JPH05259900A - 位相変調回路 - Google Patents

位相変調回路

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JPH05259900A
JPH05259900A JP4087721A JP8772192A JPH05259900A JP H05259900 A JPH05259900 A JP H05259900A JP 4087721 A JP4087721 A JP 4087721A JP 8772192 A JP8772192 A JP 8772192A JP H05259900 A JPH05259900 A JP H05259900A
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JP
Japan
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circuit
phase
reference clock
output
phase modulation
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JP4087721A
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Koji Okabayashi
浩次 岡林
Masahiro Sakai
昌弘 坂井
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Publication date
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位相変調回路に関し、基準クロックからの出
力信号の位相のずれの設定の自由度を高められる位相変
調回路を提供することを目的とする。 【構成】 基準クロックを入力する電圧制御型発振回路
4と、基準クロックと該電圧制御型発振回路4の出力と
の位相差を検出する位相比較回路2と、位相比較回路2
の出力を積分して前記電圧制御型発振回路4の制御信号
として出力するローパスフィルタ3とを備える位相変調
回路において、前記電圧制御型発振回路4が、偶数個の
導通抵抗制御型CMOSインバータ41〜44と、奇数
個の通常のCMOSインバータ49とを用いるN段のリ
ングオシレータで構成され、該リングオシレータの各段
から位相変換された信号を出力させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザープリン
タのレーザ書込み時のジャギー補正、マイクロプロセッ
サのマシンクロック制御、DRAMコントローラ、シフ
トレジスタのクロック回路等のCMOS信号発生回路等
に応用できる位相変調回路に係り、特に基準クロックか
らの出力信号の位相のずれの設定の自由度が高められた
位相変調回路と、基準クロックを高精度に変倍できる位
相変調回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、所定の周波数の基準クロックから
位相のずれた信号を得る回路として、例えば、図8に示
すX’TAL接続型あるいはCR接続型の発振装置、図
9に示す1/2分周回路、図10に示す2相クロック発
生回路がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図8の発振装置あるい
は図9の1/2分周回路を用いるCMOSゲートアレイ
システム等においては、これらの回路からの信号を基準
として回路の同期設計が行われる。この場合、回路内部
では例えば図11のシフトレジスタの制御タイムチヤー
トに示すように、基準クロック内で基準クロックの立ち
上がりエッジ及び立ち下がりエッジを使用して2倍の周
波数での制御しかできない。
【0004】また、図8の発振装置では、基準クロック
に対する遅延量がインバータの内部抵抗とコンデンサー
の容量によって図12に示すように固定されるため、周
波数が固定された基準クロックを使用する場合には所定
の遅延量を精度高く得ることができるが、周波数変調さ
れた信号を基準クロックとして用いるばあいには、任意
の遅延量を精度よく得ることができないという欠点があ
る。
【0005】図10に示す2相クロック発生回路では、
180度位相のずれた回路で2つのパルスを発生させO
Rをとることによって周波数を変倍できるが、基準クロ
ックを精度よく高い周波数へ変倍することは図10の回
路では問題があった。
【0006】本発明の第1の位相変調回路の目的は、基
準クロックからの出力信号の位相のずれの設定の自由度
が高められた位相変調回路を提供することを目的とす
る。
【0007】本発明の第2の位相変調回路の目的は、本
発明の第1の位相変調回路を利用して出力信号の遅延量
をプログラムできる位相変調回路を提供することを目的
とする。
【0008】本発明の第3の位相変調回路は、本発明の
第1または第2の位相変調回路を利用して基準クロック
を高精度に変倍できる位相変調回路を提供することを目
的とする。
【0009】本発明の第4の位相変調回路は、本発明の
第1、第2または第3の位相変調回路をCMOS技術で
実現できる位相変調回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の位相変調
回路は、基準クロックを入力する電圧制御型発振回路
と、基準クロックと該電圧制御型発振回路より出力され
る信号との位相差を求め、その出力結果を出力する位相
比較回路と、位相比較回路の出力を前記電圧制御型発振
回路の制御信号として演算するローパスフィルタとから
なる位相ロックループ(PLL)からなる位相変調回路
において、前記電圧制御型発振回路が、導通抵抗を電圧
制御により可変できる偶数個のCMOSインバータと、
奇数個の通常のCMOSインバータとを用いるN段のリ
ングオシレータで構成され、該リングオシレータの各段
から基準クロックから均一にT/2×Nずつ位相のずれ
たN種類の信号を出力させることを特徴とする。
【0011】また、本発明の第2の位相変調回路は、前
記本発明の第1の位相変調回路に加えて、前記電圧制御
型発振回路からの出力を選択するエンコーダを設け、基
準クロックから出力信号の遅延量をプログラム可能にし
たことを特徴とする。
【0012】本発明の第3の位相変調回路は、前記本発
明の第1または第2の位相変調回路に加えて、N段のリ
ングオシレータの各段から出力される信号を入力してこ
れらの論理積を出力する論理積回路を設けたことを特徴
とする。
【0013】本発明の第4の位相変調回路は、本発明の
第1、第2、または第3のローパスフィルタを除く回路
素子をMOSで構成し、基準クロックの周波数をリング
オシレータ内で隣り合うCMOSインバータの位相差分
まで疑似的に変倍制御させることを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明の第1の位相変調回路においては、導通
抵抗の制御できる偶数個のCMOSインバータと奇数個
の通常のCMOSインバータとを直列に接続したリング
オシレータのCMOSインバータの出力と外部から入力
される基準クロックとの位相を位相比較回路で比較して
進み位相、遅れ位相を検出し、その結果を出力させ、そ
の結果を外部のローパスフィルタにて積分演算し、リン
グオシレータの導通抵抗制御可能なCMOSインバータ
の電圧制御端子に接続するPLLを構成する。
【0015】この時、基準クロックにロックされた電圧
制御型発振器(VCO)より複数の出力を取り出し導通
抵抗を制御可能なCMOSインバータのパルス遅延時間
を利用して位相の異なった複数の信号が得られる。
【0016】本発明の第2の位相変調回路においては、
VCOを構成するリングオシレータに挿入される偶数個
の導通抵抗制御可能なCMOSインバータがエンコーダ
の選択にしたがってプログラマブルに複数個挿入、削除
される。これにより、同一基準クロック内で位相の異な
った複数の信号を得ることができる。
【0017】本発明の第3の位相変調回路においては、
上記構成の電圧制御型リング発振器から出力された位相
の異なる複数の信号の論理積を論理積和回路で求めるこ
とにより、周波数変倍された信号を得ることができる。
【0018】本発明の第4の位相変調回路においては、
ローパスフィルタを除く回路素子をMOSで構成するの
で、CMOSの技術で本発明の第1、第2あるいは第3
の位相変調回路を実現できる。
【0019】
【実施例】本発明の一実施例に係る位相変調回路を図1
及び図2に基づき説明すれば、以下の通りである。
【0020】この位相変調回路は、図1に示すように、
基準クロック発生回路1と、位相比較器2と、ローパス
フィルタ3とVCO4とからなるPLLで構成される。
【0021】VOC4は、Pch−FETを挿入した偶数
個(ここでは4個)の導通抵抗制御型CMOSインバー
タ41〜44と、通常のCMOSインバータを2個接続
したバッファ45〜47と、通常のCMOSインバータ
を2個接続したバッファ48及び1個の通常のCMOS
インバータからなるインバータ49とを備え、導通抵抗
制御型CMOSインバータ41〜44とバッファ45〜
48内のインバータ及びインバータ49とを直列に接続
した4段リングオシレータで構成される。
【0022】このPLL(位相変調回路)では、VOC
4の出力、すなわち、インバータ49の出力と基準クロ
ックとの位相差が位相比較回路2で比較されて進み位
相、遅れ位相が検出され、その結果をローパスフィルタ
3で積分演算して得た参照電圧Vrefを各導通抵抗制
御型CMOSインバータ41〜44の導通抵抗を制御さ
れるPch−MOSのゲート端子に印加することによ
り、VCO4の出力の位相が基準クロックの位相と一致
するように制御され、発信周波数がロックされることに
なる。
【0023】すなわち、図2(a)に示すように、VC
O4の出力NO9−Aが基準クロックに対して進み位相
の場合には、位相比較器2の出力CMPOUTは位相差
Bの間”H”となり、これがローパスフィルタ3で積分
されて参照電圧Vrefのレベルがあがる。これによ
り、導通抵抗を制御されるPch−MOSのゲート電圧
が上がってその導通抵抗が上がり、発振周波数を制御す
るt1,t2,t3,t4が遅れ、位相が基準クロック
と一致するように動作する。
【0024】また、遅れ位相の場合には、図2(b)に
示すように、位相比較回路2の出力CMPOUTが逆に
位相差Dの間”L”となり、これがローパスフィルタ3
で積分されて参照電圧Vrefのレベルが下がり、進み
位相になるようコントロールされる。なお、位相差が検
出されないA,Cの間は位相比較器2はハイインピーダ
ンスの状態になる。
【0025】さて、例えば基準クロック発生回路1の基
準クロックを10MHzとして、このPLLが上記のよ
うにしてロックされた状態では、導通抵抗制御型CMO
Sインバータ41〜44により充放電されるバッファの
ゲート容量あるいはそれ自身の出力部分の拡散容量をC
1,C2,C3,C4とすれば、発信の周波数制御はほ
とんどがC1,C2,C3,C4の充電時間により決定
される。
【0026】ここで、バッファ45〜47のバッファ時
間と導通抵抗制御型CMOSインバータ41〜44の放
電時間とがそれぞれ一定であるため、図3のタイムチャ
ートにNO1−A〜NO4−Aで示すように、発信周波
数はt1+t2+t3+t4で制御される。
【0027】これにより、バッファ45〜47のノード
信号として基準クロックから45°ずつ位相変調された
ほぼデューティ50%の4種類の信号NO5−A〜NO
8−Aを得ることができ、各信号の立ち上がりと立ち下
がりとにおいて1つの基準クロック内でタイミングが異
なる8種類のエッジを得ることができる。なお、図3に
おいてNO9−Aはインバータ49のノード信号、すな
わち、VCO4の出力信号である。
【0028】図4は本発明を遅延回路に適用した他の実
施例の回路図であり、図6に示す位相変調回路に加え
て、交互に直列に接続される3個の導通抵抗制御型CM
OSインバータ50〜52と、通常のCMOSインバー
タを2個接続したバッファ53,54とを備えている。
【0029】これら追加された導通抵抗制御型CMOS
インバータ50〜52の導通抵抗を制御されるPch−
MOSのゲート端子には上記参照電圧Vrefが印加さ
れ、追加された初段の導通抵抗制御型CMOSインバー
タ50〜52の他のPch−MOS及びNch−MOS
のゲートにはインバータ49の出力が印加される。
【0030】これらの追加された回路については図3の
タイムチャートで示すt1がインバータ49の出力時間
t5として得られ、同様の遅延時間を持ったt6の時間
が導通抵抗制御型CMOSインバータ50の出力に得ら
れる。
【0031】遅延時間は接続した基準クロック1と導通
抵抗制御型CMOSインバータ41〜44,50〜52
とMOSインバータ49の数によって容易に計算でき、
CASサイクル以上の周波数のクロックを用いずにダイ
ナミックRAM(DRAM)のRAS信号やCAS信号
を得ることができる。また、この遅延回路によれば、R
AS信号の周波数を変更する場合に遅延回路を交換する
ことなく、RAS信号から所定の位相だけ遅れたCAS
信号を得ることができる。
【0032】図5に示す本発明の他の実施例では、エン
コーダから与えられるセレクト信号SEL1〜4によっ
て基準クロックから出力信号の遅延量をプログラム可能
にするとともに、基準クロックを変倍できるようにして
いる。
【0033】すなわち、この実施例では、基準クロック
発信装置1と、位相比較器2とローパスフィルタ3と、
位相変調量が異なる2つの位相変調された信号を出力で
きる基本セルCELL1〜4及びインバータ49とから
なるVCO4と、各基本セルCELL1〜4の出力の論
理積を演算して出力する論理回路5とを備える。
【0034】各基本セルCELL1〜4は、例えば図6
に示すように、2個の導通抵抗制御型CMOSインバー
タI1,I2と、通常のCMOSインバータを2個接続
したバッファB1,B2とを備え、バッファB1のノー
ド信号が端子OT1から出力されるようにしてある。ま
た、バッファB2のノード信号は、端子OT2から出力
されるとともに、端子SELに入力されるセレクト信号
がHの時に開かれるゲート回路Gを介して端子FOに出
力できるようにしてある。
【0035】また、各基本セルは、各導通抵抗制御型C
MOSインバータI1,I2の導通抵抗制を制御される
Pch−MOSのゲート端子への参照電圧Vrefを入
力する端子Vr、フィードバック電圧を入力する端子G
Iを有している。
【0036】各基本セルCELL1〜4の端子FOは共
通のインバータ49を介して第1段の基本セルCELL
1の端子GIに接続され、第2段以降の各基本セルCE
LL2〜4の端子GIにはその前段の基本セルCELL
1〜3の端子OT2が接続される。
【0037】また、各段の基本セルCELL1〜4の端
子SELにはそれぞれセレクト信号SEL1〜4が個別
に入力されるようにしてあり、エンコーダから出力され
るセレクト信号SEL1〜4によってPLLに挿入され
る導通抵抗制御型CMOSインバータI1,I2と、バ
ッファB1,B2の数をプログラムできるようにしてい
る。
【0038】例えば、第4段の基本セルCELL4に入
力されるセレクト信号SEL4がHであり、他の基本セ
ルCELL1〜3に入力されるセレクト信号SEL1〜
3がLの場合には、第1段〜第3段の基本セルCELL
1〜3のFOの出力が停止さされ、第4段の基本セルC
ELL4のFOの出力のみがインバータ49を介して第
1段の基本セルCELL1の端子GIにフィードバック
されるので、上記の各実施例と同様に8個の導通抵抗制
御型CMOSインバータI1,I2と8個のバッファB
1,B2とが交互に直列に接続されるVCO4が構成さ
れる。
【0039】したがって、この場合には、図7のタイム
チャートのNO1〜8に示すように、デューテイ50%
で、クロック周期Tの2×8=16分の1の周期、すな
わち、22.5°ずつ位相がずれた8種類の信号が得ら
れる。
【0040】各基本セルCELL1〜4の各バッファB
1,B2のノード信号NO1〜8を論理積回路5に入力
してそれらの論理積を次の数式1に従って求めると、図
6の8XFに示すように、基準クロックの8倍周の倍変
信号が得られる。
【0041】
【数式1】 8XF=NO1×NO2+NO3×NO4+NO5×NO6+NO7×NO8
【0042】もちろん、この回路の倍変率は、セレクト
信号SEL1〜4の内容を変化させることにより、PL
Lに挿入される導通抵抗制御型CMOSインバータI
1,I2とバッファB1,B2の個数をプログラムする
ことにより設定変更できる。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1の位
相変調回路によれば、位相がVCO内の導通抵抗制御型
CMOSインバータの段数の2倍分の1ずつ異なる信号
を、段数と同数だけ得ることができるとともに、1つの
基準クロック内で導通抵抗制御型CMOSインバータの
段数の2倍の数のエッジを得ることができる。したがっ
て、基準クロックからの出力信号の位相のずれの設定を
VCO内の導通抵抗制御型CMOSインバータの段数に
よって自由に設定することができ、基準クロックからの
出力信号の位相のずれの設定の自由度が高められる。
【0044】本発明の第2の位相変調回路によれば、V
COに挿入される導通抵抗制御型CMOSインバータの
段数をプログラムすることにより変更することができ
る。したがって、得られる信号の数とその位相のずれと
を一層多用に設定することができ、基準クロック内のエ
ッジの数や基準クロックからの出力信号の位相のずれを
設定する自由度が一層高められる。
【0045】本発明の第3の位相変調回路によれば、各
段から出力される信号の論理積をとることにより基準ク
ロックの倍変信号を得ることができる。
【0046】更に、本発明の第4の位相変調回路によれ
ば、CMOS技術で実現不能なローパスフィルタ以外の
回路素子をMOSで構成するので、本発明の第1、第2
あるいは第3の位相変調回路のローパスフィルタ以外の
回路をCMOS技術によって実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図である。
【図2】本発明の位相比較器とローパスフィルタとのタ
イムチャートである。
【図3】本発明のタイムチャートである。
【図4】本発明の他の実施例の回路図である。
【図5】本発明のまた他の実施例の回路図である。
【図6】本発明のまた他の実施例の基本セルの回路図で
ある。
【図7】本発明のまた他の実施例のタイムチャートであ
る。
【図8】従来のX’TAL接続型あるいはCR接続型発
信装置の回路図である。
【図9】従来の1/2分周回路の回路図である。
【図10】従来の2相クロック発生回路の回路図であ
る。
【図11】従来例の基準クロックと制御タイミングとを
示すタイムチャートである。
【図12】従来の発信装置の位相変調を示すタイムチャ
ートである。
【符号の説明】
1 基準クロック発生回路 2 位相比較回路 3 ローパスフィルタ 4 VCO 5 論理積回路 41〜44 導通抵抗制御型CMOSインバータ 45〜48 バッフア 49 インバータ 50〜52 導通抵抗制御型CMOSインバータ 53,54 バッフア B1,B2 バッファ G ゲート I1,I2 導通抵抗制御型CMOSインバータ SELL1〜4 基本セル

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準クロックを入力する電圧制御型発振
    回路と、基準クロックと該電圧制御型発振回路より出力
    される信号との位相差を求め、その出力結果を出力する
    位相比較回路と、位相比較回路の出力を前記電圧制御型
    発振回路の制御信号として演算するローパスフィルタと
    からなる位相ロックループを備える位相変調回路におい
    て、 前記電圧制御型発振回路が、導通抵抗を電圧制御により
    可変できる偶数個のCMOSインバータと、奇数個の通
    常のCMOSインバータとを用いるN段のリングオシレ
    ータで構成され、該リングオシレータの各段から基準ク
    ロックから均一に基準クロックの周期の2×N分の1ず
    つ位相のずれたN種類の信号を出力させることを特徴と
    する位相変調回路。
  2. 【請求項2】 前記電圧制御型発振回路からの出力を選
    択するエンコーダを設け、基準クロックから出力信号の
    遅延量をプログラム可能にしたことを特徴とする請求項
    1に記載の位相変調回路。
  3. 【請求項3】 N段のリングオシレータの各段から出力
    される信号を入力してこれらの論理積を出力する論理積
    回路を設けたことを特徴とする請求項1または2に記載
    の位相変調回路。
  4. 【請求項4】 電圧制御型発振回路、位相比較回路を構
    成する各素子をMOSで構成し、基準クロックの周波数
    をリングオシレータ内で隣り合うCMOSインバータの
    位相差分まで疑似的に変倍制御させることを特徴とする
    請求項1ないし3のいずれかに記載の位相変調回路。
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Cited By (5)

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