミング(G4)が特定された後は、信号STAを発生しないようにして、省電力化等を図るようにしてもよい。   Further, after the timing (G4) at which the phase relationship is switched in FIGS. 7 and 8 is specified, the signal STA may not be generated to save power.

このように本実施形態の手法では、常にクロックサイクル毎に信号STAを発生して位相比較を行う必要は無く、ある特定の期間においてだけクロック信号CK1に基づく信号STAを発生するというように、種々の変形実施が可能である。   As described above, according to the method of the present embodiment, there is no need to always generate the signal STA every clock cycle and perform the phase comparison, and the signal STA based on the clock signal CK1 is generated only in a specific period. Can be implemented.

また本実施形態では図2で説明したように、時間デジタル変換回路20は、クロック信号CK1、CK2のクロック周波数f1、f2の周波数差Δf=|f1−f2|に対応する分解能Δtで時間デジタル変換を行う。例えば、分解能Δt=|f1−f2|/(f1×f2)で時間デジタル変換を行う。   In the present embodiment, as described with reference to FIG. 2, the time digital conversion circuit 20 performs the time digital conversion with the resolution Δt corresponding to the frequency difference Δf = | f1−f2 | between the clock frequencies f1 and f2 of the clock signals CK1 and CK2. I do. For example, time digital conversion is performed with a resolution Δt = | f1−f2 | / (f1 × f2).

このようにすれば、クロック周波数f1、f2の周波数差Δf=|f1−f2|を小さくすることで、分解能Δt=|f1−f2|/(f1×f2)を小さくすることが可能になり、高分解能の時間デジタル変換を実現できるようになる。   In this way, by reducing the frequency difference Δf = | f1−f2 | between the clock frequencies f1 and f2, it becomes possible to reduce the resolution Δt = | f1−f2 | / (f1 × f2). High-resolution temporal digital conversion can be realized.

更に具体的には時間デジタル変換回路20は、位相同期タイミングの後、第iのクロックサイクルでのクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングの時間差をTR=i×Δt(iは1以上の整数)とした場合に、分解能Δtで時間デジタル変換を行う。   More specifically, the time-to-digital conversion circuit 20 sets the time difference between the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 in the i-th clock cycle after the phase synchronization timing as TR = i × Δt (i is an integer of 1 or more). In this case, time digital conversion is performed with a resolution Δt.

例えば図9に示すように、クロック信号CK1、CK2の位相同期タイミングTMの後に、クロック信号CK1、CK2のクロック間時間差TR=i×Δtは、Δt、2Δt、3Δt・・・6Δtというように増加して行く。例えばクロック信号CK1の第1のクロックサイクル(i=1。CCT=1)では、TR=Δtとなり、第2のクロックサイクル(i=2。CCT=2)では、TR=2Δtとなる。同様に第3〜第6のクロックサイクル(i=3〜6。CCT=3〜6)では、TR=3Δt〜6Δtになる。   For example, as shown in FIG. 9, after the phase synchronization timing TM of the clock signals CK1 and CK2, the clock time difference TR = i × Δt between the clock signals CK1 and CK2 increases as Δt, 2Δt, 3Δt,. Go. For example, TR = Δt in the first clock cycle (i = 1, CCT = 1) of the clock signal CK1, and TR = 2Δt in the second clock cycle (i = 2, CCT = 2). Similarly, in the third to sixth clock cycles (i = 3 to 6, CCT = 3 to 6), TR = 3Δt to 6Δt.

そして本実施形態では、このように位相同期タイミングTMの後の第iのクロックサイクルでのクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングの時間差をTR=i×Δtとした場合に、G7に示すように分解能Δtで時間デジタル変換を行っている。即ち、位相同期タイミングTMの後に、クロック間時間差TR=i×Δtが、Δtずつ順次に増えて行くことを利用して、このクロック間時間差TRと時間差TDFの大小関係を判断することで、分解能Δtでの時間デジタル変換を実現している。   In this embodiment, when the time difference between the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 in the i-th clock cycle after the phase synchronization timing TM is set to TR = i × Δt as described above, the resolution is as shown in G7. Time digital conversion is performed at Δt. That is, by using the fact that the time difference between clocks TR = i × Δt sequentially increases by Δt after the phase synchronization timing TM, the magnitude relationship between the time difference between clocks TR and the time difference TDF is determined, thereby resolving the resolution. Time digital conversion at Δt is realized.

このようにすれば、クロック信号CK1、CK2のクロック周波数f1、f2の周波数差に対応する分解能Δtで、時間差TDFをデジタル値DQに変換できるようになり、高分解能の時間デジタル変換を実現できるようになる。   In this way, the time difference TDF can be converted into the digital value DQ with a resolution Δt corresponding to the frequency difference between the clock frequencies f1 and f2 of the clock signals CK1 and CK2, and high-resolution time-digital conversion can be realized. become.

具体的には時間デジタル変換回路20は、位相同期タイミングTMの後、第jのクロックサイクルにおいて、信号STPとクロック信号CK2の位相の前後関係が入れ替わった場合に、TR=j×Δtに対応するデジタル値を、時間差TDFに対応するデジタル値DQとして求めている。   Specifically, the time digital conversion circuit 20 corresponds to TR = j × Δt when the phase relationship between the signal STP and the clock signal CK2 is switched in the j-th clock cycle after the phase synchronization timing TM. The digital value is obtained as a digital value DQ corresponding to the time difference TDF.

例えば、図9では、位相同期タイミングTMの後、第4のクロックサイクル(j=4。CCT=4)で、信号STPとクロック信号CK2の位相の前後関係が入れ替わっている。即ち、第3のクロックサイクル(CCT=3)では、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が遅れていたが、第4のクロックサイクル(CCT=4)では、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が進んでいる。この場合にはG4に示すように、4Δt(広義にはj×Δt)に対応するデジタル値を、時間差TDFに対応するデジタル値DQとして求めて、最終的な出力コードとして出力する。   For example, in FIG. 9, the phase relationship between the signal STP and the clock signal CK2 is switched in the fourth clock cycle (j = 4, CCT = 4) after the phase synchronization timing TM. That is, in the third clock cycle (CCT = 3), the signal STP is delayed in phase from the clock signal CK2, but in the fourth clock cycle (CCT = 4), the signal STP is the clock signal. The phase is ahead of CK2. In this case, as indicated by G4, a digital value corresponding to 4Δt (j × Δt in a broad sense) is obtained as a digital value DQ corresponding to the time difference TDF, and is output as a final output code.

このようにすれば、信号STPとクロック信号CK2の位相の前後関係が入れ替わるタイミングを判断するという簡素な処理で、時間差TDFに対応するデジタル値DQを求めることが可能になる。従って、従来手法に比べて簡素な回路処理で、時間デジタル変換を実現することが可能になり、回路構成の簡素化や小規模化等を図れるようになる。   In this way, the digital value DQ corresponding to the time difference TDF can be obtained by a simple process of determining the timing at which the phase relationship between the signal STP and the clock signal CK2 is switched. Therefore, time digital conversion can be realized with simple circuit processing compared to the conventional method, and the circuit configuration can be simplified and downsized.

また本実施形態では、図1に示すように、クロック信号CK1、CK2は、各々、発振子XTAL1、XTAL2を用いて生成されるクロック信号になっている。このように、発振子XTAL1、XTAL2により生成されたクロック信号CK1、CK2を用いる手法によれば、バーニア遅延回路のように半導体素子を用いて時間デジタル変換を実現する従来手法に比べて、時間(物理量)の測定の精度を大幅に向上できる。   In this embodiment, as shown in FIG. 1, the clock signals CK1 and CK2 are clock signals generated using the oscillators XTAL1 and XTAL2, respectively. As described above, according to the technique using the clock signals CK1 and CK2 generated by the oscillators XTAL1 and XTAL2, the time (in comparison with the conventional technique that realizes the time digital conversion using a semiconductor element such as a vernier delay circuit). The accuracy of measurement of (physical quantity) can be greatly improved.

例えば半導体素子を用いた従来手法は、分解能の向上については比較的容易であるが、精度の向上については難しいという課題がある。即ち、半導体素子である遅延素子の遅延時間は、製造ばらつきや環境の変化により大きく変動する。このため、この変動が原因で、測定の高精度化には限界がある。例えば相対的な精度については、ある程度保証できるが、絶対的な精度を保証することは難しい。   For example, the conventional method using a semiconductor element has a problem that it is relatively easy to improve resolution, but difficult to improve accuracy. That is, the delay time of the delay element, which is a semiconductor element, varies greatly due to manufacturing variations and environmental changes. For this reason, there is a limit to increasing the accuracy of measurement due to this variation. For example, relative accuracy can be guaranteed to some extent, but it is difficult to guarantee absolute accuracy.

これに対して発振子の発振周波数は、半導体素子である遅延素子の遅延時間に比べて、製造ばらつきや環境の変化による変動が極めて小さい。従って、発振子XTAL1、XTAL2により生成されたクロック信号CK1、CK2を用いて時間デジタル変換を行う手法によれば、半導体素子を用いる従来手法に比べて、精度を大幅に向上できる。またクロック信号CK1、CK2の周波数差を小さくすることで、分解能についても高めることができる。   On the other hand, the oscillation frequency of the oscillator is extremely small in variation due to manufacturing variations and environmental changes compared to the delay time of the delay element that is a semiconductor element. Therefore, according to the technique for performing time digital conversion using the clock signals CK1 and CK2 generated by the oscillators XTAL1 and XTAL2, the accuracy can be greatly improved as compared with the conventional technique using a semiconductor element. Further, the resolution can be increased by reducing the frequency difference between the clock signals CK1 and CK2.

例えばクロック信号CK1、CK2の周波数差をΔf=|f1−f2|=1MHzとし、f1、f2を100MHz程度とすれば、時間測定の分解能Δt=|f1−f2|/(f1×f2)を、100ps(ピコセカンド)程度とすることができる。同様に、f1、f2を100MHz程度とし、Δf=100kHz、10kHz、1kHzとすれば、各々、分解能をΔt=10ps、1ps、0.1ps程度とすることができる。そして、発振子XTAL1、XTAL2の発振周波数の変動は、半導体素子を用いる手法に比べて、極めて小さい。従って、分解能の向上と精度の向上を両立して実現できる。   For example, if the frequency difference between the clock signals CK1 and CK2 is Δf = | f1−f2 | = 1 MHz and f1 and f2 are about 100 MHz, the time measurement resolution Δt = | f1−f2 | / (f1 × f2) It can be about 100 ps (picosecond). Similarly, if f1 and f2 are about 100 MHz and Δf = 100 kHz, 10 kHz, and 1 kHz, the resolution can be about Δt = 10 ps, 1 ps, and 0.1 ps, respectively. And the fluctuation | variation of the oscillation frequency of oscillator XTAL1 and XTAL2 is very small compared with the method using a semiconductor element. Therefore, it is possible to achieve both improvement in resolution and improvement in accuracy.

また前述した特許文献4の従来手法では、水晶発振器を用いて時間デジタル変換を実現している。しかしながら、この従来手法では、第1、第2のクロックパルスのエッジが一致する同期点のタイミングから、時間計測の開始タイミングを順次に遅らせて行く構成となっている。そして各時間計測は、第1、第2のクロックパルスのエッジが一致した同期点のタイミングから行われ、この時間計測を何回も繰り返す必要がある。このため、時間デジタル変換の変換時間が非常に長くなってしまうという問題がある。   Further, in the conventional method of Patent Document 4 described above, time digital conversion is realized using a crystal oscillator. However, in this conventional method, the time measurement start timing is sequentially delayed from the timing of the synchronization point at which the edges of the first and second clock pulses coincide. Each time measurement is performed from the timing of the synchronization point where the edges of the first and second clock pulses coincide with each other, and it is necessary to repeat this time measurement many times. For this reason, there is a problem that the conversion time of the time digital conversion becomes very long.

これに対して本実施形態では、測定期間TSにおいて、信号STAを、複数回発生させ、複数回の位相比較を行うことで、時間デジタル変換を実現している。従って、従来手法に比べて時間デジタル変換を大幅に高速化できる。   On the other hand, in the present embodiment, the time digital conversion is realized by generating the signal STA a plurality of times and performing the phase comparison a plurality of times in the measurement period TS. Therefore, time digital conversion can be greatly speeded up as compared with the conventional method.

図10に時間デジタル変換回路20の第2の構成例を示し、図11に第2の構成例の動作を説明する信号波形図を示す。図5の第1の構成例と図10の第2の構成例の相違点は、信号出力部32の回路構成である。   FIG. 10 shows a second configuration example of the time digital conversion circuit 20, and FIG. 11 shows a signal waveform diagram for explaining the operation of the second configuration example. The difference between the first configuration example in FIG. 5 and the second configuration example in FIG. 10 is the circuit configuration of the signal output unit 32.

図10では信号出力部32は、フリップフロップ回路DFCと、アンド回路ANと、バッファー回路BF2により構成される。アンド回路ANと、バッファー回路BF2によりパルス信号生成回路が構成される。このパルス信号生成回路は、クロック信号CK2が入力され、クロック信号CK2の立ち上がり遷移タイミング(立ち上がりエッジ)でアクティブ(Hレベル)になるパルス信号のリセット信号を、フリップフロップ回路DFCのリセット端子に出力する。フリップフロップ回路DFCのデータ端子には、高電位側の電源電圧VDDが入力され、クロック端子にはクロック信号CK1が入力される。   In FIG. 10, the signal output unit 32 includes a flip-flop circuit DFC, an AND circuit AN, and a buffer circuit BF2. The AND circuit AN and the buffer circuit BF2 constitute a pulse signal generation circuit. The pulse signal generation circuit receives the clock signal CK2 and outputs a reset signal of the pulse signal that becomes active (H level) at the rising transition timing (rising edge) of the clock signal CK2 to the reset terminal of the flip-flop circuit DFC. . The power supply voltage VDD on the high potential side is input to the data terminal of the flip-flop circuit DFC, and the clock signal CK1 is input to the clock terminal.

このような回路構成の信号出力部32を用いることで、図11に示すように、クロック信号CK1の立ち上がり遷移タイミングでアクティブ(Hレベル)になり、クロック信号CK2の立ち上がり遷移タイミングで非アクティブ(Lレベル)になる信号STAを生成できる。これにより、クロック信号CK1に基づいて、クロック信号CK1のクロックサイクル毎に信号STAを出力する信号出力部32を実現できる。そして、位相同期タイミングの後、クロック信号CK1のクロックサイクル毎に、信号STAの信号レベルを遷移させることが可能になる。   By using the signal output unit 32 having such a circuit configuration, as shown in FIG. 11, it becomes active (H level) at the rising transition timing of the clock signal CK1, and inactive (L) at the rising transition timing of the clock signal CK2. Level) can be generated. Thereby, based on the clock signal CK1, the signal output unit 32 that outputs the signal STA at every clock cycle of the clock signal CK1 can be realized. Then, after the phase synchronization timing, the signal level of the signal STA can be changed every clock cycle of the clock signal CK1.

そして図11のH1〜H6に示すように、このように生成された信号STAに対応して信号レベルが遷移する信号STPと、クロック信号CK2の位相比較が行われる。そして前述したように、信号STPとクロック信号CK2の位相の前後関係が入れ替わるH4のタイミング(クロックサイクル)を特定することで、時間差TDFに対応するデジタル値DQを求めることができる。   Then, as indicated by H1 to H6 in FIG. 11, the phase comparison between the signal STP whose signal level transitions in response to the signal STA generated in this way and the clock signal CK2 is performed. As described above, the digital value DQ corresponding to the time difference TDF can be obtained by specifying the timing (clock cycle) of H4 at which the phase relationship between the signal STP and the clock signal CK2 changes.

3.同期化回路
次に同期化回路110の具体的な構成例について説明する。なお同期化回路110は下記の構成に限定されるものではなく、その一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
3. Synchronization Circuit Next, a specific configuration example of the synchronization circuit 110 will be described. The synchronization circuit 110 is not limited to the following configuration, and various modifications such as omitting some of the components or adding other components are possible.

図12に同期化回路110の第1の構成例を示し、図13に同期化回路110の動作を説明する信号波形図を示す。   FIG. 12 shows a first configuration example of the synchronization circuit 110, and FIG. 13 shows a signal waveform diagram for explaining the operation of the synchronization circuit 110.

発振回路101、102は、各々、発振子XTAL1、XTAL2を発振させて、クロック周波数f1、f2のクロック信号CK1、CK2を生成する。例えば発振回路101、102での発振信号OS1、OS2が、バッファー回路BA3、BA4によりバッファリングされて、クロック信号CK1、CK2として出力される。   The oscillation circuits 101 and 102 oscillate the oscillators XTAL1 and XTAL2, respectively, and generate clock signals CK1 and CK2 having clock frequencies f1 and f2. For example, the oscillation signals OS1 and OS2 from the oscillation circuits 101 and 102 are buffered by the buffer circuits BA3 and BA4 and output as the clock signals CK1 and CK2.

そして同期化回路110は、クロック信号CK1、CK2の位相同期を行う。例えばクロック信号CK1、CK2を位相同期タイミング毎(所与のタイミング毎)に位相同期させる。例えばクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングを位相同期タイミング毎に一致させる位相同期を行う。   The synchronization circuit 110 performs phase synchronization of the clock signals CK1 and CK2. For example, the clock signals CK1 and CK2 are phase-synchronized at every phase synchronization timing (every given timing). For example, phase synchronization is performed so that the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 coincide with each other at each phase synchronization timing.

具体的には図12の同期化回路110は、発振回路101での発振信号OS1(第1の発振信号)と発振回路102での発振信号OS2(第2の発振信号)の位相同期を行う。例えば同期化回路110は、発振信号OS1、OS2を位相同期タイミング毎に位相同期させる。例えば図13において、位相同期タイミングTMAで発振信号OS1、OS2を位相同期させ、次の位相同期タイミングTMBでも発振信号OS1、OS2を位相同期させる。その次の位相同期タイミングでも同様である。この位相同期により、位相同期タイミングにおいて発振信号OS1、OS2の位相が揃うようになる。   Specifically, the synchronization circuit 110 in FIG. 12 performs phase synchronization of the oscillation signal OS1 (first oscillation signal) in the oscillation circuit 101 and the oscillation signal OS2 (second oscillation signal) in the oscillation circuit 102. For example, the synchronization circuit 110 synchronizes the oscillation signals OS1 and OS2 with each phase synchronization timing. For example, in FIG. 13, the oscillation signals OS1 and OS2 are phase-synchronized at the phase synchronization timing TMA, and the oscillation signals OS1 and OS2 are phase-synchronized at the next phase synchronization timing TMB. The same applies to the next phase synchronization timing. With this phase synchronization, the phases of the oscillation signals OS1 and OS2 are aligned at the phase synchronization timing.

更に具体的には同期化回路110は、クロック信号CK1の遷移タイミングとクロック信号CK2の遷移タイミングを、位相同期タイミング毎に一致させる位相同期を行う。例えば図13の位相同期タイミングTMAで、同期化回路110による位相同期が行われることで、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミング(エッジ)が一致するようになる。また位相同期タイミングTMBで、同期化回路110による位相同期が行われることで、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミングが一致するようになる。   More specifically, the synchronization circuit 110 performs phase synchronization so that the transition timing of the clock signal CK1 and the transition timing of the clock signal CK2 coincide with each other at each phase synchronization timing. For example, the phase synchronization is performed by the synchronization circuit 110 at the phase synchronization timing TMA in FIG. 13, so that the transition timings (edges) of the clock signals CK1 and CK2 coincide. Further, the phase synchronization by the synchronization circuit 110 is performed at the phase synchronization timing TMB, so that the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 coincide.

また同期化回路110は、図12に示すように、発振回路101の発振ループLP1(第1の発振ループ)と発振回路102の発振ループLP2(第2の発振ループ)を、位相同期タイミング毎に電気的に接続する。例えば同期化回路110は、発振回路101が含む発振用のバッファー回路BA1(第1のバッファー回路)の出力ノードNA1と、発振回路102が含む発振用のバッファー回路BA2(第2のバッファー回路)の出力ノードNA2を接続する。   Further, as shown in FIG. 12, the synchronization circuit 110 oscillates the oscillation loop LP1 (first oscillation loop) of the oscillation circuit 101 and the oscillation loop LP2 (second oscillation loop) of the oscillation circuit 102 for each phase synchronization timing. Connect electrically. For example, the synchronization circuit 110 includes an output node NA1 of the oscillation buffer circuit BA1 (first buffer circuit) included in the oscillation circuit 101 and an oscillation buffer circuit BA2 (second buffer circuit) included in the oscillation circuit 102. Connect the output node NA2.

具体的には同期化回路110は、クロック信号CK1、CK2の一方のクロック信号に基づいてカウント動作を行うカウンター112を含む。図12ではカウンター112は例えばクロック信号CK1に基づいてカウント動作を行っている。そして同期化回路110は、カウンター112のカウント値が、所与の設定値に達する毎に位相同期を行う。この設定値は、例えば図13の位相同期タイミングTMAと位相同期タイミングTMBの間のクロック信号CK1(又はクロック信号CK2)のクロック数に対応する値である。   Specifically, the synchronization circuit 110 includes a counter 112 that performs a counting operation based on one of the clock signals CK1 and CK2. In FIG. 12, the counter 112 performs a counting operation based on the clock signal CK1, for example. The synchronization circuit 110 performs phase synchronization every time the count value of the counter 112 reaches a given set value. This set value is, for example, a value corresponding to the number of clocks of the clock signal CK1 (or clock signal CK2) between the phase synchronization timing TMA and the phase synchronization timing TMB in FIG.

更に具体的には同期化回路110は、発振回路101の発振ループLP1と発振回路102の発振ループLP2を電気的に接続するスイッチ回路SWAを含む。スイッチ回路SWAはカウンター112からの信号CTAに基づいてオンになり、発振ループLP1と発振ループLP2を電気的に接続する。例えば図13に示すように信号CTAは、位相同期タイミング毎にアクティブ(例えばHレベル)になるパルス信号であり、信号CTAがアクティブになると、スイッチ回路SWAがオンになる。具体的には、カウンター112は、カウント値が設定値に達すると信号CTAをアクティブにし、これによりスイッチ回路SWAがオンになる。その後にカウンター112のカウント値はリセットされる。   More specifically, the synchronization circuit 110 includes a switch circuit SWA that electrically connects the oscillation loop LP1 of the oscillation circuit 101 and the oscillation loop LP2 of the oscillation circuit 102. The switch circuit SWA is turned on based on the signal CTA from the counter 112, and electrically connects the oscillation loop LP1 and the oscillation loop LP2. For example, as shown in FIG. 13, the signal CTA is a pulse signal that becomes active (eg, H level) at each phase synchronization timing. When the signal CTA becomes active, the switch circuit SWA is turned on. Specifically, the counter 112 activates the signal CTA when the count value reaches the set value, thereby turning on the switch circuit SWA. Thereafter, the count value of the counter 112 is reset.

なお図12において、スイッチ回路SWAがオンになった時に、発振信号OS1と発振信号OS2の位相がちょうど180度だけずれていた場合には、発振が停止してしまう問題が生じるおそれがある。   In FIG. 12, if the phases of the oscillation signal OS1 and the oscillation signal OS2 are shifted by exactly 180 degrees when the switch circuit SWA is turned on, there is a possibility that the oscillation stops.

そこで同期化回路110では、発振回路101、102の一方の発振回路を起動し、一方の発振回路の起動後の位相同期タイミング(例えば初回の位相同期タイミング)で、他方の発振回路を起動することが望ましい。例えば図12では、発振回路101を起動し、発振回路101の起動後の位相同期タイミングで、発振回路102を起動する。発振回路101の起動は、例えば発振回路101に設けられた不図示の種回路により実現できる。そして発振回路101の起動後の位相同期タイミングで、スイッチ回路SWAがオンになることで、発振回路101での発振信号OS1が発振回路102の発振ループLP2に伝達される。そして、伝達された発振信号OS1が種信号となって、発振回路102の発振が起動する。このようにすれば、上記のような発振が停止してしまう問題が発生するのを防止できる。   Therefore, in the synchronization circuit 110, one of the oscillation circuits 101 and 102 is activated, and the other oscillation circuit is activated at the phase synchronization timing (for example, the first phase synchronization timing) after activation of one of the oscillation circuits. Is desirable. For example, in FIG. 12, the oscillation circuit 101 is activated, and the oscillation circuit 102 is activated at the phase synchronization timing after the oscillation circuit 101 is activated. The start-up of the oscillation circuit 101 can be realized by, for example, a seed circuit (not shown) provided in the oscillation circuit 101. When the switch circuit SWA is turned on at the phase synchronization timing after the oscillation circuit 101 is activated, the oscillation signal OS1 from the oscillation circuit 101 is transmitted to the oscillation loop LP2 of the oscillation circuit 102. Then, the transmitted oscillation signal OS1 becomes a seed signal, and oscillation of the oscillation circuit 102 is started. In this way, it is possible to prevent the occurrence of the problem that the oscillation is stopped as described above.

なお図12の変形例として、発振回路101、102の一方の発振回路の発振信号を、他方の発振回路の発振ループに位相同期タイミング毎に伝達するような構成を採用してもよい。即ち、スイッチ回路SWAにより発振ループLP1と発振ループLP2を接続(双方向接続)するのではなく、一方の発振回路の発振信号を他方の発振回路に伝達することで、位相の同期化を実現してもよい。   As a modification of FIG. 12, a configuration may be adopted in which the oscillation signal of one of the oscillation circuits 101 and 102 is transmitted to the oscillation loop of the other oscillation circuit at each phase synchronization timing. That is, instead of connecting the oscillation loop LP1 and the oscillation loop LP2 by the switch circuit SWA (bidirectional connection), the oscillation signal of one oscillation circuit is transmitted to the other oscillation circuit, thereby realizing phase synchronization. May be.

図14に同期化回路110の第2の構成例を示す。図14では同期化回路110としてPLL回路120を用いている。即ち図14の回路装置10は、時間デジタル変換回路20とPLL回路120を含む。時間デジタル変換回路20は、発振子XTAL1を用いて生成されたクロック周波数f1のクロック信号CK1と、発振子XTAL2を用いて生成されたクロック周波数f2のクロック信号CK2とが入力され、クロック信号CK1、CK2を用いて時間をデジタル値に変換する。そしてPLL回路120は、クロック信号CK1とクロック信号CK2の位相同期を行う。   FIG. 14 shows a second configuration example of the synchronization circuit 110. In FIG. 14, a PLL circuit 120 is used as the synchronization circuit 110. That is, the circuit device 10 of FIG. 14 includes a time digital conversion circuit 20 and a PLL circuit 120. The time digital conversion circuit 20 receives the clock signal CK1 having the clock frequency f1 generated using the oscillator XTAL1 and the clock signal CK2 having the clock frequency f2 generated using the oscillator XTAL2, and receives the clock signal CK1, Time is converted to a digital value using CK2. The PLL circuit 120 performs phase synchronization between the clock signal CK1 and the clock signal CK2.

具体的にはPLL回路120は、クロック周波数f1とクロック周波数f2の周波数差が、時間デジタル変換の分解能に対応する周波数差になるように、クロック信号CK1、CK2の位相同期を行う。例えば、本実施形態での時間デジタル変換の分解能は、Δt=|1/f1−1/f2|=|f1−f2|/(f1×f2)と表すことができる。PLL回路120は、クロック周波数f1、f2の周波数差|f1−f2|が、時間デジタル変換の分解能Δt=|f1−f2|/(f1×f2)に対応する周波数差になるように、クロック信号CK1、CK2の位相同期を行う。   Specifically, the PLL circuit 120 performs phase synchronization of the clock signals CK1 and CK2 so that the frequency difference between the clock frequency f1 and the clock frequency f2 becomes a frequency difference corresponding to the resolution of time digital conversion. For example, the resolution of the time digital conversion in this embodiment can be expressed as Δt = | 1 / f1-1 / f2 | = | f1-f2 | / (f1 × f2). The PLL circuit 120 generates a clock signal so that the frequency difference | f1−f2 | between the clock frequencies f1 and f2 becomes a frequency difference corresponding to the time digital conversion resolution Δt = | f1−f2 | / (f1 × f2). Phase synchronization of CK1 and CK2 is performed.

具体的には図14に示すように、PLL回路120は、分周回路122、124(第1、第2の分周回路)と、位相検出器126(位相比較器)を含む。分周回路122は、クロック信号CK1を分周して、分周クロック信号DCK1(第1の分周クロック信号)を出力する。具体的には、クロック信号CK1のクロック周波数f1を1/Nにする分周を行って、クロック周波数がf1/Nとなる分周クロック信号DCK1を出力する。   Specifically, as shown in FIG. 14, the PLL circuit 120 includes frequency dividing circuits 122 and 124 (first and second frequency dividing circuits) and a phase detector 126 (phase comparator). The divider circuit 122 divides the clock signal CK1 and outputs a divided clock signal DCK1 (first divided clock signal). Specifically, the clock signal CK1 is divided so that the clock frequency f1 is 1 / N, and the divided clock signal DCK1 having the clock frequency f1 / N is output.

分周回路124は、クロック信号CK2を分周して、分周クロック信号DCK2(第2の分周クロック信号)を出力する。具体的には、クロック信号CK2のクロック周波数f2を1/Mにする分周を行って、クロック周波数がf2/Mとなる分周クロック信号DCK2を出力する。例えば回路装置10は発振回路102を含み、この発振回路102は、発振子XTAL2を発振させて、クロック信号CK2を生成し、分周回路124に出力する。そして位相検出器126は、分周クロック信号DCK1と分周クロック信号DCK2の位相比較を行う。   The frequency dividing circuit 124 divides the clock signal CK2 and outputs a divided clock signal DCK2 (second divided clock signal). Specifically, the clock signal CK2 is divided so that the clock frequency f2 is 1 / M, and the divided clock signal DCK2 having the clock frequency f2 / M is output. For example, the circuit device 10 includes an oscillation circuit 102, which oscillates the oscillator XTAL 2, generates a clock signal CK 2, and outputs the clock signal CK 2 to the frequency divider circuit 124. Then, the phase detector 126 performs phase comparison between the divided clock signal DCK1 and the divided clock signal DCK2.

また回路装置10は発振回路101を含み、発振回路101は、PLL回路120の位相検出器126の位相比較結果に基づき制御されて、発振子XTAL1を発振させる。この発振回路101は例えばPLL回路120の構成要素でもある。具体的には発振回路101は、例えば電圧制御で発振周波数が制御される電圧制御型の発振回路(VCXO)である。そしてPLL回路120は、チャージポンプ回路128を含んでおり、位相検出器126は、位相比較結果である信号PQをチャージポンプ回路128に出力する。信号PQは、例えばアップ/ダウン信号であり、チャージポンプ回路128は、この信号PQに基づく制御電圧VCを、発振回路101に出力する。例えばチャージポンプ回路128はループフィルターを含んでおり、このループフィルターにより、信号PQであるアップ/ダウン信号を制御電圧VCに変換する。発振回路101は、制御電圧VCに基づいて発振周波数が制御される発振子XTAL1の発振動作を行って、クロック信号CK1を生成する。例えば発振回路101は可変容量回路を有しており、制御電圧VCに基づいて可変容量回路の容量値が制御されることで、発振周波数が制御される。   The circuit device 10 includes an oscillation circuit 101, which is controlled based on the phase comparison result of the phase detector 126 of the PLL circuit 120 to oscillate the oscillator XTAL1. The oscillation circuit 101 is also a component of the PLL circuit 120, for example. Specifically, the oscillation circuit 101 is, for example, a voltage control type oscillation circuit (VCXO) whose oscillation frequency is controlled by voltage control. The PLL circuit 120 includes a charge pump circuit 128, and the phase detector 126 outputs a signal PQ that is a phase comparison result to the charge pump circuit 128. The signal PQ is, for example, an up / down signal, and the charge pump circuit 128 outputs a control voltage VC based on the signal PQ to the oscillation circuit 101. For example, the charge pump circuit 128 includes a loop filter, which converts an up / down signal, which is a signal PQ, into a control voltage VC. The oscillation circuit 101 performs the oscillation operation of the resonator XTAL1 whose oscillation frequency is controlled based on the control voltage VC, and generates the clock signal CK1. For example, the oscillation circuit 101 has a variable capacitance circuit, and the oscillation frequency is controlled by controlling the capacitance value of the variable capacitance circuit based on the control voltage VC.

図14の第2の構成例によれば、PLL回路120を有効利用して、クロック信号CK1、CK2の位相同期を実現できる。即ち、図13と同様に、位相同期タイミング毎にクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングを一致させる位相同期を実現できる。   According to the second configuration example of FIG. 14, the phase synchronization of the clock signals CK <b> 1 and CK <b> 2 can be realized by effectively using the PLL circuit 120. That is, similarly to FIG. 13, phase synchronization can be realized in which the transition timings of the clock signals CK <b> 1 and CK <b> 2 coincide with each other at each phase synchronization timing.

以上のように回路装置10に同期化回路110を設ければ、位相同期タイミング毎にクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングを一致させることが可能になる。従って、位相同期タイミングを基準タイミングとして、回路処理を開始することが可能になるため、回路処理や回路構成の簡素化を図れる。またクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングが偶然に一致するのを待つことなく、同期化回路110による位相同期タイミングから、直ぐに時間デジタル変換の処理を開始できるようになる。従って、時間デジタル変換の高速化を図れる。また同期化回路110を設けることで、位相同期タイミングでのクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングの時間差に起因する誤差を、最小限にできる。従って、この時間差に起因してシステム的に発生する誤差を十分に低減して、精度の向上等を図れるようになる。   If the synchronization circuit 110 is provided in the circuit device 10 as described above, the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 can be matched at each phase synchronization timing. Therefore, circuit processing can be started using the phase synchronization timing as a reference timing, so that circuit processing and circuit configuration can be simplified. In addition, time digital conversion processing can be started immediately from the phase synchronization timing by the synchronization circuit 110 without waiting for the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 to coincide. Therefore, the time digital conversion can be speeded up. Further, by providing the synchronization circuit 110, an error caused by the time difference between the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 at the phase synchronization timing can be minimized. Therefore, the error generated systematically due to this time difference can be sufficiently reduced to improve accuracy.

例えば前述の特許文献4の従来手法では、エッジ一致検出回路により、第1、第2のクロックパルスのエッジの一致を検出し、エッジの一致が検出されたことを条件に、時間計測を開始する。しかしながら、この従来手法では、第1、第2のクロックパルスのエッジの一致が検出されない限り、時間計測を開始できないため、時間計測の開始が遅れてしまい、時間デジタル変換の変換時間が長くなってしまうという第1の問題点がある。また第1、第2のクロックパルスのクロック周波数の関係が、同期点においてエッジが一致しないような周波数の関係である場合には、偶然でしかエッジが一致しないようになり、時間デジタル変換の実現が困難になるという第2の問題点がある。また第1、第2のクロックパルスの同期点のタイミングを、システム的に確定できないため、回路処理や回路構成が複雑化してしまうという第3の問題点がある。更に第1、第2のクロックパルスのエッジの一致検出に誤差がある場合には、その誤差が原因で精度が低下してしまうという第4の問題点がある。   For example, in the conventional method described in Patent Document 4 described above, the edge coincidence detection circuit detects the coincidence of the edges of the first and second clock pulses, and starts time measurement on the condition that the coincidence of the edges is detected. . However, in this conventional method, since time measurement cannot be started unless the coincidence of the edges of the first and second clock pulses is detected, the start of time measurement is delayed and the conversion time of time digital conversion becomes longer. There is a first problem. Further, when the relationship between the clock frequencies of the first and second clock pulses is such that the edges do not coincide at the synchronization point, the edges coincide only by chance, thereby realizing time digital conversion. There is a second problem that it becomes difficult. In addition, since the timing of the synchronization point of the first and second clock pulses cannot be determined systematically, there is a third problem that circuit processing and circuit configuration become complicated. Further, when there is an error in the coincidence detection of the edges of the first and second clock pulses, there is a fourth problem that the accuracy is lowered due to the error.

これに対して本実施形態では、同期化回路110を設けることで、位相同期タイミング毎に、強制的にクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングを一致させることができる。従って、位相同期タイミングの後に、直ぐに時間デジタル変換処理を開始できるため、従来手法の上述の第1の問題点を解消できる。また本実施形態によれば、クロック信号CK1、CK2のクロック周波数の関係が、遷移タイミングが一致しないような周波数の関係である場合にも、同期化回路110により、位相同期タイミング毎に強制的にクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングが一致するようになる。従って、従来手法の第2の問題点を解消できる。また、位相同期タイミングは、同期化回路110の位相同期によりシステム的に確定できるため、回路処理や回路装置を簡素化でき、従来手法の第3の問題点を解消できる。またクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングが位相同期タイミング毎に一致することで、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミングのずれに起因する変換誤差を低減でき、従来手法の第4の問題点も解消できる。   On the other hand, in this embodiment, by providing the synchronization circuit 110, the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 can be forcibly matched at each phase synchronization timing. Accordingly, since the time digital conversion process can be started immediately after the phase synchronization timing, the first problem of the conventional method can be solved. In addition, according to the present embodiment, even when the relationship between the clock frequencies of the clock signals CK1 and CK2 is such that the transition timings do not coincide with each other, the synchronization circuit 110 forcibly for each phase synchronization timing. The transition timings of the clock signals CK1 and CK2 coincide. Therefore, the second problem of the conventional method can be solved. Further, since the phase synchronization timing can be determined systematically by the phase synchronization of the synchronization circuit 110, the circuit processing and the circuit device can be simplified, and the third problem of the conventional method can be solved. Further, since the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 coincide with each other at the phase synchronization timing, the conversion error caused by the shift of the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 can be reduced, and the fourth problem of the conventional method can be solved. .

4.クロックサイクル指定値の更新手法
クロック信号CK1に基づき信号STAの信号レベルを遷移させ、信号STPとクロック信号CK2の位相比較を行う手法は、図1〜図11で説明した手法に限定されず、種々の変形実施が可能である。まず、変形例の手法として、クロックサイクル指定値(広義にはクロックサイクル指定情報)の更新により時間デジタル変換を実現する手法について説明する。
4). Update Method of Clock Cycle Designated Value The method of changing the signal level of the signal STA based on the clock signal CK1 and comparing the phase of the signal STP and the clock signal CK2 is not limited to the method described with reference to FIGS. Can be implemented. First, as a modified example, a method for realizing time digital conversion by updating a clock cycle designation value (clock cycle designation information in a broad sense) will be described.

図15〜図17は、クロックサイクル指定値の更新手法(以下、適宜、単に、更新手法と記載する)を説明する信号波形図である。CINはクロックサイクル指定情報である。以下ではCINが、クロックサイクル指定情報で表されるクロックサイクル指定値であるとして説明を行う。   15 to 17 are signal waveform diagrams for explaining a clock cycle designation value updating method (hereinafter simply referred to as an updating method as appropriate). CIN is clock cycle designation information. In the following description, it is assumed that CIN is a clock cycle designation value represented by clock cycle designation information.

TMA、TMBは位相同期タイミングである。図15〜図17では位相同期タイミングTMA、TMBは、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミング(立ち上がりエッジ)が一致するタイミングとなっている。但し本実施形態の更新手法はこれに限定されず、位相同期タイミングTMA、TMBは、クロック信号CK1、CK2の位相の前後関係が入れ替わるタイミングであってもよい。位相の前後関係が入れ替わるタイミングは、一方のクロック信号の方が他方のクロック信号よりも位相が進んでいる状態から、一方のクロック信号の方が他方のクロック信号よりも位相が遅れている状態に入れ替わるタイミングである。   TMA and TMB are phase synchronization timings. 15 to 17, the phase synchronization timings TMA and TMB are timings at which the transition timings (rising edges) of the clock signals CK1 and CK2 coincide. However, the update method of the present embodiment is not limited to this, and the phase synchronization timings TMA and TMB may be timings at which the phase relationship of the clock signals CK1 and CK2 is switched. The timing at which the phase relationship is switched is from the state where one clock signal is more advanced in phase than the other clock signal, to the state where one clock signal is more out of phase than the other clock signal. It is the timing to change.

更新期間TPは位相同期タイミングTMA、TMBの間の期間である。本実施形態の更新手法では更新期間TPにおいて、クロックサイクル指定値の例えば1回の更新が行われる。なお図15〜図17では説明の簡素化のために、更新期間TPでのクロック信号CK1のクロック数が14である場合を示している。しかし実際には、高い分解能に設定するために、更新期間TPでのクロック数を、例えば1000以上(或いは5000以上)というように非常に大きな数に設定する。   The update period TP is a period between the phase synchronization timings TMA and TMB. In the update method of the present embodiment, for example, one update of the clock cycle specified value is performed in the update period TP. 15 to 17 show a case where the number of clocks of the clock signal CK1 in the update period TP is 14 for the sake of simplicity of explanation. However, in practice, in order to set a high resolution, the number of clocks in the update period TP is set to a very large number such as 1000 or more (or 5000 or more).

図15の更新期間TP(第1の更新期間)では、クロックサイクル指定値がCIN=3になっている。従って、CIN=3で指定されるクロックサイクル(CCT=3)で信号STAの信号レベルを遷移させる。このように本実施形態の更新手法ではクロックサイクル指定値CIN(クロックサイクル指定情報)に基づき指定されるクロック信号CK1のクロックサイクルで、信号STAの信号レベルを遷移させている。そして、図3、図4で説明したように、この信号STAに対応して信号STPの信号レベルが遷移しており、信号STA、STPの遷移タイミングの時間差はTDFとなっている。   In the update period TP (first update period) in FIG. 15, the clock cycle designation value is CIN = 3. Therefore, the signal level of the signal STA is changed in the clock cycle (CCT = 3) designated by CIN = 3. As described above, in the update method of this embodiment, the signal level of the signal STA is changed in the clock cycle of the clock signal CK1 specified based on the clock cycle specification value CIN (clock cycle specification information). As described with reference to FIGS. 3 and 4, the signal level of the signal STP transitions in response to the signal STA, and the time difference between the transition timings of the signals STA and STP is TDF.

一方、CIN=3で指定されるクロックサイクル(CCT=3)では、図2で説明したようにクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングの時間差であるクロック間時間差は、TR=CIN×Δt=3Δtになっている。   On the other hand, in the clock cycle (CCT = 3) specified by CIN = 3, the time difference between clocks, which is the time difference between the transition timings of the clock signals CK1 and CK2, is TR = CIN × Δt = 3Δt as described in FIG. It has become.

この場合に本実施形態の更新手法では、図15のA1に示すように、信号STPとクロック信号CK2の位相比較を行う。この位相比較は、例えば信号STP及びクロック信号CK2の一方の信号を他方の信号でサンプリングすることで実現できる。   In this case, in the update method according to the present embodiment, the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 is performed as indicated by A1 in FIG. This phase comparison can be realized, for example, by sampling one of the signal STP and the clock signal CK2 with the other signal.

そして図15のA1では、信号STPをクロック信号CK2でサンプリングした結果である位相比較結果がLレベルになっている。この位相比較の結果により、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が遅れていると判断する。別の言い方をすれば、図15のA1ではTDF>TR=3Δtとなっており、信号STA、STPの遷移タイミングの時間差TDFの方が、クロック信号CK1、CK2のクロック間時間差TR=3Δtよりも長くなっている。この場合には、クロックサイクル指定値CINを増加させる更新を行う。   In A1 of FIG. 15, the phase comparison result that is the result of sampling the signal STP with the clock signal CK2 is at the L level. Based on the result of the phase comparison, it is determined that the signal STP is delayed in phase from the clock signal CK2. In other words, TDF> TR = 3Δt in A1 of FIG. 15, and the time difference TDF between the transition timings of the signals STA and STP is greater than the time difference between clocks TR = 3Δt of the clock signals CK1 and CK2. It is getting longer. In this case, an update for increasing the clock cycle designation value CIN is performed.

図16の更新期間TP(第2の更新期間)では、クロックサイクル指定値がCIN=9になっている。例えば図15に示す前回の更新期間TPにおいて、上述のようにクロックサイクル指定値を、CIN=3から増加させる更新が行われることで、CIN=9に更新されている。従って、CIN=9で指定されるクロックサイクル(CCT=9)で信号STAの信号レベルを遷移させる。そして信号STAに対応して信号STPの信号レベルが遷移しており、信号STA、STPの遷移タイミングの時間差はTDFになっている。   In the update period TP (second update period) in FIG. 16, the clock cycle designation value is CIN = 9. For example, in the previous update period TP shown in FIG. 15, the clock cycle designation value is updated to CIN = 9 by updating the clock cycle designated value from CIN = 3 as described above. Therefore, the signal level of the signal STA is changed in the clock cycle (CCT = 9) designated by CIN = 9. The signal level of the signal STP transitions corresponding to the signal STA, and the time difference between the transition timings of the signals STA and STP is TDF.

一方、CIN=9で指定されるクロックサイクル(CCT=9)では、クロック信号CK1、CK2のクロック間時間差は、TR=CIN×Δt=9Δtになっている。   On the other hand, in the clock cycle (CCT = 9) designated by CIN = 9, the time difference between clocks of the clock signals CK1 and CK2 is TR = CIN × Δt = 9Δt.

そして本実施形態の更新手法では、図16のA2に示すように、信号STPとクロック信号CK2の位相比較を行う。この場合に信号STPをクロック信号CK2でサンプリングした結果である位相比較結果がHレベルになっているため、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が進んでいると判断する。別の言い方をすれば、図16のA2ではTDF<TR=9Δtとなっており、時間差TDFの方がクロック間時間差TR=9Δtよりも短くなっている。この場合には、クロックサイクル指定値CINを減少させる更新を行う。   In the update method of the present embodiment, the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 is performed as shown by A2 in FIG. In this case, since the phase comparison result obtained by sampling the signal STP with the clock signal CK2 is at the H level, it is determined that the phase of the signal STP is more advanced than that of the clock signal CK2. In other words, in A2 of FIG. 16, TDF <TR = 9Δt, and the time difference TDF is shorter than the clock time difference TR = 9Δt. In this case, an update for decreasing the clock cycle designation value CIN is performed.

図17の更新期間TP(第3の更新期間)では、クロックサイクル指定値がCIN=6になっている。例えば図16に示す前回の更新期間TPにおいて、上述のようにクロックサイクル指定値を、CIN=9から減少させる更新が行われることで、CIN=6に更新されている。従って、CIN=6で指定されるクロックサイクル(CCT=6)で信号STAの信号レベルを遷移させる。そして信号STAに対応して信号STPの信号レベルが遷移しており、信号STA、STPの遷移タイミングの時間差はTDFになっている。   In the update period TP (third update period) in FIG. 17, the clock cycle designation value is CIN = 6. For example, in the previous update period TP shown in FIG. 16, the clock cycle designation value is updated to CIN = 6 by updating the clock cycle designated value from CIN = 9 as described above. Therefore, the signal level of the signal STA is changed in the clock cycle (CCT = 6) specified by CIN = 6. The signal level of the signal STP transitions corresponding to the signal STA, and the time difference between the transition timings of the signals STA and STP is TDF.

一方、CIN=6で指定されるクロックサイクル(CCT=6)では、クロック信号CK1、CK2のクロック間時間差は、TR=CIN×Δt=6Δtになっている。   On the other hand, in the clock cycle (CCT = 6) designated by CIN = 6, the clock time difference between the clock signals CK1 and CK2 is TR = CIN × Δt = 6Δt.

そして本実施形態の更新手法では、図17のA3に示すように、信号STPとクロック信号CK2の位相比較を行う。この場合に図17のA3では信号STPとクロック信号CK2の遷移タイミング(位相)は一致(略一致)している。別の言い方をすれば、図17のA3ではTDF=TR=6Δtとなっている。従って、この場合には、信号STA、STPの時間差TDFを変換したデジタル値として、DQ=TR=6Δtに対応するデジタル値を最終結果として出力する。   In the update method according to the present embodiment, the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 is performed as indicated by A3 in FIG. In this case, in A3 of FIG. 17, the transition timing (phase) of the signal STP and the clock signal CK2 coincides (substantially coincides). In other words, TDF = TR = 6Δt in A3 of FIG. Therefore, in this case, a digital value corresponding to DQ = TR = 6Δt is output as a final result as a digital value obtained by converting the time difference TDF between the signals STA and STP.

なお、図15〜図17では説明を簡素化するために、各更新期間でのクロックサイクル指定値CINの増減値を、1よりも大きな値にしているが、実際には、Δシグマ型のA/D変換のように、クロックサイクル指定値CINの増減値は、1又は1以下の小さな値であるGKとすることができる。GKはゲイン係数であり、GK≦1となる値である。   In order to simplify the description in FIGS. 15 to 17, the increase / decrease value of the clock cycle designation value CIN in each update period is set to a value larger than 1, but in reality, a Δ sigma type A Like the / D conversion, the increase / decrease value of the clock cycle designation value CIN can be 1 or GK which is a small value of 1 or less. GK is a gain coefficient and is a value satisfying GK ≦ 1.

例えば図15、図16では、クロックサイクル指定値CINを3から9に増加させているが、実際には、例えば更新期間毎に、クロックサイクル指定値CINを所与の値GKだけ増加させる更新を行う。例えばGK≦1となるゲイン係数をGKとした場合に、クロックサイクル指定値CINを+GKする更新を行う。例えばGK=0.1である場合には、例えば+GKの更新が10回連続した場合に、クロックサイクル指定値CINは1だけインクリメントされることになる。   For example, in FIG. 15 and FIG. 16, the clock cycle designation value CIN is increased from 3 to 9, but in practice, for example, for each update period, an update that increases the clock cycle designation value CIN by a given value GK is performed. Do. For example, when the gain coefficient satisfying GK ≦ 1 is GK, the clock cycle designation value CIN is updated to + GK. For example, when GK = 0.1, the clock cycle designation value CIN is incremented by 1, for example, when + GK is updated ten times.

また図16、図17では、クロックサイクル指定値CINを9から6に減少させているが、実際には、例えば更新期間毎に、クロックサイクル指定値CINを所与の値GKだけ減少させる更新を行う。例えば、クロックサイクル指定値CINを−GKする更新を行う。例えばGK=0.1である場合には、例えば−GKの更新が10回連続した場合に、クロックサイクル指定値CINは1だけデクリメントされることになる。   In FIGS. 16 and 17, the clock cycle designation value CIN is decreased from 9 to 6, but in practice, for example, for each update period, the clock cycle designation value CIN is decreased by a given value GK. Do. For example, the clock cycle designation value CIN is updated to -GK. For example, when GK = 0.1, the clock cycle designation value CIN is decremented by 1, for example, when -GK is updated 10 times.

また図17のA3において、信号STPとクロック信号CK2の遷移タイミングが略一致した後も、クロックサイクル指定値CINを更新して行き、例えばCINが6、7、6、7・・・というように変化したとする。この場合には、最終結果として出力されるデジタル値DQは、6Δtと7Δtの間の値(例えば6.5×Δtなど)とすることができる。このように本実施形態の更新手法によれば、Δシグマ型のA/D変換のように、実質的な分解能を小さくすることもできる。   In A3 of FIG. 17, the clock cycle designation value CIN is updated after the transition timings of the signal STP and the clock signal CK2 substantially coincide with each other, for example, CIN is 6, 7, 6, 7,. Suppose that it has changed. In this case, the digital value DQ output as the final result can be a value between 6Δt and 7Δt (for example, 6.5 × Δt). As described above, according to the updating method of the present embodiment, the substantial resolution can be reduced as in the case of Δ sigma type A / D conversion.

以上のように本実施形態の更新手法では、信号STAに対応して信号レベルが遷移する信号STPと、クロック信号CK2との位相比較を行い、位相比較の結果に基づいて、信号STAの信号レベルを遷移させるクロックサイクル指定値CINを更新している。   As described above, in the update method of the present embodiment, the signal STP whose signal level transitions in response to the signal STA is compared with the clock signal CK2, and the signal level of the signal STA is determined based on the result of the phase comparison. The clock cycle designation value CIN for transitioning is updated.

具体的にはクロックサイクル指定値CINで指定されるクロックサイクルで信号STAの信号レベルを変化させる。例えば図15ではCIN=3で指定されるクロックサイクルで信号STAの信号レベルを遷移させている。図16ではCIN=9で指定されるクロックサイクルで信号STAの信号レベルを遷移させている。図17も同様である。   Specifically, the signal level of the signal STA is changed in a clock cycle specified by the clock cycle specified value CIN. For example, in FIG. 15, the signal level of the signal STA is changed in a clock cycle designated by CIN = 3. In FIG. 16, the signal level of the signal STA is changed in the clock cycle specified by CIN = 9. The same applies to FIG.

そして信号STAに対応して信号STPの信号レベルが遷移すると、信号STPとクロック信号CK2の位相比較を行い、位相比較結果に基づいてクロックサイクル指定値CINを更新する。例えば図15では、信号STAの方がクロック信号CK2よりも位相が遅れているという位相比較結果であったため、図15のCIN=3が、図16ではCIN=9に更新されている。図16では、信号STAの方がクロック信号CK2よりも位相が進んでいるという位相比較結果であったため、図16のCIN=9が、図17ではCIN=6に更新されている。このようにして更新されるクロックサイクル指定値CINの最終的な値が、信号STA、STPの時間差TDFのデジタル値DQとして出力される。   When the signal level of the signal STP transitions corresponding to the signal STA, the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 is performed, and the clock cycle designation value CIN is updated based on the phase comparison result. For example, in FIG. 15, the phase comparison result indicates that the phase of the signal STA is delayed from that of the clock signal CK <b> 2, so CIN = 3 in FIG. 15 is updated to CIN = 9 in FIG. 16. In FIG. 16, since the phase comparison result indicates that the signal STA is ahead of the phase of the clock signal CK2, CIN = 9 in FIG. 16 is updated to CIN = 6 in FIG. The final value of the clock cycle designation value CIN updated in this way is output as the digital value DQ of the time difference TDF between the signals STA and STP.

また本実施形態の更新手法では、各更新期間においてクロックサイクル指定値CINを更新して行く。そして更新されたクロックサイクル指定値CINがフィードバックされる構成になっている。従って、測定対象となる時間又は物理量が動的に変化した場合にも、この動的変化に追従した時間デジタル変換を実現できる。例えば図17のA3に示すように、測定対象の時間(時間差TDF)に対応するクロックサイクル指定値CINに近づいた後、当該時間が動的に変化した場合にも、それに応じてクロックサイクル指定値CINを順次に更新することで、このような動的な変化に対応することができる。   In the update method of this embodiment, the clock cycle designation value CIN is updated in each update period. The updated clock cycle designation value CIN is fed back. Therefore, even when the time or physical quantity to be measured changes dynamically, time digital conversion following the dynamic change can be realized. For example, as shown at A3 in FIG. 17, even when the time dynamically changes after approaching the clock cycle specified value CIN corresponding to the time to be measured (time difference TDF), the clock cycle specified value is accordingly changed. Such dynamic changes can be accommodated by sequentially updating CIN.

また本実施形態の更新手法において、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミングの不一致による誤差成分を低減する場合には、時間デジタル変換回路20は、クロックサイクル指定値と、クロックサイクル指定値の更新期間でのクロック信号CK1又はクロック信号CK2のクロック数情報とに基づいて、時間差をデジタル値DQに変換する処理を行うことが望ましい。例えば信号STPとクロック信号CK2の位相比較結果とクロック数情報とに基づいて、クロックサイクル指定値CINの更新を行うことで、デジタル値DQを求める。   Further, in the update method of the present embodiment, when the error component due to the mismatch of the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 is reduced, the time digital conversion circuit 20 uses the clock cycle specified value and the update period of the clock cycle specified value. It is desirable to perform processing for converting the time difference into the digital value DQ based on the clock number information of the clock signal CK1 or the clock signal CK2. For example, the digital value DQ is obtained by updating the clock cycle designation value CIN based on the phase comparison result between the signal STP and the clock signal CK2 and the clock number information.

即ち、本実施形態の更新手法では、位相同期タイミングにおいてクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングが厳密に一致しなくても、時間デジタル変換を実現できる。例えば本実施形態の更新手法では、位相同期タイミングTMA、TMBは、クロック信号CK1、CK2の位相の前後関係が入れ替わるタイミングであればよく、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミングが完全に一致しなくてもよい。即ち、本実施形態では同期化回路110を設けない変形実施も可能である。   That is, in the update method of the present embodiment, time digital conversion can be realized even when the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 do not exactly match at the phase synchronization timing. For example, in the update method of the present embodiment, the phase synchronization timings TMA and TMB may be any timing at which the phase relationships of the clock signals CK1 and CK2 are switched, and the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 do not completely match. Also good. That is, in the present embodiment, a modification in which the synchronization circuit 110 is not provided is possible.

例えば位相同期タイミングにおいてクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングを厳密に一致させるためには、N/f1=M/f2の関係を満たす必要がある。ここで、N、Mは、各々、更新期間でのクロック信号CK1、CK2のクロック数であり、2以上の整数である。ところが、図1の発振子XTAL1、XTAL2によるクロック周波数f1、f2を、N/f1=M/f2の関係を厳密に満たすような周波数に設定することは実際には難しい場合がある。そしてN/f1=M/f2の関係が満たされない場合において、同期化回路110を設けないと、位相同期タイミングTMA、TMBにおいて、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミングにずれが生じ、このずれが変換誤差になってしまうおそれがある。   For example, in order to make the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 exactly coincide with each other at the phase synchronization timing, it is necessary to satisfy the relationship of N / f1 = M / f2. Here, N and M are the clock numbers of the clock signals CK1 and CK2 in the update period, respectively, and are integers of 2 or more. However, it may actually be difficult to set the clock frequencies f1 and f2 by the oscillators XTAL1 and XTAL2 in FIG. 1 to a frequency that strictly satisfies the relationship of N / f1 = M / f2. If the synchronization circuit 110 is not provided when the relationship of N / f1 = M / f2 is not satisfied, the phase synchronization timings TMA and TMB cause a shift in the transition timings of the clock signals CK1 and CK2, and this shift is converted. There is a risk of errors.

そこで本実施形態の更新手法では、各更新期間でのクロック数Nを測定する。位相同期タイミングTMA、TMBにおいて、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミングにずれがあることで、クロック数Nは、常には同じ値にはならなくなり、更新期間に応じて変動する。時間デジタル変換回路20は、このように変動するクロック数Nと、信号STP、クロック信号CK2の位相比較結果に基づいて、クロックサイクル指定値CINの更新を行う。こうすることで、位相同期タイミングTMA、TMBでのクロック信号CK1、CK2の遷移タイミングのずれに起因する変換誤差を低減できる。   Therefore, in the update method of this embodiment, the number N of clocks in each update period is measured. Since the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 are shifted in the phase synchronization timings TMA and TMB, the number of clocks N does not always have the same value and varies according to the update period. The time digital conversion circuit 20 updates the clock cycle designation value CIN based on the number of clocks N that fluctuate in this way, and the phase comparison result between the signal STP and the clock signal CK2. By doing so, it is possible to reduce a conversion error caused by a shift in transition timing of the clock signals CK1 and CK2 at the phase synchronization timings TMA and TMB.

5.バイナリーサーチ手法
次に、クロック信号CK1に基づき信号STAの信号レベルを遷移させ、信号STPとクロック信号CK2との位相比較を行う手法の第2の変形例として、バイナリーサーチ手法について説明する。
5. Binary Search Method Next, a binary search method will be described as a second modified example of the method of making a phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 by changing the signal level of the signal STA based on the clock signal CK1.

図18は、バイナリーサーチ手法を説明する信号波形図である。図18では、クロック周波数f1、f2の周波数差に対応する分解能で、信号STAと信号STPの遷移タイミングの時間差に対応するデジタル値を、バイナリーサーチにより求めている。具体的には、信号STPとクロック信号CK2の位相比較結果に基づくクロックサイクル指定値CINの更新を、バイナリーサーチにより実現している。   FIG. 18 is a signal waveform diagram illustrating the binary search method. In FIG. 18, a digital value corresponding to the time difference between the transition timings of the signal STA and the signal STP is obtained by a binary search with a resolution corresponding to the frequency difference between the clock frequencies f1 and f2. Specifically, the update of the clock cycle designation value CIN based on the phase comparison result between the signal STP and the clock signal CK2 is realized by a binary search.

バイナリーサーチ(二分探索、二分割法)は、探索範囲を次々に分割(2分割)することで、探索範囲を狭めながら、最終的なデジタル値を求めて行く手法である。例えば時間差を変換したデジタル値DQを4ビットのデータとし、4ビットの各ビットをb4、b3、b2、b1とする。b4がMSBであり、b1がLSBである。図18では、デジタル値DQの各ビットb4、b3、b2、b1を、バイナリーサーチにより求めている。例えば逐次比較のA/D変換と同様の手法により、デジタル値DQの各ビットb4、b3、b2、b1を順次に求める。   The binary search (binary search, bisection method) is a method of finding a final digital value while narrowing the search range by dividing the search range one after another (dividing into two). For example, a digital value DQ obtained by converting the time difference is 4-bit data, and each 4-bit bit is b4, b3, b2, b1. b4 is the MSB and b1 is the LSB. In FIG. 18, each bit b4, b3, b2, b1 of the digital value DQ is obtained by binary search. For example, each bit b4, b3, b2, b1 of the digital value DQ is sequentially obtained by the same method as the A / D conversion of successive approximation.

例えば図18において、クロック信号CK1、CK2のクロック周波数は、例えばf1=100MHz(周期=10ns)、f2=94.12MHz(周期=10.625ns)となっており、分解能はΔt=0.625nsとなっている。そして図18のE1、E2は位相同期タイミングであり、クロック信号CK1、CK2の遷移タイミングが例えば一致しているタイミングである。そして、クロックサイクル指定値CINは、例えば初期値であるCIN=8に設定されている。この初期値であるCIN=8は、最初の探索範囲内の例えば真ん中付近の値に相当する。   For example, in FIG. 18, the clock frequencies of the clock signals CK1 and CK2 are, for example, f1 = 100 MHz (period = 10 ns), f2 = 94.12 MHz (period = 10.625 ns), and the resolution is Δt = 0.625 ns. It has become. E1 and E2 in FIG. 18 are phase synchronization timings, which are timings at which the transition timings of the clock signals CK1 and CK2 coincide, for example. The clock cycle designation value CIN is set to CIN = 8, which is an initial value, for example. This initial value CIN = 8 corresponds to, for example, a value in the vicinity of the middle in the first search range.

このようにCIN=8に設定されると、最初の更新期間TP1(第1の更新期間)では、図18のE3に示すように、クロックサイクル値がCCT=8になった場合に、信号STAの信号レベルを遷移させる。この信号STAに対応して信号STPの信号レベルが遷移すると、信号STPとクロック信号CK2の位相比較が行われる。例えば信号STPでクロック信号CK2をサンプリングする位相比較が行われ、E4に示すようにクロック信号CK2のHレベルがサンプリングされて、このHレベルが位相比較結果になる。このように位相比較結果がHレベルである場合には、デジタル値DQのMSBであるビットb4の論理レベルは、b4=1であると判断される。   When CIN = 8 is set in this way, in the first update period TP1 (first update period), as shown by E3 in FIG. 18, when the clock cycle value becomes CCT = 8, the signal STA The signal level of is shifted. When the signal level of the signal STP transitions in response to the signal STA, the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 is performed. For example, a phase comparison is performed by sampling the clock signal CK2 with the signal STP, and the H level of the clock signal CK2 is sampled as indicated by E4, and this H level becomes the phase comparison result. As described above, when the phase comparison result is at the H level, it is determined that the logic level of the bit b4 that is the MSB of the digital value DQ is b4 = 1.

このようにb4=1が求められたことで、バイナリーサーチの探索範囲が狭まり、最終的なデジタル値DQに対応するCINは、例えば8〜15の探索範囲内にあると判断される。そして、この探索範囲内の値(例えば中央付近の値)に設定されるように、クロックサイクル指定値を、例えばCIN=12に更新する。   Since b4 = 1 is obtained in this way, the search range of the binary search is narrowed, and the CIN corresponding to the final digital value DQ is determined to be within the search range of 8 to 15, for example. Then, the clock cycle designation value is updated to, for example, CIN = 12, so as to be set to a value within this search range (for example, a value near the center).

このようにCIN=12に更新されると、次の更新期間TP2(第2の更新期間)では、E5に示すように、クロックサイクル値がCCT=12になった場合に、信号STAの信号レベルを遷移させる。そして信号STPとクロック信号CK2の位相比較が行われ、例えばE6に示すようにクロック信号CK2のLレベルがサンプリングされたため、このLレベルが位相比較結果になる。このように位相比較結果がLレベルである場合には、デジタル値DQの次のビットb3の論理レベルは、b3=0であると判断される。   When updated to CIN = 12 in this way, in the next update period TP2 (second update period), the signal level of the signal STA when the clock cycle value becomes CCT = 12, as indicated by E5. Transition. Then, the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 is performed and, for example, the L level of the clock signal CK2 is sampled as indicated by E6, so that this L level becomes the phase comparison result. As described above, when the phase comparison result is at the L level, it is determined that the logical level of the bit b3 next to the digital value DQ is b3 = 0.

このようにb4=1、b3=0が求められたことで、バイナリーサーチの探索範囲が狭まり、最終的なデジタル値DQに対応するCINは、例えば8〜11の探索範囲内にあると判断される。そして、この探索範囲内の値(例えば中央付近の値)に設定されるように、クロックサイクル指定値を、例えばCIN=10に更新する。   Since b4 = 1 and b3 = 0 are obtained in this way, the search range of the binary search is narrowed, and the CIN corresponding to the final digital value DQ is determined to be within the search range of 8 to 11, for example. The Then, the clock cycle designation value is updated to CIN = 10, for example, so as to be set to a value within this search range (for example, a value near the center).

このようにCIN=10に更新されると、次の更新期間TP3(第3の更新期間)では、E7に示すように、クロックサイクル値がCCT=10になった場合に、信号STAの信号レベルを遷移させる。そして信号STPとクロック信号CK2の位相比較が行われ、例えばE8に示すようにクロック信号CK2のHレベルがサンプリングされたため、このHレベルが位相比較結果になる。このように位相比較結果がHレベルである場合には、デジタル値DQの次のビットb2の論理レベルは、b2=1であると判断される。   When updated to CIN = 10 in this way, in the next update period TP3 (third update period), as shown in E7, when the clock cycle value becomes CCT = 10, the signal level of the signal STA Transition. Then, the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 is performed. For example, as shown at E8, the H level of the clock signal CK2 is sampled, so this H level becomes the phase comparison result. Thus, when the phase comparison result is at the H level, it is determined that the logic level of the bit b2 next to the digital value DQ is b2 = 1.

最後にCIN=11に更新されて、次の更新期間TP4(第4の更新期間)では、E9に示すように、クロックサイクル値がCCT=11になった場合に、信号STAの信号レベルを遷移させる。そして信号STPとクロック信号CK2の位相比較が行われ、例えばE10に示すようにクロック信号CK2のHレベルがサンプリングされたため、このHレベルが位相比較結果になる。このように位相比較結果がHレベルである場合には、デジタル値DQのLSBであるビットb1は、b1=1に設定される。そしてE11に示すように、最終的なデジタル値である出力コードとして、DQ=1011(2進数)が出力される。   Finally, CIN = 11 is updated, and in the next update period TP4 (fourth update period), as shown in E9, when the clock cycle value becomes CCT = 11, the signal level of the signal STA is changed. Let Then, the phase comparison between the signal STP and the clock signal CK2 is performed. For example, as shown at E10, the H level of the clock signal CK2 is sampled, so this H level becomes the phase comparison result. Thus, when the phase comparison result is at the H level, the bit b1 which is the LSB of the digital value DQ is set to b1 = 1. Then, as indicated by E11, DQ = 1011 (binary number) is output as the output code that is the final digital value.

このようなバイナリーサーチの手法を用いれば、信号STA、STPの遷移タイミングの時間差に対応するデジタル値DQを、高速に求めることが可能になる。例えば前述の特許文献4の従来手法では、図18の場合には、最終的なデジタル値DQを求めるのに、最大で例えば15回の時間計測が必要になってしまう。これに対して本実施形態の手法によれば、図18に示すように、例えば4回の更新期間で最終的なデジタル値DQを求めることができ、時間デジタル変換の高速化を図れる。   By using such a binary search method, it is possible to obtain a digital value DQ corresponding to the time difference between the transition timings of the signals STA and STP at high speed. For example, in the conventional method of Patent Document 4 described above, in the case of FIG. 18, for example, a maximum of 15 time measurements are required to obtain the final digital value DQ. On the other hand, according to the method of the present embodiment, as shown in FIG. 18, the final digital value DQ can be obtained, for example, in four update periods, and the time digital conversion can be speeded up.

特に、分解能Δtを小さくして、デジタル値DQのビット数Lが大きくなった場合に、従来手法では、例えば2程度の回数の時間計測が必要になってしまい、変換時間が非常に長くなってしまう。これに対して本実施形態の手法によれば、例えばL回の更新期間で最終的なデジタル値DQを求めることができ、従来手法に比べて時間デジタル変換の大幅な高速化を図れる。 In particular, when the resolution Δt is reduced and the bit number L of the digital value DQ is increased, the conventional method requires time measurement of, for example, about 2 L , and the conversion time becomes very long. End up. On the other hand, according to the method of the present embodiment, the final digital value DQ can be obtained, for example, in L update periods, and time digital conversion can be significantly speeded up compared to the conventional method.

なお、デジタル値DQの上位ビット側を図18のバイナリーサーチ手法で求めた後、下位ビット側(例えばLSBを含む下位ビット。或いはLSBの下位ビット)については、例えば図15〜図17で説明した更新手法で求めるようにしてもよい。例えば図18では、逐次比較型のA/D変換のように、探索範囲(逐次比較範囲)を順次に狭めながら、探索範囲内の値になるようにクロックサイクル指定値CINを更新している。これに対して図15〜図17の更新手法では、Δシグマ型のA/D変換のように、位相比較結果に基づいて、CINを±GKだけ増減させる更新を行っている。GKはゲイン係数であり、GK≦1である。具体的には、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が遅れているという位相比較結果である場合には、CINを+GKだけ増加させる更新(デジタル演算処理)を行う。一方、信号STPの方がクロック信号CK2よりも位相が進んでいるという位相比較結果である場合には、CINを−GKだけ減少させる更新(デジタル演算処理)を行う。このように2つの手法を組み合わせることで、時間デジタル変換の高速化と高精度化を両立して実現することが可能になる。   In addition, after the upper bit side of the digital value DQ is obtained by the binary search method of FIG. 18, the lower bit side (for example, the lower bit including LSB or the lower bit of LSB) has been described with reference to FIGS. You may make it obtain | require by the update method. For example, in FIG. 18, the clock cycle designation value CIN is updated so as to be a value within the search range while the search range (successive comparison range) is narrowed sequentially as in the case of successive approximation type A / D conversion. On the other hand, in the update method shown in FIGS. 15 to 17, the CIN is increased / decreased by ± GK based on the phase comparison result as in the Δ sigma type A / D conversion. GK is a gain coefficient, and GK ≦ 1. Specifically, when the phase comparison result indicates that the signal STP is delayed in phase from the clock signal CK2, updating (digital calculation processing) is performed to increase CIN by + GK. On the other hand, when the phase comparison result indicates that the phase of the signal STP is more advanced than that of the clock signal CK2, updating (digital arithmetic processing) is performed to decrease CIN by -GK. By combining the two methods in this way, it is possible to realize both high speed and high accuracy of time digital conversion.

6.他の構成例
図19に本実施形態の回路装置10の他の構成例を示す。図19の回路装置10では、図1の同期化回路110として複数のPLL回路120、130が設けられている。
6). Other Configuration Examples FIG. 19 shows another configuration example of the circuit device 10 of the present embodiment. In the circuit device 10 of FIG. 19, a plurality of PLL circuits 120 and 130 are provided as the synchronization circuit 110 of FIG.

PLL回路120(第1のPLL回路)はクロック信号CK1と基準クロック信号CKRの位相同期を行う。具体的にはPLL回路120は、発振子XTAL1(第1の発振子)を用いて生成されたクロック周波数f1のクロック信号CK1と、基準クロック信号CKRとが入力され、クロック信号CK1と基準クロック信号CKRとの位相同期を行う。例えばPLL回路120は、クロック信号CK1と基準クロック信号CKRを第1の位相同期タイミング毎(第1の期間毎)に位相同期させる(遷移タイミングを一致させる)。   The PLL circuit 120 (first PLL circuit) performs phase synchronization between the clock signal CK1 and the reference clock signal CKR. Specifically, the PLL circuit 120 receives the clock signal CK1 of the clock frequency f1 generated using the oscillator XTAL1 (first oscillator) and the reference clock signal CKR, and receives the clock signal CK1 and the reference clock signal. Phase synchronization with CKR is performed. For example, the PLL circuit 120 synchronizes the phase of the clock signal CK1 and the reference clock signal CKR every first phase synchronization timing (every first period) (matches the transition timing).

PLL回路130(第2のPLL回路)はクロック信号CK2と基準クロック信号CKRの位相同期を行う。具体的にはPLL回路130は、発振子XTAL2(第2の発振子)を用いて生成されたクロック周波数f2のクロック信号CK2と、基準クロック信号CKRとが入力され、クロック信号CK2と基準クロック信号CKRとの位相同期を行う。例えばPLL回路130は、クロック信号CK2と基準クロック信号CKRを第2の位相同期タイミング毎(第2の期間毎)に位相同期させる(遷移タイミングを一致させる)。   The PLL circuit 130 (second PLL circuit) performs phase synchronization between the clock signal CK2 and the reference clock signal CKR. Specifically, the PLL circuit 130 receives the clock signal CK2 of the clock frequency f2 generated using the oscillator XTAL2 (second oscillator) and the reference clock signal CKR, and receives the clock signal CK2 and the reference clock signal. Phase synchronization with CKR is performed. For example, the PLL circuit 130 synchronizes the phase of the clock signal CK2 and the reference clock signal CKR every second phase synchronization timing (every second period) (matches the transition timing).

基準クロック信号CKRは、例えば発振子XTAL3(第3の発振子)を発振回路103により発振させることで生成される。基準クロック信号CKRのクロック周波数frは、クロック信号CK1、CK2のクロック周波数f1、f2とは異なる周波数であり、例えばクロック周波数f1、f2よりも低い周波数である。発振子XTAL3としては、発振子XTAL1、XTAL2と同様の素子を用いることができ、例えば水晶振動子などを用いることができる。水晶振動子を用いることで、ジッターや位相誤差が小さい高精度の基準クロック信号CKRを生成でき、結果的に、クロック信号CK1、CK2のジッターや位相誤差も低減でき、時間デジタル変換の高精度化等を図れるようになる。   The reference clock signal CKR is generated, for example, by causing the oscillation circuit 103 to oscillate the oscillator XTAL3 (third oscillator). The clock frequency fr of the reference clock signal CKR is a frequency different from the clock frequencies f1 and f2 of the clock signals CK1 and CK2, and is, for example, a frequency lower than the clock frequencies f1 and f2. As the oscillator XTAL3, an element similar to the oscillators XTAL1 and XTAL2 can be used, and for example, a crystal oscillator or the like can be used. By using a crystal unit, it is possible to generate a highly accurate reference clock signal CKR with small jitter and phase error, and as a result, jitter and phase error of the clock signals CK1 and CK2 can be reduced, and time digital conversion is highly accurate. Etc. can be planned.

このように本実施形態では、PLL回路120によりクロック信号CK1と基準クロック信号CKRが位相同期され、PLL回路130によりクロック信号CK2と基準クロック信号CKRが位相同期される。これによりクロック信号CK1とクロック信号CK2が位相同期するようになる。なお3つ以上のPLL回路(3つ以上の発振子)を設けてクロック信号CK1、CK2の位相同期を行う変形実施も可能である。   Thus, in the present embodiment, the clock signal CK1 and the reference clock signal CKR are phase-synchronized by the PLL circuit 120, and the clock signal CK2 and the reference clock signal CKR are phase-synchronized by the PLL circuit 130. As a result, the clock signal CK1 and the clock signal CK2 are phase-synchronized. It is also possible to perform a modification in which three or more PLL circuits (three or more oscillators) are provided to perform phase synchronization of the clock signals CK1 and CK2.

具体的にはPLL回路120は、分周回路122、124(第1、第2の分周回路)と、位相検出器126(第1の位相比較器)を含む。分周回路122は、クロック信号CK1のクロック周波数f1を1/N1にする分周を行って、クロック周波数がf1/N1となる分周クロック信号DCK1を出力する。分周回路124は、基準クロック信号CKRのクロック周波数frを1/M1にする分周を行って、クロック周波数がfr/M1となる分周クロック信号DCK2を出力する。そして位相検出器126は、分周クロック信号DCK1と分周クロック信号DCK2の位相比較を行い、アップ/ダウン信号である信号PQ1をチャージポンプ回路128に出力する。そして発振回路101(VCXO)は、チャージポンプ回路128からの制御電圧VC1に基づいて発振周波数が制御される発振子XTAL1の発振動作を行って、クロック信号CK1を生成する。   Specifically, the PLL circuit 120 includes frequency dividing circuits 122 and 124 (first and second frequency dividing circuits) and a phase detector 126 (first phase comparator). The frequency dividing circuit 122 performs frequency division so that the clock frequency f1 of the clock signal CK1 is 1 / N1, and outputs a frequency-divided clock signal DCK1 having a clock frequency of f1 / N1. The frequency dividing circuit 124 performs frequency division so that the clock frequency fr of the reference clock signal CKR is 1 / M1, and outputs a frequency-divided clock signal DCK2 having a clock frequency fr / M1. Then, the phase detector 126 performs phase comparison between the divided clock signal DCK1 and the divided clock signal DCK2, and outputs a signal PQ1 that is an up / down signal to the charge pump circuit 128. The oscillation circuit 101 (VCXO) performs the oscillation operation of the oscillator XTAL1 whose oscillation frequency is controlled based on the control voltage VC1 from the charge pump circuit 128, and generates the clock signal CK1.

PLL回路130は、分周回路132、134(第3、第4の分周回路)と、位相検出器136(第2の位相比較器)を含む。分周回路132は、クロック信号CK2のクロック周波数f2を1/N2にする分周を行って、クロック周波数がf2/N2となる分周クロック信号DCK3を出力する。分周回路134は、基準クロック信号CKRのクロック周波数frを1/M2にする分周を行って、クロック周波数がfr/M2となる分周クロック信号DCK4を出力する。そして位相検出器136は、分周クロック信号DCK3と分周クロック信号DCK4の位相比較を行い、アップ/ダウン信号である信号PQ2をチャージポンプ回路138に出力する。そして発振回路102(VCXO)は、チャージポンプ回路138からの制御電圧VC2に基づいて発振周波数が制御される発振子XTAL2の発振動作を行って、クロック信号CK2を生成する。   The PLL circuit 130 includes frequency dividing circuits 132 and 134 (third and fourth frequency dividing circuits) and a phase detector 136 (second phase comparator). The frequency dividing circuit 132 performs frequency division so that the clock frequency f2 of the clock signal CK2 is 1 / N2, and outputs a frequency-divided clock signal DCK3 having the clock frequency f2 / N2. The frequency divider circuit 134 performs frequency division so that the clock frequency fr of the reference clock signal CKR is 1 / M2, and outputs a frequency-divided clock signal DCK4 having a clock frequency fr / M2. Then, the phase detector 136 performs a phase comparison between the divided clock signal DCK3 and the divided clock signal DCK4, and outputs a signal PQ2 that is an up / down signal to the charge pump circuit 138. The oscillation circuit 102 (VCXO) performs an oscillation operation of the oscillator XTAL2 whose oscillation frequency is controlled based on the control voltage VC2 from the charge pump circuit 138, and generates the clock signal CK2.

図20は図19の回路装置10の動作を説明する信号波形図である。なお図20では、説明の簡素化のためにN1=4、M1=3、N2=5、M2=4に設定した例を示しているが、実際には、時間デジタル変換の分解能を高めるためにN1、M1、N2、M2は非常に大きな数に設定される。   FIG. 20 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the circuit device 10 of FIG. Note that FIG. 20 shows an example in which N1 = 4, M1 = 3, N2 = 5, and M2 = 4 are set for the sake of simplification, but actually, in order to increase the resolution of time digital conversion. N1, M1, N2, and M2 are set to very large numbers.

図20に示すようにクロック信号CK1をN1=4分周した信号が、分周クロック信号DCK1となり、基準クロック信号CKRをM1=3分周した信号が、分周クロック信号DCK2となり、期間T12毎に位相同期が行われる。即ちPLL回路120により、T12=N1/f1=M1/frの関係が成り立つように、クロック信号CK1、基準クロック信号CKRの位相同期が行われる。   As shown in FIG. 20, the signal obtained by dividing the clock signal CK1 by N1 = 4 becomes the divided clock signal DCK1, and the signal obtained by dividing the reference clock signal CKR by M1 = 3 becomes the divided clock signal DCK2, and every period T12. Phase synchronization is performed. That is, the PLL circuit 120 performs phase synchronization of the clock signal CK1 and the reference clock signal CKR so that the relationship of T12 = N1 / f1 = M1 / fr is established.

またクロック信号CK2をN2=5分周した信号が、分周クロック信号DCK3となり、基準クロック信号CKRをM2=4分周した信号が、分周クロック信号DCK4となり、期間T34毎に位相同期が行われる。即ち、PLL回路130により、T34=N2/f2=M2/frの関係が成り立つように、クロック信号CK2、基準クロック信号CKRの位相同期が行われる。このように期間T12毎にクロック信号CK1と基準クロック信号CKRが位相同期し、期間T34毎に、クロック信号CK2と基準クロック信号CKRが位相同期することで、クロック信号CK1、CK2は、期間TAB毎に位相同期されることになる。ここでTAB=T12×M2=T34×M1の関係が成り立つ。例えばM2=4、M1=3の場合には、TAB=T12×4=T34×3になる。   A signal obtained by dividing the clock signal CK2 by N2 = 5 becomes a divided clock signal DCK3, and a signal obtained by dividing the reference clock signal CKR by M2 = 4 becomes a divided clock signal DCK4, and phase synchronization is performed every period T34. Is called. That is, the PLL circuit 130 performs phase synchronization of the clock signal CK2 and the reference clock signal CKR so that the relationship of T34 = N2 / f2 = M2 / fr is established. As described above, the clock signal CK1 and the reference clock signal CKR are phase-synchronized every period T12, and the clock signal CK2 and the reference clock signal CKR are phase-synchronized every period T34, so that the clock signals CK1 and CK2 are synchronized every period TAB. Phase-synchronized with each other. Here, the relationship of TAB = T12 × M2 = T34 × M1 is established. For example, when M2 = 4 and M1 = 3, TAB = T12 × 4 = T34 × 3.

図19の分周回路122、124、132、134の分周比N1、M1、N2、M2は、実際には非常に大きい数に設定される。図21に分周比の設定の一例を示す。例えば基準クロック信号CKRのクロック周波数がfr=101MHzの場合に、分周回路122、124の分周比をN1=101、M1=100に設定することで、PLL回路120によりf1=102.01MHzのクロック信号CK1が生成される。また分周回路132、134の分周比をN2=102、M2=101に設定することで、PLL回路130によりf2=102MHzのクロック信号CK2が生成される。これにより、図2で説明した時間デジタル変換の分解能(時間分解能)を、Δt=|1/f1−1/f2|=0.96ps(ピコセカンド)に設定でき、非常に高い分解能の時間デジタル変換を実現できるようになる。   The frequency dividing ratios N1, M1, N2, and M2 of the frequency dividing circuits 122, 124, 132, and 134 in FIG. 19 are actually set to very large numbers. FIG. 21 shows an example of setting the frequency division ratio. For example, when the clock frequency of the reference clock signal CKR is fr = 101 MHz, by setting the frequency dividing ratio of the frequency dividing circuits 122 and 124 to N1 = 101 and M1 = 100, the PLL circuit 120 sets f1 = 102.01 MHz. A clock signal CK1 is generated. Further, by setting the frequency dividing ratios of the frequency dividing circuits 132 and 134 to N2 = 102 and M2 = 101, the PLL circuit 130 generates the clock signal CK2 of f2 = 102 MHz. Thereby, the resolution (time resolution) of the time digital conversion described in FIG. 2 can be set to Δt = | 1 / f1-1 / f2 | = 0.96 ps (picosecond), and the time digital conversion with very high resolution can be performed. Can be realized.

図21に示すように、N1とM1は2以上の異なる整数であり、N2とM2も2以上の異なる整数である。またN1、M1の少なくとも1つと、N2、M2の少なくとも1つは異なる整数になっている。また、望ましくは、N1とN2は、最大公約数が1で、最小公倍数がN1×N2になっており、M1とM2は、最大公約数が1で、最小公倍数がM1×M2になっている。   As shown in FIG. 21, N1 and M1 are two or more different integers, and N2 and M2 are also two or more different integers. Further, at least one of N1 and M1 and at least one of N2 and M2 are different integers. Preferably, N1 and N2 have a greatest common divisor of 1 and a least common multiple of N1 × N2, and M1 and M2 have a greatest common divisor of 1 and a least common multiple of M1 × M2. .

また図21では|N1×M2−N2×M1|=1の関係が成り立っている。即ち、|N1×M2−N2×M1|=1の関係が成り立つようにN1、M1、N2、M2が設定されている。N1=4、M1=3、N2=5、M2=4に設定される図20を例にとれば、|N1×M2−N2×M1|=|4×4−5×3|=1になる。これはクロック信号CK1の16個分の長さとクロック信号CK2の15個分の長さが等しいことを意味する。このようにすれば期間TAB毎に、クロック信号CK1とクロック信号CK2が、1クロックサイクル分(1クロック期間)ずつずれるようになる。これにより、ノギス(バーニア)の原理を利用した時間デジタル変換を容易に実現できるようになる。   In FIG. 21, a relationship of | N1 × M2−N2 × M1 | = 1 holds. That is, N1, M1, N2, and M2 are set so that the relationship | N1 × M2−N2 × M1 | = 1 holds. Taking FIG. 20 as an example where N1 = 4, M1 = 3, N2 = 5, and M2 = 4, | N1 × M2-N2 × M1 | = | 4 × 4-5 × 3 | = 1. . This means that the length of 16 clock signals CK1 is equal to the length of 15 clock signals CK2. In this way, the clock signal CK1 and the clock signal CK2 are shifted by one clock cycle (one clock period) every period TAB. Thereby, time digital conversion using the caliper (vernier) principle can be easily realized.

図19、図20では、期間TABよりも短い期間T12毎にクロック信号CK1と基準クロック信号CKRの位相同期が行われ、期間TABよりも短い期間T34毎にクロック信号CK2と基準クロック信号CKRの位相同期が行われる。従って、前述の図14の構成例に比べて位相比較を行う頻度が多くなり、クロック信号CK1、CK2のジッター(累積ジッター)や位相ノイズの低減等を図れるようになる。特に、高分解能のΔtを実現するために、N1、M1、N2、M2を大きな数に設定した場合に、図14の構成例では、同期期間の長さが非常に長くなってしまい、誤差が積算されることでジッターや位相誤差が大きくなってしまう。これに対して図19、図20では、短い期間T12、T34毎に位相比較が行われるため、積算誤差を小さくでき、ジッターや位相誤差を向上できるという利点がある。   19 and 20, the phase of the clock signal CK1 and the reference clock signal CKR is synchronized every period T12 shorter than the period TAB, and the phase of the clock signal CK2 and the reference clock signal CKR every period T34 shorter than the period TAB. Synchronization is done. Accordingly, the frequency of phase comparison is increased compared to the configuration example of FIG. 14 described above, and the jitter (cumulative jitter) and phase noise of the clock signals CK1 and CK2 can be reduced. In particular, when N1, M1, N2, and M2 are set to a large number in order to realize a high resolution Δt, the length of the synchronization period becomes very long in the configuration example of FIG. Accumulation increases jitter and phase error. On the other hand, in FIGS. 19 and 20, since phase comparison is performed every short period T12 and T34, there is an advantage that the integration error can be reduced and the jitter and phase error can be improved.

なお図19のPLL回路120、130はアナログ方式の回路構成になっているが、デジタル方式(ADPLL)の回路構成を採用してもよい。この場合には各PLL回路(120、130)は、カウンター及びTDCを有する位相検出器と、デジタル演算部などにより実現できる。カウンターは、基準クロック信号(CKR)のクロック周波数(fr)を、クロック信号(CK1、CK2)のクロック周波数(f1、f2)で除算した結果の整数部に相当するデジタルデータを生成する。TDCは、当該除算結果の小数部に相当するデジタルデータを生成する。これらの整数部と小数部の加算結果に対応するデジタルデータがデジタル演算部に出力される。デジタル演算部は、設定周波数データ(FCW1、FCW2)と位相検出器からの比較結果のデジタルデータに基づいて、設定周波数データとの位相誤差を検出し、位相誤差の平滑化処理を行うことで、周波数制御データを生成して、発振回路(101、102)に出力する。発振回路は、周波数制御データに基づいて発振周波数が制御されて、クロック信号(CK1、CK2)を生成する。なおTDCを用いる代わりに、Bang−Bangタイプの位相検出器とPI制御を用いた構成で、デジタル方式のPLL回路を実現してもよい。   Although the PLL circuits 120 and 130 in FIG. 19 have an analog circuit configuration, a digital (ADPLL) circuit configuration may be adopted. In this case, each PLL circuit (120, 130) can be realized by a phase detector having a counter and a TDC, a digital arithmetic unit, and the like. The counter generates digital data corresponding to the integer part of the result of dividing the clock frequency (fr) of the reference clock signal (CKR) by the clock frequency (f1, f2) of the clock signal (CK1, CK2). The TDC generates digital data corresponding to the decimal part of the division result. Digital data corresponding to the addition result of these integer part and decimal part is output to the digital operation part. The digital calculation unit detects the phase error with the set frequency data based on the set frequency data (FCW1, FCW2) and the digital data of the comparison result from the phase detector, and performs the phase error smoothing process. Frequency control data is generated and output to the oscillation circuits (101, 102). The oscillation circuit controls the oscillation frequency based on the frequency control data, and generates clock signals (CK1, CK2). Instead of using TDC, a digital PLL circuit may be realized with a configuration using a Bang-Bang type phase detector and PI control.

7.ジッターと分解能
以上のように本実施形態では高分解能の時間デジタル変換を実現しているが、クロック信号のジッターの累積等が原因となって、高分解能に対応する精度を実現できないという問題がある。例えばジッターを単純にホワイトノイズとすると、その累積ジッターは例えばランダムウォークになる。即ち、自己相関のない完全な雑音のようなジッター(ホワイトノイズ)に対し、その累積和となる累積ジッターは、ランダムウォークとなり、自己相関がある。
7). Jitter and resolution As described above, in this embodiment, high-resolution time-to-digital conversion is realized. However, there is a problem that accuracy corresponding to high resolution cannot be realized due to accumulation of jitter of a clock signal. . For example, if the jitter is simply white noise, the accumulated jitter is, for example, a random walk. That is, with respect to jitter (white noise) such as perfect noise without autocorrelation, the cumulative jitter as the cumulative sum is a random walk and has autocorrelation.

例えばランダムウォークは、図22のC1に示すように正規分布(ガウス分布)に分布収束する。量子ウォークはC2、C3に示すように、有限な台(コンパクト・サポート)をもつ所与の確率密度関数に収束する。   For example, the random walk converges to a normal distribution (Gaussian distribution) as indicated by C1 in FIG. The quantum walk converges to a given probability density function with a finite platform (compact support), as shown at C2 and C3.

例えば図8ではクロック信号CK1、CK2を期間TS毎に位相同期させている。そして図23のD1に示すようにクロック信号CK1、CK2には、クロックサイクル毎のジッターがある。またクロック信号CK1、CK2は期間TK毎に位相同期しているが、D2は、この期間TKでの累積ジッターである。ここで、クロック信号CK1、CK2の1クロックサイクル当たりのジッター量をJとし、クロック信号CK1、CK2の一方のクロック信号(又は基準クロック信号)についての、期間TKでのクロック数をKとする。このとき、ランダムウォークと仮定すると、累積ジッター量(ジッター積算誤差)は、例えばK1/2×Jと表すことができる。量子ウォークであると仮定すると、累積ジッター量は、例えばK×Jと表すことができる。 For example, in FIG. 8, the clock signals CK1 and CK2 are phase-synchronized every period TS. As shown by D1 in FIG. 23, the clock signals CK1 and CK2 have jitter for each clock cycle. The clock signals CK1 and CK2 are phase-synchronized every period TK, and D2 is the accumulated jitter in this period TK. Here, the jitter amount per clock cycle of the clock signals CK1 and CK2 is J, and the number of clocks in the period TK for one of the clock signals CK1 and CK2 (or the reference clock signal) is K. At this time, assuming a random walk, the cumulative jitter amount (jitter integration error) can be expressed as, for example, K 1/2 × J. Assuming that it is a quantum walk, the cumulative jitter amount can be expressed as K × J, for example.

ここでジッター量Jは、理想的なクロック信号に対する位相のズレを表すものであり、RMS値で表され、単位は時間である。例えばジッター量Jは、発振子の性能等により決まる規格値(最大規格値)であり、例えば1クロック当たりでの平均的な位相のズレを表すRMS値である。クロック数Kは、クロック信号CK1、CK2の一方のクロック信号が、他方のクロック信号又は基準クロック信号(CKR)に対して位相同期するタイミングと次に位相同期するタイミングの間の期間TKにおける、一方のクロック信号のクロック数である。図8の例では、クロック数Kは、クロック信号CK1、CK2のクロック数N、Mに相当する。また期間TKは、図8の期間TSに相当する。そしてクロックロック信号CK1、CK2の一方のクロック信号の周波数をf(f1、f2)とし、時間デジタル変換の分解能をΔtとした場合に、K=1/(f×Δt)と表すことができる。一方、図19の例では、クロック数Kは、図21のN1、N2に相当する。また期間TKは、図20の期間T12、T34に相当する。   Here, the jitter amount J represents a phase shift with respect to an ideal clock signal, is represented by an RMS value, and a unit is time. For example, the jitter amount J is a standard value (maximum standard value) determined by the performance of the resonator, for example, an RMS value representing an average phase shift per clock. The number of clocks K is one in a period TK between the timing when one of the clock signals CK1 and CK2 is phase-synchronized with the other clock signal or the reference clock signal (CKR) and the next phase-synchronizing timing. This is the number of clock signals. In the example of FIG. 8, the clock number K corresponds to the clock numbers N and M of the clock signals CK1 and CK2. The period TK corresponds to the period TS in FIG. When the frequency of one of the clock lock signals CK1 and CK2 is f (f1, f2) and the resolution of time digital conversion is Δt, it can be expressed as K = 1 / (f × Δt). On the other hand, in the example of FIG. 19, the clock number K corresponds to N1 and N2 of FIG. The period TK corresponds to the periods T12 and T34 in FIG.

図23に示すように、位相同期間隔を表す期間TKでのクロック数Kが大きいほど、累積ジッターによる誤差が大きくなり、精度が低下してしまう。その意味において図19の構成例では、期間TKでのクロック数Kを小さくできるため、累積ジッターによる誤差を小さくでき、精度を向上できる。   As shown in FIG. 23, the larger the number of clocks K in the period TK representing the phase synchronization interval, the larger the error due to accumulated jitter and the lower the accuracy. In that sense, in the configuration example of FIG. 19, since the number of clocks K in the period TK can be reduced, errors due to accumulated jitter can be reduced, and accuracy can be improved.

図24のH1、H2、H3は、例えばランダムウォークと仮定した場合における分解能(sec)とクロック信号のジッター(sec_rms)の関係を示すものである。例えば累積ジッター量がK1/2×Jと表される場合における分解能とジッターの関係を示すものであり、H1、H2、H3は、クロック信号(CK1、CK2)の周波数が100MHz、1GHz、10MHzの場合に相当する。図24において、H4に示す領域は、ジッターが主因となって精度を悪化させる領域である。H5に示す領域は、分解能が主因となって精度を悪化させる領域である。 H1, H2, and H3 in FIG. 24 indicate the relationship between the resolution (sec) and the jitter (sec_rms) of the clock signal when assuming a random walk, for example. For example, the relationship between the resolution and the jitter when the cumulative jitter amount is expressed as K 1/2 × J is shown. H1, H2, and H3 are the frequencies of the clock signals (CK1, CK2) of 100 MHz, 1 GHz, 10 MHz. This corresponds to the case. In FIG. 24, a region indicated by H4 is a region in which accuracy is deteriorated due to jitter as a main factor. The region indicated by H5 is a region that deteriorates accuracy mainly due to resolution.

例えば図24のH1は、クロック信号の周波数が100MHzであり、クロック数Kが10程度である場合を示している。例えばH1において、分解能(Δt)が1ps(10−12sec)である場合に、ジッター(J)が0.01ps(10−14sec_rms)となっており、K=10とすると、Δt=K1/2×Jの関係が成り立っている。例えばクロック信号の周波数を1GHzというように高くすると、クロック数Kを小さくできるため、Δt=K1/2×Jの関係を表すラインはH2に示すようになり、ジッターに対する要求が緩やかになる。一方、クロック信号の周波数を10MHzというように低くすると、クロック数Kが大きくなるため、Δt=K1/2×Jの関係を表すラインはH3に示すようになり、ジッターに対する要求が厳しくなる。 For example H1 of Figure 24, the frequency of the clock signal is 100 MHz, shows a case clock number K of about 10 4. In example H1, when the resolution (Delta] t) is 1ps (10 -12 sec), jitter (J) has become a 0.01ps (10 -14 sec_rms), When K = 10 4, Δt = K The relationship of 1/2 × J is established. For example, when the frequency of the clock signal is increased to 1 GHz, the number of clocks K can be reduced. Therefore, the line representing the relationship Δt = K 1/2 × J is indicated by H2, and the demand for jitter is moderated. On the other hand, when the frequency of the clock signal is lowered to 10 MHz, the number of clocks K increases, so the line representing the relationship Δt = K 1/2 × J becomes H3, and the requirement for jitter becomes severe.

そして本実施形態では、クロック信号CK1、CK2の1クロックサイクル当たりのジッター量をJとし、時間デジタル変換の分解能をΔtとした場合に、少なくともJ≦Δtの関係が成り立つ。例えば図25のH6は、J=Δtの関係が成り立つラインを示しており、これは図24のH4に示すようにジッターが主因で精度が劣化する領域に対応し、ジッターが少なくとも分解能を越えないというジッターの上限を示すものである。例えば分解能(Δt)が1ps(10−12sec)である場合には、ジッター量Jは少なくとも1ps(10−12sec_rms)以下であることが要求され、ジッター量Jが1ps(RMS値)よりも大きくなることを許容しない。ジッター量Jが1psよりも大きくなると、Δt=1psというように高分解能にしたことが意味をなさなくなるからである。 In the present embodiment, when the jitter amount per clock cycle of the clock signals CK1 and CK2 is J and the resolution of time digital conversion is Δt, at least the relationship of J ≦ Δt is established. For example, H6 in FIG. 25 indicates a line where the relationship of J = Δt is established, and this corresponds to a region where the accuracy is degraded due to jitter as shown in H4 in FIG. 24, and the jitter does not exceed the resolution at least. This shows the upper limit of jitter. For example, when the resolution (Δt) is 1 ps (10 −12 sec), the jitter amount J is required to be at least 1 ps (10 −12 sec_rms) or less, and the jitter amount J is more than 1 ps (RMS value). Do not allow it to grow. This is because when the jitter amount J is larger than 1 ps, it becomes meaningless to have a high resolution such as Δt = 1 ps.

また本実施形態では、クロック信号CK1、CK2の一方のクロック信号が、他方のクロック信号又は基準クロック信号(CKR)に対して位相同期するタイミングと次に位相同期するタイミングの間の期間TKにおける、一方のクロック信号のクロック数をKとした場合に、J≧Δt/Kの関係が成り立つ。例えば図25のH7は、J=Δt/Kの関係が成り立つラインを示しており、これは図24のH5に示すように分解能が主因で精度が劣化する領域に対応し、分解能に対するジッターの下限を示すものである。例えばH7は量子ウォークに対応するものである。このようにJ≧Δt/Kとすれば、累積ジッターの振る舞いが量子ウォークと想定した場合にも対応できるようになり、ジッター特性が必要以上に良い発振子を選択しなくても済むようになる。   In the present embodiment, one clock signal of the clock signals CK1 and CK2 is in a period TK between the timing of phase synchronization with the other clock signal or the reference clock signal (CKR) and the next phase synchronization timing. When the number of clocks of one clock signal is K, the relationship of J ≧ Δt / K is established. For example, H7 in FIG. 25 indicates a line where the relationship of J = Δt / K is established, which corresponds to a region where the accuracy is degraded due to the resolution as shown in H5 in FIG. Is shown. For example, H7 corresponds to the quantum walk. As described above, when J ≧ Δt / K, it is possible to cope with the case where the behavior of the accumulated jitter is assumed to be a quantum walk, and it becomes unnecessary to select an oscillator having a jitter characteristic better than necessary. .

例えばクロック信号(CK1、CK2)の周波数をf(f1、f2)とし、期間TKのクロック数をKとした場合に、K=1/(f×Δt)が成り立つ。図8の例では、N=1/(f1×Δt)、M=1/(f2×Δt)が成り立つ。これは、期間TK(TS)毎に、一方のクロック信号と他方のクロック信号(CK1、CK2)の位相が1クロックサイクル分だけずれることを意味している。従って、J≧Δt/Kの関係式は、クロック信号の周波数fで表すと、J≧f×Δtという関係式になる。 For example, when the frequency of the clock signals (CK1, CK2) is f (f1, f2) and the number of clocks in the period TK is K, K = 1 / (f × Δt) holds. In the example of FIG. 8, N = 1 / (f1 × Δt) and M = 1 / (f2 × Δt) are established. This means that the phase of one clock signal and the other clock signal (CK1, CK2) is shifted by one clock cycle every period TK (TS). Therefore, the relational expression of J ≧ Δt / K becomes a relational expression of J ≧ f × Δt 2 when expressed by the frequency f of the clock signal.

また本実施形態では、例えば(1/10)×(Δt/K1/2)≦J≦10×(Δt/K1/2)の関係が成り立つ。例えばクロック周波数が100MHzである場合に、図25のH1は、J=Δt/K1/2のラインに相当し、これはランダムウォークのラインに相当する。この場合に例えば図25のH8に示す範囲であれば、図24のH4に示すようにジッターが主因で精度が低下したり、H5に示すように分解能が主因で精度が低下しないようになる。(1/10)×(Δt/K1/2)≦J≦10×(Δt/K1/2)は、図25のH8に示す範囲にあることを示すものであり、分解能とジッターの関係は、H8に示す範囲にあることが望ましい。H8の範囲の領域は、累積ジッターが精度を律速する領域と、分解能が精度を律速する領域の境の領域となるため、オーバスペックな発振子を用いなくても、高精度の時間デジタル変換を実現することが可能になる。 In the present embodiment, for example, a relationship of (1/10) × (Δt / K 1/2 ) ≦ J ≦ 10 × (Δt / K 1/2 ) is established. For example, when the clock frequency is 100 MHz, H1 in FIG. 25 corresponds to a line of J = Δt / K 1/2 , which corresponds to a random walk line. In this case, for example, within the range indicated by H8 in FIG. 25, the accuracy does not decrease due to jitter as shown in H4 in FIG. 24, or the accuracy does not decrease due to the resolution as shown in H5. (1/10) × (Δt / K 1/2 ) ≦ J ≦ 10 × (Δt / K 1/2 ) indicates that it is in the range indicated by H8 in FIG. 25, and the relationship between resolution and jitter. Is preferably in the range indicated by H8. The H8 range area is the boundary between the area where the accumulated jitter controls the accuracy and the area where the resolution controls the accuracy, so high-precision time-to-digital conversion can be performed without using an overspec oscillator. Can be realized.

例えばランダムウォークと仮定すると、分解能と累積ジッター量が拮抗する関係式は、J=Δt/K1/2と表すことができる。そして、前述したように、K=1/(f×Δt)が成り立つ場合には、J=Δt/K1/2は、J=(f×Δt1/2という関係式になる。従って図25のように、クロック信号の周波数fを10MHz〜1GHzの範囲とすると、(10×Δt1/2≦J≦(10×Δt1/2の関係が成り立つことになる。クロック信号の周波数fを10KHz〜10GHzの範囲とすると、(10×Δt1/2≦J≦(1010×Δt1/2の関係が成り立つことになる。 For example, assuming a random walk, a relational expression in which the resolution and the cumulative jitter amount antagonize can be expressed as J = Δt / K 1/2 . As described above, when K = 1 / (f × Δt) holds, J = Δt / K 1/2 becomes a relational expression of J = (f × Δt 3 ) 1/2 . Therefore, as shown in FIG. 25, when the frequency f of the clock signal is in the range of 10 MHz to 1 GHz, the relationship of (10 7 × Δt 3 ) 1/2 ≦ J ≦ (10 9 × Δt 3 ) 1/2 is established. Become. When the frequency f of the clock signal is in the range of 10 KHz to 10 GHz, the relationship of (10 4 × Δt 3 ) 1/2 ≦ J ≦ (10 10 × Δt 3 ) 1/2 is established.

8.物理量測定装置、電子機器、移動体
図26に本実施形態の物理量測定装置400の構成例を示す。物理量測定装置400は、本実施形態の回路装置10と、クロック信号CK1を生成するための発振子XTAL1(第1の発振子、第1の振動片)と、クロック信号CK2を生成するための発振子XTAL2(第2の発振子、第2の振動片)を含む。また物理量測定装置400は、回路装置10、発振子XTAL1、XTAL2が収容されるパッケージ410を含むことができる。パッケージ410は、例えばベース部412とリッド部414により構成される。ベース部412は、セラミック等の絶縁材料からなる例えば箱型等の部材であり、リッド部414は、ベース部412に接合される例えば平板状等の部材である。ベース部412の例えば底面には外部機器と接続するための外部接続端子(外部電極)が設けられている。ベース部412とリッド部414により形成される内部空間(キャビティー)に、回路装置10、発振子XTAL1、XTAL2が収容される。そしてリッド部414により密閉することで、回路装置10、発振子XTAL1、XTAL2がパッケージ410内に気密に封止される。
8). Physical Quantity Measuring Device, Electronic Device, Mobile Object FIG. 26 shows a configuration example of the physical quantity measuring device 400 of this embodiment. The physical quantity measuring device 400 includes the circuit device 10 of the present embodiment, an oscillator XTAL1 (first oscillator, first vibrating element) for generating the clock signal CK1, and an oscillation for generating the clock signal CK2. A child XTAL2 (second oscillator, second vibrating piece) is included. The physical quantity measuring device 400 can include a package 410 in which the circuit device 10 and the oscillators XTAL1 and XTAL2 are accommodated. The package 410 includes a base part 412 and a lid part 414, for example. The base portion 412 is a member such as a box made of an insulating material such as ceramic, and the lid portion 414 is a member such as a flat plate joined to the base portion 412. For example, an external connection terminal (external electrode) for connecting to an external device is provided on the bottom surface of the base portion 412. The circuit device 10 and the resonators XTAL1 and XTAL2 are accommodated in an internal space (cavity) formed by the base portion 412 and the lid portion 414. The circuit device 10 and the resonators XTAL1 and XTAL2 are hermetically sealed in the package 410 by sealing with the lid portion 414.

回路装置10と発振子XTAL1、XTAL2は、パッケージ410内に実装される。そして発振子XTAL1、XTAL2の端子と、回路装置10(IC)の端子(パッド)は、パッケージ410の内部配線により電気的に接続される。回路装置10には、発振子XTAL1、XTAL2を発振させるための発振回路101、102が設けられ、これらの発振回路101、102により発振子XTAL1、XTAL2を発振させることで、クロック信号CK1、CK2が生成される。   The circuit device 10 and the resonators XTAL1 and XTAL2 are mounted in the package 410. The terminals of the oscillators XTAL 1 and XTAL 2 and the terminals (pads) of the circuit device 10 (IC) are electrically connected by the internal wiring of the package 410. The circuit device 10 is provided with oscillation circuits 101 and 102 for causing the oscillators XTAL1 and XTAL2 to oscillate. The oscillation circuits 101 and 102 cause the oscillators XTAL1 and XTAL2 to oscillate, whereby the clock signals CK1 and CK2 are generated. Generated.

例えば前述の特許文献4の従来手法では、第1、第2の発振回路は第1、第2の水晶発振器に設けられており、回路装置は第1、第2の発振回路を内蔵していない。このため同期化回路110による第1、第2のクロック信号の位相同期を実現することはできない。また第1、第2の発振回路に共通する制御処理を、回路装置において実行することができないという不利点がある。   For example, in the conventional method described in Patent Document 4, the first and second oscillation circuits are provided in the first and second crystal oscillators, and the circuit device does not include the first and second oscillation circuits. . For this reason, phase synchronization of the first and second clock signals by the synchronization circuit 110 cannot be realized. Further, there is a disadvantage that control processing common to the first and second oscillation circuits cannot be executed in the circuit device.

なお、物理量測定装置400の構成としては種々の変形実施が可能である。例えばベース部412が、平板状の形状であり、リッド部414が、その内側に凹部が形成されるような形状であってもよい。またパッケージ410内での回路装置10、発振子XTAL1、XTAL2の実装形態や配線接続などについても種々の変形実施が可能である。また発振子XTAL1、XTAL2は完全に別体に構成されている必要は無く、1つの部材に形成された第1、第2の発振領域であってもよい。また物理量測定装置400(パッケージ410)に3つ以上の発振子を設けてもよい。この場合には回路装置10に、それに対応する3つ以上の発振回路を設ければよい。   Various modifications can be made to the configuration of the physical quantity measuring device 400. For example, the base portion 412 may have a flat plate shape, and the lid portion 414 may have a shape in which a concave portion is formed inside thereof. Various modifications can be made to the mounting form and wiring connection of the circuit device 10 and the resonators XTAL1 and XTAL2 in the package 410. Further, the oscillators XTAL1 and XTAL2 do not need to be configured separately, and may be the first and second oscillation regions formed in one member. Three or more oscillators may be provided in the physical quantity measuring device 400 (package 410). In this case, the circuit device 10 may be provided with three or more oscillation circuits corresponding thereto.

図27に、本実施形態の回路装置10を含む電子機器500の構成例を示す。この電子機器500は、本実施形態の回路装置10、発振子XTAL1、XTAL2、処理部520を含む。また通信部510、操作部530、表示部540、記憶部550、アンテナANTを含むことができる。回路装置10と発振子XTAL1、XTAL2により物理量測定装置400が構成される。なお電子機器500は図27の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。   FIG. 27 shows a configuration example of an electronic apparatus 500 including the circuit device 10 of the present embodiment. The electronic device 500 includes the circuit device 10 according to the present embodiment, the oscillators XTAL1, XTAL2, and a processing unit 520. Further, the communication unit 510, the operation unit 530, the display unit 540, the storage unit 550, and the antenna ANT can be included. The physical quantity measuring device 400 is configured by the circuit device 10 and the resonators XTAL1 and XTAL2. Note that the electronic apparatus 500 is not limited to the configuration shown in FIG. 27, and various modifications such as omitting some of these components or adding other components are possible.

電子機器500としては、例えば距離、時間、流速又は流量等の物理量を計測する計測機器、生体情報を測定する生体情報測定機器(超音波測定装置、脈波計、血圧測定装置等)、車載機器(自動運転用の機器等)、基地局又はルーター等のネットワーク関連機器を想定できる。また頭部装着型表示装置や時計関連機器などのウェアラブル機器、印刷装置、投影装置、ロボット、携帯情報端末(スマートフォン、携帯電話機、携帯型ゲーム装置、ノートPC又はタブレットPC等)、コンテンツを配信するコンテンツ提供機器、或いはデジタルカメラ又はビデオカメラ等の映像機器などを想定できる。   As the electronic device 500, for example, a measuring device that measures a physical quantity such as distance, time, flow rate, or flow rate, a biological information measuring device that measures biological information (an ultrasonic measuring device, a pulse wave meter, a blood pressure measuring device, etc.), an in-vehicle device (Devices for automatic operation, etc.), network-related devices such as base stations or routers can be assumed. It also distributes wearable devices such as head-mounted display devices and clock-related devices, printing devices, projection devices, robots, portable information terminals (smartphones, mobile phones, portable game devices, notebook PCs, tablet PCs, etc.), and content. A content providing device or a video device such as a digital camera or a video camera can be assumed.

通信部510(無線回路)は、アンテナANTを介して外部からデータを受信したり、外部にデータを送信する処理を行う。処理部520は、電子機器500の制御処理や、通信部510を介して送受信されるデータの種々のデジタル処理などを行う。また処理部520は、物理量測定装置400で測定された物理量情報を用いた種々の処理を行う。この処理部520の機能は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現できる。   The communication unit 510 (wireless circuit) performs processing of receiving data from the outside via the antenna ANT and transmitting data to the outside. The processing unit 520 performs control processing of the electronic device 500, various digital processing of data transmitted / received via the communication unit 510, and the like. The processing unit 520 performs various processes using the physical quantity information measured by the physical quantity measuring device 400. The function of the processing unit 520 can be realized by a processor such as a microcomputer.

操作部530は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイをなどにより実現できる。表示部540は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ELなどのディスプレイにより実現できる。なお操作部530としてタッチパネルディスプレイを用いる場合には、このタッチパネルディスプレイが操作部530及び表示部540の機能を兼ねることになる。記憶部550は、データを記憶するものであり、その機能はRAMやROMなどの半導体メモリーやHDD(ハードディスクドライブ)などにより実現できる。   The operation unit 530 is for a user to perform an input operation, and can be realized by an operation button, a touch panel display, or the like. The display unit 540 displays various types of information and can be realized by a display such as a liquid crystal or an organic EL. When a touch panel display is used as the operation unit 530, the touch panel display also functions as the operation unit 530 and the display unit 540. The storage unit 550 stores data, and the function can be realized by a semiconductor memory such as a RAM or a ROM, an HDD (hard disk drive), or the like.

図28に、本実施形態の回路装置を含む移動体の例を示す。本実施形態の回路装置10(発振器)は、例えば、車、飛行機、バイク、自転車、ロボット、或いは船舶等の種々の移動体に組み込むことができる。移動体は、例えばエンジンやモーター等の駆動機構、ハンドルや舵等の操舵機構、各種の電子機器(車載機器)を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。図28は移動体の具体例としての自動車206を概略的に示している。自動車206(移動体)には、本実施形態の回路装置10と発振子を有する物理量測定装置(不図示)が組み込まれる。制御装置208は、この物理量測定装置に測定された物理量情報に基づいて種々の制御処理を行う。例えば物理量情報として、自動車206の周囲の物体の距離情報が測定された場合に、制御装置208は、測定された距離情報を用いて自動運転のための種々の制御処理を行う。制御装置208は、例えば車体207の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪209のブレーキを制御する。なお本実施形態の回路装置10や物理量測定装置が組み込まれる機器は、このような制御装置208には限定されず、自動車206等の移動体に設けられる種々の機器(車載機器)に組み込むことが可能である。   FIG. 28 shows an example of a moving object including the circuit device of this embodiment. The circuit device 10 (oscillator) of this embodiment can be incorporated into various moving bodies such as a car, an airplane, a motorcycle, a bicycle, a robot, or a ship. The moving body is, for example, a device / device that moves on the ground, in the sky, or on the sea, including a drive mechanism such as an engine or motor, a steering mechanism such as a steering wheel or rudder, and various electronic devices (on-vehicle devices). FIG. 28 schematically shows an automobile 206 as a specific example of the moving object. The automobile 206 (moving body) incorporates the circuit device 10 of the present embodiment and a physical quantity measurement device (not shown) having an oscillator. The control device 208 performs various control processes based on the physical quantity information measured by the physical quantity measuring device. For example, when distance information of an object around the automobile 206 is measured as physical quantity information, the control device 208 performs various control processes for automatic driving using the measured distance information. The control device 208 controls the hardness of the suspension, for example, according to the posture of the vehicle body 207, and controls the brakes of the individual wheels 209. The device in which the circuit device 10 and the physical quantity measuring device of this embodiment are incorporated is not limited to such a control device 208, and may be incorporated in various devices (on-vehicle devices) provided in a moving body such as the automobile 206. Is possible.

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語(クロックサイクル指定情報等)と共に記載された用語(クロックサイクル指定値等)は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また回路装置、物理量測定装置、電子機器、移動体の構成・動作や、時間デジタル変換処理、第1、第2の信号の生成処理、位相比較処理、位相同期処理等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。   Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term (such as a clock cycle designation value) written together with a different term having a broader meaning or the same meaning (such as a clock cycle designation information) at least once in the specification or the drawing, Can be replaced with a different term. All combinations of the present embodiment and the modified examples are also included in the scope of the present invention. In addition, the configuration and operation of the circuit device, the physical quantity measuring device, the electronic device, and the moving body, the time digital conversion processing, the first and second signal generation processing, the phase comparison processing, the phase synchronization processing, and the like have been described in this embodiment. The present invention is not limited to this, and various modifications can be made.

STA、STP…第1、第2の信号、CK1、CK2…第1、第2のクロック信号、
XTAL1、XTAL2、XTAL3…第1、第2、第3の発振子、
f1、f2…第1、第2のクロック周波数、Δt…分解能、
CIN…クロックサイクル指定値(クロックサイクル指定情報)、
CCT…クロックサイクル値、DQ…デジタル値、TDF…時間差、
TR…クロック間時間差、TCNT…カウント値、TS…測定期間、
TM、TMA、TMB…位相同期タイミング、
TP、TP1〜TP4…更新期間、N…クロック数、
OS1、OS2…発振信号、LP1、LP2…発振ループ、
10…回路装置、20…時間デジタル変換回路、21、22…位相検出器、30…処理部、32…信号出力部、44…カウンター、
101、102、103…発振回路、110…同期化回路、
112…カウンター、120…PLL回路、122、124…分周回路、
126…位相検出器、128…チャージポンプ回路、130…PLL回路、
132、134…分周回路、136…位相検出器、138…チャージポンプ回路、
206…自動車(移動体)、207…車体、208…制御装置、209…車輪、
400…物理量測定装置、410…パッケージ、412…ベース部、414…リッド部、500…電子機器、510…通信部、520…処理部、530…操作部、
540…表示部、550…記憶部
STA, STP ... first and second signals, CK1, CK2 ... first and second clock signals,
XTAL1, XTAL2, XTAL3 ... 1st, 2nd, 3rd oscillator,
f1, f2 ... first and second clock frequencies, Δt ... resolution,
CIN: Clock cycle specification value (clock cycle specification information),
CCT ... clock cycle value, DQ ... digital value, TDF ... time difference,
TR: time difference between clocks, TCNT: count value, TS: measurement period,
TM, TMA, TMB ... phase synchronization timing,
TP, TP1 to TP4 ... update period, N ... number of clocks,
OS1, OS2 ... oscillation signal, LP1, LP2 ... oscillation loop,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Circuit apparatus, 20 ... Time digital conversion circuit, 21, 22 ... Phase detector, 30 ... Processing part, 32 ... Signal output part, 44 ... Counter,
101, 102, 103 ... oscillation circuit, 110 ... synchronization circuit,
112 ... Counter, 120 ... PLL circuit, 122, 124 ... Frequency divider,
126 ... Phase detector, 128 ... Charge pump circuit, 130 ... PLL circuit,
132, 134 ... frequency divider circuit, 136 ... phase detector, 138 ... charge pump circuit,
206 ... Automobile (moving body), 207 ... Car body, 208 ... Control device, 209 ... Wheel,
400 ... Physical quantity measuring device, 410 ... Package, 412 ... Base part, 414 ... Lid part, 500 ... Electronic device, 510 ... Communication part, 520 ... Processing part, 530 ... Operation part,
540 ... display unit, 550 ... storage unit

Claims (19)

第1のクロック周波数の第1のクロック信号と、前記第1のクロック周波数とは異なる第2のクロック周波数の第2のクロック信号とが入力され、第1の信号と第2の信号の遷移タイミングの時間差をデジタル値に変換する時間デジタル変換回路と、
前記第1のクロック信号と前記第2のクロック信号の位相を同期させる同期化回路と、
を含み、
前記時間デジタル変換回路は、
前記第1のクロック信号と前記第2のクロック信号の位相同期タイミングの後、前記第1のクロック信号に基づいて前記第1の信号の信号レベルを遷移させ、前記第1の信号に対応して信号レベルが遷移する前記第2の信号と、前記第2のクロック信号との位相比較を行うことで、前記時間差に対応する前記デジタル値を求めることを特徴とする回路装置。
A first clock signal having a first clock frequency and a second clock signal having a second clock frequency different from the first clock frequency are input, and transition timings of the first signal and the second signal are input. A time digital conversion circuit that converts the time difference between the two into a digital value;
A synchronization circuit for synchronizing the phases of the first clock signal and the second clock signal;
Including
The time digital conversion circuit includes:
After the phase synchronization timing of the first clock signal and the second clock signal, the signal level of the first signal is changed based on the first clock signal, and the first signal corresponds to the first signal. A circuit device characterized in that the digital value corresponding to the time difference is obtained by performing phase comparison between the second signal whose signal level transitions and the second clock signal.
請求項1に記載の回路装置において、
前記時間デジタル変換回路は、
前記位相同期タイミングの後、前記第1のクロック信号のクロックサイクル毎に、前記第1の信号の信号レベルを遷移させることを特徴とする回路装置。
The circuit device according to claim 1,
The time digital conversion circuit includes:
After the phase synchronization timing, the circuit device shifts the signal level of the first signal every clock cycle of the first clock signal.
請求項2に記載の回路装置において、
前記時間デジタル変換回路は、
前記第1の信号に対応して信号レベルが遷移する前記第2の信号と、前記第2のクロック信号との位相比較を、前記第1のクロック信号のクロックサイクル毎に行うことで、前記時間差に対応する前記デジタル値を求めることを特徴とする回路装置。
The circuit device according to claim 2,
The time digital conversion circuit includes:
The phase difference between the second signal whose signal level transitions corresponding to the first signal and the second clock signal is compared at each clock cycle of the first clock signal, so that the time difference is obtained. A circuit device characterized in that the digital value corresponding to is obtained.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記同期化回路は、
前記第1のクロック信号と前記第2のクロック信号を前記位相同期タイミング毎に位相同期させることを特徴とする回路装置。
The circuit device according to any one of claims 1 to 3,
The synchronization circuit includes:
A circuit device, wherein the first clock signal and the second clock signal are phase-synchronized at each phase synchronization timing.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記時間デジタル変換回路は、
前記位相同期タイミングの後、前記第1のクロック信号に基づいて前記第1の信号の信号レベルが遷移し、前記第1の信号に対応して前記第2の信号の信号レベルが遷移する場合に、前記第2の信号と前記第2のクロック信号の位相の前後関係が入れ替わるタイミングを特定することで、前記時間差に対応する前記デジタル値を求めることを特徴とする回路装置。
In the circuit device according to any one of claims 1 to 4,
The time digital conversion circuit includes:
After the phase synchronization timing, when the signal level of the first signal transits based on the first clock signal, and the signal level of the second signal transits corresponding to the first signal The circuit device is characterized in that the digital value corresponding to the time difference is obtained by specifying the timing at which the phase relationship between the second signal and the second clock signal is switched.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記時間デジタル変換回路は、
前記第1のクロック周波数と前記第2のクロック周波数の周波数差に対応する分解能で時間デジタル変換を行うことを特徴とする回路装置。
The circuit device according to any one of claims 1 to 5,
The time digital conversion circuit includes:
A circuit device characterized in that time digital conversion is performed at a resolution corresponding to a frequency difference between the first clock frequency and the second clock frequency.
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記時間デジタル変換回路は、
前記位相同期タイミングの後、第iのクロックサイクルでの前記第1のクロック信号と前記第2のクロック信号の遷移タイミングの時間差をクロック間時間差TR=i×Δtとした場合に、分解能Δtで時間デジタル変換を行うことを特徴とする回路装置。
The circuit device according to any one of claims 1 to 6,
The time digital conversion circuit includes:
After the phase synchronization timing, when the time difference between the transition timings of the first clock signal and the second clock signal in the i-th clock cycle is the time difference between clocks TR = i × Δt, the time with the resolution Δt A circuit device characterized by performing digital conversion.
請求項7に記載の回路装置において、
前記時間デジタル変換回路は、
前記位相同期タイミングの後、第jのクロックサイクルにおいて、前記第2の信号と前記第2のクロック信号の位相の前後関係が入れ替わった場合に、クロック間時間差TR=j×Δtに対応するデジタル値を、前記時間差に対応する前記デジタル値として求めることを特徴とする回路装置。
The circuit device according to claim 7, wherein
The time digital conversion circuit includes:
A digital value corresponding to the time difference between clocks TR = j × Δt when the phase relationship between the second signal and the second clock signal is switched in the jth clock cycle after the phase synchronization timing. Is obtained as the digital value corresponding to the time difference.
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記時間デジタル変換回路は、
前記第1のクロック信号は、第1の発振子を用いて生成されるクロック信号であり、前記第2のクロック信号は、第2の発振子を用いて生成されるクロック信号であることを特徴とする回路装置。
The circuit device according to any one of claims 1 to 8,
The time digital conversion circuit includes:
The first clock signal is a clock signal generated using a first oscillator, and the second clock signal is a clock signal generated using a second oscillator. A circuit device.
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記時間デジタル変換回路は、
前記第1のクロック信号に基づいて、前記第1のクロック信号のクロックサイクル毎に前記第1の信号を出力する信号出力部を含むことを特徴とする回路装置。
The circuit device according to any one of claims 1 to 9,
The time digital conversion circuit includes:
A circuit device comprising: a signal output unit that outputs the first signal every clock cycle of the first clock signal based on the first clock signal.
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記時間デジタル変換回路は、
前記第2の信号と前記第2のクロック信号の位相比較結果の信号が第1の電圧レベルである場合には、カウント値が非更新となり、前記位相比較結果の信号が第2の電圧レベルである場合には、前記カウント値が更新されるカウンターを含み、前記カウンターの前記カウント値に基づいて、前記時間差に対応する前記デジタル値を求めることを特徴とする回路装置。
The circuit device according to any one of claims 1 to 10,
The time digital conversion circuit includes:
When the phase comparison result signal between the second signal and the second clock signal is at the first voltage level, the count value is not updated, and the phase comparison result signal is at the second voltage level. In some cases, the circuit device includes a counter in which the count value is updated, and the digital value corresponding to the time difference is obtained based on the count value of the counter.
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記時間デジタル変換回路は、
前記第2の信号及び前記第2のクロック信号の一方の信号に基づき他方の信号をサンプリングすることで、前記第2の信号と前記第2のクロック信号との位相比較を行うことを特徴とする回路装置。
The circuit device according to any one of claims 1 to 11,
The time digital conversion circuit includes:
A phase comparison between the second signal and the second clock signal is performed by sampling the other signal based on one of the second signal and the second clock signal. Circuit device.
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記同期化回路として、前記第1のクロック信号と基準クロック信号との位相同期を行う第1のPLL回路と、前記第2のクロック信号と前記基準クロック信号との位相同期を行う第2のPLL回路と、を含むことを特徴とする回路装置。
The circuit device according to any one of claims 1 to 12,
As the synchronization circuit, a first PLL circuit that performs phase synchronization between the first clock signal and a reference clock signal, and a second PLL that performs phase synchronization between the second clock signal and the reference clock signal. A circuit device comprising: a circuit;
請求項1乃至13のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記第1のクロック信号及び前記第2のクロック信号の1クロックサイクル当たりのジッター量をJとし、時間デジタル変換の分解能をΔtとした場合に、J≦Δtであることを特徴とする回路装置。
The circuit device according to any one of claims 1 to 13,
A circuit device, wherein J ≦ Δt, where J is a jitter amount per clock cycle of the first clock signal and the second clock signal and Δt is a resolution of time digital conversion.
請求項14に記載の回路装置において、
前記第1のクロック信号及び前記第2のクロック信号の一方のクロック信号が、他方のクロック信号又は基準クロック信号に対して位相同期するタイミングと次に位相同期するタイミングの間の期間における、前記一方のクロック信号のクロック数をKとした場合に、J≧Δt/Kであることを特徴とする回路装置。
The circuit device according to claim 14, wherein
The one of the first clock signal and the second clock signal in a period between the timing of phase synchronization with respect to the other clock signal or the reference clock signal and the timing of phase synchronization with the next clock signal. A circuit device, wherein J ≧ Δt / K, where K is the number of clocks of the clock signal.
請求項14又は15に記載の回路装置において、
前記第1のクロック信号及び前記第2のクロック信号の一方のクロック信号が、他方のクロック信号又は基準クロック信号に位相同期するタイミングと次に位相同期するタイミングの間の期間における、前記一方のクロック信号のクロック数をKとした場合に、(1/10)×(Δt/K1/2)≦J≦10×(Δt/K1/2)であることを特徴とする回路装置。
The circuit device according to claim 14 or 15,
The one clock in a period between the timing when one of the first clock signal and the second clock signal is phase-synchronized with the other clock signal or the reference clock signal and the next phase-synchronizing timing 1. A circuit device, wherein the number of clocks of a signal is K, (1/10) × (Δt / K 1/2 ) ≦ J ≦ 10 × (Δt / K 1/2 ).
請求項1乃至16のいずれか一項に記載の回路装置と、
前記第1のクロック信号を生成するための第1の発振子と、
前記第2のクロック信号を生成するための第2の発振子と、
を含むことを特徴とする物理量測定装置。
A circuit device according to any one of claims 1 to 16,
A first oscillator for generating the first clock signal;
A second oscillator for generating the second clock signal;
A physical quantity measuring device comprising:
請求項1乃至16のいずれか一項に記載の回路装置を含むことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the circuit device according to claim 1. 請求項1乃至16のいずれか一項に記載の回路装置を含むことを特徴とする移動体。   A moving body comprising the circuit device according to claim 1.
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