JP2585221B2 - Phase locked loop - Google Patents
Phase locked loopInfo
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- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、ある基準信号と位相的に同期のとれた信
号を得るためのディジタル式の位相同期回路(以下DPLL
回路と略記する)に関するもので、その応用範囲は周波
数合成、変換や通信における信号の同期確立及び復調等
多岐にわたるものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a digital phase locked loop (hereinafter referred to as DPLL) circuit for obtaining a signal synchronized in phase with a certain reference signal.
The abbreviated circuit is applicable to a wide range of applications such as frequency synthesis, conversion and signal synchronization establishment and demodulation in communication.
(従来の技術) 従来、DPLL回路には多種多様なものが提案されている
が、基本的には第2図に示すような構成となっている。
第2図において、11は位相比較器、12はループフィル
タ、13は電圧制御発振器(VCO)、14は基準信号RSが供
給される基準信号入力端子、15は同期信号SSが供給され
る同期信号入力端子、PSは位相差信号、VSは制御電圧信
号である。2. Description of the Related Art Conventionally, various types of DPLL circuits have been proposed, but basically have a configuration as shown in FIG.
In FIG. 2, 11 is a phase comparator, 12 is a loop filter, 13 is a voltage controlled oscillator (VCO), 14 is a reference signal input terminal to which a reference signal RS is supplied, and 15 is a synchronization signal to which a synchronization signal SS is supplied. An input terminal, PS is a phase difference signal, and VS is a control voltage signal.
上記のような構成において、位相比較器11により基準
信号RSと同期信号SSとの位相差が検出され、この位相差
が位相差信号PSとして次段のループフィルタ12に供給さ
れる。このループフィルタ12を通過した信号は、制御電
圧信号VSとして電圧制御発振器13に供給される。これに
よって、電圧制御発振器13から位相比較器11に同期信号
が供給され、上述した動作を繰り返すことにより所望の
同期信号を得る。In the configuration as described above, the phase difference between the reference signal RS and the synchronization signal SS is detected by the phase comparator 11, and this phase difference is supplied to the next-stage loop filter 12 as the phase difference signal PS. The signal that has passed through the loop filter 12 is supplied to the voltage control oscillator 13 as a control voltage signal VS. As a result, a synchronization signal is supplied from the voltage controlled oscillator 13 to the phase comparator 11, and a desired synchronization signal is obtained by repeating the above operation.
ところで、DPLL回路においては、上記電圧制御発振器
13はプログラマブルカウンタから構成されており、位相
比較器11による比較結果に応じて分周比を変えるように
なっている。そして、この分周比に従って基本クロック
を分周し、同期信号を生成する。By the way, in the DPLL circuit, the above voltage controlled oscillator
Numeral 13 denotes a programmable counter, which changes the frequency division ratio in accordance with the result of comparison by the phase comparator 11. Then, the base clock is frequency-divided according to the frequency division ratio to generate a synchronization signal.
なお、実用の回路としては、最高動作周波数を高める
ために、上記位相比較器11の基準信号RS入力端に附属回
路としてプリスケーラーを設け、基準信号RSの周波数を
プログラムカウンタが分周可能な周波数領域まで低下さ
せる等の工夫が行なわれている。As a practical circuit, in order to increase the maximum operating frequency, a prescaler is provided as an auxiliary circuit at the input terminal of the reference signal RS of the phase comparator 11 so that the frequency of the reference signal RS can be divided by the program counter. Some measures such as lowering the area are taken.
上述したように、従来のDPLL回路においては、基準ク
ロックを分周して同期信号を得るので、同期に関する時
間分解能は使用する基準クロックの一周期分で与えられ
る。従って、高い時間分解能を得るためには高周波のク
ロック信号を必要とする。このため、高周波のクロック
信号発生回路や高速動作のカウンタ等が必要となり、設
計が困難となるとともに、製造プロセス技術的にも高度
なものが要求される欠点がある。As described above, in the conventional DPLL circuit, since the synchronization signal is obtained by dividing the reference clock, the time resolution related to synchronization is given by one cycle of the reference clock to be used. Therefore, a high frequency clock signal is required to obtain a high time resolution. For this reason, a high-frequency clock signal generating circuit, a high-speed counter, and the like are required, which makes the design difficult and requires a high level of manufacturing process technology.
(発明が解決しようとする問題点) 上述した如く、従来の位相同期回路では、低い周波数
の基準クロックを用いて高い時間分解能を得ることは困
難であった。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional phase locked loop circuit, it was difficult to obtain a high time resolution using a low frequency reference clock.
従って、この発明は上記の欠点を除去するためのもの
で、比較的低い周波数の基準クロックを使用しても高い
時間分解能が得られ、しかも同期確立までに要する引込
み時間を大幅に短縮し得るすぐれた位相同期回路を提供
することを目的としている。Accordingly, the present invention has been made to eliminate the above-mentioned disadvantages, and can provide a high time resolution even when a reference clock having a relatively low frequency is used, and can greatly reduce the pull-in time required for establishing synchronization. It is an object of the present invention to provide a phase locked loop circuit.
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) すなわち、この発明の位相同期回路は、基準信号と同
期信号との位相差量を検出する位相差量検出回路と、こ
の位相差量検出回路から出力される位相差量信号に基づ
いて2π/mずつ位相のずれたm相のクロック信号の中か
ら1つのクロック信号を選択して出力するとともに、選
択したクロック信号の分周比を指定する信号を出力する
選択回路と、この選択回路から出力されたクロック信号
と分周比を指定する信号が供給され、選択されたクロッ
ク信号を上記分周比で分周し、上記位相差量検出回路に
同期信号として供給するプログラマブルカウンタとを具
備し、上記プログラマブルカウンタの分周比をNとする
と、上記同期信号の一周期の長さは2πNで且つ上記基
準信号の一周期の長さと実質的に等しく、上記基準信号
と上記同期信号との位相差をΔθとしたとき、 (但し、iは次に選択すべきクロック信号と現在使って
いるクロック信号との差分を示し、nはクロック信号を
分周する際の分周比の増減を示す)で表され、上記位相
差Δθが僅かな場合にはクロック信号の選択で位相同期
を行い、大きな位相差Δθに対しては上記位相差量信号
に基づいて上記プログラマブルカウンタの分周比を上記
選択回路で指定し、プログラマブルカウンタで上記m相
のクロック信号の中から上記基準信号に位相が最も近い
クロック信号を選択して分周することにより同期信号を
得ることを特徴としている。[Configuration of the Invention] (Means for Solving the Problems) That is, a phase synchronization circuit of the present invention includes a phase difference detection circuit for detecting a phase difference between a reference signal and a synchronization signal, and a phase difference detection circuit. Based on the phase difference signal output from the circuit, one clock signal is selected and output from m-phase clock signals shifted in phase by 2π / m, and the division ratio of the selected clock signal is specified. And a clock signal output from the selection circuit and a signal designating a frequency division ratio are supplied. The selected clock signal is frequency-divided at the frequency division ratio to detect the phase difference amount. And a programmable counter for supplying a synchronization signal to the circuit, wherein the division ratio of the programmable counter is N, and the length of one cycle of the synchronization signal is 2πN and the length of one cycle of the reference signal is actually To equal, when the Δθ the phase difference between the reference signal and the synchronization signal, (Where i represents the difference between the clock signal to be selected next and the currently used clock signal, and n represents the increase or decrease of the frequency division ratio when dividing the clock signal). When Δθ is small, phase synchronization is performed by selecting a clock signal. For a large phase difference Δθ, the division ratio of the programmable counter is specified by the selection circuit based on the phase difference amount signal, and the programmable counter is selected. The synchronization signal is obtained by selecting a clock signal whose phase is closest to the reference signal from the m-phase clock signals and dividing the frequency.
(作用) この発明による位相同期回路では、選択回路によって
2π/mずつ位相のずれたm相のクロック信号の中から基
準信号に位相が最も近いクロック信号を選択するととも
に、その分周比を指定し、選択したクロック信号をプロ
グラマブルカウンタを用いて上記分周比で分周すること
により同期信号を得るようにしている。そして、基準信
号と同期信号との位相差位量が僅かな場合にはクロック
信号の選択で位相同期を行い、大きな位相差量に対して
は分周比を変えることで対応するようにしている。(Operation) In the phase locked loop circuit according to the present invention, the selecting circuit selects the clock signal whose phase is closest to the reference signal from the m-phase clock signals shifted in phase by 2π / m, and specifies the frequency division ratio. Then, the synchronization signal is obtained by dividing the frequency of the selected clock signal by the above division ratio using a programmable counter. When the phase difference between the reference signal and the synchronization signal is small, phase synchronization is performed by selecting a clock signal, and a large phase difference is dealt with by changing the frequency division ratio. .
(実施例) 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説
明する。第1図において、16は位相差量検出回路で、こ
の位相差量検出回路16は、基準信号入力端子14および同
期信号入力端子15からそれぞれ供給される基準信号RSと
同期信号SSの位相差を量的に検出する。上記位相差量検
出回路16から出力される位相差量信号PMSは、選択回路1
7に供給される。この選択回路17には2π/mずつ位相の
ずれたm相のクロック信号f0〜fm-1が供給されており、
選択したクロック信号fiとその分周比Nをプログラマブ
ルカウンタ18に供給する。今、m相のクロック信号f0〜
fm-1の一周期を位相の単位(2πラジアン)として考え
ると、プログラマブルカウンタの分周比がNであると
き、同期信号SSの一周期の長さは2πNであって、ほぼ
基準信号RSの一周期の長さに等しく、基準信号RSと同期
信号SSとの位相差Δθを、 (i,n:任意の整数) として表せる。従って、上式を離散化して位相差を とするならば、iは次に選択すべきクロック信号と現在
使っているクロック信号との差分を、nはこのクロック
信号を分周する際の分周比の増減を示す。すなわち、m
相のクロック信号f0〜fm-1の中のあるクロック信号fpを
分周比1/Nで分周して得られた同期信号SSと、基準信号R
Sとの位相差が2πi/m+2πnならば、次に選択すべき
クロック信号はfp+iであり、分周比は1/(N+n)であ
る。すなわち、位相差Δθが僅かな場合にはクロック信
号の選択で位相同期を行い、大きな位相差Δθに対して
は分周比を変えることで対応している。なお、選択回路
17の出力であるn,fiは上記(N+n),fp+iにそれぞれ
対応するものである。このような選択が上記選択回路17
によって行なわれる。そして、上記分周比および使用す
べきクロック信号の指定を受けてプログラマブルカウン
タ18によりクロック信号の分周が行なわれ、位相差量検
出回路16に同期信号が供給される。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 16 denotes a phase difference detection circuit. The phase difference detection circuit 16 detects the phase difference between the reference signal RS and the synchronization signal SS supplied from the reference signal input terminal 14 and the synchronization signal input terminal 15, respectively. Detect quantitatively. The phase difference amount signal PMS output from the phase difference amount detection circuit 16 is
Supplied to 7. This selection circuit 17 is supplied with m-phase clock signals f 0 to fm −1 shifted in phase by 2π / m,
The selected clock signal fi and its division ratio N are supplied to the programmable counter 18. Now, m-phase clock signals f 0 to
When one cycle of fm -1 is considered as a unit of phase (2π radian), when the division ratio of the programmable counter is N, the length of one cycle of the synchronization signal SS is 2πN, which is almost equal to that of the reference signal RS. Equal to the length of one cycle, the phase difference Δθ between the reference signal RS and the synchronization signal SS, (I, n: any integer). Therefore, the above equation is discretized to calculate the phase difference. , I represents the difference between the clock signal to be selected next and the currently used clock signal, and n represents the increase or decrease of the frequency division ratio when dividing this clock signal. That is, m
A synchronization signal SS obtained by dividing a certain clock signal fp in the phase clock signals f 0 to fm -1 by a dividing ratio 1 / N, and a reference signal R
If the phase difference from S is 2πi / m + 2πn, the next clock signal to be selected is fp + i, and the frequency division ratio is 1 / (N + n). That is, when the phase difference Δθ is small, the phase synchronization is performed by selecting the clock signal, and the large phase difference Δθ is handled by changing the frequency division ratio. The selection circuit
The outputs n and fi of 17 correspond to the above (N + n) and fp + i, respectively. Such selection is performed by the selection circuit 17 described above.
Done by In response to the designation of the frequency division ratio and the clock signal to be used, the clock signal is frequency-divided by the programmable counter 18, and the synchronization signal is supplied to the phase difference detection circuit 16.
なお、同期を取るべき周波数が予めわかっている場合
には、プログラマブルカウンタ18は不要であり、目的の
周波数を持つ信号をクロック信号に基づいて生成可能に
固定されたカウンタで良い。この場合には、選択回路17
は位相差 に応じて、クロック信号の一周期を越えて次に選択すべ
きクロック信号を探して選ぶ必要がある。従って、固定
分周比で分周するカウンタが必ずしもクロック信号を分
周しきらぬうちにクロック信号が切り換わりカウンタが
リセットされるが、これによって基準信号RSに同期した
信号が得られる。If the frequency to be synchronized is known in advance, the programmable counter 18 is unnecessary, and may be a fixed counter capable of generating a signal having a target frequency based on a clock signal. In this case, the selection circuit 17
Is the phase difference Therefore, it is necessary to search for and select the next clock signal to be selected beyond one cycle of the clock signal. Therefore, the clock signal is switched and the counter is reset before the counter that divides the frequency by the fixed frequency division ratio can not always divide the clock signal. As a result, a signal synchronized with the reference signal RS is obtained.
このような構成によれば、クロック信号の高周波化を
招くことはなく高い時間分解能が得られる。例えば、前
記第2図の回路においては、時間分解能は電圧制御発振
器13で使用するクロック信号の周波数で決まり、これを
F(Hz)とすれば時間分解能は1/F(sec)である。これ
に対し、前記第1図の回路ではm相のクロック信号を用
いているので、時間分解能は1/mF(sec)である。この
ように、前記第2図の回路では、使用できるクロック信
号の周波数の上限が使用する素子によって制限されてい
るので技術的な壁が存在するが、前記第1図の回路では
使用するクロック信号の数を増やせばこれに応じて時間
分解能を向上させることができる。つまり、時間分解能
の向上をクロック信号の高周波化を招くことなく実現で
きる。According to such a configuration, a high time resolution can be obtained without increasing the frequency of the clock signal. For example, in the circuit of FIG. 2, the time resolution is determined by the frequency of the clock signal used in the voltage controlled oscillator 13, and if this is F (Hz), the time resolution is 1 / F (sec). On the other hand, since the circuit of FIG. 1 uses an m-phase clock signal, the time resolution is 1 / mF (sec). As described above, in the circuit of FIG. 2, there is a technical barrier because the upper limit of the frequency of the clock signal that can be used is limited by the element to be used, but the circuit of FIG. If the number is increased, the time resolution can be improved accordingly. That is, it is possible to improve the time resolution without increasing the frequency of the clock signal.
また、前記第2図のDPLL回路では分周比を変えるだけ
で同期を確立させるのに対し、前記第1図の回路ではm
相のクロック信号の中から位相が基準信号に最も近いク
ロック信号を選んで同期信号を生成するので、使用する
クロック信号の数mが大きくなるに従って同期確立に要
する時間も短くなる。The DPLL circuit of FIG. 2 establishes synchronization only by changing the frequency division ratio, whereas the circuit of FIG.
Since the synchronization signal is generated by selecting the clock signal whose phase is closest to the reference signal from the clock signals of the phases, the time required for establishing the synchronization decreases as the number m of clock signals used increases.
なお、この発明は上述した実施例に限定されるもので
はなく、種々の変形が可能であり、例えば位相差量検出
回路16の入力端にプリスケーラーを設けても良い。ま
た、固定分周比で分周を行なうカウンタを用いる際、同
期を取るべき信号の周波数を既知として説明したが、未
知であっても基準信号の周波数に応じてm相のクロック
信号の周波数を調節する回路を付加すれば対応できる。Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, a prescaler may be provided at the input terminal of the phase difference amount detection circuit 16. Also, when using a counter that performs frequency division with a fixed frequency division ratio, it has been described that the frequency of the signal to be synchronized is known, but even if it is unknown, the frequency of the m-phase clock signal is changed according to the frequency of the reference signal. This can be handled by adding a circuit for adjusting.
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、比較的低い周
波数の基準クロックを使用しても高い時間分解能が得ら
れ、しかも同期確立までに要する引込み時間を大幅に短
縮し得るすぐれた位相同期回路が得られる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a high time resolution can be obtained even when a reference clock having a relatively low frequency is used, and the pull-in time required for establishing synchronization is greatly reduced. A phase locked loop circuit is obtained.
第1図はこの発明の一実施例に係わる位相同期回路を示
すブロック図、第2図は従来の位相同期回路を示すブロ
ック図である。 RS……基準信号、SS……同期信号、16……位相差量検出
回路、f0〜fm-1……m相のクロック信号、17……選択回
路、18……プログラマブルカウンタ。FIG. 1 is a block diagram showing a phase locked loop circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a conventional phase locked loop circuit. RS ...... reference signal, SS ...... synchronizing signal, 16 ...... phase difference detection circuit, f 0 ~fm -1 ...... m phase of the clock signal, 17 ...... selection circuit, 18 ...... programmable counter.
Claims (1)
る位相差量検出回路と、この位相差量検出回路から出力
される位相差量信号に基づいて2π/mずつ位相のずれた
m相のクロック信号の中から1つのクロック信号を選択
して出力するとともに、選択したクロック信号の分周比
を指定する信号を出力する選択回路と、この選択回路か
ら出力されたクロック信号と分周比を指定する信号が供
給され、選択されたクロック信号を上記分周比で分周
し、上記位相差量検出回路に同期信号として供給するプ
ログラマブルカウンタとを具備し、 上記プログラマブルカウンタの分周比をNとすると、上
記同期信号の一周期の長さは2πNで且つ上記基準信号
の一周期の長さと実質的に等しく、上記基準信号と上記
同期信号との位相差をΔθとしたとき、 (但し、iは次に選択すべきクロック信号と現在使って
いるクロック信号との差分を示し、nはクロック信号を
分周する際の分周比の増減を示す)で表され、 上記位相差Δθが僅かな場合にはクロック信号の選択で
位相同期を行い、大きな位相差Δθに対しては上記位相
差量信号に基づいて上記プログラマブルカウンタの分周
比を上記選択回路で指定し、プログラマブルカウンタで
上記m相のクロック信号の中から上記基準信号に位相が
最も近いクロック信号を選択して分周することにより同
期信号を得ることを特徴とする位相同期回路。1. A phase difference detection circuit for detecting a phase difference between a reference signal and a synchronization signal, and a phase shift of 2π / m based on the phase difference signal output from the phase difference detection circuit. a selection circuit that selects and outputs one clock signal from m-phase clock signals, and outputs a signal that specifies a frequency division ratio of the selected clock signal; A programmable counter supplied with a signal designating a frequency division ratio, dividing the selected clock signal by the frequency division ratio, and supplying the signal as a synchronization signal to the phase difference amount detection circuit; Assuming that the ratio is N, the length of one cycle of the synchronization signal is 2πN and substantially equal to the length of one cycle of the reference signal, and when the phase difference between the reference signal and the synchronization signal is Δθ, (Where i represents the difference between the clock signal to be selected next and the currently used clock signal, and n represents the increase or decrease of the frequency division ratio when dividing the clock signal). When Δθ is small, phase synchronization is performed by selecting a clock signal. For a large phase difference Δθ, the division ratio of the programmable counter is specified by the selection circuit based on the phase difference amount signal, and the programmable counter is selected. Wherein a clock signal having the phase closest to the reference signal is selected from the m-phase clock signals and frequency-divided to obtain a synchronization signal.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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