JP5034938B2 - Phase comparator and measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、2つの信号の位相を比較して比較結果を出力する位相比較器及びそれを備える測定装置に関する。 The present invention relates to a phase comparator that compares the phases of two signals and outputs a comparison result, and a measurement apparatus including the phase comparator.
半導体集積回路に搭載されるTDC(Time-to-Digital Converter)やDLL(Delay Locked Loop)回路において、2つの信号の位相を比較して2値で結果を出力する位相比較器が使用されている。この位相比較器は、2つの信号の位相差を測定するのではなく、一方の信号を基準信号として、他方の信号(比較信号)の位相が進んでいるか、遅れているかを判定する。その結果、例えば、基準信号に比べて比較信号の位相が進んでいれば比較結果として“1”を出力し、基準信号に比べて比較信号の位相が遅れていれば比較結果として“0”を出力する。 In a TDC (Time-to-Digital Converter) or DLL (Delay Locked Loop) circuit mounted on a semiconductor integrated circuit, a phase comparator that compares the phases of two signals and outputs a binary result is used. . This phase comparator does not measure the phase difference between the two signals, but determines whether the phase of the other signal (comparison signal) is advanced or delayed with one signal as a reference signal. As a result, for example, if the phase of the comparison signal is advanced compared to the reference signal, “1” is output as the comparison result, and if the phase of the comparison signal is delayed compared to the reference signal, “0” is output as the comparison result. Output.
図12に、従来の位相比較器の構成例を示す(例えば、特許文献1参照。)。
比較信号(例えば、入力データ信号)CMPが、否定論理積演算回路(NAND回路)101に入力されるとともに、遅延回路A102及びインバータ103により遅延時間DW1だけ遅延されてNAND回路101に入力される。また、基準信号(例えば、クロック信号)REFが、NAND回路104に入力されるとともに、遅延回路A105及びインバータ106により遅延時間DW1だけ遅延されてNAND回路104に入力される。
FIG. 12 shows a configuration example of a conventional phase comparator (see, for example, Patent Document 1).
The comparison signal (for example, the input data signal) CMP is input to the NAND circuit 101 (NAND circuit) 101 and is also input to the
NAND回路101の出力Z1がNAND回路107に入力され、NAND回路104の出力Z2がNAND回路108に入力される。また、NAND回路107にはNAND回路108の出力Q2が入力され、NAND回路108にはNAND回路107の出力Q1が入力される。すなわち、NAND回路107、108により、セット・リセットフリップフロップ(SR−FF)が構成されている。
The output Z1 of the
NAND回路107の出力Q1がDフリップフロップ(D−FF)109に入力される。また、D−FF109には、遅延回路A105及びインバータ106により遅延時間DW1だけ遅延され、さらに遅延回路B110により遅延時間DW2だけ遅延されて基準信号REFが入力される。そして、D−FF109の出力が、位相比較器の出力OUTとして出力される。
An output Q1 of the
図12に示した位相比較器において、比較信号CMPがローレベル(“L”)からハイレベル(“H”)に変化すると、図13に示したように期間DW1だけ“L”となるワンショットパルスがNAND回路101の出力Z1に発生する(時刻T51〜T53)。同様に、基準信号REFが“L”から“H”に変化すると、期間DW1だけ“L”となるワンショットパルスがNAND回路104の出力Z2に発生する(時刻T52〜T54)。 In the phase comparator shown in FIG. 12, when the comparison signal CMP changes from the low level (“L”) to the high level (“H”), as shown in FIG. 13, the one-shot that becomes “L” only during the period DW1. A pulse is generated at the output Z1 of the NAND circuit 101 (time T51 to T53). Similarly, when the reference signal REF changes from “L” to “H”, a one-shot pulse that becomes “L” only during the period DW1 is generated at the output Z2 of the NAND circuit 104 (time T52 to T54).
NAND回路101、104の出力Z1、Z2がともに“L”になることにより、NAND回路107、108の出力Q1、Q2がともに“H”になる。そして、出力Z1、Z2の一方が“H”になることに応じて出力Q1、Q2の一方のみが“L”になり(時刻T53、T54)、続いて出力Z1、Z2がともに“H”になって位相比較結果が保持される。具体的には、NAND回路101の出力Z1が先に“H”になると、NAND回路107の出力Q1が“L”となり、出力Q1、Q2の各々が“L”、“H”である状態が位相比較結果として保持される。一方、NAND回路104の出力Z2が先に“H”になると、NAND回路108の出力Q2が“L”となり、出力Q1、Q2の各々が“H”、“L”である状態が位相比較結果として保持される。
Since the outputs Z1 and Z2 of the
その後、基準信号REFが“H”から“L”に変化すると(時刻T55)、遅延回路A105及びインバータ106により遅延時間DW1だけ遅れて出力R1が“L”から“H”に変化し(時刻T56)、さらに遅延回路B110により遅延時間DW2だけ遅れて出力R2が“L”から“H”に変化する(時刻T57)。D−FF109は、この出力R2が“L”から“H”に変化することによって、位相比較結果であるNAND回路107の出力Q1をホールドし出力OUTとして出力する(時刻T58)。
Thereafter, when the reference signal REF changes from “H” to “L” (time T55), the output R1 changes from “L” to “H” after a delay time DW1 by the delay circuit A105 and the inverter 106 (time T56). ) Further, the delay circuit B110 delays the delay time DW2 and the output R2 changes from “L” to “H” (time T57). When the output R2 changes from “L” to “H”, the D-FF 109 holds the output Q1 of the
2つの信号の位相を比較して2値で結果を出力する位相比較器は、2つの信号の位相差が狭まると位相比較を行うことができなくなる。これは不感帯と呼ばれ、通常、位相比較器は、ある程度の幅の不感帯を持つ。位相比較器には当然ながら応答時間があり、これがTDCのタイミングの大部分を占めている。特に、位相比較器が不感帯付近で動作する場合には応答速度が低下する。例えば、信号が“L”から“H”に変化するポジティブエッジ同士の位相比較を行う位相比較器では、回路構成によっては“H”から“L”に変化するネガティブエッジにより位相比較結果がクリアされるものもある。 A phase comparator that compares the phases of two signals and outputs the result as a binary value cannot perform phase comparison when the phase difference between the two signals is narrowed. This is called a dead zone, and a phase comparator usually has a dead zone with a certain width. Of course, the phase comparator has a response time, which accounts for the majority of the TDC timing. In particular, when the phase comparator operates near the dead zone, the response speed decreases. For example, in a phase comparator that compares the phases of positive edges whose signals change from “L” to “H”, the phase comparison result is cleared by a negative edge that changes from “H” to “L” depending on the circuit configuration. Some are.
TDCは、異なる遅延時間τs、τfの遅延素子を用いて構成され、遅延素子でつくる遅延差を時間分解能(τs−τf)として2つの信号の位相差をコード(例えば、サーモメータコード)で出力する。測定時間分解能が細かいほど、位相比較器の不感帯の広さが誤差要因になる。また、位相比較器の応答時間がTDCのタイミングの最もクリティカルな要因になっているので、位相比較器がTDCの速度性能の上限を決めている。また、位相比較器の位相比較結果がネガティブエッジでクリアされる場合には、信号のデューティ(Duty)比がTDCの速度上限を決めてしまうこともある。 The TDC is configured by using delay elements having different delay times τ s and τ f , and a phase difference between two signals is coded (for example, a thermometer) with a delay difference generated by the delay elements as a time resolution (τ s −τ f ). Code). The finer the measurement time resolution, the larger the dead zone of the phase comparator becomes an error factor. In addition, since the response time of the phase comparator is the most critical factor of the TDC timing, the phase comparator determines the upper limit of the speed performance of the TDC. Further, when the phase comparison result of the phase comparator is cleared at the negative edge, the duty ratio of the signal may determine the upper limit of the TDC speed.
したがって、高周波信号の位相差を高分解能で測定する目的のTDCでは、位相比較器は、不感帯が狭く(高感度)、不感帯付近でも高速動作し、かつ信号のデューティ比に依存しないことが要求される。 Therefore, in a TDC for measuring the phase difference of a high-frequency signal with high resolution, the phase comparator is required to have a narrow dead zone (high sensitivity), operate at high speed near the dead zone, and not depend on the signal duty ratio. The
2つの信号の位相を比較して2値で結果を出力する位相比較器として、SR−FF、及びD−FFがある。SR−FFは、不感帯が狭く(1psec程度)、位相比較の感度が高い。しかし、SR−FFは、ネガティブエッジにより位相比較結果がクリアされてしまうため、周波数限界が被測定信号のデューティ比に依存するという欠点を持つ。また、D−FFは、NANDゲートで構成する回路方式のものと、インバータとトランスファーゲートとで構成する回路方式のものがある。NANDゲートで構成する回路方式のものは、SR−FFを組み合わせて使うために周波数限界が被測定信号のデューティ比に依存する。一方、インバータとトランスファーゲートとで構成する回路方式のものは、被測定信号のネガティブエッジは作用しないので、周波数限界が被測定信号のデューティ比に依存せず位相比較器の応答速度に依存するという点では優れているが不感帯が広い(8psec程度)。 SR-FF and D-FF are phase comparators that compare the phases of two signals and output a binary result. SR-FF has a narrow dead zone (about 1 psec) and high phase comparison sensitivity. However, SR-FF has a drawback that the frequency limit depends on the duty ratio of the signal under measurement because the phase comparison result is cleared by the negative edge. The D-FF is classified into a circuit type constituted by NAND gates and a circuit type constituted by inverters and transfer gates. In the circuit system configured with NAND gates, the frequency limit depends on the duty ratio of the signal under measurement because the SR-FF is used in combination. On the other hand, in the circuit type composed of an inverter and a transfer gate, the negative edge of the signal under measurement does not act, so the frequency limit does not depend on the duty ratio of the signal under measurement but depends on the response speed of the phase comparator. Although it is excellent in terms, the dead zone is wide (about 8 psec).
図12に示したように、信号のネガティブエッジで位相比較結果がクリアされることを防止するために、位相比較器の後段にホールド回路を設ける方法がある。しかしながら、位相比較結果をホールドするためにワンショットパルスを使用しており、SR−FFが応答できる十分なパルス幅を持ち、かつ各信号に基づくワンショットパルスがともに“L”となって前の位相比較結果がクリアされる必要がある。したがって、図12に示した遅延回路A102、105による遅延時間DW1を十分長くしなければならず、動作速度が低
下する。
As shown in FIG. 12, in order to prevent the phase comparison result from being cleared at the negative edge of the signal, there is a method of providing a hold circuit after the phase comparator. However, the one-shot pulse is used to hold the phase comparison result, the SR-FF has a sufficient pulse width that can be responded, and the one-shot pulse based on each signal becomes “L”. The phase comparison result needs to be cleared. Therefore, the delay time DW1 by the delay circuits A102 and 105 shown in FIG. 12 must be made sufficiently long, and the operation speed is lowered.
また、位相比較結果を外部に出力したり、RAM等の内部記憶回路に記録したりするには、デジタル回路に信号を送る必要がある。つまり、図12に示したように、位相比較結果がD−FF109等にホールドされクロック同期転送される必要がある。 Further, in order to output the phase comparison result to the outside or record it in an internal storage circuit such as a RAM, it is necessary to send a signal to the digital circuit. That is, as shown in FIG. 12, the phase comparison result needs to be held in the D-FF 109 or the like and transferred in clock synchronization.
しかしながら、図14に一例を示すように、比較信号CMPと基準信号REFの位相差(P11)が小さくメタステーブル等が発生した場合には、位相比較結果の確定に時間を要し、SR−FFによる位相判定時間が長くなる。したがって、基準信号REFのネガティブエッジ(時刻T61)から遅延時間DW1、DW2が経過した時刻T63までに位相比較結果が確定していないと、正確な位相比較結果をホールドすることができない。また、図15に一例を示すように遅延時間DW2が長すぎても、基準信号REFのネガティブエッジ(時刻T71)から遅延時間DW1、DW2が経過した時刻T74になる以前に、位相比較結果がクリアされてしまい正確な位相比較結果をホールドすることができない。また、ネガティブエッジにより位相比較結果をD−FFにホールドするため、位相比較可能な周波数限界が信号のデューティ比に依存する。 However, as shown in FIG. 14, when the phase difference (P11) between the comparison signal CMP and the reference signal REF is small and a metastable occurs, it takes time to determine the phase comparison result, and SR-FF The phase determination time due to becomes longer. Therefore, an accurate phase comparison result cannot be held unless the phase comparison result is determined between the negative edge of the reference signal REF (time T61) and the time T63 when the delay times DW1 and DW2 have elapsed. Further, as shown in FIG. 15, even if the delay time DW2 is too long, the phase comparison result is cleared before the time T74 when the delay times DW1 and DW2 have elapsed from the negative edge (time T71) of the reference signal REF. Therefore, an accurate phase comparison result cannot be held. Further, since the phase comparison result is held in the D-FF by the negative edge, the frequency limit capable of phase comparison depends on the duty ratio of the signal.
本発明は、2つの信号の位相比較結果を確実に保持できる位相比較器及びそれを用いた測定装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a phase comparator that can reliably hold the phase comparison result of two signals and a measurement apparatus using the phase comparator.
本発明の一観点によれば、第1入力信号と第2入力信号の位相を比較してその位相関係を出力する比較部と、前記比較部より出力される位相比較結果を第3入力信号として受信して出力する第1の保持部と、前記比較部の出力に基づいて位相比較結果が確定したか否かを判定し、位相比較結果が確定したと判定した場合には第1制御信号を出力する第1の信号生成部とを備える位相比較器が提供される。第1の保持部は、第1制御信号が出力されている期間は第3入力信号を保持する。 According to an aspect of the present invention, a comparison unit that compares phases of a first input signal and a second input signal and outputs a phase relationship thereof, and a phase comparison result output from the comparison unit as a third input signal A first holding unit that receives and outputs and determines whether or not the phase comparison result is determined based on the output of the comparison unit, and if it is determined that the phase comparison result is determined, the first control signal is A phase comparator is provided that includes a first signal generator for outputting. The first holding unit holds the third input signal while the first control signal is being output.
比較部での位相比較結果が確定したことをもって、第1の信号生成部が第1制御信号を出力し第1の保持部が位相比較結果を保持するので、第1入力信号と第2入力信号の位相比較結果が確定する前に状態が保持されることを防止し、位相比較結果を確実に保持することができる。 Since the first signal generation unit outputs the first control signal and the first holding unit holds the phase comparison result when the phase comparison result in the comparison unit is confirmed, the first input signal and the second input signal It is possible to prevent the state from being held before the phase comparison result is determined, and to reliably hold the phase comparison result.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態に係る位相比較器の構成例を示すブロック図である。第1の実施形態に係る位相比較器は、比較部10、ホールド信号生成部20、及び第1のホールド回路30を有する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a phase comparator according to the first embodiment. The phase comparator according to the first embodiment includes a
比較部10は、比較信号(例えば、入力データ信号)CMP及び基準信号(例えば、クロック信号)REFが入力される。比較部10は、入力される比較信号CMPと基準信号REFの位相を比較し、位相比較結果を出力信号S1により2値で出力する。
The
ホールド信号生成部20は、比較部10の出力信号S1が入力され、該出力信号S1に基づいてホールド信号S3を生成し出力する。具体的には、ホールド信号生成部20は、入力される信号S1に基づいて、比較信号CMPと基準信号REFの位相比較結果が確定
したか否かを判定し、位相比較結果が確定したと判定した場合にはホールド信号S3を出力(アサート)する。また、ホールド信号生成部20は、比較部10の出力信号S1、すなわち位相比較結果を第1のホールド回路30に合うように処理し出力信号S2として出力する。
The
第1のホールド回路30は、ホールド信号生成部20より出力信号S2及びホールド信号S3が入力される。第1のホールド回路30は、ホールド信号S3に応じて、出力信号S2により伝達される位相比較結果を保持(ホールド)し、出力信号OUTとして出力する。第1のホールド回路30は、ホールド信号S3がアサートされている期間及び出力信号S2が所定値である期間において値を保持して出力信号OUTとして出力し、それ以外の期間(ホールド信号S3が停止(ネゲート)されかつ出力信号S2が所定値でない期間)において出力信号S2を取り込んで出力信号OUTとして出力する。
The
図2は、図1に示した位相比較器の回路構成例を示す図である。
比較部10は、2つのNAND回路11、12を有する。NAND回路11は、比較信号CMP、及びNAND回路12の出力QNが入力される。また、NAND回路12は、基準信号REF、及びNAND回路11の出力QPが入力される。すなわち、NAND回路11、12により、SR−FFが構成されている。このように、比較信号CMPと基準信号REFの位相比較を行う比較部10にSR−FFを使用することで、比較部自体の不感帯を非常に狭くすることができ、高感度の位相比較を実現することができる。なお、位相比較精度の向上等を図るためにNAND回路11、12の駆動能力を調整可能なように構成しても良い。
FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration example of the phase comparator illustrated in FIG. 1.
The
比較部10の論理式を以下に示す。
The logical expression of the
すなわち、比較信号CMP及び基準信号REFがともに“L”の場合には、比較部10の出力QP、QNがともに“H”になる。比較信号CMP及び基準信号REFがともに“L”の状態から比較信号CMPが“H”に変化すると、出力QPが“L”になり、出力QNが“H”を維持する。一方、比較信号CMP及び基準信号REFがともに“L”の状態から基準信号REFが“H”に変化すると、出力QNが“L”になり、出力QPが“H”を維持する。
That is, when both the comparison signal CMP and the reference signal REF are “L”, the outputs QP and QN of the
ホールド信号生成部20は、2つのインバータ21、22及び否定論理和演算回路(NOR回路)23を有する。インバータ21は、比較部10内のNAND回路11の出力QPが入力され、インバータ22は、比較部10内のNAND回路12の出力QNが入力される。NOR回路23は、インバータ21、22の各出力AP、ANが入力され、その演算結果をホールド信号Cとして出力する。
The hold
すなわち、比較信号CMP及び基準信号REFがともに“L”の場合にはインバータ21、22の出力AP、ANがともに“L”であるので、NOR回路23の出力であるホールド信号Cは“H”(ネゲート)になる。比較信号CMP及び基準信号REFがともに“L”の状態から、比較信号CMP又は基準信号REFの少なくとも一方が“H”になり、比較部10での位相比較結果が確定すると、出力AP、ANの一方が“H”になりホールド信号Cは“L”にアサートされる。
That is, when the comparison signal CMP and the reference signal REF are both “L”, the outputs AP and AN of the
第1のホールド回路30は、ホールド信号生成部20内のインバータ21、22の出力AP、ANがそれぞれ入力される入力端子AP,AN、及びNOR回路23の出力(ホールド信号C)が入力される入力端子Cを有する。また、第1のホールド回路30は、出力端子XP、XNを有し、出力端子XPからの出力が位相比較器の出力信号OUTとして出力される。
The
ホールド回路30の論理式を以下に示す。
A logical expression of the
すなわち、第1のホールド回路30は、入力端子Cへの入力が“L”の場合には、ホールド状態となり前の値を保持し出力する。また、第1のホールド回路30は、入力端子Cへの入力が“H”であって、かつ入力端子AP,ANへの入力がともに“L”の場合にも、ホールド状態となり前の値を保持し出力する。それ以外の場合、すなわち入力端子Cへの入力が“H”であって、かつ入力端子AP,ANへの入力の一方が“H”の場合には、オープン状態となり入力端子AP,ANへの入力を出力端子XP、XNから出力する。
That is, when the input to the input terminal C is “L”, the
図3は、ホールド回路30の具体的な回路構成例を示す図である。
図3には、一例として入力AP,ANやホールド信号Cのパルス幅が狭くても入力値を書き込むことができるパルスドラッチ型のホールド回路を示している。
FIG. 3 is a diagram illustrating a specific circuit configuration example of the
FIG. 3 shows, as an example, a pulsed latch type hold circuit that can write an input value even if the pulse widths of the input AP, AN and hold signal C are narrow.
図3において、Nチャネルトランジスタ31、32のゲートにはホールド信号Cが供給され、Nチャネルトランジスタ33、34のゲートには入力AP、ANが供給される。トランジスタ31は、ソースが基準電位(“L”レベルに相当)に接続され、ドレインがトランジスタ33のソースに接続される。同様に、トランジスタ32は、ソースが基準電位に接続され、ドレインがトランジスタ34のソースに接続される。
In FIG. 3, a hold signal C is supplied to the gates of N-
また、インバータ35、36によりラッチが構成される。トランジスタ33のドレインが、インバータ35の入力端とインバータ36の出力端との接続点に接続され、トランジスタ34のドレインが、インバータ35の出力端とインバータ36の入力端との接続点に接続される。インバータ35の出力が出力XPとして出力され、インバータ36の出力が出力XNとして出力される。なお、図3に示したホールド回路30を用いる場合には、入力値の取り込み時において、入力ANは入力APの反転となっていなければならない。
The
図3に示したホールド回路30の入出力を下表に示す。
The input / output of the
図3に示すようなパルスドラッチ型のホールド回路30を用いることで、上述したように入力AP,ANやホールド信号Cのパルス幅が狭くても入力値を書き込むことができ、入力AP,ANやホールド信号Cのパルス幅が狭くなりやすい高周波信号でも安定した動作を実現することができる。例えば、比較部10の不感帯付近で動作して比較部10の応答速度が低下し、かつ測定対象の信号の周波数が高いために十分なパルス幅のホールド信号Cが出力されなくても入力AP,ANを書き込んでホールドすることができる。
By using the pulsed latch
図4は、ホールド回路30の他の回路構成例を示す図である。
図4には、一例としてSR−FFを使用した一般的なクロック同期式のホールド回路を示している。
FIG. 4 is a diagram illustrating another circuit configuration example of the
FIG. 4 shows a general clock synchronous hold circuit using SR-FF as an example.
図4において、NAND回路71は、ホールド信号C及び入力APが入力され、NAND回路72は、ホールド信号C及び入力ANが入力される。また、NAND回路73は、NAND回路71の出力が入力されるとともに、NAND回路74の出力が入力される。同様に、NAND回路74は、NAND回路72の出力が入力されるとともに、NAND回路73の出力が入力される。すなわち、NAND回路73及び74によりSR−FFが構成され、NAND回路73の出力が出力XPとして出力され、NAND回路74の出力が出力XNとして出力される。なお、図4に示したホールド回路30を用いる場合には、ホールド時において、入力ANは入力APの反転となっていなければならない。
In FIG. 4, the
図4に示したホールド回路30の論理式を以下に示す。
A logical expression of the
次に、第1の実施形態に係る位相比較器の動作について説明する。
図5は、第1の実施形態に係る位相比較器の動作例を示すタイミングチャートである。
Next, the operation of the phase comparator according to the first embodiment will be described.
FIG. 5 is a timing chart showing an operation example of the phase comparator according to the first embodiment.
第1の実施形態に係る位相比較器において、図5に示すように比較信号CMP及び基準信号REFがともに“L”の状態から、時刻T11にて比較信号CMPが“H”に変化すると、比較部10での比較信号CMPと基準信号REFの位相比較により出力QPが“H”から“L”に変化する(時刻T12)。 In the phase comparator according to the first embodiment, when the comparison signal CMP and the reference signal REF both change from “L” to “H” at time T11 as shown in FIG. The output QP changes from “H” to “L” by the phase comparison between the comparison signal CMP and the reference signal REF in the unit 10 (time T12).
これにより、時刻T13にてホールド信号生成部20内のインバータ21の出力APが“L”から“H”に変化する。このとき、ホールド信号Cが“H”であるので、インバータ21、22の出力AP、ANはホールド回路30に取り込まれる。また、ホールド信号生成部20は、インバータ21の出力APが“L”から“H”に変化することにより比較部10での位相比較結果が確定したと判定し、時刻T13からNOR回路23による遅延時間が経過した時刻T14にてホールド信号Cが“L”にアサートされる。これにより、ホールド回路30は、ホールド状態となり、時刻T14における入力値、すなわち2値で出力された確定した位相比較結果を保持する。
As a result, the output AP of the
続いて、時刻T15にて比較信号CMPが“H”から“L”に変化することにより、時刻T16から時刻T20に示すように各信号が変化する。このとき、インバータ21、22の出力AP、ANも変化するが、時刻T20まではホールド信号Cが“L”に維持されるので出力AP、ANはホールド回路30に取り込まれない。すなわち、時刻T14から時刻T20までの期間P1において、ホールド回路30は、アサートされたホールド信号Cに基づいて保持動作を行い、値を保持し続ける。
Subsequently, when the comparison signal CMP changes from “H” to “L” at time T15, each signal changes as shown from time T16 to time T20. At this time, the outputs AP and AN of the
ここで、時刻T19においてインバータ21、22の出力AP、ANがともに“L”になることで、時刻T20において、ホールド信号生成部20から出力されるホールド信号Cが“L”から“H”に変化する。したがって、ホールド回路30は、ホールド信号Cによる保持動作を行わないが、インバータ21、22の出力AP、ANがともに“L”であることによる保持動作を行い、ホールド状態を維持して値を保持する。時刻T21にて基準信号REFが“L”から“H”に変化することにより時刻T21から時刻T24に示すように各信号が変化し、インバータ21、22の出力AP、ANの一方が“H”になる時刻T23までは出力AP、ANがともに“L”であることによる保持動作が行われる。すなわち、時刻T19から時刻T23までの期間P2において、ホールド回路30は、入力端子AP,ANへの入力がともに“L”であることによって入力値を保持し続ける。
Here, when the outputs AP and AN of the
したがって、第1の実施形態に係る位相比較器では、図5に示すように期間P1ではホールド信号Cにより値を保持し、期間P2ではホールド回路30の機能(所定入力によるホールド)により値が保持される。また、期間P1と期間P2とは、ホールド信号生成部20内のNOR回路23の遅延時間分だけオーバーラップするので、比較部10による位相比較結果を確実に保持し続けることができる。また、図5においてP3に示すように、比較信号CMP及び基準信号REFのポジティブエッジによる位相比較結果を、比較信号CMP及び基準信号REFのネガティブエッジによりクリアされることなく保持することができる。そのため、信号のデューティ比に依存することがなくなり、位相比較可能な周波数限界を上げることができ、高速かつ高感度な位相比較を実現することができる。
Therefore, in the phase comparator according to the first embodiment, as shown in FIG. 5, the value is held by the hold signal C in the period P1, and the value is held by the function of the hold circuit 30 (hold by predetermined input) in the period P2. Is done. In addition, since the period P1 and the period P2 overlap by the delay time of the NOR
第1の実施形態によれば、比較部10にて比較信号CMPと基準信号REFの位相比較を行い、ホールド信号生成部20が、比較部10の位相比較の結果が確定したことをもって、位相比較結果をホールド回路30に保持させるためのホールド信号Cをアサートする。これにより、比較部10の位相比較の結果が確定する前に、位相比較結果として値を保持することを防止し、確定した位相比較結果を確実に保持することができる。
また、図12に示した位相比較器のようなワンショットパルスも使用しないので、時間的な制約が緩和され高速かつ高感度な位相比較動作を実現することができる。
According to the first embodiment, the
Further, since the one-shot pulse as in the phase comparator shown in FIG. 12 is not used, the time restriction is eased and a high-speed and high-sensitivity phase comparison operation can be realized.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
第2の実施形態に係る位相比較器は、第1の実施形態に係る位相比較器に対してさらに1つのホールド回路を設け、ホールド信号とクロック信号を基にクロック同期信号を生成
して新たに設けたホールド回路のホールド制御を行う。なお、以下に説明する第2の実施形態では、基準信号REFはクロック信号であるとする。
The phase comparator according to the second embodiment is further provided with one hold circuit in addition to the phase comparator according to the first embodiment to generate a clock synchronization signal based on the hold signal and the clock signal. Hold control of the provided hold circuit is performed. In the second embodiment described below, it is assumed that the reference signal REF is a clock signal.
図6は、第2の実施形態に係る位相比較器の構成例を示すブロック図である。この図6において、図1に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第2の実施形態に係る位相比較器は、比較部10、ホールド信号生成部20、第1のホールド回路30、クロック同期信号生成部40、及び第2のホールド回路50を有する。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a phase comparator according to the second embodiment. In FIG. 6, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The phase comparator according to the second embodiment includes a
クロック同期信号生成部40は、基準信号REF及びホールド信号生成部20よりホールド信号S3が入力される。クロック同期信号生成部40は、基準信号REF及びホールド信号S3に基づいてクロック同期信号S5を生成し出力する。具体的には、クロック同期信号生成部40は、入力されるホールド信号S3に基づいて位相比較結果が確定したことを検出し、かつ基準信号REFのポジティブエッジを検出して、その検出結果を基にクロック同期信号S5を出力する。
The clock
第2のホールド回路50は、第1のホールド回路30より出力信号S4として出力される位相比較結果及びクロック同期信号S5が入力される。第2のホールド回路50は、クロック同期信号S5に応じて、出力信号S4により伝達される位相比較結果を取り込んで保持し、出力信号OUTとして出力する。
The
図7は、図6に示した位相比較器の回路構成例を示す図である。この図7において、図2に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、図7においては、ホールド信号をC1とし、第1のホールド回路30の出力端子XP、XNからの出力を出力XP1、XN1としている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit configuration example of the phase comparator illustrated in FIG. 6. In FIG. 7, components having the same functions as those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. In FIG. 7, the hold signal is C1, and outputs from the output terminals XP and XN of the
クロック同期信号生成部40は、NAND回路41、インバータ42、44、D−FF43、及び遅延回路45を有する。NAND回路41は、インバータ42を介してホールド信号C1が入力されるとともに、D−FF43の出力CKPが入力される。NAND回路41の出力がインバータ44を介してクロック同期信号C2として出力される。
The clock synchronization
D−FF43は、データ入力端子が“H”に固定され、クロック入力端子に基準信号REFが供給される。D−FF43は、基準信号REFのポジティブエッジを検出すると、その出力CKPが“H”に固定される。なお、D−FF43は、遅延回路45を介して供給されるクロック同期信号C2に応じてリセットされる。遅延回路45は、クロック同期信号C2を所定時間だけ遅延させるとともに反転して出力する。遅延回路45は、例えば奇数段のインバータを縦続接続して構成される。
The data input terminal of the D-
第2のホールド回路50は、第1ホールド回路30と同様に構成される。第2のホールド回路50は、第1のホールド回路30の出力XP1、XN1がそれぞれ入力される入力端子AP,AN、及びクロック同期信号生成部40より出力されるクロック同期信号C2が入力される入力端子Cを有する。また、第2のホールド回路50は、出力端子XP、XNを有し、出力端子XPからの出力XP2が位相比較器の出力信号OUTとして出力される。
The
第2のホールド回路50は、入力端子Cへの入力が“L”の場合には、ホールド状態となり前の値を保持して出力し、入力端子Cへの入力が“H”の場合には、オープン状態となり入力端子AP,ANへの入力を出力端子XP、XNから出力する。
The
次に、第2の実施形態に係る位相比較器の動作について説明する。
図8は、第2の実施形態に係る位相比較器の動作例を示すタイミングチャートである。
Next, the operation of the phase comparator according to the second embodiment will be described.
FIG. 8 is a timing chart showing an operation example of the phase comparator according to the second embodiment.
第2の実施形態に係る位相比較器において、比較信号CMP及び基準信号REFがともに“L”の状態から、比較信号CMP及び基準信号REFの少なくとも一方が“H”に変化すると、第1の実施形態と同様にして比較部10での位相比較結果が第1のホールド回路30に保持される。
In the phase comparator according to the second embodiment, when at least one of the comparison signal CMP and the reference signal REF changes to “H” from the state where both the comparison signal CMP and the reference signal REF are “L”, the first implementation The phase comparison result in the
ここで、図8に示すように、比較信号CMP及び基準信号REFがともに“L”の状態から、時刻T31にて基準信号REFが“H”に変化したとする。これにより、クロック同期信号生成部40内のD−FF43は、基準信号REFのポジティブエッジを検出し、その出力CKPが“H”となる(時刻T32)。
Here, as shown in FIG. 8, it is assumed that the reference signal REF changes to “H” at time T31 from the state where both the comparison signal CMP and the reference signal REF are “L”. As a result, the D-
比較部10での位相比較結果が確定する前は、ホールド信号C1が“H”であるのでインバータ42の出力CLPは“L”である。したがって、クロック同期信号C2は“L”であり、第2のホールド回路50は、ホールド状態となって値を保持する。
Before the phase comparison result in the
その後、比較部10での位相比較結果が確定することによりホールド信号C1が“L”となると、位相比較結果が第1のホールド回路30に保持される(時刻T33)。
After that, when the phase comparison result in the
また、D−FF43の出力CKPが“H”であり、かつホールド信号C1が“L”になってインバータ42の出力CLPが“H”になると、クロック同期信号C2が“H”となる(時刻34)。これにより、第2のホールド回路50は、オープン状態となって、第1のホールド回路30の出力XP1、XN1(すなわち、保持している比較部10での確定した位相比較結果)を取り込んで、出力XP2、XN2として出力する。時刻T35に示すように、基準信号REFが“L”に変化しても、基準信号REFのネガティブエッジではD−FF43の出力を変化させないために出力CKPは“H”を維持し、クロック同期信号C2が“H”に維持される。
Further, when the output CKP of the D-
そして、クロック同期信号C2が“H”となってから遅延回路45による遅延時間が経過した時刻T36にて、D−FF43がリセットされ、出力CKPが“L”になる。これにより、時刻T37にて、クロック同期信号C2が“L”となり、第2のホールド回路50は、ホールド状態となって値を保持する。
The D-
第2の実施形態によれば、第1の実施形態に係る位相比較器と同様の効果が得られるとともに、基準信号REFに同期させ、位相比較結果を外部に出力したり内部記憶回路に記録したりすることができる。 According to the second embodiment, the same effect as the phase comparator according to the first embodiment can be obtained, and the phase comparison result can be output to the outside or recorded in the internal storage circuit in synchronization with the reference signal REF. Can be.
以下、上述した各実施形態に係る位相比較器を適用した測定装置について説明する。上述した各実施形態に係る位相比較器を測定装置に用いることで、高速かつ高感度な位相比較動作を実現し、かつ高周波信号でも安定した動作を実現することができる。
図9は、上述した各実施形態に係る位相比較器を用いて構成された測定装置の構成例を示す図であり、図9においては、一例としてTDCを示している。
Hereinafter, a measurement apparatus to which the phase comparator according to each embodiment described above is applied will be described. By using the phase comparator according to each of the above-described embodiments in a measuring apparatus, it is possible to realize a high-speed and high-sensitivity phase comparison operation and a stable operation even with a high-frequency signal.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a measurement apparatus configured using the phase comparator according to each of the above-described embodiments, and FIG. 9 illustrates a TDC as an example.
図9において、FC0〜FC7、FR0〜FR7、SC1〜SC7、SR1〜SR7は可変遅延素子である。可変遅延素子FC0〜FC7、FR0〜FR7の遅延時間はτfで
あり、可変遅延素子SC1〜FC7、SR1〜FR7の遅延時間はτsである。ここで、
遅延時間τf<遅延時間τsとする。
In FIG. 9, FC0 to FC7, FR0 to FR7, SC1 to SC7, SR1 to SR7 are variable delay elements. The delay times of the variable delay elements FC0 to FC7 and FR0 to FR7 are τ f , and the delay times of the variable delay elements SC1 to FC7 and SR1 to FR7 are τ s . here,
Delay time τ f <delay time τ s .
可変遅延素子FC0〜FC7は、縦続接続され比較信号CMPを遅延させる。可変遅延素子FC0の出力をPD0.Cとし、可変遅延素子FCi(i=1〜7)の出力をPDi
+.Cとする。また、可変遅延素子FR0〜FR7は、縦続接続され基準信号REFを遅延させる。可変遅延素子FR0の出力をPD0.Rとし、可変遅延素子FRi(i=1〜7)の出力をPDi+.Rとする。
The variable delay elements FC0 to FC7 are cascaded to delay the comparison signal CMP. The output of the variable delay element FC0 is PD0. C and the output of the variable delay element FCi (i = 1 to 7) is PDi
+. C. The variable delay elements FR0 to FR7 are cascaded to delay the reference signal REF. The output of the variable delay element FR0 is PD0. R, and the output of the variable delay element FRi (i = 1 to 7) is PDi +. Let R be.
同様に、可変遅延素子SC1〜SC7は、縦続接続され比較信号CMPを遅延させる。可変遅延素子SCi(i=1〜7)の出力をPDi−.Cとする。また、可変遅延素子SR1〜SR7は、縦続接続され基準信号REFを遅延させる。可変遅延素子SRi(i=1〜7)の出力をPDi−.Rとする。 Similarly, the variable delay elements SC1 to SC7 are cascaded to delay the comparison signal CMP. The output of the variable delay element SCi (i = 1 to 7) is connected to PDi−. C. The variable delay elements SR1 to SR7 are cascaded to delay the reference signal REF. The output of the variable delay element SRi (i = 1 to 7) is set to PDi−. Let R be.
また、90、91A、91B、・・・、97A、97Bは上述した実施形態に係る位相比較器である。位相比較器90は、PD0.C及びPD0.Rが入力され、その位相比較結果をQf0として出力する。位相比較器91Aは、PD1+.C及びPD1+.Rが入力され、その位相比較結果をQf1+として出力し、位相比較器91Bは、PD1−.C及びPD1−.Rが入力され、その位相比較結果をQf1−として出力する。同様に、位相比較器97Aは、PD7+.C及びPD7+.Rが入力され、その位相比較結果をQf7+として出力し、位相比較器97Bは、PD7−.C及びPD7−.Rが入力され、その位相比較結果をQf7−として出力する。
図9に示すTDCは、位相比較器90、91A、91B、・・・、97A、97Bの出力Qf0、Qf1+、Qf1−、・・・、Qf7+、Qf7−により、比較信号CMPと基準信号REFの位相差をサーモメータコードで出力する。
図10及び図11は、図9に示したTDCの出力例を示している。図10に示すようなサーモメータコードが出力された場合には、比較信号CMPが基準信号REFに対して4(τs−τf)分の時間だけ遅れていることとなる。一方、図11に示すようなサーモメータコードが出力された場合には、比較信号CMPが基準信号REFに対して4(τs−τf)分の時間だけ進んでいることとなる。
The TDC shown in FIG. 9 has a comparison signal CMP and a reference signal REF generated by outputs Qf0, Qf1 +, Qf1-,..., Qf7 +, Qf7− of the
10 and 11 show an output example of the TDC shown in FIG. When the thermometer code as shown in FIG. 10 is output, the comparison signal CMP is delayed by a time of 4 (τ s −τ f ) with respect to the reference signal REF. On the other hand, when the thermometer code as shown in FIG. 11 is output, the comparison signal CMP is advanced by 4 (τ s −τ f ) with respect to the reference signal REF.
なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明の諸態様を付記として以下に示す。
The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
Various aspects of the present invention will be described below as supplementary notes.
(付記1)第1入力信号と第2入力信号の位相を比較し、前記第1入力信号と前記第2入力信号の位相関係を出力する比較部と、
前記比較部より出力される位相比較結果を第3入力信号として受信して出力する第1の保持部と、
前記比較部の出力に基づいて前記比較部による位相比較結果が確定したか否かを判定し、位相比較結果が確定したと判定した場合には第1制御信号を出力する第1の信号生成部とを備え、
前記第1の保持部は、前記第1制御信号が出力されている期間は前記第3入力信号を保持することを特徴とする位相比較器。
(付記2)前記第1入力信号と前記第2入力信号の位相比較結果が確定しておらず所定出力が前記比較部から出力されている場合には、前記第1の保持部は前記第3入力信号を保持することを特徴とする付記1記載の位相比較器。
(付記3)前記第1の信号生成部は、前記所定出力が前記比較部から出力されていることを検出して、前記第1制御信号を停止することを特徴とする付記2記載の位相比較器。
(付記4)前記第1の信号生成部は、前記比較部の出力が前記所定出力から変化することによって位相比較結果が確定したことを検出し、検出してから所定時間後に前記第1制御信号を出力することを特徴とする付記2記載の位相比較器。
(付記5)前記第1の保持部の出力を第4入力信号として受信して出力する第2の保持部と、
前記比較部による位相比較結果が確定したことを検出し、かつ基準クロックに基づいて、第2制御信号を停止する第2の信号生成部とを備え、
前記第2の保持部は、前記第2制御信号が出力されている期間は前記第4入力信号を保持することを特徴とする付記1〜4の何れか1項に記載の位相比較器。
(付記6)前記第2の信号生成部は、前記第2制御信号を停止してから所定時間後に前記第2制御信号を出力することを特徴とする付記5記載の位相比較器。
(付記7)前記第2の信号生成部は、前記第1制御信号と前記基準クロックのエッジ検出信号とを論理演算し、演算結果を前記第2制御信号として出力することを特徴とする付記5記載の位相比較器。
(付記8)付記1〜7の何れか1項に記載の位相比較器と、
比較信号を遅延させる複数の遅延素子と、
基準信号を遅延させる複数の遅延素子とを備え、
組毎に遅延量を互いに異ならせた前記比較信号と前記基準信号との組を各位相比較器に入力し、前記位相比較器の出力を基に前記比較信号と前記基準信号の位相差を測定することを特徴とする測定装置。
(Additional remark 1) The comparison part which compares the phase of the 1st input signal and the 2nd input signal, and outputs the phase relation of the 1st input signal and the 2nd input signal,
A first holding unit that receives and outputs a phase comparison result output from the comparison unit as a third input signal;
A first signal generation unit that determines whether or not a phase comparison result by the comparison unit is fixed based on an output of the comparison unit, and outputs a first control signal when it is determined that the phase comparison result is fixed And
The phase comparator according to
(Supplementary Note 2) When a phase comparison result between the first input signal and the second input signal is not fixed and a predetermined output is output from the comparison unit, the first holding unit is the third The phase comparator according to
(Supplementary note 3) The phase comparison according to
(Supplementary Note 4) The first signal generation unit detects that the phase comparison result has been determined by changing the output of the comparison unit from the predetermined output, and detects the first control signal after a predetermined time from the detection. The phase comparator according to
(Additional remark 5) The 2nd holding | maintenance part which receives and outputs the output of the said 1st holding | maintenance part as a 4th input signal,
A second signal generation unit that detects that the phase comparison result by the comparison unit is confirmed and stops the second control signal based on a reference clock;
5. The phase comparator according to
(Supplementary note 6) The phase comparator according to
(Supplementary note 7) The
(Appendix 8) The phase comparator according to any one of
A plurality of delay elements for delaying the comparison signal;
A plurality of delay elements for delaying the reference signal;
A set of the comparison signal and the reference signal, each having a different delay amount for each set, is input to each phase comparator, and the phase difference between the comparison signal and the reference signal is measured based on the output of the phase comparator. A measuring apparatus characterized by:
10 比較部
20 ホールド信号生成部
30、50 ホールド回路
40 クロック同期信号生成部
CMP 比較信号
REF 基準信号
10
Claims (5)
前記比較部より出力される位相比較結果を第3入力信号として受信して出力する第1の保持部と、
前記比較部の出力に基づいて前記比較部による位相比較結果が確定したか否かを判定し、位相比較結果が確定したと判定した場合には第1制御信号を出力する第1の信号生成部とを備え、
前記第1の保持部は、前記第1制御信号が出力されている期間は前記第3入力信号を保持することを特徴とする位相比較器。 A comparator that compares phases of the first input signal and the second input signal and outputs a phase relationship between the first input signal and the second input signal;
A first holding unit that receives and outputs a phase comparison result output from the comparison unit as a third input signal;
A first signal generation unit that determines whether or not a phase comparison result by the comparison unit is fixed based on an output of the comparison unit, and outputs a first control signal when it is determined that the phase comparison result is fixed And
The phase comparator according to claim 1, wherein the first holding unit holds the third input signal during a period in which the first control signal is output.
前記第1制御信号が出力されていない期間であって、かつ前記比較部の出力が所定出力である場合には、前記第3入力信号を保持し、
前記第1制御信号が出力されていない期間であって、かつ前記比較部の出力が前記所定出力でない場合には、前記比較部より出力される位相比較結果を前記第3入力信号として取り込むことを特徴とする請求項1記載の位相比較器。 The first holding part is
When the first control signal is not output and the output of the comparison unit is a predetermined output, the third input signal is held,
When the first control signal is not output and the output of the comparison unit is not the predetermined output, the phase comparison result output from the comparison unit is captured as the third input signal. The phase comparator according to claim 1.
前記比較部による位相比較結果が確定したことを検出し、かつ前記第2入力信号に基づいて、第2制御信号を停止する第2の信号生成部とを備え、
前記第2の保持部は、前記第2制御信号が出力されている期間は前記第4入力信号を保持することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の位相比較器。 A second holding unit that receives and outputs the output of the first holding unit as a fourth input signal;
A second signal generation unit that detects that the phase comparison result by the comparison unit is fixed and stops the second control signal based on the second input signal ;
The phase comparator according to claim 1, wherein the second holding unit holds the fourth input signal during a period in which the second control signal is output.
比較信号を遅延させる複数の遅延素子と、
基準信号を遅延させる複数の遅延素子とを備え、
組毎に遅延量を互いに異ならせた前記比較信号と前記基準信号との組を、前記比較信号を前記第1入力信号とし、前記基準信号を前記第2入力信号として、各位相比較器に入力し、前記位相比較器の出力を基に前記比較信号と前記基準信号の位相差を測定することを特徴とする測定装置。 The phase comparator according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of delay elements for delaying the comparison signal;
A plurality of delay elements for delaying the reference signal;
A set of the comparison signal and the reference signal having different delay amounts for each set is input to each phase comparator with the comparison signal as the first input signal and the reference signal as the second input signal. And measuring the phase difference between the comparison signal and the reference signal based on the output of the phase comparator.
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