JP5459089B2 - TDC circuit - Google Patents

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Description

パルス信号を用いて、時間差を量子化してデジタルデータに変換するTDC(Time to Digital Converter)回路に関する。   The present invention relates to a TDC (Time to Digital Converter) circuit that quantizes a time difference and converts it into digital data using a pulse signal.

無線通信装置において、これまでアナログ素子を用いて構成されてきたRF回路をデジタル化することが検討されている。その一例として、PLL(Phase Locked Loop)回路に対応する、ADPLL(All Digital phase Locked Loop)回路が提案されている。   In a wireless communication apparatus, it has been studied to digitize an RF circuit that has been configured using analog elements. As an example, an ADPLL (All Digital phase Locked Loop) circuit corresponding to a PLL (Phase Locked Loop) circuit has been proposed.

TDC回路は、ADPLL回路において、2つのクロックの位相差を検出し、この位相差に相当するデジタル値を生成する役割を果たす。そして、ADPLL回路を実現する上で、TDC回路の分解能を向上する技術が課題の一つとなっている。   In the ADPLL circuit, the TDC circuit detects a phase difference between two clocks and generates a digital value corresponding to the phase difference. In realizing the ADPLL circuit, a technique for improving the resolution of the TDC circuit is one of the problems.

TDC回路は、例えば、位相差検出対象のクロック信号を直列接続された複数の遅延素子に入力し、これらの遅延素子の出力を基準クロックに同期してラッチするように構成される(特許文献1参照)。   The TDC circuit, for example, is configured to input a clock signal to be detected as a phase difference to a plurality of delay elements connected in series, and latch the outputs of these delay elements in synchronization with a reference clock (Patent Document 1). reference).

また、位相検出対象のクロック信号が入力される一連の遅延素子を含む第1の系列とは別に、同数の別の遅延素子を直列に接続した遅延素子を含む第2の系列を備えた構成も提案されている(特許文献2参照)。この構成では、第2の系列に基準クロックを入力し、各遅延素子の出力信号に同期して、第1の系列に含まれる対応する遅延素子の出力がラッチされる。   In addition to the first series including a series of delay elements to which a phase detection target clock signal is input, a configuration including a second series including delay elements in which the same number of other delay elements are connected in series is also possible. It has been proposed (see Patent Document 2). In this configuration, the reference clock is input to the second series, and the output of the corresponding delay element included in the first series is latched in synchronization with the output signal of each delay element.

更に、パルス信号の伝搬が連続して起きるように、奇数個のインバータをループ状に接続した遅延回路を有するTDC回路も提案されている(特許文献3参照)。   Furthermore, a TDC circuit having a delay circuit in which an odd number of inverters are connected in a loop so that pulse signal propagation continuously occurs has also been proposed (see Patent Document 3).

特開2002−076886号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-076886 特開2007−110370号公報JP 2007-110370 A 特表2005−521059号公報JP 2005-52059 A

ところで、特許文献1に示された構成のTDC回路の分解能は、直列接続された遅延素子それぞれの遅延量に制限される。一方、特許文献2に開示された構成のTDCの分解能は、第1の系列に含まれる遅延素子の遅延量と第2の系列に含まれる遅延素子の遅延量との差に相当する。したがって、二つの系列に含まれる遅延素子の遅延量の差を小さくすることにより、分解能を向上することができる。   By the way, the resolution of the TDC circuit having the configuration shown in Patent Document 1 is limited to the delay amount of each delay element connected in series. On the other hand, the resolution of the TDC having the configuration disclosed in Patent Document 2 corresponds to the difference between the delay amount of the delay element included in the first series and the delay amount of the delay element included in the second series. Therefore, the resolution can be improved by reducing the difference in delay amount of the delay elements included in the two sequences.

しかしながら、いずれの構成でも、TDC回路で検出可能な位相差の最大値は、直列接続された遅延素子全体による遅延量によって制限される。したがって、検出可能な位相差の最大値を大きくするためには、多数の遅延素子を直列に接続した構成が必要となり、回路規模が増大してしまう。   However, in any configuration, the maximum value of the phase difference that can be detected by the TDC circuit is limited by the delay amount of the entire delay elements connected in series. Therefore, in order to increase the maximum value of the detectable phase difference, a configuration in which a large number of delay elements are connected in series is required, which increases the circuit scale.

これに対して、特許文献3に開示されたTDC回路は、遅延回路がループ状に接続されているので、回路規模を増大させずに、検出可能な位相差の最大値を大きくすることが可能である。しかしながら、このようなループ状の遅延回路を備えたTDCでは、検出可能な位相差の範囲を拡大することが可能である反面、分解能を向上することが難しかった。   On the other hand, since the delay circuit is connected in a loop in the TDC circuit disclosed in Patent Document 3, it is possible to increase the maximum detectable phase difference without increasing the circuit scale. It is. However, in the TDC provided with such a loop-like delay circuit, it is possible to expand the range of the detectable phase difference, but it is difficult to improve the resolution.

本件開示の装置は、検出可能範囲の拡大と分解能の向上とを両立可能なTDC回路を提供することを目的とする。   An object of the present disclosure is to provide a TDC circuit that can achieve both expansion of a detectable range and improvement of resolution.

上述した目的は、以下に開示するTDC回路によって達成することができる。   The above-described object can be achieved by the TDC circuit disclosed below.

一つの観点によるTDC回路は、2n個の第1の反転遅延素子を直列接続して形成されたループを含む第1の遅延回路と、第1の反転遅延素子とは遅延時間が異なる第2の反転遅延素子を2n個、直列接続して形成されたループを含む第2の遅延回路と、第1の遅延回路に含まれる第1の反転遅延素子それぞれの出力論理値を、第1の反転遅延素子に対応する第2の反転遅延素子の出力信号に同期してラッチするラッチ回路と、時間差検出の対象となる入力信号の論理反転のタイミングを示す検出対象エッジと当該検出対象エッジに対応して反転した論理をリセットする第1リセットエッジとを持つパルス信号を発生し、第1の遅延回路のループにおいて伝搬させる第1パルス信号駆動回路と、入力信号とは別の基準信号の入力に応じて、入力信号との時間差検出の基準となるタイミングを示す基準エッジと当該基準エッジに対応して反転した論理をリセットする第2リセットエッジとを持つパルス信号を発生し、第2の遅延回路のループにおいて伝搬させる第2パルス信号駆動回路と、第1の遅延回路に含まれる第1の反転遅延素子のいずれかに対して、伝搬される第1リセットエッジの入力に対応する論理反転を選択的に遮断する操作を行う第1の遮断回路と、第1の遮断回路による遮断対象の第1の反転遅延素子に対して、伝搬された検出対象エッジの入力に応じて反転した論理をリセットする操作を行う第1のリセット回路と、第2の遅延回路に含まれる第2の反転遅延素子のいずれかに対して、伝搬される第2リセットエッジの入力に対応する論理反転を選択的に遮断する操作を行う第2の遮断回路と、第2の遮断回路による遮断対象の第2の反転遅延素子に対して、伝搬された基準エッジの入力に応じて反転した論理をリセットする操作を行う第2のリセット回路と、を備える。   A TDC circuit according to one aspect includes a first delay circuit including a loop formed by connecting 2n first inversion delay elements in series, and a second delay time different from that of the first inversion delay element. The output logic value of each of the second delay circuit including a loop formed by connecting 2n inversion delay elements in series and the first inversion delay element included in the first delay circuit is expressed as the first inversion delay. A latch circuit that latches in synchronization with the output signal of the second inversion delay element corresponding to the element, a detection target edge that indicates the timing of logical inversion of the input signal that is the target of time difference detection, and the detection target edge A first pulse signal driving circuit for generating a pulse signal having a first reset edge for resetting the inverted logic and propagating it in a loop of the first delay circuit, and according to an input of a reference signal different from the input signal , Enter A pulse signal having a reference edge indicating a timing serving as a reference for detecting a time difference from the signal and a second reset edge for resetting a logic inverted corresponding to the reference edge is generated and propagated in a loop of the second delay circuit The logic inversion corresponding to the input of the first reset edge to be propagated is selectively cut off with respect to either the second pulse signal driving circuit to be activated or the first inversion delay element included in the first delay circuit. A first cutoff circuit that performs an operation and a first inversion delay element that is to be cut off by the first cutoff circuit are configured to perform an operation of resetting the inverted logic according to the input of the propagated detection target edge. One of the reset circuit and the second inversion delay element included in the second delay circuit selectively blocks logic inversion corresponding to the input of the propagated second reset edge. A second cutoff circuit that performs an operation, and a second reset circuit that performs an operation of resetting the inverted logic in accordance with the input of the propagated reference edge with respect to the second inversion delay element to be cut off by the second cutoff circuit And a reset circuit.

本件開示のTDC回路によれば、検出可能範囲の拡大と分解能の向上とを両立することができる。   According to the TDC circuit of the present disclosure, it is possible to achieve both expansion of the detectable range and improvement of resolution.

TDC回路の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of a TDC circuit. バーニアディレイ型のTDCの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of TDC of a vernier delay type. 遅延量のばらつきを説明する図である。It is a figure explaining the dispersion | variation in delay amount. 安定状態の発生を説明するタイミング図である。It is a timing diagram explaining generation | occurrence | production of a stable state. 反転遅延素子の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of an inversion delay element. 遮断回路およびリセット回路の動作を説明するタイミング図である。It is a timing diagram explaining operation | movement of a interruption | blocking circuit and a reset circuit. 第2の遅延回路の別実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of a 2nd delay circuit. ADPLL回路の実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of an ADPLL circuit.

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に、TDC回路の一実施形態を示す。   FIG. 1 shows an embodiment of a TDC circuit.

図1に示したTDC回路は、第1の遅延回路101と第2の遅延回路102とを備えたバーニアディレイ型のTDC回路に、それぞれリセット回路111,112および遮断回路113、114を備えて構成される。第1の遅延回路101および第2の遅延回路102は、いずれも、偶数個の反転遅延素子(例えばインバータ)をループ状に接続した構成を含んでいる。リセット回路111は、第1のリセット回路に相当し、遮断回路113は、第1の遮断回路に相当する。同様に、リセット回路112は、第2のリセット回路に相当し、遮断回路114は、第2の遮断回路に相当する。   The TDC circuit illustrated in FIG. 1 includes a vernier delay type TDC circuit including a first delay circuit 101 and a second delay circuit 102, and reset circuits 111 and 112 and cutoff circuits 113 and 114, respectively. Is done. Each of the first delay circuit 101 and the second delay circuit 102 includes a configuration in which an even number of inversion delay elements (for example, inverters) are connected in a loop. The reset circuit 111 corresponds to a first reset circuit, and the cutoff circuit 113 corresponds to a first cutoff circuit. Similarly, the reset circuit 112 corresponds to a second reset circuit, and the cutoff circuit 114 corresponds to a second cutoff circuit.

図1に示したTDC回路の説明に先立って、バーニアディレイ型のTDC回路について説明する。   Prior to the description of the TDC circuit shown in FIG. 1, a vernier delay type TDC circuit will be described.

図2に、バーニアディレイ型のTDC回路の構成例を示す。なお、図2に示した構成要素のうち、図1に示した構成要素と同等のものについては、同一の符号を付して示す。   FIG. 2 shows a configuration example of a vernier delay type TDC circuit. 2 that are equivalent to the components shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

図1,2に示した第1の遅延回路101および第2の遅延回路102は、それぞれ2n個(nは自然数)の反転遅延素子であるインバータをループ状に接続した構成を含む。なお、図1、図2に示した例では、第1の遅延回路101は、ループ状に接続された8個のインバータ(INV)11〜INV18を含んでいる。また、第2の遅延回路102は、同数のINV21〜INV28がループ状に接続された構成を含んでいる。また、第1の遅延回路101に含まれる各インバータ(INV)11〜INV18の遅延時間dは、第2の遅延回路102に含まれる各インバータ(INV)21〜INV28の遅延時間dよりも小さくなるように選択することができる。 The first delay circuit 101 and the second delay circuit 102 shown in FIGS. 1 and 2 each include a configuration in which 2n (n is a natural number) inverting delay elements are connected in a loop. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the first delay circuit 101 includes eight inverters (INV) 11 to INV 18 connected in a loop. The second delay circuit 102 includes a configuration in which the same number of INV 21 to INV 28 are connected in a loop. Further, the delay time d 1 of each inverter (INV) 11 ~INV 18 included in the first delay circuit 101 is the delay time d 2 of each inverter (INV) 21 ~INV 28 included in the second delay circuit 102 Can be selected to be smaller.

また、図1、2に示したラッチ回路105は、第1の遅延回路101および第2の遅延回路102に備えられた8個のインバータに対応して、同数のラッチを備えている。これらのラッチは、第2の遅延回路102に含まれる各インバータの出力の反転に同期して、第1の遅延回路102に含まれる各インバータの出力の論理値を保持する。そして、これらのラッチの出力は、位相差算出制御部108による位相差算出処理に供される。   The latch circuit 105 shown in FIGS. 1 and 2 includes the same number of latches corresponding to the eight inverters provided in the first delay circuit 101 and the second delay circuit 102. These latches hold the logical value of the output of each inverter included in the first delay circuit 102 in synchronization with the inversion of the output of each inverter included in the second delay circuit 102. The outputs of these latches are subjected to a phase difference calculation process by the phase difference calculation control unit 108.

上述した第1の遅延回路101に含まれるINV11〜INV18の出力論理は、TDC回路による計測を開始するのに先立って、位相差算出制御部108により、初期値が設定される。例えば、位相差算出制御部108は、制御信号INITによって偶数段目のインバータをリセットすることにより、これらのインバータに初期値として論理「H」を設定することができる。これに応じて、奇数段目のインバータの出力は、論理「L」に設定される。同様にして、第2の遅延回路102に含まれるINV21〜INV28にも初期値が設定される。 Prior to starting measurement by the TDC circuit, initial values are set by the phase difference calculation control unit 108 for the output logic of INV 11 to INV 18 included in the first delay circuit 101 described above. For example, the phase difference calculation control unit 108 can set the logic “H” as an initial value to these inverters by resetting the even-numbered inverters by the control signal INIT. In response, the output of the odd-numbered inverter is set to logic “L”. Similarly, initial values are set in INV 21 to INV 28 included in the second delay circuit 102.

また、図1、2に示した第1の遅延回路101は、入力信号の入力に応じてパルスを生成するパルス信号駆動回路103を備えている。このパルス信号駆動回路103は、第1のパルス信号駆動回路に相当する。図1、2に示した例では、フリップフロップとインバータとナンドゲートとを含むパルス信号駆動回路103により、5段目のインバータ(INV15)を入力信号の立ち上がりに応じてリセットして、このINV15の出力を強制的に立ち上げる。そして、このパルス信号駆動回路103は、1段目のINV11と4段目のINV15との出力信号を利用して、上述したINV15の出力を初期値と同じ論理「L」に戻す操作を行う。これにより、ループ状に接続された8個のインバータによる遅延時間dの総和8×dを1周期とし、デューティ比0.5のパルス信号が生成される。 The first delay circuit 101 shown in FIGS. 1 and 2 includes a pulse signal drive circuit 103 that generates a pulse in response to an input signal. The pulse signal drive circuit 103 corresponds to a first pulse signal drive circuit. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the pulse signal drive circuit 103 including a flip-flop, an inverter, and a NAND gate resets the fifth-stage inverter (INV 15 ) in response to the rising edge of the input signal, and this INV 15 Force the output of. The pulse signal driving circuit 103 uses the output signals of the first stage INV 11 and the fourth stage INV 15 to return the above-described INV 15 output to the same logic “L” as the initial value. I do. As a result, a pulse signal having a duty ratio of 0.5 is generated with a total of 8 × d 1 of delay times d 1 by eight inverters connected in a loop as one cycle.

このようにして生成されたパルス信号は、INV11〜INV18を含むループを循環する。そして、このパルス信号がINV11〜INV18を含むループを循環した回数が、カウンタ106によって計数される。 The pulse signal generated in this manner circulates in a loop including INV 11 to INV 18 . The counter 106 counts the number of times this pulse signal has circulated through the loop including INV 11 to INV 18 .

第2の遅延回路102も、上述したパルス信号駆動回路103と同様の構成を含むパルス信号駆動回路104を備えている。このパルス信号駆動回路104は、第2のパルス信号駆動回路に相当する。図1、2の例では、このパルス信号駆動回路104は、第2の遅延回路102に含まれるループ状に接続されたインバータのうち5段目のINV25を操作する。なお、パルス信号駆動回路104には、上述した入力信号の代わりに基準信号が入力され、INV25のリセット操作に用いられる。そして、このパルス信号駆動回路104により、基準信号の入力に応じて、ループ状に接続された8個のインバータによる遅延時間dの総和8×dを1周期とし、デューティー比1/2のパルス信号が生成される。 The second delay circuit 102 also includes a pulse signal drive circuit 104 including the same configuration as the pulse signal drive circuit 103 described above. The pulse signal drive circuit 104 corresponds to a second pulse signal drive circuit. In the example of FIGS. 1 and 2, the pulse signal driving circuit 104 operates the fifth stage INV 25 among the loop-connected inverters included in the second delay circuit 102. Note that a reference signal is input to the pulse signal driving circuit 104 instead of the above-described input signal, and is used for the reset operation of the INV 25 . Then, the pulse signal driving circuit 104 sets a total of 8 × d 2 of delay times d 2 by eight inverters connected in a loop as one cycle according to the input of the reference signal, and has a duty ratio of ½. A pulse signal is generated.

このようにして生成されたパルス信号は、同様に、INV21〜INV28を含むループを循環する。そして、このパルス信号がINV21〜INV28を含むループを循環した回数が、カウンタ107によって計数される。 The pulse signal generated in this way similarly circulates through a loop including INV 21 to INV 28 . The counter 107 counts the number of times this pulse signal has circulated through the loop including INV 21 to INV 28 .

位相差算出制御部108は、上述したラッチ回路105の出力およびカウンタ106,107の計数値に基づいて、入力信号と基準信号との位相差の計測結果を示す値REVを算出する。また、位相差算出制御部108は、計測結果が収束したタイミングを示す制御信号EOCを出力する。   The phase difference calculation control unit 108 calculates a value REV indicating the measurement result of the phase difference between the input signal and the reference signal based on the output of the latch circuit 105 and the count values of the counters 106 and 107 described above. Further, the phase difference calculation control unit 108 outputs a control signal EOC indicating the timing at which the measurement result converges.

なお、バーニアディレイ型のTDC回路による位相差算出処理の詳細については、本出願人による特願2009−802886「TDC回路及びADPLL回路」を参照されたい。   For details of the phase difference calculation processing by the vernier delay type TDC circuit, refer to Japanese Patent Application No. 2009-802886 “TDC circuit and ADPLL circuit” by the present applicant.

このように構成されたバーニアディレイ型のTDC回路では、回路規模を抑制しつつ、入力信号と基準信号との位相差の検出可能範囲の拡大と分解能の向上との両立を図ることができる。また、第1の遅延回路101、第2の遅延回路102においてループ状に接続したインバータの数を偶数個としたことにより、ラッチ回路105に備えられる各ラッチのメタステーブル状態を回避することができる。   In the vernier delay type TDC circuit configured as described above, it is possible to achieve both the expansion of the detectable range of the phase difference between the input signal and the reference signal and the improvement of the resolution while suppressing the circuit scale. In addition, since the number of inverters connected in a loop in the first delay circuit 101 and the second delay circuit 102 is an even number, the metastable state of each latch included in the latch circuit 105 can be avoided. .

ところで、インバータへの入力信号の論理変化がインバータの出力の論理変化に反映されるまでの遅延時間は、生成される論理変化が論理「L」から論理「H」への立ち上がりであるか、逆の立下りであるかによって異なる場合がある。   By the way, the delay time until the logical change of the input signal to the inverter is reflected in the logical change of the output of the inverter depends on whether the generated logical change is a rise from the logic “L” to the logic “H” or vice versa. It may differ depending on whether it is falling.

そして、このような遅延時間のばらつきを持つ偶数個のインバータを接続したループに、上述したようにして生成されたパルス信号を循環させる構成では、パルス信号を循環させているうちにパルス波形が消失してしまう可能性がある。つまり、上述したように構成されたバーニアディレイ型のTDC回路では、インバータを接続したループが安定状態となるおそれがある。   In the configuration in which the pulse signal generated as described above is circulated in a loop in which an even number of inverters having such delay time variations are connected, the pulse waveform disappears while the pulse signal is circulated. There is a possibility that. That is, in the vernier delay type TDC circuit configured as described above, the loop to which the inverter is connected may be in a stable state.

次に、複数個のインバータをループ状に接続した構成を有するバーニアディレイ型のTDC回路において、インバータを接続したループが安定状態となるメカニズムについて説明する。なお、以下の説明では、パルス信号駆動回路103,104によって生成されたパルス信号において、入力信号あるいは基準信号の入力タイミングでの論理反転に対応するエッジを検出対象エッジと称する。そして、このパルス信号において、検出対象エッジで反転した論理値を初期値に戻す方向の論理反転に対応するエッジをリセットエッジと称する。   Next, the mechanism by which the loop to which the inverter is connected becomes stable in a vernier delay type TDC circuit having a configuration in which a plurality of inverters are connected in a loop will be described. In the following description, in the pulse signals generated by the pulse signal drive circuits 103 and 104, an edge corresponding to the logic inversion at the input timing of the input signal or the reference signal is referred to as a detection target edge. In this pulse signal, an edge corresponding to a logic inversion in a direction in which the logic value inverted at the detection target edge is returned to the initial value is referred to as a reset edge.

図3に、遅延量のばらつきを説明する図を示す。また、図4に、安定状態の発生を説明するタイミング図を示す。なお、以下では、基準信号が入力信号に先立って入力される第2の遅延回路102の動作を例として説明する。   FIG. 3 is a diagram for explaining the variation in the delay amount. FIG. 4 is a timing chart for explaining the occurrence of a stable state. Hereinafter, the operation of the second delay circuit 102 in which the reference signal is input prior to the input signal will be described as an example.

図3に示した例では、図1,2に示した第2の遅延回路102に含まれる偶数段目のINV22、INV24、INV26、INV28では、立ち上がり遅延時間が立ち下がり遅延時間dよりも差分Δだけ短い。そして、奇数段目のINV21、INV23、INV25、INV27では、逆に、立ち下がり遅延時間が立ち上がり遅延時間dよりも差分Δだけ短い。 In the example shown in FIG. 3, the rising delay time falls in the even delay stages INV 22 , INV 24 , INV 26 , INV 28 included in the second delay circuit 102 shown in FIGS. It is shorter than 2 by the difference Δ. In the odd-numbered stages INV 21 , INV 23 , INV 25 , and INV 27 , conversely, the falling delay time is shorter than the rising delay time d 2 by the difference Δ.

そして、偶数個のインバータをループ状に接続させた構成では、パルス信号を循環させる過程において、図3に示したような遅延時間のばらつきが、パルス信号の2つのエッジの伝播時間にそれぞれ蓄積されていく。   In the configuration in which an even number of inverters are connected in a loop, the delay time variation as shown in FIG. 3 is accumulated in the propagation times of the two edges of the pulse signal in the process of circulating the pulse signal. To go.

例えば、図4において、時刻Tに対応して示したINV21の立ち下りエッジは、偶数段目のINV22、INV24、INV26、INV28では立ち上がりエッジとして伝搬される。一方、奇数段目のINV23、INV25、INV27では立ち下がりエッジとして伝搬される。 For example, in FIG. 4, the falling edge of INV 21 shown corresponding to time T 1 is propagated as the rising edge in INV 22 , INV 24 , INV 26 , and INV 28 in even stages. On the other hand, in the odd stages of INV 23 , INV 25 , INV 27 , they are propagated as falling edges.

つまり、このINV21の立ち下りエッジは、各段のインバータによって短い方の遅延時間で伝搬されていくので、上述した差分Δがインバータの段数分にわたって蓄積されていく。このため、このINV21の立ち下りエッジがループを一周するのに要する時間は、遅延時間dの8倍よりも短い8(d−Δ)となる。 That is, the falling edge of the INV 21 is propagated by the inverter of each stage with a shorter delay time, and thus the above-described difference Δ is accumulated over the number of inverter stages. Therefore, the time required for the falling edge of this INV 21 to make a round of the loop is 8 (d 2 −Δ), which is shorter than 8 times the delay time d 2 .

一方、図4において、時刻Tに対応して示したINV21の立ち上がりエッジは、偶数段目のINV22、INV24、INV26、INV28では立ち下がりエッジとして伝搬される。逆に、奇数段目のINV23、INV25、INV27では立ち上がりエッジとして伝搬される。このため、このINV21の立ち上がりエッジがループを一周するのに要する時間は、遅延時間dのちょうど8倍の8dとなる。 On the other hand, the rising edge of INV 21 shown in FIG. 4 corresponding to time T 5 is propagated as a falling edge in the even-numbered stages INV 22 , INV 24 , INV 26 , and INV 28 . Conversely, in the odd-numbered stages INV 23 , INV 25 , and INV 27 , they are propagated as rising edges. For this reason, the time required for the rising edge of INV 21 to go around the loop is 8d 2 which is exactly 8 times the delay time d 2 .

上述したINV21の立ち下りエッジおよび立ち上がりエッジは、パルス信号駆動回路104によって生成されたパルス信号の検出対象エッジあるいはリセットエッジに対応している。つまり、図3に示したような遅延時間のばらつきは、検出対象エッジがループを伝搬する周期とリセットエッジがループを伝搬する周期とに差を生じさせる。このため、図4に示したように、パルス信号がループを循環するごとに、パルス信号のデューティー比が徐々に変化していく。 The above-described falling edge and rising edge of INV 21 correspond to the detection target edge or reset edge of the pulse signal generated by the pulse signal driving circuit 104. That is, the delay time variation as shown in FIG. 3 causes a difference between the period in which the detection target edge propagates through the loop and the period in which the reset edge propagates through the loop. For this reason, as shown in FIG. 4, every time the pulse signal circulates in the loop, the duty ratio of the pulse signal gradually changes.

例えば、図4において時刻T1に対応して示したINV21の立ち下りエッジから始まる1周期に注目すると、INV21の出力が論理「H」である期間4d−8Δは、INV21の出力が論理「L」である期間4dに比べて短くなっている。そして、図4において時刻Tに対応して示したINV21の立ち下がりエッジから始まる1周期に注目すると、INV21の出力が論理「H」である期間は更に短くなって4d−16Δとなる。その一方、INV21の出力が論理「L」である期間は4d+8Δとなり、パルス信号のデューティーが更に変化していることがわかる。 For example, paying attention to one cycle starting from the falling edge of INV 21 shown corresponding to time T 1 in FIG. 4, the period 4d 2 -8Δ in which the output of INV 21 is logic “H” is the output of INV 21 There has been shorter than that of the period 4d 2 is a logic "L". When attention is paid to one period starting from the falling edge of INV 21 shown in FIG. 4 corresponding to time T 9 , the period during which the output of INV 21 is logic “H” is further shortened to 4d 2 −16Δ. Become. On the other hand, the period during which the output of INV 21 is logic “L” is 4d 2 + 8Δ, which indicates that the duty of the pulse signal further changes.

図3、図4に示した例では、パルス信号がループを一周するごとに、INV21の出力が論理「H」である期間が8Δずつ短くなっている。そして、この短縮が蓄積していき、INV21の出力が論理「H」である期間が0となったときに、8段のインバータを接続したループは安定状態となる。例えば、遅延時間dおよびばらつきΔをそれぞれ100psおよび0.25psとすると、パルス信号がループを1610周したときに、二つのエッジが重なり、パルス信号が消失してしまう。 In the example shown in FIGS. 3 and 4, each time the pulse signal goes around the loop, the period during which the output of INV 21 is logic “H” is shortened by 8Δ. This shortening accumulates, and when the period during which the output of INV 21 is logic “H” becomes 0, the loop connected with the 8-stage inverter becomes stable. For example, if the delay time d 2 and the variation Δ are 100 ps and 0.25 ps, respectively, when the pulse signal makes 1610 loops, the two edges overlap and the pulse signal disappears.

したがって、以上で説明したようなパルス信号の消失が発生するまでの範囲が、偶数段のインバータをループ状に接続したバーニアディレイ型のTDC回路による位相差の検出可能範囲となる。上述した例では、第1の遅延回路101に含まれる各インバータの遅延時間dを90psとすると、基準信号と入力信号との位相差が、160.1nsまで範囲が検出可能となる。 Therefore, the range until the disappearance of the pulse signal as described above becomes a detectable range of the phase difference by the vernier delay type TDC circuit in which the even-numbered inverters are connected in a loop. In the above example, if the delay time d 1 of each inverter included in the first delay circuit 101 to 90 ps, the phase difference between the reference signal and the input signal, the range can be detected up to 160.1Ns.

なお、図3、図4に示した例は、個々のインバータの遅延時間が、検出対象エッジが伝搬する周期とリセットエッジが伝搬する周期との差を増大させるようにばらついた極端な例である。故に、各インバータの遅延時間のばらつきが、検出対象エッジが伝搬する周期とリセットエッジが伝搬する周期との差を相殺するようにインバータ素子を選択することにより、検出可能範囲を実用上問題のない程度にまで延長することができる。例えば、上述した特願2009−802886「TDC回路及びADPLL回路」では、ループ状に接続したインバータを擬似差動とすることにより、検出対象エッジが伝搬する周期とリセットエッジが伝搬する周期との差の縮小が図られている。   Note that the examples shown in FIGS. 3 and 4 are extreme examples in which the delay time of each inverter varies so as to increase the difference between the period of propagation of the detection target edge and the period of propagation of the reset edge. . Therefore, by selecting the inverter element so that the variation in delay time of each inverter cancels the difference between the period of propagation of the detection target edge and the period of propagation of the reset edge, there is no practical problem in the detectable range. Can be extended to a degree. For example, in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2009-802886 “TDC circuit and ADPLL circuit”, the difference between the cycle in which the detection target edge propagates and the cycle in which the reset edge propagates is obtained by making the inverter connected in a loop form a pseudo differential. The reduction of is planned.

とはいえ、個々のインバータの遅延時間のばらつきを完全に相殺することは難しい。このため、図2に示したように構成されたバーニアディレイ型のTDC回路では、位相差の検出可能範囲が、安定状態が発生するまでの範囲に限られてしまうことが課題となっていた。
(実施形態1)
次に、図1に示したリセット回路111,112および遮断回路113,114により、以上で説明したような安定状態の発生を回避する方法について説明する。
Nonetheless, it is difficult to completely cancel the delay time variations of individual inverters. For this reason, the vernier delay type TDC circuit configured as shown in FIG. 2 has a problem that the detectable range of the phase difference is limited to the range until the stable state occurs.
(Embodiment 1)
Next, a method for avoiding the occurrence of the stable state as described above by the reset circuits 111 and 112 and the cutoff circuits 113 and 114 shown in FIG. 1 will be described.

図1に示したリセット回路111は、第1の遅延回路101に含まれる1段目のインバータINV11の出力を用いて、6段目のインバータINV16をリセットする。同様に、リセット回路112は、第2の遅延回路102に含まれる1段目のインバータINV21の出力を用いて、6段目のインバータINV26をリセットする。図1に示した例では、インバータINV16が、第3の反転遅延素子に相当し、他のインバータは、第1の反転遅延素子に相当する。 The reset circuit 111 illustrated in FIG. 1 resets the sixth-stage inverter INV 16 using the output of the first-stage inverter INV 11 included in the first delay circuit 101. Similarly, the reset circuit 112 resets the sixth-stage inverter INV 26 using the output of the first-stage inverter INV 21 included in the second delay circuit 102. In the example shown in FIG. 1, the inverter INV 16 corresponds to a third inverting delay element, and the other inverters correspond to a first inverting delay element.

また、図1に示した遮断回路113は、第1の遅延回路101に含まれる7段目のインバータINV17の出力を用いて、6段目のインバータINV16への入力信号を遮断する操作を行う。同様に、遮断回路114は、第2の遅延回路102に含まれる7段目のインバータINV27の出力を用いて、6段目のインバータINV26への入力信号を遮断する操作を行う。図1に示した例では、インバータINV26が、第4の反転遅延素子に相当し、他のインバータは、第2の反転遅延素子に相当する。 Further, the cutoff circuit 113 shown in FIG. 1 performs an operation of cutting off the input signal to the sixth-stage inverter INV 16 using the output of the seventh-stage inverter INV 17 included in the first delay circuit 101. Do. Similarly, the cutoff circuit 114 performs an operation of cutting off the input signal to the sixth-stage inverter INV 26 using the output of the seventh-stage inverter INV 27 included in the second delay circuit 102. In the example shown in FIG. 1, the inverter INV 26 corresponds to a fourth inversion delay element, and the other inverters correspond to a second inversion delay element.

このような第3の反転遅延素子および第4の反転遅延素子は、リセット機能を持つ相補入出力型のインバータのリセット機能部を変形することで実現することができる。   Such a third inversion delay element and a fourth inversion delay element can be realized by modifying the reset function unit of a complementary input / output inverter having a reset function.

図5に、反転遅延素子の一実施形態を示す。図5(a)は、第3の反転遅延素子および第4の反転遅延素子の実施形態の一例である。また、図5(b)に、第1の反転遅延素子および第2の反転遅延素子の構成例を示す。なお、図5(b)に示したインバータの詳細な動作については、上述した特願2009−802886「TDC回路及びADPLL回路」を参照されたい。   FIG. 5 shows an embodiment of the inverting delay element. FIG. 5A is an example of an embodiment of a third inversion delay element and a fourth inversion delay element. FIG. 5B shows a configuration example of the first inversion delay element and the second inversion delay element. For detailed operation of the inverter shown in FIG. 5B, refer to the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2009-802886 “TDC circuit and ADPLL circuit”.

図5(a),(b)を比べれば分かるように、図5(a)に示したインバータでは、相補型入力IN,INxを受ける入力側の回路の動作を制御する遮断信号SHT、SHTxと、出力側の回路の動作を制御するリセット信号RST、RSTxとが分離されている。   5A and 5B, in the inverter shown in FIG. 5A, the cutoff signals SHT and SHTx for controlling the operation of the circuit on the input side that receives the complementary inputs IN and INx, and The reset signals RST and RSTx for controlling the operation of the output side circuit are separated.

そして、遮断信号SHTxとして論理「L」を、相補関係にある遮断信号SHTとして論理「H」を入力することにより、このインバータにおいて、入力端子IN,INxと出力端子OUT,OUTxとが遮断される。   Then, by inputting logic “L” as the cutoff signal SHTx and logic “H” as the complementary cutoff signal SHT, the input terminals IN and INx and the output terminals OUT and OUTx are blocked in this inverter. .

一方、リセット信号RSTxとして論理「L」を、相補関係にあるリセット信号RSTとして論理「H」を入力することにより、このインバータの出力OUT,OUTxは、それぞれ論理「H」と論理「L」とにリセットされる。   On the other hand, by inputting the logic “L” as the reset signal RSTx and the logic “H” as the complementary reset signal RST, the outputs OUT and OUTx of the inverter are respectively set to the logic “H” and the logic “L”. Reset to.

このように、図5(a)に示したインバータでは、出力論理をリセットする出力リセット部と入力論理と出力論理とを分離する入力遮断部とを、相補的な遮断信号SHT,SHTxと同じく相補的なリセット信号RST,RSTxに応じて独立に動作させることが可能となっている。なお、図5(a)に示したインバータを第3の反転遅延素子として用いられる場合に、リセット信号RST,RSTxが入力される2つのトランジスタは、第1出力リセット部に相当する。一方、遮断信号SHT,SHTxが入力される4つのトランジスタは、第1入力遮断部に相当する。同様に、図5(a)に示したインバータを第4の反転遅延素子として用いられる場合に、リセット信号RST,RSTxが入力される2つのトランジスタは、第2出力リセット部に相当する。一方、遮断信号SHT,SHTxが入力される4つのトランジスタは、第2入力遮断部に相当する。   As described above, in the inverter shown in FIG. 5A, the output reset unit that resets the output logic and the input blocking unit that separates the input logic and the output logic are complemented in the same manner as the complementary blocking signals SHT and SHTx. It is possible to operate independently according to typical reset signals RST and RSTx. When the inverter shown in FIG. 5A is used as the third inverting delay element, the two transistors to which the reset signals RST and RSTx are input correspond to the first output reset unit. On the other hand, the four transistors to which the cutoff signals SHT and SHTx are input correspond to the first input cutoff unit. Similarly, when the inverter illustrated in FIG. 5A is used as the fourth inversion delay element, the two transistors to which the reset signals RST and RSTx are input correspond to the second output reset unit. On the other hand, the four transistors to which the cutoff signals SHT and SHTx are input correspond to a second input cutoff unit.

なお、リセット信号RST,RSTxに応じて実行されるリセット操作のタイミングは、入力端子IN,INxと出力端子OUT,OUTxとの間が遮断されている期間内であることが望ましい。   Note that the timing of the reset operation executed in response to the reset signals RST and RSTx is preferably within a period in which the input terminals IN and INx are disconnected from the output terminals OUT and OUTx.

また、図1に示した第1の遅延回路101に含まれるインバータおよび第2の遅延回路102に含まれるインバータの出力は相補性である。したがって、これらのインバータの出力をそのまま遮断信号SHT,SHTxおよびリセット信号RST,RSTxとして利用することができる。   Further, the outputs of the inverter included in the first delay circuit 101 and the inverter included in the second delay circuit 102 shown in FIG. 1 are complementary. Therefore, the outputs of these inverters can be used as they are as the cutoff signals SHT and SHTx and the reset signals RST and RSTx.

このように構成された第1の遅延回路101では、ループを循環するパルス信号のリセットエッジは、リセット回路111が6段目のインバータINV16をリセットすることによって一周ごとに新たに生成される。このとき、遮断回路113は、リセット回路111による操作が正常に為されるように、前段のINV15からリセットエッジが伝搬してくるタイミングの前後でインバータINV16の入力を遮断する。 In the first delay circuit 101 configured as described above, the reset edge of the pulse signal circulating in the loop is newly generated for each cycle when the reset circuit 111 resets the sixth-stage inverter INV 16 . At this time, the cutoff circuit 113 shuts off the input of the inverter INV 16 before and after the timing at which the reset edge propagates from the previous stage INV 15 so that the operation by the reset circuit 111 is normally performed.

同様に、リセット回路112および遮断回路114を備える第2の遅延回路101では、ループを循環するパルス信号のリセットエッジは、6段目のインバータINV26に対してリセット操作を行うことによって一周ごとに新たに生成される。 Similarly, in the second delay circuit 101 including the reset circuit 112 and the cutoff circuit 114, the reset edge of the pulse signal that circulates in the loop is reset every time by performing a reset operation on the sixth-stage inverter INV 26 . Newly generated.

図6に、遮断回路およびリセット回路の動作を説明するタイミング図を示す。以下では、第2の遅延回路102に備えられた6段目のINV26の出力に注目して説明する。 FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of the cutoff circuit and the reset circuit. Hereinafter, the description will be given focusing on the output of the sixth stage INV 26 provided in the second delay circuit 102.

このINV26は偶数段目であるので、初期値は論理「H」であり、立ち下がりエッジが検出対象エッジでリセットエッジは立ち上がりエッジである。なお、図6において、検出対象エッジを符号「S」を付した矢印で示し、リセットエッジを符号「R」を付した矢印で示した。 Since INV 26 is an even-numbered stage, the initial value is logic “H”, the falling edge is the detection target edge, and the reset edge is the rising edge. In FIG. 6, the detection target edge is indicated by an arrow with a symbol “S”, and the reset edge is indicated by an arrow with a symbol “R”.

図6において、時刻Tに対応して示したINV26の出力の検出対象エッジSは、細い実線の矢印で示したように、ループ状に接続されたインバータの格段によって順次に伝搬される。このようにしてループを一周した検出対象エッジは、時刻Tにおいて再びINV26に到達する。そして、この検出対象エッジが時刻T10においてINV27に伝搬され、INV27の出力論理が反転したときに、図1に示した遮断回路113により、このINV27の出力を用いて、INV26を遮断状態にする操作が行われる。 In FIG. 6, the detection target edge S of the output of the INV 26 shown corresponding to the time T 1 is sequentially propagated by the remarkable inverters connected in a loop as indicated by the thin solid line arrows. Detected edges and around the loop in this way, again reaches the INV 26 at time T 9. Then, when this detection target edge is propagated to INV 27 at time T 10 and the output logic of INV 27 is inverted, the interruption circuit 113 shown in FIG. 1 uses the output of INV 27 to change INV 26 . An operation to turn off is performed.

例えば、遮断回路113は、INV27の出力OUTxを遮断信号SHTxとしてINV26に入力することで、このINV26を遮断状態とする操作を実現することができる。この遮断信号SHTxは、遮断制御入力に相当する。なお、図6において、この遮断操作を符号(1)を付した太い破線の矢印で示した。 For example, the shut-off circuit 113 can realize an operation of putting the INV 26 in the shut-off state by inputting the output OUTx of the INV 27 to the INV 26 as the shut-off signal SHTx. This cutoff signal SHTx corresponds to a cutoff control input. In addition, in FIG. 6, this interruption | blocking operation was shown with the arrow of the thick broken line which attached | subjected the code | symbol (1).

一方、上述した検出対象エッジが更に伝搬していき、時刻T12においてINV21の出力論理が反転したときに、図1に示したリセット回路114により、このINV21の出力を用いて、INV26をリセットする操作が行われる。 On the other hand, the detection target edge described above can continue to further propagate, when the output logic of the INV 21 is inverted at time T 12, the reset circuit 114 shown in FIG. 1, using the output of the INV 21, INV 26 An operation to reset is performed.

例えば、リセット回路114は、INV21の出力OUTxをリセット信号RSTxとしてINV26に入力することで、このINV26をリセットする操作を実現することができる。このリセット信号RSTxは、リセット制御入力に相当する。なお、図6において、このリセット操作を符号(2)を付した太い破線の矢印で示した。 For example, the reset circuit 114, by inputting the output OUTx of INV 21 to INV 26 as a reset signal RSTX, it is possible to realize an operation for resetting the INV 26. This reset signal RSTx corresponds to a reset control input. In FIG. 6, this reset operation is indicated by a thick dashed arrow with a reference sign (2).

このように、INV26が遮断状態となっている期間に、上述したようにして、リセット回路114により、リセット信号をINV26に入力することにより、リセット操作を正常に動作させることができる。このリセット操作に応じてINV26の出力論理が反転するタイミングは、時刻Tに対応して示した検出対象エッジの伝搬によりINV21の出力論理が反転するタイミングで決定される。つまり、図1に示した第2の遅延回路102では、リセットエッジはループを循環することなく、INV26に対するリセット操作によって、一周ごとに新たに生成される。なお、リセットエッジがループ状に接続された各段のインバータを伝搬していく様子を、図6において、細い破線の矢印で示した。 As described above, the reset operation can be normally performed by inputting the reset signal to the INV 26 by the reset circuit 114 as described above during the period in which the INV 26 is in the cutoff state. The timing at which the output logic of the INV 26 is inverted in response to a reset operation, the output logic of the INV 21 is determined at the timing of inverting the propagation of detected edges shown corresponds to a time T 9. That is, in the second delay circuit 102 shown in FIG. 1, the reset edge is newly generated every round by the reset operation on the INV 26 without circulating through the loop. A state in which the reset edge propagates through the inverters of each stage connected in a loop shape is indicated by a thin broken arrow in FIG.

上述したリセット操作に応じて新たなリセットエッジが生成されるタイミングに、前段のINV25から前回に生成されたリセットエッジが到達するタイミングは反映されない。したがって、図1に示したように、リセット回路112と遮断回路114を備えて構成された第2の遅延回路102では、偶数個のインバータを接続したループにおける安定状態の発生を回避することができる。 The timing at which the reset edge generated last time from the previous INV 25 arrives at the timing at which a new reset edge is generated in response to the reset operation described above. Therefore, as shown in FIG. 1, in the second delay circuit 102 configured to include the reset circuit 112 and the cutoff circuit 114, it is possible to avoid the occurrence of a stable state in a loop in which an even number of inverters are connected. .

同様に、図1に示したように、リセット回路111と遮断回路113を備えて構成された第1の遅延回路101においても、偶数個のインバータを接続したループにおける安定状態の発生を回避することができる。   Similarly, as shown in FIG. 1, in the first delay circuit 101 configured with the reset circuit 111 and the cutoff circuit 113, generation of a stable state in a loop in which an even number of inverters are connected is avoided. Can do.

なお、図6に示したように、リセット操作によって生成されたリセットエッジが伝搬していき、時刻T13においてINV27に到達し、その出力論理を反転させる。そして、この論理反転のタイミングで、遮断回路114がINV26に入力する遮断信号SHTxの論理も反転する。これに応じて、INV26に対する遮断操作が解除され、遮断期間が終了する。なお、図6において、遮断操作の解除を符号(3)を付した太い破線の矢印で示した。 Incidentally, as shown in FIG. 6, will propagate the reset edge generated by the reset operation, reaches the INV 27 at time T 13, inverts the output logic. At this logic inversion timing, the logic of the cutoff signal SHTx input to the INV 26 by the cutoff circuit 114 is also inverted. In response to this, the blocking operation for the INV 26 is released, and the blocking period ends. In FIG. 6, the release of the shut-off operation is indicated by a thick broken-line arrow with a symbol (3).

そして、このリセットエッジが更に伝搬していき、時刻T15において、INV21に到達し、その出力論理を反転させる。そして、この論理反転のタイミングで、リセット回路112がINV26に入力するリセット信号RSTxの論理も反転する。これに応じて、INV26に対するリセット操作が解除され、リセット期間が終了する。なお、図6において、リセット操作の解除を符号(4)を付した太い破線の矢印で示した。 Then, the reset edge continue to further propagate, at time T 15, reaches the INV 21, inverts the output logic. At the logic inversion timing, the logic of the reset signal RSTx input to the INV 26 by the reset circuit 112 is also inverted. In response, the reset operation for INV 26 is released and the reset period ends. In FIG. 6, the cancellation of the reset operation is indicated by a thick dashed arrow with a reference (4).

なお、第1の遅延回路101において、第3の反転遅延素子は、パルス信号駆動回路103による操作を受けるINV15以外であれば、いずれのインバータの位置にも配置することができる。そして、リセット回路111は、第3の反転遅延素子から複数段離れたインバータの出力を利用して、第3の反転遅延素子に対するリセット操作を行うことができる。また、遮断回路113は、リセット回路111によって利用されるインバータと第3の反転遅延素子との間に位置するインバータの出力を利用して、第3の反転遅延素子に対する遮断操作を行うことができる。   In the first delay circuit 101, the third inverting delay element can be disposed at any inverter position other than the INV 15 that is operated by the pulse signal driving circuit 103. The reset circuit 111 can perform a reset operation on the third inversion delay element by using the output of the inverter that is separated from the third inversion delay element by a plurality of stages. Further, the cutoff circuit 113 can perform a cutoff operation on the third inversion delay element by using the output of the inverter located between the inverter used by the reset circuit 111 and the third inversion delay element. .

また、リセット回路111が出力を利用するインバータは、ループを循環している検出対象エッジが第3の反転遅延素子に到達する前に、図6に示したようなリセット期間が終了するように選択することができる。例えば、リセット回路111が出力を利用するインバータと第3の反転遅延素子との間に挟まれるインバータの段数を、ループに接続されたインバータの数2nの半数以下とすることで、上述した条件を満たすことができる。
(実施形態2)
図7に、第2の遅延回路の別実施形態を示す。なお、図7に示した構成要素のうち、図1に示した構成要素と同等のものについては、同一の符号を付して示し、その説明は省略する。
Further, the inverter whose output is used by the reset circuit 111 is selected so that the reset period as shown in FIG. 6 ends before the detection target edge circulating in the loop reaches the third inversion delay element. can do. For example, by setting the number of inverter stages sandwiched between the inverter that uses the output and the third inverting delay element by the reset circuit 111 to be equal to or less than half of the number 2n of inverters connected to the loop, the above-described condition is satisfied. Can be satisfied.
(Embodiment 2)
FIG. 7 shows another embodiment of the second delay circuit. 7 that are the same as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

図7に示した第2の遅延回路102では、リセット回路112は、第2段のINV22の出力OUTをリセット信号RSTxとしてINV26に入力する回路を備えている。また、遮断回路114は、第8段のINV28の出力OUTを遮断信号SHTxとしてINV26に入力する回路を備えている。 In the second delay circuit 102 shown in FIG. 7, the reset circuit 112 includes a circuit that inputs the output OUT of the second stage INV 22 to the INV 26 as the reset signal RSTx. The cutoff circuit 114 includes a circuit that inputs the output OUT of the eighth stage INV 28 to the INV 26 as the cutoff signal SHTx.

図7に示した例では、第2の遅延回路102において、第3の反転遅延素子に対応するINV26とINV22との間にループ接続されたインバータの段数の半数にあたる4段のインバータが挟まれている。したがって、この第2の遅延回路102に備えられたループでは、循環するパルス信号のデューティ比は0.5となる。   In the example shown in FIG. 7, in the second delay circuit 102, a four-stage inverter corresponding to half the number of stages of inverters connected in a loop between INV26 and INV22 corresponding to the third inverting delay element is sandwiched. Yes. Therefore, in the loop provided in the second delay circuit 102, the duty ratio of the circulating pulse signal is 0.5.

なお、図7において、奇数段目のインバータの出力OUT,OUTxは、ラッチ回路105に備えられた対応するラッチのクロック端子CK,CKxにそれぞれ入力されている。一方、偶数段目のインバータの出力OUT,OUTxは、対応するラッチのクロック端子CKx,CKにそれぞれ入力されている。   In FIG. 7, the outputs OUT and OUTx of the odd-numbered inverters are input to the clock terminals CK and CKx of the corresponding latches provided in the latch circuit 105, respectively. On the other hand, the outputs OUT and OUTx of the even-numbered inverters are respectively input to the clock terminals CKx and CK of the corresponding latches.

図7に示した第2の遅延回路102と同様に、第1の遅延回路101に備えられるリセット回路111および遮断回路113を構成することも可能である。   Similarly to the second delay circuit 102 shown in FIG. 7, the reset circuit 111 and the cutoff circuit 113 provided in the first delay circuit 101 can be configured.

このように構成された第1の遅延回路101および第2の遅延回路102でも、図1に示した第1の遅延回路101および第2の遅延回路102と同様に、偶数個のインバータを接続したループにおける安定状態の発生を回避することができる。   In the first delay circuit 101 and the second delay circuit 102 configured as described above, an even number of inverters are connected in the same manner as the first delay circuit 101 and the second delay circuit 102 shown in FIG. Occurrence of a stable state in the loop can be avoided.

つまり、図1および図7に示したように構成された遅延回路を備えることにより、偶数個のインバータを接続したループを備えたTDC回路における課題を解決し、TDC回路による位相差検出可能範囲の拡大と分解能の向上とを両立することができる。   That is, by providing the delay circuit configured as shown in FIG. 1 and FIG. 7, the problem in the TDC circuit having a loop in which an even number of inverters are connected is solved, and the phase difference detectable range of the TDC circuit is reduced. Both enlargement and improvement in resolution can be achieved.

これにより、ADPLL回路において必要とされる精度と検出可能範囲とを兼ね備えたTDC回路を提供することができる。
(実施形態3)
図8に、ADPLL回路の実施形態を示す。
Thereby, it is possible to provide a TDC circuit having both the accuracy required for the ADPLL circuit and the detectable range.
(Embodiment 3)
FIG. 8 shows an embodiment of the ADPLL circuit.

図8に示したADPLL回路において、積分器211,212は、それぞれ設定周波数データ(FCW)の積分と出力クロックCLKOUTの積分を行う。積分器212による積分結果は、ラッチ213を介して加算器219に渡され、積分器211による積分結果から差し引かれる。   In the ADPLL circuit shown in FIG. 8, the integrators 211 and 212 respectively integrate the set frequency data (FCW) and the output clock CLKOUT. The integration result by the integrator 212 is passed to the adder 219 via the latch 213 and is subtracted from the integration result by the integrator 211.

ADPLL回路に入力される基準信号REFは、TDC回路215に設けられたstart端子を介して第2の遅延回路102に入力される。また、ラッチ214は、この基準信号REFを出力クロックCLKOUTに同期してラッチする。このラッチ214の出力は、TDC回路215に設けられたstop端子を介して入力され、第1の遅延回路101への入力信号として用いられる。そして、TDC回路215は、start端子に入力された基準信号とstop端子を介して入力された入力信号との位相差を、上述した2つの積分器211,212による計数単位よりも小さい範囲について検出する。   The reference signal REF input to the ADPLL circuit is input to the second delay circuit 102 via the start terminal provided in the TDC circuit 215. The latch 214 latches the reference signal REF in synchronization with the output clock CLKOUT. The output of the latch 214 is input via a stop terminal provided in the TDC circuit 215 and used as an input signal to the first delay circuit 101. Then, the TDC circuit 215 detects the phase difference between the reference signal input to the start terminal and the input signal input via the stop terminal in a range smaller than the counting unit by the two integrators 211 and 212 described above. To do.

このTDC回路215によって生成された位相差検出結果REVは、クロック生成部(CLKGEN)216,正規化部217および乗算器218によって正規化される。そして、正規化された位相差検出結果は、上述した加算器219に渡され、2つの積分器211,212の差分に加算される。   The phase difference detection result REV generated by the TDC circuit 215 is normalized by a clock generation unit (CLKGEN) 216, a normalization unit 217, and a multiplier 218. Then, the normalized phase difference detection result is passed to the adder 219 described above and added to the difference between the two integrators 211 and 212.

この加算器219の出力は、ループフィルタ(LPF)222を介してデジタル制御発振器(DCO)223に渡され、出力クロックの制御に用いられる。また、ロック検出部(LOCK)221は、加算器219の出力に基づいて、基準信号と出力クロックCLKOUTとの同期の確立を検出する。   The output of the adder 219 is passed to the digitally controlled oscillator (DCO) 223 via the loop filter (LPF) 222 and used for controlling the output clock. The lock detector (LOCK) 221 detects the establishment of synchronization between the reference signal and the output clock CLKOUT based on the output of the adder 219.

このように構成されたADPLL回路では、TDC回路215により、基準信号と入力信号との間に、出力信号CLKOUTの1周期に近い位相差がある場合でも確実に位相差を検出することができる。   In the ADPLL circuit configured as described above, the TDC circuit 215 can reliably detect the phase difference even when there is a phase difference close to one cycle of the output signal CLKOUT between the reference signal and the input signal.

以上に説明したように、図1および図7に示したように構成された遅延回路を備えるTDC回路では、上述した安定状態の発生が回避できる。したがって、ADPLL回路で必要とされる以上に大きな位相差検出可能範囲を実現することができる。   As described above, in the TDC circuit including the delay circuit configured as shown in FIGS. 1 and 7, the occurrence of the stable state described above can be avoided. Therefore, it is possible to realize a phase difference detectable range larger than that required by the ADPLL circuit.

故に、図1および図7に示したように構成された遅延回路を備えるTDC回路は、ADPLL回路への適用以外にも、例えば、光の発射時刻と物体からの反射光の入射時刻との差をTDC回路を用いて求め、物体との距離を精密に計測する用途などに適用できる。   Therefore, a TDC circuit having a delay circuit configured as shown in FIGS. 1 and 7 can be applied to an ADPLL circuit, for example, a difference between a light emission time and an incident time of reflected light from an object. Can be obtained using a TDC circuit, and can be applied to a purpose of accurately measuring the distance to an object.

101,401 第1の遅延回路
102,402 第2の遅延回路
103,104 パルス信号駆動回路
105 ラッチ回路
106,107 カウンタ
108 位相差算出制御部
111,112 リセット回路
113,114 遮断回路
211,212 積分器
213,214 ラッチ
215 TDC回路
216 クロック生成部(CLKGEN)
217 正規化部
218 乗算器
219 加算器
221 ロック検出部(LOCK)
222 ループフィルタ(LPF)
223 デジタル制御発振器(DCO)
INV11〜INV18,INV21〜INV28 インバータ
101, 401 First delay circuit 102, 402 Second delay circuit 103, 104 Pulse signal driving circuit 105 Latch circuit 106, 107 Counter 108 Phase difference calculation control unit 111, 112 Reset circuit 113, 114 Cutoff circuit 211, 212 Integration 213, 214 Latch 215 TDC circuit 216 Clock generator (CLKGEN)
217 Normalization unit 218 Multiplier 219 Adder 221 Lock detection unit (LOCK)
222 Loop filter (LPF)
223 Digitally controlled oscillator (DCO)
INV 11 ~INV 18, INV 21 ~INV 28 inverter

Claims (3)

2n個の第1の反転遅延素子を直列接続して形成されたループを含む第1の遅延回路と、
前記第1の反転遅延素子とは遅延時間が異なる第2の反転遅延素子を前記2n個、直列接続して形成されたループを含む第2の遅延回路と、
前記第1の遅延回路に含まれる前記第1の反転遅延素子それぞれの出力論理値を、前記第1の反転遅延素子に対応する前記第2の反転遅延素子の出力信号に同期してラッチするラッチ回路と、
時間差検出の対象となる入力信号の論理反転のタイミングを示す検出対象エッジと当該検出対象エッジに対応して反転した論理をリセットする第1リセットエッジとを持つパルス信号を発生し、前記第1の遅延回路の前記ループにおいて伝搬させる第1パルス信号駆動回路と、
前記入力信号とは別の基準信号の入力に応じて、前記入力信号との時間差検出の基準となるタイミングを示す基準エッジと当該基準エッジに対応して反転した論理をリセットする第2リセットエッジとを持つパルス信号を発生し、前記第2の遅延回路の前記ループにおいて伝搬させる第2パルス信号駆動回路と、
前記第1の遅延回路に含まれる前記第1の反転遅延素子のいずれかに対して、前記伝搬される前記第1リセットエッジの入力に対応する論理反転を選択的に遮断する操作を行う第1の遮断回路と、
前記第1の遮断回路による遮断対象の前記第1の反転遅延素子に対して、前記伝搬された前記検出対象エッジの入力に応じて反転した論理をリセットする操作を行う第1のリセット回路と、
前記第2の遅延回路に含まれる前記第2の反転遅延素子のいずれかに対して、前記伝搬される前記第2リセットエッジの入力に対応する論理反転を選択的に遮断する操作を行う第2の遮断回路と、
前記第2の遮断回路による遮断対象の前記第2の反転遅延素子に対して、前記伝搬された前記基準エッジの入力に応じて反転した論理をリセットする操作を行う第2のリセット回路と、
を備えることを特徴とするTDC回路。
A first delay circuit including a loop formed by connecting 2n first inversion delay elements in series;
A second delay circuit including a loop formed by connecting the 2n second inversion delay elements having a delay time different from that of the first inversion delay element in series;
A latch that latches the output logic value of each of the first inversion delay elements included in the first delay circuit in synchronization with the output signal of the second inversion delay element corresponding to the first inversion delay element. Circuit,
A pulse signal having a detection target edge indicating a logic inversion timing of an input signal to be subjected to time difference detection and a first reset edge for resetting a logic inverted corresponding to the detection target edge is generated, and the first signal is generated. A first pulse signal driving circuit to propagate in the loop of the delay circuit;
In response to an input of a reference signal different from the input signal, a reference edge indicating a timing serving as a reference for detecting a time difference from the input signal, and a second reset edge for resetting a logic inverted corresponding to the reference edge, A second pulse signal driving circuit that generates a pulse signal having the following characteristic and propagates in the loop of the second delay circuit:
A first operation for selectively blocking logic inversion corresponding to the input of the propagated first reset edge with respect to any of the first inversion delay elements included in the first delay circuit. A shut-off circuit of
A first reset circuit that performs an operation of resetting the inverted logic in response to the input of the propagated detection target edge with respect to the first inversion delay element to be blocked by the first cutoff circuit;
A second operation for selectively blocking logic inversion corresponding to the input of the second reset edge to be propagated to any one of the second inverting delay elements included in the second delay circuit; A shut-off circuit of
A second reset circuit that performs an operation of resetting the inverted logic in response to the input of the propagated reference edge with respect to the second inverting delay element to be blocked by the second blocking circuit;
A TDC circuit comprising:
請求項1に記載のTDC回路において、
前記第1の遅延回路は、前記所定数の第1の反転遅延素子のいずれかを、前記第1の反転遅延素子と遅延時間が同等である第3の反転遅延素子に置き換えた構成を含み、
前記第2の遅延回路は、前記所定数の第2の反転遅延素子のいずれかを、前記第2の反転遅延素子と遅延時間が同等である第4の反転遅延素子に置き換えた構成を含み、
前記第3の反転遅延素子は、
遮断制御入力の論理値に応じて、当該第3の反転遅延素子への入力と出力とを切り離す第1入力遮断部と、
リセット制御入力の論理値に応じて、当該第3の反転遅延素子の出力論理をリセットした状態を継続させる第1出力リセット部とを備え、
前記第4の反転遅延素子は、
遮断制御入力の論理値に応じて、当該第4の反転遅延素子への入力と出力とを切り離す第2入力遮断部と、
リセット制御入力の論理値に応じて、当該第4の反転遅延素子の出力論理をリセットした状態を継続させる第2出力リセット部とを備え、
前記第1のリセット回路は、前記第1の遅延回路の前記ループにおいて、前記第3の反転遅延素子から信号の伝搬方向に複数段離れて位置する前記第1の反転遅延素子の出力信号を、前記第3の反転遅延素子に備えられる前記第1出力リセット部のリセット制御入力として入力する回路を有し、
前記第1の遮断回路は、前記第3の反転遅延素子と前記第1のリセット回路で用いられる前記第1の反転遅延素子との間に位置する別の前記第1の反転遅延素子の出力信号を、前記第3の反転遅延素子に備えられる前記第1入力遮断部の遮断制御入力として入力する回路を有し、
前記第2のリセット回路は、前記第2の遅延回路の前記ループにおいて、前記第4の反転遅延素子から信号の伝搬方向に複数段離れて位置する前記第2の反転遅延素子の出力信号を、前記第4の反転遅延素子に備えられる前記第2出力リセット部のリセット制御入力として入力する回路を有し、
前記第2の遮断回路は、前記第4の反転遅延素子と前記第2のリセット回路で用いられる前記第2の反転遅延素子との間に位置する別の前記第2の反転遅延素子の出力信号を、前記第4の反転遅延素子に備えられる前記第2入力遮断部の遮断制御入力として入力する回路を有する、
ことを特徴とするTDC回路。
The TDC circuit according to claim 1, wherein
The first delay circuit includes a configuration in which any one of the predetermined number of first inversion delay elements is replaced with a third inversion delay element having a delay time equivalent to that of the first inversion delay element,
The second delay circuit includes a configuration in which any one of the predetermined number of second inversion delay elements is replaced with a fourth inversion delay element having a delay time equivalent to that of the second inversion delay element,
The third inversion delay element is
A first input cutoff unit that disconnects an input and an output from the third inverting delay element according to a logical value of the cutoff control input;
A first output reset unit that continues the reset state of the output logic of the third inverting delay element according to the logic value of the reset control input;
The fourth inversion delay element is
A second input cutoff unit that disconnects an input and an output from the fourth inverting delay element according to a logical value of the cutoff control input;
A second output reset unit that continues the reset state of the output logic of the fourth inverting delay element according to the logic value of the reset control input,
In the loop of the first delay circuit, the first reset circuit outputs an output signal of the first inversion delay element located at a plurality of stages away from the third inversion delay element in a signal propagation direction. A circuit for inputting as a reset control input of the first output reset unit provided in the third inverting delay element;
The first cut-off circuit outputs an output signal of another first inversion delay element located between the third inversion delay element and the first inversion delay element used in the first reset circuit. Is input as a cutoff control input of the first input cutoff unit provided in the third inverting delay element,
In the loop of the second delay circuit, the second reset circuit outputs the output signal of the second inversion delay element located at a plurality of stages away from the fourth inversion delay element in the signal propagation direction. A circuit for inputting as a reset control input of the second output reset unit included in the fourth inversion delay element;
The second cutoff circuit outputs an output signal of another second inversion delay element located between the fourth inversion delay element and the second inversion delay element used in the second reset circuit. Is input as a cutoff control input of the second input cutoff unit provided in the fourth inverting delay element,
A TDC circuit characterized by that.
請求項2に記載のTDC回路において、
前記第1のリセット回路は、前記第1の遅延回路の前記ループにおいて、前記第3の反転遅延素子とn以下の自然数であるk段離れて位置する前記第1の反転遅延素子の出力信号を用い、
前記第2のリセット回路は、前記第2の遅延回路の前記ループにおいて、前記第4の反転遅延素子とn以下の自然数であるk段離れて位置する前記第2の反転遅延素子の出力信号を用いる、
ことを特徴とするTDC回路。
The TDC circuit according to claim 2, wherein
In the loop of the first delay circuit, the first reset circuit receives an output signal of the first inversion delay element located apart from the third inversion delay element by k stages, which is a natural number equal to or less than n. Use
In the loop of the second delay circuit, the second reset circuit receives an output signal of the second inversion delay element located apart from the fourth inversion delay element by k stages, which is a natural number equal to or less than n. Use
A TDC circuit characterized by that.
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