JP3850367B2 - クロック信号分周装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器において使用されるクロック信号の周波数を選択的に変更することができるクロック分周装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディジタルオーディオ機器においては、例えばサンプリング周波数を変更する必要が生じることがある。このような場合に備えてクロック分周装置が使用される。特にディジタルオーディオ機器では、クロックとしてサンプリング周波数fs以外にも、例えば64*fs等で動作するデータシフトクロックSCK、例えば256*fs等で動作するマスタークロックMCKも同時に変更されることがある。
【0003】
これら各クロックを変更する構成としては、最も単純なものとしては、基準クロック信号源からの基準クロックをカウンタによってカウントするように構成し、そのカウンタの所望の段の出力をサンプリングクロック、データシフトクロック、マスタークロックとして使用するように構成し、基準クロックを分周比が変更可能な分周器によって分周し、この分周された基準クロック信号をカウンタに入力することが考えられる。しかし、この構成では、分周器の分周比を変更することによって、カウンタの速度が変化する。従って、タイマとしてカウンタ値を利用する場合には、このカウンタの速度変化を考慮する必要がある。
【0004】
このようなカウンタの速度変化を生じさせないようにして、各クロック信号の周波数を変更するものとして、例えば図6及び図7に示すようなものがある。即ち、基準クロック信号源2からの基準クロック信号をカウンタ4がカウントする。カウンタ4の出力段Q0、Q1、Q2の出力をクロックセレクタ6aに入力し、出力段Q2、Q3、Q4の出力をクロックセレクタ6bに入力し、出力段Q8、Q9、Q10の出力をクロックセレクタ6cに入力する。クロックセレクタ6a乃至6cは、デコーダ8の出力に基づいて、入力された出力段のうち1つの出力のみを、対応するD型フリップフロップ10a、10b、10cに入力する。D型フリップフロップ10a、10b、10cのクロック端子には、基準クロック信号源2から基準クロック信号が供給されている。また、デコーダ8には、分周値設定レジスタ12から所定の2ビットの分周値が供給されている。
【0005】
デコーダ8は、図7に示すように2入力反転のアンドゲート8a、1入力反転のアンドゲート8b、8c、通常のアンドゲート8dの合計4つのアンドゲートから構成され、分周値レジスタ12からの2ビットの分周値D0、D1が00、01、10、11のいずれかの値をとるかによって、アンドゲート8a乃至8dのいずれかの出力信号が1(H)レベルとなる。
【0006】
これらデコーダ8の各出力信号は、図7に示すようにクロックセレクタ6a乃至6cにそれぞれ入力される。各クロックセレクタ6a乃至6cは、同一の構成である。各クロックセレクタ6a乃至6cでは、デコーダ8のアンドゲート8aの出力信号は、アンドゲート14aに供給されている。このアンドゲート14aには、クロックセレクタ8aでは出力段Q0、クロックセレクタ8bでは出力段Q2、クロックセレクタ8cでは出力段Q8に相当する出力C0が供給されている。
【0007】
デコーダ8のアンドゲート8b、8cの出力信号はオアゲート14bを介してアンドゲート14cに入力されている。アンドゲート14cには、クロックセレクタ6aでは出力段Q1、クロックセレクタ6bでは出力段Q3、クロックセレクタ6cでは出力段Q9に相当する出力C1が供給されている。
【0008】
デコーダ8のアンドゲート8dの出力信号はアンドゲート14dに入力されている。アンドゲート14dには、クロックセレクタ6aでは出力段Q2、クロックセレクタ6bでは出力段Q4、クロックセレクタ6cでは出力段Q10に相当する出力C2が供給されている。
【0009】
これらアンドゲート14a、14c、14dの出力信号がオアゲート14eを介して対応するD型フリップフロップ10a、10bまたは10cに供給されている。
【0010】
従って、分周値設定レジスタ12がデコーダ8に供給する値が00のとき、クロックセレクタ6a、6b、6cは、カウンタ4の出力段Q0、Q2、Q8の出力信号を選択する。これによってサンプリングクロックは1*fs、データシフトクロックは64*fs、マスタークロックは256*fsとなる。分周値設定レジスタ12がデコーダ8に供給する値が01、または10のとき、クロックセレクタ6a、6b、6cは、カウンタ4の出力段Q1、Q3、Q9の出力信号を選択する。これによってサンプリングクロックは1/2*fs、データシフトクロックは32*fs、マスタークロックは128*fsとなる。分周値設定レジスタ12がデコーダ8に供給する値が11のとき、クロックセレクタ6a、6b、6cは、カウンタ4の出力段Q2、Q4、Q10の出力信号を選択する。これによってサンプリングクロックは1/4*fs、データシフトクロックは16*fs、マスタークロックは64*fsとなる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
この構成では、クロックセレクタ6a乃至6cは、いずれも3個のアンドゲートと2つのオアゲートによって構成されている。このようなクロックセレクタ6a乃至6cやデコーダ8を、PLDやFPGAのようなプログラマブルロジックによって構成することがある。これらPLDやFPGAでは、回路の基本ブロックであるマクロセルやロジックエレメントと呼ばれる部分は、アンドゲートやオアゲートのような論理回路を構成する1つのブロックと、1つのフリップフロップとを備えている。そして、論理回路を構成するブロックは、通常4入力の構造のものが多い。クロックセレクタ6a、6b、6cは7つの入力が必要である。従って、それぞれ1つのマクロセルで構成することができず、1つのクロックセレクタを構成するために、複数のマクロセルやロジックエレメントが必要となり、回路構成が複雑になる。
【0012】
本発明は、回路構成を簡略化することができるクロック信号分周装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明によるクロック信号分周装置は、基準クロック信号を発生する基準クロック信号源と、カウント手段とを有している。カウント手段は、複数の段を有し、初段に前記基準クロック信号が順次入力され、前記各段は、入力された信号を2分周した出力を生じる。このカウント手段の2つの段の出力信号と、2ビットの分周比設定データとが選択手段に入力される。2つの段は、各段のいずれであっても良いが、周期比を1、1/2とする場合には隣接する段を使用することが望ましい。選択手段は、一定レベルの出力信号、前記2つの段の一方の出力信号である第1パルス信号及び前記2つの段の他方の出力信号と同じ周期の第2パルス信号のうち、分周比設定データによって選択されたものを1つの出力端子に生成する。この選択手段は、論理回路からなる。前記カウント手段から生成されたの前記2つの段とは異なる段の出力信号と同じ周期を持つ第3パルス信号と、選択手段の出力端子からの出力信号と、基準クロック信号とが入力され分周手段に供給される。この分周手段は、前記一定レベルの出力信号が前記選択手段から供給されているとき、前記基準クロック信号に同期して第3パルス信号を2の倍数の分周比で分周し、第1または第2パルス信号が供給されているとき、前記基準クロック信号に同期して第1または第2パルス信号を前記2の倍数の分周比で分周する。
【0014】
このように構成すると、第1、第2または第3パルス信号を所定比で分周した分周信号が得られる。この分周装置において選択手段には、カウント手段の2つの出力信号と、2ビットの分周比データしか入力されていない。従って、選択手段は、4入力であるので、PLD、CPLD、FPGAのようなプログラマブルロジックの1基本ブロックによって構成することができる。
【0015】
上記の態様では、1つのクロック信号を選択的に分周したが、複数の選択手段及びこれらに対応する分周手段とを設け、各選択手段にはカウント手段の異なる段の出力をそれぞれ供給し、同時に複数のクロック信号を分周するように構成しても良い。この場合、1つの選択手段が1つの基本ブロックによって構成されているので、複数の選択手段を設けても、回路構成が複雑になることはない。
【0016】
分周手段の出力信号を、ディジタルオーディオ信号用のサンプリング信号として使用することができる。
【0018】
選択手段と分周手段とを、プログラマブルロジックによって形成することができる。プログラマブルロジックとしては、上述したようにPLD、CPLD、FPGAのような種々のタイプのものを使用することができる。
【0020】
分周手段をT型フリップフロップとすることができる。このT型フリップフロップは、T入力と、クロック入力と、クロックイネーブル入力とを有し、T入力に予め定めた状態の信号、例えばHレベルまたはLレベルの信号が供給されている状態であって、クロックイネーブル入力に、予め定めた状態の信号、例えばHレベルまたはLレベルの信号が供給されている状態において、クロック入力に基準クロック信号が供給されるごとに、出力信号を現在の状態から反転させる。従って、クロックイネーブル入力に予め定めた状態の信号が供給されていない場合に、ノイズ等が発生しても、これによる誤動作は生じない。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明の1実施の形態によるクロック分周装置は、例えばディジタルオーディオ機器において使用されるもので、サンプリングクロックfs、データシフトクロックSCK、マスタークロックMSKの分周比を、1、2、4のいずれかに同期して変更することができるものである。このクロック分周装置は、図1に示すように、基準クロック信号源20を有している。この基準クロック信号源20は、図5に示すような基準クロック信号GCKを連続的に発生している。
【0022】
この基準クロック信号GCKは、カウント手段、例えば同期型2進カウンタ22に供給されている。このカウンタ22は、複数段、例えば10段の出力段を有している。このカウンタ22は、図2に示すように、10個のT型フリップフロップ24a乃至24jを有している。これらのクロック入力端子には、基準クロックGCKが供給されている。初段のT型フリップフロップ24aのT入力には、常にHレベルの入力が供給されている。従って、T型フリップフロップ24aは、基準クロックGCKが立ち下がるごとに、図5に示すように、その出力Qが反転する。この出力Qが、カウンタ22の初段の出力Q0であり、基準クロック信号GCKを分周比2で分周したものである。
【0023】
この出力Q0は、2段目のT型フリップフロップ24bのT入力に供給されている。従って、2段目のT型フリップフロップ24bのQ出力は、Q0出力を分周比2で分周したものであり、これが2段目の出力Q1となる(図5参照)。
【0024】
この出力Q1と出力Q0とはアンドゲート26aに供給される。即ち、或る段とそれよりも1つ前段の出力信号の論理積が取られている。このアンドゲート26aの出力は、図5にcount3として示すように、周期は出力Q1と同一であるが、Hレベルである期間が前段の出力Q0と同じ期間であるものである。このアンドゲートの出力信号は、後述する第3パルス信号として使用される。
【0025】
このアンドゲート26aの出力信号が3段目のT型フリップフロップ24cのT入力に供給されている。従って、3段目のT型フリップフロップ24cの出力Qは、出力Q1を分周比2で分周したものとなり、これが3段目の出力Q2となる(図5参照)。以下、同様にアンドゲート26b乃至26hとT型フリップフロップ24d乃至24jとによって各出力段Q3乃至Q9が生成される。また、アンドゲート26gの出力が、第3パルス信号として使用されるcount255として出力されている。
【0026】
上述したcount3は、所定周期を持つパルス信号、例えばQ2のL倍(L=1/2)の周期を持っている。同様に、count255は、所定周期を持つパルス信号、例えばQ8のL倍(L=1/2)倍の周期を持っている。
【0027】
このカウンタ22の出力のうち、隣接する2つのもの、例えばQ0とQ1とがクロックセレクタ28aに入力され、同様に隣接する2つの出力Q2とQ3とがクロックセレクタ28bに入力され、隣接する2つの出力Q8とQ9とがクロックセレクタ28cに入力されている。これら2つの出力は、本来出力すべき周期を持つ出力Q0、Q2、Q8と、それよりも1段上位の段の出力Q1、Q3、Q9とが入力されている
【0028】
これらクロックセレクタ28a乃至28cには、それぞれ分周値設定手段、例えば分周値設定レジスタ30から2ビットの分周値D0、D1が供給されている。この分周値D0、D1は、「00」、「01」、「10」、「11」のいずれかの値を取る。
【0029】
クロックセレクタ28a乃至28cは、同一の構成であって、その詳細が図3に示されている。これらクロックセレクタ28a乃至28cでは、カウンタ22の2つの隣接する出力のうち上位のものC1(Q1、Q3またはQ9)が1入力反転ナンドゲート32aの反転入力に供給されている。このナンドゲート32aの通常入力に分周比データの上位ビットであるD1が供給されている。また、カウンタ22の2つの隣接する出力のうち下位のものC0(Q0、Q2またはQ8)が1入力反転ナンドゲート32bの反転入力に供給されている。このナンドゲート32bの通常入力に分周比データの下位ビットであるD0が供給されている。これらナンドゲート32a、32bの出力信号はアンドゲート32cに供給され、この出力信号がクロックセレクタ28a乃至28cの出力信号yである。
【0030】
このクロックセレクタ28a乃至28cの出力の論理式は、y=(C1+/D1)*(C0+/D0)である。/は反転を表す。従って、D0、D1が共に0、0であるときには、C0、C1の値に拘わらず、yは、一定レベル、即ちHレベルである。D0、D1が1、0のとき、yはC0となり、D0、D1が0、1のとき、yはC1となり、D0、D1が1、1のとき、yはC0*C1となる。ここで、y=C0またはC1が、請求項1で言う第1のパルス信号に相当し、y=C0*C1が請求項1で言う第2のパルス信号に相当する。
【0031】
y=C0で、C0がQ2のとき、このC0は、Q2のn倍(n=1)の周期を持ち、y=C0で、C0がQ8のとき、このC0は、Q8のn倍(n=1)の周期を持つ。また、y=C1で、C1がQ3のとき、このC1はQ2のn倍(n=2)の周期を持ち、y=C1で、C1がQ9のとき、C1は、Q8のn倍(n=2)の周期を持つ。また、y=C0*C1で、C0=Q2、C1=Q3のとき、C0*C1はQ2のm倍(m=2)の周期を持ち、y=C0*C1で、C0=Q8、C1=Q9のとき、C0*C1はQ8のm倍(m=2)の周期を持つ。
【0032】
このクロックセレクタ28a乃至28cの出力信号yは、分周手段、例えばT型フリップフロップ30a乃至30cの対応するものに供給されている。これらT型フリップフロップ30a乃至30cは、図4に示すように、T入力、クロック入力及びクロックイネーブル(CKEN)入力を有するもので、クロックイネーブル入力に、イネーブル信号、例えばHレベルの信号が供給され、T入力に予め定めたレベルの信号、例えばHレベルの信号が供給されている状態において、クロック入力に供給される信号が立ち下がるごとに、Q出力を反転させるものである。即ち、所定分周比が2の分周動作を行う。
【0033】
このT型フリップフロップ30a乃至30cのT入力に、対応するクロックセレクタ28a乃至28cの出力yが供給され、クロック入力に基準クロック信号GCKが入力されている。そして、クロックイネーブル入力には、T型フリップフロップ30aでは、常にHレベルの出力信号が供給され、T型フリップフロップ30bではcount3が、T型フリップフロップ30cにはcount255が供給されている。
【0034】
T型フリップフロップ30aのQ出力がマスタークロックMCKであり、T型フリップフロップ30bのQ出力がデータシフトクロックSCKで、T型フリップフロップ30cのQ出力がサンプリングクロックfsである。サンプリングクロックfsの周期が後述するように変更されても、データシフトクロックSCKは64*fsに、マスタークロックMCKが256*fsを維持するように、クロックセレクタ28a乃至28cに入力されるカウンタ22の出力段が選択されている。
【0035】
この分周装置のカウンタ22、クロックセレクタ28a乃至28c、T型フリップフロップ30a乃至30cは、プログラマブルロジック、例えばPLD、CPLDまたはFPGAによって構成されている。特に、クロックセレクタ28a乃至28cは、図3から明らかなように4入力のものであるので、クロックセレクタ28aとT型フリップフロップ30aとを1基本ブロック、例えば1マクロセルで構成している。同様に、クロックセレクタ28bとT型フリップフロップ30bも1基本ブロックで構成され、クロックセレクタ28cとT型フリップフロップ30cも1基本ブロックによって構成されている。
【0036】
この分周装置におけるデータシフトクロックSCKが、分周比データD0、D1の値によって変化する状態を、図5を参照して示す。
【0037】
上述したように分周比データD0、D1が0、0の状態では、クロックセレクタ28bの出力yは、Hレベルを維持する。従って、T型フリップフロップ32bのT入力には、常にHレベルの信号が供給される。そして、クロックイネーブル入力CKENには、count3が供給されているので、count3の出力がHレベルであって、基準クロック信号GCKが立ち下がるごとにT型フリップフロップ32bの出力信号が反転する。count3は、図5から明らかなようにQ1に同期しているので、T型フリップフロップ32bの出力はQ2と等しくなる。即ち、カウンタ22の出力Q2を出力するのと等しくなる。
【0038】
分周比データD0、D1が1、0の状態では、クロックセレクタ28bの出力yは、上述したようにQ2に等しくなる。そして、クロックイネーブル入力CKENには、count3が供給されているので、クロックセレクタ28bの出力がHレベル、かつcount3の出力がHレベルであって、基準クロック信号GCKが立ち下がるごとにT型フリップフロップ32bの出力信号が反転する。従って、T型フリップフロップ32bの出力は、Q2を2分周したもの、即ちQ3に等しくなり、カウンタ22の出力Q3を出力するのと等しくなる。
【0039】
分周比データD0、D1が1、1の状態では、クロックセレクタ28bの出力yは、C1*C0(クロックセレクタ28bの場合、Q2*Q3)となる。これは、Hレベルである期間はQ2と等しいが、周期がQ3に等しい信号となる。この信号yがHレベルであって、かつcount3がHレベルであって、基準クロックGCKが立ち下がるごとに、T型フリップ32bの出力は反転する。従って、Q3の2倍の周期を持つパルス信号(Q2を4分周したもの)を出力する。
【0040】
なお、分周データD0、D1が0、1の状態は、図示していないが、クロックセレクタ28bの出力yは、上述したようにQ3に等しくなる。そして、クロックイネーブル入力CKENには、count3が供給されているので、クロックセレクタ28bの出力がHレベルで、かつcount3の出力がHレベルで、基準クロック信号GCKが立ち下がるごとにT型フリップフロップ32bの出力信号が反転する。従って、T型フリップフロップ32bの出力は、周期はQ3と等しいが、デュティ比がQ3の1/2となったものが出力される。
【0041】
なお、説明は省略したが、分周値データD0、D1が上記のように変化したとき、T型フリップフロップ30a、30cにおいても、サンプリングクロックf2、マスタークロックMCKも、1、2倍、4倍に分周される。
【0042】
このように、クロックセレクタ28a乃至28cは、4入力のものである。従って、PLDやCPLDやFPGAによって、それぞれがT型フリップフロップ30a乃至30cを含めても1つの基本ブロックによって構成されるので、回路構成を簡略化することができる。しかも、このクロックセレクタ28a乃至28cを使用する場合、count3やcount255のような信号が必要であるが、これら信号にカウンタ22において必ず生成されている信号を使用しているので、わざわざこれらの信号を生成する必要が無く、さらに回路構成を簡略化することができる。また、T型フリップフロップ30a乃至30cでは、出力の反転動作は、クロックイネーブル入力がHレベルであることを条件として行うので、クロックセレクタ28a乃至28cの出力にノイズが混入したとしても、誤動作することが無く、高精度のクロック信号が得られる。
【0043】
上記の実施の形態では、fs、SCK、MCKを1倍、2倍、4倍の分周比で分周したが、これに限ったものではなく、クロックセレクタに入力するカウンタの段を適切に選択することによって、任意の分周比とすることができる。また、上記の実施の形態では、クロックセレクタ28a乃至28cをナンドゲート及びアンドゲートによって構成したが、上述した論理式を満たすものであれば、他の論理回路を使用することもできる。また、上記の実施の形態では、T型フリップフロップ30a乃至30cによって2分周を行ったが、T型フリップフロップをさらに縦続接続して、4分周等の更に大きく分周することもできる。上記の実施の形態では、サンプリングクロック、データシフトクロック及びマスタークロックの3つのクロックを同時に分周したが、少なくとも1つのクロックを分周するように構成することもできる。また、上記の実施の形態では、全ての回路動作を正論理を元に説明したが、負論理を元に回路を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明1実施形態の分周装置のブロック図である。
【図2】 図1の分周装置に使用されているカウンタのブロック図である。
【図3】 図1の分周装置に使用されているクロックセレクタのブロック図である。
【図4】 図1の分周装置に使用されているT型フリップフロップのブロック図である。
【図5】 図1の分周装置の動作を説明するためのタイミング図である。
【図6】 従来の分周装置のブロック図である。
【図7】 図6の分周装置に使用されているクロックセレクタとデコーダのブロック図である。
【符号の説明】
20 基準クロック信号源
22 カウンタ(カウント手段)
28a乃至28c クロックセレクタ(選択手段)
30a乃至30c T型フリップフロップ(分周手段)
Claims (4)
- 基準クロック信号を発生する基準クロック信号源と、
複数の段を有し、初段が前記基準クロック信号を2分周した信号を発生し、他の段は、前段の出力信号をそれぞれ2分周した信号を発生するカウント手段と、
このカウント手段の前記各段のうち2つの段の出力信号と、2ビットの分周比設定データとが入力され、一定レベルの出力信号、前記2つの段の一方の出力信号である第1パルス信号及び前記2つの段の他方の出力信号と同じ周期の第2パルス信号のうち、前記分周比設定データによって選択されたものを1つの出力端子に生成する、論理回路からなる選択手段と、
前記カウント手段から生成された前記2つの段とは異なる段の出力信号と同じ周期を持つ第3パルス信号と、前記選択手段の前記出力端子からの出力信号と、前記基準クロック信号とが入力され、前記一定レベルの出力信号が前記選択手段から供給されているとき、前記基準クロック信号に同期して第3パルス信号を2の倍数の分周比で分周し、第1または第2パルス信号が供給されているとき、前記基準クロック信号に同期して第1または第2パルス信号を前記2の倍数の分周比で分周する分周手段とを、
具備するクロック信号分周装置。 - 請求項1記載のクロック信号分周装置において、前記分周手段の出力信号が、ディジタルオーディオ信号用のサンプリング信号として使用されるクロック信号分周装置。
- 請求項1記載のクロック信号分周装置において、前記選択手段と前記2分周手段とが、プログラマブルロジックによって形成されているクロック信号分周装置。
- 請求項1記載のクロック信号分周装置において、前記分周手段がT型フリップフロップであって、それのT入力に前記選択手段の出力信号が供給され、それのクロック入力に前記基準クロック信号が供給され、それのクロックイネーブル入力に第3パルス信号が供給される
クロック信号分周装置。
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