JP4153074B2 - 位相比較器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検信号と参照信号との位相を比較し、前記被検信号が前記参照信号に対して進相か遅相かを判定し、位相判定信号を出力する位相比較器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は、一般的なディジタルサンプリング位相比較器の構成例を示す回路図である。
このディジタルサンプリング位相比較器は、D型フリップフロップ1、パルス発生器2、およびAND回路3,4により構成されている。
【0003】
この位相比較器は、図6に示すように、D型フリップフロップ1のD端子がクロック信号である被検信号CLKの入力ラインに接続され、C端子が参照信号RCLKの入力ラインに接続されている。D型フリップフロップ1のQ端子がAND回路3の一方の入力端子に接続され、/Q(/は反転を示す)端子がAND回路4の一方の入力端子に接続されている。
また、パルス発生器2の入力端子は参照信号RCLKの入力ラインに接続され、パルス発生器2の出力端子がAND回路3,4の他方の入力端子に並列に接続されている。
【0004】
この位相比較器では、D型フリップフロップ1のD端子に被検信号(クロック信号)CLKが入力され、C端子に位相比較の基準になる参照信号RCLKが入力され、両信号の立ち上がりの比較によって位相の比較が行なわれる。
【0005】
D型フリップフロップ1では、C端子に入力される参照信号RCLKの入力タイミングで被検信号CLKがラッチされる。
ラッチした被検信号CLKがハイレベルの場合には、Q端子からハイレベルの信号が出力され、/Q端子からローレベルの信号が出力される。
一方、ラッチした被検信号CLKがローレベルの場合には、Q端子からローレベルの信号が出力され、/Q端子からハイレベルの信号が出力される。
そして、Q端子からの出力信号はAND回路3に入力され、/Q端子からの出力信号はAND回路4に入力される。
また、パルス発生器2では、参照信号RCLKに同期してパルス信号fdが生成され、AND回路3,4に供給される。
【0006】
被検信号CLKと参照信号RCLKの立ち上がりエッジを合わせようとする場合、図7(a)、(d)に示すように、被検信号CLKの位相が参照信号RCLKの位相よりも進んでいると、パルス信号fdの出力のタイミングでAND回路3の出力端子の信号の論理値が“1”となり、AND回路3から被検信号CLKが参照信号RCLKよりも進相であることを示すLEAD信号が出力され、進相の判定が行なわれる。
【0007】
また、図7(a)、(b)に示すように、被検信号CLKの位相が参照信号RCLKの位相よりも遅れていると、パルス信号fdの出力のタイミングでAND回路4の出力端子の信号の論理値が“1”となり、AND回路4から被検信号CLKが参照信号RCLKよりも遅相であることを示すLAG信号が出力され、遅相の判定が行なわれる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来の位相比較器では、たとえば図7(g)に斜線で示すように、被検信号CLKと参照信号RCLKとの間に位相差が180°程度ある範囲に不安定領域Aが存在し、この不安定領域Aでは、ジッタが生じ易い。
この不安定領域Aに参照信号RCLKの立ち上がりが位置する状態で位相判定が行なわれると、ジッタの発生によって、位相引き込み時に、誤エッジに短時間捕獲されてロック時間が増大したり、誤判定が行なわれたりすることがある。
【0009】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ジッタ等の発生による誤判定やロック時間の延長なしに、的確且つ効率的に位相比較を行なうことが可能な位相比較器を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の位相比較器は、被検信号の位相を所定の値だけシフトする位相シフト手段と、参照信号のタイミングで前記被検信号の論理値を検出する第1の検出手段と、前記参照信号のタイミングで前記位相シフト手段の出力信号の論理値を検出して、前記被検信号と前記参照信号との位相差が前記位相シフト手段におけるシフト量以内であるか否かを検出する第2の検出手段と、前記第2の検出手段の出力信号のタイミングで前記被検信号の論理値を検出する第3の検出手段と、前記参照信号に対応する基準信号を出力する基準信号出力手段と、前記第1の検出手段の出力信号の論理値と前記基準信号の論理値とにより第1の位相判定信号を出力する第1の判定手段と、前記第3の検出手段の出力信号の論理値と前記基準信号の論理値とにより第2の位相判定信号を出力する第2の判定手段と、前記被検信号と前記参照信号との位相差が前記位相シフト手段におけるシフト量以内である場合に前記第1の位相判定信号を選択し、前記被検信号と前記参照信号との位相差が前記位相シフト手段におけるシフト量以内でない場合に前記第2の位相判定信号を選択する手段であって、前記第2の検出手段の出力信号の論理値に応じて前記第1の位相判定信号又は前記第2の位相判定信号の何れか一方を選択して出力する手段と、を有する。
【0011】
本発明では、第1の検出手段によって、被検信号の論理値が参照信号のタイミングで検出される。また、第2の検出手段によって、被検信号と参照信号との位相差が所定の範囲内にあるか否かが検出される。また、第3の検出手段によって、被検信号の論理値が第2の検出手段の出力信号のタイミングで検出される。
【0012】
第1の判定手段によって、参照信号に対応した基準信号に基づき、被検信号の位相が参照信号の位相よりも進んでいる、又は遅れていることを示す第1の位相判定信号が生成され、第2の判定手段によって、基準信号に基づき、被検信号の論理値を示す第2の位相判定信号が生成される。
【0013】
そして、選択手段によって、被検信号と参照信号との位相差が所定の範囲内にあるときには第1の位相判定信号が選択され、被検信号と参照信号との位相差が所定の範囲内にないときには第2の位相判定信号が選択される。即ち、被検信号と参照信号との位相差が所定の範囲内にあるときには、第1の検出手段で検出される被検信号が参照信号に対して遅相である又は進相であることを示す位相判定信号が逐次出力され、被検信号と参照信号との位相差が所定の範囲内にないときには、被検信号が参照信号に対して遅相である又は進相であることを示す位相判定信号が連続して出力されることになる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、図1に示すように、D型フリップフロップ1のD端子がクロック信号である被検信号CLKの入力端子tcに接続され、C端子が参照信号RCLKの入力端子trに接続されている。D型フリップフロップ1のQ端子がAND回路3の一方の入力端子に接続され、/Q(/は反転を示す)端子がAND回路4の一方の入力端子に接続されている。
【0015】
D型フリップフロップ8のD端子が位相シフト回路7の出力端子に接続され、C端子が参照信号RCLKの入力端子trに接続されている。D型フリップフロップ8のQ端子がD型フリップフロップ9のC端子、セレクタ5,6の制御端子tsに並列に接続されている。
【0016】
D型フリップフロップ9のD端子がクロック信号である被検信号CLKの入力端子tcに接続され、C端子が上述したようにD型フリップフロップ8のQ端子に接続されている。D型フリップフロップ9のQ端子がAND回路10の一方の入力端子に接続され、/Q(/は反転を示す)端子がAND回路11の一方の入力端子に接続されている。
【0017】
そして、AND回路3の出力端子がセレクタ5の第1の入力端子t1に接続され、AND回路4の出力端子がセレクタ6の第1の入力端子t3に接続され、AND回路10の出力端子がセレクタ5の第2の入力端子t2に接続され、AND回路11の出力端子がセレクタ6の第2の入力端子t4に接続されている。
【0018】
セレクタ5は、D型フリップフロップ8のQ端子からの出力信号fbがハイレベル(論理値“1”)の場合には第2の入力端子t2へのAND回路3の出力信号をLEAD信号として出力し、信号fbがローレベル(論理値“0”)の場合には第1の入力端子t1へのAND回路10の出力信号feをLEAD信号として出力する。
【0019】
セレクタ6は、D型フリップフロップ8のQ端子からの出力信号fbがハイレベルの場合には第2の入力端子t4へのAND回路4の出力信号をLAG信号として出力し、信号fbがローレベルの場合には第1の入力端子t3へのAND回路11の出力信号fgをLAG信号として出力する。
【0020】
位相シフト回路7は、入力クロック信号、すなわち被検信号CLKの位相を90°シフトさせて(遅らせて)信号faとして出力する。
【0021】
次に、上記構成による動作を説明する。
本実施の形態では、被検信号CLKが90°位相シフトされた信号faが、参照信号RCLKの立ち上がりエッジにおいて、その論理値が“0”である場合には、フリップフロップ8のQ端子の信号fbの論理値が“0”となり、セレクタ5、6の制御端子tsの信号の論理値が“0”となり、この状態では、セレクタ5では第1の入力端子t1に入力される信号が選択されて出力され、セレクタ6では第1の入力端子t3に入力される信号が選択されて出力される。
【0022】
したがって、この場合には、すでに図6で説明したように、同図(a)、(d)に示すように、被検信号CLKが進相であると、AND回路3の出力端子の信号の論理値が“1”となり、AND回路4の出力端子の信号の論理値が“0”となる。
その結果、セレクタ5の第1の入力端子t1の入力信号の論理値が“1”となって、第1の入力端子t1の信号がセレクタ5からLEAD信号として出力され、被検信号CLKが参照信号RCLKよりも進相であると判定される。
【0023】
また、図6(a)、(b)に示すように、被検信号CLKが遅相であると、AND回路4の出力端子の信号の論理値が“1”となり、AND回路3の出力端子の信号の論理値が“0”となり、セレクタ6の第1の入力端子t3の信号の論理値が“1”となって、入力端子t3の信号がセレクタ6からLAG信号として出力され、被検信号CLKが参照信号RCLKよりも遅相であると判定される。
【0024】
一方、被検信号CLKが90°位相シフトされた信号faが、参照信号RCLKの信号の立ち上がりエッジにおいて、その論理値が“1”である場合には、フリップフロップ8のQ端子の信号fbの論理値が“1”となり、セレクタ5、6の制御端子tsの信号の論理値が“1”となる。
この状態では、セレクタ5では第2の入力端子t2に入力される信号が選択されて出力され、セレクタ6では第2の入力端子t4に入力される信号が選択されて出力される。
【0025】
まず、被検信号CLKと参照信号RCLKとの位相差が±90°以内の場合について説明する。
この場合には、図3に示すように、フリップフロップ8のQ端子の信号fbの論理値が“0”となるので、フリップフロップ9では被検信号CLKのラッチ動作は行われず、セレクタ5は第1の入力端子t1の信号を選択して出力し、セレクタ6は第1の入力端子t3の信号を選択して出力する。
従って、フリップフロップ1で検出される被検信号CLKの参照信号RCLKに対する位相の進み(進相)又は遅れ(遅相)を示す信号が、セレクタ5からLEAD信号として、又はセレクタ6からLAG信号として出力される。
【0026】
次に、被検信号CLKと参照信号RCLKとの位相差が±90°以内でない場合について説明する。
この場合には、図4及び図5に示すように、フリップフロップ8のQ端子の信号fbの論理値が“1”となるので、フリップフロップ9は信号fbの立ち上がりエッジに同期して被検信号CLKの論理値をラッチし、信号fbの次の立ち上がりエッジまでそのラッチした論理値を保持する。また、信号fbの論理値が“1”であるので、セレクタ5は第2の入力端子t2の信号を選択して出力し、セレクタ6は第2の入力端子t4の信号を選択して出力する。
従って、信号fbの論理値が“1”である間、即ち、被検信号CLKと参照信号RCLKとの位相差が±90°以内でない場合には、フリッププロップ1で検出される実際の被検信号CLKの参照信号RCLKに対する位相の進み(進相)又は遅れ(遅相)に拘わらず、フリップフロップ9が信号fbの立ち上がりエッジでラッチした被検信号CLKの論理値が、セレクタ5からLEAD信号として、又はセレクタ6からLAG信号として連続的に出力される。
【0027】
本実施の形態に係る位相比較器20は、たとえば、図2に示すように、信号選択装置25に組み込まれて使用される。
この場合には、位相比較器20には、位相比較器20からの位相判定信号に基づいて判定処理を行なう判定処理回路21が接続され、この判定処理回路21には、選択回路22が接続され、この選択回路22の入力端子には、僅かに位相の異なる複数の信号を出力する信号発生回路23が接続されている。
【0028】
この信号選択装置25では、信号発生回路23から供給される信号の一つが被検信号CLKとして選択回路22で選択され、選択された被検信号CLKが位相比較器20において、すでに説明したようにして、参照信号RCLKと位相比較される。
そして、位相比較器20からの位相判定信号が、判定処理回路21に入力され、たとえばLEAD信号が連続して3回以上、位相比較器20から入力されると、判定処理回路21からはLAG信号選択指令が選択回路22に入力される。
【0029】
選択回路22では、このLAG信号選択指令に基づき、信号発生回路23から出力されている複数の信号の中から、現在選択している信号よりも位相が遅れた信号が被検信号CLKとして選択され、この被検信号が再度位相比較器20で位相比較される。
そして、位相比較器20から連続して3回以上LEAD信号が出力されず所定の条件が満足されると、判定処理回路21からは判定完了信号が出力され、該被検信号が目的の信号として選択される。判定処理回路21から、LAG信号選択信号が出力される限り、信号発生回路23からの信号が選択されて位相比較が繰り返される。
また、位相比較器20から、LAG信号が連続して3回以上、判定処理回路21に入力された場合も同様で、判定処理回路21からはLEAD信号指令が発せられ、所定の条件が満足されるまで信号発生回路23からの信号の選択が行なわれる。
【0030】
このように、本実施の形態によれば、被検信号CLKと参照信号RCLKとの位相差が±90°(所定の範囲)以内でない、即ちその位相差が+90°と+180°の間又は−90°と−180°の間の場合、フリップフロップ8のQ端子の信号fbの論理値が“1”となるので、セレクタ5,6がそれぞれ第2の入力端子t2,t4を選択し、上記位相差の進相、遅相の関係に拘わらず、フリップフロップ9において信号fbの立ち上がりでラッチされた被検信号CLKの論理値が位相判定信号として連続的に出力される。この論理値が“1”の場合LEAD信号が出力され、“0”の場合にはLAG信号が出力される。
従って、信号fbの論理値が“1”の間は、フリップフロップ1における進相、遅相の判定結果に依存せずLEAD信号又はLAG信号が連続して出力されるので、被検信号CLKの位相を参照信号RCLKの位相に一致させるまでの時間を短くすることができる。
【0031】
また、被検信号CLKと参照信号RCLKとの位相差が±90°(所定の範囲)以内である場合、フリップフロップ8のQ端子の信号fbの論理値が“0”となるので、セレクタ5,6がそれぞれ第1の入力端子t1,t3を選択する。従って、フリップフロップ1における進相、遅相の判定結果に応じて、LEAD信号又はLAG信号が出力される。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る位相比較器によれば、第1の検出手段によって被検信号の論理値が参照信号のタイミングで検出され、第2の検出手段によって所定の位相シフトを加えられた被検信号の論理値が参照信号のタイミングで検出されて、被検信号と参照信号との位相差が所定の範囲にあるか否かが判定され、この判定結果に基づき、被検信号と参照信号との位相差が所定の範囲内であるときには第1の検出手段で検出された被検信号と参照信号との位相差(進相又は遅相)を示す第1の位相判定信号が選択されて出力され、被検信号と参照信号との位相差が所定の範囲内にないときには第1の検出手段における検出結果に拘わらず、進相又は遅相の何れか一方を示す第2の位相判定信号が選択されて出力されるので、被検信号の位相と参照信号の位相との間に大きな位相差が存在しても被検信号CLKの位相を参照信号RCLKの位相に短時間で一致させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の構成を示す回路図である。
【図2】同実施の形態が適用される信号選択装置の構成を示すブロック図である。
【図3】被検信号CLKと参照信号RCLKとの位相差が±90°以内である場合の位相差判定動作を示すタイムチャートである。
【図4】被検信号CLKと参照信号RCLKとの位相差が±90°以内にない場合の位相差判定動作を示すタイムチャートである。
【図5】被検信号CLKと参照信号RCLKとの位相差が±90°以内にない場合の位相差判定動作を示すタイムチャートである。
【図6】従来の位相比較器の構成を示す回路図である。
【図7】従来の位相比較器の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
1,8,9…フリップフロップ
2…パルス発生器
3,4,10,11…AND回路
5,6…セレクタ
7…位相シフト回路
20…位相比較器
21…判定処理回路
22…選択回路
23…信号発生回路
Claims (2)
- 被検信号の位相を所定の値だけシフトする位相シフト手段と、
参照信号のタイミングで前記被検信号の論理値を検出する第1の検出手段と、
前記参照信号のタイミングで前記位相シフト手段の出力信号の論理値を検出して、前記被検信号と前記参照信号との位相差が前記位相シフト手段におけるシフト量以内であるか否かを検出する第2の検出手段と、
前記第2の検出手段の出力信号のタイミングで前記被検信号の論理値を検出する第3の検出手段と、
前記参照信号に対応する基準信号を出力する基準信号出力手段と、
前記第1の検出手段の出力信号の論理値と前記基準信号の論理値とにより第1の位相判定信号を出力する第1の判定手段と、
前記第3の検出手段の出力信号の論理値と前記基準信号の論理値とにより第2の位相判定信号を出力する第2の判定手段と、
前記被検信号と前記参照信号との位相差が前記位相シフト手段におけるシフト量以内である場合に前記第1の位相判定信号を選択し、前記被検信号と前記参照信号との位相差が前記位相シフト手段におけるシフト量以内でない場合に前記第2の位相判定信号を選択する手段であって、前記第2の検出手段の出力信号の論理値に応じて前記第1の位相判定信号又は前記第2の位相判定信号の何れか一方を選択して出力する手段と、
を有する位相比較器。 - 前記位相シフト手段における位相のシフト量が90°である請求項1に記載の位相比較器。
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