JP2988130B2 - パルス位相差検出回路 - Google Patents

パルス位相差検出回路

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JP2988130B2
JP2988130B2 JP4190051A JP19005192A JP2988130B2 JP 2988130 B2 JP2988130 B2 JP 2988130B2 JP 4190051 A JP4190051 A JP 4190051A JP 19005192 A JP19005192 A JP 19005192A JP 2988130 B2 JP2988130 B2 JP 2988130B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はパルス位相差検出回路に
関し、特に所定の遅延時間を有する信号遅延回路を複数
接続してパルス位相差を高い分解能でしかも広い範囲で
正確に検出する検出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】2つのパルスの位相差を検出すること
は、圧力等の物理量を正確に知り、あるいはレーザの反
射光から対象物までの距離を正確に知る等の各種測定回
路に有用である。
【0003】かかるパルス位相差検出回路として、例え
ば特開昭60−253994号公報では、一定の遅れ時
間を有する信号遅延回路としての遅延ゲートを多数直列
接続して、2つの入力パルスの位相差に応じて異なる位
置の遅延ゲートから出力される信号をエンコードし、位
相差信号を得ている。
【0004】ところで、上記位相差検出回路で、広い範
囲の位相差を精度を落とすことなく検出しようとする
と、検出分解能は各遅延ゲートの遅延時間で決まるか
ら、多数の遅延ゲートを設ける必要があり、半導体チッ
プ上にコンパクトに形成することが困難となる。
【0005】そこでこれを解決するために、特開平3−
220814号公報には、複数の遅延ゲートを直列接続
するとともに最終段遅延ゲートと初段遅延ゲートを接
続してリング状とし、入力する先行パルスを周回せし
め、後続パルスが入力した時の先行パルスの周回位置と
周回数より両パルス間の位相差を検出するものが示され
ており、かかる構成によれば、ゲート数を大幅に増加せ
しめることなく、広範囲の位相差を精度良く検出するこ
とができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】遅延ゲートをリング状
に接続した上記検出回路は上記の如く優れた特性を発揮
するものである遅延ゲートをリング状に接続した場合
には遅延ゲートを円形に配置できれば、各遅延ゲート
の遅延時間をすべて等しくすることができる。しかし、
面積効率が悪く半導体チップの大型化を招くことにな
【0007】一方、大型化を回避するには、検出回路
を、複数の遅延ゲートを直線状に配置するともに直列接
続した1以上の遅延ブロックにより構成し、遅延ブロッ
クの最終段の遅延ゲートからの接続線を折り返して次段
の遅延ゲートと接続し、遅延ゲートのリング状接続を実
現することが考えられる。かかる場合、単一の遅延ブロ
ックの終段の遅延ゲートと初段の遅延ゲートを結ぶ接続
線の配線長、あるいは複数の遅延ブロックの終段の遅延
ゲートから次段の遅延ブロックの初段の遅延ゲートに至
る間の接続線の配線長が、遅延ブロック内の各遅延ゲー
ト間の接続線の配線長に比して長くなり、この部分の遅
延時間が変化するため実際のパルス位相差と検出信号の
間に線形性が失われるおそれがある。
【0008】本発明はかかる課題を解決するもので、信
号遅延回路の遅延時間のバラツキを防止して、パルス位
相差との間に良好な線形性を確保したパルス位相差検出
回路を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の構成を説明する
と、所定の遅延時間を有する信号遅延回路を順次、次段
信号遅延回路に接続線を介して接続するとともに最終
段の信号遅延回路を最初段の信号遅延回路を次段として
これに接続してこれら信号遅延回路により切れ目のない
リング状の遅延パルス発生回路を構成し、該遅延パルス
発生回路に入力する先行パルスを遅延パルス発生回路内
で周回せしめて、後続パルスが入力した時点での、先行
パルスの周回位置と周回数より両パルス間の位相差を検
出するパルス位相差検出回路であって、上記遅延パルス
発生回路を、直列接続され直線状に配置された複数の信
号遅延回路からなる少なくとも1つの遅延ブロックによ
り構成するとともに、遅延ブロックの最終段の信号遅延
回路からの接続線を折り返して次段の信号遅延回路と接
続し、かつ上記各遅延ブロックの少なくとも終段の信号
遅延回路の電流駆動能力を、残る信号遅延回路の電流駆
動能力に比して大きく設定したものである。
【0010】
【作用】上記構成において、遅延ブロックの終段の信号
遅延回路とその次段の信号遅延回路との間の接続線の長
さが、遅延ブロック内の各信号遅延回路間の接続線に比
して長いと、接続線の相対的に大きな配線容量および抵
抗により、周回する先行パルスの遅延時間がこの部分の
みで長くなって、実際のパルス位相差と検出信号との間
の線形性が失われる。ここにおいて、本発明では、接続
線に出力する終段の信号遅延回路の電流駆動能力を大き
くしてあるから、大きな配線容量等を有する接続線に対
して遅延時間の増大を防止することができ、パルス位相
差と検出信号間の線形性が確保される。
【0011】
【実施例1】パルス位相差検出回路の構成を図1に示
す。図において、検出回路は2つの遅延ブロック1A,
1Bを有し、各遅延ブロック1A,1Bはパルスセレク
タ15を挟んで並列し、それぞれ反対方向へ直線状に多
数の信号遅延回路たる遅延ゲート11,12a,12b
を直列接続して構成されている。
【0012】本実施例では、これら遅延ゲート11,1
2a,12bは図2に示す如き、PMOS111とNM
OS112を直列接続して、共通のゲートを入力端、共
通のドレインを出力端としたCMOSインバータで構成
され、遅延時間はほぼ一定の数ナノ秒で、遅延ブロック
1Aで31個、遅延ブロック1Bで32個がそれぞれ設
けてある。
【0013】各遅延ゲート11,12a,12bの出力
端はパルスセレクタ15にも接続され、また、遅延ブロ
ック1Aの終段の遅延ゲート12aは接続線13により
遅延ブロック1Bの初段の遅延ゲート11に、遅延ブロ
ック1Bの終段の遅延ゲート12bは接続線14によ
りORゲート18およびNANDゲート19を経て遅延
ブロック1Aの初段の遅延ゲート11にそれぞれ接続さ
れて、リング状の遅延パルス発生回路1を構成してい
る。
【0014】先行パルスPA が上記ORゲート18に入
力すると、該パルスPA は各遅延ゲート11,12a,
12bの遅れ時間を伴って順次伝播し、遅延パルス発生
回路1内を周回する。この周回時に各遅延ゲート11,
12a,12bを通過する毎にその一部は遅延パルスと
して上記パルスセレクタ15に入力する。パルスセレク
タ15は、相前後する遅延ゲート11,12a,12b
からの遅延パルスを入力する所定数のEXORゲートを
有しており、後続パルスPB が入力した時点で、各遅延
パルスの状態が内蔵フリップフロップに記憶されて、先
行パルスPA が到達している遅延ゲート11,12a,
12bに対応するEXORゲートよりセレクト信号が出
力される。
【0015】エンコーダ16は、上記セレクト信号を発
したEXORゲートの順番に対応した2進符号出力を発
する。一方、遅延パルス発生回路1を先行パルスPA が
周回する回数はカウンタ17により積算され、2進符号
として出力される。しかして、先行パルスPA が入力し
てから後続パルスPB が入力するまでの位相差(時間
差)が、エンコーダ16およびカウンタ17の出力より
知られる。なお、遅延パルス発生回路1のリセットは
「0」レベルのリセットパルスPC によって行う。
【0016】かかる遅延パルス発生回路1を半導体チッ
プ上に形成した場合のマスク図を図3に示す。図は遅延
ブロック1Aの終段部と遅延ブロック1Bの初段部を示
し、各遅延ゲート11、12aは、共通のポリシリコン
膜113をゲートとし、P+拡散層114からなるソー
ス、ドレインを有するPMOS111と、N+ 拡散層1
15からなるソース、ドレインを有するNMOS112
とよりなるCMOSインバータにて構成されている。
【0017】各遅延ゲート11,12aのPMOS11
1およびNMOS112の各ドレインは、Al等の金属
配線116で次段の遅延ゲート11のゲート113に接
続されている。このうち、遅延ブロック1Aの終段の遅
延ゲート12aから延出する金属配線116は、上記遅
延ゲート12aからコ字状に折り返し比較的長い接続線
13となって遅延ブロック1Bの初段の遅延ゲート11
に接続されており、この部分で配線容量および抵抗が大
きくなっている。なお、図中、118は電源用の金属配
線、119はアース用の金属配線である。P+ 拡散層1
14、N+ 拡散層115以外の拡散層(例えばPウエ
ル、Nウエル)は省略している。
【0018】ここで、遅延ゲート12aのPMOS11
1のゲート113に注目すると、そのゲート長はLであ
り、ゲート幅はW2としてあって、ゲート長は他の遅延
ゲート11と等しいが、ゲート幅W2は他の遅延ゲート
11のゲート幅W1のほぼ2倍としてある。これはNM
OS112のゲート113についても同様である。この
結果、遅延ゲート12aの電流駆動能力は他の遅延ゲー
ト11の2倍となっている。もちろん、必要な電流駆動
能力を得ることができれば2倍に限られるものではな
い。
【0019】かかる構造により、配線容量等の大きい接
続線13が出力端に接続されていても、遅延ゲート12
aより遅延ブロック1Bの初段遅延ゲート11へ至る間
のパルス伝達遅れは、他の遅延ゲート11間と同程度に
小さくなる。なお、遅延ブロック1Bの終段の遅延ゲー
ト12b(図1参照)も上記遅延ゲート12aと同一構
造となっている。
【0020】この効果を図4に示し、各遅延ゲート11
の遅延時間が一定であるため、パルス位相差と検出デジ
タル出力との間の線形性が良く保たれている。これに対
して、図5に示す従来の検出装置では、各遅延ブロック
の終段の遅延ゲートで接続線の配線容量等により遅延時
間が長くなるため、図のA矢印、B矢印で示す部分でパ
ルス位相差と検出デジタル出力との間の線形性が失われ
ている。
【0021】
【実施例2】上記実施例では、各遅延ブロック1A,1
Bにおける終段の遅延ゲート12a,12bのCMOS
を構成するゲート幅を、他の遅延ゲート11のゲート幅
に比して大きくしたが、これは直前段の遅延ゲート11
から見ると負荷容量が大きくなることになる。そこで、
図6に示す如く、終段の直前段の遅延ゲート11を構成
するPMOS111のゲート幅W4を、終段の遅延ゲー
ト12aのゲート幅W5よりは小さいが、残る他の遅延
ゲート11のゲート幅W3よりも大きくして電流駆動能
力を上げる。NMOS112のゲート幅についても同様
である。これにより、終段のゲート容量が大きくなった
ことによる遅延時間の増大が抑えられ、検出出力の線形
性をさらに改善することができる。
【0022】なお、上記各実施例において、ゲート幅を
大きくするのに代えて、ゲート長を短くしても同様の効
果が得られる。
【0023】また、各遅延ブロックの終段およびこれの
直前段のみでなく、さらに数段前から漸次ゲート幅を大
きくし、あるいはゲート長を短くするようにしても良
い。
【0024】遅延ブロックは上記各実施例における如き
2つには限られず、必要に応じて1つあるいは3つ以上
設けることができる。
【0025】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、広い測定
範囲を有し、検出出力の線形性に優れたパルス位相差検
出回路を半導体チップ上にコンパクトに形成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】パルス位相差検出回路のブロック回路図であ
る。
【図2】遅延ゲートの回路図である。
【図3】遅延パルス発生回路の部分マスク図である。
【図4】本発明回路の出力特性図である。
【図5】従来回路の出力特性図である。
【図6】遅延パルス発生回路の他の例を示す部分マスク
図である。
【符号の説明】
1 遅延パルス発生回路 1A,1B 遅延ブロック 11,12a,12b 遅延ゲート(信号遅延回路) 13,14 接続線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01R 25/00 H03K 5/26 G04F 10/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の遅延時間を有する信号遅延回路を
    順次、次段の信号遅延回路に接続線を介して接続すると
    ともに最終段の信号遅延回路を最初段の信号遅延回路
    次段としてこれに接続してこれら信号遅延回路により切
    れ目のないリング状の遅延パルス発生回路を構成し、該
    遅延パルス発生回路に入力する先行パルスを遅延パルス
    発生回路内で周回せしめて、後続パルスが入力した時点
    での、先行パルスの周回位置と周回数より両パルス間の
    位相差を検出するパルス位相差検出回路であって、上記
    遅延パルス発生回路を、直列接続され直線状に配置され
    た複数の信号遅延回路からなる少なくとも1つの遅延ブ
    ロックにより構成するとともに、遅延ブロックの最終段
    の信号遅延回路からの接続線を折り返して次段の信号遅
    延回路と接続し、かつ上記各遅延ブロックの少なくとも
    終段の信号遅延回路の電流駆動能力を、残る信号遅延回
    路の電流駆動能力に比して大きく設定したことを特徴と
    するパルス位相差検出回路。
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