JP3527225B2 - 位相混合器及びこれを利用した多重位相発生器 - Google Patents
位相混合器及びこれを利用した多重位相発生器Info
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Description
を利用した多重位相発生器に関し、より詳しくは、位相
差を有する2つの入力電圧を利用してその中間位相に該
当する出力電圧を発生させる位相混合器、及び該位相混
合器を利用して任意の位相差を有する出力電圧を発生さ
せ得る多重位相発生器に関する。
としてPLL(Phase Locked Loop)又はDLL(Delay
ed Locked Loop)を具現するためには、入力された信号
の位相がそれぞれ異なる量だけ遅延された多様な位相の
信号が必要となる。これのためには、入力された2つの
信号の位相差より小さな位相差を有する多様な信号を出
力する位相混合器(Phase-Blender)、及び該位相混合
器を利用した多重位相発生器(Multi-Phase Generato
r)が必要である。
力される信号の遅延量を制御することを遅延混合(dela
y mixing)又は遅延補間(delay interpolation)と言
い、実際の出力信号は全体システムの遅延時間(group
delay)だけ追加遅延された信号が出力される。このよ
うな特性を得るためには、2つの信号の電流源比率を制
御しこれらを足して出力を得ることもでき、2つの遅延
された信号をインバータを利用して衝突させることでフ
ァインタップ(fine-tap)を得ることもできる(関連論
文:B.W Garlepp et al., Aportable digital DLL for
high-speed CMOS interface circuit、IEEE J. Solid-s
tate Circuits, vol. 34, pp.632-644,May 1999, 及び
S. Sidiropoulos, High-performance interchip signal
ing, Ph. D. dissertation, Available as Tech. Rep.
CLS-TR-98-760 from http://elib.stanford.edu Comput
er Systems Lab., Stanford University.)。
間(Δt)を有する2つの入力(Vin1, Vin2)に対して
Nビットの選択コードを入力することによりΔtを1/
2N単位で分割した出力信号を得る。従って、Nビット
コードが‘0’の場合は最小の遅延時間を有する信号
が、‘2N−1’の場合は最大の遅延時間を有する信号
が、また‘0’と‘2N−1’との間の任意の値の場合
はそれに該当する線形的な遅延特性を有する信号がそれ
ぞれ出力されなければならない。
1の位相混合器はCMOSインバータの出力を利用して
中間遅延量を有する出力信号を生成する方式を取ってい
る。これをより詳細に説明すれば、次の通りである(対
比される2つの信号が位相差を有することは、時間領域
ではこの位相差に対応するだけの時間差を有するとのこ
とを意味するため、以下の説明では位相差と時間差を同
一の意味として使用する)。
力電圧(Vin1, Vin2)が入力され、また位相混合器20
は位相差のある3つの出力電圧(Vout1, Vout2, Vout
3)を出力する。位相混合器20は第1入力電圧(Vin
1)及び第2入力電圧(Vin2)がそれぞれ入力される第
1位相遅延部21及び第2位相遅延部22、及び第1及
び第2入力電圧(Vin1, Vin2)の入力される中間位相出
力部30を有している。第1及び第2位相遅延部21、
22はそれぞれ第1及び第2入力電圧(Vin1, Vin2)の
位相に対応する位相を有する第1及び第2出力電圧(Vo
ut1, Vout2)を出力し、中間位相出力部30は第1入力
電圧(Vin1)と第2入力電圧(Vin2)との中間位相に対
応する位相を有する第3出力電圧(Vout3)を出力す
る。
圧(Vin1, Vin2)がそれぞれ入力され、その出力端が互
いに連結された一対の第1インバータ31a、31b
と、前記第1インバータ31a、31bの出力電圧が入
力され、第3出力電圧(Vout3)を出力する第2インバ
ータ32とで構成されている。また、第1位相遅延部2
1は直列連結された一対の第3インバータ21a、21
bで構成され、第2位相遅延部22も直列連結された一
対の第3インバータ22a、22bで構成されている。
路図が示されている。各インバータは、直列連結された
PMOSトランジスタ(MP0)とNMOSトランジスタ
(MN0)で構成されている。PMOSトランジスタ(MP
0)のソースにはソース電圧(V DD)が印加され、NMO
Sトランジスタ(MN0)のソースは接地されている。ま
た、PMOSトランジスタ(MP0)のドレインとNMO
Sトランジスタ(MN0)のドレインとは互いに連結され
ている。入力電圧(Vin)はPMOSトランジスタ(MP
0)のゲート及びNMOSトランジスタ(MN0)のゲート
にそれぞれ入力され、出力電圧(Vout)はPMOSトラ
ンジスタ(MP0)とNMOSトランジスタ(MN0)との連
結部位、即ちドレインから出力される。PMOSトラン
ジスタ(MP0)とNMOSトランジスタ(MN0)は入力電
圧(Vin)に応じてスイッチングされるスイッチとして
動作し、この時のスイッチング方式は、次の表1に示さ
れた通りである。
0)とNMOSトランジスタ(MN0)が単純にオン又はオ
フ動作された場合を説明しているが、実際にはPMOS
トランジスタ(MP0)とNMOSトランジスタ(MN0)は
入力電圧(Vin)の大きさの変化によってその抵抗値が
可変され、実質的な短絡状態(又は、開放状態)から実
質的な開放状態(又は、短絡状態)に変化する可変抵抗
のように動作する。また、入力電圧(Vin)の立場で
は、インバータの入力端に仮想のキャパシタ(C0)が
連結されたものと認識される。
係を示したグラフである。前記表1に示されたような動
作により入力電圧(Vin)はその位相が反転されて出力
電圧(Vout)として出力される。この時、インバータ内
のPMOSトランジスタ(MP0)及びNMOSトランジ
スタ(MN0)のスイッチング動作には一定の時間遅延が
伴うため、図3に示されたように、位相が反転された出
力電圧(Vout)は所定の遅延時間後に出力される。
係を示したグラブである。
1に入力されれば、第1位相遅延部21は2つのインバ
ータ21a、21bからなっているため、第1出力電圧
(Vout1)は第1入力電圧(Vin1)と同一形態の波形が
出力される。この時、2つのインバータ21a、21b
によって所定の遅延時間だけ遅延した波形が出力され
る。第2入力電圧(Vin2)に対しても、第2位相遅延部
22は第2入力電圧(Vin2)と同一形態でまた前記遅延
時間だけ遅延した第2出力電圧(Vout2)を出力する。
従って、第1及び第2位相遅延部21、22はそれぞれ
第1及び第2入力電圧(Vin1, Vin2)の位相に対応する
位相を有する第1及び第2出力電圧(Vout1, Vout2)を
出力する。
n2)が所定の時間差(Δt)で入力されれば、中間位相
出力部30は第1入力電圧(Vin1)と第2入力電圧(Vi
n2)の反転時点の中間時点で反転される信号、即ち、第
1出力電圧(Vout1)に比べては1/2Δtだけ遅れ、
また第2出力電圧(Vout2)に比べては1/2Δtだけ
進んだ第3出力電圧(Vout3)を出力する。この時、第
3出力電圧(Vout3)もまた、所定の第1及び第2出力
電圧(Vout1, Vout2)と同じ大きさの時間遅延を有し、
これによって第1入力電圧(Vin1)と第2入力電圧(Vi
n2)の中間位相に対応する位相を有する第3出力電圧
(Vout3)が出力される。
う時は、2つの入力電圧(Vin1, Vin2)が相異なった時
間に第2インバータ32を駆動するとの仮定下で、電流
源とRC充放電の数式に前記位相混合器を近似化する方
式を採用する。従って、1つの位相混合器における遅延
時間を求めてみれば、第1インバータ31a、31bの
大きさを同じくする場合、遅延時間は常に2つの入力電
圧(Vin1, Vin2)のエッジの中間に位置することはでき
なくなる。従って、中間位相の出力電圧(Vout3)を得
るためには、2つのインバータ31a、31bの大きさ
を調整しなければならない。この時、インバータ31
a、31bの大きさの比率はおおよそ1.2:1であ
る。
相を発生させる従来の多重位相発生器を示しており、具
体的には8つの位相差を有する多重位相発生器を示して
いる。
合器20aが、第2段には2つの位相混合器20bが、
そして第3段には4つの位相混合器20cがそれぞれ存
在する。第1段の3つの出力電圧のうち、位相遅延部2
1、22の各出力電圧(Vout1, Vout2)は第2段のそれ
ぞれ異なる位相混合器20bに入力され、中間位相出力
部30の出力電圧(Vout3)は第2段の各位相混合器2
0bの両方に入力される。このような方式は前段の位相
混合器20a又は20bと次の段の位相混合器20b又
は20cに共通に適用される。第3段の出力はマルチプ
レクサ40に入力される。
器によって、第1段からは入力電圧(Vin1, Vin2)の位
相差(Δt)に対して1/2Δtずつだけ差がある電圧
(Vout1, Vout2, Vout3)が出力され、同じ原理によっ
て第2段からは1/4Δtずつだけ差がある電圧が出力
され、第3段からは1/8Δtずつだけ差がある電圧が
出力される。マルチプレクサ40はこのような多重位相
を有する8つの出力電圧のうち1つを選択し、これによ
って入力電圧(Vin1, Vin2)の位相差(Δt)に比べて
1/8の位相差を有する8つの電圧のうち1つが選択さ
れ出力される。
れば、多重位相発生器の具現に当たって発生させるべき
中間位相を有する信号の個数が増加するほど全体的な回
路の規模が急激に増大するという問題点があった。即
ち、多重位相発生器内の段(stage)の数が増加するほ
ど必要な位相混合器の数は指数的に増加することにな
る。また、最終的に必要な信号を生成するためには多く
の中間信号をマルチプレクシング(multiplexing)する
回路の規模も増大し、これに因り、電力消費も幾何級数
的に増加するという問題点があった。
る位相混合器の動作をモデリングするに当たって、全体
的な動作がRCフィルタリングに依存するとの問題があ
った。従って、動作の特性が非線形的になるため、工
程、電圧及び温度の変化(PVTvariation)による動作の
安定化が特に重要となる。
問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、
従来の並列構造の多重位相発生器に比べて回路のサイズ
が小さく、信号のRCフィルタリングによる非線形効果
を最小化し得る多重位相発生器を提供することにある。
相発生器の具現に適合した新しい構造の位相混合器を提
供することにある。
めの本発明による位相混合器は、所定の位相差を有する
第1及び第2入力電圧がそれぞれ入力され、前記第1及
び第2入力電圧の位相にそれぞれ対応する位相を有する
第1及び第2出力電圧を出力する第1及び第2位相遅延
部;前記第1及び第2入力電圧がそれぞれ入力され、そ
の出力端が互いに連結された一対の第1インバータと、
前記第1インバータの出力電圧が入力され、それぞれ第
3及び第4出力電圧を出力する一対の第2インバータと
を備えた中間位相出力部;及び、前記第1出力電圧と前
記第3出力電圧を選択的に出力する第1マルチプレクサ
と、前記第2出力電圧と前記第4出力電圧を選択的に出
力する第2マルチプレクサとを備えた出力選択部;を含
むことを特徴とする。
バータはゲートに入力された電圧の大きさに応じて相反
したスイッチング動作をするPMOSトランジスタ及び
NMOSトランジスタで構成され、前記第1及び第2入
力電圧は前記PMOSトランジスタ及び前記NMOSト
ランジスタのゲートに入力され、これにより、前記第1
及び第2出力電圧の中間位相を有する前記第3及び第4
出力電圧が出力される。
混合器は前記第1及び第2入力電圧の立上り時間を遅延
する手段を備える。ここで、前記遅延手段は、前記各イ
ンバータより小さなサイズを有し、前記第1及び第2入
力電圧の入力部位に設置される遅延インバータで具現す
ることができる。また、前記遅延手段は、前記第1及び
第2入力電圧を充電するキャパシタで具現することもで
き、その出力端が開放されて前記第1及び第2入力電圧
に対してダミーキャパシタ(dummy capacitor)の機能
をする浮動インバータで具現することもできる。
の立上り時間が増加し、これにより、位相差の大きい2
つの入力電圧に対しても中間位相を安定して出力するこ
とができる。
定の位相差を有する第1及び第2入力電圧が入力され、
前記第1及び第2入力電圧の位相に対応する位相を有す
る電圧と前記入力電圧の中間位相に対応する位相を有す
る電圧のうち、少なくとも2つの電圧を出力する第1位
相混合器;及び前記第1位相混合器と同一の機能をし、
前記第1位相混合器に順次直列連結された少なくとも1
つの第2位相混合器;を含むことを特徴とする。多重位
相発生器を構成する各位相混合器としては、上記のよう
な本発明の位相混合器が使用される。本発明によれば、
回路の規模が小さく、電力消耗の少ない多重位相発生器
が提供される。
発明をより詳しく説明する。
図である。位相混合器120は第1入力電圧(Vin1)及
び第2入力電圧(Vin2)がそれぞれ入力される第1位相
遅延部121及び第2位相遅延部122、第1及び第2
入力電圧(Vin1, Vin2)が入力される中間位相出力部1
30、及び4つの出力電圧(Vout1, Vout2, Vout3, Vou
t4)のうち2つの出力電圧を選択するための出力選択部
140を有している。
は、それぞれ直列連結された一対の第3インバータ12
1a、121b、122a、122bで構成されてい
る。第1及び第2位相遅延部121、122はそれぞれ
第1及び第2入力電圧(Vin1, Vin2)の位相に対応する
位相を有する第1及び第2出力電圧(Vout1, Vout2)を
出力する。
電圧(Vin1, Vin2)がそれぞれ入力され、その出力端が
互いに連結された一対の第1インバータ131a、13
1b、及び前記第1インバータ131a、131bの出
力電圧が入力され、第3及び第4出力電圧(Vout3, Vou
t4)を出力する一対の第2インバータ132a、132
bで構成されている。中間位相出力部130の各第2イ
ンバータ132a、132bは第1入力電圧(Vin1)と
第2入力電圧(Vin2)の中間位相に対応する位相を有す
る第3及び第4出力電圧(Vout3, Vout4)を出力する。
出力部130の具体的な回路図が示されている。
ぞれ直列連結されたPMOSトランジスタ(MP1, MP2)
とNMOSトランジスタ(MN1, MN2)とで構成されてい
る。各PMOSトランジスタ(MP1, MP2)のソースには
ソース電圧(VDD)が印加されており、PMOSトラン
ジスタ(MP1, MP2)のドレインとNMOSトランジスタ
(MN1, MN2)のドレインは互いに連結されており、ま
た、NMOSトランジスタ(MN1, MN2)のソースは接地
されている。第1入力電圧(Vin1)はPMOSトランジ
スタ(MP1)のゲート及びNMOSトランジスタ(MN1)
のゲートにそれぞれ入力され、第2入力電圧(Vin2)は
PMOSトランジスタ(MP2)のゲート及びNMOSト
ランジスタ(MN2)のゲートにそれぞれ入力される。中
間出力電圧(Vmid)はPMOSトランジスタ(MP1)と
NMOSトランジスタ(MN1)のドレイン及びPMOS
トランジスタ(MP1)とNMOSトランジスタ(MN1)の
ドレインが共通に連結された点から出力される。それぞ
れのPMOSトランジスタ(MP1, MP2)とNMOSトラ
ンジスタ(MN1, MN2)は入力電圧に応じてスイッチング
されるスイッチとして動作し、この時のスイッチング方
式は前述した従来技術の説明で記述した通りである。
2bも第1インバータ131a、131bと同様に、ソ
ースにソース電圧(VDD)の印加されたPMOSトラン
ジスタと、ドレインがPMOSトランジスタのドレイン
に連結されソースが接地されたNMOSトランジスタと
で構成されている。第2インバータ132a、132b
には中間出力電圧(Vmid)が入力され、第2インバータ
132a、132bの各出力電圧(Vout3, Vout4)は第
1インバータ131a、131bと同様に各第2インバ
ータ132a、132bのPMOSトランジスタとNM
OSトランジスタの連結部位、即ちドレインから出力さ
れる。
異なる多様な入力電圧の波形を示したグラフである。前
述したとおり、第1及び第2入力電圧(Vin1, Vin2)は
所定の位相差を有しており、このような位相差は時間領
域では入力時間の差として表れる。1つの入力電圧が
‘ロー’から‘ハイ’に反転するとき、実際は瞬時に反
転せず所定の立上り時間(tr)にわたって反転する。
前述した従来技術の説明ではインバータにより入力信号
の位相が反転する動作を簡単に説明するために、入力電
圧(Vin1, Vin2)の立上り時間は考慮されなかったが、
実際は入力電圧(Vin1, Vin2)は所定の立上り時間を有
するため、この立上り時間を考慮して入力波形を示す
と、各電圧(Va乃至Vf)の波形は図8に示されたように
立上り時間(tr)にわたって立上る波形を有すること
になる。図8はこのような立上り時間を説明の便宜のた
めに拡大して図示している。
a)に対してそれぞれ異なる位相差を有する電圧に該当
する。例えば、VeはVaに比べて立上り時間(tr=
Δt)だけ差がある電圧を示しており、Vbは前記時間
差(Δt)の1/4に該当する時間差(1/4Δt)の
ある電圧を示しており、Vfは立上り時間(tr)より
一定の時間(ΔtG)だけさらに時間差がある電圧を示
している。
ンバータの入出力電圧関係を示したグラフである。該グ
ラフは、図8に示された電圧波形のうちVaとVeがそ
れぞれ第1及び第2入力電圧(Vin1, Vin2)として選択
された例、即ち立上り時間(tr)だけ時間差(Δt)
がある場合を示している。
間Iから区間IVにわたって立上っており、第2入力電圧
(Vin2)は区間Vから区間VIIIにわたって立上ってい
る。第1入力電圧(Vin1)の値が最終値のおおよそ半分
に至る時間をt1とし、第2入力電圧(Vin2)の値が最
終値のおおよそ半分に至る時間をt2とするとき、第1
及び第2入力電圧(Vin1, Vin2)はそれぞれt1とt2時
点で反転することとみることができ、この時間差(t2
−t1)は第1及び第2入力電圧(Vin1, Vin2)間の差
(Δt)となる。
上り区間(区間I乃至区間VIII)での第1インバータ1
31a、131bの各CMOS FET(MN1, MN2, MP
1, MP2)の動作は図9の下端部の表に示されている。こ
れを詳細に説明すれは、次の通りである。
P1, MP2)の動作は‘オン(on)’状態と‘オフ(of
f)’状態が瞬時に反転するのではなく、過渡期を経て
反転する。図9の表において、‘off’はスイッチとし
て動作する各CMOS FET(MN1, MN2, MP1, MP2)
が‘off’の状態を、‘w.o(weakly on)’は‘弱いオ
ン’の状態を、‘s.o(strongly on)’は‘強いオン’
の状態を、そして‘f.o(fully on)’は‘完全なオ
ン’の状態を表している。
のうち、第1入力電圧(Vin1)の入力されるCMOS
(MN1, MP1)の動作を説明する。
1は‘オン’の状態にあり、区間IIに到達すれば第1入
力電圧(Vin1)がある程度立上ってMN1は‘弱いオ
ン’、MP1は‘強いオン’の状態となる。区間IIIで
は第1入力電圧(Vin1)がさらに立上ってMN1は‘強
いオン’、MP1は‘弱いオン’の状態となり、区間IV
に到達すれば、MN1は‘完全なオン’、MP1は‘オ
フ’の状態となる。このような過程は、CMOSの動作
がゲート電圧により抵抗値が可変する抵抗と類似に動作
するからである。
VIIIに至るまで第1インバータ131a、131bのう
ち、第2入力電圧(Vin2)の入力されるCMOS FE
T(MN2, MP2)の動作も第2入力電圧(Vin2)により制
御される。即ち、区間Vから区間VIIIに至るまでMN2
は‘オフ’の状態から‘完全なオン’の状態に段階的に
変化し、MP2は‘完全なオン’の状態から‘オフ’の
状態に変化する。
MN2)の状態が変化するにつれて、出力される中間出力
電圧(Vmid)の値は図9に示されたように区間IIIから
区間VIに至るまで立下る。この時、中間出力電圧(Vmi
d)がその初期値の略半分程度まで立下る時点(区間IV
と区間Vとの境界となる時点=t3)を基準として反転
することとみることができ、これにより、各第2インバ
ータ132a、132bの出力電圧(Vout3, Vout4)は
前記境界時点(t3)で‘ロー’から‘ハイ’に反転す
る。実際には第3及び第4出力電圧(Vout3, Vout4)は
中間出力電圧(Vmid)の反転信号として若干の立上り時
間にわたって立上るが、図9では第3及び第4出力電圧
(Vout3, Vout4)の反転時点を明確に表すために立上り
時間が考慮されない電圧波形を示している。また、実際
には中間出力電圧(Vmid)と第3及び第4出力電圧(Vo
ut3, Vout4)は各インバータの遅延時間だけ遅れて出力
されるが、図9ではこのような時間遅延が考慮されない
波形を示している。
れぞれの反転時点(t1、t2)と第3及び第4出力電圧
(Vout3, Vout4)の反転時点(t3)を比較してみれ
ば、第3及び第4出力電圧(Vout3, Vout4)は第1入力
電圧(Vin1)より入力電圧(Vin1, Vin2)の時間差(Δ
t)の半分(1/2Δt)だけ遅延した時点で反転する
ことが分かる。従って、第3及び第4出力電圧(Vout3,
Vout4)は第1及び第2入力電圧(Vin1, Vin2)の位相
の中間位相を有することになる。
は、第1出力電圧(Vout1)と第3出力電圧(Vout3)を
選択的に出力するための第1マルチプレクサ141、及
び第2出力電圧(Vout2)と第4出力電圧(Vout4)を選
択的に出力するための第2マルチプレクサ142で構成
されている。従って、第1マルチプレクサ141の選択
によって第1入力電圧(Vin1)に対応する位相を有する
第1出力電圧(Vout1)又は中間位相を有する第3出力
電圧(Vout3)が出力され、第2マルチプレクサ142
の選択によって第2入力電圧(Vin2)に対応する位相を
有する第2出力電圧(Vout2)又は中間位相を有する第
4出力電圧(Vout4)が出力される。
の選択信号(sel 1)により選択動作をする。この時、
選択信号(sel 1)が‘ロー’の場合、第1マルチプレ
クサ141は第1出力電圧(Vout1)を、第2マルチプ
レクサ142は第4出力電圧(Vout4)をそれぞれ出力
し、選択信号(sel 1)が‘ハイ’の場合は、第1マル
チプレクサ141は第3出力電圧(Vout3)を、第2マ
ルチプレクサ142は第2出力電圧(Vout2)をそれぞ
れ出力する。従って、選択信号(sel 1)が‘ロー’の
場合は第1入力電圧(Vin1)に対応する位相を有する第
1出力電圧(Vout1)及び入力電圧(Vin1, Vin2)の位
相差の半分に該当する位相遅延を有する第4出力電圧
(Vout4)が出力され、選択信号(sel 1)が‘ハイ’の
場合は入力電圧(Vin1, Vin2)の位相差の半分に該当す
る位相遅延を有する第3出力電圧(Vout3)及び第2入
力電圧(Vin2)に対応する位相を有する第2出力電圧
(Vout2)が出力される。これにより、位相混合器12
0は位相差が入力電圧(Vin1, Vin2)の位相差の半分に
該当する位相差を有する一対の電圧を出力することがで
き、この時マルチプレクサ141、142に入力される
選択信号(sel 1)を調節することにより出力電圧の位
相遅延量を調節することができる。
号がマルチプレクサ141、142に入力される例を示
しているが、各マルチプレクサ141、142に相異な
る選択信号が入力されるようにすることもできる。この
場合、第1マルチプレクサ141は第1及び第3出力電
圧(Vout1, Vout3)のうち1つを選択することができ、
第2マルチプレクサ142は第4及び第2出力電圧(Vo
ut4, Vout2)のうち1つを選択することができる。従っ
て、位相差が入力電圧(Vin1, Vin2)の位相差と同一の
2つの出力電圧(Vout1, Vout2)を選択して出力するこ
とも可能となる。
パシタ(C1、C2)を設けることができる。該キャパシ
タ(C1、C2)は後に詳述するように、入力電圧(Vin
1, Vin2)の時間差が大きすぎて不完全な動作区間が存
在する場合、これを補正するために設けられる。また、
後述するように、該キャパシタは1つ以上の浮動インバ
ータからなるダミーキャパシタ(dummy capacitor)で
具現することもできる。
相混合器120は、第1インバータ131a、131b
の個数と第2インバータ132a、132bの個数が同
じであるため、従来の方式、即ち、第2インバータが1
つ設置された方式に比べてインバータの構成が容易であ
るとの利点がある。即ち、従来の位相混合器では、第1
インバータと第2インバータの負荷が相異なって正確な
中間位相の出力のためには第1インバータの容量比率を
実験的に調節しなければならないという問題点があった
が、本発明によれば、第1インバータ131a、131
bと第2インバータ132a、132bの負荷が互いに
同一であるため、全てのインバータが同一容量を有する
ようにすることができ、製作が容易となる。
の内部にマルチプレクサ141、142を有しているた
め、後述するように直列構造の多重位相発生器を構成す
ることができる。
利用した本発明による多重位相発生器を示している。本
発明による多重位相発生器は、上記した位相混合器12
0と同一の構成を有する第1位相混合器120a及び該
第1位相混合器120aに直列連結された第2位相混合
器120bを有しており、前記第2位相混合器120b
には別の位相混合器120c、120dが順次に直列連
結されている。第1段の位相混合器120aには上記の
ような2つの入力電圧(Vin1, Vin2)が入力され、第2
段及びその以後の段の位相混合器120c、120dに
はそれぞれその前段の位相混合器からの出力が入力され
る。
を利用すれば、第1段の位相混合器120aはその内部
のマルチプレクサを駆動する選択信号(sel 1)を制御
することにより、入力電圧(Vin1, Vin2)の位相差の半
分の位相差を有する2つの電圧を出力することができ
る。前記2つの出力電圧は、第2段の位相混合器120
bに入力され、第2段の位相混合器120bも同様に自
分の2つの入力電圧の位相差の半分に該当する位相差を
有する2つの電圧を出力することにより、結果として第
1段の位相混合器120aの入力電圧(Vin1, Vin2)の
位相差の1/4の位相差を有する2つの電圧を出力する
ことができる。
VaとVeが入力される場合、第1位相混合器120a
はその中間位相を有するVcのような波形の電圧を出力
することができ、第2位相混合器120bにはまたVa
(又はVe)とVcが入力されてVb(又はVd)のよ
うな波形の電圧を出力することができる。
20c、120d)で繰り返されることにより、最終段
の位相混合器120dでは位相差の小さい幾つかの電圧
のうち1つを選択して出力することができる。従って、
最終段の位相混合器120dの出力は、位相混合器12
0a乃至120dの個数がN個の多重位相発生器の場合
は1/2NΔtだけ位相差がある電圧を出力することが
できる。
つの出力は1/2NΔtの位相差を有するが、各位相混
合器120a乃至120dの選択信号(sel 1乃至sel
n)を適切に選択することによりその位相遅延の度合い
を調節することができる。即ち、例えば多重位相発生器
が4つの位相混合器で構成された場合、最終段の位相混
合器では1/16Δtの位相差を有する2つの出力電圧
が出力されるが、この時、選択信号(sel 1乃至sel 4)
を‘0000’と設定すれば、2つの出力電圧は位相遅
延量の無い2つの出力電圧(実際は4つの位相混合器に
よる位相遅延量だけ遅延した位相を有する2つの出力電
圧)が出力されるため、第1入力電圧(Vin1)に対応す
る位相を有する1つの出力電圧とこれに比べて1/16
Δtだけ遅延した位相を有する他の1つの出力電圧が出
力されることになる。同様に、選択信号(sel 1乃至sel
4)を‘1111’と設定すれば、第2入力電圧(Vin
2)に対応する位相を有する1つの出力電圧とこれに比
べて1/16Δtだけ進んだ位相を有する他の1つの出
力電圧が出力される。従って、選択信号(sel 1乃至sel
n)を調節することにより、位相遅延量の相異なる多数
の出力電圧を出力することができる。
120dから出力される例を示しているが、中間の位相
混合器120a、120b、又は120cから出力電圧
を得ることもできる。このような場合には位相差の相異
なる、即ち1/2NΔtより大きい位相差を有する2つ
の出力電圧を得ることもでき、この時、2つの出力電圧
の位相遅延量は上記と同様に各選択信号を調節すること
により制御することができる。
選択信号を入力するようにした場合は、中間の位相混合
器120a、120b、又は120cではなく最終段の
位相混合器120dからのみ出力電圧を得る場合にも、
各位相混合器120a、120b、120c、120d
の選択信号を調節することにより出力電圧の位相差及び
位相遅延量を共に制御することができる。
れば、段(stage)の数が増加するほど位相混合器の数
が幾何級数的に増加していた従来の多重位相発生器に比
べ、必要な位相混合器の数が減少する。従って、回路の
規模が小さくなり、かつ電力消耗も減少するという利点
がある。
作のための入力電圧の位相差の許容範囲を説明するため
に入出力電圧の関係を示したグラフである。前述のよう
な位相混合器120の動作及びこれを利用した多重位相
発生器の動作は、入力電圧(Vin1, Vin2)の位相差が一
定の許容範囲内にある場合にのみ正常的に行われる。例
えば、図11に示されたように第1及び第2入力電圧
(Vin1, Vin2)として図8の波形のうちVaとVfが選
択された場合、Vaの立上りが完了した時点とVfの立
上りが開始する時点間には所定の時間差(ΔtG)が存
在するため、位相混合器120の中間出力電圧(Vmid a
-f)はこの時間差が存在する区間(ΔtG)では‘ハ
イ’と‘ロー’の中間の大きさを有する電圧を出力する
ことになる。従って、このように曖昧な大きさの電圧が
中間位相出力部130内の第2インバータ132a、1
32bに入力されるため、中間位相出力部130の出力
は‘ロー’と‘ハイ’のうち何れかを明らかに表すこと
ができない。このため、位相混合器120は誤動作する
ことになる。
力電圧(Vin1, Vin2)の時間差を図8におけるVaとV
eの立上り時間(tr)より小さくして上記のような不
完全動作区間(ΔtG)が存在しないようにしなければ
ならない。図12乃至図14はこのような不完全動作区
間(ΔtG)を消滅させるための手段を備えた多重位相
発生器の他の実施形態を示している。上記の問題点を解
決するために、本実施形態では第1位相混合器に入力さ
れる第1及び第2入力電圧(Vin1, Vin2)の立上り時間
(tr)を遅延させるための方法を提案している。
ために、第1及び第2入力電圧(Vin1, Vin2)を供給す
る部分と第1位相混合器120aとの間に第1及び第2
遅延インバータ221、222を介在する方式を提案し
ている。この時、各遅延インバータ221、222はC
MOSで構成され、その大きさは第1位相混合器120
a内の各インバータ121a、121b、122a、1
22b、131a、131b、132a、132bの大
きさより小さくする。これにより、第1位相混合器12
0aの負荷が各遅延インバータ221、222のそれよ
り相対的に大きくなって立上り時間(tr)が長くな
る。
ために、第1位相混合器120aの入力端にキャパシタ
(Cin1, Cin2)を設置する方式を提案している。このキ
ャパシタ(Cin1, Cin2)はそれぞれ第1及び第2入力電
圧(Vin1, Vin2)を充電させ、これにより第1及び第2
入力電圧(Vin1, Vin2)の立上り時間(tr)が遅延す
る。
ために、第1位相混合器120aの入力端にダミーキャ
パシタ231a、231b、232a、232bを設置
する方式を提案している。ここで、ダミーキャパシタ2
31a、231b、232a、232bは第1位相混合
器120aの入力端にそれぞれ設置され、その出力端が
開放されている多数の浮動インバータで構成されること
もできる。このように、浮動インバータを第1位相混合
器120aの入力端に設置する場合、各浮動インバータ
は第1及び第2入力電圧(Vin1, Vin2)に対してキャパ
シタと同一の機能をするダミーキャパシタとしての機能
をすることになる。ここで、第1位相混合器120aの
各入力端に浮動インバータを1つずつ設置することもで
き、図14に示すように複数の浮動インバータを設置す
ることもできる。立上り時間(t r)の調節が必要な場
合には、キャパシタ又は浮動インバータの容量を調節す
る方法もあるが、上記のように浮動インバータの個数を
調節することで、結果としてキャパシタの容量を調節す
るのと同じ効果を得ることができる。
る多重位相発生器の動作を説明するための入出力電圧関
係を示したグラフである。図11に示されたように入力
電圧の入力時間差が大きすぎて所定の不完全動作区間
(ΔtG)が存在する場合は、図15に示されたように
立上り時間を増加させることにより入力波形の勾配(sl
ew)を減少させて前記不完全動作区間(ΔtG)を消滅
させることができる。立上り時間が遅延すれば、第1入
力電圧(Vin1)が最終値まで立上る前に第2入力電圧
(Vin2)の立上りが開始されるようにすることができ、
これにより不完全動作区間(ΔtG)を消滅させること
ができるからである。図15の電圧波形のうち破線で示
した波形は元のVa及びVfの波形を示したもので、実
線で示した波形(Va(mod)及びVf(mod))は上記のよ
うに立上り時間(tr)を増加させた後の波形である。
従って、立上り時間(tr)を増加させた波形が入力さ
れる場合の中間出力電圧(Vmid a-f(mod))は、図15
に示すように不完全動作区間(ΔtG)が消滅され正常
的な波形をなすようになる。第2インバータ132a、
132bの出力電圧(Vout a-f(mod))はこれを反転し
た出力となり、またこの出力電圧(Vout a-f(mod))が
最終出力電圧値の半分になる時点で‘ロー’状態から
‘ハイ’状態に切替えされるものとみなせば、最終出力
電圧はV′out a-f(m od)のようになる。これにより、入
力電圧(Va、Vf)の時間差(Δt)の中間時間差
(1/2Δt)を有する電圧が出力される。
2、キャパシタ(Cin1, Cin2)又はダミーキャパシタ2
31a、231b、232a、232bは第1段の位相
混合器120aにのみ設置する。これは、第1段で正常
動作をすれば、第2段以後に存在する位相混合器120
b、120c、120dではその位相差が段々減少する
ため不完全動作区間(ΔtG)が存在しなくなるからで
ある。
同一であるため回路の構成が容易で、また自体にマルチ
プレクサを備えて中間位相の発生が容易でかつ簡単な構
造の多重位相発生器を製作することができる位相混合器
が提供される。
を使用するためその構造が簡単で、電力消耗の少ない多
重位相発生器が提供でき、特に、入力電圧の時間差が大
きい場合に発生し得る不完全動作区間が除去された多重
位相発生器が提供できる。本発明による多重位相発生器
は、RCフィルタリングによる非線形効果を最少化する
ことができる。
て具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更及び
改良が可能なことは勿論である。
ある。
たグラフである。
たグラフである。
る。
な入力電圧の波形を例示したグラフである。
フである。
である。
位相差の許容範囲を説明するために入出力電圧の関係を
示したグラフである。
態を示した図である。
相発生器の動作を説明するための入出力電圧の関係を示
したグラフである。
Claims (13)
- 【請求項1】 所定の位相差を有する第1及び第2入力
電圧がそれぞれ入力され、前記第1及び第2入力電圧の
位相にそれぞれ対応する位相を有する第1及び第2出力
電圧を出力する第1及び第2位相遅延部; 前記第1及び第2入力電圧がそれぞれ入力され、その出
力端が互いに連結された一対の第1インバータと、前記
第1インバータの出力電圧が入力され、それぞれ第3及
び第4出力電圧を出力する一対の第2インバータとを備
えた中間位相出力部;及び、 前記第1出力電圧と前記第3出力電圧を選択的に出力す
る第1マルチプレクサと、前記第2出力電圧と前記第4
出力電圧を選択的に出力する第2マルチプレクサとを備
えた出力選択部;を含み、 ここで、それぞれの前記第1及び第2インバータはゲー
トに入力された電圧の大きさに応じて相反したスイッチ
ング動作をするPMOSトランジスタ及びNMOSトラ
ンジスタで構成され、前記第1及び第2入力電圧は前記
PMOSトランジスタ及び前記NMOSトランジスタの
ゲートに入力され、 これにより、前記第3及び第4出力電圧は前記第1及び
第2出力電圧の中間位相を有することを特徴とする位相
混合器。 - 【請求項2】 それぞれの第1及び第2位相遅延部は、
互いに直列連結された一対の第3インバータを含むこと
を特徴とする請求項1に記載の位相混合器。 - 【請求項3】 前記第1及び第2入力電圧の立上り時間
を遅延する手段をさらに含むことを特徴とする請求項1
に記載の位相混合器。 - 【請求項4】 前記遅延手段は、各インバータより小さ
なサイズを有し、前記第1及び第2入力電圧の入力部位
に設置される遅延インバータであることを特徴とする請
求項3に記載の位相混合器。 - 【請求項5】 前記遅延手段は、前記第1及び第2入力
電圧の入力部位に設置され、前記第1及び第2入力電圧
を充電するキャパシタであることを特徴とする請求項3
に記載の位相混合器。 - 【請求項6】 前記遅延手段は、前記第1及び第2入力
電圧の入力部位に設置され、その出力端が開放されて前
記第1及び第2入力電圧に対してダミーキャパシタ(du
mmy capacitor)の機能をする浮動インバータであるこ
とを特徴とする請求項3に記載の位相混合器。 - 【請求項7】 前記第1及び第2入力電圧に対してそれ
ぞれ複数の前記浮動インバータが設置されることを特徴
とする請求項6に記載の位相混合器。 - 【請求項8】 所定の位相差を有する第1及び第2入力
電圧が入力され、前記第1及び第2入力電圧の位相に対
応する位相を有する電圧と前記入力電圧の中間位相に対
応する位相を有する電圧のうち、少なくとも2つの電圧
を出力する第1位相混合器;及び前記第1位相混合器と
同一の機能をし、前記第1位相混合器に順次に直列連結
された少なくとも1つの第2位相混合器;を含み、 それぞれの前記位相混合器は、 前記第1及び第2入力電圧がそれぞれ入力され、前記第
1及び第2入力電圧の位相にそれぞれ対応する位相を有
する第1及び第2出力電圧を出力する第1及び第2位相
遅延部; 前記第1及び第2入力電圧がそれぞれ入力され、その出
力端が互いに連結された一対の第1インバータと、前記
第1インバータの出力電圧が入力され、それぞれ第3及
び第4出力電圧を出力する一対の第2インバータとを備
えた中間位相出力部;及び、 前記第1出力電圧と前記第3出力電圧を選択的に出力す
る第1マルチプレクサと、前記第2出力電圧と前記第4
出力電圧を選択的に出力する第2マルチプレクサとを備
えた出力選択部;を含み、 ここで、それぞれの前記第1及び第2インバータはゲー
トに入力された電圧の大きさに応じて相反したスイッチ
ング動作をするPMOSトランジスタ及びNMOSトラ
ンジスタで構成され、前記第1及び第2入力電圧は前記
PMOSトランジスタ及び前記NMOSトランジスタの
ゲートに入力され、 これにより、前記第3及び第4出力電圧は前記第1及び
第2出力電圧の中間位相を有する ことを特徴とする多重
位相発生器。 - 【請求項9】 前記第1位相混合器に入力される前記第
1及び第2入力電圧の立上り時間を遅延させる手段をさ
らに含むことを特徴とする請求項8に記載の多重位相発
生器。 - 【請求項10】 前記遅延手段は、前記第1位相混合器
内の前記インバータより小さなサイズを有し、前記第1
及び第2入力電圧と前記第1位相混合器との間に介在さ
れる遅延インバータであることを特徴とする請求項9に
記載の多重位相発生器。 - 【請求項11】 前記遅延手段は、前記第1位相混合器
の入力端にそれぞれ設置され、前記第1及び第2入力電
圧を充電させるキャパシタであることを特徴とする請求
項9に記載の多重位相発生器。 - 【請求項12】 前記遅延手段は、前記第1位相混合器
の入力端にそれぞれ設置され、その出力端が開放されて
前記第1及び第2入力電圧に対してダミーキャパシタと
しての機能をする浮動インバータであることを特徴とす
る請求項9に記載の多重位相発生器。 - 【請求項13】 前記位相混合器の各入力端に複数の前
記浮動インバータが設置されることを特徴とする請求項
12に記載の多重位相発生器。
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