JPH0437219A - Clock generating circuit and information processor with the same - Google Patents
Clock generating circuit and information processor with the sameInfo
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はクロック発生回路に係り、特にクロックに基づ
いて論理動作が行われる情報処理装置に内蔵される半導
体集積回路装置のタロツク発生回路に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a clock generation circuit, and more particularly to a tarlock generation circuit for a semiconductor integrated circuit device built into an information processing device that performs logic operations based on a clock.
クロックに基づいて論理動作が行なわれる情報処理装置
では、内部論理の誤動作防止や高速化のためにクロック
のタイミングの管理が重要である。In an information processing device that performs logic operations based on a clock, it is important to manage clock timing in order to prevent malfunctions of internal logic and increase speed.
特に、複数の情報処理装置がある場合、情報処理装置間
でのデータ転送を確実にかつ高速に行なうために、各情
報処理装置のクロックが同期しているとともに、クロッ
クスキューと呼ばれるクロック間の位相変動が小さいこ
とが望ましい。In particular, when there are multiple information processing devices, in order to transfer data reliably and at high speed between the information processing devices, the clocks of each information processing device must be synchronized, and the phase between the clocks called clock skew must be adjusted. It is desirable that the fluctuations be small.
このような要求を満たすため、従来は特開昭63−26
8020号公報に記載のように、外部信号と同期したク
ロックを発生させるクロック発生回路を用いていた。ま
た、このようなりロック発生回路については、アイ イ
ー イー イー ジャーナルオブ ソリッド ステート
、サーキッッ、ニスシー22.ナンバー2 (1987
年)第255頁から第261頁(IEEE Journ
al of 5olid−5tateCircuits
、 VoR,SC22,Nn2(1987)p p22
5−2’61)に論じられているように、位相同期ルー
プ(以下PLLと略す: Phase−LockedL
ooρ)を用いることが示されている。In order to meet such requirements, conventionally
As described in Japanese Patent No. 8020, a clock generation circuit that generates a clock synchronized with an external signal was used. Also, regarding this type of lock generation circuit, see IE Journal of Solid State, Circuit, Nisshi 22. Number 2 (1987
), pages 255 to 261 (IEEE Journal
al of 5olid-5tateCircuits
, VoR, SC22, Nn2 (1987) p p22
5-2'61), the phase-locked loop (hereinafter abbreviated as PLL: Phase-LockedL)
ooρ) is shown to be used.
このPLLを用いた従来のクロック発生回路のブロック
構成を第2図に示す。クロック発生回路100は、位相
比較器10.ローパスフィルタ(LPF)20.電圧制
御発振器(VC○)3o。FIG. 2 shows a block configuration of a conventional clock generation circuit using this PLL. The clock generation circuit 100 includes a phase comparator 10. Low pass filter (LPF) 20. Voltage controlled oscillator (VC○) 3o.
分周器40から成るPLLで構成されている。ここで1
位相比較器1oは外部信号に係るタイミング信号STと
同期クロック信号CPとの位相差を常に比較し、この位
相差によって生じる出力をLPF20で平滑し、vC○
30の制御信号として与える。vC○30はLPF20
の出力に応じて発振周波数を増減し、分局器40を介し
て同期クロック信号として出力する帰還系となっている
。It is composed of a PLL consisting of a frequency divider 40. Here 1
The phase comparator 1o constantly compares the phase difference between the timing signal ST and the synchronized clock signal CP related to the external signal, and smoothes the output caused by this phase difference with the LPF 20, and outputs vC○.
30 control signals. vC○30 is LPF20
The oscillation frequency is increased/decreased according to the output of the oscillation frequency, and the oscillation frequency is increased/decreased in accordance with the output of the synchronous clock signal, which is then output as a synchronized clock signal via the branch divider 40.
このクロック発生回路は、タイミング信号の位相が同相
クロック信号の位相よりも進んでいるときは1位相比較
器10はその位相差を検出し、LPF20を介して■C
○3oの発振周波数を上げるように動作する。VCO3
0の発振周波数が上がれば同期クロック信号の周波数が
上がるため、同期クロック信号の位相は進み、タイミン
グ信号との位相を小さくするよう動作する。逆にタイミ
ング信号の位相が同期クロック信号の位相よりも遅れて
いるときは、同期クロック信号の位相を遅らせるように
動作するため、タイミング信号と同期クロック信号との
位相差を同様に小さくなる。In this clock generation circuit, when the phase of the timing signal is ahead of the phase of the in-phase clock signal, the 1 phase comparator 10 detects the phase difference, and the
○ Operates to increase the oscillation frequency of 3o. VCO3
If the oscillation frequency of 0 increases, the frequency of the synchronized clock signal increases, so the phase of the synchronized clock signal advances and operates to reduce the phase with the timing signal. Conversely, when the phase of the timing signal lags behind the phase of the synchronous clock signal, it operates to delay the phase of the synchronous clock signal, thereby similarly reducing the phase difference between the timing signal and the synchronous clock signal.
すなわち、クロック発生回路100はタイミング信号と
同期クロック信号との位相差を同期させ、かつ周波数が
一致するよう動作し、自動周波数制御の役目を果たして
いる。That is, the clock generation circuit 100 synchronizes the phase difference between the timing signal and the synchronized clock signal and operates so that the frequencies match, thereby fulfilling the role of automatic frequency control.
まず、上記従来技術の問題点について説明する。 First, problems with the above-mentioned conventional technology will be explained.
第2図のクロック発生回路100では、各部10〜40
で構成するPLLの帰還系により、タイミング信号と同
期クロック信号との位相同期と周波数の一致を実現して
いる。しかし、同期クロック信号の周波数範囲はVCO
30の発振周波数可変範囲で制限されるので周波数範囲
を広くするにはvCOの利得を大きくしなければならな
い。一方、タロツクスキューを低減するには、vCOの
利得又はLPFの広域利得を小さくすることでPLLの
一巡ループ利得を小さくしなければならない。In the clock generation circuit 100 shown in FIG.
The PLL feedback system consisting of the following realizes phase synchronization and frequency matching between the timing signal and the synchronous clock signal. However, the frequency range of the synchronous clock signal is
Since the oscillation frequency variable range is limited to 30, the gain of vCO must be increased to widen the frequency range. On the other hand, in order to reduce the tarot skew, the open loop gain of the PLL must be reduced by reducing the gain of the vCO or the wide area gain of the LPF.
このように、同期クロック信号の周波数範囲拡大と、タ
ロツクスキューの低減はvCOの利得だけでは両立でき
ない。前記アイ イー イー イージャーナル オブ
ソリッド ステート、サーキツッ、ニス シー22.ナ
ンバー2(1987年)第255頁から第261頁に示
されているクロック発生回路では、LPFの広域利得を
小さくして両立を図っている。ここで、広域利得を小さ
くするとLPFの時定数が小さくなりPLLが不安定に
なるため、0.1μFの外部コンデンサを用いて時定数
を確保していた。このように、コンデンサを外付けにす
ると、リードピンを介してノイズが入り同期クロック信
号のスキューが大きくなる問題があった。In this way, expanding the frequency range of the synchronized clock signal and reducing tarot skew cannot be achieved simultaneously by increasing the vCO gain alone. Said IE Journal of
Solid state, circuit, varnish 22. In the clock generation circuit shown in No. 2 (1987), pages 255 to 261, the wide-range gain of the LPF is reduced to achieve both. Here, if the wide-range gain is made small, the time constant of the LPF becomes small and the PLL becomes unstable, so a 0.1 μF external capacitor is used to secure the time constant. As described above, when the capacitor is externally attached, there is a problem in that noise enters through the lead pin and increases the skew of the synchronized clock signal.
本発明の目的は、広い範囲で周波数が変化する外部入力
のタイミング信号に追従して動作し、小さなりロックス
キューの同期クロック信号を発生するクロック発生回路
を提供することにある。An object of the present invention is to provide a clock generation circuit that operates by following an externally input timing signal whose frequency changes over a wide range and generates a synchronous clock signal with a small lock skew.
上記目的は、位相比較手段と該位相比較手段の出力を平
滑するループフィルタ手段と該ループフィルタ手段の出
力レベルに応じた周波数信号を発生する電圧制御発振手
段を有し、該発振周波数信号の位相と外部から入力され
るタイミング信号とを前記位相比較手段に入力し、該タ
イミング信号に同期した同期クロック信号を出力する構
成のクロック発生回路において、前記ローパスフィルタ
手段の出力を入力とし前記電圧制御発振手段の自走周波
数を変化させる自走周波数制御手段を設けることで達成
している。The above object has a phase comparison means, a loop filter means for smoothing the output of the phase comparison means, and a voltage controlled oscillation means for generating a frequency signal according to the output level of the loop filter means, and a timing signal inputted from the outside to the phase comparison means, and outputs a synchronized clock signal synchronized with the timing signal, wherein the output of the low-pass filter means is input and the voltage controlled oscillation is performed. This is achieved by providing free-running frequency control means that changes the free-running frequency of the means.
PLLは、タイミング信号の周波数が同期クロンク信号
よりも高くなると、ループフィルタ手段の出力を高い方
に変化させる。また、自走周波数制御手段は、ループフ
ィルタ手段の出力が高くなると電圧制御発振手段の発振
する中心周波数を高いほうに変化させる。それらによっ
て、タイミング信号の周波数が高くなると、クロック発
生回路の同期クロック信号の周波数範囲も周波数の高い
ほうに変化させる。逆に、タイミング信号の周波数が低
くなると、同期クロック信号の周波数範囲を周波数の低
いほうに変化させる。このように、自走周波数制御手段
を有するクロック発生回路はタイミング信号の周波数に
応じて同期クロック信号の周波数範囲が変化されるので
広い周波数のタイミング信号に同期できる。The PLL changes the output of the loop filter means higher when the frequency of the timing signal becomes higher than the synchronized clock signal. Further, the free-running frequency control means changes the center frequency of oscillation of the voltage controlled oscillation means to a higher side when the output of the loop filter means becomes higher. As a result, when the frequency of the timing signal becomes higher, the frequency range of the synchronous clock signal of the clock generation circuit is also changed to a higher frequency. Conversely, when the frequency of the timing signal becomes lower, the frequency range of the synchronous clock signal is changed to a lower frequency. In this way, the clock generation circuit having the free-running frequency control means can synchronize with timing signals of a wide range of frequencies because the frequency range of the synchronization clock signal is changed according to the frequency of the timing signal.
さらに、動作周波数範囲は自走周波数制御手段により確
保できるので、vCOの利得を小さくして同期クロック
信号のスキューをを低減できる。Furthermore, since the operating frequency range can be secured by the free-running frequency control means, the gain of vCO can be reduced to reduce the skew of the synchronous clock signal.
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第1
図は本発明の第1の実施例のブロック構成を示す。図示
のように本実施例は、PLLを用いたタロツク発生回路
100であり、第2図の従来例と同一符号のものは同一
の機能・構成を有する部分である。図において第2図の
従来例と異なるところは、ループフィルタの出力信号V
Fを入力とし、その電圧に応じてVCO30の発振する
中心周波数を変化させる自走周波数制御回路50が設け
られていることである。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
The figure shows a block configuration of a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, this embodiment is a tarlock generation circuit 100 using a PLL, and the same reference numerals as in the conventional example in FIG. 2 indicate parts having the same functions and configurations. In the figure, the difference from the conventional example in Figure 2 is that the loop filter output signal V
A free-running frequency control circuit 50 is provided which receives F as an input and changes the center frequency at which the VCO 30 oscillates according to the voltage.
この制御回路50は、LPF、2.0の出力でvCO3
oの発振する中心周波数を変化させる信号Ioを出力す
る。タイミング信号STの周波数が同期クロック信号C
Pよりも高くなると、PLLはり、PF20の出力を高
い方に変化させる。この変化により、制御回路SOは、
VCO30の発振する中心周波数を高い方に変化させる
信号1oを出力する。逆に、タイミング信号の周波数が
低くなると、VCO30の中心周波数を低い方に変化さ
せる。This control circuit 50 has vCO3 at the output of LPF 2.0.
outputs a signal Io that changes the center frequency of the oscillation. The frequency of the timing signal ST is the synchronous clock signal C
When the value becomes higher than P, the PLL changes the output of the PF 20 to a higher value. Due to this change, the control circuit SO becomes
A signal 1o that changes the center frequency of the oscillation of the VCO 30 to a higher value is output. Conversely, when the frequency of the timing signal becomes lower, the center frequency of the VCO 30 is changed to a lower value.
この動作を第3図に示すvCOの特性図で説明する。こ
の特性はvCOの入力電圧VFと出力信号CP○の周波
数の関係を示したものである。タイミング信号STの周
波数が同期クロック信号CPよりも高くなりLPF20
の出力が高い方に変化すると、自走周波数の制御信号I
OがIOに変化し、vCOの中心周波数が高いほうに変
化する。逆に、タイミング信号の周波数が低くなると、
制御信号IoはIo に変化し、vCOの中心周波数
を低い方に変化する。This operation will be explained using the vCO characteristic diagram shown in FIG. This characteristic shows the relationship between the input voltage VF of vCO and the frequency of the output signal CP○. The frequency of the timing signal ST becomes higher than the synchronous clock signal CP, and the LPF20
When the output of changes to the higher side, the free-running frequency control signal I
O changes to IO, and the center frequency of vCO changes to a higher one. Conversely, when the frequency of the timing signal decreases,
The control signal Io changes to Io, changing the center frequency of vCO downward.
ここで、同期クロック信号CPはVCO30の発振出力
信号CPOを分周器40で分周した信号である。したが
って、同期クロック信号CPの周波数範囲はVCO30
の発振周波数範囲と比例関係にある。Here, the synchronous clock signal CP is a signal obtained by dividing the oscillation output signal CPO of the VCO 30 by a frequency divider 40. Therefore, the frequency range of the synchronous clock signal CP is
It is proportional to the oscillation frequency range.
このように、本実施例によればタイミング信号STの周
波数に応じて同期クロック信号の周波数範囲が変化され
るので広い周波数のタイミング信号に同期できる。さら
に、vCOの動作周波数は自走周波数制御回路で変化さ
せるので、vCOの利得を小さくしてスキューを低減で
きる。したがって、本実施例によればタイミング信号S
Tの周波数変化に対応可能な広い周波数範囲で動作し、
かつスキューが小さいタロツク発生回路を実現できる。In this way, according to this embodiment, the frequency range of the synchronization clock signal is changed according to the frequency of the timing signal ST, so that synchronization can be performed with a timing signal having a wide range of frequencies. Furthermore, since the operating frequency of the vCO is changed by the free-running frequency control circuit, the gain of the vCO can be reduced and the skew can be reduced. Therefore, according to this embodiment, the timing signal S
Operates in a wide frequency range that can accommodate frequency changes of T,
Moreover, a tarock generation circuit with small skew can be realized.
第4図に本発明の他の実施例のブロック図を示す。第1
図の従来例と同一の機能・構成を有する部分は同一符号
で示している。ここでは、LPF20、vCO30,自
走周波数制御回路50のブロック構成を詳しく示してい
る。なお、各ブロックの具体的な実施例については第5
〜9図により、後述する。FIG. 4 shows a block diagram of another embodiment of the invention. 1st
Parts having the same functions and configurations as those of the conventional example shown in the figure are indicated by the same reference numerals. Here, the block configurations of the LPF 20, vCO 30, and free-running frequency control circuit 50 are shown in detail. For specific examples of each block, please refer to Part 5.
This will be described later with reference to FIGS.
第4図において、LPF20は、定電流回路21.22
と、コンデンサ23と、MOSトランジスタ24.25
と、抵抗26〜28で構成される。ここで、LPF20
の入力信号である位相比較器10の出力PU、PDのパ
ルス幅は、タイミング信号STと同期クロック信号CP
Uの位相差で変化する。定電流回路21.22は、これ
らのパルス信号でスイッチングされるので、コンデンサ
23には前記STとCPの位相差に比例した電流が流れ
る。この結果、コンデンサ23の電圧VFCは前記ST
とCPの位相差を積分した信号となる。In FIG. 4, the LPF 20 includes constant current circuits 21 and 22.
, capacitor 23, and MOS transistor 24.25
and resistors 26 to 28. Here, LPF20
The pulse widths of the outputs PU and PD of the phase comparator 10, which are the input signals of the timing signal ST and the synchronized clock signal CP, are
It changes depending on the phase difference of U. Since the constant current circuits 21 and 22 are switched by these pulse signals, a current proportional to the phase difference between ST and CP flows through the capacitor 23. As a result, the voltage VFC of the capacitor 23 is
This is a signal obtained by integrating the phase difference between and CP.
また、MoSトランジスタ24.25も前記パルス信号
ST、CPでスイッチングされるので、抵抗26〜28
で分圧した電圧VFRは、前記PU、PDと等しいパル
ス幅で変化し、その平均電圧は前記STとCPの位相差
に比例する。このように、LPF20は位相差に比例し
た電圧VFRと位相差を積分した電圧VFCを出力する
。Furthermore, since the MoS transistors 24 and 25 are also switched by the pulse signals ST and CP, the resistors 26 to 28
The divided voltage VFR changes with a pulse width equal to that of the PU and PD, and its average voltage is proportional to the phase difference between the ST and CP. In this way, the LPF 20 outputs the voltage VFR proportional to the phase difference and the voltage VFC integrated with the phase difference.
VC030はV/I31.加算回路33.電流制御発振
器(CCO)32で構成し、LPF20の出力電圧VF
CとVFRの電圧差はV/I31で電流に変換される。VC030 is V/I31. Addition circuit 33. Consists of a current controlled oscillator (CCO) 32, output voltage VF of LPF 20
The voltage difference between C and VFR is converted into a current by V/I31.
CCO32はこの電流と前記制御回路50の制御電流I
O和に比例した周波数の信号cpoを出力する。The CCO 32 receives this current and the control current I of the control circuit 50.
A signal cpo with a frequency proportional to the sum of O is output.
自走周波数制御回路50は、電圧電流変換回路(V/I
)51.52とコンデンサ53で構成されている。ここ
で、V/I51は入力電圧VFRとV/I内部の基準電
圧VRFとの差を電流に変換するよう動作し、この電流
はコンデンサ53で積分される。この結果、コンデンサ
53の電圧はLPF20の出力電圧VFCが基準電圧V
P、 Fと等しくなった点で安定する。V/I52は
この電圧をvCOの自走周波数制御電流Ioに変換して
出力する。The free-running frequency control circuit 50 is a voltage-current conversion circuit (V/I
) 51, 52 and a capacitor 53. Here, the V/I 51 operates to convert the difference between the input voltage VFR and the reference voltage VRF inside the V/I into a current, and this current is integrated by the capacitor 53. As a result, the voltage of the capacitor 53 is such that the output voltage VFC of the LPF 20 is equal to the reference voltage V
It becomes stable at the point where P and F are equal. The V/I 52 converts this voltage into a free running frequency control current Io of vCO and outputs it.
第5図に位相比較器10の一実施例を示す。本回路は、
インバータ101と102,112と113.2人力N
AND103〜108.3人力NAND110と111
.4人力NAND109のゲート回路から構成されてい
る周波数・位相比較型の位相比較器である。これらの回
路によりタイミング信号STと同期クロック信号CPと
の立ち上がりの位相差をパルス信号PU、PDに変換し
て出力する。FIG. 5 shows an embodiment of the phase comparator 10. This circuit is
Inverter 101 and 102, 112 and 113.2 manual power N
AND103~108.3 human power NAND110 and 111
.. This is a frequency/phase comparison type phase comparator consisting of a four-power NAND109 gate circuit. These circuits convert the phase difference between the rising edges of the timing signal ST and the synchronous clock signal CP into pulse signals PU and PD, and output the pulse signals PU and PD.
この動作を第6図に示すタイミングチャートで説明する
。タイミング信号STの位相が同期クロック信号の位相
より進んでいるときは、図中(A)で示すように信号P
Uに位相差に相当するパルス幅のパルス信号を出力する
。逆に遅れているときは、図中(B)で示すように信号
PDに位相差に相当する信号を出力する。タイミング信
号STと位相が同期クロック信号CPの立ち上がりが一
致したときが同期状態であり、図中(C)で示すように
いずれの出力にも変化がない。This operation will be explained using the timing chart shown in FIG. When the phase of the timing signal ST is ahead of the phase of the synchronized clock signal, the signal P is shifted as shown in (A) in the figure.
A pulse signal with a pulse width corresponding to the phase difference is output to U. On the other hand, when there is a delay, a signal corresponding to the phase difference is output as the signal PD, as shown in (B) in the figure. A synchronous state occurs when the rising edge of the synchronous clock signal CP matches the phase of the timing signal ST, and there is no change in any of the outputs, as shown by (C) in the figure.
すなわち、本実施例では、タイミング信号STと同期ク
ロック信号CPとの位相差をPU、PDのパルス幅に変
換して出力している。That is, in this embodiment, the phase difference between the timing signal ST and the synchronous clock signal CP is converted into pulse widths of PU and PD and output.
第7図にループフィルタ20の一実施例を示す。FIG. 7 shows an embodiment of the loop filter 20.
本実施例はインバータゲート回路201,202゜21
2.206と、MOSトランジスタ204゜205.2
07,208,210,213,214゜221〜22
4と、抵抗203,215〜216、コンデンサ211
で構成している。ここで、MOSトランジスタ204,
205,210及び207゜208はそれぞれカレント
ミラー回路を構成し。In this embodiment, inverter gate circuits 201, 202゜21
2.206 and MOS transistor 204°205.2
07,208,210,213,214°221~22
4, resistors 203, 215 to 216, and capacitor 211
It consists of Here, the MOS transistor 204,
205, 210, and 207° and 208 constitute current mirror circuits, respectively.
抵抗203で決定される定電流をMOS)−ランジスタ
211〜224で構成する電流スイッチに供給されてい
る。この電流スイッチは位相比較器10の出力信号PU
、PDと、それらをインバータゲート201.202で
反転した信号で差動で駆動している。このため、カレン
トミラーの出力であるMOSトランニスタ208及び2
10のドレイン電流の変化がなく、高速な電流スイッチ
が可能となる。又、入出力を接続したインノく一タゲー
ト206はダミースイッチのMOSトランジスタ221
と223のドレインにバイアスを与えるものであり、本
回路により、差動MOSスイッチ、211〜214のド
レイン電圧が等しくなるので、寄生容量チャージシェア
が小さく、精度良く電流切換ができる。このように、高
速でかつ精度良くスイッチングされた電流をコンデンサ
に流すことができるので、出力電圧VFCは正確な入力
位相の積分値となる。A constant current determined by a resistor 203 is supplied to a current switch constituted by MOS transistors 211 to 224. This current switch is connected to the output signal PU of the phase comparator 10.
, PD, and are driven differentially by signals inverted by inverter gates 201 and 202. Therefore, the MOS transistors 208 and 2 which are the output of the current mirror
There is no change in the drain current of 10, and high-speed current switching is possible. In addition, the input/output connected input/output gate 206 is a dummy switch MOS transistor 221.
This circuit applies a bias to the drains of the differential MOS switches 211 to 214, so that the parasitic capacitance charge share is small and current switching can be performed with high precision. In this way, since a current switched at high speed and with high precision can be passed through the capacitor, the output voltage VFC becomes an accurate integral value of the input phase.
一方、MOS)−ランジスタ213.抵抗215〜21
7.インバータゲート212は位相比較器10の出力信
号PU、PDで動作し、その出力VFRはPU、PDが
共ニ1(Q 11のとき、電源電圧VDDを抵抗216
と217で分圧した電圧となり、PU又はPDのいずれ
かが′1″になるとMOSトランジスタ213又は21
4がON状態となり、出力電圧VFRをΔVだけ正又は
負に変化する。この変化する時間は前記PU、PDのパ
ルス幅と等しいので、この変化電圧の平値はタロツク発
生回路10の入力位相差と比例する。On the other hand, MOS)-transistor 213. Resistance 215-21
7. The inverter gate 212 operates with the output signals PU and PD of the phase comparator 10, and its output VFR is set to
and 217, and when either PU or PD becomes '1'', the MOS transistor 213 or 21
4 becomes ON state, and the output voltage VFR changes to positive or negative by ΔV. Since this changing time is equal to the pulse width of the PU and PD, the average value of this changing voltage is proportional to the input phase difference of the tarock generating circuit 10.
以上の動作により、本実施例のタイミング20は入力位
相に比例した電圧VFRと入力位相の積分値に比例した
電圧VFCを発生している。Through the above-described operation, the timing 20 of this embodiment generates the voltage VFR proportional to the input phase and the voltage VFC proportional to the integral value of the input phase.
第8図に電圧制御発振器30の一実施例を示す。FIG. 8 shows an embodiment of the voltage controlled oscillator 30.
本実施例はMOS)−ランジスタ302〜310゜31
4.316,319,322、バイポーラトランジスタ
311,312,317,318、ダイオード313,
315、抵抗301.コンデンサ325、インバータ3
23で構成している。ここで、トランジスタ302〜3
07と抵抗301は入力電圧であるVFCとVFRの電
圧差を電流Iiに変換し、MOS)−ランジスタ305
と307のドレインから出力する。また、MO3I−ラ
ンジスタ308〜309,314,316と、バイポー
ラトランジスタ311,312,317,318、ダイ
オード313,315、コンデンサ325は、電流制御
発振回路を構成し、この発振周波数はMO3I−ランジ
スタ308のドレインの電流で制御できる。この発振周
波数foは、コンデンサ325の容量をCo 、ダイオ
ード313,315の順方向電圧をVaεとし、MOS
)−ランジスタ308〜310のサイズが等しいとする
と、次式%式%
また、MOSトランジスタ319〜322とインバータ
ゲート回路323は前記電流制御発振器の差動出力を0
〜VDDのCMOSレベルの信号に変換する回路である
。(1)式で示されるように、本実施例の電圧制御発振
回路は自走周波数制御回路からの制御電流Ioで発振周
波数の中心を変えることができる。This embodiment is a MOS)-transistor 302~310°31
4.316, 319, 322, bipolar transistor 311, 312, 317, 318, diode 313,
315, resistance 301. Capacitor 325, inverter 3
It consists of 23 parts. Here, transistors 302 to 3
07 and resistor 301 convert the voltage difference between input voltage VFC and VFR into current Ii, and MOS)-transistor 305
and is output from the drain of 307. Furthermore, the MO3I transistors 308 to 309, 314, 316, bipolar transistors 311, 312, 317, 318, diodes 313, 315, and capacitor 325 constitute a current controlled oscillation circuit, and this oscillation frequency is the same as that of the MO3I transistor 308. Can be controlled by drain current. This oscillation frequency fo is determined by setting the capacitance of the capacitor 325 as Co, the forward voltage of the diodes 313 and 315 as Vaε, and the MOS
) - Assuming that the sizes of the transistors 308 to 310 are equal, the following formula % formula
This is a circuit that converts the signal to a CMOS level signal of ~VDD. As shown in equation (1), the voltage controlled oscillation circuit of this embodiment can change the center of the oscillation frequency using the control current Io from the free-running frequency control circuit.
第9図に分周器40の一実施例を示す。本実施例は、ク
ロンクドインバータゲート回路402゜404.412
,414とインバータゲート回路403、.413によ
る帰還形ラッチ回路4o1゜411をインバータゲート
回路405を介して帰還し、各帰還形ラッチ回路を■C
Qの出力信号であるCPoとCPOをインバータゲート
回路406を介した信号で駆動するよう構成している。FIG. 9 shows one embodiment of the frequency divider 40. In this embodiment, the clocked inverter gate circuit 402°404.412
, 414 and inverter gate circuits 403, . The feedback type latch circuit 4o1゜411 by 413 is fed back via the inverter gate circuit 405, and each feedback type latch circuit is
The Q output signals CPo and CPO are configured to be driven by signals via an inverter gate circuit 406.
この構成により、vC○の出力信号であるCPOの周波
数を1/2に分周し、同期クロック信号CPとして出力
している。With this configuration, the frequency of CPO, which is the output signal of vC○, is divided into 1/2 and output as the synchronous clock signal CP.
第10図に自走周波数制御回路50の一実施例を示す。FIG. 10 shows an embodiment of the free-running frequency control circuit 50.
本実施例はMOSトランニスタ502〜508.511
〜514、抵抗509,510、コンデンサ515で構
成される。ここで、MOSトランジスタ502〜508
,511、抵抗509゜511は入力電圧VFCを電流
に変換する電圧電流変換回路である。本回路は、抵抗5
09と510で分圧した電圧V REFと入力電圧VF
Cの差電圧を電流に変換しコンデンサ511に流す。こ
の電流出力は正負に変化しかつ、出力点は電圧変化範囲
が広いことが必要である。このため、PMOSトランジ
スタ502〜504で構成する定電流のカレントミラー
回路と、NMOSトランジスタ507と511で構成す
る入力電圧で変化するカレントミラー回路を設け、これ
らのカレントミラー出力を接続する構成とした。In this embodiment, MOS transistors 502 to 508.511
514, resistors 509 and 510, and a capacitor 515. Here, MOS transistors 502 to 508
, 511, resistor 509, and 511 are voltage-current conversion circuits that convert input voltage VFC into current. This circuit consists of resistor 5
Voltage V REF divided by 09 and 510 and input voltage VF
The differential voltage of C is converted into a current and passed through the capacitor 511. This current output changes between positive and negative, and the output point needs to have a wide voltage change range. For this reason, a constant current current mirror circuit made up of PMOS transistors 502 to 504 and a current mirror circuit that changes depending on the input voltage made up of NMOS transistors 507 and 511 are provided, and the current mirror outputs of these are connected.
コンデンサ511の電圧はMOSトランジスタ514で
電流に変換し、この電流をMOSトランジスタ512,
513で構成するカレントミラーで変換し、制御電流I
oを出力している。The voltage of the capacitor 511 is converted into a current by a MOS transistor 514, and this current is converted to a current by a MOS transistor 512,
The control current I is converted by a current mirror composed of 513
o is output.
第11図は、第1図又は第2図のクロック発生回路を用
いて構成した情報処理装置の一実施例である。情報処理
LSI710〜730はクロック発生回路711〜71
3を内蔵している。各クロック回路はタイミング制御回
路60から出力される共通のタイミング信号で制御され
ている。したがって各LSI710〜730の論理ブロ
ック712.713,722,723,732を制御す
るクロック信号はすべて同期し、LSI間でローカルバ
ス750やシステムバス760を介するデータ転送の同
期がとられ、データ転送を確実に行なうことができる。FIG. 11 shows an embodiment of an information processing apparatus constructed using the clock generation circuit shown in FIG. 1 or 2. In FIG. Information processing LSIs 710 to 730 are clock generation circuits 711 to 71
It has 3 built-in. Each clock circuit is controlled by a common timing signal output from a timing control circuit 60. Therefore, the clock signals that control the logic blocks 712, 713, 722, 723, and 732 of each LSI 710 to 730 are all synchronized, and data transfer between LSIs via the local bus 750 and system bus 760 is synchronized. It can be done reliably.
また、データ転送が確実にできることにより、高速化が
可能となり、高速な情報処理装置が実現できる。Furthermore, since data transfer can be performed reliably, high-speed data transfer is possible, and a high-speed information processing device can be realized.
以上説明したように1本発明によれば、自走周波数制御
手段により、電圧制御発振手段の発振周波数範囲はルー
プフィルタ手段の出力レベルで変化するよう動作するの
で、タイミング信号の周波数が変化しても、同期クロッ
ク信号の周波数範囲をタイミング信号の周波数に同期さ
せることができる。さらに、電圧制御発振手段の利得は
タイミング信号に周波数変化に関係なく設定できるので
、電圧制御発振手段の利得を下げてクロックスキューを
低減することができる。As explained above, according to the present invention, the free-running frequency control means operates so that the oscillation frequency range of the voltage-controlled oscillation means changes with the output level of the loop filter means, so that the frequency of the timing signal changes. Also, the frequency range of the synchronized clock signal can be synchronized to the frequency of the timing signal. Further, since the gain of the voltage controlled oscillation means can be set in the timing signal regardless of frequency changes, it is possible to lower the gain of the voltage controlled oscillation means and reduce clock skew.
これにより、複数の情報処理装置間のデータ転送を含む
データ処理の動作を確実に同期させることが可能になる
。This makes it possible to reliably synchronize data processing operations including data transfer between multiple information processing devices.
第1図は本発明の一実施例のクロック発生回路、第2図
は従来例のクロック発生回路、第3図は本発明の電圧制
御発振器の特性、第4図は本発明の他の実施例のクロッ
ク発生回路、第5図は位相比較器10の一実施例の構成
図、第6図は第5図位相比較器のタイムチャート、第7
図はループフィルタ20の一実施例の構成図、第8図は
電圧制御発振器30の一実施例の構成図、第9図は分周
器40の一実施例の構成図、第10図は自走周波数制御
回路50の一実施例の構成図、第11図は本発明のクロ
ック発生回路を用いた情報処理装置である。
10 位相比較器、20・・ループフィルタ、30電圧
制御発振器、40 分周器、50・自走周第2図
第3図
入力を灰
Zb図
(^)
(Bン
(C)FIG. 1 shows a clock generating circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a conventional clock generating circuit, FIG. 3 shows characteristics of a voltage controlled oscillator according to the present invention, and FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. 5 is a block diagram of an embodiment of the phase comparator 10, FIG. 6 is a time chart of the phase comparator 10 shown in FIG. 5, and FIG.
8 is a configuration diagram of an embodiment of the voltage controlled oscillator 30, FIG. 9 is a configuration diagram of an embodiment of the frequency divider 40, and FIG. 10 is a configuration diagram of an embodiment of the frequency divider 40. FIG. 11, which is a block diagram of one embodiment of the running frequency control circuit 50, is an information processing device using the clock generation circuit of the present invention. 10 Phase comparator, 20... Loop filter, 30 Voltage controlled oscillator, 40 Frequency divider, 50 Free running cycle Figure 2 Figure 3 Input gray Zb diagram (^) (Bn (C)
Claims (1)
相比較手段と、該位相比較手段の出力信号を入力し伝達
特性を制御するループフィルタ手段と、該ループフィル
タ手段の出力信号に応じた周波数の信号を発生する電圧
制御発振手段とを有し、該発振手段の出力信号に基づい
たクロック信号を出力信号するとともに、該クロック信
号と外部から与えられるタイミング信号とを前記位相比
較手段に入力してなるクロック発生回路において、前記
ループフィルタ手段の出力信号を入力とし、前記電圧制
御発振手段の自走発振周波数を制御させる自走周波数制
御手段を設けたことを特徴とするクロック発生回路。 2、2つの入力信号の位相差に応じた信号を出力する位
相比較手段と、該位相比較手段の出力信号を入力し伝達
特性を制御するループフィルタ手段と、該ループフィル
タ手段の出力信号に応じた周波数の信号を発生する電圧
制御発振手段と、該発振手段の出力信号に基づいたクロ
ック信号を複数のクロック信号に分配する分配手段と、
前記ループフィルタ手段の出力信号を入力とし、前記電
圧制御発振手段の自走発振周波数を制御させる自走周波
数制御手段を有し、前記分配手段から出力されるクロッ
ク信号と外部から与えられるタイミング信号とを前記位
相比較手段に入力してなるクロック発生回路。 3、特許請求の範囲第1項又は第2項において、前記自
走周波数制御手段を前記ループフイルタ手段の出力信号
を積分する積分手段と、該積分手段の出力を前記電圧制
御発振手段の自走発振周波数を制御する信号に変換する
信号変換手段で構成したことを特徴とするクロック発生
回路。 4、特許請求の範囲第1項又は第2項において、前記ル
ープフィルタ手段を伝達特性が1次遅れとなる遅れ要素
手段と、周波数変化に対し一定となる比例要素手段で構
成し、該遅れ回路手段の出力で前記自走周波数制御手段
の入力としたことを特徴とするクロック発生回路。 5、複数の情報処理装置がバスを介して接続され、各情
報処理装置は共通に与えられるタイミング信号に同期し
たクロック信号を発生するクロック発生手段を有し、該
クロック信号に基づいて他の情報処理間とのデータ転送
を含む処理を同期させて実行する情報処理システムにお
いて、前記各情報処理装置に設けられるクロック発生手
段が、2つの入力信号の位相差に応じた信号を出力する
位相比較手段と、該位相比較手段の出力信号を入力し伝
達特性を制御するループフィルタ手段と、該ループフィ
ルタ手段の出力信号に応じた周波数の信号を発生する電
圧制御発振手段と、前記電圧制御発振手段の自走発振周
波数を制御させる自走周波数制御手段を有し、前記電圧
制御発振手段から出力されるクロック信号と外部から与
えられるクロック信号とを前記位相比較手段に入力して
構成することを特徴とする情報処理システム。[Claims] 1. Phase comparison means for outputting a signal according to the phase difference between two input signals, loop filter means for inputting the output signal of the phase comparison means and controlling transfer characteristics, and the loop filter. voltage-controlled oscillation means for generating a signal with a frequency corresponding to the output signal of the oscillation means, outputting a clock signal based on the output signal of the oscillation means, and combining the clock signal with a timing signal given from the outside; is input to the phase comparison means, the clock generation circuit is characterized in that it is provided with free-running frequency control means that receives the output signal of the loop filter means and controls the free-running oscillation frequency of the voltage-controlled oscillation means. Clock generation circuit. 2. A phase comparison means for outputting a signal according to the phase difference between two input signals, a loop filter means for inputting the output signal of the phase comparison means and controlling the transfer characteristic, and a loop filter means for controlling the transfer characteristic according to the output signal of the loop filter means. a voltage-controlled oscillation means for generating a signal with a frequency of a given frequency; and a distribution means for distributing a clock signal based on an output signal of the oscillation means into a plurality of clock signals;
Free-running frequency control means receives the output signal of the loop filter means and controls the free-running oscillation frequency of the voltage-controlled oscillation means, and includes a clock signal output from the distribution means and a timing signal given from the outside. a clock generation circuit, which inputs the phase comparison means to the phase comparison means. 3. In claim 1 or 2, the free-running frequency control means includes an integrating means for integrating the output signal of the loop filter means, and an output of the integrating means for integrating the output signal of the voltage-controlled oscillation means. A clock generation circuit comprising signal conversion means for converting an oscillation frequency into a control signal. 4. In claim 1 or 2, the loop filter means is constituted by a delay element means whose transfer characteristic is a first-order lag and a proportional element means whose transfer characteristic is constant with respect to frequency change, and the delay circuit A clock generation circuit characterized in that an output of the means is used as an input of the free-running frequency control means. 5. A plurality of information processing devices are connected via a bus, and each information processing device has a clock generation means that generates a clock signal synchronized with a commonly given timing signal, and generates other information based on the clock signal. In an information processing system that synchronizes and executes processes including data transfer between processes, the clock generation means provided in each of the information processing apparatuses includes a phase comparison means for outputting a signal according to a phase difference between two input signals. a loop filter means for inputting the output signal of the phase comparison means to control the transfer characteristic; a voltage controlled oscillation means for generating a signal having a frequency corresponding to the output signal of the loop filter means; It has a free-running frequency control means for controlling a free-running oscillation frequency, and is configured by inputting a clock signal output from the voltage-controlled oscillation means and a clock signal given from the outside to the phase comparison means. information processing system.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02141399A JP3080389B2 (en) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | Clock generation circuit and information processing apparatus using the circuit |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6133770A (en) * | 1997-11-28 | 2000-10-17 | Nec Corporation | Phase locked loop circuit |
| JP2009523394A (en) * | 2006-01-11 | 2009-06-18 | クゥアルコム・インコーポレイテッド | Current-mode gain division dual-path VCO |
| JP2010226327A (en) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Hioki Ee Corp | Phase synchronization circuit |
-
1990
- 1990-06-01 JP JP02141399A patent/JP3080389B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2010226327A (en) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Hioki Ee Corp | Phase synchronization circuit |
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