JP5347534B2 - Phase comparator, PLL circuit, and phase comparator control method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phase comparator, a PLL circuit, and a method of controlling the phase comparator, capable of accurately detecting phase difference between an output signal of a voltage controlled oscillator VCO and a reference signal as a digital signal. <P>SOLUTION: The comparator includes delay circuits in which a plurality of stages are respectively cascade-connected, and the reference signal and an object signal are input, a holding circuit for output of phase difference between the reference signal and the object signal by difference of delay times in respective stages, and a logic circuit for changing time difference and magnitude of each delay element based on its output results. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、位相比較器及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a phase comparator and a control method thereof.

IEEE802.11a/gのWLAN(Wireless Local Area Network)などの高速無線通信方式は、限られた周波数帯域内で、効率的に大容量の信号伝送を行うために、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation:直交振幅変調)、64QAMなどの高度変調を導入している。これら無線通信に用いられる無線用のチップでは、デジタル信号処理部の消費電力が大きいために、比較的低速なIEEE802.11bのWLANを除き、携帯電話などの端末への内蔵が進んでいない。   IEEE802.11a / g WLAN (Wireless Local Area Network) and other high-speed wireless communication systems use 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation: Quadrature Amplitude Modulation) to efficiently transmit large volumes of signals within a limited frequency band. Modulation), 64QAM and other advanced modulation are introduced. In these wireless chips used for wireless communication, since the power consumption of the digital signal processing unit is large, the wireless chip is not built into a terminal such as a mobile phone except for a relatively low-speed IEEE802.11b WLAN.

近年、このような信号処理を低消費電力で行うことを目的として、微細CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor:相補型金属酸化膜半導体)デバイスのベースバンドへの適用が進められており、それに伴いベースバンドの電源電圧は低くなっている。今後は、低コスト化のために、デジタル部とRF部を一体化した、いわゆるシステムオンチップ(System on Chip:SoC)化が加速される傾向にある。この場合、微細デバイスでRF部も作る必要があるために、RF回路も低電圧動作が必要になってくる。
しかしながら、本発明に関連するアナログ方式をベースとしたRF(Radio Frequency:無線周波数)回路では、微細化による素子特性変動を考えると、これ以上の低電圧化は困難である。低電圧化により、大きな影響を受けるRFブロックのひとつに、PLL(Phase Locked Loop:位相同期ループ)回路がある。
In recent years, for the purpose of performing such signal processing with low power consumption, the application to the baseband of fine CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) devices has been promoted. The power supply voltage of the band is low. In the future, in order to reduce costs, so-called system on chip (SoC), in which the digital part and the RF part are integrated, is accelerating. In this case, since it is necessary to make an RF part with a fine device, the RF circuit also needs to operate at a low voltage.
However, in an RF (Radio Frequency: radio frequency) circuit based on an analog system related to the present invention, it is difficult to further reduce the voltage in consideration of variations in element characteristics due to miniaturization. One of the RF blocks that are greatly affected by the low voltage is a PLL (Phase Locked Loop) circuit.

図10は、本発明に関連するアナログ型PLL回路の例である。
図10において、1は位相比較器、2はチャージポンプ、3はループフィルタ、4は電圧制御発振器(VCO: Voltage Controlled Oscillator)、5は分周器である。
FIG. 10 is an example of an analog PLL circuit related to the present invention.
In FIG. 10, 1 is a phase comparator, 2 is a charge pump, 3 is a loop filter, 4 is a voltage controlled oscillator (VCO: Voltage Controlled Oscillator), and 5 is a frequency divider.

この図10に示したPLL回路の動作を以下に説明する。
位相比較器1は、基準信号FREFと、電圧制御発振器VCOの出力信号を分周した信号CKVとを比較した結果に基づいて、出力信号S1、S2を発生する。信号S1は、基準信号FREFの信号CKVに対する位相の進み量を示す信号であり、信号S2は信号CKVの基準信号FREFに対する位相の進み量を示す信号である。これらの信号S1、S2はチャージポンプ2に入力される。このチャージポンプ2の出力信号S3は、ループフィルタ3に入力してそこで高周波成分が除去された後、電圧制御発振器VCO4の制御電圧S4として入力する。
このPLL回路では、基準信号FREF及び信号CKVの周波数及び位相が一致するように動作したときロックして、電圧制御発振器VCO4から得られる周波数(fVCO)が基準信号FREFの分周数倍となる。
The operation of the PLL circuit shown in FIG. 10 will be described below.
The phase comparator 1 generates output signals S1 and S2 based on the result of comparing the reference signal FREF and the signal CKV obtained by dividing the output signal of the voltage controlled oscillator VCO. The signal S1 is a signal indicating the phase advance amount of the reference signal FREF with respect to the signal CKV, and the signal S2 is a signal indicating the phase advance amount of the signal CKV with respect to the reference signal FREF. These signals S1 and S2 are input to the charge pump 2. The output signal S3 of the charge pump 2 is input to the loop filter 3 where high frequency components are removed and then input as the control voltage S4 of the voltage controlled oscillator VCO4.
This PLL circuit is locked when it operates so that the frequencies and phases of the reference signal FREF and the signal CKV coincide with each other, and the frequency (fVCO) obtained from the voltage controlled oscillator VCO4 becomes a frequency division multiple of the reference signal FREF.

電圧制御発振器VCO4の周波数は、例えばインダクタと、MOSバラクタ容量とで構成される共振回路の共振周波数を利用するタイプの場合、MOSバラクタの制御電圧を変化させることで行う。しかし、制御直流電位の変化に対する、周波数の変化量である変調感度を大きくすると、電源雑音や、誘導雑音の影響により、電圧制御発振器VCO4の周波数が変動するという問題がある。この周波数変動の問題を解決するために、変調感度を低く設定しつつ、複数の共振回路を切り替える方式なども提案されている。   The frequency of the voltage controlled oscillator VCO4 is determined, for example, by changing the control voltage of the MOS varactor in the case of a type that uses the resonance frequency of a resonance circuit composed of an inductor and a MOS varactor capacitor. However, when the modulation sensitivity, which is the amount of change in the frequency with respect to the change in the control DC potential, is increased, there is a problem that the frequency of the voltage controlled oscillator VCO4 varies due to the influence of power supply noise and induction noise. In order to solve the problem of frequency fluctuation, a method of switching a plurality of resonance circuits while setting modulation sensitivity low has been proposed.

一方で、容量の制御範囲は、バラクタの線形領域に限られるために、電源電圧が低下すると、結果的に電圧制御発振器VCOの変調感度を大きくせざるを得ず、チップの外部及び内部の雑音などにより局部発振器の周波数が変動する問題があった。   On the other hand, since the control range of the capacitance is limited to the linear region of the varactor, if the power supply voltage decreases, the modulation sensitivity of the voltage controlled oscillator VCO must be increased, resulting in noise outside and inside the chip. There was a problem that the frequency of the local oscillator fluctuated due to such factors.

この周波数の変動の問題を回避する一手段として、デジタル的に電圧制御発振器VCOを制御する回路が発表されている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。
本発明に関連する技術では、電圧制御発振器VCOのバラクタの制御は、直流電位を印加させるのではなく、時間的にオン・オフを繰り返し、その時間比率を変化させることで行う方式である。時間比率は、一定の周期で行わせると、大きなスプリアス(不要輻射)が発生するので、上述した特許文献1及び非特許文献1では、シグマデルタ(ΣΔ変調)変調器を用いることで、信号をランダム化している。
As a means for avoiding this frequency fluctuation problem, a circuit for digitally controlling the voltage controlled oscillator VCO has been disclosed (for example, see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
In the technology related to the present invention, the control of the varactor of the voltage controlled oscillator VCO is a method in which the DC potential is not applied, but is repeatedly turned on and off in time and the time ratio is changed. When the time ratio is made to be constant, a large spurious (unnecessary radiation) is generated. Therefore, in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 described above, a signal is obtained by using a sigma delta (ΣΔ modulation) modulator. Randomized.

このPLL回路がどのように、デジタル式の電圧制御発振器VCOの周波数を検出し、制御するかについて、図11を用いて説明する。
図11は、本発明に関連するデジタル型PLLのブロック図である。
同図において、基準水晶発振器からの出力である基準信号FREFの位相は、位相検出器51において、基準信号FREFの立ち上がりごとに、ラッチ132で周波数制御語FCWを累積することによって得ている(この周波数制御語FCWは、基準信号FREFに対する電圧制御発振器VCO135の出力信号CKVの周波数比、すなわち逓倍数に相当する)。基準水晶発振器の出力信号CKVの位相は、位相検出器52において、その立ち上がりエッジのクロック遷移の数をラッチ118でカウントすることによって得、さらにこの出力を、ラッチ119にて基準信号FREFで累積することにより得ている。
How the PLL circuit detects and controls the frequency of the digital voltage controlled oscillator VCO will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a block diagram of a digital PLL related to the present invention.
In the figure, the phase of the reference signal FREF, which is an output from the reference crystal oscillator, is obtained by accumulating the frequency control word FCW in the latch 132 at the rising edge of the reference signal FREF in the phase detector 51 (this). The frequency control word FCW corresponds to the frequency ratio of the output signal CKV of the voltage controlled oscillator VCO 135 to the reference signal FREF, that is, the multiplication number). The phase of the output signal CKV of the reference crystal oscillator is obtained by counting the number of clock transitions at the rising edge in the phase detector 52 by the latch 118, and this output is accumulated by the reference signal FREF in the latch 119. It is gained by.

各々の位相検出器で算出される位相の関係は、図12(a)〜(d)を用いて具体的に説明する。
図12(a)は、電圧制御発振器VCOの出力信号CKVの位相を検出する回路であり、図11における位相検出器52と同一の構成である。この図12(a)では4ビットの加算器及びラッチ回路を用いている。
電圧制御発振器VCOの出力は、図12(b)に示したように、出力信号CKVの立ち上がりエッジごとに、加算器の数値が累積されていき、基準信号FREFの立ち上がりエッジごとに、その値がラッチされる。この例では、加算器の初期値が0で出力信号CKVのカウントがスタートしており、信号CKV及び基準信号FREFの周波数比が10の場合を想定している。
The relationship between the phases calculated by each phase detector will be specifically described with reference to FIGS.
FIG. 12A is a circuit that detects the phase of the output signal CKV of the voltage controlled oscillator VCO, and has the same configuration as the phase detector 52 in FIG. In FIG. 12A, a 4-bit adder and a latch circuit are used.
As shown in FIG. 12B, the output of the voltage controlled oscillator VCO accumulates the numerical value of the adder at every rising edge of the output signal CKV, and the value is increased at every rising edge of the reference signal FREF. Latched. In this example, it is assumed that the initial value of the adder is 0, the count of the output signal CKV is started, and the frequency ratio between the signal CKV and the reference signal FREF is 10.

一方で、加算器は4ビット構成なので、オーバフローとなる16以上の数値は0からとしてカウントされる。従って、基準信号FREFのタイミングでのラッチ出力は、0、10、4、14、8となる。   On the other hand, since the adder has a 4-bit configuration, a numerical value of 16 or more that causes an overflow is counted as 0. Accordingly, the latch outputs at the timing of the reference signal FREF are 0, 10, 4, 14, 8.

一方、基準信号FREFの位相は、図12(c)の回路で行うが、この回路も図9における位相検出器51と同一の構成で、ここでは4ビット構成の回路となっている。上述したように、目標逓倍数を示す周波数制御語(FCW)は、「10」が入力され、基準周波数FREFの立ち上がりごとに、位相信号は10インクリメントされる。
図12(d)は、この動作を説明する図であり、加算器の初期値は3である場合を示している。初期値が3で、毎回10インクリメントされるので、基準信号FREFごとの回路の出力は、3、13、7、1、11となる。この図の例では、電圧制御発振器VCOの周波数は、目標と一致しているが、位相が電圧制御発振器VCOの3パルス分だけシフトしている。
On the other hand, the phase of the reference signal FREF is performed by the circuit of FIG. 12C. This circuit is also the same configuration as the phase detector 51 in FIG. As described above, “10” is input to the frequency control word (FCW) indicating the target multiplication number, and the phase signal is incremented by 10 every time the reference frequency FREF rises.
FIG. 12D is a diagram for explaining this operation, and shows a case where the initial value of the adder is 3. Since the initial value is 3 and is incremented by 10 every time, the output of the circuit for each reference signal FREF is 3, 13, 7, 1, 11. In the example of this figure, the frequency of the voltage controlled oscillator VCO matches the target, but the phase is shifted by three pulses of the voltage controlled oscillator VCO.

検出した電圧制御発振器VCO及び基準信号FREFの位相差信号の検出手段を、再び図11に戻り説明を行うことにする。これら信号の位相誤差は、位相検出器51、52および加減算器122を備えた位相比較器81において行われる。すなわち、上述した2つのデジタル数値を加減算器122において単純に算術減算することによって位相誤差を得ている。得られた位相誤差信号は、デジタルループフィルタ133によって、高速成分が取り除かれた後に、発振器への利得調整などの処理を行うインターフェイス回路107を介して、発振器に帰還されている。   The detected means for detecting the phase difference signal of the voltage controlled oscillator VCO and the reference signal FREF will be described again with reference to FIG. The phase error of these signals is performed in a phase comparator 81 including phase detectors 51 and 52 and an adder / subtractor 122. That is, the phase error is obtained by simply arithmetically subtracting the above-mentioned two digital numerical values in the adder / subtractor 122. The obtained phase error signal is fed back to the oscillator via the interface circuit 107 that performs processing such as gain adjustment to the oscillator after the high-speed component is removed by the digital loop filter 133.

しかしながら、上述した、信号CKVの立ち上がりエッジごとの遷移数の累積による位相検出方法だけでは、電圧制御発振器VCOの発振周期以下の分解能は実現できないので、上記特許文献1の例では、小位相比較器82を設け、時間デジタル変換器(TDC)83を用いて微小位相誤差を検出している。時間デジタル変換器(TDC)では、図13および図14に示すように、信号CKVの検出された「1」から「0」への遷移の位置は、基準信号FREF110のサンプリングするエッジと信号CKVの立ち上がりエッジ302の間の遅れ時間Δtrで示され、信号CKVの検出された「0」から「1」への遷移の位置は、基準信号FREF(110)のサンプリングするエッジと信号CKV114の立ち下がりエッジ400の間の遅れ時間Δtfで示されている。遅れ時間Δtr、Δtfは量子化され、回路の時間分解能Δtresの倍数で示されている。   However, since the resolution below the oscillation period of the voltage controlled oscillator VCO cannot be realized only by the above-described phase detection method by accumulating the number of transitions for each rising edge of the signal CKV, in the example of Patent Document 1, the small phase comparator is used. 82, and a minute phase error is detected using a time digital converter (TDC) 83. In the time-to-digital converter (TDC), as shown in FIGS. 13 and 14, the detected transition position of the signal CKV from “1” to “0” is determined based on the sampling edge of the reference signal FREF110 and the signal CKV. The position of the detected transition of “0” to “1” of the signal CKV indicated by the delay time Δtr between the rising edges 302 is determined by the sampling edge of the reference signal FREF (110) and the falling edge of the signal CKV114. A delay time Δtf between 400 is indicated. The delay times Δtr and Δtf are quantized and indicated by a multiple of the circuit time resolution Δtres.

図13は、図11に示したデジタル型PLL回路における小位相比較の原理を説明するタイミング図の一例である。図14は、図11に示したデジタル型PLL回路における小位相比較の原理を説明するタイミング図の他の一例である。
ここで、小さな位相誤差ΦFは、Δtf>Δtrである場合には、-Δtr/2(Δtf-Δtr)で与えられ、Δtr>Δtfである場合には、1-Δtr/2(Δtr-Δtf)で与えられる。
FIG. 13 is an example of a timing diagram illustrating the principle of small phase comparison in the digital PLL circuit shown in FIG. FIG. 14 is another example of a timing diagram for explaining the principle of small phase comparison in the digital PLL circuit shown in FIG.
Here, the small phase error ΦF is given by −Δtr / 2 (Δtf−Δtr) when Δtf> Δtr, and 1−Δtr / 2 (Δtr−Δtf) when Δtr> Δtf. Given in.

図15は、図11に示したデジタル型PLL回路における位相比較器のブロック図である。
この位相比較器は、信号CKVの周期以下の位相誤差を検出するための時間デジタル変換器(TDC)83の回路例である。
図15に示す時間デジタル変換器500は、複数のインバータによる遅延要素502とラッチ/レジスタ504とで構成されている。信号CKV(114)は、複数のインバータで順次遅延され、遅延されたベクトルはそれぞれ図示しない基準水晶発振器からの基準クロックFREF(110)の立ち上がりエッジでラッチ/レジスタ504にラッチされる。インバータアレイの遅れの総計が信号CKV(114)のクロック周期を十分カバーする限り、位相誤差をインバータの遅延時間の分解能Δtresまでは検出することが可能である。
FIG. 15 is a block diagram of a phase comparator in the digital PLL circuit shown in FIG.
This phase comparator is a circuit example of a time digital converter (TDC) 83 for detecting a phase error equal to or less than the period of the signal CKV.
A time digital converter 500 shown in FIG. 15 includes a delay element 502 and a latch / register 504 formed of a plurality of inverters. The signal CKV (114) is sequentially delayed by a plurality of inverters, and the delayed vectors are latched in the latch / register 504 at the rising edge of the reference clock FREF (110) from a reference crystal oscillator (not shown). As long as the total delay of the inverter array sufficiently covers the clock period of the signal CKV (114), it is possible to detect the phase error up to the resolution Δtres of the delay time of the inverter.

図16は、図15に示す回路における位相比較器の動作を説明するタイミング図である。
基準水晶発振器からの信号FREF(110)の正への遷移602で、複数のラッチ/レジスタ504がアクセスされ、基準水晶発振器からの信号FREF(110)の立ち上がりエッジを基準とする信号CKV(114)の遅れを示す複数の値の瞬時値604を得る。この瞬時値604は、時間差をデジタル値で示すものと見ることができる。
このデジタル値は、加減算器123により位相検出器51の出力と加減算される。加減算器123により算出された微小位相誤差信号は、デジタルループフィルタ134によって高速成分が除かれ、ΣΔ変調器108により変調された後に、電圧制御発振器VCO135の周波数を高精度に制御している。
FIG. 16 is a timing chart for explaining the operation of the phase comparator in the circuit shown in FIG.
At the positive transition 602 of the signal FREF (110) from the reference crystal oscillator, a plurality of latch / registers 504 are accessed and the signal CKV (114) is referenced to the rising edge of the signal FREF (110) from the reference crystal oscillator. A plurality of instantaneous values 604 indicative of the delay of. This instantaneous value 604 can be regarded as indicating a time difference as a digital value.
This digital value is added / subtracted with the output of the phase detector 51 by the adder / subtractor 123. The minute phase error signal calculated by the adder / subtractor 123 is subjected to high-speed component removal by the digital loop filter 134 and modulated by the ΣΔ modulator 108, and then the frequency of the voltage controlled oscillator VCO 135 is controlled with high accuracy.

図17は、本発明に関連する他のデジタル位相検出器として、特許文献2に開示された発明を概略的に示すブロック回路図である。
図15において、101_1〜101_nは第1の遅延素子、102_1〜102_nは第2の遅延素子、103_1〜103_nはデータ保持回路、104は論理回路、REFは基準信号、CKVは対象信号を示している。
FIG. 17 is a block circuit diagram schematically showing the invention disclosed in Patent Document 2 as another digital phase detector related to the present invention.
In FIG. 15, 101_1 to 101_n are first delay elements, 102_1 to 102_n are second delay elements, 103_1 to 103_n are data holding circuits, 104 is a logic circuit, REF is a reference signal, and CKV is a target signal. .

このデジタル位相検出器は、対象信号CKVを複数の第1の遅延素子101_1〜101_nに通過させることで、各第1の遅延素子101_1〜101_nの遅延時間だけ順次遅延されたFB_1〜FB_nを生成し、さらに基準信号FREFに関しても、これを複数の第2の遅延素子102_1〜102_nに通過させることで、各第2の遅延素子102_1〜102_nの遅延時間だけ順次遅延された信号REF_1〜REF_nを生成する。   This digital phase detector generates FB_1 to FB_n sequentially delayed by the delay time of each of the first delay elements 101_1 to 101_n by passing the target signal CKV through the plurality of first delay elements 101_1 to 101_n. Further, the reference signal FREF is also passed through the plurality of second delay elements 102_1 to 102_n, thereby generating signals REF_1 to REF_n that are sequentially delayed by the delay time of each of the second delay elements 102_1 to 102_n. .

データ保持回路103_1は、対象信号CKVが第1の遅延素子101_1〜101_nの第一段目の101_1で遅延された信号FB_1を、基準信号FREFが第2の遅延素子102_1〜102_nの第一段目の102_1で遅延された信号REF_1の立ち上がりエッジでラッチする。
また、データ保持回路103_nは、対象信号CKVが第1の遅延素子n段分の101_1〜101_nで遅延されたFB_nを、基準信号FREFが第2の遅延素子n段分102_1〜102_nで遅延されたREF_nのエッジでラッチする。すなわち、この例のデジタル位相検出器におけるデータ保持回路103_1〜103_nは、対象信号CKVが第1の遅延素子101_1〜101_nで順次遅延されたFB_1〜FB_nを、基準信号FREFが第2の遅延素子102_1〜102_nで順次遅延された位相の異なる対象信号REF_1〜REF_nのエッジでラッチし、それぞれ各FB_1〜FB_n及びREF_1〜REF_nの位相の進み/遅れの情報をデジタル信号Q_1〜Q_nとして論理回路104に出力する。
The data holding circuit 103_1 uses the signal FB_1 in which the target signal CKV is delayed by the first stage 101_1 of the first delay elements 101_1 to 101_n, and the reference signal FREF is the first stage of the second delay elements 102_1 to 102_n. Latched at the rising edge of the signal REF_1 delayed by 102_1.
In addition, the data holding circuit 103_n has FB_n in which the target signal CKV is delayed by 101_1 to 101_n corresponding to the first delay element n stages, and the reference signal FREF is delayed by 102_1 to 102_n corresponding to the second delay element n stages. Latch on the edge of REF_n. That is, the data holding circuits 103_1 to 103_n in the digital phase detector of this example have FB_1 to FB_n in which the target signal CKV is sequentially delayed by the first delay elements 101_1 to 101_n, and the reference signal FREF is the second delay element 102_1. Is latched at the edges of the target signals REF_1 to REF_n which are sequentially delayed by 102_n, and the phase advance / delay information of FB_1 to FB_n and REF_1 to REF_n is output to the logic circuit 104 as digital signals Q_1 to Q_n, respectively. To do.

図18は、図17に示すデジタル位相検出器の動作の一例を説明するためのタイミング図である。なお、図18は、便宜的に、5つのデータ保持回路103_1〜103_5による処理を示している。   FIG. 18 is a timing chart for explaining an example of the operation of the digital phase detector shown in FIG. Note that FIG. 18 shows processing by the five data holding circuits 103_1 to 103_5 for convenience.

図18に示されるように、対象信号CKVは、複数の第1の遅延素子101_1〜101_5を順次通過することにより、第1の遅延素子101(101_1〜101_5)の一段毎の遅延時間が順次加算された信号FB_1〜FB_5となって、それぞれデータ保持回路103_1〜103_5のデータ端子Dに入力される。   As shown in FIG. 18, the target signal CKV sequentially passes through the plurality of first delay elements 101_1 to 101_5, thereby sequentially adding delay times for each stage of the first delay elements 101 (101_1 to 101_5). The signals FB_1 to FB_5 are input to the data terminals D of the data holding circuits 103_1 to 103_5, respectively.

また、基準信号FREFは、複数の第2の遅延素子102_1〜102_5を順次通過することにより、第2の遅延素子102(102_1〜102_5)の一段毎の遅延時間が順次加算された信号REF_1〜REF_5、それぞれデータ保持回路103_1〜103_5のクロック端子に入力される。   Further, the reference signal FREF sequentially passes through the plurality of second delay elements 102_1 to 102_5, whereby signals REF_1 to REF_5 obtained by sequentially adding the delay times for each stage of the second delay elements 102 (102_1 to 102_5). Are respectively input to the clock terminals of the data holding circuits 103_1 to 103_5.

各データ保持回路103_1〜103_5は、103_1〜103_5の信号の立ち上がりタイミングで対応する対象信号FB_1〜FB_5をラッチし、出力Q_1〜Q_5を論理回路104に出力する。   The data holding circuits 103_1 to 103_5 latch the corresponding target signals FB_1 to FB_5 at the rising timing of the signals 103_1 to 103_5, and output the outputs Q_1 to Q_5 to the logic circuit 104.

さらに、本実施形態のデジタル位相検出器では、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の遅延時間は、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延時間とは異なるように構成されており、第1の遅延素子101の遅延時間と第2の遅延素子102の遅延時間との差ΔDに応じてデジタル位相検出器の分解能が規定されることになる。
ここで、デジタル位相検出器の分解能は、第1の遅延素子101の遅延時間と第2の遅延素子102の遅延時間との差ΔDが小さいほど高くなり、第1の遅延素子101の遅延時間と第2の遅延素子102の遅延時間との差ΔDが大きいほど低くなる。
Furthermore, in the digital phase detector of the present embodiment, the delay time of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) is configured to be different from the delay time of the second delay element 102 (102_1 to 102_n). Therefore, the resolution of the digital phase detector is defined according to the difference ΔD between the delay time of the first delay element 101 and the delay time of the second delay element 102.
Here, the resolution of the digital phase detector increases as the difference ΔD between the delay time of the first delay element 101 and the delay time of the second delay element 102 decreases, and the delay time of the first delay element 101 The larger the difference ΔD from the delay time of the second delay element 102, the lower the value.

このように、第1の遅延素子101および第2の遅延素子102の遅延時間を制御することにより、位相検出分解能を制御することができるが、位相検出分解能と第1の遅延素子101および第2の遅延素子102の段数との積が検出できる位相差の範囲となる。   As described above, the phase detection resolution can be controlled by controlling the delay time of the first delay element 101 and the second delay element 102. However, the phase detection resolution and the first delay element 101 and the second delay element 102 can be controlled. The product of the delay element 102 and the number of stages of the delay element 102 is a phase difference range that can be detected.

ここで、位相比較器関係の技術の一例が特許文献3〜5に記載されている。
特許文献3のデジタル位相ロックループ回路は、「位相のフィードバックを行うことにより入力周波数と出力周波数とを一致させる第1及び第2のループを有し、同期すべきクロック源が失われた場合に同期していたクロック周波数を記憶しておき該周波数を長期保持するデジタル位相ロックループ回路において、予め決められた周波数と前記出力周波数とを比較し、該比較結果を前記第1及び第2のループにおけるフィードバックに用いる第3のループを有する」ものであり、以下のように動作する。
Here, examples of techniques related to the phase comparator are described in Patent Documents 3 to 5.
The digital phase-locked loop circuit disclosed in Patent Document 3 has “first and second loops that match the input frequency and the output frequency by performing phase feedback, and the clock source to be synchronized is lost. In a digital phase locked loop circuit that stores a synchronized clock frequency and holds the frequency for a long period of time, a predetermined frequency is compared with the output frequency, and the comparison result is compared with the first and second loops. It has a third loop used for feedback in “and operates as follows.

このデジタル位相ロックループ回路によれば、第3のループ内の算出手段において、固定周波数発振器から出力された信号の周波数と出力周波数との差が算出され、算出された差が記憶手段に記憶され、比較手段において、固定周波数発振器から出力された信号の周波数と現在の出力周波数との差と、記憶手段に記憶された差とが比較され、該比較結果に基づいた周波数を有する信号が電圧制御発振器から出力され、それにより、固定周波数発振器から出力された信号の周波数と現在の出力周波数との差と、記憶手段に記憶された差とが等しくなるように制御される。このように、HOLD OVER遷移時に動作する第3のループを新たに設けることで、HOLD OVER動作の長期安定度の向上が図られるとしている。   According to this digital phase-locked loop circuit, the calculation means in the third loop calculates the difference between the frequency of the signal output from the fixed frequency oscillator and the output frequency, and the calculated difference is stored in the storage means. In the comparison means, the difference between the frequency of the signal output from the fixed frequency oscillator and the current output frequency is compared with the difference stored in the storage means, and the signal having the frequency based on the comparison result is voltage-controlled. The difference between the frequency of the signal output from the oscillator and the signal output from the fixed frequency oscillator and the current output frequency is controlled to be equal to the difference stored in the storage means. Thus, it is said that the long-term stability of the HOLD OVER operation can be improved by newly providing a third loop that operates during the HOLD OVER transition.

特許文献4のデジタルPLL回路は、「基準クロックで動作する第1のnビットレジスタ(nは2以上の整数)と、この第1のnビットレジスタの出力バス値と発振周波数を決定する入力値とを加算するnビット加算器とからなり、nビット加算器の出力バス値を第1のnビットレジスタへの入力とし、第1のnビットレジスタの連続した2個の出力バス値のMSBを比較するとともに、第1のnビットレジスタの連続した2個の出力バス値の絶対値を比較し、第1のnビットレジスタの連続した2個の出力バス値のMSBの比較結果および第1のnビットレジスタの連続した2個の出力バス値の絶対値の比較結果に基づいて第1のnビットレジスタの出力バス値のMSBの遅延量を最適に制御し、第1のnビットレジスタの出力バス値のMSBの遅延信号を可変周波数発振器出力とするデジタル可変周波数発振器を用い、位相比較タイミングにおける第1のnビットレジスタの出力する連続した2個の出力バス値の平均値からなる位相比較出力をnビット加算器へ発振周波数を決定する入力値として入力した」ものであり、以下のように動作する。   The digital PLL circuit of Patent Document 4 is “a first n-bit register (n is an integer equal to or greater than 2) that operates with a reference clock, an output bus value of this first n-bit register, and an input value that determines an oscillation frequency. And the output bus value of the n-bit adder as an input to the first n-bit register, and the MSBs of two consecutive output bus values of the first n-bit register And comparing absolute values of two consecutive output bus values of the first n-bit register, comparing the MSB of the two consecutive output bus values of the first n-bit register, and the first The MSB delay amount of the output bus value of the first n-bit register is optimally controlled based on the comparison result of the absolute values of two consecutive output bus values of the n-bit register, and the output of the first n-bit register Variable bus value MSB delay signal Using a digital variable frequency oscillator as a wave number oscillator output, the phase comparison output consisting of the average value of two consecutive output bus values output from the first n-bit register at the phase comparison timing is sent to the n-bit adder as the oscillation frequency. It is input as the input value to be determined, and operates as follows.

このデジタルPLL回路によれば、周波数の低い基準クロックで高い周波数分解能を得ることでき、しかも位相比較を正確に実施でき、かつ可変周波数発振器出力の位相精度を最大0.5基準クロック、つまり0.5基準クロック以下にしたデジタルPLL回路を実現できるとしている。   According to this digital PLL circuit, high frequency resolution can be obtained with a low frequency reference clock, phase comparison can be performed accurately, and the phase accuracy of the variable frequency oscillator output can be increased to 0.5 reference clock, that is, 0. A digital PLL circuit with 5 reference clocks or less can be realized.

特許文献5の位相調整回路は、「離散的にデータ信号とクロック信号との位相を調整する位相調整回路であって、クロック信号を遅延させて遅延クロック信号を生成する遅延線と、データ信号と遅延クロック信号との位相を比較する位相比較器と、位相比較器の比較結果に基づいて、第1の遅延制御信号を出力する第1の遅延制御部と、クロック信号の周波数に基づいて、第2の遅延制御信号を出力する第2の遅延制御部とを備え、遅延線は、第1及び第2の遅延制御信号に基づいて、クロック信号に対する遅延クロック信号の遅延量を決定する」ものであり、以下のように動作する。   The phase adjustment circuit disclosed in Patent Document 5 is “a phase adjustment circuit that discretely adjusts the phase of a data signal and a clock signal, a delay line that delays the clock signal to generate a delayed clock signal, a data signal, A phase comparator that compares the phase of the delayed clock signal, a first delay control unit that outputs a first delay control signal based on the comparison result of the phase comparator, and a first delay control unit that outputs a first delay control signal based on the frequency of the clock signal. And a delay line that determines a delay amount of the delayed clock signal relative to the clock signal based on the first and second delay control signals ”. Yes, it works as follows.

この位相調整回路によれば、ケーブル等の伝送経路を有するデータ伝送における位相調整回路に関して、デジタル遅延線を利用してもデータレートと遅延線ゲインの関係を最適に設定することが可能となり、低面積、省電力、プロセスポーティング容易化、設計容易化といったデジタル遅延線の優位性と、データ受信性能とを両立することが可能となるとしている。   According to this phase adjustment circuit, regarding the phase adjustment circuit in data transmission having a transmission path such as a cable, it is possible to optimally set the relationship between the data rate and the delay line gain even if a digital delay line is used. The advantages of the digital delay line such as area, power saving, ease of process porting, and ease of design are compatible with data reception performance.

特開2002−76886号公報JP 2002-76886 A 特開2007−110370号公報JP 2007-110370 A 特開2000−315945号公報JP 2000-315945 A 特開2001−244810号公報JP 2001-244810 A 特開2007−110323号公報JP 2007-110323 A

Journal of Solid-State Circuit, Vol39, No.12, 2004, pp.2278-2291Journal of Solid-State Circuit, Vol39, No.12, 2004, pp.2278-2291

以上述べたように、デジタル的に電圧制御発振器VCOを制御することで、微細CMOSデバイスの低電圧動作でも、安定で、高精度な発振信号を実現することができるが、電圧制御発振器VCOの発振周波数が高くなるにつれて、時間分解能への要求が厳しくなることが予想される。   As described above, by controlling the voltage controlled oscillator VCO digitally, a stable and highly accurate oscillation signal can be realized even in the low voltage operation of a fine CMOS device. However, the oscillation of the voltage controlled oscillator VCO It is expected that the demand for time resolution will become stricter as the frequency increases.

上述した特許文献1に記載の時間分解能は、インバータの遅延時間で決定されるので、半導体製造技術上ある一定以下の遅延時間は実現できない。例えば、8GHzでは1周期が125psであるところ、90nmプロセスでは分解能は20ps程度となる。また、特許文献2に記載の技術では、分解能を向上させようとすると、単純には、第1の遅延素子101の遅延時間と第2の遅延素子102の遅延時間との差ΔDを小さく設定する必要がある。検出できる位相差の範囲をある一定量確保するためには、遅延素子の段数を著しく増加させる必要がある。
例えば、分解能を1psとするには、遅延素子の段数は、特許文献1に記載の技術の場合の20倍必要となる。
Since the time resolution described in Patent Document 1 described above is determined by the delay time of the inverter, a delay time below a certain level in the semiconductor manufacturing technology cannot be realized. For example, at 8 GHz, one period is 125 ps, but with a 90 nm process, the resolution is about 20 ps. In the technique described in Patent Document 2, in order to improve the resolution, the difference ΔD between the delay time of the first delay element 101 and the delay time of the second delay element 102 is simply set small. There is a need. In order to secure a certain amount of phase difference range that can be detected, it is necessary to significantly increase the number of stages of delay elements.
For example, in order to set the resolution to 1 ps, the number of stages of delay elements is 20 times that in the case of the technique described in Patent Document 1.

また、特許文献2に記載の技術で、各遅延素子の遅延時間を一定にしないで、各段で異なるように設定すると必要段数を減らすことが可能であるが、素子ばらつきの影響で、正確な位相差を判別することが出来なくなる問題がある。特許文献3〜5に記載の技術も同様な問題がある。   Further, with the technique described in Patent Document 2, it is possible to reduce the required number of stages by setting the delay time of each delay element to be different at each stage without making the delay time constant. There is a problem that the phase difference cannot be determined. The techniques described in Patent Documents 3 to 5 have the same problem.

本発明の課題は上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、電圧制御発振器VCOの出力信号と参照信号との位相差をデジタル信号として高精度に検知できる位相比較器、PLL回路、及び位相比較器の制御方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the purpose thereof is a phase comparator capable of detecting a phase difference between an output signal of a voltage controlled oscillator VCO and a reference signal as a digital signal with high accuracy. And a method of controlling a PLL circuit and a phase comparator.

本発明の位相比較器は、各々複数段縦列接続され、基準信号および対象信号が入力される遅延回路と、各々の段の遅延時間の差により、前記基準信号と前記対象信号との位相差を出力する保持回路と、その出力結果を元に、前記遅延素子の時間差及び大小を変更する論理回路とを備えたことを特徴とする。   The phase comparator of the present invention includes a delay circuit that is connected in a plurality of stages, each of which is connected to a reference signal and a target signal, and a phase difference between the reference signal and the target signal based on a difference in delay time of each stage. A holding circuit for outputting, and a logic circuit for changing a time difference and a magnitude of the delay element based on the output result are provided.

本発明のPLL回路は、上記構成の位相比較器を用いたことを特徴とする。   The PLL circuit of the present invention is characterized by using the phase comparator configured as described above.

本発明の制御方法は、基準信号および対象信号を、各々複数段縦列接続した遅延素子に入力し、各々の段の遅延時間の差により、前記基準信号と前記対象信号との位相差をデジタル出力し、その出力結果を元に、前記遅延素子の時間差及び大小を変更することを特徴とする。   According to the control method of the present invention, a reference signal and a target signal are input to delay elements connected in a plurality of stages, and a phase difference between the reference signal and the target signal is digitally output based on a difference in delay time of each stage. Then, based on the output result, the time difference and the size of the delay element are changed.

本発明によれば、電圧制御発振器VCOの出力信号と参照信号との位相差をデジタル信号として高精度に検知できる位相比較器、PLL回路、及び位相比較器の制御方法の提供を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a phase comparator, a PLL circuit, and a control method for the phase comparator that can detect the phase difference between the output signal of the voltage controlled oscillator VCO and the reference signal as a digital signal with high accuracy. it can.

本発明の第1の実施の形態を説明するためのデジタル位相比較器を示すブロック図の一例である。It is an example of the block diagram which shows the digital phase comparator for demonstrating the 1st Embodiment of this invention. 図1に示したデジタル位相検出器の動作を説明するためのタイミング図の一例である。It is an example of the timing diagram for demonstrating operation | movement of the digital phase detector shown in FIG. 本発明の第2の実施の形態を説明するための位相比較器のブロック図の一例である。It is an example of the block diagram of the phase comparator for demonstrating the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態を説明するための位相比較器のブロック図の一例である。It is an example of the block diagram of the phase comparator for demonstrating the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態のタイミング図の一例である。It is an example of the timing diagram of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態のタイミング図の一例である。It is an example of the timing diagram of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態を説明するための位相比較器のブロック図の一例である。It is an example of the block diagram of the phase comparator for demonstrating the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態のタイミング図の一例である。It is an example of the timing diagram of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態を説明するための位相比較器のブロック図の一例である。It is an example of the block diagram of the phase comparator for demonstrating the 5th Embodiment of this invention. 本発明に関連するアナログ型PLL回路のブロック図の例である。It is an example of the block diagram of the analog type PLL circuit relevant to this invention. 本発明に関連するデジタル型PLL回路のブロック図である。It is a block diagram of a digital type PLL circuit related to the present invention. 図11に示したデジタル型PLL回路における位相検出部の動作を説明するタイミング図。FIG. 12 is a timing chart for explaining the operation of the phase detection unit in the digital PLL circuit shown in FIG. 11. 図11に示したデジタル型PLL回路における小位相比較の原理を説明するタイミング図の一例である。FIG. 12 is an example of a timing diagram illustrating the principle of small phase comparison in the digital PLL circuit shown in FIG. 11. 図11に示したデジタル型PLL回路における小位相比較の原理を説明するタイミング図の他の一例である。FIG. 12 is another example of a timing diagram illustrating the principle of small phase comparison in the digital PLL circuit shown in FIG. 11. 図11に示したデジタル型PLL回路における位相比較器のブロック図である。FIG. 12 is a block diagram of a phase comparator in the digital PLL circuit shown in FIG. 11. 図15に示す回路における位相比較器の動作を説明するタイミング図である。FIG. 16 is a timing chart for explaining the operation of the phase comparator in the circuit shown in FIG. 15. 本発明に関連する他のデジタル位相検出器として、特許文献2に開示された発明を概略的に示すブロック回路図である。FIG. 10 is a block circuit diagram schematically showing the invention disclosed in Patent Document 2 as another digital phase detector related to the present invention. 図17に示すデジタル位相検出器の動作の一例を説明するためのタイミング図である。FIG. 18 is a timing chart for explaining an example of the operation of the digital phase detector shown in FIG. 17.

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態を説明するためのデジタル位相比較器を示すブロック図の一例である。
以下の実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して、重複する説明は適宜省略する。
図1において、101_1〜01_nは第1の遅延素子、102_1〜102_nは第2の遅延素子、103_0〜103_nはデータ保持回路、104は論理回路、FREFは、基準水晶発振器から得られる基準信号、CKVは比較対象信号である。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is an example of a block diagram showing a digital phase comparator for explaining the first embodiment of the present invention.
In the following embodiments, the same members are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate.
In FIG. 1, 101_1 to 01_n are first delay elements, 102_1 to 102_n are second delay elements, 103_0 to 103_n are data holding circuits, 104 is a logic circuit, FREF is a reference signal obtained from a reference crystal oscillator, CKV Is a signal to be compared.

このデジタル位相検出器は、対象信号CKVを、複数の第1の遅延素子101_1〜101_nに通過させることで、各第1の遅延素子101_1〜101_nの遅延時間だけ順次遅延されたFB_1〜FB_nを生成する。さらに基準信号FREFに関しても、これを複数の第2の遅延素子102_1〜102_nに通過させることで、各第2の遅延素子102_1〜102_nの遅延時間だけ順次遅延された信号REF_1〜REF_nを生成する。   The digital phase detector generates FB_1 to FB_n sequentially delayed by the delay time of each of the first delay elements 101_1 to 101_n by passing the target signal CKV through the plurality of first delay elements 101_1 to 101_n. To do. Further, the reference signal FREF is also passed through a plurality of second delay elements 102_1 to 102_n, thereby generating signals REF_1 to REF_n that are sequentially delayed by the delay times of the second delay elements 102_1 to 102_n.

データ保持回路103_1は、対象信号CKVが第1の遅延素子101_1〜101_nの第一段目の101_1で遅延された信号FB_1を、基準信号FREFが第2の遅延素子102_1〜102_nの第一段目の102_1で遅延された信号REF_1の立ち上がりエッジでラッチする。   The data holding circuit 103_1 uses the signal FB_1 in which the target signal CKV is delayed by the first stage 101_1 of the first delay elements 101_1 to 101_n, and the reference signal FREF is the first stage of the second delay elements 102_1 to 102_n. Latched at the rising edge of the signal REF_1 delayed by 102_1.

また、データ保持回路103_nは、対象信号CKVが第1の遅延素子n段分の101_1〜101_nで遅延された信号FB_nを、基準信号FREFが第2の遅延素子n段分102_1〜102_nで遅延された信号REF_nのエッジでラッチする。すなわち、この例のデジタル位相検出器におけるデータ保持回路103_1〜103_nは、それぞれ各信号FB_1〜FB_nと、信号REF_1〜REF_nとの位相の進み/遅れの情報をデジタル信号Q_1〜Q_nとして論理回路104に出力する。   The data holding circuit 103_n also delays the signal FB_n in which the target signal CKV is delayed by 101_1 to 101_n corresponding to the first delay element n stages, and the reference signal FREF is delayed by 102_1 to 102_n corresponding to the second delay element n stages. Latch at the edge of the signal REF_n. That is, the data holding circuits 103_1 to 103_n in the digital phase detector of this example provide the logic circuit 104 with the information on the phase advance / lag of the signals FB_1 to FB_n and the signals REF_1 to REF_n, respectively, as digital signals Q_1 to Q_n. Output.

本実施形態のデジタル位相検出器において、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の遅延時間は、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延時間とは異なるように構成されており、第1の遅延素子101の遅延時間と第2の遅延素子102の遅延時間との差ΔDに応じてデジタル位相検出器の分解能が規定されることになる。   In the digital phase detector of the present embodiment, the delay time of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) is configured to be different from the delay time of the second delay element 102 (102_1 to 102_n), The resolution of the digital phase detector is defined according to the difference ΔD between the delay time of the first delay element 101 and the delay time of the second delay element 102.

ここで、デジタル位相検出器の分解能は、第1の遅延素子101の遅延時間と第2の遅延素子102の遅延時間との差ΔDが小さいほど高くなり、第1の遅延素子101の遅延時間と第2の遅延素子102の遅延時間との差ΔDが大きいほど低くなる。   Here, the resolution of the digital phase detector increases as the difference ΔD between the delay time of the first delay element 101 and the delay time of the second delay element 102 decreases, and the delay time of the first delay element 101 The larger the difference ΔD from the delay time of the second delay element 102, the lower the value.

また、本実施形態における各々の遅延素子は、一つのバッファ回路と、当該バッファ回路の出力端子に各々接続されたスイッチと、各スイッチを介して接続された複数の同一サイズの容量素子とで構成されている。出力端子に接続される容量の数を変化させることで、遅延時間を制御する。   In addition, each delay element in the present embodiment includes one buffer circuit, a switch connected to each output terminal of the buffer circuit, and a plurality of capacitive elements of the same size connected via each switch. Has been. The delay time is controlled by changing the number of capacitors connected to the output terminal.

本実施形態の動作を、図2を参照して説明する。
図2は、図1に示したデジタル位相検出器の動作を説明するためのタイミング図の一例である。
ここで、位相比較の開始時点では、対象信号CKVが、基準信号FREFに対してΔTだけ進んでいる場合を考える。
本実施形態では最初に、第1の遅延素子101と、第2の遅延素子102との位相差ΔDを最大に設定する。すなわち、第1の遅延素子101の出力端子にn個の全ての容量素子C1〜Cnを接続する。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is an example of a timing diagram for explaining the operation of the digital phase detector shown in FIG.
Here, it is assumed that the target signal CKV is advanced by ΔT with respect to the reference signal FREF at the start of phase comparison.
In the present embodiment, first, the phase difference ΔD between the first delay element 101 and the second delay element 102 is set to the maximum. That is, all n capacitive elements C 1 to Cn are connected to the output terminal of the first delay element 101.

一方、第2の遅延素子102の出力端子には容量素子C1〜Cnを接続しない。バッファ回路の遅延時間をtd0とし、容量素子が1個接続される毎の遅延時間の増加分をδとすると、この場合では、第1の遅延素子101の遅延量は、td0+nδ、第2の遅延素子102の遅延量はtd0となり、時間差はnδとなる。1段目の遅延回路を経由する前の段階でのデータ保持回路103_0の出力は「1」となり、順次遅延素子を経由するごとに、位相差がnδだけ順次小さくなる。各々の遅延回路の数段分で遅延した対象信号CKVと基準信号FREFとの位相関係が逆転するとデータ保持回路103の出力が反転する。反転したデータ保持回路103が初段から4番目であれば、初期の位相差は、3nδと4nδとの間にあるとわかる。   On the other hand, the capacitive elements C 1 to Cn are not connected to the output terminal of the second delay element 102. In this case, the delay amount of the first delay element 101 is td0 + nδ, where td0 is the delay time of the buffer circuit, and δ is the increase in delay time every time one capacitive element is connected. The delay amount of the delay element 102 is td0, and the time difference is nδ. The output of the data holding circuit 103_0 at the stage before passing through the first-stage delay circuit becomes “1”, and the phase difference gradually decreases by nδ every time it passes through the delay elements. When the phase relationship between the target signal CKV delayed by several stages of each delay circuit and the reference signal FREF is reversed, the output of the data holding circuit 103 is inverted. If the inverted data holding circuit 103 is fourth from the first stage, it can be seen that the initial phase difference is between 3nδ and 4nδ.

4段目のデータ保持回路103_4の入力端子では、対象信号CKVは、基準信号FREFに対して進んでおり、それゆえデータ保持回路103の出力は「0」となっているが、5段目以降、順次遅延素子を経由するごとに、位相差が−(n/2)δだけ、対象信号CKVが遅れるようになる。各々の遅延回路の数段分で遅延した対象信号CKVと基準信号FREFとの位相関係が逆転するとデータ保持回路103の出力が再び反転する。
再び反転したデータ保持回路103が初段から6番目であれば、初期の位相差は、4nδ−2(n/2)δと4nδ−(n/2)δとの間にあるとわかる。
At the input terminal of the fourth-stage data holding circuit 103_4, the target signal CKV is advanced with respect to the reference signal FREF. Therefore, the output of the data holding circuit 103 is “0”. The target signal CKV is delayed by a phase difference of − (n / 2) δ every time it sequentially passes through the delay element. When the phase relationship between the target signal CKV delayed by several stages of each delay circuit and the reference signal FREF is reversed, the output of the data holding circuit 103 is reversed again.
If the inverted data holding circuit 103 is the sixth from the first stage, it can be seen that the initial phase difference is between 4nδ-2 (n / 2) δ and 4nδ- (n / 2) δ.

次に、第1の遅延素子101及び第2の遅延素子102の遅延量の大小関係を再び反転させると共に、その差を再びこれまでより小さく設定する。例えば、第1の遅延素子101のバッファ出力はn個すべての容量素子を接続する。   Next, the magnitude relationship between the delay amounts of the first delay element 101 and the second delay element 102 is inverted again, and the difference is set again smaller than before. For example, the buffer output of the first delay element 101 connects all n capacitive elements.

一方、第2の遅延素子102のバッファ出力には(3n/4)個の容量素子を接続する。このとき、第1の遅延素子101の遅延量は、td0+nδ、第2の遅延素子102の遅延量はtd0+(3n/4)δとなり、時間差は+(n/4)δとなる。6段目のデータ保持回路103_6の入力端子では、対象信号CKVは、基準信号FREFに対して遅れており、それゆえデータ保持回路103の出力は「1」となっているが、7段目以降、順次遅延素子を経由するごとに、位相差が+(n/4)δだけ、対象信号CKVが遅れるようになる。   On the other hand, (3n / 4) capacitor elements are connected to the buffer output of the second delay element 102. At this time, the delay amount of the first delay element 101 is td0 + nδ, the delay amount of the second delay element 102 is td0 + (3n / 4) δ, and the time difference is + (n / 4) δ. At the input terminal of the sixth stage data holding circuit 103_6, the target signal CKV is delayed with respect to the reference signal FREF, and therefore the output of the data holding circuit 103 is “1”. Each time the signal passes through the delay element, the target signal CKV is delayed by a phase difference of + (n / 4) δ.

各々の遅延回路の数段分で遅延した対象信号と基準信号の位相関係が逆転するとデータ保持回路103の出力が再び反転する。再び反転したデータ保持回路103が初段から7番目であれば、初期の位相差は、4nδ−2(n/2)δ+(n/4)δと、4nδ−2(n/2)δとの間にあるとわかる。これを、順次繰り返すことで、効率的に高分解能な位相比較器が実現できる。しかも、本発明に関連する技術のように、位相検出分解能が、検出できる位相差の範囲に直結しないので、設計の自由度も広くなる。   When the phase relationship between the target signal delayed by several stages of each delay circuit and the reference signal is reversed, the output of the data holding circuit 103 is reversed again. If the inverted data holding circuit 103 is the seventh from the first stage, the initial phase difference is 4nδ-2 (n / 2) δ + (n / 4) δ and 4nδ-2 (n / 2) δ. I understand that it is in between. By repeating this sequentially, a high-resolution phase comparator can be realized efficiently. In addition, as in the technique related to the present invention, the phase detection resolution is not directly connected to the range of the phase difference that can be detected, so the degree of freedom in design is widened.

[第2の実施の形態]
図3は、本発明の第2の実施の形態を説明するための位相比較器のブロック図の一例である。
対象信号CKRはフリップフロップを用いて、基準信号FREFを比較対象信号CKVの立ち上がりエッジでリタイミングした信号を示している。この実施の形態では、第1の実施の形態とは異なり、比較対象信号CKVと、基準信号FREFとを直接比較する代わりに、リタイミングした基準信号と、元の基準信号FREFとを比較している。リタイミングした基準信号は、比較対象信号CKVと基準信号の位相差情報を保持しているので、高速な比較対象信号を用いる必要がなく、結果として、位相比較器の消費電力を低減することが可能である。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is an example of a block diagram of a phase comparator for explaining the second embodiment of the present invention.
The target signal CKR is a signal obtained by retiming the reference signal FREF at the rising edge of the comparison target signal CKV using a flip-flop. In this embodiment, unlike the first embodiment, instead of directly comparing the comparison target signal CKV and the reference signal FREF, the retimed reference signal is compared with the original reference signal FREF. Yes. Since the retimed reference signal holds the phase difference information between the comparison target signal CKV and the reference signal, it is not necessary to use a high-speed comparison target signal, and as a result, the power consumption of the phase comparator can be reduced. Is possible.

このデジタル位相検出器は、基準信号FREFを複数の第1の遅延素子101_1〜101_nに通過させることで、各第1の遅延素子101_1〜101_nの遅延時間だけ順次遅延された信号REF_1〜REF_nを生成する。さらにリタイミングした信号CKRに関しても、この信号CKRを複数の第2の遅延素子102_1〜102_nに通過させることで、各第2の遅延素子102_1〜102_nの遅延時間だけ順次遅延された信号CKR_1〜CKR_nを生成する。   The digital phase detector generates signals REF_1 to REF_n that are sequentially delayed by the delay times of the first delay elements 101_1 to 101_n by passing the reference signal FREF through the plurality of first delay elements 101_1 to 101_n. To do. Further, with respect to the re-timed signal CKR, the signal CKR is passed through the plurality of second delay elements 102_1 to 102_n, thereby sequentially delaying the signals CKR_1 to CKR_n by the delay times of the second delay elements 102_1 to 102_n. Is generated.

データ保持回路103_1は、基準信号FREFが第1の遅延素子101_1〜101_nの第一段目の101_1で遅延された信号REF_1を、リタイミングした信号CKRが第2の遅延素子102_1〜102_nの第一段目の102_1で遅延された信号CKR_1の立ち上がりエッジでラッチする。また、データ保持回路103_nは、基準信号FREFが第1の遅延素子n段分の101_1〜101_nで遅延された信号REF_nを、リタイミングした信号CKRが第2の遅延素子n段分102_1〜102_nで遅延されたCKR_nのエッジでラッチする。すなわち、この実施の形態のデジタル位相検出器におけるデータ保持回路103_1〜103_nは、それぞれ各REF_1〜REF_nと、CKR_1〜CKR_nとの位相の進み/遅れの情報をデジタル信号Q_1 〜Q_nとして論理回路104に出力する。   In the data holding circuit 103_1, the reference signal FREF is the signal REF_1 delayed by the first stage 101_1 of the first delay elements 101_1 to 101_n, and the retimed signal CKR is the first of the second delay elements 102_1 to 102_n. Latching is performed at the rising edge of the signal CKR_1 delayed at the stage 102_1. In addition, the data holding circuit 103_n includes the signal REF_n obtained by delaying the reference signal FREF by 101_1 to 101_n corresponding to the first delay element n stages, and the retimed signal CKR corresponding to the second delay element n stages 102_1 to 102_n. Latch on the delayed CKR_n edge. That is, the data holding circuits 103_1 to 103_n in the digital phase detector according to the present embodiment send the phase advance / delay information of the REF_1 to REF_n and CKR_1 to CKR_n to the logic circuit 104 as digital signals Q_1 to Q_n, respectively. Output.

本実施形態のデジタル位相検出器においても、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の遅延時間は、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延時間とは異なるように構成されており、本実施形態における各々の遅延素子は、第1の実施形態と同じように一つのバッファ回路と、当該バッファ回路の出力端子に接続された複数のスイッチと、各々スイッチを介して接続された複数の同一サイズの容量素子とで構成され、出力端子に接続される容量の数を変化させることで、遅延時間を制御する。   Also in the digital phase detector of this embodiment, the delay time of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) is configured to be different from the delay time of the second delay element 102 (102_1 to 102_n). As in the first embodiment, each delay element in the present embodiment includes one buffer circuit, a plurality of switches connected to the output terminal of the buffer circuit, and a plurality of switches connected through the switches. The delay time is controlled by changing the number of capacitors connected to the output terminal.

本実施形態は、第1の実施形態における比較対象信号と基準信号の位相差を、基準信号を対象信号でリタイミングした信号を用いることで検出しており、回路上の違いは、初段のフリップフロップのみである。リタイミングした信号CKRと、基準信号FREFの位相差を検出する動作については、第1の実施形態と同一であるため説明を省略する。   In the present embodiment, the phase difference between the comparison target signal and the reference signal in the first embodiment is detected by using a signal obtained by retiming the reference signal with the target signal. Only. Since the operation for detecting the phase difference between the retimed signal CKR and the reference signal FREF is the same as that in the first embodiment, the description thereof is omitted.

[第3の実施の形態]
図4は、本発明の第3の実施の形態を説明するための位相比較器のブロック図の一例である。
この実施形態では、信号CKRはフリップフロップを用いて、基準信号FREFを比較対象信号CKVの立ち上がりエッジでリタイミングした信号、CKRBはフリップフロップを用いて、基準信号FREFを比較対象信号CKVの立ち下がりエッジでリタイミングした信号を示している。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is an example of a block diagram of a phase comparator for explaining the third embodiment of the present invention.
In this embodiment, the signal CKR is a flip-flop, the reference signal FREF is a retimed signal at the rising edge of the comparison target signal CKV, and the CKRB is a flip-flop, and the reference signal FREF is the falling edge of the comparison target signal CKV. The signal is retimed at the edge.

リタイミングした基準信号CKRは、元の基準信号FREFと比較対象信号CKVとの位相差情報を保持しており、信号CKRBは、当該位相差に加え比較対象信号CKVの1/2周期の位相差を保持している。これら2つのリタイミングした信号と、基準信号CKRとの位相差とを比較することで、位相差を比較対象信号CKVの周期で規格化した位相差を求めることが出来る。この実施形態でも、高速な比較対象信号を用いる必要がなく、結果として、位相比較器の消費電力を低減することが可能である。   The retimed reference signal CKR holds the phase difference information between the original reference signal FREF and the comparison target signal CKV, and the signal CKRB is a phase difference of 1/2 cycle of the comparison target signal CKV in addition to the phase difference. Holding. By comparing the phase difference between the two retimed signals and the reference signal CKR, a phase difference in which the phase difference is normalized by the period of the comparison target signal CKV can be obtained. Also in this embodiment, it is not necessary to use a high-speed comparison target signal, and as a result, the power consumption of the phase comparator can be reduced.

図4において、105_1〜105_nは第3の遅延素子、106_0〜106_nは、第2のデータ保持回路を示している。このデジタル位相検出器では、基準信号FREFを複数の第1の遅延素子101_1〜101_nに通過させることで、各第1の遅延素子101_1〜101_nの遅延時間だけ順次遅延されたREF_1〜REF_nを生成する。さらにリタイミングされた信号CKRに関しても、これを複数の第2の遅延素子102_1〜102_nに通過させることで、各第2の遅延素子102_1〜102_nの遅延時間だけ順次遅延された信号CKR_1〜CKR_nを生成する。また、さらにリタイミングされた信号CKRBに関しては、これを複数の第3の遅延素子105_1〜105_nに通過させることで、各第3の遅延素子105_1〜105_nの遅延時間だけ順次遅延された信号CKRB_1〜CKRB_nを生成する。   In FIG. 4, 105_1 to 105_n are third delay elements, and 106_0 to 106_n are second data holding circuits. In this digital phase detector, the reference signal FREF is passed through the plurality of first delay elements 101_1 to 101_n, thereby generating REF_1 to REF_n sequentially delayed by the delay time of each of the first delay elements 101_1 to 101_n. . Further, the re-timed signal CKR is passed through the plurality of second delay elements 102_1 to 102_n, so that the signals CKR_1 to CKR_n sequentially delayed by the delay time of the second delay elements 102_1 to 102_n are transmitted. Generate. Further, the re-timed signal CKRB is passed through a plurality of third delay elements 105_1 to 105_n, thereby sequentially delaying the signals CKRB_1 to CKRB_1 to 105_n by delay times of the third delay elements 105_1 to 105_n. CKRB_n is generated.

データ保持回路106_1は、基準信号FREFが第1の遅延素子101_1〜101_nの第一段目の101_1で遅延された信号REF_1を、リタイミングした信号CKRBが第3の遅延素子105_1〜105_nの第一段目の105_1で遅延された信号CKRB_1の立ち上がりエッジでラッチする。   In the data holding circuit 106_1, the reference signal FREF is the signal REF_1 delayed by the first stage 101_1 of the first delay elements 101_1 to 101_n, and the retimed signal CKRB is the first of the third delay elements 105_1 to 105_n. Latching is performed at the rising edge of the signal CKRB_1 delayed at the stage 105_1.

また、データ保持回路106_nは、基準信号FREFが第1の遅延素子n段分の101_1〜101_nで遅延された信号REF_nを、リタイミングした信号CKRBが第3の遅延素子n段分105_1〜105_nで遅延された信号CKRB_nの立ち上がりエッジでラッチする。
すなわち、この例のデジタル位相検出器におけるデータ保持回路106_1〜106_nは、それぞれ各信号REF_1〜REF_nと、信号CKRB_1〜CKRB_nとの位相の進み/遅れの情報をデジタル信号Q_1B〜Q_nBとして論理回路104に出力する。
In addition, the data holding circuit 106_n includes the signal REF_n obtained by delaying the reference signal FREF by 101_1 to 101_n corresponding to the first delay element n stages, and the retimed signal CKRB corresponding to the third delay element n stages 105_1 to 105_n. Latch at the rising edge of the delayed signal CKRB_n.
That is, the data holding circuits 106_1 to 106_n in the digital phase detector of this example provide the logic circuit 104 with the information on the phase advance / lag of the signals REF_1 to REF_n and the signals CKRB_1 to CKRB_n, respectively, as digital signals Q_1B to Q_nB. Output.

本実施形態のデジタル位相検出器においても、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の遅延時間と、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)、及び第3の遅延素子105(105_1〜105_n)の遅延時間とは異なるように構成されている。   Also in the digital phase detector of the present embodiment, the delay time of the first delay element 101 (101_1 to 101_n), the second delay element 102 (102_1 to 102_n), and the third delay element 105 (105_1 to 105_n). ) Is configured to be different from the delay time.

ここで、本実施形態における各々の遅延素子は、第1の実施形態と同じように一つのバッファ回路と、当該バッファ回路の出力端子に接続された複数のスイッチと、各々スイッチを介して接続された複数の同一サイズの容量素子とで構成され、出力端子に接続される容量の数を変化させることで、遅延時間を制御する。   Here, each delay element in the present embodiment is connected to one buffer circuit and a plurality of switches connected to the output terminal of the buffer circuit via the switches, as in the first embodiment. The delay time is controlled by changing the number of capacitors connected to the output terminal.

本実施形態の動作を、図5及び図6を参照して説明する。
図5及び図6は、図4に示したデジタル位相検出器の動作を説明するためのタイミング図の一例である。
ここで、位相比較の開始時点では、対象信号CKRが、基準信号FREFに対してΔTだけ進んでいる場合を考える。本実施形態では最初に、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)と、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の位相差ΔDを最大に設定する。すなわち、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の出力端子にn/2個の容量素子を接続する。
一方、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)及び第3の遅延素子105(105_1〜105_n)の出力端子には容量素子を接続しない。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIGS.
5 and 6 are examples of timing diagrams for explaining the operation of the digital phase detector shown in FIG.
Here, consider a case where the target signal CKR is advanced by ΔT with respect to the reference signal FREF at the start of the phase comparison. In the present embodiment, first, the phase difference ΔD between the first delay element 101 (101_1 to 101_n) and the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is set to the maximum. That is, n / 2 capacitors are connected to the output terminals of the first delay elements 101 (101_1 to 101_n).
On the other hand, no capacitor is connected to the output terminals of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) and the third delay element 105 (105_1 to 105_n).

バッファ回路の遅延時間をtd0とし、容量素子1個接続される毎の遅延時間の増加分をδとすると、この場合では、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の遅延量は、td0+(n/2)δ、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)及び第3の遅延素子105(105_1〜105_n)の遅延はtd0となり、時間差は(n/2)δとなる。   In this case, the delay amount of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) is td0 + (td0, where td0 is the delay time of the buffer circuit, and δ is the increase in delay time every time one capacitive element is connected. n / 2) δ, the delays of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) and the third delay element 105 (105_1 to 105_n) are td0, and the time difference is (n / 2) δ.

図5に示したように、1段目の遅延回路を経由する前の段階でのデータ保持回路103_0の出力及びデータ保持回路106_0の出力は共に「1」で、順次遅延素子を経由するごとに、位相差が(n/2)δだけ順次小さくなる。各々の遅延回路の数段分で遅延した対象信号と基準信号の位相関係が逆転するとデータ保持回路の出力が反転する。この例では、初段から4番目のデータ保持回路103_4が反転しているので、初期の位相差は、(3n/2)δと(4n/2)δとの間にある。   As shown in FIG. 5, the output of the data holding circuit 103_0 and the output of the data holding circuit 106_0 at the stage before passing through the first-stage delay circuit are both “1”. The phase difference is successively reduced by (n / 2) δ. When the phase relationship between the target signal delayed by several stages of each delay circuit and the reference signal is reversed, the output of the data holding circuit is inverted. In this example, since the fourth data holding circuit 103_4 from the first stage is inverted, the initial phase difference is between (3n / 2) δ and (4n / 2) δ.

一方、データ保持回路106_4のクロック入力は、対象信号の1/2周期分だけ遅れているので、その出力は「1」のままである。   On the other hand, since the clock input of the data holding circuit 106_4 is delayed by a half period of the target signal, its output remains “1”.

次に、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)及び第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延量の大小関係を反転させると共に、その差をこれまでより小さく設定する。例えば、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)のバッファ出力は変えずにn/2個の容量素子を接続したまま、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)のバッファ出力には3n/4個の容量素子を接続する。
このとき、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の遅延量は、td0+(n/2)δ、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延は、(td0+3n/4)δとなり、時間差は−(n/4)δとなる。第3の遅延素子105(105_1〜105_n)には、依然として何も容量素子を接続しないので、その時間差は(n/2)δのままとなる。
Next, the magnitude relationship between the delay amounts of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) and the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is reversed, and the difference is set smaller than before. For example, the buffer output of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) is not changed, and n / 2 capacitors are connected, and the buffer output of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is 3n / Connect four capacitors.
At this time, the delay amount of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) is td0 + (n / 2) δ, and the delay amount of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is (td0 + 3n / 4) δ. Thus, the time difference is − (n / 4) δ. Since no capacitive element is connected to the third delay element 105 (105_1 to 105_n), the time difference remains (n / 2) δ.

データ保持回路103_4の入力端子では、対象信号CKRは、基準信号FREFに対して進んでおり、それゆえデータ保持回路103_4の出力は「0」となっているが、5段目以降、順次遅延素子を経由するごとに、位相差が−(n/4)δだけ、対象信号CKRが遅れるようになる。各々の遅延回路の数段分で遅延した対象信号CKRと基準信号FREFとの位相関係が逆転するとデータ保持回路103の出力が再び反転する。再び反転したデータ保持回路103が初段から6番目であれば、初期の位相差は、4(n/2)δ−2(n/4)δと、4(n/2)δ−(n/4)δの間にあるとわかる。このタイミングでも、データ保持回路106_4のクロック入力は、対象信号の1/2周期分だけ遅れているので、その出力は「1」のままである。   At the input terminal of the data holding circuit 103_4, the target signal CKR is advanced with respect to the reference signal FREF. Therefore, the output of the data holding circuit 103_4 is “0”. The target signal CKR is delayed by a phase difference of − (n / 4) δ every time it passes through. When the phase relationship between the target signal CKR delayed by several stages of each delay circuit and the reference signal FREF is reversed, the output of the data holding circuit 103 is reversed again. If the inverted data holding circuit 103 is the sixth from the first stage, the initial phase difference is 4 (n / 2) δ-2 (n / 4) δ and 4 (n / 2) δ− (n / 4) It can be seen that it is between δ. Even at this timing, since the clock input of the data holding circuit 106_4 is delayed by a half period of the target signal, the output remains “1”.

次に、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)及び第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延量の大小関係を再び反転させると共に、その差を再びこれまでより小さく設定する。例えば、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)のバッファ出力は変えずに(n/2)個の容量素子を接続し、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)のバッファ出力には(3n/8)個の容量素子を接続する。
このとき、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の遅延量は、td0+(n/2)δ、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延はtd0+(3n/8)δとなり、時間差は+(n/8)δとなる。6段目のデータ保持回路103_6の入力端子では、対象信号CKRは、基準信号FREFに対して遅れており、それゆえデータ保持回路103_6の出力は「1」となっているが、7段目以降、順次遅延素子101を経由するごとに、位相差が+(n/8)δだけ、対象信号CKRが進むようになる。各々の遅延回路の数段分で遅延した対象信号CKRと基準信号FREFの位相関係が逆転するとデータ保持回路103の出力が再び反転する。
Next, the magnitude relationship between the delay amounts of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) and the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is reversed again, and the difference is set again smaller than before. For example, (n / 2) capacitive elements are connected without changing the buffer output of the first delay element 101 (101_1 to 101_n), and the buffer output of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is ( Connect 3n / 8) capacitors.
At this time, the delay amount of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) is td0 + (n / 2) δ, the delay of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is td0 + (3n / 8) δ, The time difference is + (n / 8) δ. At the input terminal of the sixth-stage data holding circuit 103_6, the target signal CKR is delayed with respect to the reference signal FREF. Therefore, the output of the data holding circuit 103_6 is “1”, but the seventh and subsequent stages. Each time the signal passes through the delay element 101, the target signal CKR advances by the phase difference + (n / 8) δ. When the phase relationship between the target signal CKR and the reference signal FREF delayed by several stages of each delay circuit is reversed, the output of the data holding circuit 103 is inverted again.

再び反転したデータ保持回路103が初段から7番目であれば、初期の位相差は、4(n/2)δ−2(n/4)δ+(n/8)δと、4(n/2)δ−2(n/4)δとの間にあるとわかる。これを、順次繰り返すことで、効率的に高分解能な位相比較器が実現できる。データ保持回路106も、1/2周期の遅れ時間が経由した後に、同様に、第3の遅延素子105(105_1〜105_n)の時間を変更することで、正確な位相差を検出することが出来る。   If the inverted data holding circuit 103 is the seventh from the first stage, the initial phase difference is 4 (n / 2) δ-2 (n / 4) δ + (n / 8) δ and 4 (n / 2). ) δ-2 (n / 4) δ. By repeating this sequentially, a high-resolution phase comparator can be realized efficiently. Similarly, the data holding circuit 106 can detect an accurate phase difference by changing the time of the third delay element 105 (105_1 to 105_n) after the delay time of 1/2 cycle has passed. .

図6に示したように、この例では、データ保持回路106の10段目、12段目、13段目でデータが反転しているので、基準信号FREF及び比較対象信号CKRBの初期の位相差は、10(n/2)δ−2(n/4)δ+(n/8)δと、10(n/2)δ−2(n/4)δとの間にあるとわかる。この差は対象信号CKRの1/2周期に相当するので、1/2周期に相当する遅延差は、6(n/2)δとわかる。この遅延差を用いて、データ保持回路103の結果を規格化すると、対象信号CKR及び基準信号FREFの遅延時間差は、対象信号CKRの1/2周期に対して、{4(n/2)δ−2(n/4)δ+(n/8)δ}/6(n/2)δ=13/24と、12/24=1/2との間にあるとわかる。この結果には、容量素子による遅延量δが含まれていないことから、中心値変動のような素子ばらつきが発生し、遅延量δが変化しても、対象信号CKRの周期に規格化した位相差が正確に算出できる。   As shown in FIG. 6, in this example, since the data is inverted at the 10th, 12th, and 13th stages of the data holding circuit 106, the initial phase difference between the reference signal FREF and the comparison target signal CKRB. Is between 10 (n / 2) δ-2 (n / 4) δ + (n / 8) δ and 10 (n / 2) δ-2 (n / 4) δ. Since this difference corresponds to ½ period of the target signal CKR, the delay difference corresponding to ½ period is found to be 6 (n / 2) δ. When the result of the data holding circuit 103 is normalized using this delay difference, the delay time difference between the target signal CKR and the reference signal FREF is {4 (n / 2) δ with respect to the 1/2 cycle of the target signal CKR. -2 (n / 4) δ + (n / 8) δ} / 6 (n / 2) δ = 13/24 and 12/24 = 1/2. Since this result does not include the delay amount δ due to the capacitive element, element variations such as center value fluctuations occur, and even if the delay amount δ changes, it is normalized to the period of the target signal CKR. The phase difference can be calculated accurately.

しかも、本発明に関連する技術のように、位相検出分解能が、検出できる位相差の範囲に直結しないので、設計の自由度も広くなる。   In addition, as in the technique related to the present invention, the phase detection resolution is not directly connected to the range of the phase difference that can be detected, so the degree of freedom in design is widened.

[第4の実施の形態]
図7は、本発明の第4の実施の形態を説明するための位相比較器のブロック図の一例である。
この実施形態では、信号CKRはフリップフロップを用いて、基準信号FREFを比較対象信号CKVの立ち上がりエッジおよび立ち下りの両エッジでリタイミングした信号を示している。
[Fourth Embodiment]
FIG. 7 is an example of a block diagram of a phase comparator for explaining the fourth embodiment of the present invention.
In this embodiment, the signal CKR indicates a signal obtained by retiming the reference signal FREF at both the rising edge and the falling edge of the comparison target signal CKV using a flip-flop.

信号CKRは、基準信号FREFの立ち上がりエッジのリタイミング時点で、元の基準信号FREFと比較対象信号CKVとの位相差情報を保持しており、さらには、立ち下がりエッジでのリタイミング時点では、当該位相差に加え比較対象信号CKVの1/2周期の位相差を保持している。これら2つのリタイミング時点で、基準信号FREFとCKRとの位相差を比較することで、位相差を比較対象信号CKVの周期で規格化した位相差を求めることが出来る。この実施形態でも、高速な比較対象信号を用いる必要がなく、結果として、位相比較器の消費電力を低減することが可能である。   The signal CKR holds the phase difference information between the original reference signal FREF and the comparison target signal CKV at the retiming time of the rising edge of the reference signal FREF, and further, at the retiming time at the falling edge, In addition to the phase difference, a half-cycle phase difference of the comparison target signal CKV is held. By comparing the phase difference between the reference signals FREF and CKR at these two retiming points, the phase difference obtained by normalizing the phase difference with the period of the comparison target signal CKV can be obtained. Also in this embodiment, it is not necessary to use a high-speed comparison target signal, and as a result, the power consumption of the phase comparator can be reduced.

図7において、109は基準信号の状態に応じて比較対象信号CKVと、その反転信号CKVBとを切り替えるセレクタを示している。このデジタル位相検出器では、基準信号FREFを複数の第1の遅延素子101_1 〜 101_n に通過させることで、各第1の遅延素子101_1〜101_nの遅延時間だけ順次遅延されたREF_1〜REF_nを生成する。さらにリタイミングされた信号CKRに関しても、これを複数の第2の遅延素子102_1〜102_nに通過させることで、各第2の遅延素子102_1〜102_nの遅延時間だけ順次遅延された信号CKR_1〜CKR_nを生成する。セレクタ109は、基準信号の立ち上がりエッジでは、比較対象信号CKVでリタイミングされ、立ち下がりエッジでは、比較対象信号の反転信号CKVBでリタイミングされるように、比較対象信号を選択する。   In FIG. 7, reference numeral 109 denotes a selector that switches between the comparison target signal CKV and its inverted signal CKVB according to the state of the reference signal. In this digital phase detector, the reference signal FREF is passed through the plurality of first delay elements 101_1 to 101_n, thereby generating REF_1 to REF_n sequentially delayed by the delay time of each of the first delay elements 101_1 to 101_n. . Further, the re-timed signal CKR is passed through the plurality of second delay elements 102_1 to 102_n, so that the signals CKR_1 to CKR_n sequentially delayed by the delay time of the second delay elements 102_1 to 102_n are transmitted. Generate. The selector 109 selects the comparison target signal so that it is retimed with the comparison target signal CKV at the rising edge of the reference signal and retimed with the inverted signal CKVB of the comparison target signal at the falling edge.

データ保持回路103_1は、基準信号FREFが第1の遅延素子101_1〜101_nの第一段目の101_1で遅延された信号REF_1を、リタイミングした信号CKRが第2の遅延素子102_1〜102_nの第一段目の102_1で遅延された信号CKR_1の立ち上がりエッジでラッチする。   In the data holding circuit 103_1, the reference signal FREF is the signal REF_1 delayed by the first stage 101_1 of the first delay elements 101_1 to 101_n, and the retimed signal CKR is the first of the second delay elements 102_1 to 102_n. Latching is performed at the rising edge of the signal CKR_1 delayed at the stage 102_1.

また、データ保持回路103_n は、基準信号FREFが第1の遅延素子n段分の101_1〜101_nで遅延された信号REF_nを、リタイミングした信号CKRが第2の遅延素子n段分102_1〜102_nで遅延された信号CKR_nの立ち上がりエッジでラッチする。
すなわち、この例のデジタル位相検出器におけるデータ保持回路103_1〜103_nは、それぞれ各信号REF_1〜REF_nと、信号CKR_1〜CKR_nとの位相の進み/遅れの情報をデジタル信号Q_1B〜Q_nBとして論理回路104に出力する。
In addition, the data holding circuit 103_n includes the signal REF_n obtained by delaying the reference signal FREF by 101_1 to 101_n corresponding to the first delay element n stages, and the re-timed signal CKR corresponding to the second delay element n stages 102_1 to 102_n. Latch at the rising edge of the delayed signal CKR_n.
That is, the data holding circuits 103_1 to 103_n in the digital phase detector of this example provide the logic circuit 104 with the phase advance / lag information of the signals REF_1 to REF_n and the signals CKR_1 to CKR_n, respectively, as digital signals Q_1B to Q_nB. Output.

本実施形態のデジタル位相検出器においても、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の遅延時間と、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延時間とは異なるように構成されている。   The digital phase detector of the present embodiment is also configured so that the delay time of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) and the delay time of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) are different. .

ここで、本実施形態における各々の遅延素子は、第1の実施形態と同じように一つのバッファ回路と、当該バッファ回路の出力端子に接続された複数のスイッチと、各々スイッチを介して接続された複数の同一サイズの容量素子とで構成され、出力端子に接続される容量の数を変化させることで、遅延時間を制御する。   Here, each delay element in the present embodiment is connected to one buffer circuit and a plurality of switches connected to the output terminal of the buffer circuit via the switches, as in the first embodiment. The delay time is controlled by changing the number of capacitors connected to the output terminal.

本実施形態の動作を、図8を参照して説明する。
図8は、図7に示したデジタル位相検出器の動作を説明するためのタイミング図の一例である。
ここで、位相比較の開始時点では、対象信号CKRが、基準信号FREFに対してΔTだけ進んでいる場合を考える。本実施形態では最初に、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)と、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の位相差ΔDを最大に設定する。すなわち、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の出力端子にn/2個の容量素子を接続する。
一方、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の出力端子には容量素子を接続しない。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is an example of a timing diagram for explaining the operation of the digital phase detector shown in FIG.
Here, consider a case where the target signal CKR is advanced by ΔT with respect to the reference signal FREF at the start of the phase comparison. In the present embodiment, first, the phase difference ΔD between the first delay element 101 (101_1 to 101_n) and the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is set to the maximum. That is, n / 2 capacitors are connected to the output terminals of the first delay elements 101 (101_1 to 101_n).
On the other hand, no capacitive element is connected to the output terminal of the second delay element 102 (102_1 to 102_n).

バッファ回路の遅延時間をtd0とし、容量素子1個接続される毎の遅延時間の増加分をδとすると、この場合では、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の遅延量は、td0+(n/2)δ、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延はtd0となり、時間差は(n/2)δとなる。   In this case, the delay amount of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) is td0 + (td0, where td0 is the delay time of the buffer circuit, and δ is the increase in delay time every time one capacitive element is connected. n / 2) δ, the delay of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is td0, and the time difference is (n / 2) δ.

図8に示したように、1段目の遅延回路を経由する前の段階でのデータ保持回路103_0の出力及びデータ保持回路106_0の出力は共に「1」で、順次遅延素子を経由するごとに、位相差が(n/2)δだけ順次小さくなる。各々の遅延回路の数段分で遅延した対象信号と基準信号の位相関係が逆転するとデータ保持回路の出力が反転する。この例では、初段から4番目のデータ保持回路103_4が反転しているので、初期の位相差は、(3n/2)δと(4n/2)δとの間にある。   As shown in FIG. 8, both the output of the data holding circuit 103_0 and the output of the data holding circuit 106_0 at the stage before passing through the first delay circuit are “1”, and each time sequentially passing through the delay elements. The phase difference is successively reduced by (n / 2) δ. When the phase relationship between the target signal delayed by several stages of each delay circuit and the reference signal is reversed, the output of the data holding circuit is inverted. In this example, since the fourth data holding circuit 103_4 from the first stage is inverted, the initial phase difference is between (3n / 2) δ and (4n / 2) δ.

次に、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)及び第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延量の大小関係を反転させると共に、その差をこれまでより小さく設定する。例えば、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)のバッファ出力は変えずにn/2個の容量素子を接続したまま、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)のバッファ出力には3n/4個の容量素子を接続する。
このとき、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の遅延量は、td0+(n/2)δ、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延は、(td0+3n/4)δとなり、時間差は−(n/4)δとなる。
Next, the magnitude relationship between the delay amounts of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) and the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is reversed, and the difference is set smaller than before. For example, the buffer output of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) is not changed, and n / 2 capacitors are connected, and the buffer output of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is 3n / Connect four capacitors.
At this time, the delay amount of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) is td0 + (n / 2) δ, and the delay amount of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is (td0 + 3n / 4) δ. Thus, the time difference is − (n / 4) δ.

データ保持回路103_4の入力端子では、対象信号CKRは、基準信号FREFに対して進んでおり、それゆえデータ保持回路103_4の出力は「0」となっているが、5段目以降、順次遅延素子を経由するごとに、位相差が−(n/4)δだけ、対象信号CKRが遅れるようになる。各々の遅延回路の数段分で遅延した対象信号CKRと基準信号FREFとの位相関係が逆転するとデータ保持回路103の出力が再び反転する。再び反転したデータ保持回路103が初段から6番目であれば、初期の位相差は、4(n/2)δ−2(n/4)δと、4(n/2)δ−(n/4)δの間にあるとわかる。   At the input terminal of the data holding circuit 103_4, the target signal CKR is advanced with respect to the reference signal FREF. Therefore, the output of the data holding circuit 103_4 is “0”. The target signal CKR is delayed by a phase difference of − (n / 4) δ every time it passes through. When the phase relationship between the target signal CKR delayed by several stages of each delay circuit and the reference signal FREF is reversed, the output of the data holding circuit 103 is reversed again. If the inverted data holding circuit 103 is the sixth from the first stage, the initial phase difference is 4 (n / 2) δ-2 (n / 4) δ and 4 (n / 2) δ− (n / 4) It can be seen that it is between δ.

次に、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)及び第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延量の大小関係を再び反転させると共に、その差を再びこれまでより小さく設定する。例えば、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)のバッファ出力は変えずに(n/2)個の容量素子を接続し、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)のバッファ出力には(3n/8)個の容量素子を接続する。
このとき、第1の遅延素子101(101_1〜101_n)の遅延量は、td0+(n/2)δ、第2の遅延素子102(102_1〜102_n)の遅延はtd0+(3n/8)δとなり、時間差は+(n/8)δとなる。6段目のデータ保持回路103_6の入力端子では、対象信号CKRは、基準信号FREFに対して遅れており、それゆえデータ保持回路103_6の出力は「1」となっているが、7段目以降、順次遅延素子101を経由するごとに、位相差が+(n/8)δだけ、対象信号CKRが進むようになる。各々の遅延回路の数段分で遅延した対象信号CKRと基準信号FREFとの位相関係が逆転するとデータ保持回路103の出力が再び反転する。
Next, the magnitude relationship between the delay amounts of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) and the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is reversed again, and the difference is set again smaller than before. For example, (n / 2) capacitive elements are connected without changing the buffer output of the first delay element 101 (101_1 to 101_n), and the buffer output of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is ( Connect 3n / 8) capacitors.
At this time, the delay amount of the first delay element 101 (101_1 to 101_n) is td0 + (n / 2) δ, the delay of the second delay element 102 (102_1 to 102_n) is td0 + (3n / 8) δ, The time difference is + (n / 8) δ. At the input terminal of the sixth-stage data holding circuit 103_6, the target signal CKR is delayed with respect to the reference signal FREF. Therefore, the output of the data holding circuit 103_6 is “1”, but the seventh and subsequent stages. Each time the signal passes through the delay element 101, the target signal CKR advances by the phase difference + (n / 8) δ. When the phase relationship between the target signal CKR delayed by several stages of each delay circuit and the reference signal FREF is reversed, the output of the data holding circuit 103 is reversed again.

再び反転したデータ保持回路103が初段から7番目であれば、初期の位相差は、4(n/2)δ−2(n/4)δ+(n/8)δと、4(n/2)δ−2(n/4)δとの間にあるとわかる。これを、順次繰り返すことで、効率的で高分解能な位相比較器を実現することができる。   If the inverted data holding circuit 103 is the seventh from the first stage, the initial phase difference is 4 (n / 2) δ-2 (n / 4) δ + (n / 8) δ and 4 (n / 2). ) δ-2 (n / 4) δ. By repeating this sequentially, an efficient and high-resolution phase comparator can be realized.

一方、基準信号FREFの立ち下がりエッジでリタイミングされた信号CKRに対しても、同様の処理を行い、基準信号との位相差を比較する。このときのリタイミング信号CKRは、立ち上がりエッジでリタイミングした信号に比較して、基準信号FREFに対してさらに、対象信号の1/2周期分だけ遅れているので、データ保持回路が反転するデータ保持回路は、図8に示したように、10段目以降となる。例えば、10段目、12段目、13段目でデータが反転している場合には、基準信号FREF及び比較対象信号CKRの初期の位相差は、10(n/2)δ−2(n/4)δ+(n/8)δと、10(n/2)δ−2(n/4)δとの間にあるとわかる。この差は対象信号CKRの1/2周期に相当するので、1/2周期に相当する遅延差は、6(n/2)δとわかる。この遅延差6(n/2)δを用いて、データ保持回路103の結果を規格化すると、対象信号CKR及び基準信号FREFの遅延時間差は、対象信号CKRの1/2周期に対して、{4(n/2)δ−2(n/4)δ+(n/8)δ}/6(n/2)δ=13/24と、12/24=1/2との間にあるとわかる。この結果には、容量素子による遅延量δが含まれていないことから、中心値変動のような素子ばらつきが発生し、遅延量δが変化しても、対象信号CKRの周期に規格化した位相差が正確に算出できる。   On the other hand, the same processing is performed on the signal CKR retimed at the falling edge of the reference signal FREF to compare the phase difference with the reference signal. The retiming signal CKR at this time is further delayed by the half period of the target signal with respect to the reference signal FREF as compared with the signal retimed at the rising edge. As shown in FIG. 8, the holding circuits are provided at the 10th and subsequent stages. For example, when the data is inverted at the 10th, 12th, and 13th stages, the initial phase difference between the reference signal FREF and the comparison target signal CKR is 10 (n / 2) δ-2 (n / 4) δ + (n / 8) δ and 10 (n / 2) δ-2 (n / 4) δ. Since this difference corresponds to ½ period of the target signal CKR, the delay difference corresponding to ½ period is found to be 6 (n / 2) δ. When this delay difference 6 (n / 2) δ is used to normalize the result of the data holding circuit 103, the delay time difference between the target signal CKR and the reference signal FREF is { 4 (n / 2) δ-2 (n / 4) δ + (n / 8) δ} / 6 (n / 2) δ = 13/24 and 12/24 = 1/2 . Since this result does not include the delay amount δ due to the capacitive element, element variations such as center value fluctuations occur, and even if the delay amount δ changes, it is normalized to the period of the target signal CKR. The phase difference can be calculated accurately.

しかも、本発明に関連する技術のように、位相検出分解能が、検出できる位相差の範囲に直結しないので、設計の自由度も広くなる。   In addition, as in the technique related to the present invention, the phase detection resolution is not directly connected to the range of the phase difference that can be detected, so the degree of freedom in design is widened.

[第5の実施の形態]
図9は、本発明の第5の実施の形態を説明するための位相比較器のブロック図の一例である。
この実施形態は、第3の実施の形態において、基準信号及び対象信号の位相の遅れ/進みを判定するラッチ回路103/106や、論理回路104の遅延時間を補正する一定の遅延時間を有する素子141−146が各遅延回路段に接続されている。これにより、論理回路の遅延時間の誤差を少なくすることができるので、より正確な位相比較が可能となる。基本動作についての説明は、実施の形態3と同様なので省略する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 9 is an example of a block diagram of a phase comparator for explaining the fifth embodiment of the present invention.
In this embodiment, in the third embodiment, the latch circuit 103/106 for determining the delay / advance of the phase of the reference signal and the target signal, and an element having a fixed delay time for correcting the delay time of the logic circuit 104 141-146 are connected to each delay circuit stage. As a result, the error of the delay time of the logic circuit can be reduced, so that more accurate phase comparison can be performed. Since the basic operation is the same as that of the third embodiment, the description thereof is omitted.

<作用効果>
本実施の形態によれば、基準信号および対象信号を、各々複数段縦列接続した遅延素子に入力し、各々の段の遅延時間の差により、基準信号と対象信号の位相差をデジタル出力し、その出力結果を元に、遅延素子の時間差及び大小を変更することで、回路規模を大きくせずとも、高精度な位相比較が出来る。その結果、低電圧動作で、しかも超高速で動作するデジタルシンセサイザでも、高精度に位相制御が可能で位相雑音の低いシンセサイザを低消費電力で実現することが可能となり、将来の微細CMOSデバイスを用いた高度無線システムに好適な位相比較器とそれを用いたPLL回路を提供することができる。
<Effect>
According to the present embodiment, the reference signal and the target signal are input to the delay elements connected in a plurality of stages, respectively, and the phase difference between the reference signal and the target signal is digitally output by the difference in delay time of each stage, Based on the output result, by changing the time difference and the size of the delay element, a highly accurate phase comparison can be performed without increasing the circuit scale. As a result, even a digital synthesizer that operates at low voltage and operates at ultra-high speed, it is possible to realize a synthesizer with high precision phase control and low phase noise with low power consumption. It is possible to provide a phase comparator suitable for an advanced wireless system and a PLL circuit using the phase comparator.

なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。例えば、実施の形態では、遅延時間の差を1/2ずつ変更するとしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、1/3や1/5等のように1/(2n+1)を用いてもよい(但し、nは自然数)。   The above-described embodiment shows an example of a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. is there. For example, in the embodiment, the difference in delay time is changed by 1/2, but the present invention is not limited to this, and 1 / (2n +, such as 1/3 or 1/5, etc. 1) may be used (where n is a natural number).

本発明は、位相比較器、PLL回路及びPLL回路を用いた受信機、送信機、中継器、標準信号発生器、測定器等に利用することができる。   The present invention can be used for a phase comparator, a PLL circuit, a receiver using the PLL circuit, a transmitter, a repeater, a standard signal generator, a measuring instrument, and the like.

1 位相比較器
2 チャージポンプ
3 ループフィルタ
4、135 電圧制御発振器VCO
5 分周器
51、52、53、54、55、57 位相検出器
61、62、63、64 遅延素子
81 位相比較器
82 小位相比較器
83 時間デジタル変換器
86、87 除算器
132、118、119 ラッチ
133、134 デジタルループフィルタ
107 インターフェイス回路
108 ΣΔ変調器
109 セレクタ
122、123 加減算器
1 Phase comparator 2 Charge pump 3 Loop filter 4, 135 Voltage controlled oscillator VCO
5 Divider 51, 52, 53, 54, 55, 57 Phase detector 61, 62, 63, 64 Delay element 81 Phase comparator 82 Small phase comparator 83 Time digital converter 86, 87 Dividers 132, 118, 119 Latch 133, 134 Digital loop filter 107 Interface circuit 108 ΣΔ modulator 109 Selector 122, 123 Adder / subtracter

Claims (6)

第1の信号を遅延させる、複数の遅延素子が縦列接続された第1の遅延回路と、A first delay circuit in which a plurality of delay elements are connected in cascade to delay the first signal;
前記第1の信号を第3の信号に従ってリタイミングすることにより生成される第2の信号を遅延させる、複数の遅延素子が縦列接続された第2の遅延回路と、  A second delay circuit in which a plurality of delay elements are connected in cascade to delay a second signal generated by retiming the first signal according to a third signal;
前記第2の遅延回路の遅延素子により順次遅延された前記第2の信号に従って、前記第1の遅延回路の遅延素子により順次遅延された前記第1の信号を取り込むことにより、前記第1の信号と前記第2の信号との間の相対的な位相関係を表すデジタル値を保持する複数の保持回路と、  By taking in the first signal sequentially delayed by the delay element of the first delay circuit according to the second signal sequentially delayed by the delay element of the second delay circuit, the first signal A plurality of holding circuits holding digital values representing a relative phase relationship between the second signal and the second signal;
前記第1の遅延回路の遅延素子と前記第2の遅延回路の遅延素子との間の遅延時間の差及び大小関係を、前記第1の信号と前記第2の信号との間の相対的な位相の進み/遅れに応じて変化させる論理回路と、を備えることを特徴とする位相比較器。  The delay time difference and magnitude relationship between the delay element of the first delay circuit and the delay element of the second delay circuit is expressed as a relative value between the first signal and the second signal. And a logic circuit that changes in accordance with the advance / delay of the phase.
第1の信号を遅延させる、複数の遅延素子が縦列接続された第1の遅延回路と、A first delay circuit in which a plurality of delay elements are connected in cascade to delay the first signal;
前記第1の信号を第4の信号に従ってリタイミングすることにより生成される第2の信号を遅延させる、複数の遅延素子が縦列接続された第2の遅延回路と、  A second delay circuit in which a plurality of delay elements are connected in cascade to delay a second signal generated by retiming the first signal according to a fourth signal;
前記第1の信号を前記第2の信号とは異なるタイミングで第4の信号に従ってリタイミングすることにより生成される第3の信号を遅延させる、複数の遅延素子が縦列接続された第3の遅延回路と、  A third delay in which a plurality of delay elements are cascaded to delay a third signal generated by retiming the first signal according to a fourth signal at a timing different from that of the second signal Circuit,
前記第2の遅延回路により順次遅延された前記第2の信号に従って、前記第1の遅延回路により順次遅延された前記第1の信号を取り込むことにより、前記第1の信号と前記第2の信号との間の相対的な位相関係を表すデジタル値を保持する複数の第1の保持回路と、  The first signal and the second signal are acquired by taking in the first signal sequentially delayed by the first delay circuit according to the second signal sequentially delayed by the second delay circuit. A plurality of first holding circuits holding digital values representing a relative phase relationship between
前記第3の遅延回路により順次遅延された前記第3の信号に従って、前記第1の遅延回路により順次遅延された前記第1の信号を取り込むことにより、前記第1の信号と前記第3の信号との間の相対的な位相関係を表すデジタル値を保持する複数の第2の保持回路と、  The first signal and the third signal are acquired by taking in the first signal sequentially delayed by the first delay circuit according to the third signal sequentially delayed by the third delay circuit. A plurality of second holding circuits holding digital values representing a relative phase relationship between
前記第1の遅延回路及び前記第2の遅延回路の遅延時間の差及び大小関係を、前記第1の信号と前記第2の信号との間の相対的な位相の進み/遅れに応じて変化させるとともに、前記第1の遅延回路及び前記第3の遅延回路の遅延時間の差及び大小関係を、前記第1の信号と前記第3の信号との間の相対的な位相の進み/遅れに応じて変化させる論理回路と、を備える、ことを特徴とする位相比較器。  The difference and magnitude relationship between the delay times of the first delay circuit and the second delay circuit are changed according to the relative phase advance / delay between the first signal and the second signal. In addition, the difference and magnitude relationship between the delay times of the first delay circuit and the third delay circuit are set to the relative phase advance / delay between the first signal and the third signal. And a logic circuit that changes in accordance with the phase comparator.
第1の信号を遅延する、複数の遅延素子が縦列接続された第1の遅延回路と、A first delay circuit that delays the first signal and in which a plurality of delay elements are connected in cascade;
第3の信号の立ち上がり及び立ち下がりの両エッジで前記第1の信号をリタイミングすることにより生成される第2の信号を遅延する、複数の遅延素子が縦列接続された第2の遅延回路と、  A second delay circuit in which a plurality of delay elements are connected in cascade to delay the second signal generated by retiming the first signal at both rising and falling edges of the third signal; ,
前記第2の遅延回路の遅延素子により順次遅延された前記第2の信号に従って、前記第1の遅延回路の遅延素子により順次遅延された前記第1の信号を取り込むことにより、前記第1の信号と前記第2の信号との間の相対的な位相関係を表すデジタル値を保持する複数の保持回路と、  By taking in the first signal sequentially delayed by the delay element of the first delay circuit according to the second signal sequentially delayed by the delay element of the second delay circuit, the first signal A plurality of holding circuits holding digital values representing a relative phase relationship between the second signal and the second signal;
前記第1の遅延回路の遅延素子と前記第2の遅延回路の遅延素子との間の遅延時間の差及び大小関係を、前記第1の信号と前記第2の信号との間の相対的な位相の進み/遅れに応じて変化させる論理回路と、を備えることを特徴とする位相比較器。  The delay time difference and magnitude relationship between the delay element of the first delay circuit and the delay element of the second delay circuit is expressed as a relative value between the first signal and the second signal. And a logic circuit that changes in accordance with the advance / delay of the phase.
前記遅延回路の各々は、一つのバッファ回路と、一端が該バッファ回路の出力端子に接続され、前記論理回路によりオン・オフされる複数のスイッチと、一端が前記スイッチの他端にそれぞれ接続され他端が接地された同一サイズの複数の容量素子とで構成されていることを特徴とする請求項1から3の何れか一項記載の位相比較器。Each of the delay circuits has one buffer circuit, one end connected to the output terminal of the buffer circuit, a plurality of switches turned on and off by the logic circuit, and one end connected to the other end of the switch. The phase comparator according to any one of claims 1 to 3, wherein the phase comparator includes a plurality of capacitive elements of the same size and grounded at the other end. 請求項1から4の何れか一項記載の位相比較器を用いたことを特徴とするPLL回路。A PLL circuit using the phase comparator according to claim 1. 複数の遅延素子が縦列接続された第1の遅延回路によって第1の信号を遅延させ、The first signal is delayed by a first delay circuit in which a plurality of delay elements are connected in cascade,
前記第1の信号を第3の信号に従ってリタイミングすることにより第2の信号を生成し、  Generating a second signal by retiming the first signal according to a third signal;
複数の遅延素子が縦列接続された第2の遅延回路によって前記第2の信号を遅延させ、  Delaying the second signal by a second delay circuit in which a plurality of delay elements are connected in cascade;
前記遅延された前記第2の信号に従って、前記遅延された前記第1の信号を取り込むことにより、前記第1の信号と前記第2の信号との間の相対的な位相関係を表すデジタル値を保持し、  A digital value representing a relative phase relationship between the first signal and the second signal by capturing the delayed first signal according to the delayed second signal. Hold and
前記第1の遅延回路の遅延素子と前記第2の遅延回路の遅延素子との間の遅延時間の差及び大小関係を、前記第1の信号と前記第2の信号との間の相対的な位相の進み/遅れに応じて変化させる、ことを特徴とする位相比較器の制御方法。  The delay time difference and magnitude relationship between the delay element of the first delay circuit and the delay element of the second delay circuit is expressed as a relative value between the first signal and the second signal. A method for controlling a phase comparator, characterized in that the phase comparator is changed according to phase advance / delay.
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