JP6258722B2 - タイムデジタルコンバータ及びこれに用いられるキャリブレーション方法 - Google Patents
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Description
(PLL回路の概略構成)
図1は、本発明の一実施形態に係るタイムデジタルコンバータを用いたPLL回路の概略構成の一例を示す図である。同図に示すように、本実施形態のPLL回路100は、例えば、基準発振回路110と、タイムデジタルコンバータ(TDC)部120と、デジタルループフィルタ(DLF)130と、デジタル制御発振器(DCO)140と、分周器150を含んで構成される。このようなPLL回路100は、各コンポーネントがデジタル回路によって構成されるため、ADPLL(All Digital PLL)回路と呼ばれることもある。
次に、本実施形態のTDC部120で採用される、コース及びファインからなる2段構成TDC(以下、「2段構成TDC」という。)の基本概念について説明する。
ただし、cfratio=tresc/tresf
cfratio:理想時間分解能比
tresc:コース時間分解能
tresf:ファイン時間分解能
ここで、上記式1を、コースTDC及びファインTDCのそれぞれの出力に着目し、さらに詳細に記述すると、以下のようになる。なお、以下では、理想的なコース及びファイン時間分解能はそれぞれ、tresc_ideal及びtresf_idealと再定義する。
ただし、Tdiff_in_coarse:コースTDCにより量子化される成分(アナログ値)
Tdiff_in_fine:ファインTDCにより量子化される成分(量子化雑音を除く。)(アナログ値)
となり、ゆえに、
となる。
となり、2段構成TDCの線形性を確保できない。そこで、2段階TDCの線形性を確保するために、理想的な時間分解能比cfratioに代えて、非理想状態における時間分解能比(非理想時間分解能比)cfratio_nidealを導入し、その解を見つけ出すために、
を計算する(第1のキャリブレーション方法)。
を見つけ出し、式9の右辺の値を校正値としてファインTDCの出力に重畳する(第2のキャリブレーション方法)。
図3Aは、本発明の一実施形態に係るTDC部の概略構成の一例を示す図である。同図に示すように、TDC部120は、コースTDC121と、ファインTDCブロック122と、キャリブレーション部123Aと、増幅器124と、加算器125を含んで構成される。同図に示すキャリブレーション部123Aは、上記第1のキャリブレーション方法を実現するために適合されている。
つまり、コースTDC121からの第2の出力Tdiff_out_coarse_bは、第1の出力Tdiff_out_coarse_aに対して、コースTDC121の最小時間分解能tresc(正確には、tresc_nideal)だけ延長した値を有する。コースTDC121の出力Tdiff_out_coarse_a及びTdiff_out_coarse_bについては、第4の実施形態で説明する。
となる。
となる。従って、式14から式13を引くと、
となる。つまり、非理想因子検出部1231Aは、ファインTDC122bによる出力Tdiff_out_fine_bとファインTDC122aによる出力Tdiff_out_fine_aとの差に基づいて、非理想因子cfratio_nidealを算出する。
となる。ここで、Tdiff_out_fineは、コースTDCに対するファインTDCの出力として記述されており、本実施形態では、Tdiff_out_fine_aとなる。これにより、コースTDC121とファインTDC122a及び122bとのゲインミスマッチが解消されることになる。
となる。これにより、コースTDC121とファインTDC122a及び122bとのゲインミスマッチが解消されることになる。
本実施形態は、上記第1の実施形態の改良技術を開示する。即ち、上記第1の実施形態において、キャリブレーション部123A及び123Bは、ファインTDC122aによる出力Tdiff_out_fine_aとファインTDC122bによる出力Tdiff_out_fine_bとの時間差を求めている。しかしながら、実用上は、TDC部120(特にファインTDC122)における量子化雑音を無視できないため、これを考慮することが、TDC部120の線形性のさらなる向上に寄与することになる。即ち、上記式13及び式14は、より正確には、
ただし、qna:ファインTDC122aにおける量子化雑音成分
qnb:ファインTDC122bにおける量子化雑音成分
と表され得る。
と表すことができる。
本実施形態は、上記第2の実施形態のさらなる変形例を開示する。即ち、本実施形態のキャリブレーション部は、より高精度かつ安定的なキャリブレーションを実現するため、逐次近似法を用いて繰り返し演算することにより、非理想因子(非理想時間分解能比)を算出する。
本実施形態では、TDC部120におけるコースTDC121及びファインTDC122の一例を詳述する。なお、上述したように、本発明においては、コースTDC121及びファインTDC122のそれぞれは、既知のさまざまな構成のものを用いることができ、ここに示すものに限定されるものではない。
図6は、本発明の一実施形態に係るTDC部におけるコースTDCの構成の一例を示す図である。本実施形態のコースTDC121は、2系統からなる複数段の遅延バッファ群を含んで構成される。
2×tresc<位相差<3×tresc …<21>
である。従って、コースTDC121による量子化値は、“2”となる。また、位相差−2×trescが残差residueであり、コースTDC121は、これをstart_fine_a及びstop_fine_aのエッジ立ち上がりの時間差として出力する。
2×tresf<位相差<3×tresf …<22>
となる。従って、ファインTDC122aによる量子化値は、“2”となる。
110…基準発振回路
120…タイムデジタルコンバータ(TDC)部
121…コースTDC
1211…第1の遅延バッファ群
1212…第1のフリップフロップ群
1213…ゲート回路
1214…第2の遅延バッファ群
1215…第2のフリップフロップ群
1216…ゲート回路
122…ファインTDCブロック
122a,122b…ファインTDC
1221…遅延バッファ群
1222…フリップフロップ群
1223…乱数回路
1224…加算器
123,123A,123B…キャリブレーション部
1231,1231A,1231B…非理想因子検出部
1232,1232a,1232b…乗算器
1233…平均化処理部
1234…レジスタ部
124…増幅器
125…加算器
AD1,AD2…加算器
AP…乗算器
DV…除算器
FF1,FF2…フリップフロップ
SB1,SB2…減算器
MP…乗算器
130…デジタルループフィルタ
140…デジタル制御発振器(DCO)
150…分周器
Claims (10)
- 入力信号ペア間の位相差を第1の時間分解能に従って変換した第1のデジタルコード値を出力するとともに、前記第1のデジタルコードへの変換に伴う時間残差に基づく第1の残差信号ペア及び第2の残差信号ペアのそれぞれを出力する、コースTDCと、
前記第1の残差信号ペア間の位相差を前記第1の時間分解能よりも小さい第2の時間分解能に従って変換した第2のデジタルコード値を出力する第1のファインTDCと、
前記第2の残差信号ペア間の位相差を前記第2の時間分解能に従って変換した第3のデジタルコード値を出力する第2のファインTDCと、
前記第1のファインTDCから出力される前記第2のデジタルコード値及び前記第2のファインTDCから出力される前記第3のデジタルコード値に基づいて、前記第1の時間分解能と前記第2の時間分解能との間の理想的な時間分解能比に対するずれ量に関する非理想因子を算出し、該算出した非理想因子に基づいて、前記第1のデジタルコード値、前記第2のデジタルコード値、及び第3のデジタルコード値の少なくとも1つに対してキャリブレーションを行う、キャリブレーション部と、を備え、
前記コースTDCは、前記第1のデジタルコードへの変換に伴う時間残差の関係を示す前記第1の残差信号ペアを前記第1のファインTDCに出力するとともに、前記時間残差に前記第1の時間分解能に対応する最小単位時間を加えた時間差の関係を有する前記第2の残差信号ペアを前記第2のファインTDCに出力する、
タイムデジタルコンバータ。 - 前記キャリブレーション部は、前記第2のデジタルコード値と前記第3のデジタルコード値との差を算出することにより、前記非理想因子を算出する、請求項1記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記キャリブレーション部は、前記第2のデジタルコード値と前記第3のデジタルコード値との差を経時的に算出し、該経時的に算出される差の平均値を算出することにより、前記非理想因子を算出する、請求項1記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記キャリブレーション部は、前記非理想因子を、逐次近似法を用いて繰り返し演算を行うことにより、算出する、請求項3記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記キャリブレーション部は、前記第1のデジタルコード値に対して前記非理想因子を乗ずることによってキャリブレーションを行う、請求項2乃至4のいずれか記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記キャリブレーション部は、前記第2のデジタルコード値と前記第3のデジタルコード値との差を算出し、前記理想的な時間分解能比を該算出した差で除することにより、前記非理想因子を算出する、請求項1記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記キャリブレーション部は、経時的に算出される、前記第2のデジタルコード値と前記第3のデジタルコード値との差の平均値を算出し、前記理想的な時間分解能比を該算出した平均値で除することにより、前記非理想因子を算出する、請求項1記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記キャリブレーション部は、前記非理想因子を、逐次近似法を用いて繰り返し演算を行うことにより、算出する、請求項7記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記キャリブレーション部は、前記第2のデジタルコード値に対して前記非理想因子を乗ずることによってキャリブレーションを行う、請求項6乃至8のいずれか記載のタイムデジタルコンバータ。
- 相互に時間分解能が異なるTDCからなる2段構成タイムデジタルコンバータにおけるキャリブレーション方法であって、
入力信号ペア間の位相差を第1の時間分解能に従い第1のデジタルコード値に変換することと、前記第1のデジタルコードへの変換に伴う時間残差に基づいて、第1の残差信号ペア及び第2の残差信号ペアのそれぞれを生成することと、
前記第1の残差信号ペア間の位相差を前記第1の時間分解能よりも小さい第2の時間分解能に従って第2のデジタルコード値に変換することと、
前記第2の残差信号ペア間の位相差を前記第2の時間分解能に従って第3のデジタルコード値に変換することと、
前記第2のデジタルコード値及び前記第3のデジタルコード値に基づいて、前記第1の時間分解能と前記第2の時間分解能との間の理想的な時間分解能比に対するずれ量に関する非理想因子を算出することと、
前記算出した非理想因子に基づいて、前記第1のデジタルコード値、前記第2のデジタルコード値、及び第3のデジタルコード値の少なくとも1つに対してキャリブレーションを行うことと、
を含み、
生成された前記第1の残差信号ペアは、前記第1のデジタルコードへの変換に伴う時間残差の関係を有し、生成された前記第2の残差信号ペアは、前記時間残差に前記第1の時間分解能に対応する最小単位時間を加えた時間差の関係を有する、
キャリブレーション方法。
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