JP2015128275A - タイムデジタルコンバータ及びこれを用いたpll回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、相互に所定の位相差を有する一対の所定のクロック信号に基づいて、一対の第1の発振信号を生成し出力する第1のオシレータ部と、前記第1のオシレータ部から出力される前記一対の第1の発振信号に基づいて、所定の周波数を有する第2の発振信号を生成し出力する第2のオシレータ部と、前記第2のオシレータ部から出力される前記第2の発振信号のエッジ数に基づいて量子化値を算出する量子化部と、を備える、タイムデジタルコンバータである。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明の一実施形態に係るタイムデジタルコンバータ(TDC)の構成の一例を示すブロックダイアグラムである。同図に示すように、タイムデジタルコンバータ(TDC)100は、第1のオシレータ部110、位相検出器120、第2のオシレータ部130、カウンタ140、加算器150、レジスタ160、及び除算器170を含んで構成される。
TDC_OUT[z]=Tdiff+qn/4・(1−z−1) …(式1)
ただし、Tdiffは、入力時間差、qnは、第2のリングオシレータ130内で発生する量子化ノイズである。
(1)位相検出器120におけるオフセット設定及び2個のオシレータブロック110A及び110B間の周期差
(2)第2のオシレータ部130におけるゲート遅延値のばらつき
TDC_OUT[z]=Tdiff+Tpfd_offset+2.5Tperiod_offset+qn/4・(1−z−1) …(式2)
ただし、Tpfd_offsetは、位相検出器120内で生じるオフセット値、Tperiod_offsetは2つのオシレータブロック110A及び110B間の周期差である。位相検出器120内で生じるオフセット値Tpfd_offsetは、出力TDC_OUTにそのまま加味されるのに対し、オシレータブロック110A及び110B間の周期差Tperiod_offsetは、リングオシレータ112の出力毎に現れる。図7に示されるように、4回の繰り返しの度に、Tperiod_offset、2Tperiod_offset、3Tperiod_offset、4Tperiod_offsetが重畳され、その全てが量子化に際して積算されるため、積算値には、総じて10Tperiod_offsetが内包される。積算値は、除算器170において繰り返し回数で除算され1/4になるため、結果として、TDC_OUTには、2.5Tperiod_offsetが内包される。つまり、デジタルコード値TDC_OUTには、位相検出器120のオフセット値及び10Tperiod_offset/4の周期差が最終的に加味される。
・本実施形態のTDC100
GRO130のゲート遅延値:50[ps]
該ゲート遅延値の標準偏差:10[ps]
再生回数:4回
・SDL−TDC
ゲート遅延値:12.5[ps]
ゲート遅延値標準偏差:2.5[ps]
上記実施形態では、2つのオシレータブロックによる時間差を持った発振信号の繰り返し再生回数を固定(例えば4回)にする例が開示されたが、本実施形態では、該繰り返し再生回数を可変にした例が開示される。即ち、一般に、ADPLL回路は、発振回路の発振によりPLLループがアクティブになる前は、2つのクロック信号DIV_CLK及びREF_CLK間の位相関係を制御することができない。ADPLL回路は、例えば、0.5クロック幅程度ずれた状態でフィードバックによる追従がスタートする可能性がある。かかる状態で、繰り返し再生回数を固定したまま、ADPLL回路を動作させてしまうと、1クロック内で規定の繰り返し回数を終了できず、正しく動作しない場合があり得る。その結果、追従がいつまでも収束しない可能性がある。そこで、本実施形態のTDCは、ADPLL回路の動作を保証するよう、時間差を持った発振信号の繰り返し再生回数を変更できるように構成される。
図9は、本発明の一実施形態に係るTDCの構成の一例を示すブロックダイアグラムである。即ち、同図に示すように、本例のTDC900は、少なくとも1つの上述したTDC100と、従来の位相検出器120及びゲーティッドリングオシレータ(GRO)130と、カウンタ140と、マルチプレクサ910とを含んで構成される構成される。つまり、TDC100は、TDC900全体のうちのモジュールである。GRO130は、例えば、既述したような差動インバータにより構成されるが、これに限られるものでない。
図10は、本発明の一実施形態に係るTDCの構成の一例を示すブロックダイアグラムである。即ち、同図に示すTDC1000は、図1に示すTDC100と比較して、カウンタ回路114が可変制御カウンタ115に置き換わっている点で、異なっている。可変制御カウンタ115は、図示しない制御部からの制御信号N_CTRLに従って、リセット信号Rを出力するタイミングを動的に変更する。TDC1000は、例えば、動作開始時は、N_CTRL=1とし、可変制御カウンタ115が1回の再生回数でリセット信号Rを出力するよう制御し、さらに、所定の時間経過後或いはデジタルコード値TDC_OUTの値のいずれか又はその両方に従って、N_CTRLの値を順次に変更していく。また、制御信号N_CTRLの値に併せて、レジスタ160からの出力タイミング及び除算器170に与えられる値(除数)も変更される。
本実施形態は、コース(coarse)/ファイン(fine)のいわゆる2ステップ構成の概念を応用したTDC構成体を開示する。図11は、本発明の一実施形態に係るTDCの構成の一例を示すブロックダイアグラムである。即ち、同図に示すように、本実施形態のTDC1100は、上述したTDC100の前段に設けられたコースTDC1110を含んで構成される。
上述した各実施形態のTDCのいずれかを用いて、例えば、ADPLL回路を構成することができる。図12は、本発明の一実施形態に係るTDCを用いたADPLL回路の概略構成を示すブロックダイアグラムである。即ち、同図に示すように、ADPLL回路1200は、例えば、発振器1210、TDC100、デジタルループフィルタ(DLF)1220、デジタル制御発振器(DCO)1230及び分周器1240を含んで構成される。発振器1210、デジタルループフィルタ(DLF)1220、デジタル制御発振器(DCO)1230及び分周器1240は、既知のものを用いることができるため、ここでは、説明を省略する。また、本例では、タイムデジタルコンバータは、第1の実施形態のTDC100を用いているが、これに限られるものでなく、上記他の実施形態のものを用いることができる。
本明細書に記載した発明はまた、以下のように把握されうる。即ち、ある観点に従う本発明は、相互に所定の位相差を有する一対の所定のクロック信号に基づいて、第1の発振信号をそれぞれ生成し出力する一対のリングオシレータを含む第1のオシレータ部と、前記一対のリングオシレータからそれぞれ出力される前記第1の発振信号に基づいて、該発振信号間の位相差に応じたイネーブル信号を出力する位相検出器と、前記位相検出器から出力されるイネーブル信号に従って、所定の周波数を有する第2の発振信号を生成し出力する第2のオシレータ部と、前記第2のオシレータ部から出力される前記第2の発振信号のエッジ数をカウントし、該カウントした値を保持する第1のカウンタ部と、前記第1のカウンタ部に保持された前記カウント値に対して所定の係数を除算した量子化値を出力する除算器と、を備え、前記一対のリングオシレータのそれぞれは、対応する前記クロック信号の一周期に対して前記所定の係数に等しい所定の回数だけ繰り返されるパルスからなる前記第1の発振信号を生成する、タイムデジタルコンバータである。
前記複数のタイムデジタルコンバータモジュールのいずれかによる出力を選択的に切り替えるマルチプレクサと、を備えたタイムデジタルコンバータであって、
前記マルチプレクサは、所定の条件に従って、動作開始から所定の時間経過後又は出力されたコード値のいずれかに基づいて、切り替え制御される、
タイムデジタルコンバータ構成体である。
前記第1のタイムデジタルコンバータモジュールの入力位相差のレンジよりも広い入力位相差のレンジを持つ第2のタイムデジタルコンバータモジュールと、を備え、
前記第2のタイムデジタルコンバータモジュールは、入力される一対の所定のクロック信号に基づいて第1の量子化を行い、
前記第1のタイムデジタルコンバータモジュールは、該第1の量子化による量子化誤差に基づいて第2の量子化を行う、
タイムデジタルコンバータ構成体である。
前記タイムデジタルコンバータから出力される信号から高周波雑音成分を除去するデジタルループフィルタと、
前記デジタルループフィルタから出力される信号に基づいて制御されるデジタル制御発振器と、を備え、
前記デジタル制御発振器から出力される信号を所定の分周比で分周し、該分周した信号をフィードバック信号として前記タイムデジタルコンバータに出力する分周器と、
を備える、PLL回路である。
110…第1のオシレータ部
110A,110B…オシレータブロック
111…フリップフロップ回路
112…リングオシレータ
113…分周器
114…カウンタ
115…可変制御カウンタ
120…位相検出器
130…第2のオシレータ部(ゲーティッドリングオシレータ(GRO))
140…カウンタ
150…加算器
160…レジスタ
170…除算器
910…マルチプレクサ
1110…コースTDC
1200…ADPLL回路
1210…発振器
1220…デジタルループフィルタ
1230…デジタル制御発振器
1240…分周器
Claims (15)
- 相互に所定の位相差を有する一対の所定のクロック信号に基づいて、一対の第1の発振信号を生成し出力する第1のオシレータ部と、
前記第1のオシレータ部から出力される前記一対の第1の発振信号に基づいて、所定の周波数を有する第2の発振信号を生成し出力する第2のオシレータ部と、
前記第2のオシレータ部から出力される前記第2の発振信号のエッジ数に基づいて量子化値を算出する量子化部と、を備える、
タイムデジタルコンバータ。 - 前記第1のオシレータ部は、一対のリングオシレータを含み、
前記一対のリングオシレータは、前記一対の所定のクロック信号に基づいて、前記一対の第1の発振信号を生成し出力する、
請求項1記載のタイムデジタルコンバータ。 - 前記一対のリングオシレータのそれぞれは、対応する前記クロック信号の一周期に対して所定の係数に対応する所定の数のエッジを含む前記第1の発振信号を生成する、請求項2記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記第1のオシレータ部から出力される前記一対の第1の発振信号に基づいて、該第1の発振信号間の位相差に応じた差動イネーブル信号を出力する位相検出器をさらに備え、
前記第2のオシレータ部は、前記位相検出器から出力される前記差動イネーブル信号に従って、前記第2の発振信号を生成し出力する、
請求項1乃至3のいずれか記載のタイムデジタルコンバータ。 - 前記第2のオシレータ部は、前記差動イネーブル信号に従って発振動作を行うゲーティッドリングオシレータである、請求項4記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記ゲーティッドリングオシレータは、前記差動イネーブル信号に従って発振動作を行うための複数段の差動インバータによって構成される、請求項5記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記ゲーティッドリングオシレータは、前記差動イネーブル信号に従って発振動作を行うための複数段のシングルエンドインバータによって構成される、請求項5記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記量子化部は、算出された前記量子化値を前記所定の係数で除算して得られるコード値を出力する除算器を含む、請求項3乃至7のいずれか記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記第1のオシレータ部は、前記一対のリングオシレータからそれぞれ出力される前記一対の第1の発振信号を所定の分周比で分周する第1の分周器を含む、請求項2記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記第1の分周器は、前記所定の分周比を可変に制御する、請求項9記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記第1のオシレータ部は、前記第1の発振信号のエッジ数をカウントし、該カウント値が前記所定の係数に等しい回数になった場合に、対応する前記リングオシレータによる出力を停止させるカウンタ部を含む、請求項3記載のタイムデジタルコンバータ。
- 前記カウンタ部は、前記所定の回数を変更可能に構成される、請求項11記載のタイムデジタルコンバータ。
- それぞれが請求項1に記載されたタイムデジタルコンバータにより構成される複数のタイムデジタルコンバータモジュールと、
前記複数のタイムデジタルコンバータモジュールのいずれかによる出力を選択的に切り替えるマルチプレクサと、を備えたタイムデジタルコンバータ構成体であって、
前記マルチプレクサは、所定の条件に従って、動作開始から所定の時間経過後又は出力されたコード値のいずれかに基づいて、切り替え制御される、
タイムデジタルコンバータ構成体。 - 請求項1に記載されたタイムデジタルコンバータにより構成される第1のタイムデジタルコンバータモジュールと、
前記第1のタイムデジタルコンバータモジュールの入力位相差のレンジよりも広い入力位相差のレンジを持つ第2のタイムデジタルコンバータモジュールと、を備え、
前記第2のタイムデジタルコンバータモジュールは、入力される一対の所定のクロック信号に基づいて第1の量子化を行い、
前記第1のタイムデジタルコンバータモジュールは、前記第1の量子化による量子化誤差に基づいて第2の量子化を行う、
タイムデジタルコンバータ構成体。 - 請求項1に記載されたタイムデジタルコンバータ、又は請求項13或いは14に記載されたタイムデジタルコンバータ構成体と、
前記タイムデジタルコンバータから出力される信号から高周波雑音成分を除去するデジタルループフィルタと、
前記デジタルループフィルタから出力される信号に基づいて制御されるデジタル制御発振器と、を備え、
前記デジタル制御発振器から出力される信号を所定の分周比で分周し、該分周した信号をフィードバック信号として前記タイムデジタルコンバータに出力する第2の分周器と、
を備える、PLL回路。
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