JPH10242843A - デュアル・モジュラス・プリスケーラ - Google Patents

デュアル・モジュラス・プリスケーラ

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JPH10242843A
JPH10242843A JP10050117A JP5011798A JPH10242843A JP H10242843 A JPH10242843 A JP H10242843A JP 10050117 A JP10050117 A JP 10050117A JP 5011798 A JP5011798 A JP 5011798A JP H10242843 A JPH10242843 A JP H10242843A
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flip
flop circuit
prescaler
circuit
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カール・エル・シューボフ
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マツオ・エム・マーティ
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K23/00Pulse counters comprising counting chains; Frequency dividers comprising counting chains
    • H03K23/64Pulse counters comprising counting chains; Frequency dividers comprising counting chains with a base or radix other than a power of two
    • H03K23/66Pulse counters comprising counting chains; Frequency dividers comprising counting chains with a base or radix other than a power of two with a variable counting base, e.g. by presetting or by adding or suppressing pulses
    • H03K23/667Pulse counters comprising counting chains; Frequency dividers comprising counting chains with a base or radix other than a power of two with a variable counting base, e.g. by presetting or by adding or suppressing pulses by switching the base during a counting cycle

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  • Electronic Switches (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】デュアル・モジュラス・プリスケーラ100
は、高速動作のために性能を向上させた。タイミング信
号は、プリスケーラの最終段に送り込まれる2と2分の
1クロック・サイクル前にフリップ・フロップ回路10
6から発生される。 【解決手段】 タイミング信号は、マルチプレクサ11
2をゲートするためにセレクタ信号を生じるのに使用さ
れる。タイミング信号が早期に生成されるので、マルチ
プレクサ選択プロセスが、クリティカル・パスから排除
される。マルチプレクサ全体に渡る残りの遅延は極めて
少なくなり、プリスケーラのクリティカル・パスを最低
限に抑える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に分割回路または
計数回路に関し、さらに詳しくは、位相ロック・ループ
(PLL)周波数シンセサイザなどの用途に使用できる
低電力で高速のプリスケーラに関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】高速
分周器(hight speed divider) ,周波数シンセサイザな
どで使用されるプリスケーラ回路は、技術上良く知られ
る。デュアル・モジュラス(dual modulus)・プリスケ
ーラは、分周率(division ratio)または除数(modulus
)を、外部制御信号によって1つの値から別の値に切
り換えられるカウンタである。通常知られるプリスケー
ラの実現は、クロック信号から分数出力信号を取得する
のに使用される直列形フリップ・フロップ回路によって
構成されるカウンタ回路を使用する。このため、プリス
ケーラは、外部制御信号が第1の状態を有する時には第
1の除数によって、或いは外部制御信号が第2の状態を
有する時には第2の除数によって分周することができ
る。
【0003】現在および将来の電気通信装置は、極めて
高速のプリスケーラ回路を必要とする。例えば、800
から900MHzバンドで動作するセルラ無線電話の市
場には、1800から2000MHzで動作する個人向
けデジタル無線通信システム(PCS)および衛星無線
電話が参入しつつある。上記無線電話で使用するプリス
ケーラは、最悪条件下でも上記のような高い周波数で動
作しなければならない。
【0004】また、現代の電気通信装置は、これらの装
置のプリスケーラの性能に関する動作条件をさらに追加
する。ポータブル無線電話は、携帯性とバッテリ再充電
間の長期使用とを向上させるために、電力消費量を極め
て低く抑える必要がある。このため、ポータブル装置で
使用されるプリスケーラは、電力消費量が極めて低くな
ければらならない。また、電力消費を一層低減するため
に、ポータブル装置内の電子回路の電源電圧レベルが低
下されつつある。将来の動作電圧の通常値は2.0ボル
トであり、最悪値は1.7ボルトである。適切なプリス
ケーラは、電力をほとんど消費しない一方で、極めて高
い周波数と極めて低い電圧で動作するものでなければな
らない。
【0005】従って、低い電力レベルと低い動作電圧で
高速動作を提供するプリスケーラ回路が、技術上必要と
される。
【0006】
【実施例】ここで図1を参照して、プリスケーラ100
は、複数の直列形フリップ・フロップ回路102を含
み、この回路は、第1フリップ・フロップ回路104,
第2フリップ・フロップ回路106,第3フリップ・フ
ロップ回路108および第4フリップ・フロップ回路1
10を含む。プリスケーラ100はさらに、マルチプレ
クサ112および論理回路114などのスイッチ回路を
含む。プリスケーラ100は、クロック信号と出力12
4とを受け取るように形成されるクロック入力122を
有する。プリスケーラ100は、エミッタ結合論理技術
などの高速低電力技術を使用して、モノリシック集積回
路内に作製されるのが望ましい。高速動作の場合、図に
示される相互接続の多くは実際には差分信号接続を表す
ことを理解されたい。
【0007】複数のフリップ・フロップ回路102の各
フリップ・フロップ回路は、構造および動作が実質的に
同一であることが望ましい。各フリップ・フロップ回路
は、マスタ・スレーブ構成で結合されるマスタ・ラッチ
116およびスレーブ・ラッチ118を含む。スレーブ
・ラッチ118は、マスタ・ラッチ116からの出力信
号によって駆動される。マスタ・ラッチ116は、前に
存在するフリップ・フロップ回路によって駆動される。
複数のフリップ・フロップ回路102は、マルチプレク
サ112からのフィードバック信号によって駆動される
入力126を有する。各フリップ・フロップ回路は、ク
ロック信号を受信するクロック入力120を有する。複
数のフリップ・フロップ回路102は直列に結合され
て、クロック信号に応答して、複数のフリップ・フロッ
プ回路全域のデータにタイミング信号を送り込む(cloc
k )。本発明に従って、各フリップ・フロップ回路は、
フリップ・フロップ回路の内部信号を発生する出力12
8を有する。
【0008】マルチプレクサ112は、第1入力130
と第2入力132,出力134とセレクタ入力136を
有する。図に示す実施例では、第1入力130は、最後
のフリップ・フロップ回路、すなわち、第4フリップ・
フロップ回路110の出力138と結合され、第2入力
132は、終わりから2番目のフリップ・フロップ回
路、すなわち第3フリップ・フロップ回路108の出力
140と結合される。出力134は、複数のフリップ・
フロップ回路102の入力126と結合される。セレク
タ入力136は、論理回路114の出力142と結合さ
れる。
【0009】マルチプレクサ112は、セレクタ入力1
36に入力されるセレクタ信号に応答して、第1入力1
30または第2入力132のいずれかを、出力と結合さ
せる働きをする。そのため、マルチプレクサは、セレク
タ信号に応答して動作し、複数のフリップ・フロップ回
路102の中の最後のフリップ・フロップ回路である第
4フリップ・フロップ回路110の出力、および終わり
から2番目のフリップ・フロップ回路である第3フリッ
プ・フロップ回路108の出力のうち1つを、マルチプ
レクサ112の出力134と選択的に結合させる。マル
チプレクサ112は、セレクタ信号に応答して、最後の
フリップ・フロップ回路の出力138から出力信号を受
信し、フィードバック信号を入力126に送る。マルチ
プレクサ112の構造については、図4と併せて以下に
検討する。
【0010】論理回路114は、第1入力144および
第2入力146を有する。第1入力144は、除数制御
信号を受信するように形成される。第2入力146は、
第2フリップ・フロップ回路106の出力128と結合
されて、タイミング信号を検出して受信する。図に示す
実施例では、タイミング信号は、第2フリップ・フロッ
プ回路106の出力128で発生する第2フリップ・フ
ロップ回路106の内部信号である。さらに詳しくは、
図に示す実施例では、タイミング信号は、第2フリップ
・フロップ回路106のマスタ・ラッチ116によって
生成される。このタイミング信号は、回路内の適切な位
置にある論理回路114によって検出できる。このた
め、論理回路114は、スイッチ回路またはマルチプレ
クサ112と結合されて、第2フリップ・フロップ回路
106などのフリップ・フロップ回路からのタイミング
信号に応答して、セレクタ信号を発生する。
【0011】論理回路114は、図に示す実施例ではN
ANDゲートである。しかしながら、信号レベル,信号
タイミングおよび他の考慮条件の必要に応じて、他の論
理回路構成も使用することができる。
【0012】図に示す実施例は、7分周,8分周プリス
ケーラである。分周率または除数は、除数制御入力14
4で受信される除数制御信号によって制御される。プリ
スケーラは、クロック入力122で受信されるクロック
信号の予め決められたクロック周波数を、除数制御信号
の状態に応答して、7または8などの予め決められた除
数で分周して、分周された周波数でフィードバック信号
を発生する。プリスケーラの除数は、フリップ・フロッ
プ回路の数、ならびに論理回路114の第2入力146
が複数の論理回路102に結合されるポイントおよび回
路内の他の接続を変更することによって、任意の適切な
数値に変更できる。
【0013】本発明に従って、論理回路114は、第4
フリップ・フロップ回路110などの最後のフリップ・
フロップ回路が、マルチプレクサ112に出力信号を与
える前に、セレクタ信号をマルチプレクサ112に送り
込む。通常の実施例では、除数制御入力144における
除数制御信号は、いったん除数が選択されると、不変量
または直流レベルに維持される。この構成では、論理回
路114は、タイミング信号のバッファとして働く。そ
の結果、タイミング信号の遷移(図1では反転Q2mと
標識)からセレクタ信号の遷移(図1でSelと標識)
までの遅延は、単一ゲート遅延のみである。これとは対
照的に、タイミング信号からマルチプレクサ112の第
1入力130までの遅延は、第2フリップ・フロップ回
路106のスレーブ・ラッチ118を介し、ならびに第
3フリップ・フロップ回路108と第4フリップ・フロ
ップ回路110とを介したクロック遅延である。本発明
に従って、スイッチ回路112が、第4フリップ・フロ
ップ回路110からの出力信号、或いは第3フリップ・
フロップ回路108からの出力信号のいずれかを受信す
る十分な数のクロック・サイクル前に、論理回路114
は、フリップ・フロップ回路からタイミング信号を受信
して、セレクタ信号を発生し、出力信号を受信するスイ
ッチ回路に応答して直ぐにフィードバック信号を発生す
るように、スイッチ回路またはマルチプレクサを形成す
るようにする。
【0014】このため、論理回路114は、タイミング
信号に応答して、セレクタ信号を発生し、プリスケーラ
100のクリティカル・パスからセレクタ信号を排除す
る。クリティカル・パスは、プリスケーラ100の最高
動作周波数を含め、また温度および電源電圧の最悪条件
下にある場合も含めて、動作を制限するプリスケーラ1
00全体に渡る経路である。図に示す実施例では、クリ
ティカル・パスは、最後すなわち第4フリップ・フロッ
プ回路110の出力138から、マルチプレクサ112
を通って入力126に至る経路である。プリスケーラ1
00によって形成されるループ内の残りの遅延はタイミ
ング信号が送り込まれるので、クリティカル・パスの一
部にはならない。
【0015】図2は、7分周モードで動作する図1のプ
リスケーラ100のタイミング図を示す。信号識別子
は、図1の識別子に対応する。予め決められたクロック
周波数を有するクロック信号Clkが、クロック入力1
22に入力される。出力信号Q4は、予め決められたク
ロック周波数の7分の1の周波数で、出力124で発生
する。
【0016】図2は、図1のプリスケ−ラの動作特性の
いくつかを示す。クロック信号Clkの第1の負の遷移
202は、第2フリップ・フロップ回路106のマスタ
・ラッチ116を通してデータにタイミング信号(図2
でQ2mと標識される)を送り込んで、Q2m上に正の
遷移204を生じる。タイミング信号Q2m上のこの正
の遷移はついで、セレクタ信号Sel上に遷移206を
生じる。このため、2と2分の1クロック・サイクル後
に、クロック信号Clk上の負の遷移208が、最後の
フリップ・フロップ回路である第4フリップ・フロップ
回路110から、Q4と標識される出力信号上の正の遷
移210としてデータに送り込まれるので、セレクタ信
号は、プリスケーラ100のクリティカル・パスから外
される。セレクタ信号は既にマルチプレクサ112にお
いて設定されているので、出力信号Q4から、フィード
バック信号A上の正の遷移212までのクリティカル・
パスに沿った遅延は、マルチプレクサ112全体に渡る
遅延に過ぎない。
【0017】同様に、クロック信号Clk上の負の遷移
214は、データが、第2フリップ・フロップ回路10
6のマスタ・ラッチ116を通して送り込まれるので、
Q2m上に正の遷移216を生じる。ついで、負の遷移
218が、セレクタ信号Sel上に生じて、マルチプレ
クサ112を形成する。1と2分の1クロック・サイク
ル後、クロック信号Clk上の正の遷移220は、図2
でQ3と標識される第3フリップ・フロップ回路108
の出力信号上の負の遷移222を削減する。この負の遷
移222は、フィードバック信号A上の負の遷移224
として、入力126にフィードバックされる。一方、出
力信号Q4の位相は、Q4上の負の遷移226として完
了する。
【0018】図3は、7分周モードで動作する図1のプ
リスケーラ100の状態図を示す。それぞれの状態は、
4つのフリップ・フロップ回路の出力信号Q1,Q2,
Q3,Q4の論理状態およびフィードバック信号Aを示
す。この状態図は、図の下に8つの「ドント・ケア」状
態を含む。タイミング信号Q2Mは、第2フリップ・フ
ロップ回路のマスタ・ラッチ116から取得されるの
で、これらの状態はとり得ない。タイミング信号は、ク
ロック信号Clkの位相に応じて、第1段または第2段
のいずれかの数値をとらなければならない。この状態図
は、7つの有効状態または中継状態304を含む。ま
た、この状態図は、17の無効状態306を含む。これ
らの無効状態はすべて、7分周モードの有効状態に直接
もしくは間接に送られる。このことが重要なのは、パワ
ーアップ時またはリセット後のフリップ・フロップ回路
の状態が分からないからである。2から3クロック・サ
イクルの内に、プリスケーラ100は無効状態を抜け
て、有効,中継状態に入る。
【0019】図4は、図1のプリスケーラ100と共に
使用するマルチプレクサ400の回路図である。マルチ
プレクサ400は、高速性能を得るためにエミッタ結合
論理(ECL)を用いて形成され、電源電圧の低い用途
に適する。例えば、マルチプレクサ400は、1.8ボ
ルトという低い電源電圧でも作動する。
【0020】マルチプレクサ400は、第1電流スイッ
チ402,第2電流スイッチ404,第3電流スイッチ
406,電流源408,第1負荷抵抗器410および第
2負荷抵抗器412を含む。第1電流スイッチ402
は、それぞれのエミッタが結合された第1トランジスタ
414および第2トランジスタ416を含む。第1トラ
ンジスタ414のベースは、セレクタ信号Selを受信
するように形成される。第2トランジスタ416のベー
スは、セレクタ信号、反転Selの論理補数を受信する
ように形成される。第2電流スイッチ404は、第1ト
ランジスタ418および第2トランジスタ420を含
む。第1トランジスタ418と第2トランジスタ420
のエミッタどうしが結合され、第1トランジスタ414
のコレクタと結合される。第1トランジスタ418のベ
ースは、第4フリップ・フロップ回路110(図1)の
出力信号Q4などの第1入力信号を受信するように形成
され、第2トランジスタ420のベースは、第1入力信
号の補数を受信するように形成される。第3電流スイッ
チ406は、第1トランジスタ422および第2トラン
ジスタ424を含む。第1トランジスタ422と第2ト
ランジスタ424のエミッタどうしが結合され、第2ト
ランジスタ416のコレクタと結合される。第1トラン
ジスタ422のベースは、第3フリップ・フロップ回路
108(図1)の出力信号Q3などの第2入力信号を受
信するように形成され、第2トランジスタ424のベー
スは、第2入力信号の補数を受信するように形成され
る。第1トランジスタ418と第1トランジスタ422
のコレクタどうしが結合され、第1負荷抵抗器410を
介して、正の電源電圧426と結合される。第2トラン
ジスタ420と第2トランジスタ424のコレクタどう
しが結合され、負荷抵抗器412を介して、正の電源電
圧426と結合される。図1のフィードバック信号Aな
どのマルチプレクサ400の出力信号は、出力434で
発生し、補数出力(complement output )信号は出力4
36で発生する。
【0021】電流源408は、トランジスタ428およ
び抵抗器430を含む。トランジスタ428のベース
は、基準電位を受け取るように形成される。トランジス
タ428のコレクタは、第1トランジスタ414および
第2トランジスタ416のエミッタと結合される。抵抗
器430は、トランジスタ420のエミッタと、負の電
源電圧432との間に結合される。基準電圧に応答し
て、電流源は、トランジスタ428のコレクタにおい
て、温度と電源電圧の変動に対して補償され良く調整さ
れた基準電流を発生する。
【0022】プリスケーラ100(図1)と結合して動
作するとき、マルチプレクサ400は、プリスケーラ1
00のクリティカル・パスの遅延を最低限にする。セレ
クタ信号Selとその補数である反転Selは、第1電
流スイッチ402に入力される。このため、マルチプレ
クサ400は、Q3またはQ4を受け取った直後に、出
力信号として、フィードバック信号を発生するように形
成される。マルチプレクサ400によってプリスケーラ
100のクリティカル・パスに挿入される唯一の遅延
は、エミッタ結合電流スイッチと第2電流スイッチ40
4と第3電流スイッチ406のスイッチング時間であ
る。
【0023】上記の説明から分かるように、本発明は、
高速動作向けに性能が改良されたデュアル・モジュラス
・プリスケーラを提供する。タイミング信号は、プリス
ケーラの最終段に送り込まれる2と2分の1クロック・
サイクル前に、フリップ・フロップ回路から発生する。
このタイミング信号を使用して、マルチプレクサをゲー
トするセレクタ信号を生じる。タイミング信号が早期に
生成されるので、選択プロセスがクリティカル・パスか
ら排除される。マルチプレクサ全体に渡る残りの遅延は
極めて少なくなり、プリスケーラのクリティカル・パス
を最低限に抑える。
【0024】本発明の特定の実施例を示して説明した
が、変形を加えることもできる。例えば、プリスケーラ
段は、マスタ・スレーブ・フリップ・フロップから形成
される形で示されるが、任意の適切な論理素子を使用で
きる。同様に、プリスケーラを形成する段の数を変更し
て、プリスケーラの除数を変更することができる。その
ため、添付請求の範囲では、本発明の真正の意図および
範囲に属する上記すべての変更および変形をカバーする
ことを意図する。
【0025】新規性と思われる本発明の特徴は、添付請
求の範囲に具体的に記載される。本発明、ならびに将来
の目的および利点は、添付図面と併せて、以下の説明を
参照することにより、最も良く把握できよう。同じ参照
番号が付されるものは同一素子を特定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプリスケーラのブロック図であ
る。
【図2】図1のプリスケーラのタイミング図である。
【図3】図1のプリスケーラの状態遷移図である。
【図4】図1のマルチプレクサの回路図である。
【符号の説明】
100 プリスケーラ 102 複数の直列形フリップ・フロップ回路 104 第1フリップ・フロップ回路 106 第2フリップ・フロップ回路 108 第3フリップ・フロップ回路 110 第4フリップ・フロップ回路 112 マルチプレクサ 114 論理回路 116 マスタ・ラッチ 118 スレーブ・ラッチ 120,122 クロック入力 124,128,134 出力 126 入力 130 第1入力 132 第2入力 136 セレクタ入力 138,140,142 出力 144 第1入力 146 第2入力 202,208,214,218,222,224,2
26 負の遷移 204,206,210,212,216,220 正
の遷移 304 中継状態 306 無効状態 402 第1電流スイッチ 404 第2電流スイッチ 406 第3電流スイッチ 408 電流源 410 第1負荷抵抗器 412 第2負荷抵抗器 414,418,422 第1トランジスタ 416,420,424 第2トランジスタ 426 正の電源電圧 428 トランジスタ 430 抵抗器 432 負の電源電圧 434,436 出力

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予め決められた除数によってクロック信
    号を分周して、出力信号を発生するプリスケーラ(10
    0)であって:複数のフリップ・フロップ回路(10
    2)であって、各フリップ・フロップ回路は、前記クロ
    ック信号を受信するクロック入力(120)を有し、前
    記複数のフリップ・フロップ回路は、直列に結合され
    て、前記クロック信号に応答して前記複数のフリップ・
    フロップ回路全体に渡るデータにタイミング信号を送り
    込む回路;セレクタ信号に応答して、前記複数のフリッ
    プ・フロップ回路の最後のフリップ・フロップ回路(1
    10)の出力(138)からの第1出力信号と、終わり
    から2番目のフリップ・フロップ回路(108)の出力
    (140)からの第2出力信号のうち1つを、マルチプ
    レクサの出力と選択的に結合させるマルチプレクサであ
    って、前記マルチプレクサの出力は、第1フリップ・フ
    ロップ回路(104)の入力(126)と結合されるマ
    ルチプレクサ;および、 前記複数の フリップ・フロップ回路の1つのフリップ
    ・フロップ回路(106)と結合されて、タイミング信
    号を受信し、前記タイミング信号に応答して、前記セレ
    クタ信号を発生して、前記プリスケーラのクリティカル
    ・パスから前記セレクタ信号を排除する論理回路;によ
    って構成されることを特徴とするプリスケーラ。
  2. 【請求項2】 前記1つのフリップ・フロップ回路は、
    マスタ・ラッチ(116)とスレーブ・ラッチ(11
    8)とによって構成され、前記スレーブ・ラッチは、前
    記マスタ・ラッチの出力信号によって駆動され、前記タ
    イミング信号は、前記マスタ・ラッチの前記出力信号に
    よって構成されることを特徴とする、請求項1記載のプ
    リスケーラ。
  3. 【請求項3】 前記1つのフリップ・フロップ回路は、
    前記第1フリップ・フロップ回路と、前記終わりから2
    番目のフリップ・フロップ回路との間に直列に結合され
    ることを特徴とする、請求項1記載のプリスケーラ。
  4. 【請求項4】 前記論理回路はさらに、除数制御信号を
    受信する除数制御入力(144)によって構成され、前
    記論理回路は、前記除数制御信号に応答して前記セレク
    タ信号を発生し、前記除数制御信号は、前記予め決めら
    れた除数を設定することを特徴とする、請求項1記載の
    プリスケーラ。
  5. 【請求項5】 前記論理回路は、前記マルチプレクサ
    が、前記第1出力信号と前記第2出力信号のうち1つを
    受信する十分な数のクロック・サイクルの前に、前記タ
    イミング信号を受信し、前記論理回路が前記セレクタ信
    号を発生して、前記第1出力信号と前記第2出力信号の
    うち1つを受信する前記スイッチ回路に応答して直ぐ
    に、前記フィードバック信号を発生するように、前記マ
    ルチプレクサを形成することを特徴とする、請求項1記
    載のプリスケーラ。
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