JP3477844B2 - 高周波分周器 - Google Patents

高周波分周器

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JP3477844B2 JP24526294A JP24526294A JP3477844B2 JP 3477844 B2 JP3477844 B2 JP 3477844B2 JP 24526294 A JP24526294 A JP 24526294A JP 24526294 A JP24526294 A JP 24526294A JP 3477844 B2 JP3477844 B2 JP 3477844B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、CMOSトランジスタ
から構成され、高周波の微小振幅信号を増幅・分周する
高周波分周器に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、高周波の微小振幅信号を増幅・分
周するCMOSの高周波分周器として、フリップフロッ
プから構成した分周器の前段に、複数のインバータをカ
スケード接続してなる高周波分周器が知られている。 【0003】この種のカスケード接続されたインバータ
からなる増幅器は、そのインバータを設計する場合、イ
ンバータの大きさを入力側から出力側に向かってe倍、
e倍とサイズを大きくするように形成することにより、
その動作遅延時間を最小とし、動作の高速化を図ること
が行われている(例えば、菅野卓雄著「CMOS超LS
Iの設計」参照)。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかし、このような複
数のCMOSインバータをカスケード接続した増幅器で
は、各インバータを構成するCMOSトランジスタのサ
イズが相違するため、各インバータの動作レベルが相違
する結果となる。 【0005】このため、例えば、図6に示すようなイン
バータ71と72をカスケード接続した増幅器に、高周
波の微小振幅信号S1を入力した場合、図7の波形図に
示すように、インバータ71の動作レベルはL1である
のに対し、インバータ72の動作レベルはそれとは異な
るL2となる。 【0006】このため、インバータ71に入力信号S1
を入力した場合、その出力信号S2は図7のように正常
な波形に増幅されるが、信号S2が次のインバータ72
に入力され増幅されると、そのインバータ72の動作レ
ベルL2が前段のインバータ71の動作レベルL1とは
異なり、入力される信号(高周波微小振幅信号)はその
動作レベルを横切る部分で出力波形が生成されるため、
インバータ72から出力される信号S3は、図7に示す
ように、その波形が変形すると共に増幅率も不十分とな
り、良好な増幅ができなくなる問題があった。 【0007】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、高周波の微小振幅信号を良好に増幅し分周すること
ができる高周波分周器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】上記目的を達成するため
に、本発明における請求項1の高周波分周器は、CMO
Sトランジスタから構成され、分周器の前段に、複数の
インバータをカスケード接続した高周波増幅器を有する
高周波分周器において、各インバータを構成するCMO
Sトランジスタが、PチャネルトランジスタとNチャネ
ルトランジスタ毎に、各々同一サイズで形成され、高周
波増幅器の前段にNOR又はNANDからなるスイッチ
ング回路が接続され、スイッチング回路を構成するCM
OSトランジスタにおける制御信号を入力するトランジ
スタのゲート幅が他の部分のトランジスタのゲート幅よ
り大きく形成され、スイッチング回路内の高周波信号を
入力するトランジスタが、次に接続されるインバータの
トランジスタと、Pチャネルトランジスタ・Nチャネル
トランジスタ毎に、各々同一サイズで形成されて構成さ
れる。 【0009】 【0010】 【0011】 【作用・効果】請求項1の高周波分周器では、高周波の
微小振幅信号が、先ず、インバータをカスケード接続し
た高周波増幅器に入力されて増幅され、増幅された高周
波信号が次のフリップフロップからなる分周器に送られ
分周される。 【0012】前段の各インバータを構成するCMOSト
ランジスタが、PチャネルトランジスタとNチャネルト
ランジスタ毎に、各々同一サイズで形成されているた
め、各インバータの動作レベルは等しくなる。各インバ
ータに入力される高周波微小振幅信号は動作レベルを横
切る部分で波形を生成して出力信号が出力されるが、カ
スケード接続された各インバータの動作レベルが等しい
ため、出力波形は変形せず、充分な増幅率で良好な増幅
が行われる。 【0013】 さらに、スイッチング回路を構成するC
MOSトランジスタにおける制御信号を入力するトラン
ジスタのゲート幅が他の部分のトランジスタのゲート幅
より大きく形成されるため、そのトランジスタのオン抵
抗が下がり、高周波に対応しつつ、間欠動作が可能とな
り、消費電力を低減することができる。 【0014】また、スイッチング回路内の高周波信号を
入力するトランジスタが、次に接続されるインバータの
トランジスタと、Pチャネルトランジスタ・Nチャネル
トランジスタ毎に、各々同一サイズで形成されるため、
トランジスタの動作レベルを等しくして良好な増幅を行
なうことができる。 【0015】 【0016】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 【0017】図1は第一実施例の高周波分周器の構成図
である。1は高周波分周器であり、CMOSのDフリッ
プフロップ等から構成される。高周波分周器1の前段に
はCMOSのインバータ3、4、5、6をカスケード接
続してなる高周波増幅器2が接続される。各インバータ
3、4、5、6は、PチャネルトランジスタとNチャネ
ルトランジスタをプッシュプル接続して構成される。さ
らに、各インバータ3、4、5、6を構成するCMOS
トランジスタは、Pチャネルトランジスタ・Nチャネル
トランジスタ毎に、各々同一サイズで形成されている。 【0018】このような構成の高周波分周器に高周波の
微小振幅信号を入力した場合、特にその高周波増幅器2
においては、図2の波形図に示すように、入力信号が増
幅される。 【0019】即ち、先ず、微小振幅の入力信号S4がイ
ンバータ3に入力されると、インバータ3からは出力さ
れる信号S5は図2の波形図に示すように、正常な波形
に増幅される。さらに、インバータ3から出力された信
号S5が次のインバータ4に入力され増幅されるが、そ
のインバータ4の動作レベルL3が前段のインバータ3
の動作レベルL3と同じであり、入力される信号(高周
波微小振幅信号)がその動作レベルを横切る部分で出力
波形が生成されるが、インバータ4から出力される信号
S6は、図2に示すように、その波形が変形せず、正常
な増幅率で良好に増幅される。 【0020】そして、次のインバータ5、インバータ6
においても上記と同様に、高周波信号の増幅が行われ、
良好に増幅された高周波信号が分周器1に入力される。
分周器1内では、直列接続された複数のフリップフロッ
プの動作によって高周波信号の分周が所定の分周比で行
われる。 【0021】図3は上記実施例における分周器1の内部
構成を示し、図4は分周器1に使用されるDフリップフ
ロップ21〜23の詳細構成図を示している。図3に示
すように、分周器1は3個のDフリップフロップ21、
22、23をカスケード接続し、各Dフリップフロップ
21〜23の各出力がインバータ24、25、26を介
して入力側に接続されて構成される。高周波増幅器2の
出力側つまりインバータ6の出力側はDフリップフロッ
プ21のクロック端子に接続され、Dフリップフロップ
21、22の出力側は次のDフリップフロップのクロッ
ク端子に接続される。 【0022】Dフリップフロップ21〜23は、図4に
示すように、インバータ31、インバータ32、インバ
ータ33、インバータ34、インバータ35、インバー
タ36、及びアナログスイッチ37、アナログスイッチ
38を接続して構成される。 【0023】各Dフリップフロップに使用される各イン
バータは、CMOSのPチャネルトランジスタとNチャ
ネルトランジスタをプッシュプル接続して構成される
が、特に、最初の段に位置するDフリップフロップ21
内のトランジスタは、その前段のインバータ6のトラン
ジスタと、Pチャネルトランジスタ・Nチャネルトラン
ジスタ毎に、各々同一サイズで形成されている。これに
よって、入力される高周波信号の波形変形等を防止す
る。 【0024】さらに、次段のDフリップフロップ22に
使用されるインバータ内のCMOSトランジスタは、P
チャネル・Nチャネル毎に、そのゲート幅が前段のDフ
リップフロップ21のインバータ内のトランジスタのゲ
ート幅より、小さくするように形成される。そしてさら
に、次段のDフリップフロップ23に使用されるインバ
ータ内のCMOSトランジスタは、Pチャネル・Nチャ
ネル毎に、そのゲート幅が前段のDフリップフロップ2
2のインバータ内のトランジスタのゲート幅より、小さ
くするように形成される。 【0025】つまり、分周器1内のDフリップフロップ
21〜23内のインバータ内におけるトランジスタのゲ
ート幅は、入力側から出力側に向けて小さくなるように
形成されている。このように、Dフリップフロップを構
成するCMOSトランジスタのゲート幅を出力側に向け
て順に小さくすることにより、各々のトランジスタにか
かる負荷を減少させ、高周波に対応させることができ
る。 【0026】さらに、各Dフリップフロップ21〜23
における各インバータと各アナログスイッチにおいて
も、そこに使用されるCMOSトランジスタは、Pチャ
ネル・Nチャネル毎に、そのゲート幅が入力側から出力
側に向けて小さくなるように形成される。 【0027】即ち、Dフリップフロップ21〜23内に
使用されるインバータ33、34、35、36内のトラ
ンジスタは、Pチャネル・Nチャネル毎に、そのゲート
幅が徐々に小さくなるように形成され、Dフリップフロ
ップ単位でトランジスタサイズを小さくしたことによる
効果を高めることができる。 【0028】なお、初段のDフリップフロップ21のイ
ンバータ31、32、及びアナログスイッチ37、38
のトランジスタは、高周波に対応するため、そのゲート
幅が増幅器2のインバータ内のトランジスタのそれと同
じに設定され、Dフリップフロップ22、23のインバ
ータ31、32及びアナログスイッチ37、38のトラ
ンジスタのゲート幅は、各々前段のDフリップフロップ
のインバータ36と同じに設定される。 【0029】図5は第二実施例を示し、この実施例の高
周波分周器は、インバータをカスケード接続した高周波
増幅器12の前段に、入力信号をスイッチングするスイ
ッチング回路11が設けられる。 【0030】このスイッチング回路11は、図5に示す
ように、4個のCMOSトランジスタつまり一対のPチ
ャネルトランジスタ18、19と一対のNチャネルトラ
ンジスタ16、17からなるNANDから構成される。 【0031】スイッチング用の制御信号ScはPチャネ
ルトランジスタ19及びNチャネルトランジスタ17の
ゲートに入力され、高周波の入力信号S7はPチャネル
トランジスタ18とNチャネルトランジスタ16のゲー
トに入力される。スイッチング回路11の出力側には、
インバータ13、14、15をカスケード接続した高周
波増幅器12が接続され、高周波増幅器12の出力側に
分周器1が接続される。 【0032】ここで、スイッチング回路11におけるP
チャネルトランジスタ19及びNチャネルトランジスタ
17のゲート幅は、他のトランジスタのゲート幅に比べ
約20倍程度大きく形成され、そのゲート幅の増大によ
りトランジスタのオン抵抗を下げ、高周波に対応しつ
つ、間欠動作が可能となり、消費電力を低減することが
できる。このPチャネルトランジスタ19及びNチャネ
ルトランジスタ17は、制御信号Scの入力によりスイ
ッチング動作を行うだけであるため、ゲート幅を大きく
しても、高周波信号には何ら影響を与えない。 【0033】高周波増幅器12の各インバータ13、1
4、15を構成するCMOSトランジスタは、上記実施
例と同様に、Pチャネルトランジスタ・Nチャネルトラ
ンジスタ毎に、各々同一サイズで形成されている。 【0034】さらに、スイッチング回路11におけるN
チャネルトランジスタ16は、次段の高周波増幅器12
の各インバータ13、14、15内のNチャネルトラン
ジスタと同一サイズに形成され、Pチャネルトランジス
タ18は、次段の高周波増幅器12の各インバータ1
3、14、15内のPチャネルトランジスタと同一サイ
ズに形成される。 【0035】このような構成の高周波分周器では、高周
波信号S7は先ずスイッチング回路11に入力され、そ
こに印加される制御信号Scに応じてスイッチングさ
れ、スイッチング後の高周波信号が次段の高周波増幅器
12に送られ、増幅される。 【0036】その増幅時、スイッチング回路11におけ
るトランジスタ16、18は、次段の高周波増幅器12
の各インバータ13、14、15内のNチャネル又はP
チャネルトランジスタと各々同一サイズに形成されてい
るため、スイッチング回路11内のNANDを含め各々
のインバータの動作レベルが同一であるから、波形を変
形させず、充分な増幅率で良好な高周波信号の増幅を行
うことができる。そして、高周波増幅器12から出力さ
れた高周波信号は分周器1に送られ、分周される。 【0037】なお、スイッチング回路はNORによって
も構成することでき、NORに使用されるトランジスタ
についても、上記と同様に構成することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例を示す高周波分周器の構成図
である。 【図2】同高周波分周器の信号S4〜S6の波形図であ
る。 【図3】高周波分周器の論理回路図である。 【図4】Dフリップフロップ21〜23の内部構成を示
す論理回路図である。 【図5】第二実施例の高周波分周器の構成図である。 【図6】従来の増幅器の動作説明用の論理回路図であ
る。 【図7】従来の増幅器の動作を説明する信号S1〜S3
の波形図である。 【符号の説明】 1−分周器、 2、12−高周波増幅器、 3〜6、13〜15−インバータ、 11−スイッチング回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−291841(JP,A) 特開 昭60−121806(JP,A) 特開 平5−102408(JP,A) 特開 平2−21719(JP,A) 特開 昭60−109332(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03B 19/00 - 19/20 H03K 5/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 CMOSトランジスタから構成され、分
    周器の前段に、複数のインバータをカスケード接続した
    高周波増幅器を有する高周波分周器において、 前記各インバータを構成するCMOSトランジスタが、
    PチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタ毎
    に、各々同一サイズで形成され、前記高周波増幅器の前
    段にNOR又はNANDからなるスイッチング回路が接
    続され、該スイッチング回路を構成するCMOSトラン
    ジスタにおける制御信号を入力するトランジスタのゲー
    ト幅が他の部分のトランジスタのゲート幅より大きく形
    成され、該スイッチング回路内の高周波信号を入力する
    トランジスタが、次に接続されるインバータのトランジ
    スタと、Pチャネルトランジスタ・Nチャネルトランジ
    スタ毎に、各々同一サイズで形成されていることを特徴
    とする高周波分周器。
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