JPH098653A - 位相検出装置および方法 - Google Patents

位相検出装置および方法

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JPH098653A
JPH098653A JP7149297A JP14929795A JPH098653A JP H098653 A JPH098653 A JP H098653A JP 7149297 A JP7149297 A JP 7149297A JP 14929795 A JP14929795 A JP 14929795A JP H098653 A JPH098653 A JP H098653A
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signal
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JP7149297A
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Erukosebitsuchi Murato
エルコセビッチ ムラト
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Sony Corp
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位相検出装置において、ジッタを低減し、信
頼性を向上させることができるようにする。 【構成】 位相比較器1より、そこに入力された入力信
号と、VCO3からの入力信号の位相差に比例した誤差
信号が出力され、APL11に供給される。APLは、
位相比較器1からの誤差信号と、ループフィルタ2から
の出力信号に基づいて、位相比較器1から入力された誤
差信号のうち、所定の基準範囲内にある誤差信号のみを
選択的にループフィルタ2に出力する。VCO3は、ル
ープフィルタ2からの入力信号に対応した周波数の信号
を出力し、位相比較器1に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、位相検出装置および方
法に関し、例えば、外部クロック型記録装置等に用いて
好適な位相検出装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来のデジタル位相同期ループ
(DPLL:Digital Phase Locke
d Loop)の一例の構成を示すブロック図である。
位相比較器1は、2つの入力信号の位相差に比例した誤
差電圧を出力するようになされている。ループフィルタ
2は、入力信号のうち、高周波信号を遮断し、低周波信
号のみ通過させ、DPLLによって追跡すべき信号成分
だけを選択的に通過させるようになされている。電圧制
御発振器(VCO:Voltage Controll
ed Oscillator)3は、ループフィルタ2
より供給された信号(制御電圧)に基づいて、所定の周
波数で発振するようになされている。
【0003】入力信号とVCO3からの出力信号が位相
比較器1に入力されると、それらの信号の位相差に対応
する誤差電圧が出力される。出力された誤差電圧は、ル
ープフィルタ2に供給され、そこで、DPLLによって
追跡されるべき成分だけが選択的に通過され、制御電圧
としてVCO3に供給される。従って、ノイズのような
望ましくない成分は除去されることになる。次に、VC
O3は、そこに供給された制御電圧に基づいて、所定の
周波数の信号を発生し、出力する。
【0004】DPLLは、入力信号の周波数とVCO3
の発振周波数が異なる場合、VCO3の発振周波数が入
力信号の周波数と一致するように動作する。そして、最
終的にこれらの信号の周波数が一致して定常状態となる
(ロックする)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
DPLLにおいては、入力信号の望ましくない成分を全
て除去することはできず、望ましくない残留成分が通過
するため、DPLLの出力信号によって、追跡すべき信
号の回りにジッタが生じ、このジッタが大きすぎる場合
には、DPLLの同期が失われる場合がある課題があっ
た。
【0006】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、位相比較器からの誤差信号の異常変化を検
出し、この誤差信号を除去することによって、入力信号
の望ましくない成分の通過を抑制し、ジッタを減少さ
せ、信頼性を向上させることができるようにするもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の位相検
出装置は、タイミング基準であるクロックマークの再生
波形の位相を検出するDPLLからなる位相検出装置に
おいて、クロックマークの所定のものの再生波形の位相
検出結果が異常値であるか否かを判定する判定手段と、
判定手段により、位相検出結果が異常値であると判定さ
れた場合、位相検出結果を、過去の位相検出結果に基づ
いて演算された演算値によって置き換える置換手段とを
備えることを特徴とする。
【0008】過去の位相検出結果を記憶する記憶手段
と、記憶手段により記憶された過去の位相検出結果に基
づいて、演算値を所定の方法により演算する演算手段と
をさらに設けるようにすることができる。
【0009】置換手段は、DPLLがロック状態である
とき、位相検出結果を、演算値によって置き換えるよう
にすることができる。
【0010】請求項4に記載の位相検出方法は、タイミ
ング基準であるクロックマークの再生波形の位相を検出
するDPLLからなる位相検出方法において、クロック
マークの所定のものの再生波形の位相検出結果が異常値
であるか否かを判定し、位相検出結果が異常値であると
判定された場合、位相検出結果を過去の位相検出結果に
基づいて演算された所定の演算値で置き換えることを特
徴とする。
【0011】DPLLがロック状態であるとき、位相検
出結果を、演算値によって置き換えるようにすることが
できる。
【0012】
【作用】請求項1に記載の位相検出装置においては、判
定手段により、クロックマークの所定のものの再生波形
の位相検出結果が異常値であるか否かが判定され、判定
手段により、位相検出結果が異常値であると判定された
場合、置換手段により、この位相検出結果が、過去の位
相検出結果に基づいて演算された所定の演算値で置き換
えられる。従って、異常な位相検出結果を除去すること
ができる。
【0013】請求項4に記載の位相検出方法において
は、クロックマークの所定のものの再生波形の位相検出
結果が異常値であるか否かが判定され、位相検出結果が
異常値であると判定された場合、位相検出結果が過去の
位相検出結果に基づいて演算された所定の演算値で置き
換えられる。従って、異常な位相検出結果を除去するこ
とができる。
【0014】
【実施例】図1は、本発明の位相検出装置に適用される
デジタル位相同期ループ(DPLL)の一実施例の構成
を示すブロック図である。この実施例においては、図3
に示した従来の実施例において、位相比較器1とループ
フィルタ2の間に、適応型位相リミッタ(APL:Ad
aptive Phase Limiter)11が設
けられている。APL11は、位相比較器1から供給さ
れる誤差電圧の異常変化を検出し、これをキャンセルす
るようになされている。
【0015】その他の構成および動作は、従来の場合と
基本的に同様であるので、その説明は省略する。
【0016】図2は、APL11の詳細な構成を示すブ
ロック図である。コンパレータ21(判定手段)は、例
えば論理回路より構成され、位相比較器1から出力され
る誤差電圧(phs[kT](ここで、kTは時刻
(t)であり(t=kT)、kは整数、Tは誤差電圧の
更新周期を表す))と、ループフィルタ2からのVCO
3に対する制御電圧(vco(t))が入力されると、
これらに基づいて、所定の信号(out)を出力するよ
うになされている。
【0017】コントローラ22は、コンパレータ21か
らの信号(out)と、図示せぬ外部回路(DPLLロ
ック検出器)からの信号(locked)を入力し、そ
れらに対応して所定のセレクト信号(sel_con)
を出力する。
【0018】セレクタ23(置換手段)には、位相比較
器1からの誤差電圧(phs[kT])と、後述する加
算器26(演算手段)からの出力信号(phs_bup
[kT])が入力され、コントローラ22からのセレク
ト信号(sel_con)に基づいて、信号phs[k
T]または信号phs_bup[kT]のいずれか1つ
を、選択的に、出力信号phsc[kT]として出力す
るようになされている。
【0019】記憶素子24a(記憶手段)は、セレクタ
23からの出力信号phsc[kT]を記憶し、時間T
だけ経過後に、セレクタ23からの出力信号phsc
[kT]が供給されるまで保持するようになされてい
る。出力信号phsc[kT]は、時間Tだけ経過後、
phsc[(k−1)T]と表される。
【0020】セレクタ23から次の出力信号phsc
[kT]が供給されると、それを記憶するとともに、そ
れまで保持していた信号phsc[(k−1)T]を乗
算器25a(演算手段)に供給するとともに、記憶素子
24b(記憶手段)にも供給する。
【0021】記憶素子24bは、記憶素子24aから供
給された信号phsc[(k−1)T]を記憶し、時間
Tだけ経過後に、記憶素子24aから次の信号phsc
[(k−2)T]が供給されるまで保持する。時間Tだ
け経過後に、記憶素子24aから信号phsc[(k−
2)T]が供給されたとき、それを記憶する。
【0022】さらに、時間Tだけ経過すると、記憶素子
24aは、保持していた信号phs[(k−1)T]を
乗算器25aに供給するとともに、記憶素子24bにも
供給する。記憶素子24bは、記憶素子24aからの信
号phs[(k−1)T]が供給されると、それまで保
持していた信号phsc[(k−2)T]を乗算器25
b(演算手段)に供給するようになされている。
【0023】乗算器25aは、記憶素子24aからの信
号phsc[(k−1)T]に所定の係数a1を乗算
し、出力する。乗算器25bは、記憶素子24bからの
信号phsc[(kー2)T]に所定の係数a2を乗算
し、出力するようになされている。
【0024】加算器26は、乗算器25aからの乗算結
果、a1×phsc[(k−1)T]と、乗算器25b
からの乗算結果、a2×phsc[(k−2)T]を加
算し、信号phs_bup[kT]として出力するよう
になされている。
【0025】次に、その動作について説明する。コンパ
レータ21に、位相比較器1から出力される誤差電圧
(phs[kT])と、ループフィルタ2からの出力信
号(vco(t))が入力されると、コンパレータ21
は、誤差電圧(phs[kT])と、スケーリングを施
したループフィルタ2からの出力信号((1/(Lpf
_gain))×vco[kT])を比較し、両者の値
があまりにも異なる場合、すなわち、次の式1で表され
る条件を満たす場合、誤差電圧(phs[kT])の値
は異常であると判定し、例えば、値1に対応する信号
(out)をコントローラ22に出力する。例えば、ノ
イズバーストが生じた場合や、媒体に欠陥がある場合、
誤差電圧は異常な値を示す。
【0026】 |phs[kT]−(1/(Lpf_gain))×vco[kT]| ≧Rng (式1)
【0027】式1において、定数Lpf_gainは、
それに基づいたスケーリングによって、信号vco[k
T]が、誤差電圧のレベルに戻されるようなループフィ
ルタ直流利得であり、定数Rngは、設計者によって選
択された所定の範囲の限界値である。
【0028】式1の条件を満たす場合、すなわち、誤差
電圧(phs[kT])の値が異常であると判定された
場合、コンパレータ21からは、例えば、値1に対応す
る信号(out)が出力され、式1の条件を満たさない
場合、すなわち、次の式2の条件を満たし、誤差電圧の
値が正常であると判定された場合、誤差電圧(phs
[kT])の値は正常であるとされ、例えば、値0に対
応する信号(out)が出力され、コントローラ22に
供給される。
【0029】 |phs[kT]−(1/(Lpf_gain))×vco[kT]| <Rng (式2)
【0030】コントローラ22においては、コンパレー
タ21からの出力信号(out)と、DPLLロック検
出器からの出力信号(locked)に基づいて、セレ
クタ23を制御するためのセレクト信号(sel_co
n)が発生され、セレクタ23に供給される。ここで、
DPLLロック検出器からの出力信号(locked)
は、DPLLがロックされていない捕捉(Captur
e)モードのとき、値0に対応するデジタル信号とさ
れ、DPLLがロックされたトラッキング(Track
ing)モードのとき、値1に対応するデジタル信号と
される。
【0031】セレクト信号(sel_con)の値は、
次の式で表される。
【0032】 sel_con=locked AND out (式3)
【0033】すなわち、コントローラ22は、論理回路
より構成され、信号(locked)と信号(out)
が双方ともに値1に対応するデジタル信号であるとき、
値1に対応するセレクト信号(sel_con)を出力
する。その他の場合、値0に対応するセレクト信号(s
el_con)を出力する。
【0034】DPLLロック検出器からの出力信号(l
ocked)が、値0に対応するデジタル信号(捕捉モ
ード)である場合、APL11はアイドル状態にあり、
位相比較器1からの入力信号phsをそのまま、出力信
号phscとして出力する。すなわち、コントローラ2
2に値0に対応するデジタル信号(locked)が入
力された場合、式3より、コントローラ22は、値0に
対応するセレクト信号(sel_con)を発生し、セ
レクタ23に供給する。
【0035】値0に対応するセレクト信号(sel_c
on)が供給されたセレクタ23は、位相比較器1から
の入力信号(phs[kT])を、所定のタイミングで
そのまま出力信号phsc[(k+1)T]として出力
する。
【0036】従って、この場合、APL11の時刻t
(=kT)における入力信号と誤差電圧更新周期分の時
間(T)だけ経過後の時刻(t+T)における出力信号
との関係は、次の式4のように表される。
【0037】 phsc[(k+1)T]=phs[kT](ただし、locked=0) (式4)
【0038】一方、DPLLロック検出器からの出力信
号(locked)が、値1(トラッキングモード)に
対応するデジタル信号である場合、APL11は、アク
ティブ状態にある。このとき、位相比較器1より入力さ
れる誤差電圧(phs[kT])が異常であると判定さ
れた場合、すなわち、コンパレータ21からの入力信号
(out)の値が1である場合、式3より、コントロー
ラ22は、値1に対応するセレクト信号(sel_co
n)を発生し、セレクタ23に供給する。
【0039】セレクタ23は、値1に対応するセレクト
信号(sel_con)が供給されたとき、位相比較器
1から入力された誤差電圧(phs[kT])の代わり
に、次の式3で表される加算器26から入力された信号
(phs_bup[kT])を出力する。すなわち、誤
差電圧phs[kT]は、次の式5に示すように、異常
でない過去のn個の誤差電圧phsc[(k−i)T]
(i=1,2,...,n)のそれぞれに、定数a
i(i=1,2,...,n)による重み付けを施した
ものの平均(phs_bup[kT])によって置き換
えられる。
【0040】
【数1】
【0041】また、代わりに、次の式6で表されるよう
な、それ自体、実際に過去の誤差電圧の平均値であるよ
うな他の値によって置き換えるようにすることも可能で
ある。
【0042】 (1/(Lpf_gain))×vco[kT] (式6)
【0043】さらに、別の動作モードの場合、過去の誤
差電圧の異常な値も含む誤差電圧phs[kT]の平均
値を利用することも可能である。これら全てのアプロー
チは、DPLLの応答速度、許容されるジッタ量、およ
び回路の複雑さの間における様々なトレード・オフの一
例である。
【0044】このようにして、誤差電圧の変化傾向が継
続するものと予測して、廃棄した誤差電圧は、誤差電圧
のヒストリ(過去の誤差電圧の重み付け平均)と置き換
えられる。従って、APL11のアクティブモード(l
ocked=1)における動作は、次のように、分析的
に表すことができる。
【0045】locked=1において、 |phs[kT]−(1/(Lpf_gain))×v
co[kT]|>Rngのとき、
【数2】
【0046】locked=1において、 |phs[kT]−(1/(Lpf_gain))×v
co[kT]|≦Rngのとき、 phsc[(k+1)T]=phs[kT] (式8)
【0047】式4、式7、および式8によって、APL
11の動作が完全に定義される。
【0048】次に、上述した式5または式7で表される
入力信号の置き換えが行われるときの動作について図2
を参照して詳細に説明する。図2は、n=2の場合のA
PL11の構成を示している。
【0049】現在の時刻t=kT(ここで、kは任意の
整数、Tは誤差電圧更新期間)としたとき、セレクタ2
3からの出力信号phsc[(k−1)T](ここで、
時刻t=(k−1)Tは、信号phsc[(k−1)
T]が、現在の時刻t=kTを基準としたとき、誤差電
圧更新期間Tだけ前の時刻(k−1)Tにおける出力信
号であることを示している)は、記憶素子24aに供給
され、記憶される。
【0050】次に、誤差電圧更新期間Tだけ経過後、記
憶素子24aに保持された信号phsc[(k−2)
T](ここで、時刻t=(k−2)Tは、信号phsc
[(k−2)T]が、現在の時刻t=kTを基準とした
とき、時間(2×T)だけ前の時刻(k−2)Tにおけ
る出力信号であることを示している)は、記憶素子24
bに供給され、記憶される。
【0051】記憶素子24aに記憶された信号phs
[(k−1)T]は乗算器25aに供給され、所定の係
数a1と乗算された後、加算器26に供給される。一
方、記憶素子24bに記憶された信号phs[(k−
2)T]は、乗算器25bに供給され、所定の係数a2
と乗算された後、加算器26に供給される。
【0052】加算器26においては、乗算器25aから
の乗算結果と、乗算器25bからの乗算結果とが加算さ
れ、次の式9で表される加算結果(phs_bup[k
T])がセレクタ23に供給される。
【0053】 phs_bup[kT]=(a1phsc[(k−1)T] +a2phsc[(k−2)T])/2 (式9)
【0054】コントローラ22からのセレクト信号(s
el_con)の値が1であるとき、加算器26より入
力された式9で表される演算結果(phs_bup[k
T])が、信号phsc[kT]として選択的に出力さ
れる。
【0055】例えば、係数a1およびa2の値としては、
係数a1=a2=0.5としたり、または係数a1=0.
7、係数a2=0.3とすることができる。通常、過去
の誤差電圧のうち、より新しいものにはより大きい重み
が割り当てられるので、より新しい履歴(ヒストリ)ほ
ど強調される。過去の誤差電圧phs[(k−1)T]
およびphs[(k−2)T]は、上述したように記憶
素子24a,24bに保持されるから、式9に表される
ような演算を行うことが可能である。
【0056】上述したように、上記実施例においては、
異常な誤差電圧の検出、およびその廃棄を行う。異常な
誤差電圧は、DPLLおよびDPLLの入力信号特性に
よって規定される所定の範囲外のものである。この範囲
は一定ではなく、DPLLの動作モード(アイドルモー
ドまたはアクティブモード)、およびDPLLの入力信
号のドリフトに従って、自動的に更新されるようにする
ことができる。
【0057】高速な誤差電圧の変化(例えば、ノイズお
よび他の欠陥の両方または一方によって生じる)は、ル
ープフィルタ2によって完全に除去されるのではなく、
減少するだけであり、従って、PLLジッタが大きくな
り、同期喪失の確率が高くなる。適応型位相リミッタ
(APL11)を利用すると、所定の基準値を越える過
度の誤差電圧を完全にキャンセルすることができる。例
えば、強いノイズゴースト、あるいは、クロックマーク
パターンの欠陥により生じる入力信号の望ましくない成
分のいくつかを、非線形に、完全に抑制することができ
る。これにより、ジッタの低減、および信頼性の向上に
関して、DPLLの性能を改善することができる。この
方法は、実用的であり、様々なやり方で、経済的に実施
することが可能である。
【0058】このように、誤差電圧は、オンラインでそ
のヒストリと比較される。ここで、誤差電圧のヒストリ
は、誤差電圧の過去の値の重み付け平均である。誤差電
圧とそのヒストリとの差が所定の基準値より大きい場
合、おそらく、ノイズバースト、または媒体の欠陥によ
って生じたものであるため、異常とみなされる。従っ
て、異常とみなされた誤差電圧は他の値によって置き換
えられることになる。
【0059】この置き換えは、単純に、誤差電圧の過去
の値、または過去の誤差電圧の線形組み合わせ、または
異常でない誤差電圧だけによる線形組み合わせ、または
誤差電圧のヒストリによって行うことが可能である。誤
差電圧のヒストリは、上述したように、様々な計算方法
によって求めることができる。例えば、ループフィルタ
2の出力にループフィルタ直流利得の逆数を掛け、ルー
プフィルタ2の出力を誤差電圧のレベルに変換すること
ができる。または、無差別に選択された過去の誤差電圧
の重み付け平均として計算することができる。あるい
は、異常でない誤差電圧だけの重み付け平均として計算
することができる。
【0060】なお、上記実施例においては、式5または
式7における変数nの値を2とし、これに対応させて、
記憶素子の数、および乗算器の数がそれぞれ2の場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではない。
【0061】
【発明の効果】請求項1に記載の位相検出装置、および
請求項4に記載の位相検出方法によれば、クロックマー
クの所定のものの再生波形の位相検出結果が異常値であ
るか否かが判定され、位相検出結果が異常値であると判
定された場合、位相検出結果が過去の位相検出結果に基
づいて演算された所定の演算値で置き換えられるように
したので、異常な位相検出結果を除去することができ
る。従って、ジッタを低減し、信頼性を向上させること
ができ、装置の性能を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の位相検出装置に適用されるDPLLの
構成例を示すブロック図である。
【図2】図1のAPL11の詳細な構成例を示すブロッ
ク図である。
【図3】従来のDPLLの一例の構成を示すブロック図
である。
【符号の説明】
1 位相比較器 2 ループフィルタ 3 VCO 11 APL 21 コンパレータ(判定手段) 22 コントローラ 23 セレクタ(置換手段) 24a,24b 記憶素子(記憶手段) 25a,25b 乗算器(演算手段) 26 加算器(演算手段)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タイミング基準であるクロックマークの
    再生波形の位相を検出するDPLLからなる位相検出装
    置において、 前記クロックマークの所定のものの再生波形の位相検出
    結果が異常値であるか否かを判定する判定手段と、 前記判定手段により、前記位相検出結果が異常値である
    と判定された場合、前記位相検出結果を、過去の前記位
    相検出結果に基づいて演算された演算値によって置き換
    える置換手段とを備えることを特徴とする位相検出装
    置。
  2. 【請求項2】 過去の前記位相検出結果を記憶する記憶
    手段と、 前記記憶手段により記憶された過去の前記位相検出結果
    に基づいて、前記演算値を所定の方法により演算する演
    算手段とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記
    載の位相検出装置。
  3. 【請求項3】 前記置換手段は、前記DPLLがロック
    状態のとき、前記位相検出結果を、前記演算値によって
    置き換えることを特徴とする請求項1に記載の位相検出
    装置。
  4. 【請求項4】 タイミング基準であるクロックマークの
    再生波形の位相を検出するDPLLからなる位相検出方
    法において、 前記クロックマークの所定のものの再生波形の位相検出
    結果が異常値であるか否かを判定し、 前記位相検出結果が異常値であると判定された場合、前
    記位相検出結果を過去の前記位相検出結果に基づいて演
    算された所定の演算値で置き換えることを特徴とする位
    相検出方法。
  5. 【請求項5】 前記DPLLがロック状態であるとき、
    前記位相検出結果を、前記演算値によって置き換えるこ
    とを特徴とする請求項4に記載の位相検出方法。
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