JPH1013220A - クロック信号再生回路 - Google Patents

クロック信号再生回路

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JPH1013220A
JPH1013220A JP8159824A JP15982496A JPH1013220A JP H1013220 A JPH1013220 A JP H1013220A JP 8159824 A JP8159824 A JP 8159824A JP 15982496 A JP15982496 A JP 15982496A JP H1013220 A JPH1013220 A JP H1013220A
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JP
Japan
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clock signal
frequency
voltage
signal
comparator
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JP8159824A
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Takashi Nishimura
隆志 西村
Masayuki Katakura
雅幸 片倉
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相比較ループ及び周波数比較ループを備え
たクロック信号再生回路において、高速かつ狭帯域の動
作を可能にする。 【解決手段】 位相比較器2及び周波数比較器3に対応
して別々にループフィルタ4、5を設け、各ループのゲ
インを互いに独立して制御できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、クロック信号再生
回路、特に位相比較ループ及び周波数比較ループを有す
るクロック信号再生回路に関する。
【0002】
【従来の技術】位相比較ループ及び周波数比較ループを
設け、電圧制御型発振器から出力されたクロック信号と
外部からのデジタルNRZ(None Return
toZero)信号とをともに両ループに入力して帰還
動作を行わせて、最終的に位相及び周波数が共にデジタ
ルNRZ信号に一致したクロック信号を出力するように
したクロック信号再生回路が知られている。
【0003】図4は従来のクロック信号再生回路を示す
ものである。同図において、1はクロック信号FVCO
(Hz)を出力する電圧制御型発振器(VCO)、2は
この電圧制御型発振器1からのクロック信号と外部から
のデジタルNRZ信号(以下、単にデジタル信号と称す
る)FDATA(Hz)とを入力し両信号の位相を比較して
この位相差に応じた電圧を誤差信号として出力する位相
比較器(PDET)、3は同様にクロック信号と入力デ
ジタル信号とを入力し両信号の周波数を比較してこの周
波数差に応じた電圧を誤差信号として出力する周波数比
較器(FDET)である。尚、位相比較器2の利得をK
DP(V/rad)、周波数比較器3の利得をKDF[V/
Z ]とする。
【0004】13は位相比較器2及び周波数比較器3か
らの出力信号である2つの誤差電圧を加算する加算器
(Σ)、14は加算器13からの出力信号を平滑化する
ループフィルタで、その出力電圧Veが制御電圧として
電圧制御型発振器1に印加される。電圧制御型発振器1
は誤差電圧Veによって制御されてそれに対応した周波
数のクロック信号を発散する。その電圧−周波数変換利
得はKo(Hz/V)である。
【0005】ここで、電圧制御型発振器1、位相比較器
2、加算器13及びループフィルタ14は位相比較ルー
プを構成している。また、電圧制御型発振器1、周波数
比較器3、加算器13及びループフィルタ14は周波数
比較ループを構成している。このような再生回路におい
は、先ず周波数引き込みが行われ、それが完了すると、
即ち、入出力の周波数が一致すると、位相引き込み動作
が開始され、そして、、誤差電圧Veが0になるように
制御された時点でPLL回路はロック状態となって、電
圧制御型発振器1は位相及び周波数が共にデジタル信号
に一致したクロック信号を出力する状態になる。
【0006】このようなクロック信号再生回路は半導体
製造技術の発展により、各構成部はLSIによって構成
されるようになっている。しかしながら、LSIの製造
においては製造プロセスのばらつきに伴う諸特性のばら
つきが避けられない。
【0007】図5はクロック信号再生回路の主要部であ
る電圧制御型発振器1における、制御信号である誤差電
圧Ve(横軸)と出力信号であるクロック信号FVCO
(縦軸)との関係を示す特性図である。横軸に沿った破
線はデジタル信号の特性を示している。LSIの製造プ
ロセスのばらつきを考慮して、特性は上限直線aと下限
直線bとを設けて許容範囲を設定している。縦軸に沿っ
た2つの破線の範囲は誤差電圧Veのダイナミックレン
ジを示している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のクロ
ック信号再生回路では、ループフィルタが位相比較器及
び周波数比較器に共通に接続されるように1個しか設け
られていないので、高速かつ狭帯域の動作が不可能にな
るという問題が生じる。
【0009】図5の特性図において、クロック信号の変
動が避けられないが、望ましいクロック信号再生回路を
構成するには、あらゆる製造プロセスのばらつきを考慮
したとしても、デジタル信号のデータレートFDATAをカ
バーするように、誤差電圧Ve−クロック信号FVCO
傾き(Ko)は大きくとらなければならない。一方、P
LL帯域におけるジッタの蓄積を避けるためには、この
蓄積量が位相比較器2における利得(KDP)と利得(K
o)との積に比例することから、Koを低くとらなけれ
ならず、前記の条件と相反するようになる。尤も、この
ジッタの蓄積を避けるために、電圧制御型発振器1にお
けるセンター周波数(Ve=0時のFVC O )をFDATA
近くなるように、LSIの内部あるいは外部で何らかの
手段でトリミングすることによりKoを低くとる方法も
考えられているが、工程が複雑になるのでコストアップ
となる。
【0010】また、ジッタピーキングを抑えるために、
通常クロック再生PLLのダンピング係数は大きく設定
されるので、ループフィルタ14の容量Cpは比較的大
容量のものが必要になる。この結果として、ループフィ
ルタ14の引込み時間が長くなり、高速動作が困難にな
る。これも問題となる。
【0011】本発明はこのような問題点を解決すべくな
されたものであり、位相比較ループ及び周波数比較ルー
プを備えたクロック信号再生回路において、高速かつ狭
帯域の動作を可能にすることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のクロック信号再
生回路は、クロック信号を出力する電圧制御型発振器
と、この電圧制御型発振器からのクロック信号と外部か
らの入力デジタル信号とを入力し両信号の位相を比較し
てこの位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、上
記クロック信号と上記入力デジタル信号とを入力し両信
号の周波数を比較してこの周波数差に応じた信号を出力
する周波数比較器と、位相比較器及び周波数比較器から
の出力信号を平滑化して上記電圧制御型発振器への制御
信号をつくるループフィルタとを備えたクロック信号再
生回路において、位相比較器及び周波数比較器の出力側
に別個のループフィルタを接続すると共に、上記電圧制
御型発振器に該各ループフィルタからの制御信号を印加
するようにしたことを特徴とする。
【0013】本発明クロック信号再生回路によれば、位
相比較器及び周波数比較器に別々にループフィルタを接
続したので、PLL回路を利用して位相比較ループ及び
周波数比較ループを構成したクロック信号再生回路にお
いて、両ループのゲインを互いに独立して制御すること
が可能になり、高速かつ狭帯域の動作を可能にすること
ができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示実施の形態に
従って詳細に説明する。
【0015】図1は本発明クロック信号再生回路の第1
の実施の形態を示すブロック図である。同図において、
1はクロック信号FVCO (Hz)を出力する電圧制御型
発振器(VCO)、2はこの電圧制御型発振器1からの
クロック信号と外部からの入力デジタル信号(デジタル
NRZ信号)FDATA(Hz)とを入力し両信号の位相を
比較してこの位相差に応じた電圧を誤差信号として出力
する位相比較器(PDET)、3は同様にクロック信号
とデジタル信号とを入力し両信号の周波数を比較してこ
の周波数差に応じた電圧を誤差信号として出力する周波
数比較器(FDET)である。位相比較器2の利得をK
DP(V/rad)、周波数比較器3の利得をKDF(V/
Z )とする。
【0016】4は位相比較器2に接続された第1のルー
プフィルタ、5は周波数比較器3に接続された第2のル
ープフィルタで、第1のループフィルタの容量は第2の
ループフィルタの容量に対し大きく設定されている。第
1及び第2のループフィルタ4、5から誤差電圧である
制御電圧を受ける電圧制御型発振器1は、第1の入力端
子6及び第2の入力端子7が設けられている。ここで、
第1及び第2の入力端子6、7は独立して電圧−周波数
変換利得が設定可能に構成されており、PLL帯域を抑
えるために第1の入力端子6の利得KOPは小さく設定さ
れ、製造プロセスのばらつきを考慮して第2の入力端子
7の利得KOFは大きく設定されている。ここで、電圧制
御型発振器1、位相比較器2及び第1のループフィルタ
4は位相比較ループを構成している。また、電圧制御型
発振器1、周波数比較器3及び第2のループフィルタ5
は周波数比較ループを構成している。
【0017】次に、本発明クロック信号再生回路の動作
を説明する。入力デジタル信号とクロック信号との周波
数が異なる場合、周波数比較器3は両周波数差に応じた
信号を利得KDF(V/Hz)の誤差電圧として出力す
る。第2のループフィルタ5は周波数比較器3からの出
力信号を平滑化して得た誤差電圧を制御電圧として電圧
制御型発振器1の第2の入力端子7に印加する。これに
基づいて、電圧制御型発振器1は電圧−周波数変換利得
OFのクロック信号を周波数比較器3に出力して、周波
数比較ループによる制御動作が行われる。
【0018】このような周波数比較ループによる制御動
作は周波数比較器3から出力される誤差電圧が0になる
まで継続される。この制御動作中、第2のループフィル
タ5の容量Cpは小さく設定されているので、高速で周
波数引込み動作が行われる。また、この周波数引込み動
作中、位相比較器2にもデジタル信号とクロック信号が
入力されているので、位相比較器2は両信号の位相差に
応じた信号を利得KOP(V/rad)の誤差電圧として
出力する。ここで、位相比較器2は周波数判別能力がな
いので、また位相比較ループ内である電圧制御型発振器
1の第1の入力端子6の利得KOPは小さく設定されてい
るので、周波数比較ループにおける周波数引込み動作が
影響されることはない。周波数引込み動作が終了して、
クロック信号の周波数がデジタル信号の周波数に一致す
ると、位相比較ループによる位相引込み動作が開始され
る。
【0019】すなわち、位相比較ループにおいて、第1
のループフィルタ4は位相比較器2からの出力信号を平
滑化して得た誤差電圧を制御電圧として電圧制御型発振
器1の第1の入力端子6に印加する。これに基づいて、
電圧制御型発振器1は電圧−周波数変換利得KOPのクロ
ック信号を位相比較器2に出力して、位相比較ループに
よる制御動作が行われる。このような位相比較ループに
よる制御動作は位相比較器2から出力される誤差電圧が
0になるまで継続される。位相引込み動作が終了して、
出力クロック信号の位相が入力デジタル信号の位相に一
致すると、周波数比較ループ及び位相比較ループを有す
るPLL回路はロック状態になる。この結果、クロック
信号再生回路から位相及び周波数がともにデジタル信号
に一致したクロック信号が出力される。
【0020】このようなクロック信号再生回路によれ
ば、位相比較器2及び周波数比較器3に別々にループフ
ィルタ4、5を接続するとともに、電圧制御型発振器1
に各々のループフィルタ4、5からの制御電圧を印加す
る第1及び第2の入力端子6、7を設け、各入力端子
6、7が独立して電圧−周波数変換利得を設定可能に構
成しており、PLL回路を利用して位相比較ループ及び
周波数比較ループを構成したクロック信号再生回路にお
いて、高速かつ狭帯域の動作を可能にすることができ
る。
【0021】尚、本クロック信号再生回路において、第
1のループフィルタ4の出力と第2のループフィルタ5
の出力とを加算する手段を設け、その加算手段の出力
を、入力端子が一つの電圧制御発振器に入力するように
しても良い。
【0022】図2は本発明クロック信号再生回路の第2
の実施の形態を示すブロック図である。本発明クロック
信号再生回路は、特に周波数比較ループの構成に特徴を
有しており、そのループのループフィルタをデジタルフ
ィルタで構成した例を示している。同図において、第1
の実施の形態と同一部分には同一符号を付した。
【0023】同図において、8は周波数比較器3に設け
られダウンパルス列を出力する第1の出力端子、9は周
波数比較器3に設けられアップパルス例を出力する第2
の出力端子、10は周波数比較器3に接続され各出力端
子8、9からの出力信号であるパルス列に応じてダウン
パルス列あるいはアップパルス列のいずれかの信号を出
力するアップダウンカウンタ、11はアップダウンカウ
ンタ10の出力ディジタル信号をアナログ信号に変換す
るD/A変換器である。アップダウンカウンタ10とD
/A変換器11はデジタルフィルタ12を構成してい
る。電圧制御型発振器1、周波数比較器3、アップダウ
ンカウンタ10及びD/A変換器11は周波数比較ルー
プを構成している。
【0024】ここで、周波数比較器3は、入力されるデ
ジタル信号及びクロック信号の関係で、デジタル信号の
データレートよりもクロック信号の周波数が速いときは
第1の出力端子8からダウンパルス列を出力し、デジタ
ル信号のデータレートよりもクロック信号の周波数が遅
いときは第2の出力端子9からアップパルス列を出力す
るように動作する。また、アップダウンカウンタ10
は、周波数比較器3からダウンパルス列が入力されたと
きはそのパルスのダウンエッジのタイミングでダウンカ
ウントモードに設定し、周波数比較器3からアップパル
ス列が入力されたときはそのパルスのアップエッジのタ
イミングでダウンカウントモードに設定するように動作
する。
【0025】次に、本クロック信号再生回路の動作を説
明する。周波数比較器3は入力されたデジタル信号とク
ロック信号との周波数が異なる場合、デジタル信号のデ
ータレートよりもクロック信号の周波数が速いときは第
1の出力端子8からダウンパルス列を出力する。逆に、
デジタル信号のデータレートよりもクロック信号の周波
数が遅いときは第2の出力端子9からアップパルス列を
出力する。
【0026】アップダウンカウンタ11は第1の出力端
子8からダウンパルス列が入力されると、図3に示すよ
うにそのパルスのダウンエッジ(立下がり)のタイミン
グt2でダウンカウントモードに設定して、ダウンカウ
ントを開始する。逆に、第2の出力端子9からアップパ
ルス列が入力されると、図3に示すようにそのパルスの
アップエッジ(立上り)のタイミングt1でアップカウ
ントモードに設定して、アップカウントを開始する。D
/A変換器11はアップダウンカウンタ10から入力さ
れたパルス列に応じたアナログ信号を出力して、制御電
圧として電圧制御型発振器1の第2の入力端子7に印加
する。これに基づいて、電圧制御型発振器1は電圧−周
波数変換利得KOFのクロック信号を周波数比較器3に出
力して、周波数比較ループによる制御動作が行われる。
【0027】このような周波数比較ループによる制御動
作は周波数比較器3から出力される誤差電圧が0になる
まで継続され、周波数引込み動作が終了して、クロック
信号の周波数がデジタル信号の周波数に一致すると、第
1の実施の形態の場合と同じように、位相比較ループに
よる位相引込み動作が開始される。そして、位相引込み
動作が終了して、クロック信号の位相がデジタル信号の
位相に一致すると、周波数比較ループ及び位相比較ルー
プを有するPLL回路はロック状態になり、クロック信
号再生回路から位相及び周波数がともにデジタル信号に
一致したクロック信号が出力される。
【0028】ここで、アップダウンカウンタ10とD/
A変換器11とから構成されたデジタルフィルタ12は
離散的な値をとるので、出力クロック信号と入力デジタ
ル信号との周波数を完全に一致させることは不可能であ
るが、位相比較ループは周波数の微調整が可能であるの
で、何ら問題にはならない。すなわち、デジタルフィル
タ12を有する周波数比較ループでクロック信号とデジ
タル信号との周波数が数百ppmの誤差範囲に入れば、
位相比較ループが機能し始めるので、ロック状態に至ら
せることができる。
【0029】このような本クロック信号再生回路は、第
1の実施の形態によるクロック信号再生回路と比較し
て、周波数比較ループのループフィルタをアップダウン
カウンタ10とD/A変換器11とからなるデジタルフ
ィルタ12で構成した点が異なるだけで、位相比較器2
及び周波数比較器3に別々にループフィルタ4、12を
接続するとともに、電圧制御型発振器1に各々のループ
フィルタ4、12からの制御電圧を印加する第1及び第
2の入力端子6、7を設け、各入力端子6、7が独立し
て電圧−周波数変換利得を設定可能に構成しており、高
速かつ狭帯域の動作を可能にすることができる。
【0030】尚、本クロック信号再生回路においても、
第1のループフィルタ4の出力と第2のループフィルタ
5の出力とを加算する手段を設け、その加算手段の出力
を、入力端子が一つの電圧制御発振器に入力するように
しても良い。
【0031】なお、周波数比較ループのループフィルタ
をデジタルフィルタで構成した例を示したが、同様にし
て位相比較ループのループフィルタをデジタルフィルタ
で構成しても良い。あるいは、周波数比較ループ及び位
相比較ループの両方のループフィルタをデジタルフィル
タで構成することも可能である。
【0032】
【発明の効果】本発明クロック信号再生回路によれば、
位相比較器及び周波数比較器に別々にループフィルタを
接続するとともに、電圧制御型発振器に各々のループフ
ィルタからの制御信号を印加するようにしたので、位相
比較ループ及び周波数比較ループを有するクロック信号
再生回路において、高速かつ狭帯域の動作を可能にする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明クロック信号再生回路の第1の実施の形
態を示すブロック図である。
【図2】本発明クロック信号再生回路の第2の実施の形
態を示すブロック図である。
【図3】第2の実施の形態による本発明クロック信号再
生回路の動作を説明する信号波形図である。
【図4】従来のクロック信号再生回路を示すブロック図
である。
【図5】従来のクロック信号再生回路に用いられる電圧
制御型発振器の動作を説明する特性図である。
【符号の説明】
1…電圧制御型発振器(VCO)、2…位相比較器(P
DET)、3…周波数比較器(FDET)、4…第1の
ループフィルタ、5…第2のループフィルタ、6…電圧
制御型発振器の第1の入力端子、7…電圧制御型発振器
の第2の入力端子、8…周波数比較器の第1の出力端
子、9…周波数比較器の第2の出力端子、10…アップ
ダウンカウンタ、11…D/A変換器、12…デジタル
フィルタ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クロック信号を出力する電圧制御型発振
    器と、この電圧制御型発振器からのクロック信号と外部
    からの入力デジタル信号とを入力し両信号の位相を比較
    してこの位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、
    上記クロック信号と上記入力デジタル信号とを入力し両
    信号の周波数を比較してこの周波数差に応じた信号を出
    力する周波数比較器と、上記位相比較器及び周波数比較
    器からの出力信号を平滑化して上記電圧制御型発振器へ
    の制御信号をつくるループフィルタとを備えたクロック
    信号再生回路において、 上記位相比較器及び周波数比較器の出力側に別個のルー
    プフィルタを接続すると共に、上記電圧制御型発振器に
    該各ループフィルタからの制御信号を印加するようにし
    たことを特徴とするクロック信号再生回路。
  2. 【請求項2】 周波数比較器及び位相比較器に接続する
    ループフィルタの少なくとも一方を、デジタル信号とク
    ロック信号との関係に応じてアップパルス列あるいはダ
    ウンパルス列を出力するアップダウンカウンタと、その
    出力値をアナログ信号に変換するD/A変換器とからな
    るデジタルフィルタで構成したことを特徴とする請求項
    1記載のクロック信号再生回路。
JP8159824A 1996-06-20 1996-06-20 クロック信号再生回路 Pending JPH1013220A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009182898A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 周波数制御回路およびcdr回路

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009182898A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 周波数制御回路およびcdr回路

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