JP4388149B2 - パルサのパルス幅測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はパルスの波形を整形し、後段に正しい波形のパルスを伝達するパルサが出力するパルスのパルス幅を測定するパルサのパルス幅測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
規模が大きい装置ではLSI等の大規模な集積回路が多用され、信号の伝送長が長くなる傾向にある。このためにパルスを伝送している途中においてパルスの波形が劣化するため、例えばLSIの入口と出口等にパルサを設け、伝送されて来るパルスを正しい波形(所定のパルス幅と、振幅を持つこと)に整形し、後段側に正しいパルス波形のパルスを伝送させ、誤動作の発生を防止している。
【0003】
図5に従来のパルサとこのパルサのパルス幅を測定するパルス幅測定装置の構成を示す。図中PLSはパルサを示す。
図5に示すナンドゲートNAND1とNAND2はこのパルサPLSが出力するパルスのパルス幅を測定するために設けられたものである。つまり、パルサとして動作させる場合は制御端子CNT1、CNT2にH論理を入力し、ナンドゲートNAND1とNAND2を開の状態に、またアンドゲートAND2を閉の状態に制御する。従って入力端子に図6Aに示すパルスPINを入力すると、ナンドゲートNAND1とNAND2の出力端子Cには図6Cに示す負極性のパルスが出力される。ナンドゲートNAND2の出力端子Fには図6Fには正極性のパルスが出力される。
【0004】
ナンドゲートNAND2の出力端子Fに出力されたパルスは可変遅延素子DY1で遅延されてアンドゲートAND1に入力されるから、このアンドゲートAND1はナンドゲートNAND1の出力端子Cに出力された負極性のパルスと、可変遅延素子DY1で遅延された正極性のパルス(図6G)との論理積をとるから、その出力端子Hには図6Hに示すパルスPOUT を出力する。このパルスPout のパルス幅は可変遅延素子DY1の遅延時間τO1に一致する。従って可変遅延素子DY1の遅延時間τ01を補正データCPDATにより制御し、任意の遅延時間を与えることにより、所望のパルス幅のパルスPOUT を出力させることができる。
【0005】
ここでパルサPLSが出力するパルスPOUT のパルス幅は上述したように可変遅延素子DY1の遅延時間τO1によって決定される。可変遅延素子DY1の遅延時間を制御する補正データCPDATは一般にディジタル信号によって与えられ、ディジタル信号によって任意の遅延時間に設定される。
可変遅延素子DY1の補正データCPDATの値と実際の遅延時間の値とは必ずしも一致しないから、現実には可変遅延素子DY1の遅延時間τO1を実測して出力されるパルスのパルス幅を測定し、任意のパルス幅に設定している。
【0006】
可変遅延素子DY1の遅延時間を測定するにはパルサPLSの出力端子と入力端子との間に帰還回路FBを接続し、この帰還回路FBを通じて出力パルスをパルサPLSの入力側に帰還させることによりパルサPLSをループ発振させ、ループ発振の発振周期を時間測定手段CANによって測定することにより可変遅延素子DY1の遅延時間を測定する。
【0007】
帰還回路FBはオアゲートOR1と、スタートパルスSTを入力するオアゲートOR2と、極性切替器EXと、補助パルサLOPとによって構成される。帰還回路FBをパルサPLSに接続するか切離すかの制御はアンドゲートAND2によって行なわれ、このアンドゲートAND2に選択信号SELを与えることにより、多数のパルサPLSの中の何れかを選択して帰還回路FBを接続する。
【0008】
パルサPLSが出力するパルスのパルス幅を測定する手順を以下に説明する。パルサPLSに入力する制御信号CNT1にH論理を与え、CNT2にL論理を与える(図7BとE参照)。更に極性切替器EXにオアゲートOR2を通じて図7Aに示す正極性のスタートパルスSTを入力する。図7及び図8に示す例では説明を簡素化するためにパルサPLSの入力端子にスタートパルスSTを直接入力したものとして示している。従って図7AにスタートパルスSTを示し、ナンドゲートNAND1の入力端子AにスタートパルスSTを入力したものとして示している。パルサPLSが出力するパルスのパルス幅を測定するにはアンドゲートAND1の一方の入力系路と他方の入力系路の遅延時間の差を求めることによって測定することができる。
【0009】
このために、ナンドゲートNAND1を開いた状態でループ発振させ、そのループ発振周期τ1 (図7参照)を測定すると共に、次にナンドゲートNAND1を閉じナンドゲートNAND2を開いた状態でループ発振させ、可変遅延素子DY1をループに挿入した状態でループ発振周期τ2 (図8参照)を測定し、その周期の時間差τ2 −τ1 を演算することにより、パルサPLSのパルス幅を測定する。
【0010】
ナンドゲートNAND1を開に制御するには制御信号CONT1にH論理を与え、CONT2にL論理を与えることによりナンドゲートNAND1の系路がループ発振回路に挿入される。図7はそのループ発振の様子を示す。図7に示すA〜Lは図5に符号A〜Lを付した部分の波形を示す。
アンドゲートAND2にH論理の選択信号SELを与えることにより帰還回路FBをパルサPLSに接続することができる。
【0011】
パルサPLSにパルスが入力されてから帰還回路FBを介してパルサPLSにパルスPLが帰還されるまでの遅延時間は図7に示す例では図7Lに示すようにTPd+τ02で表される。この遅延時間とループ発振の発振周期τ1 はほぼ等しい。ここでTPdはパルサPLSの内部と帰還回路FBの内部の遅延時間の合計を指す。また遅延時間τ02は帰還回路FBに設けた補助パルサLOPに設けた遅延素子DY2の遅延時間である。
【0012】
図8ではパルサPLSにパルスが入力されてから帰還回路FBを介してパルサPLSにパルスPLが帰還されるまでの遅延時間は図8Lに示すようにτ01+TPd+τ02となる。τ01はパルサPLSに設けた可変遅延素子DY1の遅延時間を示す。この遅延時間τ01+TPd+τ02は図8に示すループ発振周期τ2 に等しい。
【0013】
これらの発振周期τ1 とτ2 を時間測定手段CANで測定し、その時間差τ2 −τ1 を求めると、パルサPLSが出力するパルスのパルス幅となる。つまりτ1 =TPd+τ02、τ2 =τ01+TPd+τ02であるからτ2 −τ1 =τ01となる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにパルサPLSをループ発振させ、その発振周期τ1 ,τ2 を測定してパルサPLSが出力するパルスのパルス幅を求めているが、パルサPLSが出力するパルスのパルス幅を数NS程度の極めて細いパルス幅に設定した場合には、パルサPLSの出力端子から極性切替器EXまでの距離が比較的長くなるため、パルス幅が狭いパルスを正常に伝達させることがむずかしく、極性切替器EXで正常な波形のパルスを補助パルサLOPに与えることがむずかしくなり、動作が不安定になる欠点がある。
【0015】
また、図7に示すHと図8に示すHから明らかなように、パルサPLSから帰還回路FBに与えられるパルスの極性が図7の例では負パルスであるのに対し、図8Hでは正パルスとなる。このように正パルスと負パルスの極性の違いは特にCMOS回路で構成される集積回路内では時定数に差が発生し、このために遅延時間TPdが図7の状態と図8の状態で異なる値となり、その偏差がパルサPLSのパルス幅の測定に誤差となって入り込む欠点を持つ。
【0016】
この発明の目的はパルサが出力するパルスのパルス幅を正確に測定することができるパルサのパルス幅測定装置を提案するものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
この発明では極性切替器をパルサの出力端子に直結し、パルサの出力パルスを直接極性切替器に供給すると共に、極性切替器の出力側にフリップフロップで構成したパルス発生器を設け、このパルス発生器から常に例えば正極性のパルスを発生させ、正極性のパルスを帰還回路に供給する構成としたものである。
【0018】
この発明の構成によればパルサが出力するパルスのパルス幅を測定する場合でもパルサは本来のパルサとして動作させて、パルサが出力するパルスの立上りのエッジでパルス発生器をトリガし、そのトリガ時点で正極性のパルスを発生させてそのパルスを帰還回路に与え、パルサに帰還させてループ発振を行わせる状態と、
極性切替器でパルサが出力するパルスの極性を反転させ、これによりパルサが出力するパルスの立下りのタイミングでパルス発生器をトリガし、このトリガ時点でパルスを発生させ、このパルスを帰還回路に与えてパルサに帰還させてループ発振を行わせる状態に切替ることができる。
【0019】
従ってループ発振はパルサが出力するパルスの立上りのタイミングで動作する状態と、パルサが出力するパルスの立下りのタイミングで動作する状態に切替られる。この結果パルサが出力するパルスの立上りのタイミングで動作するループ発振の発振周期τ1 と、パルサが出力するパルスの立下りのタイミングで動作するループ発振の発振周期τ2 とではその時間差にパルサが出力するパルスのパルス幅に相当する時間差が含まれることになる。この結果ループ発振周期τ1 とτ2 を測定することによりパルサが出力するパルスのパルス幅を測定できることになる。
【0020】
従ってこの発明によればパルサはパルス幅測定時も常にパルサとして動作すればよいから、図5に示したナンドゲートNAND1,NAND2が不要となりパルサ自体の構成を簡素化することができる。然も帰還回路にはパルス発生器から常に正極性のパルスを供給するから、パルスの極性によって遅延時間に時間差が発生することはなく、正確なパルス幅の測定を行なうことができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1にこの発明によるパルサのパルス幅測定装置の一実施例を示す。この発明ではパルサPLSはパルス幅測定時もパルサとして動作すればよい。このために、パルサPLSは1個の極性反転器IN1と可変遅延素子DY1とアンドゲートAND1とによって構成され、そのパルサとしての動作は図2に示すように極性反転された入力パルス(図2A)と可変遅延素子DY1の遅延時間τ01だけ遅延した信号(図2B)との論理積をアンドゲートAND1でとることにより、図2Cに示すパルスPOUT を得ることができる。このパルスPOUT のパルス幅は可変遅延素子DY1の遅延時間τ01に等しくなる。
【0022】
この発明の特徴とする構成はパルサPLSの出力端子に極性切替器EXを直結すると共にその出力側にパルス発生器FF1を接続した点である。パルス発生器FF1はこの例ではD型フリップフロップによって構成した場合を示す。このD型フリップフロップのクロック入力端子に極性切替器EXの出力端子を接続する。極性切替器EXは排他的論理和回路を用いることができ、その一方の入力端子に与える極性切替信号EGCONをL論理にすると他方の入力端子に与える入力信号はそのままの極性でパルス発生器FF1に与えられ、極性切替信号EGCONをH論理にすると、他方の入力端子に与えた信号は極性反転してパルス発生器FF1に与えられる。
【0023】
先ず極性切替信号EGCONをL論理とした場合の動作を図3を用いて説明する。この場合もスタートパルスSTをパルサPLSに直接入力したとして説明する。従って初回のパルスはパルサPLSがパルサとして動作する場合の出力パルスPOUT (図3C)のパルス幅PWXより幅広で示している。
図3Eは極性切替器EXから出力されるパルスを示す。このパルスの立上りのエッジでパルス発生器FF1がトリガされ、補助パルサLOPの出力パルス(図3I)でリセットされ、その出力に図3Fに示す正極性のパルスが出力される。パルス発生器FF1から出力されたパルスは系の遅延時間Tpdだけ遅延して帰還回路FBに設けた補助パルサLOPの入力点Gに伝達される(図3G)。
【0024】
補助パルサLOPでは遅延素子DY2の遅延量τ02のパルス幅を持つパルスPI (図3I)を出力する。この状態では出力パルスPOUT の立上りのタイミングからパルサPLSに帰還されるパルスPI の立上りまでの遅延量はTPdで与えられる。従ってループ発振動作の周期τ1 も遅延時間TPdで決定される。
一方、極性切替信号EGCONをH論理にすると、図4に示すように、極性切替器EXの出力は図4Eに示すように極性反転される。従ってパルス発生器FF1は図4Cに示す出力パルスPOUT の立下りのタイミングでトリガされ、図4Fに示す正極性のパルスを出力する。このパルスが図4Gに示すように系の遅延時間TPdだけ遅延して補助パルサLOPの入力点Gに伝達される。補助パルサLOPでは遅延素子DY2の遅延時間τ02に等しいパルス幅を持つパルスPI を出力し、パルサPLSに帰還させる。
【0025】
図4で明らかなように、出力パルスPOUT の立上りのエッジから帰還パルスPI の立上りのエッジまでの遅延時間は出力パルスPOUT のパルス幅PWX(τ01と同じ)に系の遅延時間TPdを加えた遅延時間となる。よってそのループ発振周期τ2 にはPWX+TPdの値を含むものになる。この結果τ2 −τ1 はPWX+TPd−TPdとなり、出力パルスPOUT のパルス幅PWXを求めることができる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば極性切替器EXをパルサPLSの出力端子に直結したからパルス幅が狭いパルスでも充分極性切替器EXに入力することができ、安定に動作させることができる。また帰還回路FBには常に正極性のパルスだけを送り込むため、立上りと立下りの時間差に影響されずに正しいパルス幅を求めることができる。更に、この発明ではパルス幅を測定する場合もパルサは本来のパルサとして動作させるだけであるから切替えによる回路常数の変更もないから、この点でも正しいパルス幅を測定できる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を説明するためのブロック図。
【図2】図1の動作を説明するための波形図。
【図3】この発明の要部の動作を説明するための波形図。
【図4】図3と同様の波形図。
【図5】従来の技術を説明するためのブロック図。
【図6】図5の動作を説明するための波形図。
【図7】図6と同様の波形図。
【図8】図6と同様の波形図。
【符号の説明】
PLS パルサ
FB 帰還回路
CAN 時間測定手段
EX 極性切替器
FF1 パルス発生器
Claims (1)
- A.パルサの出力端子と入力端子間に接続され上記パルサが出力するパルスを上記パルサの入力に帰還させ上記パルサをループ発振させる帰還回路と、
B.上記パルサの出力端子と上記帰還回路との間に接続され、上記パルサが出力するパルスの極性を正相及び逆相に選択的に切替えて出力する極性切替器と、
C.この極性切替器で選択した極性のパルスの立上りエッジでトリガされて上記極性切替器が選択する極性に関係なく、常に一方の極性のパルスを出力し、上記帰還回路にパルスを帰還させるパルス発生器と、
D.この帰還回路を接続した状態で上記パルサがループ発振する発振周期を測定し、発振ループ内の遅延時間を測定する時間測定手段と、
によって構成し、
上記極性切替器を排他的論理和回路によって構成し、
上記パルス発生器をD型フリップフロップによって構成したことを特徴とするパルサのパルス幅測定装置。
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