JP3578943B2 - Delay generator and frequency synthesizer and multiplier using the delay generator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は設定された時間遅れで立ち上がるパルスを発生する遅延発生器、無線通信装置などに用いられる周波数シンセサイザおよび逓倍器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図15は従来の遅延発生器(参考文献:アナログデバイセズ社、リニア・データブック1994/1995、pp.12−36〜12−64)を示す図である。図に示すように、電流源2、容量3およびスイッチ8により積分器が構成される。トリガ回路1はリーク信号入力端子9に入力するリーク信号およびトリガ信号入力端子10に入力するトリガ信号に応じてスイッチ8を開閉し、積分器がランプ波電圧VRを発生する。一方、ラッチ4はラッチ信号入力端子11に入力するラッチ信号に応じて設定データK入力端子12に入力する設定データKをラッチしてD/A変換器5に設定する。D/A変換器5は設定データKに比例した閾値電圧(最終到達電圧)VTを発生する。コンパレータ6はランプ波電圧VRと閾値電圧VTとを比較し、ランプ波電圧VRと閾値電圧VTとが一致するタイミングで立ち上がるパルスを出力する。ワンショット7はコンパレータ6の出力パルスを入力し、時定数τに応じたパルス幅のパルスを出力端子13に出力する。
【0003】
図16は図15に示した遅延発生器の動作例を示すタイムチャートである。図16の(a)はトリガ信号、(b)はラッチ信号、(c)は設定データK、(d)はリーク信号、(e)は容量3の一端の電圧であるランプ波電圧VR、(f)はD/A変換器5の出力電圧である閾値電圧VT、(g)は遅延発生器の出力端子13から出力される出力信号である。
【0004】
まずはじめに、設定データKがラッチ信号に同期してラッチされ、D/A変換器5は設定データKに比例した閾値電圧VTを出力する。そして、閾値電圧VTは、D/A変換器5の単位電圧をV0とすると、次式で表される。
【0005】
【数1】
VT=−K・V0
つぎに、トリガ信号の入力をトリガとして、容量3に電流が流れてランプ波電圧VRが変化する。時刻tでのランプ波電圧VRは、電流源2の電流値をI、容量3の容量値をC、トリガ信号の立ち上がり時刻をt0とすると、次式で表される。
【0006】
【数2】
VR=−(I/C)・(t−t0)
つぎに、コンパレータ6はランプ波電圧VRと閾値電圧VTとの一致を検出する。時刻t0からランプ波電圧VRと閾値電圧VTとが一致して出力信号が立ち上がるまでの遅延時間tdは(数1)、(数2)式より次式で表される。
【0007】
【数3】
td=(K・V0・C)/I
この出力信号はワンショット7の時定数τ経過後に立ち下がる。また、リーク信号により容量3はリークされ、ランプ波電圧VRは初期化される。以上により、従来の遅延発生器は(数3)式で表される設定データKに比例した遅延時間を発生することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、周波数シンセサイザの高性能化に伴い、分子と分母とがともに可変である分数に比例した遅延時間が必要とされている。このような分数に比例した遅延時間が必要となるのは、例えばアキュムレータの出力信号からジッタのない信号を抽出しようとする場合や、フラクショナルN・PLL周波数シンセサイザのスプリアスを低減させようとする場合である。
【0009】
しかし、従来の遅延発生器は、(数3)式に示すように、設定データKに比例する遅延時間tdは発生できるが、分数に比例した遅延時間は発生することができない。また、(数3)式に示すように、遅延時間tdを表す式には回路定数V0、C、Iが入っているので、遅延時間tdの絶対精度を向上するためには、回路定数V0、C、Iそれぞれの調整が不可欠となる。
【0010】
なお、(数3)式によれば、電流源2の電流値Iを変化させることにより分数に比例した遅延時間の発生は可能であるが、回路定数V0、C、Iが直接遅延時間tdに影響するため、遅延時間tdの絶対精度向上のためには回路定数V0、Cの調整が必要であることに変わりはない。このように、従来の遅延発生器では遅延時間の精度が要求される周波数シンセサイザなどへの応用は難しい。
【0011】
また、従来の逓倍器は素子の非線形性を利用しており、またはミキサを利用しているから、フィルタが必要であるので、製造コストが高価である。
【0012】
また、従来の遅延発生器を使用することで、入力信号の周期よりも短い間隔でパルスを発生させることにより、入力信号の周波数の整数倍の出力信号を得ようとする場合、入力信号の周波数に特化して回路定数V0、C、Iの調整を行なわなければならない。入力周波数が決まっている場合においても、従来の遅延発生器では、遅延発生器の精度向上のために回路定数V0、C、Iの調整が必要である。
【0013】
さらに、従来の遅延発生器では、閾値電圧VTのレベルによってコンパレータ6の動作時間にばらつきがあると、発生する遅延時間tdにその分の誤差を含むことになる。また、ランプ波電圧VRの傾きによってコンパレータ6の動作時間にばらつきがあると、発生する遅延時間tdにその分の誤差を含むことになる。これらの誤差を抑えるためには、コンパレータ6の動作時間のばらつきを抑える必要がある。具体的には、コンパレータ6の動作時間の閾値電圧依存性およびランプ波電圧の傾き依存性を抑える必要があるが、このためにはコンパレータ6に大電流を流す必要があり、消費電力の面で問題となる。
【0014】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、分数に比例した遅延時間を発生させることができる遅延発生器を提供することを目的とする。また、アキュムレータの出力信号からジッタのない信号を抽出することができる周波数シンセサイザを提供することを目的とする。さらに、フィルタが不要である逓倍器を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明においては、ランプ波電圧を発生するランプ波発生回路と、閾値電圧を供給する閾値電圧供給手段と、上記ランプ波電圧と上記閾値電圧とを比較して上記ランプ波電圧と上記閾値電圧とが一致したときに出力パルスを発生する比較回路とを有する遅延発生器において、上記ランプ波発生回路として2段階の傾きを持つ上記ランプ波電圧を発生するものを用い、上記ランプ波発生回路として上記ランプ波電圧の傾きを第1のデータ入力に対応した傾きとするものを用い、上記閾値電圧供給手段として上記閾値電圧の傾きを第2のデータ入力に対応した傾きとする閾値電圧発生回路を用い、同じ時刻に上記第1のデータ入力として第1の設定データを送出するとともに上記第2のデータ入力として第2の設定データを送出し、所定時間経過後に上記第1のデータ入力として第2の設定データを送出するとともに上記第2のデータ入力として0を送出するデータセレクタ部を設け、上記ランプ波発生回路として、上記第1のデータ入力に比例する電流を提供する第1の電流源と、上記第1の電流源により充電されかつ一端を所定電圧に結合した第1の容量とを有し、上記第1の容量の他端に上記ランプ波電圧を発生するものを用い、上記閾値電圧発生装置として、上記第2のデータ入力に比例する電流を提供する第2の電流源と、上記第2の電流源により充電されかつ一端を所定電圧に結合した第2の容量とを有し、上記第2の容量の他端に上記閾値電圧を発生するものを用いる。
【0018】
この場合、上記第2の電流源と並列に電流スイッチを設けてもよい。
【0020】
また、ランプ波電圧を発生するランプ波発生回路と、閾値電圧を供給する閾値電圧供給手段と、上記ランプ波電圧と上記閾値電圧とを比較して上記ランプ波電圧と上記閾値電圧とが一致したときに出力パルスを発生する比較回路とを有する遅延発生器において、上記ランプ波発生回路として2段階の傾きを持つ上記ランプ波電圧を発生するものを用い、上記ランプ波発生回路として上記ランプ波電圧の傾きを第1のデータ入力に対応した傾きとするものを用い、上記閾値電圧供給手段として上記閾値電圧の傾きを第2のデータ入力に対応した傾きとする閾値電圧発生回路を用い、同じ時刻に上記第1のデータ入力として第1の設定データを送出するとともに上記第2のデータ入力として第2の設定データに加算データを加算した値を送出し、所定時間経過後に上記第1のデータ入力として第2の設定データを送出するとともに第2のデータ入力として0を送出するデータセレクタ部を設け、上記ランプ波発生回路として、上記第1のデータ入力に比例する電流を提供する第1の電流源と、上記第1の電流源により充電されかつ一端を所定電圧に結合した第1の容量とを有し、上記第1の容量の他端に上記ランプ波電圧を発生するものを用い、上記閾値電圧発生装置として、上記第2のデータ入力に比例する電流を提供する第2の電流源と、上記第2の電流源により充電されかつ一端を所定電圧に結合した第2の容量とを有し、上記第2の容量の他端に上記閾値電圧を発生するものを用いる。
【0021】
これらの場合、上記ランプ波発生回路に含まれる回路定数と上記閾値電圧発生回路に含まれる回路定数とを同一値としてもよい。
【0023】
また、ランプ波電圧を発生するランプ波発生回路と、閾値電圧を供給する閾値電圧供給手段と、上記ランプ波電圧と上記閾値電圧とを比較して上記ランプ波電圧と上記閾値電圧とが一致したときに出力パルスを発生する比較回路とを有する遅延発生器において、上記ランプ波発生回路として2段階の傾きを持つ上記ランプ波電圧を発生するものを用い、上記ランプ波発生回路として上記ランプ波電圧の傾きをデータ入力に対応した傾きするものを用い、上記閾値電圧供給手段として一定の上記閾値電圧を供給するものを用い、上記データ入力として第1の設定データを送出し、所定時間経過後に上記データ入力として第2の設定データを送出するデータセレクタ部を設け、上記ランプ波発生回路として、上記データ入力に比例する電流を選択的に提供する電流源と、上記電流源により充電されかつ一端を所定電圧に結合した容量とを有し、上記容量の他端に上記ランプ波電圧を発生するものを用いる。
【0024】
また、周波数シンセサイザにおいて、クロック信号および設定データを入力しかつ上記クロック信号に同期して上記設定データを累算するアキュムレータと、上記アキュムレータの出力の最上位ビットまたは上記アキュムレータのオーバーフロー信号を所定の時間遅延する上記の遅延発生器とを設ける。
【0025】
この場合、上記アキュムレータのビット数をn、上記最上位ビットの出力信号が立ち上がる直前の上記アキュムレータの出力信号の値をθp、上記設定データをK、上記クロック信号の周期をTとしたとき、上記遅延発生器の上記最上位ビットの遅延時間を{(2n−1−θp)/K}・Tとしてもよい。
【0026】
また、上記アキュムレータのビット数をn、上記アキュムレータの出力信号をθ、上記設定データをK、上記クロック信号の周期をTとしたとき、上記遅延発生器の上記オーバーフロー信号の遅延時間を{(2n−θ)/K}・Tとしてもよい。
【0027】
また、逓倍器において、被逓倍信号を入力しかつ複数種類の遅延時間を発生する上記の複数の遅延発生器と、上記被逓倍信号を入力しかつ上記複数の遅延発生器のそれぞれに遅延発生のタイミングを送出する分配回路と、上記複数の遅延発生器の出力の論理和をとる論理和手段とを設ける。
【0028】
この場合、上記複数の遅延発生器として、上記被逓倍信号の周期をT、任意の時間をd、2以上の整数をN、1以上の整数をMとしたときに、N種類の特定の遅延時間d+(k・M/N)T(kは0からN−1までのすべての整数)を発生するものを用いてもよい。
【0029】
【発明の実施の形態】
(遅延発生器の第1の実施の形態)
図1は本発明に係るの遅延発生器を示す図である。図に示すように、ランプ波発生回路26はラッチ16、ラッチ16の出力信号に応じた電流を提供する第1の電流源(電流スイッチアレイ)18、電流源18により充電されかつ一端を所定電圧に結合した第1の容量22、容量22と並列に設けられかつR側リーク信号入力端子29から入力するR側リーク信号によりオンとなるスイッチ20から構成され、容量22の一端の電圧としてランプ波電圧VRを出力する。また、閾値電圧供給手段である閾値電圧発生回路27はラッチ17、ラッチ17の出力信号に応じた電流を提供する第2の電流源(電流スイッチアレイ)19、電流源19により充電されかつ一端を所定電圧に結合した第2の容量23、容量23と並列に設けられかつT側リーク信号入力端子32から入力するT側リーク信号によりオンとなるスイッチ21から構成され、容量23の一端の電圧として閾値電圧VTを出力する。また、ランプ波発生回路26と閾値電圧発生回路27とは同一の回路構成であり、ランプ波発生回路26に含まれる回路定数と閾値電圧発生回路27に含まれる回路定数とは同一値である。すなわち、容量22、23の容量値C、電流源18、19の単位電流I0などは同一値である。これは、ランプ波発生回路26と閾値電圧発生回路27とを同一基板上に集積化することにより容易に実現可能である。また、ランプ波発生回路26および閾値電圧発生回路27には共通のクロック信号入力端子28が接続されている。また、データセレクタ部89はセレクタ14、15、88から構成され、第1のデータ入力であるデータ入力DRとして設定データS入力端子30から入力された第1の設定データである設定データS、設定データK入力端子33から入力された第2の設定データである設定データKまたは0をランプ波発生回路26に送出し、第2のデータ入力であるデータ入力DTとして設定データKまたは0を閾値電圧発生回路27に送出する。また、比較回路であるコンパレータ24はランプ波電圧VRと閾値電圧VTとを比較し、ランプ波電圧VRと閾値電圧VTとが一致するタイミングで立ち上がるパルスを出力する。ワンショット25はコンパレータ24の出力パルスを入力し、時定数τに応じたパルス幅の出力パルスを出力端子35に出力する。
【0030】
図2は図1に示した遅延発生器の動作例を示すタイムチャートである。図2の(a)はクロック信号入力端子28から入力するクロック信号、(b)はデータ入力DT、(c)はデータ入力DR、(d)はT側イネーブル信号入力端子34から入力するT側イネーブル信号、(e)はR側イネーブル信号入力端子31から入力するR側イネーブル信号、(f)は閾値電圧VT、(g)はランプ波電圧VR、(h)は出力端子35から出力する出力信号、(i)はT側リーク信号、(j)はR側リーク信号である。
【0031】
初期状態では、R側イネーブル信号およびT側イネーブル信号はローであり、セレクタ14、15、88は図1に示すように下側を選択している。このとき、データ入力DRおよびデータ入力DTには0が入力されている。遅延発生の一連のプロセスはR側イネーブル信号およびT側イネーブル信号を立ちあげることから開始する。これに伴い、セレクタ14、15、88はすべて上側を選択し、データ入力DRには設定データSが入力され、データ入力DTには設定データKが入力される。続いて、R側イネーブル信号が立ち上がってから最初に入力されるクロック信号の立ち上がりで、ラッチ16はDR=Sを出力し、ラッチ17はDT=Kを出力する。これに同期して、電流源18、19がそれぞれ設定データSに比例する電流SI0、設定データKに比例する電流KI0を提供するから、設定データSに比例した傾きを持つランプ波電圧VRと、設定データKに比例した傾きを持つ閾値電圧VTとの生成が開始される。さらに、次のクロック信号が立ち上がる時刻をt0、クロック周期をTとすると、時刻t(t0−T≦t≦t0)におけるランプ波電圧VRは次式で表される。
【0032】
【数4】
VR=−(SI0/C)・(t−t0+T)
また、時刻t(t0−T≦t≦t0)における閾値電圧VTは次式で表される。
【0033】
【数5】
VT=−(KI0/C)・(t−t0+T)
また、(数4)、(数5)式から、時刻t0でのランプ波電圧VRと閾値電圧VTとはそれぞれ次式で表される。
【0034】
【数6】
VR=−(SI0/C)・T
【0035】
【数7】
VT=−(KI0/C)・T
また、時刻t0までにはT側イネーブル信号を立ち下げる制御を行ない、これによりセレクタ15a、88aが下側を選択するから、データ入力DRには設定データKが、データ入力DTには0がそれぞれ入力される。したがって、時刻t0にラッチ16はDR=Kを、ラッチ17はDT=0をそれぞれ出力し、これに同期して、設定データSに比例していたランプ波電圧VRの傾きは設定データKに比例した傾きに変化する。そして、時刻t0以降(t0≦t)のランプ波電圧VRは次式で表される。
【0036】
【数8】
VR=−(SI0/C)・T−(KI0/C)・(t−t0)
したがって、ランプ波発生回路26は2段階の傾きを持つランプ波電圧VRを発生する。一方、時刻t0以降(t0≦t)の閾値電圧VTは(数7)式の電圧すなわち時刻t0での電圧が保持される。
【0037】
そして、コンパレータ24はランプ波電圧VRと閾値電圧VTとの一致を検出し、ランプ波電圧VRと閾値電圧VTとが一致するタイミングで立ち上がるパルスを出力する。このとき、時刻t0からランプ波電圧VRと閾値電圧VTとが一致して出力信号が立ち上がるまでの遅延時間tdは(数7)、(数8)式より次式で表される。
【0038】
【数9】
td={(K−S)/K}・T
その後、R側リーク信号、T側リーク信号の立ち上がりでスイッチ20、21がオンとなるから、容量22、23はリークされ、ランプ波電圧VR、閾値電圧VTは初期値に戻る。なお、R側リーク信号、T側リーク信号のタイミングは、ランプ波電圧VRと閾値電圧VTとの一致が検出されて、出力信号が出力された後であればよい。図2ではともに時刻t0+Tで立ち上がり、時刻t0+2Tで立ち下がるように設定しているが、出力信号を各リーク信号としてフィードバックしてもよい。
【0039】
以上により、ランプ波発生回路26は2段階の傾きすなわち設定データSに比例した傾きおよび設定データKに比例した傾きを持つランプ波電圧VRを発生し、設定データSおよび設定データKはそれぞれデータ入力DTまたはデータ入力DRに入る任意に設定可能な値であるから、遅延発生器は(数9)式で表される分子と分母とがともに可変である分数(K−S)/Kに比例した遅延時間tdを発生することができる。また、ランプ波発生回路26と閾値電圧発生回路27とに含まれる回路定数、すなわち容量22、23の容量値Cおよび電流源18、19の単位電流I0を同一値としたから、(数9)式に回路定数が含まれていない。このため、各回路定数の値が遅延時間tdに影響しないので、各回路定数の値が設計値と違っていても回路定数の調整は不要である。また、ランプ波発生回路26、閾値電圧発生回路27の動作は外部から入力されるクロック信号に同期しているので、遅延時間tdの絶対精度の向上が可能である。さらに、設定データKを一定にした場合には、ランプ波電圧VRと閾値電圧VTとが一致する時点でのランプ波電圧VRの傾きおよび閾値電圧VTの電圧値は設定データSによらずに一定となる。このことは、コンパレータ24への要求性能を大幅に軽減することができる。なぜならば、一般的にコンパレータ24はランプ波電圧VRの傾きおよび閾値電圧VTの電圧値により動作時間が変化してしまい、遅延時間tdの誤差発生の原因となるが、これを抑えるためにはコンパレータ24の注意深い設計が必要でありかつ消費電力の増加が避けられないからである。
【0040】
(遅延発生器の第2の実施の形態)
図3は本発明に係る他の遅延発生器を示す図である。図に示すように、ランプ波発生回路26aはラッチ16a、ラッチ16aの出力信号に応じた電流を提供する第1の電流源18a、電流源18aにより充電されかつ一端を所定電圧に結合した第1の容量22a、容量22aと並列に設けられかつR側リーク信号入力端子29aから入力するR側リーク信号によりオンとなるスイッチ20aから構成され、容量22aの一端の電圧としてランプ波電圧VRを出力する。また、閾値電圧供給手段である閾値電圧発生回路27aはラッチ17a、ラッチ17aの出力信号に応じた電流を提供する第2の電流源19a、電流源19aにより充電されかつ一端を所定電圧に結合した第2の容量23a、電流源19aと並列に接続された電流スイッチ36、容量23aと並列に設けられかつT側リーク信号入力端子32aから入力するT側リーク信号によりオンとなるスイッチ21aから構成され、容量23aの一端の電圧として閾値電圧VTを出力する。また、ランプ波発生回路26と閾値電圧発生回路27とはほぼ同一の回路構成であり、ランプ波発生回路26aに含まれる回路定数と閾値電圧発生回路27aに含まれる回路定数とは同一値である。すなわち、容量22a、23aの容量値C、電流源18a、19aの単位電流I0などは同一値である。これは、ランプ波発生回路26aと閾値電圧発生回路27aとを同一基板上に集積化することにより容易に実現可能である。また、ランプ波発生回路26aおよび閾値電圧発生回路27aには、共通のクロック信号入力端子28aが接続されている。また、データセレクタ部89aはセレクタ14a、15a、88aから構成され、データ入力DRとして設定データS入力端子30aから入力された設定データS、設定データK入力端子33aから入力された設定データKまたは0をランプ波発生回路26aに送出し、データ入力DTとして設定データKまたは0を閾値電圧発生回路27aに送出する。コンパレータ24aはランプ波電圧VRと閾値電圧VTとを比較し、ランプ波電圧VRと閾値電圧VTとが一致するタイミングで立ち上がるパルスを出力する。ワンショット25aはコンパレータ24aの出力パルスを入力し、時定数τに応じたパルス幅のパルスの出力信号を出力端子35aから出力する。
【0041】
図4は図3に示した遅延発生器の動作例を示すタイムチャートである。図4の(a)はクロック信号入力端子28aから入力するクロック信号、(b)はデータ入力DT、(c)はデータ入力DR、(d)はT側イネーブル信号入力端子34aから入力するT側イネーブル信号、(e)はR側イネーブル信号入力端子31aから入力するR側イネーブル信号、(f)は閾値電圧VT、(g)はランプ波電圧VR、(h)は出力端子35aから出力する出力信号、(i)はT側リーク信号、(j)はR側リーク信号である。
【0042】
図3に示した遅延発生器の動作は図1に示した遅延発生器の動作と閾値電圧VTが僅かに異なるのみである。すなわち、設定データKよりも小さい値をαとしたときの電流スイッチ36の電流をαI0とすると、時刻t0以降(t0≦t)の閾値電圧VTは次式で表される。
【0043】
【数10】
VT=−{(K+α)I0/C}・T
一方、ランプ波電圧VRは図1に示した遅延発生器と同じであり、時刻t0以降(t0≦t)のランプ波電圧VRは(数8)式で表される。したがって、時刻t0からランプ波電圧VRと閾値電圧VTとが一致して出力信号が立ち上がるまでの遅延時間td ′は(数8)、(数10)式より次式で表される。
【0044】
【数11】
td ′={(K+α−S)/K}・T
(数11)式の遅延時間td ′と(数9)式の遅延時間tdとの差は(α/K)Tであり、設定データKを半固定とする遅延発生器の使用法においては定数となる。すなわち、このような使用法においては、閾値電圧発生回路27aに含まれる電流スイッチ36の電流値αI0は、それがない場合の遅延時間tdに定数時間を加算させることを意味する。このように、遅延発生器が発生する遅延時間に定数時間の加算は、周波数シンセサイザへの応用および逓倍器への応用では自由に行なうことができる。なぜならば、周波数シンセサイザおよび逓倍器においては、遅延発生器が出力するパルスのパルス間隔しか意味を持たず、その時刻は任意に選べるからである。このように、遅延発生器の遅延時間に定数時間を加算することは、極めて小さい遅延時間の発生が必要な場合に、適当な定数時間を加算することで発生する遅延時間の精度を高くできる点で利点がある。
【0045】
なお、図3では電流スイッチ36を設けているが、電流スイッチ36を取り除き、時刻t0−Tにデータ入力DRとして設定データSを送出するとともにデータ入力DTとして設定データKに設定データKよりも小さい加算データαを加算した値K+αを送出し、時刻t0にデータ入力DRとして設定データKを送出するとともにデータ入力DTとして0を送出するデータセレクタ部を設けることによっても、(数9)式の遅延時間tdに同じ定数時間を加算することができる。
【0046】
(遅延発生器の第3の実施の形態)
図5は本発明に係る他の遅延発生器を示す図である。図に示すように、ランプ波発生回路26bはラッチ16b、ラッチ16bの出力信号に応じた電流を提供する電流源(電流スイッチアレイ)18b、電流源18bにより充電されかつ一端を所定電圧に結合した容量22b、容量22bと並列に設けられかつR側リーク信号入力端子29bから入力するR側リーク信号によりオンとなるスイッチ20bから構成され、容量22bの一端の電圧としてランプ波電圧VRを出力する。また、ランプ波発生回路26bにはクロック信号入力端子28bが接続されている。一方、閾値電圧供給手段である閾値電圧入力端子37から一定の閾値電圧VTが与えられる。データセレクタ部89bはセレクタ14b、88bから構成され、データ入力DRとして設定データS入力端子30bから入力された設定データS、設定データK入力端子33bから入力された設定データKまたは0をランプ波発生回路26b送出する。比較回路であるコンパレータ24bはランプ波電圧VRと閾値電圧VTとを比較し、ランプ波電圧VRと閾値電圧VTとが一致するタイミングで立ち上がるパルスを出力する。ワンショット25bはコンパレータ24bの出力パルスを入力し、時定数τに応じたパルス幅の出力パルスを出力端子35bに出力する。
【0047】
図6は図5に示した遅延発生器の動作例を示すタイムチャートである。図6の(a)はクロック信号入力端子28bから入力されるクロック信号、(c)はデータ入力DR、(e)はR側イネーブル信号入力端子31bから入力されるR側イネーブル信号、(f)は閾値電圧VT、(g)はランプ波電圧VR、(h)は出力端子35bから出力される出力信号、(j)はR側リーク信号入力端子29bから入力されるR側リーク信号である。
【0048】
図5に示した遅延発生器の動作は図1に示した遅延発生器の動作と比較して、閾値電圧発生回路27を取り除き、代わりに閾値電圧入力端子37を通して外部から閾値電圧VTを入力する点が異なる。時刻t0以降(t0≦t)のランプ波電圧VRは(数8)式で与えられるので、ランプ波電圧VRと外部から入力される閾値電圧VTとが一致して出力信号が立ち上がるまでの遅延時間tdは次式で表すことができる。
【0049】
【数12】
td=(−VTC/KI0)−(S/K)・T
設定データKを半固定とする遅延発生器の使用法においては(数12)式の右辺第1項は定数となる。すでに述べたように、遅延発生器が発生する遅延時間への定数時間の加算は、周波数シンセサイザへの応用および逓倍器への応用では自由に行なうことができる。このような応用では遅延発生器が出力するパルス間隔の精度は必要であるが、出力パルスの時刻は意味を持たないからである。また、閾値電圧VTは定数時間の加算にのみ影響するパラメータであるので、周波数シンセサイザへの応用および逓倍器への応用では閾値電圧VTには高い精度は要求されない。
【0050】
(周波数シンセサイザの第1の実施の形態)
図7は本発明に係る周波数シンセサイザを示す図である。図に示すように、この周波数シンセサイザはアキュムレータ40、ランプ波発生回路、閾値電圧発生回路、コンパレータ、ワンショットを有する遅延発生器本体41、データ変換回路42、制御回路43から構成される。アキュムレータ40は加算器38、ラッチ39から構成される。設定データK入力端子45から入力される設定データKはアキュムレータ40の加算器38、遅延発生器本体41およびデータ変換回路42に設定される。クロック信号入力端子44から入力されるクロック信号はアキュムレータ40のラッチ39および遅延発生器本体41に与えられる。
【0051】
図8は図7に示した周波数シンセサイザの動作を説明する図である。アキュムレータ40のビット数nは3、設定データKは3である。アキュムレータ40の出力信号θの最上位ビット出力信号θMSBは、2n=8クロック周期の時間(8T)内にK=3個のパルスを含んでいる。したがって、その平均周波数f0は、クロック周波数をfCLKとすると、次式で表される。
【0052】
【数13】
f0=(K/2n)fCLK
このアキュムレータ40はそれ単体でダイレクトディジタルシンセサイザの最も簡単な形であり、他の形式の多くのダイレクトディジタルシンセサイザにも位相信号の計算のために使用されている。しかし、図8に示すように、アキュムレータ40単体では出力信号θMSBに大きなジッタを含んでいる。周波数スペクトルの観測では、ジッタは大きなスプリアス成分(不要波成分)となって現れるので、アキュムレータ40単体を無線通信機器用の局部発振器に適用することは難しい。このスプリアス成分を抑えるために、最も一般的なダイレクトディジタルシンセサイザでは、ROMを用いて正弦波を出力として発生させる方法がとられている。また、スプリアス成分を抑える他の方法として、位相補間の手段が知られている(参考文献:V. Reinhardt et a1., ”A short survey of frequency synthesizer techniques”, in Proc. 40th Annual Frequency Control Symp., pp.355−365, May 1986)。
【0053】
図8に示すように、位相補間の手段はアキュムレータ40の出力信号θMSBの各パルスをパルス毎に遅延させて遅延出力信号θidealを発生させる。このパルスの遅延時間δtは、出力信号θMSBが立ち上がる直前の出力信号θの値をθpとすると、次式で表される。
【0054】
【数14】
δt={(2n−1−θp)/K}・T
例えば、図8に示すように、1つ目の出力信号θMSBが立ち上がる直前の出力信号θの値θpが3であるときには、1つ目の出力信号θMSBについてδt={(4−3)/3}・T=T/3((数14)式により計算)遅延させれば、遅延出力信号θidealの一つ目のパルスに一致する。
【0055】
従来の位相補間の手段としては、従来技術として示した閾値電圧発生回路とランプ波発生回路とを異なる回路で構成する遅延発生器(参考文献:H. Nosaka, T. Nakagawa, and A. Yamagishi, ”A phase interpolation direct digita1 synthesizer with a digita11y contro11ed de1ay generator”, in 1997 Symp. VLSI Circuits Dig., June 1997, pp.75−76)や、遅延線のタップを切り替えるタイプの遅延発生器(参考文献:V. N. Kochemasov and A. N. Fadeev, ”Digital−computer synthesizers of two−1eve1 signa1s with phase−error compensation”, Te1ecommunications and radio engineering, vol.36/37, pp.55−59, Oct. 1982)がある。しかしこれらの遅延発生器は、精度を出すためには遅延時間(遅延量)の調整が必要であり、また単位遅延時間の調整が難しいという問題があった。
【0056】
図1、図3、図5に示したような本発明に係る遅延発生器は、無調整で任意の値の遅延時間を得ることができるので、図7に示すように、本発明に係る遅延発生器を位相補間の手段として用いたダイレクトディジタルシンセサイザは、無調整で低スプリアスな出力信号を得ることが可能である。
【0057】
図7に示した周波数シンセサイザにおいては、アキュムレータ40の出力信号θはデータ変換回路42および制御回路43に入力される。制御回路43は出力信号θからR側イネーブル信号およびT側イネーブル信号を生成する。T側イネーブル信号は出力信号θMSBが立ち上がる1クロック前に立ち上がり、パルス幅が1クロックの信号として出力される。また、R側イネーブル信号はT側イネーブル信号のパルス幅を2クロックにして出力される。出力信号θMSBの1クロック前に立ち上がるT側イネーブル信号は出力信号θから演算で発生できるが、出力信号θMSBのパルス幅を1クロックに修正した信号をT側イネーブル信号としてもよい。その場合は、図9(e)に示したT側イネーブル信号より1クロック違れるので、遅延発生器本体41に入力する他の信号すべてを1クロック遅延させればよい。T側イネーブル信号およびR側イネーブル信号は、上述したように遅延発生器本体41が遅延発生を開始するトリガ信号として機能する。遅延発生器本体41に送出するデータ入力DRに設定される設定データSはデータ変換回路42にて計算される。このように、図1、図3、図5に示した本発明の遅延発生器のデータセレクタ部89、89a、89bの役割はデータ変換回路42、制御回路43が担う。遅延発生器本体41の遅延時間は(数9)式等で表されるが、一方ダイレクトディジタルシンセサイザで必要とされる遅延時間δtは(数14)式で表される。ここで、値θpはその定義からθ−Kで表される。したがって(数14)式は次式で表すことができる。
【0058】
【数15】
δt=[{K−(θ−2n−1)}/K]・T
(数15)式を(数9)式と比較すると遅延発生器本体41に設定する設定データSは次式で演算すればよいことがわかる。
【0059】
【数16】
S=θ−2n−1
すなわち、データ変換回路42はまずアキュムレータ40の出力信号θを入力し、(数16)式の減算を演算して設定データSを出力する。さらに、次のクロックにおいてデータ変換回路42はデータ入力DRとして設定データKを出力する。なお、(数16)式はnビットの2進数演算では、出力信号θから最上位ビットを捨てて下位n−1ビットを取り出すことで実現できる。R側リーク信号およびT側リーク信号は遅延発生器本体41の出力信号をフィードハックして使用する。
【0060】
このような構成により、遅延発生器本体41は(数14)式に示す遅延時間δtを発生し、本周波数シンセサイザは基本周波数が(数13)式で表されるスプリアス成分の少ない矩形波を出力する。
【0061】
図9は図7に示した周波数シンセサイザの動作例を示すタイムチャートである。図9の(a)はクロック信号、(b)はアキュムレータ40の出力信号θ、(c)はアキュムレータ40の出力信号θMSB、(d)はランプ波電圧VR、(e)はT側イネーブル信号、(f)は閾値電圧VT、(g)は出力端子46から出力する出力信号、(h)はT側リーク信号、(i)はR側リーク信号である。なお、アキュムレータ40のビット数nは3、設定データKは3である。また、出力信号θMSBの立ち上がりの1クロック周期後のタイミングを遅延発生器本体41における時刻t0に一致させている。遅延発生器本体41の内部では、出力信号θMSBの1つ目のパルスの立ち上がりと同時にS=6−4=2((数16)式より計算)に比例した傾きでランプ波電圧VRが生成される。これと同時にK=3に比例した傾きで閾値電圧VTの値を変化させる。次のクロックの立ち上がりの時刻(遅延発生器の時刻t0)においてランプ波電圧VRの傾きはK=3に比例した傾きに変化し、一方で閾値電圧VTは保持される。時刻t0から出力信号が立ち上がるまでの遅延時間δtは(数9)式から算出されるように(1/3)Tとなる。出力信号はT側リーク信号およびR側リーク信号としてフィードバックされ、閾値電圧VTおよびランプ波電圧VRを初期化する。
【0062】
なお、出力端にトグルフリップフロップ(T−FF)を付加すると、デューティ比50%の矩形波のシンセサイザ出力を得ることが可能である。この場合の基本周波数は(数13)式に示した平均周波数f0の半分になる。
【0063】
図9において注目すべき点は、ランプ波電圧VRが閾値電圧VTに達し、出力信号が立ち上がる時点では、閾値電圧VTはいつも同じ電圧であり、ランプ波電圧VRの傾きもいつも一定であることである。現実のコンパレータの動作時間は閾値電圧依存性、ランプ波電圧傾き依存性を持つが、これが遅延時間へ影響を及ぼすことがないため、周波数シンセサイザの出力信号のパルスは理想的に等間隔に並ぶ。
【0064】
なお、図3、図5に示した遅延発生器の説明で述べたとおり、周波数シンセサイザへの応用では遅延発生器が発生する遅延時間に任意の定数時間を加算することができる。すなわち、遅延発生器の閾値電圧VTに一定電圧のずれがあってもよいし、閾値電圧発生回路を取り除き閾値電圧VTを一定電圧として外部から入力するようにしてもよい。周波数シンセサイザへの応用では、周波数設定によっては遅延発生器は極めて小さい遅延時間を発生する場合があり、閾値電圧VTに適当な電圧を加算しておくことで極めて小さい遅延時間を発生する必要がなくなり、遅延時間の精度がとりやすくなる利点がある。
【0065】
このように、図7に示した周波数シンセサイザにおいては、図1等に示した分子と分母とがともに可変である分数に比例した遅延時間を発生する遅延発生器をダイレクトディジタルシンセサイザにおける位相補間の手段として用いているから、アキュムレータの出力信号からジッタのない信号を抽出することができる。また、無調整で必要とされるすべての遅延時間を得ることができるので、低スプリアスな出力信号を発生させることができる。また、遅延発生器本体41は設定データKを半固定とする動作を行なうため、コンパレータへの性能要求を大幅に緩和することができる。このことは、周波数シンセサイザ全体としての低消費電力化、低コスト化に有効である。また、クロック周波数に特化して遅延発生器内の回路定数を調整する必要がない。
【0066】
(周波数シンセサイザの第2の実施の形態)
ところで、これまでは出力信号θMSBを遅延発生器本体41のT側イネーブル信号およびR側イネーブル信号の基準のタイミングにした場合の周波数シンセサイザについて述べたが、アキュムレータのオーバーフロー信号を基準のタイミングとすることによっても周波数シンセサイザを構成することができる。
【0067】
図10は本発明に係る他の周波数シンセサイザを示す図である。図に示すように、周波数シンセサイザはアキュムレータ40a、遅延発生器本体41a、データ変換回路42a、制御回路43aから構成される。アキュムレータ40aは加算器38a、ラッチ39aから構成される。設定データK入力端子45aから入力される設定データKはアキュムレータ40aの加算器38a、遅延発生器本体41aおよびデータ変換回路42aに設定される。クロック信号入力端子44aから入力されるクロック信号はアキュムレータ40aのラッチ39aおよび遅延発生器本体41aに与えられる。また、アキュムレータ38aのオーバーフロー信号OFはデータ変換回路42aおよび制御回路43aに送出される。
【0068】
図11は図10に示した周波数シンセサイザの動作を説明する図である。アキュムレータ40aのビット数nは3、設定データKは3である。アキュムレータ40aのオーバーフロー信号OFは、2n=8クロック周期の時間8T内にK=3個のパルスを含んでいる。したがって、その平均周波数f0は(数13)式で表される。オーバーフロー信号OFは遅延発生器本体41aによりパルス毎に遅延され、遅延出力信号θidealで示す等間隔のパルス列に並べ直される。その遅延時間δtは次式で表される。
【0069】
【数17】
δt={(2n−θ)/K}・T
一方、遅延発生器本体41aで発生する遅延時間tdは(数9)式で表されるので、設定データSは次式で演算される。
【0070】
【数18】
S=K+θ−2n
すなわち、データ変換回路42aにおいて、(数18)式の演算を行ない、遅延発生器本体41aへ送出すればよい。nビットの2進数の演算では、(数18)式の2nの加算は意味を持たないため、S=K+θとすることができる。さらに、アキュムレータ40aの動作を考慮すると、K+θは「オーバーフロー信号OFが立ち上がる次のクロック周期後の出力信号θ」である。すなわち、次のタイミングの出力信号θをそのまま設定データSとして使用することができる。
【0071】
図12は図10に示した周波数シンセサイザの動作例を示すタイムチャートである。図12の(a)はクロック信号、(b)はアキュムレータ40aの出力信号θ、(c)はアキュムレータ40aのオーバーフロー信号OF、(d)はランプ波電圧VR、(e)はT側イネーブル信号、(f)は閾値電圧VT、(g)は出力端子46aから出力する出力信号、(h)はT側リーク信号、(i)はR側リーク信号である。なお、アキュムレータ40aのビット数nは3、設定データKは3である。また、オーバーフロー信号OFの立ち上がりの1クロック周期後のタイミングを遅延発生器本体41aにおける時刻t0に一致させている。また、遅延発生器本体41aの内部では、オーバーフロー信号OFの1つ目のパルスの立ち上がりと同時にS=6+3−8=1((数18)式により計算)に比例した傾きでランプ波電圧VRが生成される。これと同時にK=3に比例した傾きで閾値電圧VTの電圧を変化させる。次のクロックの立ち上がりの時刻(遅延発生器の時刻t0)においてランプ波電圧VRの傾きはK=3に変化し、一方で閾値電圧VTは保持される。時刻t0から出力信号が立ち上がるまでの遅延時間δtは(数9)式から算出される通り(2/3)Tとなる。出力信号はT側リーク信号およびR側リーク信号としてフィードバックされ、閾値電圧VTおよびランプ波電圧VRを初期化する。
【0072】
なお、出力端にトグルフリップフロップ(T−FF)を付加すると、デューティ比50%の矩形波のシンセサイザ信号を得ることが可能である。この場合の基本周波数は(数13)式に示した平均周波数f0の半分になる。
【0073】
図12において注目すべき点は、ランプ波電圧VRが閾値電圧VTに達し、出力信号が立ち上がる時点では、閾値電圧VTはいつも同じ電圧であり、ランプ波電圧VRの傾きもいつも一定であることである。現実のコンパレータの動作時間は、閾値電圧依存性、ランプ波電圧傾き依存性を持つが、これが遅延時間へ影響を及ぼすことがないため、周波数シンセサイザの出力信号のパルスは理想的に等間隔に並ぶ。
【0074】
なお、図3、図5に示した遅延発生器の説明で述べたとおり、周波数シンセサイザへの応用では遅延発生器本体41aが発生する遅延時間に任意の定数時間を加算することができる。すなわち、遅延発生器本体41aの閾値電圧VTに一定電圧のずれがあってもよいし、閾値電圧発生回路を取り除きVTを一定電圧として外部から入力するようにしてもよい。また、周波数シンセサイザへの応用では、周波数設定によっては遅延発生器は極めて小さい遅延時間を発生する場合があるが、閾値電圧VTに適当な電圧を加算しておくことで実際に極めて小さい遅延時間を発生する必要がなくなり、遅延時間の精度がとりやすくなる利点がある。
【0075】
(逓倍器の実施の形態)
図13は本発明に係る逓倍器を示す図である。図において、47は分配回路の役割を担うT−FF、48〜53はD−FF、54〜59は同一の容量値Cを持つ容量、60〜65はスイッチ、66、68は電流値I0の電流源(電流スイッチ)、67、69は電流値3I0の電流源(電流スイッチ)、70〜75は電流値4I0の電流源(電流スイッチ)、76〜79はコンパレータ、80〜83はパルス幅調整回路、84は論理和手段である論理和ゲート、85はワンショットマルチバイブレータ(ワンショット)、86はクロック信号入力端子、87は出力端子である。本逓倍器は、被逓倍信号の周期をT、任意の時間をd、2以上の整数をN、1以上の整数をMとしたときに、N種類の特定の遅延時間td=d+(k・M/N)T(kは0からN−1までのすべての整数)を発生する遅延発生器を使用することで、入力される被逓倍信号のN/M倍の周波数の信号を得るものである。
【0076】
図13に示した逓倍器は、d=(1/4)T、N=2、M=1とした場合の2逓倍器の構成例であり、N=2種類の特定の遅延時間tdを発生する遅延発生器がそれぞれ2個、すなわち第1〜第4の4個の遅延発生器(それぞれコンパレータ76〜79を有する遅延発生器)から構成されている。第1の遅延発生器はランプ波電圧VR=V1、閾値電圧VT=V3であり、第2の遅延発生器はランプ波電圧VR=V2、閾値電圧VT=V3であり、第3の遅延発生器はランプ波電圧VR=V4、閾値電圧VT=V6であり、第4の遅延発生器はランプ波電圧VR=V5、閾値電圧VT=V6である。特定の遅延時間td=(1/4)Tは第2および第4の遅延発生器により発生され、特定の遅延時間td=(3/4)Tは第1および第3の遅延発生器により発生される。
【0077】
図14は図13に示した逓倍器の動作例を示すタイムチャートである。図14の(a)はクロック信号、(b)はT−FF47の非反転信号CLK1、(c)はT−FF47の反転信号CLK2、(d)は第1および第2の遅延発生器の各電圧V1〜V3、(e)は第3および第4の遅延発生器の各電圧V4〜V6、(f)は出力端子87から出力される出力信号である。
【0078】
第1および第2の遅延発生器の動作について以下に説明する。非反転信号CLK1がハイの状態の時、電圧V1はI0、電圧V2は3I0、電圧V3は4I0に比例した傾きのランプ波となる。非反転信号CLK1が立ち上がってからクロック周期Tの期間は常にV1:V2:V3=1:3:4の電圧比のまま推移し、この電圧比は非反転信号CLK1が立ち下がる瞬間まで維持される。非反転信号CLK1が立ち下がると(すなわち反転信号CLK2が立ち上がると)、電圧V3はその電圧を保持する一方、電圧V1、V2は4I0に比例した傾きのランプ波となる。反転信号CLK2が立ち上がってから時間(1/4)T経過後に電圧V2と電圧V3とは一致する。これは(数9)式においてK=4、S=3としたことと等価である。また、反転信号CLK2が立ち上がってから時間(3/4)T経過後に電圧V1と電圧V3とは一致する。これは(数9)式においてK=4、S=1としたことと等価である。
【0079】
第3および第4の遅延発生器の動作は、以上説明した第1および第2の遅延発生器の動作とクロック周期Tずれているだけである。このように、4個の遅延発生器は時間(1/2)T毎に順番に出力信号パルスを発生するので、図13に記載の逓倍器は2逓倍の動作を行なうことが分かる。
【0080】
図14において注目すべき点は、ランプ波電圧VR(電圧V1、V2、V4、V5)が閾値電圧VT(電圧V3、V6)に達し、出力信号が立ち上がる時点では、閾値電圧VTはいつも同じ電圧であり、ランプ波電圧VRの傾きもいつも一定であることである。現実のコンパレータの動作時間は、閾値電圧依存性、ランプ波電圧傾き依存性を持つが、これが遅延時間へ影響を及ぼすことがないため、逓倍器の出力信号のパルスは理想的に等間隔に並ぶ。
【0081】
なお、図3、図5に示した遅延発生器の説明で述べたとおり、逓倍器への遅延発生器の応用においては、閾値電圧VTの精度は求められない。すなわち、閾値電圧VTに相当する電圧V3および電圧V6を発生させる電流スイッチ72、75の電流値は必ずしも4I0に比例していなくてもよいし、さらには電圧V3および電圧V6を外部から一定電圧として入力してもよい。
【0082】
このように、図13に示した逓倍器においては、図1等に示した遅延発生器と同様な遅延発生器を入力信号の周期よりも短い間隔でパルスを発生させる手段として用いることにより、素子の非線形性を利用した従来の逓倍器やミキサを利用した従来の逓倍器と比較して、フィルタが不要であり、フィルタ無しで多段接続が可能である。このことは、逓倍器の周波数範囲の拡大や、回路規模の縮小に効果がある。また、無調整で正確に等間隔に並ぶパルスを発生することができるので、低ジッタ、低スプリアスな出力信号を得ることができる。また、PLL周波数シンセサイザを用いた従来の逓倍器と比較して、回路規模が小さく、低消費電力である効果がある。また、入力周波数に特化して遅延発生器内の回路定数を調整する必要がない。また、図1等に示した遅延発生器と同様な遅延発生器を使用することは、回路定数の設計値からのずれや電源変動などがスプリアス特性の悪化を招かないことに効果がある。また、ランプ波電圧を2段階の傾きとすることになるため、コンパレータが動作を行なう時点での閾値電圧を一定とし、かつランプ波電圧の傾きを一定にできる利点がある。これはコンパレータへの性能要求を大幅に緩和するものであり、逓倍器全体としての低消費電力化、低コスト化に有効である。
【0083】
なお、上述実施の形態においては、値α、加算データαを設定データKよりも小さい値としたが、これらを任意の値とすることができる。
【0084】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る遅延発生器においては、分数に比例した遅延時間を発生することができる。
【0085】
また、第2の電流源と並列に電流スイッチを設けたときには、遅延時間に定数時間を加算することができる。
【0086】
また、同じ時刻に第1のデータ入力として第1の設定データを送出するとともに第2の設定データに加算データを加算した値を送出し、所定時間経過後に第1のデータ入力として第2の設定データを送出するとともに第2のデータ入力として0を送出するデータセレクタ部を設けたときには、遅延時間に定数時間の加算することができる。
【0087】
また、ランプ波発生回路に含まれる回路定数と閾値電圧発生回路に含まれる回路定数とを同一値としたときには、回路定数の調整は不要である。
【0088】
また、本発明に係る周波数シンセサイザにおいては、アキュムレータの出力信号からジッタのない信号を抽出することができる。
【0089】
また、上記アキュムレータのビット数をn、最上位ビットの出力信号が立ち上がる直前のアキュムレータの出力信号の値をθp、設定データをK、クロック信号の周期をTとしたとき、遅延発生器の最上位ビットの遅延時間を{(2n−1−θp)/K}・Tとしたときには、遅延発生器のコンパレータへの性能要求を大幅に緩和することができ、またコンパレータの動作時間が遅延時間へ影響を及ぼすことがないから、周波数シンセサイザの出力信号のパルスは理想的に等間隔に並び、またクロック周波数に特化して遅延発生器内の回路定数を調整する必要がない。
【0090】
また、上記アキュムレータのビット数をn、アキュムレータの出力信号をθ、設定データをK、クロック信号の周期をTとしたとき、遅延発生器のオーバーフロー信号の遅延時間を{(2n−θ)/K}・Tとしたときには、遅延発生器のコンパレータへの性能要求を大幅に緩和することができ、またコンパレータの動作時間が遅延時間へ影響を及ぼすことがないから、周波数シンセサイザの出力信号のパルスは理想的に等間隔に並び、またクロック周波数に特化して遅延発生器内の回路定数を調整する必要がない。
【0091】
また、本発明に係る逓倍器においては、フィルタが不要である。
【0092】
また、複数の遅延発生器として、被逓倍信号の周期をT、任意の時間をd、2以上の整数をN、1以上の整数をMとしたときに、N種類の特定の遅延時間d+(k・M/N)T(kは0からN−1までのすべての整数)を発生するものを用いたときには、遅延発生器のコンパレータへの性能要求を大幅に緩和することができ、またコンパレータの動作時間が遅延時間へ影響を及ぼすことがないから、逓倍器の出力信号のパルスは理想的に等間隔に並び、また入力周波数に特化して遅延発生器内の回路定数を調整する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る遅延発生器を示す図である。
【図2】図1に示した遅延発生器の動作例を示すタイムチャートである。
【図3】本発明に係る他の遅延発生器を示す図である。
【図4】図3に示した遅延発生器の動作例を示すタイムチャートである。
【図5】本発明に係る他の遅延発生器を示す図である。
【図6】図5に示した遅延発生器の動作例を示すタイムチャートである。
【図7】本発明に係る周波数シンセサイザを示す図である。
【図8】図7に示した周波数シンセサイザの動作の説明図である。
【図9】図7に示した周波数シンセサイザの動作例を示すタイムチャートである。
【図10】本発明に係る他の周波数シンセサイザを示す図である。
【図11】図10に示した周波数シンセサイザの動作の説明図である。
【図12】図10に示した周波数シンセサイザの動作例を示すタイムチャートである。
【図13】本発明に係る逓倍器を示す図である。
【図14】図13に示した逓倍器の動作例を示すタイムチャートである。
【図15】従来の遅延発生器を示す図である。
【図16】図15に示した遅延発生器の動作例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
18、18a…第1の電流源
18b…電流源
19、19a…第2の電流源
22、22a…第1の容量
22b…容量
23、23a…第2の容量
24、24a、24b…コンパレータ
26、26a、26b…ランプ波発生回路
27、27a、27b…閾値電圧発生回路
36…電流スイッチ
37…閾値電圧入力端子
40、40a…アキュムレータ
41、41a…遅延発生器本体
42、42a…データ変換回路
43、43a…制御回路
54〜59…容量
66〜75…電流スイッチ
76〜79…コンパレータ
84…論理和ゲート
89、89a、89b…データセレクタ部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a delay generator that generates a pulse rising with a set time delay, a frequency synthesizer used in a wireless communication device, and a multiplier.
[0002]
[Prior art]
FIG. 15 is a diagram showing a conventional delay generator (reference: Analog Devices, Inc., Linear Data Book 1994/1995, pp. 12-36 to 12-64). As shown in the figure, the
[0003]
FIG. 16 is a time chart showing an operation example of the delay generator shown in FIG. 16A shows a trigger signal, FIG. 16B shows a latch signal, FIG. 16C shows setting data K, FIG. 16D shows a leak signal, and FIG. 16E shows a ramp wave voltage V which is a voltage at one end of the capacitor 3.R, (F) shows a threshold voltage V which is an output voltage of the D / A converter 5.T, (G) are output signals output from the
[0004]
First, the setting data K is latched in synchronization with the latch signal, and the D /
[0005]
(Equation 1)
VT= −K · V0
Next, with the trigger signal input as a trigger, a current flows through the
[0006]
(Equation 2)
VR= − (I / C) · (t−t0)
Next, the
[0007]
(Equation 3)
td= (KV0・ C) / I
This output signal falls after the time constant τ of one
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, with the performance enhancement of the frequency synthesizer, a delay time proportional to a fraction in which both the numerator and the denominator are variable is required. Such a delay time proportional to the fraction is required, for example, when extracting a signal having no jitter from the output signal of the accumulator, or when reducing the spurious of a fractional-N PLL frequency synthesizer. is there.
[0009]
However, the conventional delay generator has a delay time t proportional to the setting data K, as shown in equation (3).dCan occur, but a delay time proportional to the fraction cannot occur. Further, as shown in
[0010]
According to the equation (3), it is possible to generate a delay time proportional to a fraction by changing the current value I of the
[0011]
Further, since the conventional multiplier uses the nonlinearity of the element or uses a mixer, a filter is required, so that the manufacturing cost is high.
[0012]
In addition, by using a conventional delay generator to generate pulses at intervals shorter than the cycle of the input signal, an attempt is made to obtain an output signal that is an integral multiple of the frequency of the input signal. Circuit constant V0, C, and I must be adjusted. Even when the input frequency is fixed, the conventional delay generator uses the circuit constant V to improve the accuracy of the delay generator.0, C and I need to be adjusted.
[0013]
Further, in the conventional delay generator, the threshold voltage VTOf the operation time of the
[0014]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide a delay generator capable of generating a delay time proportional to a fraction. It is another object of the present invention to provide a frequency synthesizer capable of extracting a jitter-free signal from an output signal of an accumulator. Another object of the present invention is to provide a multiplier that does not require a filter.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, in the present invention, a ramp generation circuit for generating a ramp voltage, threshold voltage supply means for supplying a threshold voltage, and comparing the ramp voltage with the threshold voltage, A delay circuit having a comparator circuit that generates an output pulse when the wave voltage matches the threshold voltage, wherein the ramp generator generates the ramp wave voltage having a two-step gradient as the ramp wave generation circuit.The ramp generation circuit uses the ramp wave voltage having a slope corresponding to the first data input, and the threshold voltage supply means corresponds to the threshold voltage slope corresponding to the second data input. At the same time, the first setting data is sent out as the first data input and the second setting data is sent out as the second data input using a threshold voltage generating circuit having a slope. A data selector unit for transmitting the second setting data as the first data input and transmitting 0 as the second data input is provided. As the ramp wave generating circuit, a current proportional to the first data input is provided. A first current source provided by the first current source, and a first capacitor charged by the first current source and having one end coupled to a predetermined voltage. A second current source for providing a current proportional to the second data input; a second current source charged by the second current source and having one end connected to a predetermined voltage. And a capacitor that generates the threshold voltage at the other end of the second capacitor.
[0018]
In this case, a current switch may be provided in parallel with the second current source.
[0020]
Also, a ramp generation circuit that generates a ramp voltage, a threshold voltage supply unit that supplies a threshold voltage, and the ramp voltage and the threshold voltage are compared by comparing the ramp voltage with the threshold voltage. A delay circuit having a comparator circuit for generating an output pulse, wherein the ramp wave generation circuit generates the ramp wave voltage having a two-step slope, and the ramp wave voltage is used as the ramp wave generation circuit. And a threshold voltage generating circuit that sets the slope of the threshold voltage to the slope corresponding to the second data input as the threshold voltage supply means. Sends the first setting data as the first data input and sends the value obtained by adding the addition data to the second setting data as the second data input; Provided data selector unit for sending a 0 with a second data input and sends the second setting data after a lapse of the constant time as the first data input,The ramp generation circuit includes a first current source for providing a current proportional to the first data input, and a first capacitor charged by the first current source and having one end coupled to a predetermined voltage. A second current source that generates a ramp wave voltage at the other end of the first capacitor and provides a current proportional to the second data input as the threshold voltage generator; A second capacitor charged by the second current source and having one end coupled to a predetermined voltage, and generating the threshold voltage at the other end of the second capacitor.Used.
[0021]
In these cases, the circuit constant included in the ramp generation circuit and the circuit constant included in the threshold voltage generation circuit may have the same value.
[0023]
Also, a ramp generation circuit that generates a ramp voltage, a threshold voltage supply unit that supplies a threshold voltage, and the ramp voltage and the threshold voltage are compared by comparing the ramp voltage with the threshold voltage. A delay circuit having a comparator circuit for generating an output pulse, wherein the ramp wave generation circuit generates the ramp wave voltage having a two-step slope, and the ramp wave voltage is used as the ramp wave generation circuit. The first setting data is sent out as the data input, and the threshold voltage supply means is used to supply a constant threshold voltage. The first setting data is sent as the data input. A data selector for transmitting the second setting data as a data input is provided;The ramp generation circuit includes a current source that selectively provides a current proportional to the data input, and a capacitor that is charged by the current source and has one end coupled to a predetermined voltage. Anything that generates the above ramp wave voltageUsed.
[0024]
Further, in the frequency synthesizer, an accumulator that inputs a clock signal and setting data and accumulates the setting data in synchronization with the clock signal, and outputs the most significant bit of the output of the accumulator or the overflow signal of the accumulator for a predetermined time. The above-mentioned delay generator for delaying is provided.
[0025]
In this case, the number of bits of the accumulator is n, and the value of the output signal of the accumulator immediately before the output signal of the most significant bit rises is θ.p, The setting data is K, and the cycle of the clock signal is T, the delay time of the most significant bit of the delay generator is {(2n-1−θp) / K} · T.
[0026]
When the number of bits of the accumulator is n, the output signal of the accumulator is θ, the setting data is K, and the cycle of the clock signal is T, the delay time of the overflow signal of the delay generator is {(2n−θ) / K} · T.
[0027]
Further, in the multiplier, the plurality of delay generators for inputting the multiplied signal and generating a plurality of types of delay times, and the delay generator for inputting the multiplied signal and generating a delay in each of the plurality of delay generators. A distribution circuit for transmitting the timing and a logical sum means for calculating a logical sum of outputs of the plurality of delay generators are provided.
[0028]
In this case, as the plurality of delay generators, when a period of the multiplied signal is T, an arbitrary time is d, an integer of 2 or more is N, and an integer of 1 or more is M, N kinds of specific delays are set. A generator that generates a time d + (kM / N) T (k is any integer from 0 to N-1) may be used.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment of Delay Generator)
FIG. 1 is a diagram showing a delay generator according to the present invention. As shown in the figure, a
[0030]
FIG. 2 is a time chart showing an operation example of the delay generator shown in FIG. 2A shows a clock signal input from the clock
[0031]
In the initial state, the R-side enable signal and the T-side enable signal are low, and the
[0032]
(Equation 4)
VR=-(SI0/ C) · (tt0+ T)
At time t (t0−T ≦ t ≦ t0Threshold voltage V)TIs represented by the following equation.
[0033]
(Equation 5)
VT=-(KI0/ C) · (tt0+ T)
Further, from the equations (4) and (5), the time t0Ramp voltage V atRAnd threshold voltage VTAre represented by the following equations.
[0034]
(Equation 6)
VR=-(SI0/ C) · T
[0035]
(Equation 7)
VT=-(KI0/ C) · T
Time t0By this time, control is performed to lower the T-side enable signal, and the selectors 15a and 88a select the lower side.RHas set data K, data input DTIs input to each of them. Therefore, at time t0Latch 16 is DR= K and the latch 17T= 0, respectively, and in synchronization with this, the ramp wave voltage V proportional to the setting data SRChanges to a slope proportional to the setting data K. And time t0Thereafter (t0≦ t) ramp wave voltage VRIs represented by the following equation.
[0036]
(Equation 8)
VR=-(SI0/C).T-(KI0/ C) · (tt0)
Therefore, the
[0037]
Then, the
[0038]
(Equation 9)
td= {(KS) / K} · T
Thereafter, since the
[0039]
As described above, the ramp
[0040]
(Second Embodiment of Delay Generator)
FIG. 3 is a diagram showing another delay generator according to the present invention. As shown in the figure, a ramp generation circuit 26a includes a latch 16a, a first current source 18a for providing a current corresponding to an output signal of the latch 16a, a first current source 18a charged by the current source 18a and having one end coupled to a predetermined voltage. And a switch 20a provided in parallel with the capacitor 22a and turned on by an R-side leak signal input from an R-side leak signal input terminal 29a.RIs output. The threshold voltage generating circuit 27a as a threshold voltage supply means is charged by the latch 17a, the second current source 19a for providing a current corresponding to the output signal of the latch 17a, and the current source 19a, and has one end coupled to a predetermined voltage. A second capacitor 23a, a
[0041]
FIG. 4 is a time chart showing an operation example of the delay generator shown in FIG. 4A shows a clock signal input from the clock signal input terminal 28a, and FIG.T, (C) is the data input DR, (D) is a T-side enable signal input from a T-side enable signal input terminal 34a, (e) is an R-side enable signal input from an R-side enable signal input terminal 31a, and (f) is a threshold voltage VT, (G) is the ramp voltage VR, (H) are output signals output from the output terminal 35a, (i) is a T-side leak signal, and (j) is an R-side leak signal.
[0042]
The operation of the delay generator shown in FIG. 3 is different from the operation of the delay generator shown in FIG.TAre only slightly different. That is, when the value smaller than the setting data K is α, the current of the
[0043]
(Equation 10)
VT=-{(K + α) I0/ C} ・ T
On the other hand, the ramp voltage VRIs the same as the delay generator shown in FIG.0Thereafter (t0≦ t) ramp wave voltage VRIs represented by Expression (8). Therefore, at time t0From ramp voltage VRAnd threshold voltage VTDelay time t until the output signal rises whend ′Is expressed by the following equation from the equations (8) and (10).
[0044]
(Equation 11)
td ′= {(K + α-S) / K} · T
Delay time t in equation (11)d ′And delay time t of equation (9)dIs (α / K) T, which is a constant in the use of the delay generator in which the setting data K is semi-fixed. That is, in such a usage, the current value αI of the
[0045]
Although the
[0046]
(Third Embodiment of Delay Generator)
FIG. 5 is a diagram showing another delay generator according to the present invention. As shown in the figure, the ramp generation circuit 26b is charged by the latch 16b, a current source (current switch array) 18b for providing a current corresponding to the output signal of the latch 16b, and the current source 18b, and has one end coupled to a predetermined voltage. The capacitor 22b includes a switch 20b provided in parallel with the capacitor 22b and turned on by an R-side leak signal input from an R-side leak signal input terminal 29b, and a ramp wave voltage V as one end of the capacitor 22b.RIs output. Further, a clock signal input terminal 28b is connected to the ramp generation circuit 26b. On the other hand, a constant threshold voltage V is supplied from a threshold
[0047]
FIG. 6 is a time chart showing an operation example of the delay generator shown in FIG. FIG. 6A shows a clock signal input from the clock signal input terminal 28b, and FIG.R, (E) are R-side enable signals input from the R-side enable signal input terminal 31b, and (f) is a threshold voltage VT, (G) is the ramp voltage VR, (H) is an output signal output from the output terminal 35b, and (j) is an R-side leak signal input from the R-side leak signal input terminal 29b.
[0048]
The operation of the delay generator shown in FIG. 5 is different from the operation of the delay generator shown in FIG. 1 in that the threshold
[0049]
(Equation 12)
td= (-VTC / KI0)-(S / K) · T
In the usage of the delay generator in which the setting data K is semi-fixed, the first term on the right side of the equation (12) is a constant. As described above, the addition of the constant time to the delay time generated by the delay generator can be freely performed in the application to the frequency synthesizer and the application to the multiplier. In such an application, the accuracy of the pulse interval output from the delay generator is required, but the time of the output pulse has no meaning. Also, the threshold voltage VTIs a parameter that affects only the addition of the constant time, so that the threshold voltage V is applied to the application to the frequency synthesizer and the application to the multiplier.TDoes not require high precision.
[0050]
(First Embodiment of Frequency Synthesizer)
FIG. 7 is a diagram showing a frequency synthesizer according to the present invention. As shown in the figure, the frequency synthesizer includes an
[0051]
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the frequency synthesizer shown in FIG. The number of bits n of the
[0052]
(Equation 13)
f0= (K / 2n) FCLK
The
[0053]
As shown in FIG. 8, the means for phase interpolation is the output signal θ of the accumulator 40.MSBIs delayed for each pulse and the delayed output signal θidealGenerate. Delay time δ of this pulsetIs the output signal θMSBIs the value of the output signal θ just beforepThen, it is expressed by the following equation.
[0054]
[Equation 14]
δt= {(2n-1−θp) / K} ・ T
For example, as shown in FIG. 8, the first output signal θMSBValue θ of the output signal just beforepIs 3, the first output signal θMSBAbout δt= {(4−3) / 3} · T = T / 3 (calculated by equation (14)), the delay output signal θidealMatches the first pulse of
[0055]
As a conventional means for phase interpolation, a delay generator in which a threshold voltage generation circuit and a ramp wave generation circuit shown in the related art are configured by different circuits (references: H. Nosaka, T. Nakagawa, and A. Yamagishi, "A phase interpolation direct digit1 synthesizer with a digita11y contro11ed de1day generator", in 1997 Symp. V. N. Kochemasov and A. N. Fadeev, "Digital-computer synth. Esizers of two-ever1 signaals with phase-error compensation ", Te1communications and radio engineering, vol. 36/37, pp. 55-59, Oct. 1982). However, these delay generators need to adjust the delay time (delay amount) in order to increase the accuracy, and there is a problem that it is difficult to adjust the unit delay time.
[0056]
Since the delay generator according to the present invention as shown in FIGS. 1, 3 and 5 can obtain an arbitrary delay time without any adjustment, as shown in FIG. A direct digital synthesizer using a generator as a means for phase interpolation can obtain a low spurious output signal without adjustment.
[0057]
In the frequency synthesizer shown in FIG. 7, the output signal θ of the
[0058]
(Equation 15)
δt= [{K- (θ-2n-1)} / K] ・ T
Comparing equation (15) with equation (9), it can be seen that the setting data S set in the delay generator
[0059]
(Equation 16)
S = θ-2n-1
That is, the
[0060]
With such a configuration, the delay generator
[0061]
FIG. 9 is a time chart showing an operation example of the frequency synthesizer shown in FIG. 9A shows a clock signal, FIG. 9B shows an output signal θ of the
[0062]
When a toggle flip-flop (T-FF) is added to the output terminal, it is possible to obtain a rectangular wave synthesizer output with a duty ratio of 50%. In this case, the fundamental frequency is the average frequency f shown in Expression (13).0Half of
[0063]
The point to be noted in FIG. 9 is that the ramp wave voltage VRIs the threshold voltage VTAt the time when the output signal rises, the threshold voltage VTIs always the same voltage and the ramp voltage VRIs always constant. The actual operation time of the comparator has a dependency on the threshold voltage and a dependency on the ramp voltage slope, but since this does not affect the delay time, the pulses of the output signal of the frequency synthesizer are ideally arranged at equal intervals.
[0064]
As described in the description of the delay generator shown in FIGS. 3 and 5, in application to a frequency synthesizer, an arbitrary constant time can be added to the delay time generated by the delay generator. That is, the threshold voltage V of the delay generatorTMay have a constant voltage deviation, or the threshold voltage generation circuit may be removed to remove the threshold voltage VTMay be externally input as a constant voltage. In frequency synthesizer applications, the delay generator may generate a very small delay time depending on the frequency setting, and the threshold voltage VTBy adding an appropriate voltage, it is not necessary to generate an extremely small delay time, and there is an advantage that the accuracy of the delay time can be easily obtained.
[0065]
As described above, in the frequency synthesizer shown in FIG. 7, the delay generator for generating the delay time proportional to the fraction in which both the numerator and the denominator shown in FIG. 1 and the like are variable is used as a means for phase interpolation in the direct digital synthesizer. Therefore, a signal without jitter can be extracted from the output signal of the accumulator. Further, since all required delay times can be obtained without adjustment, a low spurious output signal can be generated. In addition, since the delay generator
[0066]
(Second Embodiment of Frequency Synthesizer)
By the way, until now, the output signal θMSBHas been described as the reference timing of the T-side enable signal and the R-side enable signal of the delay generator
[0067]
FIG. 10 is a diagram showing another frequency synthesizer according to the present invention. As shown in the figure, the frequency synthesizer includes an accumulator 40a, a delay generator main body 41a, a data conversion circuit 42a, and a control circuit 43a. The accumulator 40a includes an adder 38a and a latch 39a. The setting data K input from the setting data K input terminal 45a is set in the adder 38a of the accumulator 40a, the delay generator main body 41a, and the data conversion circuit 42a. The clock signal input from clock signal input terminal 44a is applied to latch 39a of accumulator 40a and delay generator main body 41a. The overflow signal OF of the accumulator 38a is sent to the data conversion circuit 42a and the control circuit 43a.
[0068]
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the frequency synthesizer shown in FIG. The number of bits n of the accumulator 40a is 3, and the setting data K is 3. The overflow signal OF of the accumulator 40a is 2nK = 3 pulses are included in time 8T of = 8 clock cycles. Therefore, its average frequency f0Is represented by Expression (13). The overflow signal OF is delayed for each pulse by the delay generator main body 41a, and the delayed output signal θidealAre re-arranged into equally spaced pulse trains. The delay time δtIs represented by the following equation.
[0069]
[Equation 17]
δt= {(2n−θ) / K} · T
On the other hand, the delay time t generated in the delay generator main body 41adIs represented by equation (9), so the setting data S is calculated by the following equation.
[0070]
(Equation 18)
S = K + θ-2n
That is, in the data conversion circuit 42a, the operation of the expression (18) may be performed and transmitted to the delay generator main body 41a. In an n-bit binary operation, the
[0071]
FIG. 12 is a time chart showing an operation example of the frequency synthesizer shown in FIG. 12A shows a clock signal, FIG. 12B shows an output signal θ of the accumulator 40a, FIG. 12C shows an overflow signal OF of the accumulator 40a, and FIG.R, (E) is the T-side enable signal, and (f) is the threshold voltage V.T, (G) are output signals output from the output terminal 46a, (h) is a T-side leak signal, and (i) is an R-side leak signal. The number of bits n of the accumulator 40a is 3, and the setting data K is 3. Further, the timing one clock cycle after the rise of the overflow signal OF is set to the time t in the delay generator main body 41a.0To match. Further, inside the delay generator main body 41a, the ramp wave voltage V has a slope proportional to S = 6 + 3-8 = 1 (calculated by the equation (18)) at the same time as the rising edge of the first pulse of the overflow signal OF.RIs generated. At the same time, the threshold voltage V has a slope proportional to K = 3.TTo change the voltage. Time of rising of next clock (time t of delay generator0), The ramp voltage VRChanges to K = 3, while the threshold voltage VTIs retained. Time t0Delay time until the output signal rises fromtBecomes (2/3) T as calculated from Expression (9). The output signal is fed back as a T-side leak signal and an R-side leak signal, and the threshold voltage VTAnd ramp wave voltage VRIs initialized.
[0072]
If a toggle flip-flop (T-FF) is added to the output terminal, it is possible to obtain a rectangular wave synthesizer signal with a duty ratio of 50%. In this case, the fundamental frequency is the average frequency f shown in Expression (13).0Half of
[0073]
The point to be noted in FIG.RIs the threshold voltage VTAt the time when the output signal rises, the threshold voltage VTIs always the same voltage and the ramp voltage VRIs always constant. The actual operating time of the comparator has a threshold voltage dependency and a ramp voltage slope dependency, but since this does not affect the delay time, the pulses of the frequency synthesizer output signal are ideally arranged at equal intervals. .
[0074]
As described in the description of the delay generator shown in FIGS. 3 and 5, in the application to the frequency synthesizer, an arbitrary constant time can be added to the delay time generated by the delay generator main body 41a. That is, the threshold voltage V of the delay generator body 41aTMay have a constant voltage deviation, or the threshold voltage generation circuit may be removed and VTMay be externally input as a constant voltage. In addition, in an application to a frequency synthesizer, the delay generator may generate an extremely small delay time depending on the frequency setting.TBy adding an appropriate voltage to the delay time, there is no need to actually generate an extremely small delay time, and there is an advantage that the accuracy of the delay time can be easily obtained.
[0075]
(Embodiment of multiplier)
FIG. 13 is a diagram showing a multiplier according to the present invention. In the figure,
[0076]
The multiplier shown in FIG. 13 is a configuration example of a doubler when d = (1/4) T, N = 2, and M = 1, and N = 2 types of specific delay times tdAre generated, that is, two delay generators, that is, first to fourth delay generators (delay
[0077]
FIG. 14 is a time chart showing an operation example of the multiplier shown in FIG. 14A shows a clock signal, FIG. 14B shows a non-inverted signal CLK1 of the T-
[0078]
The operation of the first and second delay generators will be described below. When the non-inverted signal CLK1 is in the high state, the voltage V1 becomes I0, The voltage V2 is 3I0, The voltage V3 is 4I0Becomes a ramp wave having a slope proportional to. During the period of the clock period T from the rise of the non-inverted signal CLK1, the voltage ratio always changes with the voltage ratio of V1: V2: V3 = 1: 3: 4, and this voltage ratio is maintained until the moment when the non-inverted signal CLK1 falls. . When the non-inverted signal CLK1 falls (that is, when the inverted signal CLK2 rises), the voltage V3 holds that voltage, while the voltages V1 and V2 become 4I.0Becomes a ramp wave having a slope proportional to. After a lapse of time (1/4) T from the rise of the inverted signal CLK2, the voltage V2 matches the voltage V3. This is equivalent to setting K = 4 and S = 3 in Expression (9). Further, after a lapse of time (3/4) T from the rise of the inverted signal CLK2, the voltage V1 matches the voltage V3. This is equivalent to setting K = 4 and S = 1 in equation (9).
[0079]
The operation of the third and fourth delay generators is only different from the operation of the first and second delay generators described above in clock cycle T. As described above, since the four delay generators sequentially generate the output signal pulses every time (1 /) T, it can be seen that the multiplier shown in FIG. 13 performs the double operation.
[0080]
It should be noted in FIG. 14 that the ramp wave voltage VR(Voltages V1, V2, V4, V5) are equal to the threshold voltage VT(Voltages V3 and V6), and when the output signal rises, the threshold voltage VTIs always the same voltage and the ramp voltage VRIs always constant. The actual operating time of the comparator has a threshold voltage dependency and a ramp voltage slope dependency, but since this does not affect the delay time, the pulses of the output signal of the multiplier are ideally arranged at equal intervals. .
[0081]
As described in the description of the delay generator shown in FIGS. 3 and 5, in the application of the delay generator to the multiplier, the threshold voltage VTAccuracy is not required. That is, the threshold voltage VTThe current values of the
[0082]
As described above, in the multiplier shown in FIG. 13, by using a delay generator similar to the delay generator shown in FIG. 1 or the like as means for generating pulses at intervals shorter than the cycle of the input signal, As compared with the conventional multiplier using the non-linearity and the conventional multiplier using the mixer, a filter is not required and multi-stage connection is possible without a filter. This is effective in expanding the frequency range of the multiplier and reducing the circuit scale. In addition, since pulses can be generated accurately at equal intervals without adjustment, an output signal with low jitter and low spurious can be obtained. Further, as compared with a conventional multiplier using a PLL frequency synthesizer, the circuit scale is small and the power consumption is low. Also, there is no need to adjust circuit constants in the delay generator specifically for the input frequency. The use of a delay generator similar to the delay generator shown in FIG. 1 and the like is effective in preventing deviations in circuit constants from design values and fluctuations in power supply from causing deterioration of spurious characteristics. Further, since the ramp voltage has a two-step gradient, there is an advantage that the threshold voltage at the time when the comparator operates is constant and the ramp voltage gradient is constant. This greatly eases the performance requirements for the comparator, and is effective in reducing the power consumption and cost of the entire multiplier.
[0083]
In the above-described embodiment, the value α and the addition data α are smaller than the setting data K. However, these values may be set to arbitrary values.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, the delay generator according to the present invention can generate a delay time proportional to a fraction.
[0085]
When a current switch is provided in parallel with the second current source, a constant time can be added to the delay time.
[0086]
At the same time, the first setting data is sent out as the first data input, and the value obtained by adding the addition data to the second setting data is sent out. After a lapse of a predetermined time, the second setting data is sent out as the first data input. When a data selector for transmitting data and transmitting 0 as the second data input is provided, a constant time can be added to the delay time.
[0087]
When the circuit constant included in the ramp generation circuit and the circuit constant included in the threshold voltage generation circuit have the same value, it is not necessary to adjust the circuit constant.
[0088]
Further, in the frequency synthesizer according to the present invention, a signal without jitter can be extracted from the output signal of the accumulator.
[0089]
The number of bits of the accumulator is n, and the value of the output signal of the accumulator immediately before the output signal of the most significant bit rises is θ.p, The setting data is K, and the period of the clock signal is T, the delay time of the most significant bit of the delay generator is {(2n-1−θp) / K} · T, the performance requirement of the comparator of the delay generator can be greatly relaxed, and the operation time of the comparator does not affect the delay time. Are ideally arranged at equal intervals, and there is no need to adjust circuit constants in the delay generator specifically for the clock frequency.
[0090]
When the number of bits of the accumulator is n, the output signal of the accumulator is θ, the setting data is K, and the cycle of the clock signal is T, the delay time of the overflow signal of the delay generator is {(2n-Θ) / K} · T, the performance requirements of the delay generator for the comparator can be greatly relaxed, and the operation time of the comparator does not affect the delay time. The pulses of the output signal are ideally arranged at regular intervals, and there is no need to adjust circuit constants in the delay generator specifically for the clock frequency.
[0091]
Further, the multiplier according to the present invention does not require a filter.
[0092]
Further, as a plurality of delay generators, when the cycle of the multiplied signal is T, an arbitrary time is d, an integer of 2 or more is N, and an integer of 1 or more is M, N kinds of specific delay times d + ( k · M / N) T (where k is any integer from 0 to N−1) can be used to greatly reduce the performance requirements of the delay generator comparator. Since the operating time of the multiplier does not affect the delay time, the pulses of the output signal of the multiplier are ideally arranged at equal intervals, and it is necessary to adjust the circuit constants in the delay generator specifically for the input frequency. Absent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a delay generator according to the present invention.
FIG. 2 is a time chart illustrating an operation example of the delay generator illustrated in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing another delay generator according to the present invention.
FIG. 4 is a time chart showing an operation example of the delay generator shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing another delay generator according to the present invention.
FIG. 6 is a time chart showing an operation example of the delay generator shown in FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram showing a frequency synthesizer according to the present invention.
8 is an explanatory diagram of an operation of the frequency synthesizer shown in FIG.
FIG. 9 is a time chart illustrating an operation example of the frequency synthesizer illustrated in FIG. 7;
FIG. 10 is a diagram showing another frequency synthesizer according to the present invention.
11 is an explanatory diagram of an operation of the frequency synthesizer shown in FIG.
FIG. 12 is a time chart illustrating an operation example of the frequency synthesizer illustrated in FIG. 10;
FIG. 13 is a diagram showing a multiplier according to the present invention.
FIG. 14 is a time chart illustrating an operation example of the multiplier illustrated in FIG. 13;
FIG. 15 is a diagram showing a conventional delay generator.
16 is a time chart showing an operation example of the delay generator shown in FIG.
[Explanation of symbols]
18, 18a... First current source
18b ... current source
19, 19a ... second current source
22, 22a... First capacity
22b ... capacity
23, 23a... Second capacity
24, 24a, 24b ... comparator
26, 26a, 26b ... ramp wave generation circuit
27, 27a, 27b ... threshold voltage generation circuit
36 ... Current switch
37: threshold voltage input terminal
40, 40a ... accumulator
41, 41a ... delay generator body
42, 42a ... data conversion circuit
43, 43a ... control circuit
54-59 ... Capacity
66-75 ... Current switch
76-79… Comparator
84… OR gate
89, 89a, 89b ... data selector section
Claims (10)
上記ランプ波発生回路として上記ランプ波電圧の傾きを第1のデータ入力に対応した傾きとするものを用い、上記閾値電圧供給手段として上記閾値電圧の傾きを第2のデータ入力に対応した傾きとする閾値電圧発生回路を用い、同じ時刻に上記第1のデータ入力として第1の設定データを送出するとともに上記第2のデータ入力として第2の設定データを送出し、所定時間経過後に上記第1のデータ入力として第2の設定データを送出するとともに上記第2のデータ入力として0を送出するデータセレクタ部を設け、
上記ランプ波発生回路として、上記第1のデータ入力に比例する電流を提供する第1の電流源と、上記第1の電流源により充電されかつ一端を所定電圧に結合した第1の容量とを有し、上記第1の容量の他端に上記ランプ波電圧を発生するものを用い、上記閾値電圧発生装置として、上記第2のデータ入力に比例する電流を提供する第2の電流源と、上記第2の電流源により充電されかつ一端を所定電圧に結合した第2の容量とを有し、上記第2の容量の他端に上記閾値電圧を発生するものを用いたことを特徴とする遅延発生器。 A ramp generation circuit that generates a ramp voltage, a threshold voltage supply unit that supplies a threshold voltage, and a comparison between the ramp voltage and the threshold voltage, when the ramp voltage matches the threshold voltage. A delay circuit having a comparison circuit for generating an output pulse, wherein the ramp wave generation circuit generates the ramp wave voltage having a two-step slope,
The ramp generation circuit uses the ramp wave voltage having a slope corresponding to a first data input, and the threshold voltage supply means sets the slope of the threshold voltage to a slope corresponding to a second data input. At the same time, the first setting data is transmitted as the first data input, and the second setting data is transmitted as the second data input. A data selector unit for transmitting the second setting data as a data input and transmitting 0 as the second data input;
The ramp generation circuit includes a first current source for providing a current proportional to the first data input, and a first capacitor charged by the first current source and having one end coupled to a predetermined voltage. A second current source that generates a ramp wave voltage at the other end of the first capacitor and provides a current proportional to the second data input as the threshold voltage generator; and a second capacitor coupled to be charged and one end to a predetermined voltage by the second current source, characterized by using the one that generates the threshold voltage to the other end of said second capacitor Delay generator .
上記ランプ波発生回路として上記ランプ波電圧の傾きを第1のデータ入力に対応した傾きとするものを用い、上記閾値電圧供給手段として上記閾値電圧の傾きを第2のデータ入力に対応した傾きとする閾値電圧発生回路を用い、同じ時刻に上記第1のデータ入力として第1の設定データを送出するとともに上記第2のデータ入力として第2の設定データに加算データを加算した値を送出し、所定時間経過後に上記第1のデータ入力として第2の設定データを送出するとともに上記第2のデータ入力として0を送出するデータセレクタ部を設け、
上記ランプ波発生回路として、上記第1のデータ入力に比例する電流を提供する第1の電流源と、上記第1の電流源により充電されかつ一端を所定電圧に結合した第1の容量とを有し、上記第1の容量の他端に上記ランプ波電圧を発生するものを用い、上記閾値電圧発生装置として、上記第2のデータ入力に比例する電流を提供する第2の電流源と、上記第2の電流源により充電されかつ一端を所定電圧に結合した第2の容量とを有し、上記第2の容量の他端に上記閾値電圧を発生するものを用いたことを特徴とする遅延発生器。 A ramp generation circuit that generates a ramp voltage, a threshold voltage supply unit that supplies a threshold voltage, and a comparison between the ramp voltage and the threshold voltage, when the ramp voltage matches the threshold voltage. A delay circuit having a comparison circuit for generating an output pulse, wherein the ramp wave generation circuit generates the ramp wave voltage having a two-step slope,
The ramp generation circuit uses the ramp wave voltage having a slope corresponding to a first data input, and the threshold voltage supply means sets the slope of the threshold voltage to a slope corresponding to a second data input. At the same time, the first setting data is sent as the first data input, and the value obtained by adding the additional data to the second setting data is sent as the second data input, A data selector unit for transmitting the second setting data as the first data input after a predetermined time has elapsed and transmitting 0 as the second data input;
The ramp generation circuit includes a first current source for providing a current proportional to the first data input, and a first capacitor charged by the first current source and having one end coupled to a predetermined voltage. A second current source that generates a ramp wave voltage at the other end of the first capacitor and provides a current proportional to the second data input as the threshold voltage generator; and a second capacitor coupled to be charged and one end to a predetermined voltage by the second current source, characterized by using the one that generates the threshold voltage to the other end of said second capacitor Delay generator .
上記ランプ波発生回路として上記ランプ波電圧の傾きをデータ入力に対応した傾きするものを用い、上記閾値電圧供給手段として一定の上記閾値電圧を供給するものを用い、上記データ入力として第1の設定データを送出し、所定時間経過後に上記データ入力として 第2の設定データを送出するデータセレクタ部を設け、
上記ランプ波発生回路として、上記データ入力に比例する電流を選択的に提供する電流源と、上記電流源により充電されかつ一端を所定電圧に結合した容量とを有し、上記容量の他端に上記ランプ波電圧を発生するものを用いたことを特徴とする遅延発生器。 A ramp generation circuit that generates a ramp voltage, a threshold voltage supply unit that supplies a threshold voltage, and a comparison between the ramp voltage and the threshold voltage, when the ramp voltage matches the threshold voltage. A delay circuit having a comparison circuit for generating an output pulse, wherein the ramp wave generation circuit generates the ramp wave voltage having a two-step slope,
The ramp wave generating circuit uses a ramp voltage gradient that corresponds to a data input, and the threshold voltage supply means supplies a constant threshold voltage. The data input is a first setting. A data selector for transmitting data and transmitting second setting data as the data input after a lapse of a predetermined time ;
The ramp generation circuit includes a current source that selectively provides a current proportional to the data input, and a capacitor that is charged by the current source and has one end coupled to a predetermined voltage. A delay generator using the above-mentioned ramp wave voltage generator .
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