JP2917892B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP2917892B2 JP8037208A JP3720896A JP2917892B2 JP 2917892 B2 JP2917892 B2 JP 2917892B2 JP 8037208 A JP8037208 A JP 8037208A JP 3720896 A JP3720896 A JP 3720896A JP 2917892 B2 JP2917892 B2 JP 2917892B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、位相同期ループ
(Phase Locked Loop)回路(「PLL回路」とい
う)に関し、特に同期(ロック)状態を検出する回路に
関する。
【0002】
【従来の技術】PLL回路の従来のロック検出方式は、
ロック後のゲインの変更等により安定性を改善するため
に、例えば図7に示すように、基準クロック信号(PL
Lの入力信号)700と生成クロック信号(PLLで生
成されたクロック信号)701とを入力として比較する
位相周波数比較器702の出力信号に基づきロック状態
の検出が行われている。図7に示す従来の方式では、位
相周波数比較器702の出力によりコンデンサの容量の
放電を行うものであり、ロック検出回路704において
は、基準クロック信号700と生成クロック信号701
との位相差が大きいときには、NMOSトランジスタが
導通し次段のインバータINVの論理しきい値以下にコ
ンデンサCが放電され、アンロック信号がハイレベルと
なる。一方、位相差が小さいとき、コンデンサCは論理
しきい値以下には放電されず、アンロック信号はロウレ
ベルとなり(この場合、ロック信号Lock ̄はロウレベ
ルでアクティブ状態とされる)、このようにしてロック
検出が可能である。
【0003】しかしながら、この従来のロック検出方式
では、ロック状態を判定するための基準クロック信号7
00と生成クロック信号701との位相差を、精度よく
判定することが困難であった(これは主にロック状態の
検出をコンデンサCの電荷の放電制御とインバータの論
理しきい値電圧の設定で行っていることによる)。
【0004】図8に、文献(1995年2月、アイ・イー・
イー・イー・アイ・エス・エス・シー・シー・ダイジェ
スト・オブ・テクニカル・ペーパーズ、第268-269頁、
(M.Mizuno他著、“A 0.18μm CMOS Hot-Sta
ndby Phase-Locked LoopUsing a Noise-Immune a
daptive-Gain Voltage-Controlled Oscillator”,
pp.268-269,IEEE ISSCC Digest of technica
l papers, Feb. 1995)に記載の、窓方式のロック検出
回路を示す。図8において、800は基準クロック信号
(PLL入力信号)、801は生成クロック信号、80
2は複数の電圧制御遅延素子(Voltage Controlled
Delay Element;VCDE)からなる電圧制御遅延線
(Voltage Controlled Delay Line)、803、
804はデータフリップフロップ、805は論理積回
路、806は計数回路、807はロック検出信号をそれ
ぞれ示している。
【0005】この方式では、電圧制御遅延線802から
生成クロック信号801に対して位相の進んだクロック
信号808、および位相の遅れたクロック信号809を
取り出し(これらの信号808、809が「ロック窓信
号」となる)、基準クロック800がこれらの2つのク
ロック信号808、809の間に納まっているか否か
を、D型フリップフロップ803、804を用いて判定
する。この方式では、位相の進んだ信号と遅れた信号が
必要であるが、電圧制御発振器(Voltage Controlled
Oscillator;「VCO」という)の出力を分周して比
較するPLL回路では、これらの信号用の分周器が必要
となり、また位相差の幅の設定の自由度が小さいという
問題点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の通り、図7に示
す従来のロック検出回路は、位相周波数比較器の出力を
利用しているため位相差を精度よく検出することが困難
であるという問題点を有し、一方、図8に示す従来のロ
ック検出回路においては、位相の進んだ信号を生成する
必要があるため、位相差の幅の設定の自由度が小さく、
精度のよい検出が困難であるという問題点を有してい
る。
【0007】従って、本発明は、上記事情に鑑みて為さ
れたものであって、PLL回路のロック検出の位相差の
幅を自由に設定できるようにするロック検出回路を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のロック検出回路は、位相同期ループ回路に
おいて、基準クロック信号からその位相遅れの信号であ
る第1のクロック信号を生成する第1の遅延回路と、生
成クロック信号からその位相遅れの信号である第2のク
ロック信号を生成する第2の遅延回路と、前記基準クロ
ック信号と前記第2のクロック信号との位相の進み/遅
れの関係を判定する第1の判定回路と、前記生成クロッ
ク信号と前記第1のクロック信号との位相の進み/遅れ
の関係を判定する第2の判定回路と、前記第1の判定回
路の出力と前記第2の判定回路の出力とを比較し、これ
らが互いに異なっているときにロック状態、同じである
ときに非ロック状態と判定する回路と、を備え、前記第
1及び第2の遅延回路が、ロック状態と非ロック状態に
応じて、その遅延時間を選択可能としたものである。
【0009】
【作用】本発明の原理・作用を以下に説明する。基準ク
ロック信号と生成クロック信号の立ち上がりと立ち下が
りのタイミングエッジが一定の範囲内にあるときにロッ
クしたとする。基準クロック信号を一定時間遅らせる
と、ロックしている場合には、遅らせた基準クロック信
号に対して、生成クロック信号が進んでいる。また、生
成クロック信号を一定時間遅らせると、ロックしている
場合には遅らせた生成クロック信号は基準クロック信号
に比べて遅れている。これに対して、基準クロック信号
が生成クロック信号よりも位相が進んでいる場合、何れ
の場合も生成クロック信号の方が遅れている。このよう
に、本発明においては、基準クロック信号を遅らせたと
きに生成クロック信号の位相が進み、生成クロック信号
を遅らせたときに生成クロック信号の位相が遅れるの
は、ロックしている場合のみであることを利用してロッ
ク状態の検出を行うものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して以下に詳細に説明する。
【0011】
【参考例1】図1から図4を参照して、本発明に関連し
た参考例のロック検出回路について説明する。図1は、
参考例に係るロック検出回路の構成例を示す図であり、
図2ないし図4はその動作を説明するためのタイミング
図である。
【0012】図2(A)に示すように、基準クロック信
号(REF)200と生成クロック信号(CLK)20
1の立ち上がりと立ち下がりが一定の範囲内にあるとき
ロックしたとする。
【0013】図2(B)に示すように、基準クロック信
号200を一定時間遅らせると、ロックしている場合に
は、遅らせた基準クロック信号に対して生成クロック信
号201が進んでいる。
【0014】そして、図2(C)に示すように、生成ク
ロック信号201を一定時間遅らせると、ロックしてい
る場合には、遅らせた生成クロック信号201は基準ク
ロック信号200に比べて位相が遅れている。
【0015】また、図3(A)に示すように、基準クロ
ック信号300が生成クロック信号301よりも位相が
進んでいる場合には、基準クロック信号300を一定時
間遅らせた場合(図3(B)参照)、及び生成クロック
信号301を一定時間遅らせた場合(図3(C)参照)
のいずれの場合にも、生成クロック信号301の方が位
相が遅れていることになる。
【0016】一方、図4(A)に示すように、基準クロ
ック信号400が生成クロック信号401よりも位相が
遅れている場合には、基準クロック信号400を一定時
間遅らせた場合(図4(B)参照)、及び生成クロック
信号401を一定時間遅らせた場合(図4(C)参照)
のいずれの場合にも、生成クロック信号401の方が位
相が進んでいる。
【0017】従って、基準クロック信号400を一定時
間遅らせた場合に生成クロック信号の位相が進み、生成
クロック信号を一定時間遅らせた場合に生成クロック信
号の位相が遅れるのは、ロックしている場合のみである
ため、ロック検出が可能である。
【0018】図1は、上記した方式にて、ロック検出を
行う回路の構成の一例を示す図である。図1に示すよう
に、基準クロック信号(REF)100は遅延回路10
3に入力され、遅延回路103から位相遅れのクロック
信号(CLK)105が生成される。また、生成クロッ
ク信号101は遅延回路102に入力され、遅延回路1
02から位相遅れのクロック信号104が出力される。
【0019】データフリップフロップ106は、データ
入力に基準クロック信号100、クロック入力に生成ク
ロック信号の位相遅れ信号104がそれぞれ入力され、
基準クロック信号100と生成クロック信号101の位
相差が遅延回路102の遅延時間以下のときにハイレベ
ルを出力し、位相差がこの遅延時間以上のときにロウレ
ベルを出力する。データフリップフロップ106によ
り、生成クロック信号が基準クロックに比べて所定の遅
延時間以上進んでいるか否かを判定する。
【0020】また、データフリップフロップ107は、
データ入力に生成クロック信号101、クロック入力に
基準クロック信号の位相遅れ信号105が入力され、基
準クロック信号100と生成クロック信号101の位相
差が遅延回路103の遅延時間以下のときハイレベルを
出力し、位相差が遅延時間以上のときのロウレベルを出
力する。データフリップフロップ107により、生成ク
ロック信号101が基準クロック信号100に比べて所
定の遅延時間以上遅れていないかどうかを判定する。
【0021】フリップフロップ106、107の出力を
入力とする論理積回路108の出力は、生成クロックの
位相の進み幅と遅れ幅がいずれも遅延回路102および
103の遅延時間以内である場合にのみハイレベルを出
力し、進み過ぎまたは遅れ過ぎのときに、ロウレベルを
出力する。
【0022】そして、論理積回路108の出力のハイレ
ベルの数を計数回路109により数え、論理積回路10
8が所定回数以上ハイレベルを出力したときに、ロック
信号(Lock)110がハイレベルとなる。
【0023】
【実施形態1】次に、図5を参照して本発明の第の実
施形態について説明する。図5は、本発明の第の実施
形態のロック検出回路の構成を示す図である。本実施形
態は、データフリップフロップ506および507のデ
ータ入力およびクロック入力信号が前記参考例と相違し
ている。
【0024】基準クロック信号500は、遅延回路50
3に入力され、遅延回路503から位相遅れのクロック
信号505が出力される。また、生成クロック信号50
1は、遅延回路502に入力され、遅延回路502か
ら、位相遅れのクロック信号504が出力される。デー
タフリップフロップ506は、データ入力に基準クロッ
ク信号500、クロック入力に生成クロック信号の位相
遅れ信号504が入力されるもので、前記第1の実施形
態のデータフリップフロップ106と同様とされる。
【0025】データフリップフロップ507は、データ
入力に基準クロック信号の位相遅れ信号505、クロッ
ク入力に生成クロック信号501が入力され、基準クロ
ック信号500と生成クロック信号501の位相差が遅
延回路503の遅延時間以下のときロウレベルを出力
し、位相差が遅延時間以上のときのハイレベルを出力す
る。データフリップフロップ507により、生成クロッ
ク信号501が基準クロック信号500に比べて遅延時
間以上遅れていないか否かを判定する。
【0026】データフリップフロップ507は、前記
考例のデータフリップフロップ107の反転論理を出力
する。データフリップフロップ506の出力とデータフ
リップフロップ507の反転論理を入力とする論理積回
路508の出力は、前記第1の実施形態と同様に、生成
クロックの位相の進み幅と遅れ幅がどちらも遅延回路5
02および503の遅延時間以内である場合にのみハイ
レベルを出力し、進みすぎまたは遅れすぎのときにロウ
レベルを出力する。
【0027】
【実施形態2】次に、図6を参照して本発明の第の実
施形態について説明する。図6は、本発明の第の実施
形態のロック検出回路の構成例を示す図である。
【0028】基準クロック信号600は、遅延回路60
4と遅延回路605とに入力され位相遅れのクロック信
号が生成され、セレクタ612により選択されてデータ
フリップフロップ607のクロックに入力される。ま
た、生成クロック信号601は、遅延回路602と遅延
回路603とに入力され位相遅れのクロック信号が出力
され、セレクタ611により選択されデータフリップフ
ロップ606のクロックに入力される。セレクタ611
及び612は、ロック検出信号(Lock)610により
制御され、ロック状態にあるとき、遅延回路602の出
力と遅延回路604の出力が選択され、ロックされてい
ないとき遅延回路603の出力と遅延回路605の出力
が選択される。
【0029】遅延回路603および遅延回路605の遅
延時間が、遅延回路602および遅延回路604の遅延
時間よりも短いとき、位相幅が狭くなりロックされにく
く、ロックした場合、位相幅が広くなりロックが外れに
くくなる。
【0030】また、計数回路609のクロックとして基
準クロック信号600を分周する分周回路613の出力
を入力し、一定時間間隔で、論理積回路の出力を計数す
る。この回路構成は、位相差が振動しながら収束してい
く場合に有効である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のロック検
出器は、遅延回路とデータフリップフロップから構成さ
れており、この遅延回路の遅延時間を変更することによ
り、任意に位相差の幅の設定ができるという利点を有す
る。また、ロック時とロックしていない時で遅延時間を
切替えることにより、ロックし難く、かつロックが外れ
にくいように設定することも容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関連した参考例のロック検出器の構成
を示す図である。
【図2】本発明においてロック時のタイミングを模式的
に示す図である。
【図3】本発明において生成クロックが遅れているとき
のタイミングを模式的に示す図である。
【図4】本発明において生成クロックが進んでいるとき
のタイミングを模式的に示す図である。
【図5】本発明の第の実施形態のロック検出器の構成
を示す図である。
【図6】本発明の第の実施形態のロック検出器の構成
を示す図である。
【図7】従来のロック検出回路の構成を示す図である。
【図8】従来の窓方式のロック検出回路を示す。
【符号の説明】
100 基準クロック信号 101 生成クロック信号 102、103 遅延回路 104 基準クロック信号の位相遅れの信号 105 生成クロック信号の位相遅れの信号 106、107 データフリップフロップ 108 論理積回路 109 計数回路 110 ロック検出信号 200 基準クロック信号 201 生成クロック信号 300 基準クロック信号 301 生成クロック信号 400 基準クロック信号 401 生成クロック信号 500 基準クロック信号 501 生成クロック信号 502、503 遅延回路 504 基準クロック信号の位相遅れの信号 505 生成クロック信号の位相遅れの信号 506、507 データフリップフロップ 508 論理積回路 509 計数回路 510 ロック検出信号 600 基準クロック信号 601 生成クロック信号 602、604 遅延回路1 603、605 遅延回路2 606、607 データフリップフロップ 608 論理積回路 609 計数回路 610 ロック検出信号 611、612 セレクタ 613 分周回路 700 基準クロック信号 701 生成クロック信号 702 位相周波数比較器 703 チャージポンプ 704 ロック検出回路 800 基準クロック信号 801 生成クロック信号 802 電圧制御遅延線 803、804 データフリップフロップ 805 論理積回路 806 計数回路 807 ロック検出信号

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】位相同期ループ回路において、 基準クロック信号からその位相遅れの信号である第1の
    クロック信号を生成する第1の遅延回路と、 生成クロック信号からその位相遅れの信号である第2の
    クロック信号を生成する第2の遅延回路と、 前記基準クロック信号と前記第2のクロック信号との位
    相の進み/遅れの関係を判定する第1の判定回路と、 前記生成クロック信号と前記第1のクロック信号との位
    相の進み/遅れの関係を判定する第2の判定回路と、 前記第1の判定回路の出力と前記第2の判定回路の出力
    とを比較し、これらが互いに異なっているときにロック
    状態、同じであるときに非ロック状態と判定する回路
    と、 を備え、前記第1及び第2の遅延回路が、ロック状態と非ロック
    状態に応じて、その遅延時間を選択可能とした ことを特
    徴とするロック検出回路。
  2. 【請求項2】基準クロック信号を入力とする第1の遅延
    回路と、 内部生成クロック信号を入力とする第2の遅延回路と、 前記第1の遅延回路の出力をクロック入力とし前記内部
    生成クロック信号をデータ入力とする第1のデータフリ
    ップフロップ回路と、 前記第2の遅延回路の出力をクロック入力とし前記基準
    クロック信号をデータ入力とする第2のデータフリップ
    フロップ回路と、 前記第1のデータフリップフロップ回路と前記第2のデ
    ータフリップフロップ回路の出力を入力とする論理積回
    路と、 前記論理積回路の出力を入力とする計数回路と、を備え前記第1及び第2の遅延回路が、ロック状態と非ロック
    状態に応じて、その遅 延時間を選択可能とした ことを特
    徴とするロック検出回路。
  3. 【請求項3】前記基準クロック信号を入力として分周
    る分周回路を備え、前記基準クロック信号を前記分周回
    路で分周した信号を、前記計数回路のクロック入力とす
    る、ことを特徴とする請求項2に記載のロック検出回
    路。
  4. 【請求項4】基準クロック信号を入力とする第1の遅延
    回路と、 内部生成クロック信号を入力とする第2の遅延回路と、 前記第1の遅延回路の出力をデータ入力とし前記内部生
    成クロック信号をクロック入力とする第1のデータフリ
    ップフロップ回路と、 前記第2の遅延回路の出力をクロック入力とし前記基準
    クロック信号をデータ入力とする第2のデータフリップ
    フロップ回路と、 前記第1のデータフリップフロップ回路の出力の反転論
    理と前記第2のデータフリップフロップ回路の出力を入
    力とする論理積回路と、 前記論理積回路の出力を入力とする計数回路と、 を備えたことを特徴とするロック検出回路。
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