JPH03101313A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体回路に関し、特に自動車電話・携帯電話
等の移動体通信の分野で広く用いられる、機器の低消費
電力化に適したプリスケーラICに関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to semiconductor circuits, and in particular to a prescaler IC suitable for reducing the power consumption of equipment, which is widely used in the field of mobile communication such as car phones and mobile phones. It is related to.
情報化社会の発展から近年、自動車電話・携帯電話等の
移動体無線通信機に対する需要が高まっている。これら
の通信機器は移動体という制約上本質的に電力の供給が
困難であり、機器の低消費電力化により内蔵電池の電力
をいかに効率的に使用し、充電間隔を長くするかがポイ
ントである。BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, due to the development of the information society, demand for mobile wireless communication devices such as car phones and mobile phones has increased. It is inherently difficult to supply power to these communication devices due to their mobile nature, and the key is to reduce the power consumption of these devices to efficiently use the power in their built-in batteries and to lengthen the charging interval. .
このため、従来のシリコン(St)ICにかわって低消
費電力であるといわれるガリウム砒素(GaAs)IC
が、これらの用途向けに開発されつつある。For this reason, gallium arsenide (GaAs) ICs, which are said to have low power consumption, can replace conventional silicon (St) ICs.
are being developed for these applications.
第2図に、基準信号の発生のために良く用いられるは、
デュアル・モジュラス争プリスケーラ方式(パルス・ス
ワロ方式)のPLL (フェーズ・ロック・ループ)回
路のブロック構成図を示す。In Fig. 2, the signals often used for generating the reference signal are:
1 is a block diagram of a PLL (phase-locked loop) circuit using a dual modulus prescaler method (pulse swirl method).
1は水晶振動子等を用いて作られた基準発振源(周波数
f )、2は位相周波数比較器(φDet)、3は位相
周波数比較器2の出力から高周波成分を除去するローパ
スフィルタ(L P F)、4は位相周波数比較器2か
ら出力された信号によってその発振周波数を変化させる
電圧−周波数変換器(VCO:ボルテージ・コンドロー
ルド争オシレータ)である。また、5はこのシステムに
より基準発振源1に基づく基準信号(周波数f。)を出
力する端子、6は1/P、1/P+1 (ここでPは自
然数)の2通りの分周が可能なデュアル争モジュラス・
プリスケーラ(PSC) 、7はPSC6の出力をカウ
ントしPSC6の分周比をコントロールするモジュラス
・カウンタ(MC)、8はPSC6の出力をカウントし
てMC7をリセットし位相周波数比較器2の入力信号を
発生させるプログラムカウンタ(P C)である。1 is a reference oscillation source (frequency f) made using a crystal oscillator, etc., 2 is a phase frequency comparator (φDet), and 3 is a low-pass filter (LP) that removes high frequency components from the output of the phase frequency comparator 2. F), 4 is a voltage-frequency converter (VCO: voltage-contrast oscillator) that changes its oscillation frequency according to the signal output from the phase frequency comparator 2. In addition, 5 is a terminal that outputs a reference signal (frequency f.) based on the reference oscillation source 1 using this system, and 6 is a terminal that can be divided into two ways: 1/P and 1/P+1 (where P is a natural number). Dual conflict modulus
Prescaler (PSC), 7 is a modulus counter (MC) that counts the output of PSC6 and controls the division ratio of PSC6, 8 counts the output of PSC6, resets MC7, and outputs the input signal of phase frequency comparator 2. This is a program counter (PC) to be generated.
ここで、MC7のカウント数Aは、PSC6の分周比P
、PC8のカウント数Nよりも小さく設定される。この
PSC6の動作は次のようになる。Here, the count number A of MC7 is the frequency division ratio P of PSC6
, is set smaller than the count number N of PC8. The operation of this PSC 6 is as follows.
■PSC6はその動作の初期時にはVCO4の出力をP
+1分周している。■At the beginning of its operation, PSC6 sets the output of VCO4 to P.
The frequency is divided by +1.
■PSC6の出力がA個を数えた時、MC7によってそ
の次からはPSC6の分周比がPに変更される。この時
までにPSC6の入力には、(P+1)XA個のパルス
入力があったことになる。(2) When the number of outputs from the PSC6 reaches A, the frequency division ratio of the PSC6 is changed to P from then on by the MC7. By this time, there have been (P+1)XA pulse inputs to the input of the PSC6.
■さらにPSC6の出力が(N−A)個を数えた時、累
計でPSC6の出力はN個あったことになり、PC8に
よってMC7は初期状態にリセットされ、PSC6の分
周比がP+1に復帰する。■Furthermore, when the number of outputs from PSC6 is counted (N-A), the total number of outputs from PSC6 is N, and MC7 is reset to the initial state by PC8, and the frequency division ratio of PSC6 returns to P+1. do.
この間にはPSC6にpx(N−A)個のパルス入力が
あったことになる。During this period, there were px (N-A) pulse inputs to the PSC6.
■従って、初期状態から再び初期状態になるまでの間に
PSC6には、
(P+1)XA+PX (N−A)−
A+PXN個
の入力があったことになり、Aの値を1変えることによ
りf の周波数だけ異なった基準信号f。■Therefore, from the initial state to the initial state again, there were (P+1)XA+PX (N-A)-A+PXN inputs to PSC6, and by changing the value of A by 1, f Reference signals f differing only in frequency.
を得ることが出来る。can be obtained.
このシステムで最も高速の動作が必要とされ、消費電力
の増大の原因になるのはPSC6であり、低消費電力化
を向けてこの回路をGaAs1Cで実現することが試み
られている。In this system, the highest speed operation is required and the PSC6 is the cause of the increase in power consumption, and attempts are being made to realize this circuit with GaAs1C in order to reduce power consumption.
第4図に典型的な128/129の2モジニラス動作を
行うPSC6のブロック構成の一例を示す。FIG. 4 shows an example of a block configuration of a PSC 6 that performs a typical 128/129 two-modulus operation.
PSC6は3個のDタイプ・フリップフロップ(DFF
)11〜13と、5個のTタイプ・フリップフロップ(
TFF)14〜18とを備え、各FFにより分周回路が
構成されている。PLL回路から出力される基準信号は
、このPLL回路内部に構成されたPSC6のクロック
入力端子19に戻される。PSC6は、端子20に入力
されるコントロール信号に従い、128/129の分周
動作を行う。そして、入力された基準信号を分周して端
子21へ分周信号を出力する。この分周信号に基づいて
位相周波数比較器2に信号が与えられ、システムから出
力される基準信号の位相と基準発振源1から与えられる
発振信号の位相との比較調整がなされ、出力される基準
信号は発振信号に同期される。PSC6 consists of three D-type flip-flops (DFF
) 11 to 13 and five T-type flip-flops (
TFF) 14 to 18, and each FF constitutes a frequency dividing circuit. The reference signal output from the PLL circuit is returned to the clock input terminal 19 of the PSC 6 configured inside the PLL circuit. The PSC 6 performs a frequency division operation of 128/129 according to a control signal input to the terminal 20. Then, the input reference signal is frequency-divided and the frequency-divided signal is output to the terminal 21. Based on this frequency-divided signal, a signal is given to the phase frequency comparator 2, which compares and adjusts the phase of the reference signal output from the system with the phase of the oscillation signal given from the reference oscillation source 1, and outputs the reference signal. The signal is synchronized to the oscillating signal.
一方、更に機器としての低消費電力化をすすめるに当た
っては常にシステムを動作させるのではなく、電源のo
nloffを頻繁に行い間欠的に動作させることによっ
て平均的な消費電力を下げる方法が考えられる。しかし
、位相周波数比較器2を用いたPLL回路の特性として
、位相・周波数の引き込みが近くなった時には同期確立
が早いのに対し、離れている場合には同期の確立に時間
がかかるという欠点がある。そのため、電源を頻繁にo
nloffする場合でも位相周波数比較器2の入力が基
準発振源1の位相とある程度近くなければならない。On the other hand, in order to further reduce the power consumption of equipment, rather than having the system operate all the time, it is necessary to
One possible method is to perform nloff frequently and operate intermittently to reduce average power consumption. However, a characteristic of the PLL circuit using the phase frequency comparator 2 is that synchronization can be established quickly when the phase and frequency are close together, but it takes time to establish synchronization when they are far apart. be. Therefore, turn off the power frequently.
Even in the case of nloff, the input of the phase frequency comparator 2 must be close to the phase of the reference oscillation source 1 to some extent.
そこで、次のようなPSCが考え出された。つまり、P
SCを構成する各FFにリセット端子を設けて、電源を
onした後にリセット解除し電源投入直後においても位
相周波数比較器2の入力が基準発振源1の位相と掛は離
れたものにならないようにする方法が試みられた。Therefore, the following PSC was devised. In other words, P
A reset terminal is provided on each FF that makes up the SC, and the reset is canceled after the power is turned on so that the input of the phase frequency comparator 2 will not be out of phase with the reference oscillation source 1 even immediately after the power is turned on. A method was tried.
しかしながら、このリセット機能を有する従来の回路構
成にあっても、次のような課題を有していた。つまり、
それぞれのフリップフロップ(FF)のリセット信号に
対するしきい値を同−眸して設計した場合、理想的には
同時にリセットが解除されるべきであるが、実際には素
子の製造バラツキ等によってFFのリセット解除の順番
がバラライでしまう。従って、せっかく全てのFFの状
態をリセットしたにもかかわらず、リセット解除信号が
入力されてからPSCの出力が現れるまでの時間はFF
のリセット解除の順番に依存してしまい、位相周波数比
較器2の入力信号の位相は基準発振源の位相と掛は離れ
てしまう可能性がある。However, even the conventional circuit configuration having this reset function had the following problems. In other words,
If each flip-flop (FF) is designed with the same threshold value for the reset signal, ideally the reset should be released at the same time, but in reality, due to variations in device manufacturing, etc. The order of canceling the reset is inconsistent. Therefore, even though the states of all FFs have been reset, the time from when the reset release signal is input until the output of the PSC appears is
The phase of the input signal of the phase frequency comparator 2 may be different from the phase of the reference oscillation source.
その結果、リセット解除の直後に誤動作する可能性が有
った。As a result, there was a possibility that a malfunction would occur immediately after the reset was released.
本発明の半導体装置は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、PSCを構成するFFのうち最も入力に近い、
即ちそのFFの出力が変化しない限り他のFFの出力も
変化しないようなFFのリセット解除を、素子バラツキ
によるリセット解除信号の遅れよりも遅くなるように設
計したものである。The semiconductor device of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and includes the FF closest to the input of the FFs constituting the PSC.
That is, the FF is designed so that the reset release of the FF, in which the outputs of other FFs do not change unless the output of the FF changes, is slower than the delay of the reset release signal due to element variations.
さらに、具体的には、FF回路に良く用いられる差動構
成回路においては、リセット解除信号を扱う一対のトラ
ンジスタの大きさ、例えば、バイポーラ・トランジスタ
の場合はエミツタ幅、電界効果トランジスタの場合はゲ
ート幅等の比を、FFによって変えておくことで実現可
能である。Furthermore, specifically, in differential configuration circuits often used in FF circuits, the size of the pair of transistors that handle the reset release signal, for example, the emitter width in the case of a bipolar transistor, and the gate in the case of a field effect transistor. This can be achieved by changing the ratio of width etc. using FF.
なお、リセット解除をあるFFについてのみ遅らせる方
法には、そのFFに供給されるリセット解除信号を遅延
回路を用いて遅らせる方法もあるが遅延回路のIC化は
困難であり、そのFFのリセット解除信号に対するしき
い値を他に比べて変えておく本発明の方が実用的である
。Note that there is a method of delaying reset release only for a certain FF by using a delay circuit to delay the reset release signal supplied to that FF, but it is difficult to integrate the delay circuit into an IC, and the reset release signal for that FF is delayed. The present invention, in which the threshold value for the target is changed compared to other methods, is more practical.
リセット解除信号入力からPSC出力までの時間の再現
性、即ち位相周波数比較器の入力信号の位相の再現性は
良くなる。The reproducibility of the time from the reset release signal input to the PSC output, that is, the reproducibility of the phase of the input signal of the phase frequency comparator is improved.
第1図は、第4図に示したPSC6に対して本発明を適
用した一実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to the PSC 6 shown in FIG. 4.
符号31〜33はDFF、符号34〜38はTFFを示
す。DFF31以外のFF32〜38のリセット解除信
号に対するしきい値は同一に設定されており、どの順序
でリセット解除されるかは素子の製造バラツキ・その瞬
間の状態により決まってしまうが、DFF31のリセッ
ト解除信号に対するしきい値のみが他に比べて高く設定
してあり、素子バラツキやその他の影響にかかわらず、
常に一番最後にリセット解除されるようにしである。ま
た、DFF31の出力信号が変化しない限り他のFFの
出力にも変化が現れず、最後にDFF31のリセットが
解かれると、PSC6は分周動作を開始し、端子(OU
T)45から分周信号が出力される。Reference numerals 31 to 33 represent DFFs, and reference numerals 34 to 38 represent TFFs. The threshold values for reset release signals for FFs 32 to 38 other than DFF 31 are set to be the same, and the order in which the reset is released is determined by manufacturing variations of the elements and the state at that moment, but the reset release signal for DFF 31 is Only the threshold for the signal is set higher than others, regardless of element variations and other effects.
It is always the last to be reset. Also, unless the output signal of DFF31 changes, no change will appear in the output of other FFs, and when the reset of DFF31 is finally released, PSC6 starts the frequency dividing operation, and the terminal (OU
A frequency-divided signal is output from T) 45.
なお、端子44はVCO4からの基準クロック(CLK
)信号が入力されものであり、また、端子(MC)46
にはMC7からのコントロール信号が与えられ、PSC
6の分周比が制御される。Note that the terminal 44 receives the reference clock (CLK) from the VCO4.
) signal is input, and the terminal (MC) 46
is given a control signal from MC7, and the PSC
A frequency division ratio of 6 is controlled.
また、端子47にはリセット解除信号が与えられ、各F
F31〜38に伝達される。Further, a reset release signal is applied to the terminal 47, and each F
It is transmitted to F31-38.
また、第3図はPSC6をG a A s M E S
F ETで実現したDFF31〜33の回路図を示す
。In addition, Fig. 3 shows PSC6 as G a A s M E S
A circuit diagram of DFFs 31 to 33 realized using FETs is shown.
TFF34〜38はDFF31〜33の出力を入力にフ
ィードバックする経路を付加することで実現される。The TFFs 34 to 38 are realized by adding paths for feeding back the outputs of the DFFs 31 to 33 to inputs.
各FF31〜38はマスタ・スレーブ方式で構成され、
スレーブFFにリセット端子(R)、リセット解除端子
(R)を持つ。符号51.52で示した2つのFETが
リセット解除信号に対するしきい値を決定し、同一のス
レシホルド電圧vthを持つFETを用いた場合、両F
ETのゲート幅でしきい値が決まる。例えば各FFのし
きい値は次のように決定される。FFにVth−0[V
]のFETを用いた場合、DFF31のFET51゜5
2のゲート幅の比は1.5:1.0に設定し、他のFF
32〜38のゲート幅の比を1:1に設定する。このた
め、DFF31のリセット解除信号に対するしきい値は
他のFF32〜33のしきい値に比べて高くなる。Each FF31 to 38 is configured in a master-slave manner,
The slave FF has a reset terminal (R) and a reset release terminal (R). Two FETs indicated by symbols 51 and 52 determine the threshold for the reset release signal, and if FETs with the same threshold voltage vth are used, both FETs
The threshold value is determined by the ET gate width. For example, the threshold value of each FF is determined as follows. Vth-0 [V
], FET51゜5 of DFF31 is used.
The gate width ratio of 2 is set to 1.5:1.0, and the other FF
The ratio of the gate widths of 32 to 38 is set to 1:1. Therefore, the threshold value of the DFF 31 for the reset release signal is higher than the threshold values of the other FFs 32 to 33.
従って、PSC6の出力は必ずこのDFF31のリセッ
ト解除から一定時間後に現れ、他のFF32〜38のリ
セット解除の順番には依存しなくなる。即ち、位相の再
現性が安定化し、位相周波数比較器2の入力位相を基準
発振源1の位相と近くなるように調整することが可能と
なって、周波数引き込み・同期確立までの時間を大幅に
短縮できる。Therefore, the output of the PSC 6 always appears after a certain period of time after the reset of this DFF 31 is released, and does not depend on the order of reset release of the other FFs 32 to 38. In other words, the phase reproducibility is stabilized, and the input phase of the phase frequency comparator 2 can be adjusted to be close to the phase of the reference oscillation source 1, which greatly reduces the time required to pull in the frequency and establish synchronization. Can be shortened.
なお、以上の説明では分周比が128/129のプリス
ケーラについて述べたが、他の分周比のプリスケーラは
もちろん、分周比が固定のプリスケーラに本発明を適用
可能であることは言うまでもない。In the above description, a prescaler with a frequency division ratio of 128/129 has been described, but it goes without saying that the present invention can be applied to prescalers with a fixed frequency division ratio as well as prescalers with other frequency division ratios.
以上説明したように本発明によれば、素子バラツキやそ
の他の影響から生じる、psc出力のリセット解除信号
からの出力信号の遅れ時間のバラツキがなくなり、位相
周波数比較器の入力位相が安定化することにより、PL
L回路の同期確立までの時間は短縮される。このため、
頻繁な電源のonloffによる消費電力の低減化が可
能となり、従来より長時間充電なしで動作する移動体通
信機が実現できる。As explained above, according to the present invention, variations in the delay time of the output signal from the reset release signal of the psc output, which are caused by element variations and other influences, are eliminated, and the input phase of the phase frequency comparator is stabilized. According to P.L.
The time required to establish synchronization of the L circuit is shortened. For this reason,
It becomes possible to reduce power consumption by frequently turning on and off the power supply, and it is possible to realize a mobile communication device that can operate for a longer time without charging than before.
第1図は本発明の一実施例による280回路6の内部構
成を示すブロック構成図、第2図は基準信号発生器の一
例であるPLL回路の構成を示すブロック構成図、第3
図は第1図に示されたDFF31〜33の内部構成を説
明するための回路図、第4図は従来の280回路の内部
構成を示すブロック構成図である。
6・・・デユアルーモジュラス争プリスケーラ(PSC
)回路、31・・・リセット解除信号に対するしきい値
が異なるDタイブーフリップフロップ(DFF) 、3
2.33・・・DFF、34〜38・・・Tタイプ・フ
リップフロップ(TFF)、
51.52・・・トランジスタのゲート幅の比が異なる
一対のFET。FIG. 1 is a block diagram showing the internal configuration of a 280 circuit 6 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a PLL circuit which is an example of a reference signal generator, and FIG.
This figure is a circuit diagram for explaining the internal structure of DFFs 31 to 33 shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a block diagram showing the internal structure of a conventional 280 circuit. 6...Dual modulus conflict prescaler (PSC
) circuit, 31...D-type flip-flop (DFF) with different thresholds for reset release signals, 3
2.33...DFF, 34-38...T-type flip-flop (TFF), 51.52...A pair of FETs with different transistor gate width ratios.
Claims (1)
り構成されたプリスケーラICにおいて、ある1つのフ
リップフロップのリセットの解除を他のフリップフロッ
プのリセット解除よりも遅らせ、この時間差をフリップ
フロップのリセット解除信号に対するしきい値を異なっ
た値に設定することにより実現したことを特徴とする半
導体装置。 2、フリップフロップが差動構成回路により実現され、
リセット信号に対するしきい値が、対をなすトランジス
タの大きさの比をフリップフロップ毎に変えることによ
り、設定されていることを特徴とする請求項1記載の半
導体装置。 3、プリスケーラICが、GaAsMESFETを用い
てモノリシックに構成されていることを特徴とする請求
項1または請求項2記載の半導体装置。[Claims] 1. In a prescaler IC composed of a plurality of flip-flops having a reset function, the reset release of one flip-flop is delayed than the reset release of other flip-flops, and this time difference is compensated for by the flip-flop 1. A semiconductor device characterized in that the semiconductor device is realized by setting thresholds for reset release signals of a preset to different values. 2. The flip-flop is realized by a differential configuration circuit,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the threshold value for the reset signal is set by changing the size ratio of paired transistors for each flip-flop. 3. The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the prescaler IC is monolithically constructed using a GaAs MESFET.
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1989
- 1989-09-13 JP JP1238150A patent/JP2741737B2/en not_active Expired - Fee Related
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