JPH04505539A - 位相ロック回路及び該位相ロック回路より成る周波数逓倍器 - Google Patents

位相ロック回路及び該位相ロック回路より成る周波数逓倍器

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 位相ロック回路及び該位相ロック回路より成る周波数逓倍器 本発明は位相ロック回路及び該位相ロック回路より成る周波数逓倍器に関する。
従来の位相ロック回路は、現在、頭字語P L L (PhaseLocked  Loop )によって公知である。PLLは、入力信号と負のフィードバック 信号とを受け取る位相比較器と、位相比較器の出力信号を受け取るフィルタと、 電圧制御発振器即ちV CO(Voyage Contralled 0sci llator )とを備えており、この電圧制御発振器は、フィルタの出力信号 を受け取り、PLLの出力信号を出力し、かつ、位相比較器に与えられる負のフ ィードバック信号を生成するべく負のフィードバック・ループを制御する。フィ ルタは発振器の周波数に関して比較的低いカットオフ周波数を有する。発振器は 、一般に、周波数が所定の周波数帯域内で変化するようにアナログ制御される自 由振動を発生する発振器である。負のフィードバック・ループ内にN分の−の周 波数分割器を挿入することにより、このPLLによってN倍の周波数逓倍器が形 成される。
PLLの使用には幾つかの重大な不都合がある。第1の不都合は、PLLの所望 の作動周波数に対して安定した位相ロックを得るための時間が比較的長いことに ある。この不都合は、PLLを起動する際又はPLLの所望の作動周波数を変え る際に現われる。PLLの安定な作動が確立するまでの時間は、負のフィードバ ック・ループの存在に基づくもので、PLLの電気特性に依存している。最も重 要な特性は、PLLの所望の作動周波数に対するフィルタのカットオフ周波数の 値である。確立時間は、カットオフ周波数が低くなればなる程、長くなる。しか しながら、位相ロックの効率は、フィルタのカットオフ周波数が低くなればなる 程、良(なる。従って、PLLの正しい作動を確立するためには、遅延時間を比 較的大きくするべく妥協しなければならない。この遅延時間は、通常、数10! ecのオーダであるので、PLLが処理することができない多数のデータが通過 することになる。
PLLの使用の第2の不都合は、vCOのアナログ制御信号へと侵入する電気ノ イズに対する感受性であり、このノイズはPLLの出力周波数の一時的不安定( ジッタ)を生じることになる。
第3の不都合は、F’LLの作動周波数帯域が2つの理由のために比較的狭いこ とである。第一に、位相比較器の2つの入力信号は同一の位相を有していないか 若しくは同一の周波数を有していない。周波数及び位相の帯域の広い比較器を製 作することは、集積回路においては非常に困難であると共に非常に面倒である。
第二に、発振器のアナログ制御は電気ノイズに非常に敏感であることが分かって いる。
従って、広い周波数帯域内に介入するノイズは、出力信号に非常に大きな周波数 変動を生じさせると共に、PLLの作動の安定性を損うであろう。
PLLの発振器の位相のアナログ制御は、また、第4の不都合の原因となる。こ の不都合は、次の場合に特に顕著となる。一般に、集積回路における伝送リンク の動作は、例えば0.5ワット程度の、比較的高い熱散逸を生じる。
従って、もし集積回路に多数(例えば、32)のリンクを集積したいならば、少 数(4又は8)のリンクしか動作させることが出来ない。成る1つの方法は、他 のリンクを休止させておき、そして、それらを選択的に呼び起こして動作させる ことからなる。この呼び起こしは非常に短時間に行わなければならないので、こ の呼び起こしは各リンク毎に固有の調整の全てをメモリにディジタル数値として 記憶させなければならない。従って、PLLのアナログ位相制御はリンクを迅速 に呼び起こしすることを妨げる。この不都合は前述した第1の不都合と一緒に起 こる。
本発明は、正しい作動を確立する時間が短く、電気ノイズに感応せず、広い作動 周波数帯域に適用可能で、ディジタル制御を備えた、位相ロック回路及び周波数 逓倍器を提供することにより、これら全ての不都合を解消するものである。
本発明は、入力信号と負のフィードバック信号とを受け取る位相比較器を含んだ 位相ロック回路を提供するもので、この負のフィードバック信号は入力信号が加 えられた可変位相遅延回路によって発生され、この遅延回路の遅延が位相比較器 の出力信号によって制御されることを特徴とする。
本発明による周波数逓倍器はこの位相ロック回路から得られるもので、この周波 数逓倍器は、入力信号及び負のフィードバック信号を受け取る位相比較器を含ん でおり、位相比較器の出力信号によって制御される入力信号の位相を順次に遅延 させる遅延回路によって、負のフィードバック信号が発生されると共に、逓倍器 の出力信号は遅延された信号の論理加算器によって出力されることを特徴とする 。
本発明の特徴と利点は、添付図面を参照しながら例示として掲げた以下の記載か ら明らかとなるであろう。
図面において、 図1は本発明の位相ロック回路の構成図を示す。
図2は、図1に示した位相ロック回路からの信号の種々の波形を示すもので、そ の作動を説明することを目的としたものである。
図3は、図1に示した位相ロック回路を使用して得られる、本発明に基づく周波 数逓倍器の構成図を示す。
図4は、図3に示した周波数逓倍器からの信号の種々の波形を示すもので、その 作動を説明することを目的としたものである。
図5は、本発明に基づく周波数逓倍器の変化形の構成図を示す。
図6は、図5に示した周波数逓倍器からの信号の波形を示すもので、その作動を 説明することを目的としている。
図1は、本発明の位相ロック回路10の好適な実施例を示す。この回路lOは、 入力端子10aと、回路10の入力端子10aに接続された第1入力端子11a 及び第2入力端子11bと、2つの出力端子lie、lldとを有する位相比較 器11と、位相比較器11の出力端子11c、lidに夫々接続された2つの入 力端子12a、12bと、出力端子12cとを有するアップダウンカウンタ12 と、位相比較器11の2つの入力端子11aとllbとの間に直列接続され、ア ップダウンカウンタ12の出力端子12cに接続された制御端子を夫々有する、 8つの遅延要素130〜[7からなる位相遅延回路13と、遅延要素130〜1 37の出力端子により形成された出力]Obとを備えている。
位相比較器11は、信号の立ち上がりエツジに応答する2つのマスター−スレー ブ・フリップフロップ14及び15からなる。フリップフロップ14のデータ入 力は入力端子11aに接続され、そのクロック入力は入力端子11bに接続され 、その出力は出力端子lidに接続されている。同様にして、フリップフロップ 15のデータ入力は入力端子11bに接続され、そのクロック入力は入力端子1 1aに接続され、その出力は出力端子lieに接続されている。
回路10の入力端子10aは、周期Tに一致しており、かつ通常クロック信号を 構成している所定の周波数の入力信号CLを受け取る。図2は、時間軸tに関す る入力信号CLの波形の1例を示す。図2において、1=0の瞬間に入力信号C Lが入力端子10aに与えられるものと仮定しである。図2は、位相遅延回路1 3の夫々の遅延要素130.131.132.133、・・・、136.137 の出力信号CLO1CLI、CL2、Cl3、・・・、Cl3、Cl3の波形を 示す。これらの信号CLO〜CL7は回路10の出力端子lObに出力される。
位相比較器11の負のフィードバック端子lToは、遅延回路13の出力信号C L7によって構成される負のフィードバック信号FBを受け取る。従って、比較 器11は力信号CL?の位相を入力信号CLの位相と比較する。位相比較器11 の2つの出力端子11c及びlidは、夫々、インクレメンテーション信号IN CとデクレメンテーションDECを出力する。これに応答し、アップダウンカウ ンタ12は、遅延要素130〜137に与えられる制御信号CTLを供給する。
夫々の遅延要素は、従来のように、所定の数の遅延素子からなる。制御信号CT Lはディジタル数値を表わしており、遅延時間を変化させるべく各遅延要素に与 えられる。入力信号CLの周期1間の遅延要素の遅延時間の変化可能な範囲は、 遅延要素の最大時間変化範囲に対する所定の分数1/Pに一致する。換言すれば 、遅延要素の最大遅延変化範囲の極端値を一方から他方へと変えるためには、所 与の整数Pの周期Tが必要である。
作動に際しては、入力信号CLは8つの遅延回路130〜137により順次に遅 延される。要素130〜137により生じる順次8つの遅延は互いに等しく、か つ、基本的に入力信号CLの周期Tを分割する。もし、実際に正確にその通りに なるならば、位相比較器11に入りマスター−スレーブ・フリップフロップ14 及び15に与えられる信号CLと信号FB (C17)とは、同じ位相及び同じ 周波数を有する。従って、フリップフロップ14及び15により出力される信号 DECと信号INCとは同じ論理値を有する。従って、アップダウンカウンタ1 2は動作せず、制御信号CTLを変化しないま\にとどめる。
全ての出力信号CLO−CL7は、互いに関して、かつ、入力信号CLに関して 、同じ値T/8だけ正しく位相シフトされる。
実際には、入力信号CLと負のフィードバック信号FB=CL7との間に位相シ フト許容範囲mを定める。位相シフトが範囲m内である場合には、信号INC及 びDECは変化しないま\となり、従って、範囲m内の位相シフトは訂正すべき 位相シフトに相当しない。範囲mは、例えば、フリップフロップ14及び15の 確立時間によって、及び/又は、各フリップフロップのデータ入力信号とクロッ ク入力信号との間の相対遅延によって、定めることができる。範囲mの大きさは 、比較器11により行われる位相比較の精度を決定する。範囲mの大きさは、典 型的には、入力信号CLの周期T=5nsに対して、50ps程度である。
もし負のフィードバック信号FBの位相が入力信号CLに対して進んでいるなら ば、デクレメンテーション信号DECの論理値が0となると共に、インクレメン テーション信号INCの値が1となる。従って、アップダウンカウンタ12がイ ンクレメントされるので、その結果、制御信号C丁りは要素130〜137によ り生ずる遅延時間を同じように増加させる。
反対に、負のフィードバック信号FBが入力信号CLに対して遅れているならば 、インクレメンテーション信号INcの値が0となると共に、デクレメンテーシ ョン信号 DECの値が1となる。アップダウンカウンタ12はデクレメントさ れるので、制御信号CTLは要素130〜137により生ずる遅延時間を同じよ うに減少させる。従って、許容範囲mを超えた位相シフトは、全ての遅延要素1 30〜137のところで訂正され、所望の位相シフトを回復させる。
本発明の位相ロック回路10において実行されるディジタル位相制御は、重要な 利点を提供する。もし入力信号CLが遮断されたならば、原則として負のフィー ドバック信号FBも遮断される。従って、位相比較器11のフリップフロップ1 4及び15は最早そのクロック入力に信号を受け取らなくなるので、各フリップ フロップは最後の伝送状態を保持する。
同様に、アップダウンカウンタ12はその最後の状態を保持すると共に、従って 、遅延要素130〜137の状態を保持する。
換言すれば、本発明の回路10は最後の伝送状態を保持する。
その結果、もし入力信号CLの周波数が変化していないならば、入力信号CLの 最初のエツジが再び現れ\ば、正しい出力信号CLO〜CL7が直ちに生じるで あろう。もしそうでないならば、入力信号CLの第2サイクルの直後に遅延がア ップダウンカウンタ12によって調整され、所望の出力信号CLO〜CL7を発 生する。その結果、本発明の位相ロック回路の正しい作動の確立時間は、皆無に 又は最悪の場合でも入力信号の前述の数Pの周期Tに等しくすることができ、各 遅延要素の時間変化範囲の2つの極端値の間に挿入され得る。
従って、本発明の回路の起動又は伝送ラインの呼び起こしは非常に迅速に行われ る。
第2の主要な利点は、本発明の位相ロック回路の作動周波数帯域が広いことにあ る。周波数帯域の幅は、本発明の周波数逓倍器を参照して後述するように、基本 的には各遅延要素130〜137の可変遅延範囲に依存している。
他の大きな利点として、位相比較器11によって比較される入力信号CLと負の フィードバック信号FBとは、原則的に同一の周波数を有する。図示したように 、比較器11の構造は非常に簡素にすることができる。さらに、比較器は広い作 動周波数帯域に適合させることができる。要するに、本発明は、従来のPLLの 使用に伴う前述した全ての問題点を解決するものである。本発明の回路10が提 供する他の利点は、この回路を種々の形の入力信号に適合させることができるこ とにある。図示した実施例では、入力信号のサイクル比は任意のもので良い。
前述の図示した回路10には、種々の変化形を施すことができる。特に、遅延回 路13は任意の数Nの遅延要素を備えることができる。極限的には、遅延回路1 3は唯一の可変遅延要素で制作することができる。この場合には、回路10は、 例えば、非常に広い周波数帯域内で変化し得る入力信号CLの周期Tの位相シフ ト装置として使用することができる。
さらに、遅延要素130〜137は前述した構造以外の構造を備えることができ る。例えば、論理ゲートの通過時間に対応する遅延要素は知られている。通過時 間は、ゲートを通過する電流の強さ、又は、ゲートに与えられされる電荷の値に よって制御される。この場合には、アップダウンカウンタ12は、斯る遅延要素 の作動に適切な制御装置によって置換しなければならない。本発明の一般原理は 、従って、遅延回路13は位相比較器11の出力信号によって制御されるという ことである。前述したアップダウンカウンタ12及び遅延要素130〜137の 利点は、特に、その構造及び作動の簡素さ、その信頼性、並びに前述の位相比較 器への適合性にある。この比較器の利点については検討した。勿論、他の構造も 可能であり、他の構造が遅延回路13の制御装置12の構造により良く適合する かも知れない。
図3は、図1に示した位相ロック回路10を使用した、本発明の周波数逓倍器2 0を示す。逓倍器20は単純に回路10を有する。後者の入力端子10aは逓倍 器20の入力端子20aを構成し、出力10bは論理加算器16の入力に接続さ れている。
加算器16の出力は周波数逓倍器20の出力端子20bを構成する。図3及び図 4は、位相ロック回路10の本発明に基づく使用の変化形を示す。この変化形に 従えば、位相比較器11は2つのマスター−スレーブ・フリップフロップ14’  、 15′を備え、これらのフリップフロップは入力信号CLの立ち下がりエ ツジによってトリガされる。フリップフロップ14゛及び15゛ はフリップフ ロップ14及び15と同様に配置してあり、後者のフリップフロップは入力信号 CLの立ち上がりエツジによってトリガされる。この変化形によれば、位相の比 較は、入力信号CLの全ての半周期T/2で行われる。従って、各遅延要素13 0〜137によって生成される、時間間隔T/16の矩形入力信号CLの各エツ ジによって、出力信号CLQ〜CL7は順次にオフセットされる。
加算器16は、従来通りに、7つの排他的ORゲート160〜166を2つの入 力にツリー状に接続することにより制作される。4つのゲート160〜163は 、夫々、出力信号CLO及びCl3、CLI及びCl3、Cl2及びCl3、C l3及びCl3を受け取る。
ゲート160〜163は、夫々、図4に示した出力信号2CLO〜2CL3を出 力する。信号2CLO〜2CL3は矩形であり、入力信号CLの周波数の2倍の 周波数を有する。ゲート164及び+65は、夫々、ゲート160.162及び 161.163の出力信号を受け取り、図4に示した信号4CLO及び4CL1 を出力する。信号4CLO及び4CLlは矩形であり、入力信号CLの周波数の 4倍の周波数を有する。それらを最後のゲート166に与えられすれば、逓倍器 20の出力端子20bに出力信号8CLOが供給される。図4に示したように、 信号8CLOは矩形であり、入力信号CLの周波数の8倍の周波数を有する。
実際には、論理加算器16を集積回路として形成するには、遅延要素130〜1 37の出力と加算器の出力20bとの間で伝播時間を等しくしなければならない 。この制約は逓倍周波数の品質を保証する。他方、図示したような加算器16を 使用するには、信号CLと信号CLO〜CL7との間で位相をT/16だけオフ セットさせることが必要である。矩形入力信号を受け取る逓倍器20においては 、斯るオフセットは、単に、比較器11での位相比較後の各半周期T/2毎に制 御される8つの遅延要素により行われる。
周波数逓倍器20は位相ロック回路10及び論理加算器の全ての利点を享受する 。特に、簡素さ、信頼性、及び広い作動周波数帯域への適合性が指摘されよう。
例えば、入力信号CLの周期Tが5nsとIonsとの間で変化し、10個の遅 延要素からなる遅延回路13の各遅延要素が250〜500ps間で変化する遅 延を生じる場合には、本発明の周波数逓倍器の出力においては1〜2 G Hz の帯域内に含まれる周波数を得ることができる。
位相ロック回路10を参照して前述した変化形の外に、論理加算器16の周知の 変化形を追加することができる。また、逓倍率が遅延回路13内の遅延要素の数 N1位相ロック回路10の作動、及び論理加算器16の構造に依存することは明 らかである。例えば、位相比較器11内の2つのフリップフロップ14′及び1 5° を削除し、信号が要素130〜137内を2回通過した後の各周期Tでの 位相比較を処理することができる。もし入力信号CLが矩形でないならば、例え ば、図1の回路10内に16個の遅延要素を配置するか、又は周波数逓倍器20 内において回路10と論理加算器16との間にインターフェースを追加すること ができる。
図5は周波数逓倍器20の変化形の構成を示す。全ての構成要素は図3を参照し て前述したものと同じ構造を有する。
換言すれば、位相ロック回路10は論理加算器16に8つの遅延要素130〜1 37の全ての出力信号を供給する。この変化形と図3に示した変化形との唯一の 相違は、マルチプレクサ17のような選択装置を追加したこと、並びに、遅延要 素130〜137間の接続をマルチプレクサに適合したことである。
マルチプレクサ17は負のフィードバック信号FBを位相比較器11の負のフィ ードバック入力に供給する。マルチプレクサ17の入力は、遅延要素を互いに接 続し負のフィードバック信号FB供給ラインに連携するスイッチによって、構成 的に示しである。マルチプレクサ17の利点は、周波数逓倍器20の逓倍率を変 化させることである。図5及び図6に示した実施例においては、マルチプレクサ 17は最初の6つの遅延要素130〜135の接続を維持し、要素135の出力 のところで負のフィードバック信号FBを取り出す(FB=CL5)。遅延要素 136及び137はマルチプレクサ17によって単離されているが、それらの出 力は夫々加算器16に接続されているので、所定の固定の論理値を加算器に供給 する。図6は、周波数逓倍器20の斯る条件においてマルチプレクサ17から取 り出した信号の波形を示す。信号CLO〜CL7は入力信号CLに対して時間T /16だけ順次に遅延されている。ゲート160−163 ハウ間信号XCLO 〜XCL3をゲート164及び165i:供給する。入力信号CLの周波数に対 して、ゲート164及び165の出力信号3CLO及び3CLIの周波数は3倍 であり、端子20cの信号6CLOの周波数は6倍である。言うまでもなく、当 業者は選択装置の他の変化形を配置することにより、本発明の周波数逓倍器の所 望の逓倍率を得ることができる。
要 約 周波数逓倍器20は、排他的ORゲートから成る論理加算器16へと順次位相シ フトされた信号CLO−CL7を与える複数の遅延要素130〜137を制御す る位相比較器11を含んでいる位相ロック回路によって具体化される。
選択図二図3 国際調査報告 国際調査報告 SA 44531

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.入力信号(CL)及び負のフィードバック信号(FB)を受け取る位相比較 器(11)を含む位相ロック回路(10)であって、前記負のフィードバック信 号が前記入力信号の可変位相遅延のための回路(13)によって発生され、遅延 が前記位相比較器の出力信号によって制御されることを特徴とする位相ロック回 路。
  2. 2.前記遅延回路(13)が、直列に接続されかつ前記入力信号(CL)の2つ の繰り返す所定のエッジ間の時間間隔を分割する均等な各遅延を生じる、整数( N)の遅延要素(130〜137)からなることを特徴とする請求の範囲第1項 に記載の回路。
  3. 3.前記遅延回路(13)が、制御装置(12)を介して前記位相比較器(11 )の出力信号によって制御されることを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項 に記載の回路。
  4. 4.前記制御装置がアップダウンカウンタ(12)であり、前記位相比較器(1 1)の出力信号が、前記アップダウンカウンタの夫々の入力端子(12a、12 b)に加えられるインクレメンテーション信号(INC)及びデクレメンテーシ ョン(DEC)信号からなることを特徴とする請求の範囲第3項に記載の回路。
  5. 5.前記位相比較器(11)が前記所定の繰り返すエッジのいづれか一つに感応 する少なくとも一対のフリップフロップ(14、15)を含んでおり、前記フリ ップフロップのデータ入力が前記入力信号(CL)と前記フィードバック信号( FB)とを夫々受け取り、前記フリップフロップのクロック入力が前記負のフィ ードバック信号と前記入力信号とを夫々受け取ることを特徴とする請求の範囲第 2項から第4項のいづれか一項に記載の回路。
  6. 6.入力信号(CL)及び負のフィードバック信号(FB)を受け取る位相比較 器(11)を含む周波数逓倍器であって、前記入力信号の位相を順次遅延させる 遅延回路(13)によって前記負のフィードバック信号が発生され、遅延が前記 位相比較器の出力信号によって制御されており、前記周波数逓倍器の出力信号が 遅延された信号の論理加算器(16)によって与えられることを特徴とする請求 の範囲第1項から第5項のいづれか一項に記載の位相ロック回路を用いた周波数 逓倍器。
  7. 7.前記論理加算器(16)が排他的ORゲートのツリーであることを特徴とす る請求の範囲第6項に記載の逓倍器。
  8. 8.前記遅延回路(13)が直列に接続されかつ前記入力信号(CL)の2つの 繰り返す所定のエッジ間の時間間隔を分割する均等な各遅延を生じる、整数(N )の遅延要素(130〜137)からなり、前記負のフィードバック信号(FB )が最後の遅延要素(137)の出力のところで取り出されることを特徴とする 請求の範囲第6項又は第7項に記載の逓倍器。
  9. 9.前記遅延回路(13)が直列に接続された整数(N)の遅延要素(130〜 137)からなり、選択装置がいづれか一つの遅延要素から前記負のフィードバ ック信号(FB)を取り出しかつ前記いづれか一つの遅延要素から後続の遅延要 素を遮断することを特徴とする請求の範囲第6項又は第7項に記載の逓倍器。
  10. 10.前記遅延回路(13)が制御装置(12)を介して、前記位相比較器(1 1)の出力信号によって制御されることを特徴とする請求の範囲第6項から第9 項のいづれか一項に記載の逓倍器。
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