JPH06104746A - Pll回路 - Google Patents
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- JPH06104746A JPH06104746A JP4251426A JP25142692A JPH06104746A JP H06104746 A JPH06104746 A JP H06104746A JP 4251426 A JP4251426 A JP 4251426A JP 25142692 A JP25142692 A JP 25142692A JP H06104746 A JPH06104746 A JP H06104746A
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- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
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Abstract
し、PLL回路を形成した半導体装置の性能評価の精度
を向上させることを可能とする。 【構成】 位相同期ループ回路10から出力されるジッ
タをパルス抽出回路751〜754で抽出し、そのジッ
タであるパルス信号が所定時間内に所定数に達したか否
かをカウンタ761〜764で判別し、その判別結果に
基づいてサーモメータデコーダ77がジッタの程度を表
す評価信号を出力する。
Description
されるPLL回路に関する。
ては、動作が高速化されてきている。ところが、動作の
高速化に伴ってLSIの内部クロックの遅延が目立つよ
うになってきており、この内部クロックの遅延は、LS
Iの高速化を阻害する。このような事情により、内部ク
ロックの遅延を解消するために、内部クロックが外部ク
ロックと同位相で生成するように、内部クロックの位相
を外部クロックの位相の基準値にロックさせる制御を行
なうPLL回路が、LSIの半導体チップ上に形成され
るようになってきている。そして、前記PLL回路のロ
ック状態を検出する回路として、たとえば、特開昭64
−24630、特開平2−284521、特開平1−1
29614、特開平3−159318および特開平3−
206725に開示されたようなPLLロック検出回路
が前記半導体チップ上に形成されるようになってきてい
る。
含むPLL回路の構成を示すブロック図である。
いて説明する。位相比較回路2には、入力端子1から基
準入力信号Rが与えられるとともにVCO(電圧制御発
振器)5からの帰還信号Vが与えられる。位相比較回路
2では、基準入力信号Rの位相と帰還信号Vの位相とを
比較し、これらの信号の位相を一致させるべくその位相
差に応じたパルス幅のパルス信号である、アップ信号U
(ローレベル信号)と、ダウン信号D(ハイレベル信
号)とを出力する。アップ信号Uは、VCO5の出力信
号の位相を進める信号であり、ダウン信号DはVCO5
の出力信号の位相を遅らせる信号である。
源端子31と、接地端子32との間にPMOSトランジ
スタ33およびNMOSトランジスタ34を直列接続し
てなる。このチャージポンプ3においては、PMOSト
ランジスタ33のゲートに位相比較回路2からアップ信
号Uが与えられ、NMOSトランジスタ34のゲートに
位相比較回路2からダウン信号Dが与えられる。チャー
ジポンプ3では、PMOSトランジスタ33およびNM
OSトランジスタ34の動作によりアップ信号Uおよび
ダウン信号Dを電圧パルスに変換し、その電圧パルスを
ループフィルタ4へ与える。
ら与えられる電圧パルスを積分し、その出力をVCO5
へ与える。VCO5は、ループフィルタ4の出力電圧に
応じて発振周波数を変化させるものであり、アップ信号
Uが出力された場合には発振周波数を上げて出力信号の
位相を進め、また、ダウン信号Dが出力された場合には
発振周波数を下げて出力信号の位相を送らせる。VCO
5の出力信号は、出力端子6から出力されるとともに位
相比較器2に帰還される。
0には、ロック検出回路7が接続される。ロック検出回
路7には、位相比較器2から出力されるアップ信号Uと
ダウン信号Dとが与えられる。ロック検出回路7では、
アップ信号Uとダウン信号Dとに基づいて位相同期ルー
プ回路10のロック状態を検出し、その検出結果を出力
する。
な従来のロック検出回路7では、内部クロックの正確な
ロックの妨げとなるジッタの程度の評価を行なうことが
できなかったため、PLL回路を含むLSIなどの半導
体装置の製品出荷前にその半導体装置の性能評価を正確
に行なうことができないという問題があった。
になされたものであり、PLL回路におけるジッタの程
度の評価を行なうことを可能とし、これによって、PL
L回路を含む半導体装置の性能評価の精度を向上させる
ことを目的とする。
は、半導体チップ上に形成されるPLL回路であって、
位相同期ループ手段、複数の信号抽出手段、複数の判別
手段および評価信号出力手段を含む。
号との位相を比較してその位相差に応じたパルス幅のパ
ルス信号を出力する位相比較手段を含む。複数の信号抽
出手段は、前記パルス信号を受け、それぞれについて予
め定められたパルス幅以上のパルス幅を有するパルス信
号を抽出する。
段に対応して設けられ、各々が対応する信号抽出手段で
抽出されたパルス信号を計数し、所定時間内の計数結果
が所定数に達したか否かをそれぞれ判別する。評価信号
出力手段は、前記複数の判別手段の判別結果に基づいて
評価信号を出力する。
載の信号抽出手段が、前記パルス信号を受ける直列接続
された複数の反転手段と、前記直列接続された複数の反
転手段の出力信号および前記パルス信号の論理積をとる
論理積手段とを有することを特徴とする。
上に形成されるPLL回路であって、位相同期ループ手
段、信号選択手段、複数の信号抽出手段、複数の判別手
段および評価信号出力手段を含む。
号との位相を比較してその位相差に応じたパルス幅のパ
ルス信号を出力する位相比較手段を含む。信号選択手段
は、前記パルス信号、予め定められたテスト用パルス信
号およびモード信号を受け、そのモード信号に応じて前
記パルス信号および前記テスト用パルス信号の一方を選
択的に出力する。
から出力されるパルス信号を受け、それぞれについて予
め定められたパルス幅以上のパルス幅のパルス信号のみ
を抽出する。複数の判別手段は、前記複数の信号抽出手
段に対応して設けられ、各々が対応する信号抽出手段で
抽出されたパルス信号を計数し、所定時間内の計数結果
が所定数に達したか否かをそれぞれ判別する。評価信号
出力手段は、前記複数の判別手段の判別結果に基づいて
評価信号を出力する。
手段における抽出すべきパルス信号のパルス幅の設定値
を、位相同期ループ手段に生じるジッタが信号抽出手段
にて複数段階のレベルで検出できるような値に定めてお
くと、どの判別手段の計数結果が所定数に達したかとい
うことを知ることができれば、PLL回路がロック状態
になった後のジッタの程度を評価することができる。こ
の評価は評価信号出力手段の評価信号に基づいて行なえ
る。
出手段では、直列接続した複数の反転手段を通過したパ
ルス信号は、これらの反転手段を通過しないパルス信号
よりも遅延して論理積手段に与えられる。これにより、
論理積手段からは、反転手段による遅延時間以上のパル
ス幅を有するパルス信号のみが出力される。
択手段によってテスト用パルス信号を各抽出手段に与え
ることができるので、信号抽出手段、判別手段および信
号評価出力手段の動作テストが行なえる。
に説明する。
導体チップの回路図である。半導体チップ100上に
は、位相同期ループ回路10、検出回路7および処理回
路20が形成される。位相同期ループ回路10には処理
回路20へ与える内部クロックの位相の基準値となる基
準入力信号(外部クロック)が与えられる。位相同期ル
ープ回路10では前記内部クロックの位相が基準入力信
号の位相に一致するように前記内部クロックの位相を制
御する。
用の信号(アップ信号Uおよびダウン信号D)は、検出
回路7に与えられる。検出回路7にはその他にもテスト
用パルス信号、モード信号およびリセット信号が与えら
れる。検出回路7では、前記アップ信号U、前記ダウン
信号Dおよびリセット信号に基づいて位相同期ループ回
路10のロック状態の検出およびジッタの程度の検出を
行なう。その他にも検出回路7では、前記モード信号に
応じて与えられるテスト用パルス信号と、前記リセット
信号に基づいて検出回路7の動作テストを行なう。検出
回路7の検出結果は半導体チップ100の外部へ出力さ
れる。
ブロック図である。まず位相同期ループ回路10の構成
について説明する。入力端子1から位相比較回路2に基
準入力信号Rが与えられ、また、位相比較回路2にはV
CO(電圧制御発振器)5からの帰還信号Vが与えられ
る。位相比較回路2では、基準入力信号Rの位相と帰還
信号Vの位相とを比較し、これらの信号の位相を一致さ
せるべくその位相差に応じたパルス幅のパルス信号であ
る、アップ信号U(ローレベル信号)と、ダウン信号D
(ハイレベル信号)とを出力する。アップ信号Uは、V
CO5の出力信号の位相を進める信号であり、ダウン信
号DはVCO5の出力信号の位相を遅らせる信号であ
る。
源端子31と、接地端子32との間にPMOSトランジ
スタ33およびNMOSトランジスタ34を直列接続し
てなる。このチャージポンプ3においては、PMOSト
ランジスタ33のゲートに位相比較回路2からアップ信
号Uが与えられ、NMOSトランジスタ34のゲートに
位相比較回路2からダウン信号Dが与えられる。チャー
ジポンプ3では、PMOSトランジスタ33およびNM
OSトランジスタ34の動作によりアップ信号Uおよび
ダウン信号Dを電圧パルスに変換し、その電圧パルスを
ループフィルタ4へ与える。
ら与えられる電圧パルスを積分し、その出力をVCO5
へ与える。VCO5は、ループフィルタ4の出力電圧に
応じて発振周波数を変化させるものであり、アップ信号
Uが出力された場合には発振周波数を上げて位相を進
め、また、ダウン信号Dが出力された場合には、発振周
波数を下げて位相を遅らせる。VCO5の出力信号は出
力端子6から出力されるとともに、帰還信号Vとして位
相比較器2に帰還される。
る。アップ信号Uはインバータ71を介して第1信号選
択器72に与えられ、ダウン信号Dはそのまま第2信号
選択器73に与えられる。また、第1信号選択器72お
よび第2信号選択器73には、入力端子7aから入力さ
れるテスト用パルス信号と、入力端子7bから入力され
るモード信号とが与えられる。
ーレベルである場合には、インバータ71で反転された
アップ信号Uをオアゲート74の第1の入力端子に与
え、モード信号がハイレベルである場合には、テスト用
パルス信号をオアゲート74の第1の入力端子に与え
る。また、第2信号選択器73では、モード信号がロー
レベルである場合には、ダウン信号Dをオアゲート74
の第2の入力端子に与え、モード信号がハイレベルであ
る場合には、テスト用パルス信号をオアゲート74の第
2の入力端子に与える。
路751,752,753,754にそれぞれ与えられ
る。パルス抽出回路751〜754は、予め定められた
パルス幅以上のパルス幅を有するパルス信号を抽出する
回路であり、これらが抽出するパルス信号のパルス幅の
設定値はパルス抽出回路751,752,753,75
4の順に大きい値になっている。これらのパルス抽出回
路751〜754によりそれぞれ異なる幅のジッタが抽
出される。パルス抽出回路751で抽出されたパルス信
号はカウンタ761に与えられる。パルス抽出回路75
2で抽出されたパルス信号はカウンタ762に与えられ
る。パルス抽出回路753で抽出されたパルス信号はカ
ウンタ763へ与えられる。パルス抽出回路754で抽
出されたパルス信号はカウンタ764へ与えられる。ま
たカウンタ761〜764のそれぞれには入力端子7c
から入力されるリセット信号が与えられる。このリセッ
ト信号は所定周期で入力される。
応するパルス抽出回路751〜754で抽出されたパル
ス信号をカウントし、リセット信号の1入力周期内にカ
ウント結果が所定数に達したか否かをそれぞれ判別す
る。そして、前記カウント結果が所定数に達した場合に
は、サーモメータデコーダ77へその次のリセット信号
の入力周期の間ハイレベル信号を与える。
61〜764からの入力信号をデコードし、そのデコー
ド結果をPLL回路のジッタを評価するための評価信号
またはPLL回路のロック状態を表す信号として出力す
る。
の動作の概略について説明する。位相同期ループ回路1
0では、位相比較回路2において基準入力信号Rと帰還
信号Vとの間に位相差がある場合には、その位相差を解
消するために位相比較回路2からアップ信号Uまたはダ
ウン信号Dが出力される。アップ信号Uがローレベルと
なった場合は、PMOSトランジスタ33がオンし、チ
ャージポンプ3から出力される電圧パルスがハイレベル
となり、VCO5が発振周波数を上げて出力信号の位相
を進める。また、ダウン信号Dがハイレベルとなった場
合は、NMOSトランジスタ34がオンし、チャージポ
ンプ3から出力される電圧パルスがローレベルとなり、
VCO5が発振周波数を下げて出力信号の位相を遅らせ
る。このようにして、位相同期ループ回路10では、出
力信号の位相が制御される。
となっている場合には、第1信号選択器72および第2
信号選択器73の選択動作と、オアゲート74の動作に
より、アップ信号Uがローレベルとなったときまたはダ
ウン信号Dがハイレベルとなったときにパルス抽出回路
751〜754にパルス信号が与えられる。
ス抽出回路751〜754が、それぞれのパルス幅の設
定値に応じてパルス信号を抽出し、抽出されたパルス信
号がカウンタ761〜764に与えられる。カウンタ7
61〜764では、1リセット周期内において、与えら
れるパルス信号のカウント値が所定数以上になった場合
にハイレベル信号をサーモメータデコーダ77へ与え
る。
61〜764から与えられる論理信号を2進数データに
変換して出力する。この2進数データは、どのカウンタ
の出力がハイレベルになっているのかという情報を表す
ものである。パルス抽出回路751〜754がそれぞれ
異なる幅のジッタを抽出できるように設定されているの
で、どのカウンタの出力がハイレベルになったかという
ことが分かれば、そのパルス幅の設定値からジッタの程
度を知ることができる。したがって、この2進数データ
によりPLL回路のジッタの程度を評価することが可能
である。
ついて説明する。図3は、位相比較回路2の構成を示す
回路図である。位相比較回路2は、2入力のナンドゲー
ト21〜26と、3入力のナンドゲート28,29と、
4入力のナンドゲート27と、インバータ20とから構
成されている。第1入力端子2aから基準入力信号R、
第2入力端子2bから帰還信号Vが入力される。また、
第1出力端子1uからアップ信号Uが出力され、第2出
力端子1dからダウン信号Dが出力される。
する。図4(a),(b)は、位相比較回路2の動作を
示すタイミングチャートであり、図4(a)には、基準
入力信号Rの位相に対して帰還信号Vの位相が遅れてい
る場合の動作を示し、図4(b)には、基準入力信号R
の位相に対して帰還信号Vの位相が進んでいる場合の動
作を示す。帰還信号Vの位相が進んでいる場合は、図4
(a)に示されるように基準入力信号Rが立下るとアッ
プ信号Uがローレベルに立下り、帰還信号Vが立下ると
アップ信号Uがハイレベルに立上がる。すなわち、位相
の遅れ分だけアップ信号Uがローレベルとなる。また、
基準入力信号Rの位相が進んでいる場合は、図4(b)
に示されるように帰還信号Vが立下るとダウン信号Dが
ハイレベルに立上り、基準入力信号Rが立下るとダウン
信号Dがローレベルに立下る。すなわち、位相の進み分
だけダウン信号Dがハイレベルとなる。
各回路の構成を示す回路図である。入力端子75iとア
ンドゲート75bの第1の入力端子とが接続され、入力
端子75iが、直列接続されたインバータ75aa,7
5ab,75ac,75adよりなるインバータチェイ
ン75aを介してアンドゲート75bの第2の入力端子
に接続される。アンドゲート75bの出力端子は出力端
子75dに接続される。
51〜754の動作について説明する。図6は、パルス
抽出回路751〜754の動作を示すタイミングチャー
トであり、入力75iから入力されるパルス信号X、イ
ンバータチェイン75aの出力Yおよびアンドゲート7
5bの出力Zを示す。パルス信号Xよりもインバータチ
ェイン75aの遅延時間tdの分だけ遅れて出力Yがハ
イレベルとなる。そして、出力Zは、パルス信号Xと出
力Yとが同時にハイレベルとなった時間だけハイレベル
となる。すなわち、パルス抽出回路751〜754は、
パルス信号Xのパルス幅がインバータチェイン75aの
遅延時間tdよりも大きい場合にのみ出力Zであるパル
ス信号を出力する。
れの構成を示す回路図である。カウンタ76aは、4ビ
ットカウンタであり、クロック入力端子CLKにパルス
抽出回路の出力であるパルス信号が与えられ、入力端子
LDにリセット信号が与えられる。カウンタ76aの出
力端子CoutはRSフリップフロップ回路76cのセ
ット入力端子Sに接続される。カウンタ76aのロード
バリューLVはすべて0に設定されており、リセット信
号が入力されるとカウント値は0になる。
子Dにリセット信号が与えられる。Dフリップフロップ
回路76bの出力端子QはRSフリップフロップ回路7
6cのリセット入力端子Rと接続される。RSフリップ
フロップ回路76cの出力端子Qはアンドゲート76d
の第1の入力端子と接続され、反転出力端子/Qがアン
ドゲート76eの第2の入力端子と接続される。
びアンドゲート76eの第2の入力端子にはリセット信
号が与えられる。アンドゲート76dの出力端子はRS
フリップフロップ回路76fのセット入力端子Sと接続
され、アンドゲート76eの出力端子はRSフリップフ
ロップ回路76fのリセット入力端子Rと接続される。
RSフリップフロップ回路76fの出力端子Qは、サー
モメータデコーダ77の入力端子に接続される。
いて説明する。図8はカウンタ761〜764の動作を
示すタイミングチャートであり、パルス信号、リセット
信号、Dフリップフロップ回路76bの出力端子Qの出
力S1、カウンタ76aの出力端子Coutの出力S
2、RSフリップフロップ回路76cの出力端子Qの出
力S3、アンドゲート76dの出力S4およびRSフリ
ップフロップ回路76fの出力端子Qの出力S5を示
す。
6aでパルス信号のカウントが開始され、Dフリップフ
ロップ回路76bの出力S1がハイレベルになると、R
Sフリップフロップ回路76cの出力S3が立下り、ロ
ーレベルに保持される。この状態では、アンドゲート7
6dの出力S4はローレベルであり、RSフリップフロ
ップ回路76fの出力S5もローレベルである。
タ76aが、予め定められた数のパルス信号をカウント
すると、カウンタ76aの出力S2が所定時間ハイレベ
ルとなり、RSフリップフロップ回路76cの出力S3
が立上り、ハイレベルに保持される。
と、アンドゲート76dの入力がともにハイレベルとな
り、アンドゲート76dの出力S4は、リセット信号の
継続時間だけハイレベルとなる。これにより、RSフリ
ップフロップ回路76fの出力S5は立上り、ハイレベ
ルに保持される。また、これと同時にリセット信号の入
力によってカウンタ76aのカウント値がクリアされる
とともに、出力S1が所定時間ハイレベルになり、RS
フリップフロップ回路76cの出力S3がローレベルに
立下り、前述のような動作が繰返される。
にパルス信号が所定数入力されると、その次のリセット
信号の周期中に出力S5がハイレベルとなるのである。
一方、リセット信号の入力の1周期中にパルス信号が所
定数以上入力されない場合は、出力S2がハイレベルに
ならないので、その次のリセット信号の周期中はS5が
ローレベルになる。
説明する。図9(a)〜(e)は、サーモメータデコー
ダ77における評価信号の変換の態様を示す図である。
図9においては、カウンタ761〜764から入力され
る信号を最下位ビットLSB〜最上位ビットMSBに対
応付けて表しており、この入力信号が図中の矢印の先に
表された2進数に変換される態様を表している。すなわ
ち、最下位ビットLSB〜最上位ビットMSBまでの入
力信号がハイレベル(1)である個数を2進数で表して
いるのである。
ローレベル(0)である場合は、図9(a)に示すよう
に評価信号は000で表される。最下位ビットLSBの
入力信号のみがハイレベル(1)である場合は、図9
(b)に示されるように評価信号は001で表される。
入力信号が最下位ビットLSBから2つ目までハイレベ
ル(1)になった場合は、図9(c)に示されるように
評価信号は010となる。入力信号が最下位ビットSB
から3つ目までハイレベル(1)になった場合は、評価
信号は011となる。入力信号がすべてハイレベル
(1)になった場合には、評価信号は100となる。
61〜764のうちどのカウンタまで出力信号がハイレ
ベルになったかを表しており、そのカウンタに対応する
パルス抽出回路のパルス信号の抽出幅が予め定められて
いるので、サーモメータデコーダ77から出力される評
価信号に基づいてPLL回路のジッタの程度を知ること
ができる。このようなサーモメータデコーダの構成は、
たとえば、図10のようになっている。図10はサーモ
メータデコーダ77の構成の一例を示す回路図である。
図10においては、サーモメータデコーダ77の入力信
号がA(LSB)〜D(MSB)で表され、評価信号が
(γ,β,α)の2進数で表される。
(インバータ86を解したもの)の論理積をとるアンド
ゲート81と、入力信号Bと入力信号Cとの排他的論理
NORをとるイクスクルーシブノアゲート82と、これ
らの出力の論理積をとるアンドゲート83とにより得ら
れる。
信号Dの反転信号の論理積をとるアンドゲート84によ
り得られる。
とるアンドゲート85により得られる。なお、これらの
回路の構成の妥当性は、図10に示すα,β,γの理論
式により裏付けられる。
回路751〜754の抽出するパルス信号の幅がPLL
回路のジッタを検出できるような設定になっているの
で、サーモメータデコーダから出力される評価信号に基
づいて前記ジッタの程度を評価することが可能となる。
またパルス抽出回路751〜754のいずれかのパルス
幅の設定を位相同期ループ回路10のPLL信号のアン
ロック状態を検出できるような設定値にすれば、前記ア
ンロック状態の検出を行なうことも可能である。
路およびカウンタを4つずつ設けたが、これに限らずこ
れよりも多く設けてもよい。
信号出力手段の評価信号に基づいて、信号抽出手段およ
び判別手段により検出された、PLL回路のジッタの程
度が評価できるので、PLL回路を形成した半導体装置
の性能評価の精度を向上させることができる。
出手段は、複数の反転手段と、論理積手段とにて構成さ
れているため、反転手段の数を変更することにより信号
抽出手段における、抽出すべきパルス信号のパルス幅を
容易に変更することができる。
換手段によってテスト用パルス信号を各抽出手段に与え
ることができるので、信号抽出手段、判別手段および評
価信号出力手段の動作の検証を行なうことができる。
る。
である。
トである。
る。
態様を示す図である。
路図である。
路の構成を示すブロック図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体チップ上に形成されるPLL回路
であって、 入力信号と帰還信号との位相を比較してその位相差に応
じたパルス幅のパルス信号を出力する位相比較手段を含
む位相同期ループ手段と、 前記パルス信号を受け、それぞれについて予め定められ
たパルス幅以上のパルス幅を有するパルス信号を抽出す
る複数の信号抽出手段と、 前記複数の信号抽出手段に対応して設けられ、各々が対
応する信号抽出手段で抽出されたパルス信号を計数し、
所定時間内の計数結果が所定数に達したか否かをそれぞ
れ判別する複数の判別手段と、 前記複数の判別手段の判別結果に基づいて評価信号を出
力する評価信号出力手段とを備えた、PLL回路。 - 【請求項2】 前記信号抽出手段は、前記パルス信号を
受ける直列接続された複数の反転手段と、前記直列接続
された複数の反転手段の出力信号および前記パルス信号
の論理積をとる論理積手段とを有する、請求項1記載の
PLL回路。 - 【請求項3】 半導体チップ上に形成されるPLL回路
であって、 入力信号と帰還信号との位相を比較してその位相差に応
じたパルス幅のパルス信号を出力する位相比較手段を含
む位相同期ループ手段と、 前記パルス信号、予め定められたテスト用パルス信号お
よびモード信号を受け、そのモード信号に応じて前記パ
ルス信号および前記テスト用パルス信号の一方を選択的
に出力する信号選択手段と、 前記信号選択手段から出力されるパルス信号を受け、そ
れぞれについて予め定められたパルス幅以上のパルス幅
のパルス信号のみを抽出する複数の信号抽出手段と、 前記複数の信号抽出手段に対応して設けられ、各々が対
応する信号抽出手段で抽出されたパルス信号を計数し、
所定時間内の計数結果が所定数に達したか否かをそれぞ
れ判別する複数の判別手段と、 前記複数の判別手段の判別結果に基づいて評価信号を出
力する評価信号出力手段とを備えた、PLL回路。
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JP4251426A JP2769660B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | Pll回路 |
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