JPH01123526A - デジタルフェーズロックループ装置 - Google Patents

デジタルフェーズロックループ装置

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JPH01123526A
JPH01123526A JP62281502A JP28150287A JPH01123526A JP H01123526 A JPH01123526 A JP H01123526A JP 62281502 A JP62281502 A JP 62281502A JP 28150287 A JP28150287 A JP 28150287A JP H01123526 A JPH01123526 A JP H01123526A
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signal
input signal
phase
division ratio
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浩志 井伊
Kengo Sudo
須藤 健吾
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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】 技術分野 産業上の利用分野 本発明は、フェーズロックループをデジタル回路素子で
構成したデジタルフェーズロックループ装置に関する。
従来技術 デジタルフェーズロックループ装置は、近年数多くの方
式が発表されている。このデジタルフェーズロックルー
1装置は、フェーズロックルー1をデジタル回路素子で
構成するものであり、アナログ方式に比べて、使用する
部品によるばらつきが出にくいこと、および無調整で希
望する特性が得られることなどの利点がある。この反面
、デジタルフェーズロックループ装置は、一般に固定発
振器の出力を分周してループ出力としており、したがっ
てそれに用いられる論理回路素子の最高動作周波数の数
十分の一以下の入力周波数でしか、フェーズロックルー
プを動作させることができなかった。
また入力周波数を高くすると、分周比を小さくすること
になり、すなわち量子化を荒くすることになり、ループ
特性を悪くすることにつながった。
特に、論理回路素子の最高動作周波数の数分の−の入力
周波数に対するデジタルフェーズロックループ装置では
、量子化誤差の影響とともに、論理回路素子自体の特性
、特に遅延特性の影響が大きく、複雑な回路構成を採用
することが困難である。
第7図は、従来からの固定発振器(OSC)4の周波数
の数分の−(すなわちNを正の整数とするとき、1/N
)の入力に対する従来からのフェーズロックループ装置
の一例を示す、入力信号PBSGと、フェーズロックル
ープクロック信号PLLCKとの位相差がカウンタ1の
計数値として検出される。
固定発振器4の出力であるクロックパルスMCKは第8
図(1)に示され、入力信号PBSGは第8図(2)に
示され、フェーズロックルー1クロツク信号PLLCK
は第8図(3)に示されている。D形フリップフロップ
(DFF)3の出力端子Qからの信号QAは第8図(4
)に示されている。
ANDゲー)GlにはクロックパルスMCKと、入力信
号PBSGと、D形フリップフロップ3の出力信号QA
が与えられ、このANDゲートG1の出力はカウンタ1
のクロック入力端子CKに入力される。カウンタ1の出
力信号CNTOUTは第8図(5)に示されている。
分周器7の出力信号UはD形フリップ70ツブ8のクロ
ック入力端子CKに与えられるとともに、反転回路N1
を経てD形フリップフロップ3のクロック入力端子CK
に与えられ、さらにフェーズロックループクロック信号
PLLCKとして導出される。
ANDゲートG2の出力はリセット信号RESETとし
てカウンタ1およびレジスタ5に与えられる。このリセ
ット信号RESETは第8図(6)に示されているとお
りである。この第8図では入力信号PBSGの立上り時
点aから、フェ−ズロックループクロック信号PLLC
Kの立上り時点すまでの時間だけ位相差を生じており、
この時間はカウンタ1によってクロックパルスMCKに
基づいて測定される。
カウンタ1のクロック入力前のANDゲートG1には、
入力信号PBSG、入力信号PBSGをフェーズロック
ループクロック信号PLLCKの立上りでラッチしたD
形フリップフロップ3の出力信号QAおよび固定発振器
4のクロックパルスMCKが与えられ、これによって、
ANDゲートG1の出力が与えられるカウンタ1は時点
a % bまでを計数する。このカウンタ1はANDゲ
ートG1からのパルスを、もう1つのANDゲートG2
からのリセット信号REsETが入力されるまでカウン
トする。
D形フリップ70ツブ3の端子Qからの出力をさらに信
号Uの立上りでラッチするもう1つのD形フリップフロ
ップ8の端子Qからの出力と、D形フリップフロップ3
の端子Qからの出力とがANDゲートG2に与えられ、
このANDゲートG2からのリセット信号RESETの
立上りで、カウンタ1の計数値を表す信号CNTOUT
はレジスタ5にラッチされる。
その後、リセット信号RESETに応答してカウンタ1
はリセットされ、次の入力信号PBSGの立上りにより
セットされ、また次の計数動作が開始される。レジスタ
5に出力される位相差信号■は第8図(7)に示されて
おり、これはデコーダ6に与えられてデコードされる。
デコーダ6の出力するロード信号Eは第8図(8)に示
されているとおりであり、分周器7の分周比の値として
分周器7にロードされる。
こうして入力信号PBSGと、フェーズロックループク
ロック信号PLLCKどの位相差信号Iの表す値で、固
定発振回路4のクロックパルスMCKを分周して、フェ
ーズロックループクロック信号PLLCKを発生してい
る分周器7の分周比を換えて、入力信号PBSGとフェ
ーズロックループクロック信号PLLCKとの位相が一
致するように保たれる。
分周器7は入力信号PBSGと、フェーズロックループ
クロック信号PLLCKとの位相が一致しているときに
はN分周となり′、位相差の大小によって分周器7の分
周比はN+1またはN−1などとなり、位相が一致され
る。たとえばN−8であるデコーダ6の働きは1位相差
信号Iに対応した分周器7の分周比を得るために、分周
器7のロード信号Eにデコードすることである。
このデコーダ6から分周器7に与えられる分周比を表す
ロード信号Eは、ロードクロック信号Fに応答して分周
器7にロードされる。このロードクロック信号Fは、分
周器7の出力信号Uが特定の値となった時、論理回路9
によって第8図(9)に示されるように発生される。第
8図ではN−8であり、時点a、bの位相差が生じてい
ることによって時点Cでデコーダ6から9分周のロード
信号Eを分周器7に与え、時点dで位相差を補正して零
としている。
従来からの他のフェーズロックループ装置は、第9図に
示される。このフェーズロックループ装置は前述の第7
図に示された構成に部分的に類似しており、対応する部
分は同一の参照符を付す。
第9図に示されるフェーズロックループ装置では、入力
信号PBSGが変調された波形を有する場合に入力信号
PBSGの周期の長短によってフェーズロックループ信
号PLLCKが補正され、フェーズロックループ特性へ
の悪影響を及ぼすことを防止するために、分周比の補正
を1回またはそれ以上の予め定める回数だけ行い、その
後は予め定めた定数Nを分周比として分周を行う。
第1OrI!I(l)〜第10図(9)は、前述の第8
図(1)〜第8図(9)の各波形に個別的に対応してい
る。以下、特徴的な構成とその動作について説明する。
第10図(9)に示されるロードクロック信号Fは分周
器7に与えられるとともに、RSフリップフロップ10
のリセット端子Rにも与えられる。
したがってRSフリップフロップ10はANDゲ−)G
2の出力によってセットされ、論理回路9からのロード
クロック信号Fによってリセットされる。このRSフリ
ップフロップ10の出力端子Qからの信号Hは第10図
(11)に示されるとおりであって、データ切換回路1
1に与えられる。
データ切換回路11は、信号Hがハイレベルであるとき
、デコーダ6からの出力Eを分周比を表すロード信号G
として分周器7に与え、この信号Hがローレベルである
とき、定数設定回路12からの予め定めた定数Nの分周
比を表す信号をロード信号Gとして分周器7に与える。
定数Nはたとえばこの例では「8」である、データ切換
器11から分周器7に与えられる分周比を表すロード信
号Gは第10図(10)に示されており、この第10図
(10)では分周比が示されている。
動作中入力信号PBSGの立上りa2と、フェーズロッ
クループクロック信号PLLCKの立上りb2との位相
差が生じたときには、前述の構成と同様に、ANDゲー
)Glを介して固定発振回路4からのクロックパルスM
CKがカウンタ1に入力されて計数され、その出力信号
CNTOUTはレジスタ5に与えられる。
分周器7の出力信号Uが立上ってD形フリッ1フロップ
8に入力されることによって、ANDゲ−)G2からは
リセット信号RESETの立上り波形が得られ、これに
よってレジスタ5はカウンタ1の出力「3」がストアさ
れて、レジスタ5の位相差信号Iがデコーダ6に与えら
れ、デコーダ6からは分周比「9」を表す出力Eが導出
される。
RSフリップ70ツブ10はANDゲートG2からのリ
セット信号RESETに応答してハイレベルの信号Hを
導出する。したがってデータ切換回路11は、デコーダ
6からの出力Eが分周器7のロード信号Gとして与えら
れ、論理回路9からのロードクロック信号Fに従って、
第10図(9)に示される時点c2で分周器7にロード
される。
こうして分周器7は分周比「9」で分周動作を行う。
RSフリップフロップ10は論理回路9からのロードク
ロック信号Fの立下りの時点C2でリセットされる。し
たがってデータ切換回路11は定数設定回路12からの
定数Nを表す信号をロード信号Gとして分周器7に与え
る。論理回路9のロードクロック信号Fが導出される時
点d2.e2では分周器7には定数Nが分周比としてロ
ードされ、N分周の動作を行う。
このようにしてANDゲートG2からリセット信号RE
SETが与えられた後、時点C2までの時間においては
レジスタ5からの位相差を表す位相差信号Iを補正する
ための分周比「9」が分周器7にロードされ、その後の
時点では、信号PBSG、PLLCKの位相差が期待値
「8」のとおりであるときの分周比N(=8)がロード
されることになる。これによって、その後、入力信号P
BSGの立上りf2と、フェーズロックルーブタロック
信号PLLCKの立上りg2との位相差を可及的に小さ
くすることが可能になる。
発明が解決すべき問題点 このような第9図に示されたデジタルフェーズロックル
ープ装置では、論理回路素子の限界に近い応答速度で動
作を行なうことができ、構成が簡単であるにも拘わらず
、良好な特性が得られる。
しかしながら、この第9図の構成では入力信号PBSG
の周波数が全体に変移したとき特性が悪化してくる。た
とえばデジタルテープレコーダのように磁気テープの走
行速度がドリフトして磁気テープから得られる再生信号
である入力信号がドリフトすると、フェーズロックルー
プのロックが外れることがあり、実際には、このドリフ
トが2〜3%以上になると、ロックが外れる現象が生じ
る。
このような第9図に示された構成を有するデジタルフェ
ーズロックループ装置において、ドリフトなどの原因に
よってロックが外れる現象を第11図を参照して説明す
る。この第11図(1)〜第11図(11)の各波形は
、前述の第10図(1)〜第10図(11)の各波形に
個別的に対応している。RSSフリップフロラ11から
導出される信号Hは第11図(11)に示されるとおり
であり、この信号Hがローレベルである期間では、常に
定数設定回路12からの出力がロード信号Gとして分周
器7に与えられ、この場合、たとえばN=8である。
この第11図において、入力信号PBSGの周波数が第
11図(2)で示される立上りa3から後において低く
なると、この入力信号PBSGの立上りとフェーズロッ
クループクロック信号PLLCKの立上りとの間a3〜
b3の位相差を、論理回路9からのロードクロック信号
F(第11図(9)参照)の時点C3で補正しても、そ
の後の時点d3.e3での分周比「8」が入力信号PB
SGの周波数とは異なっているので、その結果、フェー
ズロックループクロック信号PLLCKの立上りf3で
は、その誤差が積重なり、これによって入力信号PBS
Gと7工−ズロツクルーブクロツク信号PLLCKとの
位相が大きくずれてしまうという問題がある。
本発明の目的は1幅広い入力信号の周波数変化にも良好
な特性で利用できるようにし、しかも簡易な構成で実現
することができるデジタルフェーズロックループ装置を
提供することである。
問題点を解決するための手段 本発明は、固定発振器と、 入力信号とフェーズロックループクロック信号との位相
差を検出する手段と、 固定発振器から発生されるクロック信号を分周してフェ
ーズロックループクロック信号を作る分周器と、 位相差検出信号に応答し、位相差に対応した分周比を設
定する分周比変化回路と、 固定発振器の出力に応答して入力信号の周波数成分を検
出して入力信号とフェーズロックルーズクロック信号と
の位相が一致する分周比をきめる分周比ill整手段と
、 位相差検出信号に応答し、位相差検出時に、分周比変化
回路からの出力を分周器に与え、その後、分周比調整手
段からの出力を分周器に与える分周比切換手段とを含む
ことを特徴とするデジタルフェーズロックループ装置で
ある。
作  用 本発明に従えば、分周比変化回路によって入力信号とフ
ェーズロックループクロック信号との位相差に対応した
分周比を設定し、これによって分周器の動作を行なわせ
る。このような分周比変化回路は、たとえば入力信号の
立上りからフェーズロックルー1クロツク信号の立上り
までの時間を計数して分周比を設定することができる。
分周比調整手段は、入力信号PBSGの最小繰返し周波
数の周波数変化を固定発振器からのクロック信号でシフ
トすることなどによって検出し、この入力信号の周波数
成分に基づいて分周比をきめる1分周比切換手段は位相
差が検出されたとき、ます分周比変化回路によって設定
される分周器を動作させ、その後欠周比調整手段によっ
て設定される分周比で分周器を動作させる。
したがって簡易な構成で幅広い入力信号の周波数の変化
にも良好な特性で対応することができ、フェーズロック
ループのロックが外れることを防ぐことができる。
実施例 第1図は、本発明の一実施例の全体のブロック図である
。この実施例は前述の第7図および第9図に示された構
成に部分的に類似しており、対応する部分には同一の参
照符を付す、この実施例で注目すべきは、入力信号PB
SGの周波数成分を固定発振器4のクロックパルスMC
Kに基づいて検出するために2つのシフトレジスタ12
.13が備えられることである。入力信号PBSGでは
これらのシフトレジスタ12.13のデータ入力端子り
にそれぞれ入力される。
入力信号PBSGは、一方のシフトレジスタ12にはク
ロック入力端子CKに与えられ、他方のシフトレジスタ
13には反転回路N2を介してクロック入力端子CKに
入力される。これらのシフトレジスタ12.13はデー
タ入力端子りにハイレベルの信号が与えられている期間
におけるクロック入力端子CKに入力されたクロックパ
ルス数を計数し、入力信号PBSGを順次シフトしてい
く。
固定発振器4からのクロックパルスMCKの波形は第2
図(1)に示されており、入力信号PBSGの波形は第
2図(2)に示されている。シフトレジスタ12の第7
番目のセルの出力をAQ7とし、第8番目のセルの出力
をAQ8とし、第9番目のセルの出力AQ9とし、第1
0番目のセルの出力をAQIOとするとき、これらは第
2図(3)、第2図(5)、第2図(7)および第2図
(9)にそれぞれ示される。シフトレジスタ13の第7
番目のセルの出力をBQ7とし、第8番目のセルの出力
をBQ8とし、第9番目のセルの出力をBQ9とすると
き、これらは第2図(4)、第2図(6)および第2図
(8)にそれぞれ示されている。シフトレジスタ12.
13の出力は総。
括的に参照符AQ、BQでそれぞれ示され、これらの出
力はラッチ回路14に与えられる。
ラッチ回路14のクロック入力端子CKには固定発振器
4からのクロックパルスMCKが反転回路N3で反転さ
れて入力され、このクロック入力信号に基づいてシフト
レジスタ12.13の出力AQ、BQがそれぞれラッチ
される。第2図(2)に示されている入力信号PBSG
に付されている数字は、その入力信号PBSGがハイレ
ベルである期間における固定発振器4からのクロック信
号の数、すなわちハイレベル期間の長さを示している。
ラッチ回路14にラッチされる信号は、その入力信号P
BSGのハイレベルである期間の長さによって、次の第
1表に示されるように入力信号PBSGのハイレベルで
ある期間の長さにおける固定発振器4のクロックパルス
数7〜9.2Tに対して0.5ステツプで異なっており
、この結果がすなわち入力信号PBSGの周波数に対応
している。ここでTは入力信号PBSGの期待する周期
の値である固定発振器4からのクロック信号のパルス数
「8」である。
第3図(1)〜第3図(9)は第2図(1)〜第2図(
9)にそれぞれ対応する信号波形を示しており、この第
3図では、入力信号P B S G (第3図(2)参
照)の位相が第2図に示される入力信号PBSG (第
2図(2)参照)とはずれた場合を示している。
(以下余白) 第  1  表 入力信号PBSGは、デジタル的に変調されており、期
待する周期Tの2倍、3倍のものも含まれており、上述
の実施例ではその最大周期が2Tの場合を示している。
デコーダ15はラッチ回路14の出力に応答し、出力B
l、B2.B3の合計3ビツトをラッチ回路17に与え
、また周期2Tまたはそれ以上の周期に適合した出力K
を、ORゲート16に与える。
このORゲート16には反転回路N3の出力もまたライ
ン30を介して与えられる。ORゲート16の出力はラ
ッチ回路17のクロック入力端子CKに入力される。
ラッチ回路17はデコーダ15の出力Kが論理「O」で
あるとき、すなわち入力信号PBSGのハイレベルの期
間が固定発振器4のクロックパルス数7〜9の間にある
ときだけ、ラッチ回路17はデコーダ15の出力Bl、
B2.B3をラッチする。これによって入力信号PBS
Gのハイレベルの期間が2T以上であるときにおける誤
動作を防ぐことができる。ラッチ回路17からの出力A
11、A12.A13はデコーダ15の出力Al。
A2.A3にそれぞれ対応しており、それはり−ドオン
リメモリ(ROM)19に入力される。
ところでT形フリップフロップ(TFF)18の出力端
子Qからはもう1つの信号AIOが出力されてリードオ
ンリメモリ19に入力される。論理回路9からのロード
クロック信号FはT形フリップフロッ118にも与えら
れ、T形フリップフロップ18はこのロードクロック信
号Fを受信するたびごとに出力端子Qの信号論理状態を
反転する。
このリードオンリメモリ19は前述の信号AIO〜A1
3をアドレス信号として受信し、出力端子Qから4ビツ
トの出力Rを導出し、データ切換回路11に与える。リ
ードオンリメモリ19の内容は第2表のとおりである。
(以下余白) 第  2  表 リードオンリメモリ19の入力に応じて、その出力Rが
変化し、この状態は第4図〜第6図に示されている。第
4図(1)は固定発振器4のクロックパルスMCKの波
形を示し、第4図(2)は入力信号PBSGの波形を示
し、第4図(3)はフェーズロックループクロック信号
PLLCKの波形を示す、D形フリップ70ツブ3の出
力信号QAは第4図(4)に示されており、カウンタ1
の出力CNTOUTは第4図(5)に示される。
ANDゲートG2からのリセット信号RESETは第4
図(6)に示される。レジスタ5の位相差信号りは第4
図(7)に示され、デコーダ6の出力Eは第4図(8)
樟示されている。論理回路9のロードクロック信号Fは
第4図(9)に示されている。RSフリップフロップ1
0の出力端子Qからの信号Hは第4図(11)に示され
ており、この信号Hがハイレベルであるとき、デコーダ
6の出力Eがロード信号Gとして分周器7にロードされ
、出力Hがローレベルであるとき、データ切換回路11
はリードオンリメモリ19の出力Rをロード信号Gとし
て分周器7にロードする。ロード信号Gは第4図(10
)に示されるとおりである。
第5図(1)〜第5図(11)および第6図(1)〜第
6図(11)は、上述の第4図(1)〜第4図(11)
の各波形に対応している。こうして、入力信号PBSG
の周期が固定発振器4のクロックパルスMCKの7.5
倍である第4図のときには、リードオンリメモリ19の
出力Rは「8」と「9」とを交互に出力してロード信号
Gとする。
また入力信号PBSGの周期が固定発振器4のクロック
パルスMCKの7倍であるときには、第5図に示される
ようにリードオンリメモリ19の出力Rは「9」となり
、これをロード信号Gとして導出する。
さらに入力信号PBSGの周期が固定発振器4のクロッ
クパルスMCKの8.5倍であるときには、第6図に示
されるようにリードオンリメモリ19の出力Rは「7」
と「8」とを交互に出力してロード信号Gとして導出す
る。このようにして第4図〜第6図において、入力信号
PBSGの立上りとフェーズロックループクロック信号
PLLCKの立上りとの間a 4〜b 4 + a 5
〜b 5 + a6〜b6の位相のずれが論理回路9の
ロードクロック信号Fの立下りである時点c4.d4.
e4;c 5 + d 5 * e 5 ; c 6 
+ d 6 、e 6で、ロード信号Gの分周比が変更
され得、したがって時点f4、f5.f6では位相ずれ
が発生しない。
こうして入力信号PBSGの周期が、固定発振器4から
のクロックパルスMCKの周期の7〜9倍の間で変化し
ても、その範囲で入力°信号PBSGの周波数の変化に
対してフェーズロックループのロックレンジが大幅に改
善され、ロックがはずれることが防がれる。
上述の実施例では2つのシフトレジスタ12゜13を用
いており、これによって入力信号PBSGの周波数検出
の精度を固定発振器4のクロックパルスMCKの2分の
1まで上げることができたけれども、このシフトレジス
タ12.13の数をさらに増やすことによって入力信号
PBSGの測定精度を向上することが可能である。
また上述の実施例では、入力信号PBSGの周波数を固
定発振器4のクロックパルスMCKの7゜5倍または8
.5倍とするために、リードオンリメモリ19の出力を
「8」および「9」ならびに「7」および「8」と、交
互に導出するようにしたけれども、本発明の他の実施例
として他の態様でリードオンリメモリ19の出力を導出
することによって、入力信号PBSGの周期に対応して
個別制御でロックを行なうことができるようになる。
効  果 以上のように本発明によれば、入力信号とフェーズロッ
クループクロック信号との位相差に対応した分周比を、
分周比変化回路によって設定し、その後、分周比調整手
段によって入力信号の周波数成分に対応した分周比をき
めて分周器を動作させるようにしたので、入力信号が幅
広い範囲で変動してドリフトしても良好な特性でフェー
ズロックループのロックを行なうことができ、しかも容
易な構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図および
第3図は入力信号PBSGとシフトレジスタ12.13
の出力を示す波形図、第4図、第5図および第6図は第
1図で示された実施例の動作を説明するための波形図、
第7図は先に提案されているデジタルフェーズロックル
ープ装置のプロック図、第8図は第7図に示された装置
の動作を説明するための波形図、第9図は先に提案され
ているデジタルフェーズロックロープ装置のブロック図
、第10図および第11図は第9図に示された装置の動
作を説明するための波形図である。 1・・・カウンタ、3.8・・・D形フリップフロップ
4・・・固定発振器、5・・・レジスタ、6・・・デコ
ーダ、7・・・分周器、9・・・論理回路、10・・・
RSフリップフロップ、11・・・データ切換回路、1
2.13・・・シフトレジスタ、14.17・・・ラッ
チ回路、15・・・デコーダ、18・・・T形フリップ
フロップ、19・・・リードオンリメモリ 代理人  弁理士 西教 圭一部 (すMCに (4) GSA (10)GIj目699119698 (11)  H 第4図 (4) ′cJA (1)MCに (4)◇A 第7図 第9図 (4)ΦA 第10図 (4)ΦA N11図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 固定発振器と、 入力信号とフェーズロックループクロック信号との位相
    差を検出する手段と、 固定発振器から発生されるクロック信号を分周してフェ
    ーズロックループクロック信号を作る分周器と、 位相差検出信号に応答し、位相差に対応した分周比を設
    定する分周比変化回路と、 固定発振器の出力に応答して入力信号の周波数成分を検
    出して入力信号とフェーズロックループクロック信号と
    の位相が一致する分周比をきめる分周比調整手段と、 位相差検出信号に応答し、位相差検出時に、分周比変化
    回路からの出力を分周器に与え、その後、分周比調整手
    段からの出力を分周器に与える分周比切換手段とを含む
    ことを特徴とするデジタルフェーズロックループ装置。
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