JPS6354018A - Pll回路 - Google Patents

Pll回路

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JPS6354018A
JPS6354018A JP61197177A JP19717786A JPS6354018A JP S6354018 A JPS6354018 A JP S6354018A JP 61197177 A JP61197177 A JP 61197177A JP 19717786 A JP19717786 A JP 19717786A JP S6354018 A JPS6354018 A JP S6354018A
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JP
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signal
phase
phase difference
clock signal
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JP61197177A
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Kenji Nagai
永井 謙治
Masayuki Yamashita
雅之 山下
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Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、PLL (フェーズ・ロックド・ループ)
回路に関するもので、例えば補間型Δ−Σ方式のA/D
 −D/A変換に必要なりロック信号を形成するディジ
タルPLL回路に利用して有効な技術に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
モデム(MODEM)やコーデック(CODEC)等に
利用される補間(オーバーサンプリング)型Δ−Σ方式
のD/A変換回路では、ディジタル信号のピント数を誤
差禎分回路によって圧縮し、この圧縮されたディジタル
信号をアナログ信号に変換する方法が採られる。これに
より、D/A変換部の回路を簡素化しその規模を小さく
できる。
このような補間型D/A変換回路に関しては、例えば、
昭和59年3月、電気通信学会誌、全国大会講演予稿集
(通信部門’) Th506等に記載されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本願発明者は、上記モデム用半導体集積回路装置に用い
るPLL回路として、第3図に示すようなディジタルP
LL回路を考案した。上記モデムでは、送信側から送ら
れる例えば9.6 K Hzの基準人力クロック信号φ
1に従って、これと同期した内部クロック信号φ2を形
成する。上記基準人力クロック信号φ1は、送信側の装
置において水晶発振回路等により形成される高安定の例
えば1゜2288MH2の基準周波数信号を1/121
3に分周して形成される。このため、第3図のディジタ
ルPLL回路における基準人力クロック信号φ1と内部
クロック信号φ2との位相差はせいぜい基準周波数信号
の1サイクル分の範囲内縛納まるような微小なものとな
る。
したがって、第3図のディジタルPLL回路では、例え
ば7.3728MHzの周波数とされる第1の基準周波
数信号φ0を受け、それを115゜1/6又は1/7の
分周比で分周して第2の基準周波数信号φCを形成する
可変分周回路VFDと、上記第2の基準周波数信号φC
を1/128の固定した分周比で分周し上記内部クロッ
ク信号φ2を形成する分周回路FDが設けられる。この
可変分周回路VFDO分周比は、送信側から送られる基
準人力クロック信号φ1と内部クロック信号φ2の位相
差を検出する位相比較回路PFCの出力信号として得ら
れるアップ信号upo及びダウン信号d w oにより
制御される。また、この可変分周回路VFDが基準入力
クロック信号φ1と内部クロック信号φ2の微小な位相
差に応答することによってジッタが生じることを防止す
るため、位相比較回路PFCと可変分周回路VFDO間
にウオーキング回路WACが設けられる。ウオーキング
回路WACは、位相比較回路PFCから出力されるアン
プ信号upo又はダウン信号dwoの回数を計数し、そ
の計数値が所定の数を超えた場合においてのみ、可変分
周回路VFDの分周比を制御するための位相制御信号u
p又はdwを形成する。可変分周回路VFDはこれらの
位相制御信号up又はdwに従ってその分周比を変化さ
せ、その出力信号すなわち基準周波数信号φCの位相(
周波数)を変化させる。また、これらの分周比は、第2
の基準周波数信号φCの例えば6サイクル分を単位に維
持されるため、実質的に基準周波数信号φCの1サイク
ル分を範囲とする位相制御が行われるものである。
以上のように、第3図のディジタルPLL回路では、ウ
オーキング回路WACを設けることにより、位相比較回
路PFCの出力信号による位相制御を制限し、シフタの
少ない安定した内部クロック信号φ2を形成することを
考えた。しかしながら、上記のディジタルPLL回路に
は、さらにその応答性という面で大きな問題点が残され
ていることが、本願発明者等によって明らかになった。
すなわち、第3図のウオーキング回路WACは、位相比
較回路PFCの出力信号upo及びdw。
をその信号幅すなわち位相差の大きさに関係なく計数し
、位相制御信号up及びdwを形成する。
したがって、位相差が可変分周回路VFDO分周比を制
御するほどではない微小なものであっても計数し、所定
の回数に達すると位相制御信号up又はdwを出力して
しまう。また、逆に位相差が大きくなり早急に可変分周
回路VFDO分周比を制御する必要がある場合でも、所
定の回数だけ計数しないと位相制御信号up又はdwが
形成されない。このため、基準人力クロック信号φ1と
内部クロック信号φ2の位相差が小さく安定した状態に
あるにもかかわらず可変分周回路VFDO分周比が制御
されてしまい、またその反面、電源電圧変動等にともな
う急激な位相変動に対するPLL回路としての応答速度
が遅くなってしまう。
この発明の目的は、応答特性を改良したPLL回路を提
供することにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は
、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
〔問題点を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を面単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、基準入力クロック信号と内部クロック信号の
位相差を検出する位相比較回路と可変分周回路との間に
、位相比較回路の出力信号の時間幅すなわち基準人力ク
ロック信号と内部クロック信号の位相差の大きさを判定
し、それが所定の大きさを超えた時に可変分周回路の分
周比を制御するための位相制御信号を形成する位相差判
定回路を設けるものである。
〔作 用〕
上記した手段によれば、位相差判定回路によって、基準
人力クロック信号と内部クロック信号の位相差が所定の
大きさ以上となった場合にのみ位相制御信号が形成され
るため、可変分周回路の分周比を制御する必要がないよ
うな微小な位相差は無視され、また電源電圧の変動等に
よる急激な位相変動に対する応答速度が高速化されて、
PLL回路としての応答特性が改善される。
〔実施例〕
第1図には、この発明が通用されたディジタルPLL回
路の一実施例のブロック図が示されている。同図の各ブ
ロックを構成する回路素子は、公知のMO8集禎回路の
製造技術によって、特に制限されないが、単結晶シリコ
ンのような一個の半導体基板上において形成される。
この実施例のディジタルPLL回路では、位相比較回路
PFCと可変分周回路VFDとの間に、論理ゲート回路
AGI、AC2,001とカウンタ回路CTR及び制御
信号発生回路CSCからなる位相差判定回路PD’Cが
設けられる。可変分周回路VFDには、特に制限されな
いが、水晶発振回路により形成される第1の基準周波数
信号φ0が供給される。この第1の基準周波数信号φ0
の周波数は、例えば7.’3728 MHzとされる。
また可変分周回路VFDの分周比は、例えば1/6を中
心にし115及び1/7の3段階とされ、それらの分周
比は、位相差判定回路PDCの出力信号up及びdwに
より制御される。したがって、可変分周回路VFDの出
力信号すなわち第2の基準周波数信号φCの中心周波数
は、1.2288MHzとされる。この第2の基準周波
数信号φCは、分周回路FDによって例えば1/12 
Bのような固定した分周比でさらに分周され、その中心
周波数を9.6 K Hzとする内部クロック信号φ2
が形成される。
第1図において、位相比較回路PFCの一方の入力端子
には、送信側の装置から送られる基準入力クロック信号
φ1が供給される。特に制限されないが、この発明をモ
デムに通用する場合、上記基準人力クロック信号φ1は
、送信側の装置において例えば1.2288MHzの基
準周波数信号を1/12 Bに分周して形成される9、
 6 K Hzの信号とされる。
位相比較回路PFCの他方の入力端子には、同一のチッ
プ内に設けられる可変分周回路VFD及び分周回路FD
によって形成される内部クロック信号φ2が供給される
0位相比較回路PFCは、上記基準入力クロック信号φ
1と内部クロック信号φ2の位相(周波数)を比較し、
その位相差に応じてアンプ信号upo又はダウン信号d
woを形成する。アンプ信号upoは、内部クロック信
号φ2.の位相が基準人力クロック信号φ1よりも遅れ
た場合に、その位相差に相当する時間だけハイレベルと
され、またダウン信号dwoは、内部クロック信号φ2
の位相が基準人力クロック信号より進んだ場合に、その
位相差に相当する時間だけハイレベルとされる。
位相比較回路PFCから出力されるアップ信号upo及
びダウン信号d w oは、特に制限されないが、位相
差判定回路PDCのアンドゲート回路AGI及びA G
 2の一方の入力端子にそれぞれ入力されるとともに、
位相差判定回路PDCの制御信号発生回路C3Gに供給
される。
アントゲ−1・回路AGI及びAC2の他方の入力端子
には、上記爪1の基準周波数信号φ0が供給される。ア
ンドゲート回路、A’G1の出力信号は、位相比較回路
PFCから出力されるアップ信号Upoと第1の基準周
波数信号φ0がともにハイレベルである時にハイレベル
とされる。またアンドゲート回路AC2の出力信号は、
位相比較回路PFCから出力されるダウン信号dwoと
第1の基準周波数信号φ0がともにハイレベルである時
にハイレベルとされる。アンドゲート回路AGI及びA
C3の出力信号は、オアゲート回路OGIの二つの入力
端子にそれぞれ入力される。オアゲート回路OG1の出
力信号は、アンドゲート回路AG1及びAC3の出力信
号のどちらかがハイレベルであると、ハイレベルとされ
る。これにより、オアゲート回路OGIの出力端子Cp
には、位相比較回路PFCから出力されるアップ信号u
p。
又はダウン信号dwoのハイレベルによってストローブ
された第1の基準周波数信号φ0の一部が出力される。
すなわち、このオアゲート回路OG1の出力端子に出力
される第1の基準周波数信号φ0の数を計数することに
よって、基準人力クロック信号φ1と内部クロック信号
φ2の位相差の大きさを知ることができる。オアゲート
回路OG1の出力信号cpは、カウンタ回路CTRに供
給される。
カウンタ回路CTRは、例えば3ビツトのパイナリイカ
ウンタを含み、オアゲート回路OG1の出力信号cpと
して得られる第1の基準周波数信号φOの数を計数する
。カウンタ回路CTRの計数出力は、図示されないアン
ドゲート回路によってデコードされ、その計数値が例え
ば6以上になると、その出力信号cgをハイレベルとす
る。この出力信号cgのハイレベルは、次の回の計数に
よってその計数値が5以下となるまで維持される。
パイナリイカウンタの計数値が5以下である場合、カウ
ンタ回路CTRの出力信号cgはロウレベルのままとさ
れる。カウンタ回路C’I’ Rの出力信号Cgは、位
相差判定回路PDC内の制御信号発生回路C8Gに供給
される。
制御信号発注回路C3Gは、上記カウンタ回路CTRの
出力信号cgと位相比較回路PFCから出力されるアン
プ信号upo及びダウン信号dw0により、可変分周回
路VFDO分周比を制御するための位相制御信号up及
びdwを形成し、可変分周回路VFDに供給する。すな
わち、カウンタ回路CTRの出力信号cgがハイレベル
となった時、位相比較回路PFCから出力されるア・ノ
ブ(fj?y u p oがハイレベルであると、可変
分周回路VFDO分周比を大きくするための位相制御信
号upを形成する。また、カウンタ回[i!3CTRの
出力信号cgがハイレベルとなった時、位相比較回路P
FCから出力されるダウン信号dwoがハイレベルであ
ると、可変分周回路VFDO分周比を小さくするための
位相制御信号dwを形成する。
カウンタ回路CTRの出力信号cgがロウレベルである
と、位相比較回路PFCから出力されるアップ信号up
o及びダウン信号dwoの)\イレベルに関係なく、位
相制御信号up及びdwはロウレベルとされる。
可変分周回路VFDは、前述のように、その周波数が例
えば7.3728MHzとされる第1の基準周波数信号
φOを受け、それを指定された分周比で分周して、第2
の基準周波数信号φCを形成する。可変分周回路VFD
O分周比は、1/Mを中心にして1/(M−1)及び1
/(M+1)の3段階とされ、例えば115.1/6及
び1/7の分周比とされる。また、上記分周比は、上記
店準入力、クロフク信号φ1と内部クロック信号φ2が
位相ロックされた状態で1/6とされる。したがって、
可変分周回路VFDの出力信号すなわち第2の基準周波
数信号φCの位相ロック状態における中心周波数は1.
2288MHzとされる。可変分周回路VFDの分局比
は、上記位相差判定回路PDCから出力される位相制御
信号upに従って1/6から115の方向に大きくされ
、それによって基準周波数信号φCの位相は速くされる
一方、可変分周回路VFDの分周比は、上記位相差判定
回路PDCから出力される位相制御信号dWに従って1
/6から1/7の方向に小さくされ、基準周波数信号φ
Cの位相は遅くされる。これらの可変分周回路VFDO
分周比は、基準周波数信号φCの例えば6サイクル分を
単位に、言い換えると最低、基準周波数信号φCの6サ
イクル分の時間以上保持される。
可変分周回路VFDで形成された第2の基準周波数信号
φCは、分周凹路FDによって例えばl/12Bの固定
的な分周比で分周され、内部クロック信号φ2が形成さ
れる。したがって、内部クロック信号ψ2の中心周波数
は、1.22138MH2の1/6すなわち9.6 K
 Hzとされる。また、可変分周回路VFDの分周比が
変化され、それらの分周比が基準周波数信号φCの例え
ば6サイクル分を単位に保持されることによって、内部
クロック信号φ2の位相は基準周波数信号φCの±11
サイクルすなわち内部クロック信号φ2の±1/128
サイクル分を範囲として制御される。前述のように、基
準入力クロック信号φ1と内部クロック信号φ2の位相
差は、せいぜい基準周波数信号φCの1サイクル分程度
であるため、このように可変分周回路VFDの分局比を
115から工/7の範囲で変化させることによって、基
準入力クロック信号φ1と内部クロック信号φ2の位相
(周波数)を一致させることができる。
第2図には、第1図のディジタルPLL回路の一実施例
のタイミング図が示されている。同図により、このディ
ジタルPLL回路の動作の櫃要を説明する。
第2図において、第1の基準周波数倍3・φ0は、例え
ば7.3728MHzとされ、それを可変分周回路’J
 F Dによって115,1./6又は1/7に分周す
ることによって、中心周波数を1.2288MHzとす
る第2の基準周波数信号φCが得られる。この基準周波
数信号φCは、分周回路FDによってさらに1/128
に分周され、その中心周波数を9.6 K Hzとする
内部クロック信号φ2が形成される。
基準入力クロック信号φ1と内部クロック信号φ2に第
2図の(a)に示すような比較的小さな位相差が生じ、
位相比較回路PFCから出力されるアップ信号upoが
ハイレベルになると、位相差判定回路PDCのオアゲー
ト回路OGIの出力端子cpには、その位相差に応じた
例えば2(ツ(サイクル)分の第1の基準周波数信号φ
0が出力される。
位相差判定回路PDCのカウンタ回路CTRは、このオ
アゲート回路OGIの出力信号cpを計数するが、その
計数値が所定の数値すなわち6に満たないことから、そ
の出力信号cgはロウし・ベルのままとされる。したが
って、位相差判定回路PDCの制御信5+発生回路CS
Cの出力信号up及びdwはともにロウレベルのままと
さ、れる。
次に、基準入力クロック信号φ1に対する内部クロック
(i号φ2の位相遅れが第2図のCb)に示すように大
きくなると、位相比較回路PFCから出力されるアンプ
信号upoのハイレベルとされる時間が長くなり、位相
差判定回路PDCのオアゲート回路OC1の出力端子c
pには、例えば’7 (固くサイクル)分の基準周波数
信号φ0が出力される。
カウンタ回路CTRは、その計数値が所定の数値6を超
えたことによって、その出力信号cgをハイレベルとす
る。制御信号発生回路C8Gは、このカウンタ回路CT
Rの出力信号cgのハイレベルと位相比較回路PFCか
ら出力されるアップ信号upoのハイレベルによって、
位相制御信号upをハイレベルとする。これにより、可
変分周回路VFDの分周比は1/7から1/6又は1/
6から、115と1段階づつ大きくされ、基準周波数信
号−〇ひいては内部クロック信号φ2の位相(周波数)
が速く (高く)される。
内部クロック信号φ2の位相が基準入力クロック信号φ
1よりも速くなった場合、位相比較回路PFCから出力
されるダウン信号dwo及び制御信号発生回路C3Gか
ら出力される位相制御信号dwによって、上記と同様な
位相1j御動作が行われる。これにより、可変分周回路
V FDの分周比は115から1/6又は1/6から1
/′7と1段階づつ小さくされ、基準周波数信号φCひ
いては内部クロック信号φ2の位相(周波数)が遅く 
(低く)される。
以上のように、この実施例のディジタルPLL回路では
、位相比較回路PFCと可変分周囲路VFDの間に、基
準人力クロック信号φ1と内部クロック信号φ2の位相
差の大きさを判定するための位相差判定回路PDCが設
けられる。また、この位相差判定回路PDCは、基準周
波数信号φCを形成するための第1の基準周波数信号φ
Oを位相比較回路RFCから出力されるアンプ信号up
O及びダウン信号d s・oによってストローブするた
めの論理回路と、その出力信号を計数するための3ビツ
トのパイナリイカウンタ及びその出力信号と位相比較回
路PFCから出力されるアップ信号upo及びダウン信
号dwoにより位相制御信号up又はdwを形成するた
めの制御信号発生回路C5Gからなる簡単な回路構成と
される。したがって、比較的簡単な回路を追加するだけ
で、位相差の大きさに従った位相制御を行うことができ
、小さい位相差によるジッタを解消し、電瀝電圧変動等
による大きな位相変動に対して高速に応答しうるディジ
タルPLL回路を実現できるものである。
以上の本実施例に示されるように、この発明をモデム等
に用いられるディジタルPLL回路に通用した場合、次
のような効果が得られる。すなわち、 (1)基準入力クロック信号と内部クロック信号の位相
差を検出する位相比較回路と可変分周回路との間に、位
相比較回路の出力信号の時間幅すなわち基準人力クロッ
ク信号と内部クロック信号の位相差の大きさを判定し、
それが所定の大きざを超えた時に可変分周回路の分周比
を制御するための位相制御信号を形成する位相差判定回
路を設けることで、微小な位相差が無視され、ディジタ
ルPLL回路としてのジッタを防止することができると
いう効果が得られる。
(2)上記(1)項により、電源電圧の変動等による急
激な位相変動が生じた場合、初回の位相比較回路の出力
信号によって、ただちに可変骨)71回路の分周比を制
御することができ、ディジタルPLL回路としての応答
速度を高速化できるという効果が得られる。
(3)上記(1)項及び(2)項により、wJ単な回路
を追加するだけで、応答性の優れたディジタルPLL回
路を実現することができ、ディジタルPLL回路を含む
モデム(MODEM)やコーデック(CODEC)等の
信号伝達特性を改善することができるという効果が得ら
れる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨をAmしない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、第1図の位相
差判定回路PDCのカウンタ回路CTRの判定値は6以
外の数値であってもよいし、位相差判定回路PDCはカ
ウンタ回路CTRを用いるものでなく、例えば位相比較
回路PFCから出力されるアップ信号upo又はダウン
信号d w oを積分することによって、位相差の大き
さを判定するものであってもよい。また、可変分周回路
VFDは、位相差判定回路PDCの出力信号up又はc
iwによってその発JJiJm波数が直接制御されるよ
うな他種の可変周波数発振回路であってもよい。また、
第1図の分周回路FDは、特に設けられなくてもよい。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるモデムのディジタル
PLL回路に通用した場合について説明したが、それに
限定されるものではなく、例えば他の各種の装置に用い
られる各種のPLL回路にも通用できる。本発明は、少
なく5!:も基準人力クロック信号と内部クロック信号
との位相差を比較しその結果によって内部クロック信号
の位相(周波数)を制御するようなPLL回路に広く通
用できる。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。すなわち、基準人力クロック信号と内部クロック信号
の位相差を検出する位相比較回路と可変分周回路止の間
に、位相比較回路の出力信号の時間幅すなわち基準人力
クロック信号と内部クロック信号の位相差の大きさを判
定し、それが所′定の大きさを超えた時に可変骨j児回
路の分周比を制御するための位相制御信号を形成する位
相差判定回路を設けることで、ジッタを防止し、応答速
度の高速化を図ったPLL回路を実現できるものである
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明が通用されたディジタルPLL回路
の一実施例を示すブロック図、第2図は、第1図のディ
ジタルPLL回路の動作の一例を示すタイミング図、 第3図は、この発明に先立って本願発明者等が開発した
ディジタルPLL回路のブロック図である。 PFC・・位相比較回路、PDC・・・位相差判定回路
、ACI〜AG2・・・アンドゲート回路、OGl・・
・オアゲート回路、CTR・・・カウンタ回路、C5G
・・・制御信号発生回路、VFD・・・可変分周回路、
FD・・・分周回路、WAC・・・ウオーキング回路。 第1図 φO 嬉2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、入力クロック信号と内部クロック信号を受ける位相
    比較回路と、上記位相比較回路によって検出される位相
    差が所定の大きさを超えた時に位相制御信号を形成する
    位相差判定回路と、その位相が上記位相制御信号に従っ
    て制御される上記内部クロック信号を形成するクロック
    発生回路とを含み、上記入力クロック信号に同期された
    上記内部クロック信号を得るものであることを特徴とす
    るPLL回路。 2、上記PLL回路はディジタルPLL回路であり、上
    記クロック発生回路は、第1の基準周波数信号を受けそ
    れを上記位相制御信号に従った分周比で分周することに
    よって第2の基準周波数信号を形成する可変分周回路と
    、上記第2の基準周波数信号を受けその整数分の一の周
    波数とされる上記内部クロック信号を形成する分周回路
    とを含むものであり、上記位相差判定回路は、上記位相
    比較回路の出力信号と上記第1の基準周波数信号を受け
    る論理積回路と、上記論理積回路の出力信号を計数しそ
    の計数値が所定の数を超えた時に上記位相制御信号を形
    成するカウンタ回路とを含むものであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載のPLL回路。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6157690A (en) * 1997-03-26 2000-12-05 Nec Corporation Digital PLL circuit

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US6157690A (en) * 1997-03-26 2000-12-05 Nec Corporation Digital PLL circuit

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