JP4058612B2 - クロック同期装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はクロック同期装置に関し、特に、2進加重コード(binary-weighted code)を温度計コード(thermometer code)に変換する変換手段を備えて、レジスタの数を減少させることによって漏洩電流を減少させることができるクロック同期装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、アナログ方式のクロック同期装置(遅延同期ループ(DLL)又は位相同期ループ(PLL))は、ディジタル方式に比べて小さい面積を占め、広い動作領域を有し、高い精密度と小さいジッタ特性を有するが、非常に大きいDC電流を消費する欠点がある。
【0003】
したがって、アナログ方式とディジタル方式が混在した方式が用いられるが、その方式の1つにディジタル/アナログ変換器(Digital to Analog Converter:DAC)を用いる方法がある。
【0004】
この方法は、外部クロック信号と内部コード値の位相差に応じたディジタルコード値を生成し、ディジタル/アナログ変換器(DAC)を用いてディジタルコード値に応じたアナログ値(電圧又は電流)を生成してクロック同期装置(DLL/PLL)を制御する方法である。
【0005】
図1は、従来技術の温度計コードディジタル/アナログ変換器(thermometer code DAC)を用いるクロック同期装置の概略構成を示すブロック図である。
【0006】
図1に示されているように、従来技術に係るクロック同期装置は、外部クロック信号ECLKに応じて内部クロック信号ICLKの位相を検出する位相検出部1と、位相検出部1の検出信号SFTR、SFTLに応じて温度計コードTCを出力するレジスタ部2と、レジスタ部2の出力する温度計コードTCに対応する電圧VOUTを発生するディジタル/アナログ変換部3と、ディジタル/アナログ変換部3の出力電圧VOUTを利用して外部クロック信号ECLKから内部クロック信号ICLKを生成して出力するクロック同期制御部4とを備えて構成されている。
【0007】
ここで、ディジタル/アナログ変換部3の出力端子には、一定の出力電圧VOUTを維持するように負荷抵抗(図示せず)を接続する。
【0008】
クロック同期制御部4は、遅延同期ループ回路(DLL)に用いられる場合、電圧制御遅延ライン(voltage controlled delay line)によって構成され、位相同期ループ回路(PLL)に用いられる場合、電圧制御発振器(voltage controlled oscillator)によって構成される。
【0009】
ディジタル/アナログ変換部3のビット数が増加すると、レジスタ部2のシフトレジスタ(shift register)の数は2のべき乗で増加することになってチップ面積が増加し、これに伴って漏洩電流が増加する。
【0010】
例えば、ディジタル/アナログ変換部3が6ビットで構成されている場合、レジスタ部2には64個のシフトレジスタが必要である。
【0011】
この問題を解決するために、温度計コードディジタル/アナログ変換器(thermometer code DAC)の代わりに2進加重ディジタル/アナログ変換器(binary-weighted DAC)を利用することができるが、その場合グリッチ(glitch)等により線形特性(linearity)及び単一特性(monotony)が低下するという新たな問題が発生する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、クロック同期装置に2進加重コードを温度計コードに変換する変換手段を装備してレジスタ数を減少させることによって、漏洩電流を減少させたクロック同期装置を提供することにある。
【0013】
本発明に係るクロック同期装置は、外部クロック信号の位相と内部クロック信号の位相とを比較して該比較結果に応じた信号を出力する位相検出手段、該位相検出手段の出力信号に応じてN(但し、Nは自然数)ビットの2進コード値を出力する2進コード発生手段、該2進コード発生手段から出力される2進コード値を2 N ビットの温度計コード値に変換するコード変換手段、該コード変換手段から出力される温度計コード値に対応する電圧を出力するディジタル/アナログ変換手段、及び該ディジタル/アナログ変換手段から出力される電圧に応じて、前記外部クロック信号を利用して前記内部クロック信号を生成して出力するクロック同期制御手段を備えていることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【0015】
図2は、本発明の好ましい実施の形態に係るクロック同期装置の概略構成を示すブロック図である。
【0016】
図2に示されているように、本実施の形態に係るクロック同期装置は、外部クロック信号ECLKと内部クロック信号ICLKとの位相を比較してその比較結果を出力する位相検出部10と、位相検出部10の出力信号INC、DEC、HOLDに応じて2進コード値BCを出力する2進コード発生部20と、2進コード発生部20が出力する2進コード値BCを温度計コード値TCに変換するコード変換部50と、コード変換部50が出力する温度計コード値TCに対応する電圧VOUTを出力するディジタル/アナログ変換部30と、ディジタル/アナログ変換部30の出力電圧VOUTに応じて外部クロック信号ECLKを使用して内部クロック信号ICLKを生成して出力するクロック同期制御部40とを含んで構成されている。
【0017】
ここで、ディジタル/アナログ変換部30の出力端子には一定の出力電圧VOUTを維持するように負荷抵抗(図示せず)が接続されている。
【0018】
クロック同期制御部40は、遅延同期ループ回路(DLL)に用いられる場合、電圧制御遅延ライン(voltage controlled delay line)で構成され、位相同期ループ回路(PLL)に用いられる場合、電圧制御発振器(voltage controlled oscillator)で構成されている。
【0019】
位相検出部10は、内部クロック信号ICLKの位相が外部クロック信号ECLKの位相より進んでいれば増加命令INCを出力し、内部クロック信号ICLKの位相が外部クロック信号ECLKの位相より遅れていれば減少命令DECを出力する。さらに、内部クロック信号ICLKの位相と外部クロック信号ECLKの位相が同じであれば、ホールド命令HOLDを出力する。
【0020】
2進コード発生部20は、ディジタル/アナログ変換部30が用いるビット数(2 N )に対応する個数(N)のレジスタで構成されているレジスタブロック21と、レジスタブロック21のレジスタに貯蔵された値を位相検出部10の出力信号INC、DEC、HOLDに応じて増加、減少又は維持するアップ/ダウンカウンター22を装備している。
【0021】
2進コード発生部20のアップ/ダウンカウンター22は、位相検出部10が増加命令INCを出力する場合、アップカウンターとして動作して現在レジスタブロック21のレジスタに記録されている2進コード値を1ビット増加させ、位相検出部10が減少命令DECを出力する場合、ダウンカウンターとして動作して現在レジスタブロック21のレジスタに記録されている2進コード値を1ビット減少させる。さらに、アップ/ダウンカウンター22は、位相検出部10がホールド命令HOLDを出力する場合、動作せず現在レジスタブロック21のレジスタに記録されている2進コード値をそのまま維持する。
【0022】
2進コード発生部20から出力された2進コード値BCは、コード変換部50により温度計コードTCに変換される。
【0023】
図3は、コード変換部50の詳細を示す回路図である。
【0024】
図3に示されているように、コード変換部50は2進コード発生部20のNビットの2進コード値BCをデコードして2N個の値DCを出力するデコーダ51と、デコーダ51の出力値を温度計コード値TCに変換する温度計コード変換部52とを装備している。
【0025】
デコーダ51は、Nビットの入力値BC<N−1:0>をデコードする2N個のNANDゲートND0〜NDjから構成されている。ここで、j=2N−1である。
【0026】
また、図3において、NANDゲートND0〜NDjへの入力信号を表わす0〜Nの数字の上のバー( ̄)は、Nビットの入力値BC<N−1:0>の中の対応するビットが反転されて入力されることを表わしている。即ち、NANDゲートNDi(i=0〜j)への2N個の入力信号は、10進数であるj−iを2進数で表わした場合に、“1”のビットに対応する入力信号が反転されて入力され、“0”のビットに対応する入力信号はそのまま入力される。例えば、NANDゲートNDjに対してはBC<N−1:0>がそのまま入力され、NANDゲートND<j−1>に対してはBC0の反転信号及びBC<N−1:1>が入力される。また、NANDゲートND<j−2>に対してはBC<1:0>の反転信号及びBC<N−1:2>が入力される。NANDゲートND<j−3>〜ND0に関しても同様である。
【0027】
これによって、Nビットの入力値BC<N−1:0>が入力された場合、2N個のNANDゲートND0〜NDjの内、BC<N−1:0>のビットパターによって表わされる10進数Mよりも1だけ小さい番号のNANDゲートND<M−1>の出力のみがローレベル、即ち“0”となり、その他のNANDゲートNDi(i≠M−1)の出力レベルはハイ、即ち“1”となる。従って、Nビットの入力値BC<N−1:0>のデコードが行われることとなる。
【0028】
温度計コード変換部52は、i=0〜j−1に関して、デコーダ51のNANDゲートNDiの出力値DCi及びNANDゲートND<i+1>の出力値DC<i+1>の否定論理積演算を行うNANDゲートND1iと、NANDゲートND1iの出力値及び温度計コード値TC<i+1>の否定論理和演算を行うNORゲートNORiと、NORゲートNORiの出力値を反転させて温度計コード値TCiを出力するインバータINViとを備えて構成されている。ここで、j=2N−1であり、NANDゲートND1jの入力端子の一方はハイレベルに設定され、NORゲートNORjの入力端子の一方はローレベルに設定されている。
【0029】
図4は、本実施の形態に係るクロック同期装置の動作を示すタイミング図であり、2進コード値BCが4ビットである場合について示している。ここで、N=4、j=2N−1=15である。
【0030】
図4において、BC<3:0>の波形は、BC<3:0>の表わす10進数が“0”から“1”ずつ増加するように、左端の“0000”から右端の“1111”までビットパターンが変化している状態を示しており、TC<15:0>は、BC<3:0>の変化に応じて温度計コード変換部52から出力される16ビットの温度計コード値TC<15:0>を示している。
【0031】
例えば、2進コード発生部20の出力値である2進コード値BCが“0011”(図4において矢印で示されている左から4番目の縦列で表わされるビットパターン)である場合、コード変換部50のデコーダ51は2進コード値BCをデコードしてデコード値DC0〜DCjとして“1111111111110111”を出力する。
【0032】
コード変換部50のデコーダ51の出力値は、温度計コード変換部52のNANDゲートND10〜ND1jの一方の入力端子に入力され、他方の入力端子には1つ上位のビットのデコード値が入力される。したがって、温度計コード変換部52のNANDゲートND1j〜ND10の出力値は“0000000000001100”になる。
【0033】
次いで、温度計コード変換部52のNANDゲートND10〜ND1jの出力値がNORゲートNOR0〜NORjの一方の入力端子に入力され、他方の入力端子には1つ上位のビットの温度計コード出力値が入力され、インバータINV0〜INVjにより反転されて“000000000001111”である温度計コード値TC<15:0>が出力される(図4参照)。
【0034】
このようなコード変換方式は、一般的なコード変換方法に比べて短時間でコード変換を行うことができる。
【0035】
コード変換部50から出力される温度計コード値TCは、ディジタル/アナログ変換部30に入力され、温度計コード値TCに対応する電圧VOUTが生成される。そして、クロック同期制御部40は、電圧VOUTに応じて外部クロックECLKを使用して、内部クロックICLKを生成する。
【0036】
以上において、本発明について、好ましい実施の形態を基に説明したが、上記した実施の形態は、例示を目的として開示されたものであり、当業者であれば、本発明に係る技術的思想の範囲内において、種々の改良、変更、付加等が可能であり、このような改良、変更等も、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【0037】
【発明の効果】
上記のように、本発明に係るクロック同期装置は、2進コードを温度計コードに変換する手段によってクロック同期装置を制御することができ、レジスタの数を減少させることができることから、漏洩電流及びチップ面積を減少させることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来技術に係るクロック同期装置の概略構成を示すブロック図である。
【図2】 本発明の実施の形態に係るクロック同期装置の概略構成を示すブロック図である。
【図3】 図2に示したブロック図におけるコード変換部の回路図である。
【図4】 図3に示した回路図におけるシミュレーション結果を表わすタイミング図である。
【符号の説明】
10 位相検出部
20 2進コード発生部
21 レジスタブロック
22 アップ/ダウンカウンター
30 ディジタル/アナログ変換部
40 クロック同期制御部
50 コード変換部
51 デコーダ
52 温度計コード変換部
ND0〜NDj、ND10〜ND1j NANDゲート
NOR0〜NORj NORゲート
INV0〜INVj インバータ
Claims (6)
- 外部クロック信号の位相と内部クロック信号の位相とを比較して該比較結果に応じた信号を出力する位相検出手段、
該位相検出手段の出力信号に応じてN(但し、Nは自然数)ビットの2進コード値を出力する2進コード発生手段、
該2進コード発生手段から出力される2進コード値を2 N ビットの温度計コード値に変換するコード変換手段、
該コード変換手段から出力される温度計コード値に対応する電圧を出力するディジタル/アナログ変換手段、及び
該ディジタル/アナログ変換手段から出力される電圧に応じて、前記外部クロック信号を利用して前記内部クロック信号を生成して出力するクロック同期制御手段を備えていることを特徴とするクロック同期装置。 - 前記2進コード発生手段は、
N個のレジスタを装備しているレジスタブロック、及び
該レジスタブロックのレジスタに記録されている値を、前記位相検出手段の出力信号に従って増加、減少又は維持するアップ/ダウンカウンターを備えていることを特徴とする請求項1に記載のクロック同期装置。 - 前記位相検出手段は、
前記内部クロック信号の位相が前記外部クロック信号の位相よりも進んでいる場合、前記2進コード発生手段の前記アップ/ダウンカウンターがアップカウンターとして動作して前記レジスタブロックの前記レジスタに記録されている2進コード値を1だけ増加させるための増加命令を出力し、
前記内部クロック信号の位相が前記外部クロック信号の位相よりも遅れている場合、前記2進コード発生手段の前記アップ/ダウンカウンターがダウンカウンターとして動作して前記レジスタブロックの前記レジスタに記録されている2進コード値を1だけ減少させるための減少命令を出力し、
前記内部クロック信号の位相と前記外部クロック信号の位相が同じである場合、前記2進コード発生手段の前記アップ/ダウンカウンターが動作せず前記レジスタブロックの前記レジスタに記録されている2進コード値を維持させるためのホールド命令を出力することを特徴とする請求項2に記載のクロック同期装置。 - 前記コード変換手段は
前記2進コード発生手段から出力されるNビットの前記2進コード値をデコードして2N個の値を出力するデコーダ、及び
該デコーダの出力値を前記温度計コード値に変換する温度計コード変換手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載のクロック同期装置。 - 前記温度計コード変換手段は、
前記デコーダの出力値がそれぞれ一方の入力端子に入力され、他方の入力端子には前記一方の入力端子に入力される前記デコーダの出力値よりも1ビット上位のデコーダの出力値が入力され、これらの入力される値の否定論理積演算を行う複数のNANDゲート、
これらNANDゲートの出力値がそれぞれ一方の入力端子に入力され、他方の入力端子には対応する前記温度計コード値よりも1ビット上位の温度計コード値が入力され、これらの入力される値の否定論理和演算を行う複数のNORゲート、及び
複数の前記NORゲートの出力値を反転させ、前記温度計コード値を出力する複数のインバータを備えていることを特徴とする請求項4に記載のクロック同期装置。 - 前記クロック同期制御手段は、
遅延同期ループ回路(DLL)に用いられる場合、電圧制御遅延ラインによって構成され、位相同期ループ回路(PLL)に用いられる場合、電圧制御発振器によって構成されることを特徴とする請求項1に記載のクロック同期装置。
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