JPWO2013069173A1 - 時間差デジタル変換器 - Google Patents
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Abstract
エッジ検出手段(2)は、リング発振器(1)の複数の位相信号がクロック入力される複数のフリップフロップ(FF)手段、それらを入力信号のエッジタイミングでリセット解除するリセット手段、複数のFF手段の出力信号を論理演算する論理演算手段を有する。位相状態検出手段(3)は、複数のFF手段の出力信号に基づいて入力信号のエッジタイミングにおけるリング発振器の位相状態を検出する。時間差デジタル変換手段(4)は、入力信号と論理演算手段の出力信号とのエッジ間隔をデジタル変換する。ラッチ手段(7)は、入力信号のエッジタイミングで、リング発振器の出力信号の周回数をカウントするカウンタ手段(6)の値をラッチする。演算手段(8)は、ラッチ手段、位相状態検出手段、および時間差デジタル変換手段の各出力信号から、入力される信号のデジタル値を算出する。
Description
本発明は、時間方向のアナログ情報をデジタル化する時間差デジタル変換器に関する。
近年、デジタル位相同期回路の発展に伴い時間差デジタル変換器の開発が盛んになっている。典型的な時間差デジタル変換器は、リング発振器とラッチ回路とを用いて、先行して入力される信号をリング発振器内に伝播させ、続いて入力される信号でリング発振器の各位相信号をラッチし、当該ラッチした位相状態を入力信号のエッジ間隔に対応するデジタル値として出力する。
時間差デジタル変換器をタイムインターバルアナライザなどに応用する場合、より長い時間差を測定可能にすることが求められる。かかる要求に対応するためにリング発振器の周期を拡張したのでは回路規模が著しく増大してしまう。そこで、リング発振器の出力信号の周回数をカウントするカウンタを時間差デジタル変換器に追加することで、回路規模の増大と検出精度の低下なしに、測定範囲を拡大している(例えば、特許文献1参照)。
時間差デジタル変換器には、測定範囲の拡大以外にデジタル変換の分解能の向上も求められる。上記の従来技術では、回路規模の拡大なしに測定範囲を拡大することができるが、分解能はせいぜいリング発振器におけるインバータディレイに留まり、十分とは言えない。かかる問題に鑑み、本発明は、広い測定範囲と高分解能を両立する時間差デジタル変換器を提供することを目的とする。
本発明の一局面に従うと、例えば、入力信号のエッジ間隔をデジタル値に変換する時間差デジタル変換器は、リング発振器と、前記リング発振器の発振周期を均等割した複数の位相信号がそれぞれクロック入力される複数のフリップフロップ手段、前記複数のフリップフロップ手段を、前記入力信号のエッジタイミングでリセット解除し、当該リセット解除後しばらくしてからリセットするリセット手段、および前記複数のフリップフロップ手段の出力信号を論理演算する論理演算手段を有するエッジ検出手段と、前記複数のフリップフロップ手段の出力信号に基づいて、前記入力信号のエッジタイミングにおける前記リング発振器の位相状態を検出する位相状態検出手段と、前記入力信号と前記論理演算手段の出力信号とのエッジ間隔をデジタル値に変換する時間差デジタル変換手段と、前記リング発振器の出力信号の周回数をカウントするカウンタ手段と、前記入力信号のエッジタイミングで前記カウンタ手段のカウント値をラッチするラッチ手段と、当該時間差デジタル変換器に相前後して入力される第1および第2の入力信号について、前記ラッチ手段の出力信号を上位ビット、前記位相状態検出手段の出力信号を中位ビット、および前記時間差デジタル変換手段の出力信号を下位ビットとする第1および第2のデジタル値をそれぞれ算出し、これらデジタル値の差分を算出する演算手段とを備えている。
これによると、カウンタ手段およびラッチ手段によって広い測定範囲が達成される。また、エッジ検出手段によって、入力信号のエッジタイミング後に最も早く発生する、いずれかの位相信号のエッジが検出され、そのエッジと入力信号のエッジとの時間差が時間差デジタル変換手段によってデジタル変換される。すなわち、時間差デジタル変換手段によってリング発振器におけるインバータディレイよりも短い時間情報がデジタル化されることで分解能が向上する。
上記の時間差デジタル変換器は、前記エッジ検出手段、前記位相状態検出手段、前記時間差デジタル変換手段、前記カウンタ手段、および前記ラッチ手段を含む偶数および奇数位相測定手段を備えていてもよい。ただし、前記偶数位相測定手段に含まれる前記エッジ検出手段の前記複数のフリップフロップ手段には前記リング発振器の偶数位相の位相信号がそれぞれクロック入力される。前記奇数位相測定手段に含まれる前記エッジ検出手段の前記複数のフリップフロップ手段には前記リング発振器の奇数位相の位相信号がそれぞれクロック入力される。前記偶数および奇数位相測定手段に含まれる前記カウンタ手段は、前記リング発振器の相異なる位相の位相信号の周回数をカウントする。前記演算手段は、前記偶数位相測定手段から出力される各信号および前記奇数位相測定手段から出力される各信号を選択的に用いて前記第1および第2のデジタル値を算出する。
上記の時間差デジタル変換器は、前記エッジ検出手段、前記位相状態検出手段、前記時間差デジタル変換手段、前記カウンタ手段、および前記ラッチ手段を含み、前記第1および第2の入力信号がそれぞれ入力される第1および第2の位相測定手段を備えていてもよい。ただし、前記演算手段は、前記第1の位相測定手段から出力される各信号から前記第1のデジタル値を算出し、前記第2の位相測定手段から出力される各信号から前記第2のデジタル値を算出する。
上記の時間差デジタル変換器は、前記偶数および奇数位相測定手段を含み、前記第1および第2の入力信号がそれぞれ入力される第1および第2の位相測定手段を備えていてもよい。ただし、前記演算手段は、前記第1の位相測定手段に含まれる前記偶数位相測定手段から出力される各信号および前記奇数位相測定手段から出力される各信号を選択的に用いて前記第1のデジタル値を算出し、前記第2の位相測定手段に含まれる前記偶数位相測定手段から出力される各信号および前記奇数位相測定手段から出力される各信号を選択的に用いて前記第2のデジタル値を算出する。
なお、前記リング発振器が、PLL(Phase Locked Loop)の電圧制御発振器であってもよい。
本発明によると、時間差デジタル変換器の測定範囲を拡大するとともに分解能を向上することができる。
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る時間差デジタル変換器の構成を示す。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、リング発振器1、エッジ検出手段2、位相状態検出手段3、遅延手段4、時間差デジタル変換手段(TDC)5、カウンタ手段6、ラッチ手段7、および演算手段8を備えている。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、時間的に相前後して入力される信号INのエッジ間隔をデジタル値に変換してデジタル値OUTを出力する。INは正論理および負論理のいずれでもよいが、便宜上、正論理信号であるとして説明する。INが負論理信号の場合には下述の構成を適宜変更すればよい。
図1は、第1の実施形態に係る時間差デジタル変換器の構成を示す。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、リング発振器1、エッジ検出手段2、位相状態検出手段3、遅延手段4、時間差デジタル変換手段(TDC)5、カウンタ手段6、ラッチ手段7、および演算手段8を備えている。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、時間的に相前後して入力される信号INのエッジ間隔をデジタル値に変換してデジタル値OUTを出力する。INは正論理および負論理のいずれでもよいが、便宜上、正論理信号であるとして説明する。INが負論理信号の場合には下述の構成を適宜変更すればよい。
リング発振器1は、図示しない複数の遅延素子がリング状に結合して構成されている。遅延素子としてNOTゲートや差動入出力アンプなどを用いることができる。例えば、差動入出力アンプを用いる場合、一方のアンプの差動出力を他方のアンプの差動入力に逆極性にして接続することでリング発振器1を構成することができる。リング発振器1を構成する各遅延素子からリング発振器1の各位相信号が出力される。これら位相信号はリング発振器1の発振周期を均等割した各位相を表す信号である。
エッジ検出手段2は、INとリング発振器1から出力される複数の位相信号とを受け、INのエッジタイミング後に最も早く発生する、いずれかの位相信号のエッジを検出する。図2は、一例に係るエッジ検出手段2の構成を示す。図3は、一例に係るエッジ検出手段2のタイミングチャートである。例えば、エッジ検出手段2は、複数のフリップフロップ手段21、リセット手段22、および論理演算手段23を備えている。フリップフロップ手段21は、具体的には、Dフリップフロップである。各フリップフロップ手段21のデータ入力端子にはHレベル信号が接続され、クロック入力端子にはリング発振器1の各位相信号が接続され、リセット入力端子にはリセット手段22の出力信号の反転信号が接続されている。各フリップフロップ手段21は、リセット解除状態にあるときに入力された各位相信号のエッジを捕まえて個別エッジ検出信号として出力する。
各フリップフロップ手段21から出力される個別エッジ検出信号は論理演算手段23に入力される。論理演算手段23は、具体的には、多入力ORゲートである。論理演算手段23は、各フリップフロップ手段21から出力される個別エッジ検出信号の論理和を演算して統合エッジ検出信号を出力する。すなわち、いずれかの個別エッジ検出信号がHレベルになると統合エッジ検出信号がHレベルになる。
リセット手段22は、各フリップフロップ手段21をINのエッジタイミングでリセット解除し、当該リセット解除後しばらくしてからリセットする。具体的には、リセット手段22は、論理演算手段23から出力される統合エッジ検出信号とINの反転信号との否定論理和を出力する回路で構成することができる。各フリップフロップ手段21のリセットをリセット手段22の出力信号の反転信号で制御することで、各フリップフロップ手段21は、INのエッジタイミングでリセット解除され、統合エッジ検出信号のエッジタイミングでリセットされる。
上記構成のエッジ検出手段2によると、INのエッジタイミングよりも前に各位相信号に立ち上がりエッジが発生してもそれは各個別エッジ検出信号には反映されず、INのエッジタイミング後に各フリップフロップ手段21がリセット解除状態にあるときに入力された位相信号のエッジが個別エッジ検出信号のエッジとして現れる。そして、個別エッジ検出信号の論理和を演算することで、INのエッジタイミング後に最も早く発生する、いずれかの位相信号のエッジを検出することができる。
なお、論理演算手段23として、各フリップフロップ手段21の反転出力の否定論理積を演算する多入力NANDゲートを用いてもよい。また、リセット手段22として、INのエッジタイミングをトリガーとしてリング発振器1におけるインバータディレイと同程度のパルス幅のワンショットパルスを出力するパルス発生回路を用いてもよい。
図1に戻り、位相状態検出手段3は、エッジ検出手段2における各フリップフロップ手段21(図2を参照)から出力される個別エッジ検出信号に基づいて、INのエッジタイミングにおけるリング発振器1の位相状態を検出する。図4は、一例に係る位相状態検出手段3の構成を示す。例えば、位相状態検出手段3は、複数の論理演算手段31、複数のフリップフロップ手段32、およびリセット手段33を備えている。論理演算手段31は、具体的には、ANDゲートである。各論理演算手段31は、相隣接する位相の二つの個別エッジ検出信号を受け、「前の位相に係る個別エッジ検出信号」と「次の位相に係る個別エッジ検出信号」の反転信号との論理積を演算する。
リセット手段33は、具体的には、INのエッジタイミングをトリガーとしてワンショットパルスを出力するパルス発生回路である。フリップフロップ手段32は、具体的には、Dフリップフロップである。各フリップフロップ手段31のデータ入力端子にはHレベル信号が接続され、クロック入力端子には各論理演算手段31の出力信号が接続され、リセット入力端子にはリセット手段33の出力信号の反転信号が接続されている。各フリップフロップ手段32は、リセット手段33からワンショットパルスが出力されている期間においてリセット解除され、それ以外の期間においてリセット状態になる。各フリップフロップ手段32の出力信号が、INのエッジタイミングにおけるリング発振器1の位相状態を表す多ビット位相状態信号を構成する。
ここで、リング発振器1の出力位相の半分は立ち上がりエッジであり、残りの半分は立ち下がりエッジである。したがって、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの境界を見つけることで、リング発振器1の位相状態を検出することができる。上述したように、INのエッジタイミングよりも前に立ち上がりエッジが発生した位相信号に対応する個別エッジ検出信号には立ち上がりエッジは発生せず、INのエッジタイミング後に立ち上がりエッジが発生した位相信号に対応する個別エッジ検出信号に立ち上がりエッジが発生する。したがって、INのエッジタイミングから一定期間、各フリップフロップ手段32がリセット解除状態にされることで、立ち上がりエッジが発生する個別エッジ検出信号が「前の位相に係る個別エッジ検出信号」として入力される論理演算手段31の出力信号のみHレベルとなり、それがクロック入力されるフリップフロップ手段32の出力信号のみHレベルとなる。そして、位相状態信号から、INのエッジタイミングにおけるリング発振器1の位相状態を検出することができる。
図1に戻り、遅延手段4は、入力されたINを遅延出力する。遅延手段4の遅延量は、エッジ検出手段2におけるフリップフロップ手段21および論理演算手段23によるゲート遅延と同程度に設定する(図2を参照)。これは、図3に示したように、INとINのエッジタイミング直後に立ち上がりエッジが発生する位相信号とのエッジ間隔を、論理演算手段23から出力される統合エッジ検出信号と遅延手段4の出力信号(遅延IN)とのエッジ間隔として再現するためである。
時間差デジタル変換手段5は、論理演算手段23(図2を参照)から出力される統合エッジ検出信号と遅延手段4の出力信号とのエッジ間隔をデジタル値に変換する。すなわち、時間差デジタル変換手段5は、リング発振器1のインバータディレイよりも短い時間情報をデジタル値に変換する。
なお、遅延手段4は省略してもよい。この場合、時間差デジタル変換手段5に入力される時間差にはフリップフロップ手段21および論理演算手段23によるゲート遅延に相当するオフセットが重畳されるが(図2を参照)、当該オフセットはデジタル領域でキャンセルすることができる。
カウンタ手段6は、リング発振器1から出力される位相信号の任意の一つを出力信号として、当該出力信号の周回数をカウントする。ラッチ手段7は、INのエッジタイミングでカウンタ手段6のカウント値をラッチする。当該ラッチされたカウント値はリング発振器1の1周期よりも長い時間情報を表している。
演算手段8は、位相状態検出手段3、時間差デジタル変換手段5、およびラッチ手段7の各出力信号を受け、ラッチ手段7の出力信号を上位ビット、位相状態検出手段3の出力信号を中位ビット、および時間差デジタル変換手段5の出力信号を下位ビットとするデジタル値を算出する。より詳細には、ラッチ手段7の出力信号を上位桁値、位相状態検出手段3の出力信号をその下位桁値として足し合わせ、時間差デジタル変換手段5の出力信号をさらに下位桁値として減算することでデジタル値を算出する。本来ならば、INのエッジタイミング直前に立ち上がりエッジが発生する位相信号とINとのエッジ間隔を表す値を最下位桁値として加算すべきであるが、INのエッジタイミングよりも前に位相信号の立ち上がりエッジを検出することができないため、便宜的に、INとINのエッジタイミング直後に立ち上がりエッジが発生する位相信号とのエッジ間隔を表す値を最下位桁値として減算している。演算手段8は、時間差デジタル変換器にINが入力される都度、上記のデジタル値を算出し、相前後して入力されるINについてそれぞれ算出したデジタル値の差分をOUTとして算出する。
以上、本実施形態によると、時間差デジタル変換器の測定範囲を拡大するとともに分解能を向上することができる。
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係る時間差デジタル変換器の構成を示す。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、リング発振器1、偶数位相測定手段10、奇数位相測定手段11、および演算手段8を備えている。以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。
図5は、第2の実施形態に係る時間差デジタル変換器の構成を示す。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、リング発振器1、偶数位相測定手段10、奇数位相測定手段11、および演算手段8を備えている。以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。
偶数位相測定手段10および奇数位相測定手段11は、上述のエッジ検出手段2、位相状態検出手段3、遅延手段4、時間差デジタル変換手段5、カウンタ手段6、およびラッチ手段7を備え、INが入力される点で第1の実施形態と同じ構成である。ただし、偶数位相測定手段10にはリング発振器1から出力される偶数位相の位相信号が入力され、奇数位相測定手段11には奇数位相の位相信号が入力される。すなわち、偶数位相測定手段10のエッジ検出手段2における各フリップフロップ手段21(図2を参照)には各偶数位相信号がクロック入力され、奇数位相測定手段11のエッジ検出手段2における各フリップフロップ手段21(図2を参照)には各奇数位相信号がクロック入力される。また、偶数位相測定手段10のカウンタ手段6および奇数位相測定手段11のカウンタ手段6は、位相が相異なる位相信号の周回数をカウントする。例えば、偶数位相測定手段10のカウンタ手段6および奇数位相測定手段11のカウンタ手段6に互いに位相が180度異なる位相信号を与える。
演算手段8は、偶数位相測定手段10から出力される各信号および奇数位相測定手段11から出力される各信号を選択的に用いてデジタル値を算出する。図6は、偶数位相測定手段10における時間差デジタル変換手段5の出力信号および奇数位相測定手段11における時間差デジタル変換手段5の出力信号を選択的に使用する様子を模式的に表す。上述したように、時間差デジタル変換手段5は、INとINのエッジタイミング直後に立ち上がりエッジが発生する位相信号とのエッジ間隔をデジタル値に変換する。このため、INのエッジタイミングが遅れるにつれエッジ間隔は短くなり、時間差デジタル変換手段5の出力値は減少する。INのエッジタイミングがさらに遅れると比較対象の位相信号が次の位相に切り替わり、時間差デジタル変換手段5の出力値は最小値から最大値に急激に変化する。このような位相の切り替わりは偶数位相測定手段10および奇数位相測定手段11に交互に現れる。そこで、演算手段8は、偶数位相測定手段10における時間差デジタル変換手段5の出力信号および奇数位相測定手段11における時間差デジタル変換手段5の出力信号のうち中央値により近い方の信号およびその信号に対応する位相状態信号を用いてデジタル値を算出する。これにより、時間差デジタル変換手段5の出力値が急激に変化するタイミングを避けてデジタル値を安定的に算出することができる。
また、図7は、偶数位相測定手段10のカウント値および奇数位相測定手段11のカウント値を選択的に使用する様子を模式的に表す。図7に示したように、偶数位相測定手段10および奇数位相測定手段11のカウント値の変化タイミングとリング発振器1の位相状態の変化タイミングとで若干の位相のずれが発生することがある。このため、カウント値の変化タイミングの前後ではデジタル値が不正に算出されるおそれがある。そこで、演算手段8は、偶数位相測定手段10のカウント値および奇数位相測定手段11のカウント値のうちカウント周期の中央に近い方を用いてデジタル値を算出する。カウント周期の中央は、例えば、カウンタ手段6の1周期よりも十分に短い周期でカウンタ手段6の1周期を測定することで知ることができる。これにより、カウント値の変化タイミングとリング発振器1の位相状態の変化タイミングとの位相のずれ部分を回避してデジタル値を安定的に算出することができる。
(第3の実施形態)
図8は、第3の実施形態に係る時間差デジタル変換器の構成を示す。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、リング発振器1、第1の位相測定手段12、第2の位相測定手段13、および演算手段8を備えている。以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。
図8は、第3の実施形態に係る時間差デジタル変換器の構成を示す。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、リング発振器1、第1の位相測定手段12、第2の位相測定手段13、および演算手段8を備えている。以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。
第1の位相測定手段12および第2の位相測定手段13は、上述のエッジ検出手段2、位相状態検出手段3、遅延手段4、時間差デジタル変換手段5、カウンタ手段6、およびラッチ手段7を備えている点で第1の実施形態と同じ構成である。ただし、第1の位相測定手段12には信号IN1が入力され、第2の位相測定手段13には信号IN2が入力される。演算手段8は、第1の位相測定手段12から出力される各信号からIN1のエッジタイミングに係るデジタル値を算出し、第2の位相測定手段13から出力される各信号からIN2のエッジタイミングに係るデジタル値を算出し、これらデジタル値の差分をOUTとして算出する。
第1の実施形態に係る時間差デジタル変換器では、相前後して入力されるINのエッジ間隔が時間差デジタル変換器のデータスループットよりも短い場合には時間差デジタル変換を正しく行うことができないおそれがある。これに対して、本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、エッジ検出手段2、位相状態検出手段3、遅延手段4、時間差デジタル変換手段5、カウンタ手段6、およびラッチ手段7からなる位相測定手段を2系統備えているため、IN1およびIN2のそれぞれに係るデジタル値を相独立して算出することができる。したがって、IN1およびIN2のエッジ間隔が短くても時間差デジタル変換を正しく行うことができる。
(第4の実施形態)
図9は、第4の実施形態に係る時間差デジタル変換器の構成を示す。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、第3の実施形態に係る時間差デジタル変換器の第1の位相測定手段12および第2の位相測定手段13を、第2の実施形態のように偶数位相測定手段10および奇数位相測定手段11で構成したものである。本実施形態によると、第2および第3の実施形態の利点が相俟って、より短いエッジ間隔をより安定的にデジタル値に変換することができる。
図9は、第4の実施形態に係る時間差デジタル変換器の構成を示す。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、第3の実施形態に係る時間差デジタル変換器の第1の位相測定手段12および第2の位相測定手段13を、第2の実施形態のように偶数位相測定手段10および奇数位相測定手段11で構成したものである。本実施形態によると、第2および第3の実施形態の利点が相俟って、より短いエッジ間隔をより安定的にデジタル値に変換することができる。
(第5の実施形態)
図10は、第5の実施形態に係る時間差デジタル変換器の構成を示す。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、第1の実施形態に係る時間差デジタル変換器におけるリング発振器1としてPLL(Phase Locked Loop)100の電圧制御発振器を用いたものである。PLL100は、位相比較手段101、チャージポンプ回路102、ループフィルタ103、分周回路104、および電圧制御発振器としてのリング発振器1を備えている。分周回路104は、リング発振器1の出力信号を分周する。位相比較手段101は、参照クロック信号CKrefと分周回路104の出力信号との位相を比較する。チャージポンプ回路102は、位相比較手段101の出力信号に応じてチャージ電流を出力する。ループフィルタ103は、チャージ電流をフィルタリング処理してリング発振器1の制御電圧を生成する。
図10は、第5の実施形態に係る時間差デジタル変換器の構成を示す。本実施形態に係る時間差デジタル変換器は、第1の実施形態に係る時間差デジタル変換器におけるリング発振器1としてPLL(Phase Locked Loop)100の電圧制御発振器を用いたものである。PLL100は、位相比較手段101、チャージポンプ回路102、ループフィルタ103、分周回路104、および電圧制御発振器としてのリング発振器1を備えている。分周回路104は、リング発振器1の出力信号を分周する。位相比較手段101は、参照クロック信号CKrefと分周回路104の出力信号との位相を比較する。チャージポンプ回路102は、位相比較手段101の出力信号に応じてチャージ電流を出力する。ループフィルタ103は、チャージ電流をフィルタリング処理してリング発振器1の制御電圧を生成する。
本実施形態によると、リング発振器1の発振周波数がCKrefの周波数の逓倍になるように安定するため、時間差デジタル変換器の変換精度を向上することができる。なお、第2から第4の実施形態に係る時間差デジタル変換器についてもPLL100の電圧制御発振器をリング発振器1として用いることができる。
本発明に係る時間差デジタル変換器は、広い測定範囲と高分解能を両立することができるため、タイムインターバルアナライザなどに有用である。
1 リング発振器(電圧制御発振器)
2 エッジ検出手段
21 フリップフロップ手段
22 リセット手段
23 論理演算手段
3 位相状態検出手段
5 時間差デジタル変換手段
6 カウンタ手段
7 ラッチ手段
8 演算手段
10 偶数位相測定手段
11 奇数位相測定手段
12 第1の位相測定手段
13 第2の位相測定手段
100 PLL
2 エッジ検出手段
21 フリップフロップ手段
22 リセット手段
23 論理演算手段
3 位相状態検出手段
5 時間差デジタル変換手段
6 カウンタ手段
7 ラッチ手段
8 演算手段
10 偶数位相測定手段
11 奇数位相測定手段
12 第1の位相測定手段
13 第2の位相測定手段
100 PLL
Claims (5)
- 入力信号のエッジ間隔をデジタル値に変換する時間差デジタル変換器であって、
リング発振器と、
前記リング発振器の発振周期を均等割した複数の位相信号がそれぞれクロック入力される複数のフリップフロップ手段、前記複数のフリップフロップ手段を、前記入力信号のエッジタイミングでリセット解除し、当該リセット解除後しばらくしてからリセットするリセット手段、および前記複数のフリップフロップ手段の出力信号を論理演算する論理演算手段を有するエッジ検出手段と、
前記複数のフリップフロップ手段の出力信号に基づいて、前記入力信号のエッジタイミングにおける前記リング発振器の位相状態を検出する位相状態検出手段と、
前記入力信号と前記論理演算手段の出力信号とのエッジ間隔をデジタル値に変換する時間差デジタル変換手段と、
前記リング発振器の出力信号の周回数をカウントするカウンタ手段と、
前記入力信号のエッジタイミングで前記カウンタ手段のカウント値をラッチするラッチ手段と、
当該時間差デジタル変換器に相前後して入力される第1および第2の入力信号について、前記ラッチ手段の出力信号を上位ビット、前記位相状態検出手段の出力信号を中位ビット、および前記時間差デジタル変換手段の出力信号を下位ビットとする第1および第2のデジタル値をそれぞれ算出し、これらデジタル値の差分を算出する演算手段とを備えている
ことを特徴とする時間差デジタル変換器。 - 請求項1に記載の時間差デジタル変換器において、
前記エッジ検出手段、前記位相状態検出手段、前記時間差デジタル変換手段、前記カウンタ手段、および前記ラッチ手段を含む偶数および奇数位相測定手段を備え、
前記偶数位相測定手段に含まれる前記エッジ検出手段の前記複数のフリップフロップ手段には前記リング発振器の偶数位相の位相信号がそれぞれクロック入力され、
前記奇数位相測定手段に含まれる前記エッジ検出手段の前記複数のフリップフロップ手段には前記リング発振器の奇数位相の位相信号がそれぞれクロック入力され、
前記偶数および奇数位相測定手段に含まれる前記カウンタ手段は、前記リング発振器の相異なる位相の位相信号の周回数をカウントするものであり、
前記演算手段は、前記偶数位相測定手段から出力される各信号および前記奇数位相測定手段から出力される各信号を選択的に用いて前記第1および第2のデジタル値を算出する
ことを特徴とする時間差デジタル変換器。 - 請求項1に記載の時間差デジタル変換器において、
前記エッジ検出手段、前記位相状態検出手段、前記時間差デジタル変換手段、前記カウンタ手段、および前記ラッチ手段を含み、前記第1および第2の入力信号がそれぞれ入力される第1および第2の位相測定手段を備え、
前記演算手段は、前記第1の位相測定手段から出力される各信号から前記第1のデジタル値を算出し、前記第2の位相測定手段から出力される各信号から前記第2のデジタル値を算出する
ことを特徴とする時間差デジタル変換器。 - 請求項2に記載の時間差デジタル変換器において、
前記偶数および奇数位相測定手段を含み、前記第1および第2の入力信号がそれぞれ入力される第1および第2の位相測定手段を備え、
前記演算手段は、前記第1の位相測定手段に含まれる前記偶数位相測定手段から出力される各信号および前記奇数位相測定手段から出力される各信号を選択的に用いて前記第1のデジタル値を算出し、前記第2の位相測定手段に含まれる前記偶数位相測定手段から出力される各信号および前記奇数位相測定手段から出力される各信号を選択的に用いて前記第2のデジタル値を算出する
ことを特徴とする時間差デジタル変換器。 - 請求項1から4のいずれか一つに記載の時間差デジタル変換器において、
前記リング発振器が、PLL(Phase Locked Loop)の電圧制御発振器である
ことを特徴とする時間差デジタル変換器。
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