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JP2015115928A - Delay locked loop circuit - Google Patents

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JP2015115928A JP2013259206A JP2013259206A JP2015115928A JP 2015115928 A JP2015115928 A JP 2015115928A JP 2013259206 A JP2013259206 A JP 2013259206A JP 2013259206 A JP2013259206 A JP 2013259206A JP 2015115928 A JP2015115928 A JP 2015115928A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a delay locked loop circuit capable of appropriately setting a DC operation point of a voltage control delay line under all frequency conditions and all PVT conditions of an input clock.SOLUTION: A delay locked loop circuit comprising a voltage control delay line for outputting, according to control voltage, an output clock which is in phase synchronization with an input clock and is delayed from the input clock by time corresponding to one period comprises: a load connection unit which connects output loads whose magnitude are the same with corresponding output clocks respectively or does not connect the output loads with corresponding output clocks respectively; and a connection control unit which outputs a connection control signal in an active state, when the control voltage is larger than preset reference voltage after a lapse of time equal to or larger than time corresponding to lock time. The load connection unit connects the output loads with the corresponding output clocks respectively, when the connection control signal is in the active state.

Description

本発明は、コントロール電圧に応じて、入力クロックに位相同期し、入力クロックに対して、1周期に相当する時間だけ遅延された出力クロックを出力する電圧制御遅延ラインを備える遅延同期ループ回路(DLL回路)に関するものである。   The present invention relates to a delay-locked loop circuit (DLL) that includes a voltage-controlled delay line that is phase-synchronized with an input clock in accordance with a control voltage and outputs an output clock delayed by a time corresponding to one period with respect to the input clock Circuit).

代表的なDLL回路として、非特許文献1に開示された構成のものがある。
図4は、非特許文献1に開示されたDLL回路の構成を表す一例のブロック図である。同図に示すDLL回路10は、位相比較器(PD)12と、チャージポンプ(CP)14と、ループフィルタ(LF)16と、電圧制御遅延ライン(VCDL)18とによって構成されている。
As a typical DLL circuit, there is a configuration disclosed in Non-Patent Document 1.
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the DLL circuit disclosed in Non-Patent Document 1. The DLL circuit 10 shown in FIG. 1 includes a phase comparator (PD) 12, a charge pump (CP) 14, a loop filter (LF) 16, and a voltage control delay line (VCDL) 18.

DLL回路10では、位相比較器12により、入力クロックCLKINと、電圧制御遅延ライン18から出力されるフィードバッククロックFBCLKとの間の位相差が検出され、両者の位相差が一致するようにアップ信号(U)およびダウン信号(D)が出力される。   In the DLL circuit 10, the phase comparator 12 detects the phase difference between the input clock CLKIN and the feedback clock FBCLK output from the voltage control delay line 18, and the up signal ( U) and a down signal (D) are output.

その結果、フィードバッククロックFBCLKの位相が入力クロックCLKINの位相よりも早い場合、ダウン信号に応じて、チャージポンプ14により、ループフィルタ16を構成する容量素子がディスチャージされ、コントロール電圧VCONTが低下される。
一方、フィードバッククロックFBCLKの位相が入力クロックCLKINの位相よりも遅い場合、アップ信号に応じて、チャージポンプ16により、前述の容量素子がチャージアップされ、コントロール電圧VCONTが上昇される。
As a result, when the phase of the feedback clock FBCLK is earlier than the phase of the input clock CLKIN, the capacitive element constituting the loop filter 16 is discharged by the charge pump 14 according to the down signal, and the control voltage VCONT is lowered.
On the other hand, when the phase of the feedback clock FBCLK is later than the phase of the input clock CLKIN, the above-described capacitive element is charged up by the charge pump 16 according to the up signal, and the control voltage VCONT is raised.

続いて、電圧制御遅延ライン18により、入力クロックCLKINに対して、コントロール電圧VCONTに応じた遅延時間だけ遅延された出力クロックCLKOUTが出力される。出力クロックCLKOUTは、コントロール電圧VCONTが低下すると、遅延時間が短くなり、コントロール電圧VCONTが上昇すると、遅延時間が長くなる。そして、出力クロックCLKOUTがフィードバッククロックFBCLKとして、位相比較器12にフィードバックされる。   Subsequently, an output clock CLKOUT delayed by a delay time corresponding to the control voltage VCONT is output from the voltage control delay line 18 with respect to the input clock CLKIN. The output clock CLKOUT has a shorter delay time when the control voltage VCONT decreases, and a longer delay time when the control voltage VCONT increases. The output clock CLKOUT is fed back to the phase comparator 12 as the feedback clock FBCLK.

以後同様にして、入力クロックCLKINと、遅延時間が変更されたフィードバッククロックFBCLKとの間の位相差が検出され、これに応じて、コントロール電圧VCONTが変化して、フィードバッククロックFBCLKの遅延時間が変更されることが繰り返し行われることにより、入力クロックCLKINとフィードバッククロックFBCLKとの間の位相がロックされる。その結果、電圧制御遅延ライン18からは、入力クロックCLKINに対して位相同期し、入力クロックに対して、1周期に相当する時間だけ遅延された出力クロックCLKOUTが出力される。   Thereafter, in the same manner, the phase difference between the input clock CLKIN and the feedback clock FBCLK whose delay time has been changed is detected, and the control voltage VCONT changes accordingly and the delay time of the feedback clock FBCLK is changed. By being repeatedly performed, the phase between the input clock CLKIN and the feedback clock FBCLK is locked. As a result, the voltage control delay line 18 outputs an output clock CLKOUT that is phase-synchronized with the input clock CLKIN and delayed by a time corresponding to one period with respect to the input clock.

続いて、電圧制御遅延ライン18について説明する。   Next, the voltage control delay line 18 will be described.

図5は、図4に示す電圧制御遅延ラインの構成を表す一例の回路図である。同図に示す電圧制御遅延ライン18は、直列に接続された複数段の遅延セル(差動インバータ)22と、遅延セル22のレプリカ回路24と、アンプ26とによって構成されている。   FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an example of the configuration of the voltage control delay line illustrated in FIG. The voltage control delay line 18 shown in FIG. 1 includes a plurality of stages of delay cells (differential inverters) 22 connected in series, a replica circuit 24 of the delay cells 22, and an amplifier 26.

初段の遅延セル22は、負荷抵抗となる4つのPMOS(P型MOSトランジスタ)28,30,32,34と、入力クロックCLKIN_Pおよび反転入力クロックCLKIN_N(以下、まとめて入力クロックCLKINともいう)の入力用の2つのNMOS(N型MOSトランジスタ)36,38と、テール電流源となるNMOS40とによって構成されている。   The delay cell 22 in the first stage has inputs of four PMOS (P-type MOS transistors) 28, 30, 32, and 34 serving as load resistors, and an input clock CLKIN_P and an inverted input clock CLKIN_N (hereinafter collectively referred to as an input clock CLKIN). Are composed of two NMOSs (N-type MOS transistors) 36 and 38 and an NMOS 40 serving as a tail current source.

2つのPMOS28,30は、電源VDDと、内部ノードAとの間に並列に接続され、同様に、2つのPMOS32,34は、電源VDDと、内部ノードBとの間に並列に接続されている。PMOS28のゲートは、PMOS28のドレインに接続され、PMOS34のゲートは、PMOS34のドレインに接続されている。また、PMOS30,32のゲートには、コントロール電圧VCONTが入力されている。
NMOS36は、内部ノードAと、内部ノードCとの間に接続され、そのゲートには、入力クロックCLKIN_Pが入力されている。同様に、NMOS38は、内部ノードBと、内部ノードCとの間に接続され、そのゲートには、反転入力クロックCLKIN_Nが入力されている。
NMOS40は、内部ノードCと、グランドGNDとの間に接続され、そのゲートには、アンプ26の出力信号が入力されている。
そして、内部ノードAから、出力クロックCLKOUT_P_1が出力され、内部ノードBから、反転出力クロックCLKOUT_N_1が出力されている。
The two PMOSs 28 and 30 are connected in parallel between the power supply VDD and the internal node A. Similarly, the two PMOSs 32 and 34 are connected in parallel between the power supply VDD and the internal node B. . The gate of the PMOS 28 is connected to the drain of the PMOS 28, and the gate of the PMOS 34 is connected to the drain of the PMOS 34. A control voltage VCONT is input to the gates of the PMOSs 30 and 32.
The NMOS 36 is connected between the internal node A and the internal node C, and the input clock CLKIN_P is input to its gate. Similarly, the NMOS 38 is connected between the internal node B and the internal node C, and the inverted input clock CLKIN_N is input to its gate.
The NMOS 40 is connected between the internal node C and the ground GND, and the output signal of the amplifier 26 is input to its gate.
The output clock CLKOUT_P_1 is output from the internal node A, and the inverted output clock CLKOUT_N_1 is output from the internal node B.

2段目の遅延セル22は、初段の遅延セル22の入力クロックCLKIN_Pおよび反転入力クロックCLKIN_Nの代わりに、初段の遅延セル22の出力クロックCLKOUT_P_1および反転出力クロックCLKOUT_N_1(以下、まとめて出力クロックCLKOUTともいう)が入力され、出力クロックCLKOUT_P_1および反転出力クロックCLKOUT_N_1の代わりに、出力クロックCLKOUT_P_2および反転出力クロックCLKOUT_N_2が出力される点を除いて、初段(前段)の遅延セル22と同じ構成のものである。3段目以降の遅延セル22も同様である。   Instead of the input clock CLKIN_P and the inverted input clock CLKIN_N of the first-stage delay cell 22, the second-stage delay cell 22 has an output clock CLKOUT_P_1 and an inverted output clock CLKOUT_N_1 (hereinafter collectively referred to as an output clock CLKOUT). Except that the output clock CLKOUT_P_2 and the inverted output clock CLKOUT_N_2 are output instead of the output clock CLKOUT_P_1 and the inverted output clock CLKOUT_N_1, and the delay cell 22 of the first stage (previous stage) has the same configuration. . The same applies to the delay cells 22 in the third and subsequent stages.

レプリカ回路24は、負荷抵抗の2つのPMOS28,30に相当する2つのPMOS42,44と、入力クロックCLKIN_Pの入力用のNMOS36に相当するNMOS46と、テール電流源のNMOS40に相当するNMOS48とによって構成されている。   The replica circuit 24 includes two PMOSs 42 and 44 corresponding to the two PMOSs 28 and 30 as load resistors, an NMOS 46 corresponding to the NMOS 36 for inputting the input clock CLKIN_P, and an NMOS 48 corresponding to the NMOS 40 as the tail current source. ing.

2つのPMOS42,44は、電源VDDと、内部ノードAに相当する内部ノードA’との間に並列に接続されている。PMOS42のゲートは、PMOS42のドレインに接続され、PMOS44のゲートには、コントロール電圧VCONTが入力されている。
NMOS46は、内部ノードA’と、内部ノードCに相当する内部ノードC’との間に接続され、そのゲートは、電源VDDに接続されている。
NMOS48は、内部ノードC’と、グランドGNDとの間に接続され、そのゲートには、アンプ26の出力信号が入力されている。
The two PMOSs 42 and 44 are connected in parallel between the power supply VDD and the internal node A ′ corresponding to the internal node A. The gate of the PMOS 42 is connected to the drain of the PMOS 42, and the control voltage VCONT is input to the gate of the PMOS 44.
The NMOS 46 is connected between the internal node A ′ and an internal node C ′ corresponding to the internal node C, and its gate is connected to the power supply VDD.
The NMOS 48 is connected between the internal node C ′ and the ground GND, and the output signal of the amplifier 26 is input to its gate.

アンプ26の入力端子+には、コントロール電圧VCONTが入力され、入力端子−には、内部ノードA’の信号が入力されている。   The control voltage VCONT is input to the input terminal + of the amplifier 26, and the signal of the internal node A 'is input to the input terminal-.

電圧制御遅延ライン18において、アンプ26からは、コントロール電圧VCONTと、内部ノードA’の信号の電圧とが等しくなるように、NMOS48に流れる電流量を制御する出力信号が出力される。   In the voltage control delay line 18, the amplifier 26 outputs an output signal for controlling the amount of current flowing through the NMOS 48 so that the control voltage VCONT is equal to the voltage of the signal at the internal node A ′.

レプリカ回路24の2つのPMOS42,44は、コントロール電圧VCONTに応じて負荷抵抗(オン抵抗)が変化する。
レプリカ回路24では、アンプ26の出力信号に応じて、NMOS48のオン状態が制御され、電源VDDから、負荷抵抗の2つのPMOS42,44、オン状態のNMOS46、および、オン状態が制御されるNMOS48を介してグランドGNDへ流れる電流量が変化し、内部ノードA’の信号の電圧が、コントロール電圧VCONTに相当する電圧となるように制御される。
The two PMOSs 42 and 44 of the replica circuit 24 change in load resistance (ON resistance) according to the control voltage VCONT.
In the replica circuit 24, the ON state of the NMOS 48 is controlled according to the output signal of the amplifier 26, and the two PMOSs 42 and 44 of the load resistance, the NMOS 46 of the ON state, and the NMOS 48 whose ON state is controlled are supplied from the power supply VDD. The amount of current flowing through the ground GND changes, and the voltage of the signal at the internal node A ′ is controlled to be a voltage corresponding to the control voltage VCONT.

遅延セル22は、レプリカ回路24と同じ構成であり、NMOS40のゲートには、レプリカ回路24のNMOS48のゲートに入力されるアンプ26の出力信号が入力されている。そのため、遅延セル22はレプリカ回路24と同じように動作し、2つのNMOS36,38のうちのオン状態のNMOSのドレイン側の内部ノードの信号がコントロール電圧VCONTとなるように制御される。   The delay cell 22 has the same configuration as that of the replica circuit 24, and the output signal of the amplifier 26 input to the gate of the NMOS 48 of the replica circuit 24 is input to the gate of the NMOS 40. Therefore, the delay cell 22 operates in the same manner as the replica circuit 24 and is controlled so that the signal of the internal node on the drain side of the NMOS of the two NMOSs 36 and 38 becomes the control voltage VCONT.

初段の遅延セル22では、入力クロックCLKIN_PがL(ローレベル)からH(ハイレベル)、つまり、反転入力クロックCLKIN_NがHからLに変化すると、NMOS36がオフ状態からオン状態、NMOS38がオン状態からオフ状態となり、出力クロックCLKOUT_P_1がHからL、反転出力クロックCLKOUT_N_1がLからHに変化する。
一方、入力クロックCLKIN_PがHからL、つまり、反転入力クロックCLKIN_NがLからHに変化する場合は、上記の逆の動作となる。
この時、出力クロックCLKOUT_P_1および反転出力クロックCLKOUT_N_1は、入力クロックCLKIN_Pおよび反転入力クロックCLKIN_Nに対して、コントロール電圧VCONTに応じて変化したPMOS28,30,32,34の負荷抵抗、および、出力クロックCLKOUT_P_1および反転出力クロックCLKOUT_N_1の出力負荷に対応する遅延時間tだけ遅延される。
In the delay cell 22 at the first stage, when the input clock CLKIN_P changes from L (low level) to H (high level), that is, when the inverted input clock CLKIN_N changes from H to L, the NMOS 36 changes from the OFF state to the ON state, and the NMOS 38 changes from the ON state. The output clock CLKOUT_P_1 changes from H to L, and the inverted output clock CLKOUT_N_1 changes from L to H.
On the other hand, when the input clock CLKIN_P changes from H to L, that is, when the inverted input clock CLKIN_N changes from L to H, the above operation is reversed.
At this time, the output clock CLKOUT_P_1 and the inverted output clock CLKOUT_N_1 are changed with respect to the input clock CLKIN_P and the inverted input clock CLKIN_N according to the control voltage VCONT, the load resistances of the PMOSs 28, 30, 32, and 34, and the output clocks CLKOUT_P_1 and Delayed by a delay time t corresponding to the output load of the inverted output clock CLKOUT_N_1.

2段目以降の遅延セル22も同様に動作する。従って、2段目の遅延セル22から出力される出力クロックCLKOUTは、初段の遅延セル22の出力クロックCLKOUTに対して遅延時間tだけ遅延される。つまり、出力クロックCLKOUT_P_2および反転出力クロックCLKOUT_N_2は、入力クロックCLKINに対して遅延時間2tだけ遅延される。3段目以降の遅延セル22から出力される出力クロックCLKOUTも同様である。
その結果、電圧制御遅延ライン18からは、入力クロックCLKINに対して、遅延時間t×遅延セル22の段数に相当する時間、つまり、1周期に相当する時間だけ遅延された出力クロックCLKOUTが出力される。
The delay cells 22 after the second stage operate similarly. Therefore, the output clock CLKOUT output from the second-stage delay cell 22 is delayed by the delay time t with respect to the output clock CLKOUT of the first-stage delay cell 22. That is, the output clock CLKOUT_P_2 and the inverted output clock CLKOUT_N_2 are delayed by the delay time 2t with respect to the input clock CLKIN. The same applies to the output clock CLKOUT output from the delay cells 22 in the third and subsequent stages.
As a result, the output clock CLKOUT delayed from the input clock CLKIN by a time corresponding to the delay time t × the number of stages of the delay cells 22, that is, a time corresponding to one period, is output from the voltage control delay line 18. The

例えば、最終段の遅延セル22から出力される出力クロックCLKOUTがフィードバッククロックFBCLKとして、位相比較器12にフィードバックされる。
その結果、コントロール電圧VCONTが上昇すると、PMOS28,30,32,34の負荷抵抗が大きくなるため、遅延時間tは長くなり、逆に、コントロール電圧VCONTが低下すると、PMOS28,30,32,34の負荷抵抗が小さくなるため、遅延時間tは短くなる。
For example, the output clock CLKOUT output from the delay cell 22 at the final stage is fed back to the phase comparator 12 as the feedback clock FBCLK.
As a result, when the control voltage VCONT increases, the load resistance of the PMOSs 28, 30, 32, and 34 increases, so that the delay time t increases. Conversely, when the control voltage VCONT decreases, the PMOSs 28, 30, 32, and 34 Since the load resistance is reduced, the delay time t is shortened.

従来のDLL回路10では、PVT(P:製造プロセス、V:電源電圧、T:温度)条件や、入力クロックCLKINの周波数等によって、入力クロックCLKINに対する出力クロックCLKOUTの遅延時間、つまり、コントロール電圧VCONTが大きく変化するという問題がある。   In the conventional DLL circuit 10, the delay time of the output clock CLKOUT relative to the input clock CLKIN, that is, the control voltage VCONT, depending on the PVT (P: manufacturing process, V: power supply voltage, T: temperature) conditions, the frequency of the input clock CLKIN, and the like. There is a problem that changes greatly.

図6は、図5に示す電圧制御遅延ラインが遅延セル14段構成の場合の、遅延セル1段当たりの、コントロール電圧と出力クロックの遅延時間との関係を表す一例のグラフである。このグラフの横軸は、コントロール電圧VCONT、縦軸は、出力クロックCLKOUTの遅延時間を表す。   FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between the control voltage and the delay time of the output clock per delay cell when the voltage control delay line shown in FIG. 5 has a 14-stage delay cell configuration. The horizontal axis of this graph represents the control voltage VCONT, and the vertical axis represents the delay time of the output clock CLKOUT.

同図のグラフにおいて、例えば、ss_−40の条件の曲線は、製造プロセスが「ss」で、温度が「−40℃」の条件における曲線であることを表す。他の曲線も同様である。プロセス条件の「ss」は、NMOS(N型MOSトランジスタ)およびPMOS(P型MOSトランジスタ)の製造プロセスがスローおよびスローであることを表す。また、プロセス条件の「ff」は、NMOSおよびPMOSの製造プロセスがファーストおよびファーストであることを表す。他のプロセス条件も同様である。   In the graph of the figure, for example, the curve of the condition of ss_-40 indicates that the manufacturing process is “ss” and the temperature is “−40 ° C.”. The same applies to the other curves. The process condition “ss” indicates that the manufacturing process of NMOS (N-type MOS transistor) and PMOS (P-type MOS transistor) is slow and slow. The process condition “ff” indicates that the NMOS and PMOS manufacturing processes are fast and fast. The same applies to other process conditions.

また、同図のグラフにおいて、Spec_160Mを表す左右方向の線は、遅延セル14段構成の電圧制御遅延ライン18において、周波数が160MHzの時の入力クロックCLKINの1周期に相当する遅延時間が形成される場合に、遅延セル一段当たりに必要な遅延時間を表す。つまり、Spec_160Mを表す左右方向の線と、各々の条件の曲線とが交わる点は、各曲線の条件で、入力クロックCLKINの周波数が160MHzの場合に、出力クロックCLKOUTが、入力クロックCLKINに対して、1周期分に相当する時間だけ遅延される時のコントロール電圧VCONTを表す。Spec_14.2Mの場合も同様である。
同図のグラフにおいて、Spec_14.2Mの直線とSpec_160Mの直線との間に挟まれた領域における各曲線のX座標の値が、コントロール電圧VCONTがとり得る範囲の値である。同図のグラフの場合、コントロール電圧VCONTは、約0.4V≦コントロール電圧VCONT≦約1.08Vの範囲の値をとり得る。
Further, in the graph of the figure, a horizontal line representing Spec_160M indicates that a delay time corresponding to one cycle of the input clock CLKIN when the frequency is 160 MHz is formed in the voltage control delay line 18 having a 14-stage delay cell configuration. In this case, the delay time required per delay cell is expressed. In other words, the horizontal line representing Spec_160M and the curve of each condition intersect with each other under the condition of each curve. When the frequency of the input clock CLKIN is 160 MHz, the output clock CLKOUT is compared with the input clock CLKIN. 1 represents the control voltage VCONT when delayed by a time corresponding to one period. The same applies to Spec — 14.2M.
In the graph of the figure, the value of the X coordinate of each curve in the region sandwiched between the Spec — 14.2M straight line and the Spec — 160M straight line is a value that can be taken by the control voltage VCONT. In the case of the graph in the figure, the control voltage VCONT can take a value in the range of about 0.4V ≦ control voltage VCONT ≦ about 1.08V.

このように、PVT条件や、入力クロックの周波数を変化させた場合のコントロール電圧VCONTの振れ幅が大きいと、遅延セル22のDC動作点を確保することが難しくなる。
例えば、図6のグラフの中では最もコントロール電圧VCONTが大きくなるff_125の条件で、コントロール電圧VCONTは最大の1.08Vとなるが、電源電圧は1.2Vであるから、このコントロール電圧VCONTでは、遅延セル22を構成する負荷抵抗のPMOS28,30,32,34がサブスレッショルド領域で動作する。この場合、製造バラツキや電源ノイズによって、PMOS28,30,32,34を流れる電流量が指数関数的に大きく変動し、ジッタの悪化や、電圧制御遅延ライン18を構成する各遅延セル22の遅延時間がばらつくため、各遅延セル22の出力を取り出して、多相クロックとして活用する場合に大きな問題となる。このため、正確な遅延時間の出力クロックCLKOUTを得ることができなくなる。
Thus, if the amplitude of the control voltage VCONT when the PVT condition or the frequency of the input clock is changed is large, it is difficult to ensure the DC operating point of the delay cell 22.
For example, in the graph of FIG. 6, under the condition of ff_125 where the control voltage VCONT is the largest, the control voltage VCONT is 1.08 V at the maximum, but the power supply voltage is 1.2 V. Therefore, in this control voltage VCONT, The load resistors PMOS 28, 30, 32, and 34 constituting the delay cell 22 operate in the subthreshold region. In this case, the amount of current flowing through the PMOSs 28, 30, 32, 34 fluctuates exponentially due to manufacturing variations and power supply noise, resulting in jitter deterioration and delay times of the delay cells 22 constituting the voltage control delay line 18. Therefore, it becomes a big problem when the output of each delay cell 22 is taken out and used as a multiphase clock. This makes it impossible to obtain an output clock CLKOUT having an accurate delay time.

これに対し、ff_125の条件で、コントロール電圧VCONTが1.08Vまで上昇するのを避けるために、例えば、各遅延セルの出力に負荷容量を接続することが考えられる。
しかし、遅延セル22の出力に負荷容量を接続すると、例えば、図6のグラフの中では最もコントロール電圧VCONTが小さくなるss_−40の条件の場合に、コントロール電圧VCONTが低下し過ぎるため、飽和領域で動作させなければならない遅延セル22のテール電流源であるNMOS40が線形領域に陥る。
On the other hand, in order to avoid the control voltage VCONT rising to 1.08 V under the condition of ff_125, for example, it is conceivable to connect a load capacitor to the output of each delay cell.
However, when a load capacitor is connected to the output of the delay cell 22, for example, in the condition of ss_-40 where the control voltage VCONT is the smallest in the graph of FIG. The NMOS 40, which is the tail current source of the delay cell 22 that must be operated at, falls into the linear region.

図7(A)および(B)は、それぞれ、遅延セルの出力に負荷容量を接続した場合の、コントロール電圧と遅延セル一段の遅延時間との関係を表す一例のグラフである。
同図(A)のグラフは、電圧制御遅延ライン18が遅延セル22の14段構成の場合において、遅延セル22一段あたりについて、ff_125の条件、1.2Vの電源電圧、14.2MHz〜160MHzの範囲の周波数の入力クロックCLKINで、かつ、遅延セル22の出力に接続する負荷容量の値を変更して動作させた場合の、コントロール電圧VCONTと出力クロックCLKOUTの遅延時間との関係を表す。
FIGS. 7A and 7B are graphs showing examples of the relationship between the control voltage and the delay time of one stage of the delay cell when a load capacitor is connected to the output of the delay cell.
The graph of FIG. 5A shows that when the voltage control delay line 18 has a 14-stage configuration of the delay cells 22, the condition of ff_125, the power supply voltage of 1.2V, and 14.2 MHz to 160 MHz for each stage of the delay cell 22 is shown. This represents the relationship between the control voltage VCONT and the delay time of the output clock CLKOUT when operating with the input clock CLKIN having a frequency in the range and changing the value of the load capacitance connected to the output of the delay cell 22.

同図(A)のグラフに示すように、ff_125の条件の場合、遅延セル22の出力に接続する負荷容量の値を大きくするに従って、コントロール電圧VCONTが大きく低下されることが分かる。
一方、同図(B)は、DLL回路10を、ss_−40の条件、1.2Vの電源電圧、14.2MHz〜160MHzの範囲の周波数の入力クロックで、かつ、遅延セル22の出力に接続する負荷容量の値を変更して動作させた場合の、コントロール電圧VCONTと出力クロックCLKOUTの遅延時間との関係を表す。
同図(B)のグラフに示すように、ss_−40の条件の場合、遅延セル22の出力に接続する負荷容量の値を大きくするに従って、コントロール電圧VCONTが低下し過ぎて、テール電流源を構成するNMOS48、及びNMOS40のDC動作点が飽和領域から外れてしまう。
As shown in the graph of FIG. 11A, it can be seen that, under the condition of ff_125, the control voltage VCONT is greatly reduced as the value of the load capacitance connected to the output of the delay cell 22 is increased.
On the other hand, FIG. 6B shows that the DLL circuit 10 is connected to the output of the delay cell 22 with the condition of ss_-40, the power supply voltage of 1.2V, the input clock having the frequency in the range of 14.2 MHz to 160 MHz. Represents the relationship between the control voltage VCONT and the delay time of the output clock CLKOUT when the load capacitance value to be operated is changed.
As shown in the graph of FIG. 7B, in the case of the condition of ss_−40, as the value of the load capacitance connected to the output of the delay cell 22 is increased, the control voltage VCONT decreases too much and the tail current source is turned on. The DC operating points of the NMOS 48 and the NMOS 40 constituting the configuration are out of the saturation region.

このように、遅延セル22の出力に単純に負荷容量を接続しただけでは、入力クロックCLKINの全周波数条件、全PVT条件で、遅延セル22のDC動作点を適切に設定することはできない。   As described above, the DC operating point of the delay cell 22 cannot be appropriately set under all frequency conditions and all PVT conditions of the input clock CLKIN simply by connecting a load capacitor to the output of the delay cell 22.

また、本発明に関連性のある先行技術文献として、特許文献1がある。   Moreover, there exists patent document 1 as a prior art document relevant to this invention.

特許文献1には、DLL回路を構成する可変遅延セルから出力される、システムクロックを遅延させた補償クロックの遅延量をモニタするためのディレイモニタ回路のプリドライバ部において、遅延量を変えるための複数のキャパシタ、および、キャパシタと補償クロックとを接続するための複数のスイッチを設け、制御信号でスイッチのオンオフを随時制御して、キャパシタを接続ないし非接続として遅延量を変える構成が記載されている。
しかし、特許文献1の構成では、複数のキャパシタの接続を切り替えるために、DLL回路の外部から入力される複雑な制御信号を必要とするという問題がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133867 describes a method for changing a delay amount in a pre-driver section of a delay monitor circuit for monitoring a delay amount of a compensation clock that is output from a variable delay cell constituting a DLL circuit and delays a system clock. A configuration is described in which a plurality of capacitors and a plurality of switches for connecting the capacitors and the compensation clock are provided, and the on / off state of the switches is controlled as needed by a control signal to change the delay amount by connecting or disconnecting the capacitors. Yes.
However, in the configuration of Patent Document 1, there is a problem that a complicated control signal input from the outside of the DLL circuit is required to switch the connection of a plurality of capacitors.

特開2003−188705号公報JP 2003-188705 A

John G. Maneatis, Low-Jitter Process-Independent DLL and PLL Based on Self-Biased Techniques, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, NOVEMBER 1996, VOL. 31, NO. 11John G. Maneatis, Low-Jitter Process-Independent DLL and PLL Based on Self-Biased Techniques, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, NOVEMBER 1996, VOL. 31, NO. 11

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解消し、入力クロックの全周波数条件、全PVT条件で、電圧制御遅延ラインのDC動作点を適切に設定することができる遅延同期ループ回路を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a delay locked loop circuit that can solve the problems of the prior art and can appropriately set the DC operating point of the voltage controlled delay line under all frequency conditions and all PVT conditions of the input clock. There is to do.

上記目的を達成するために、本発明は、コントロール電圧に応じて、入力クロックに位相同期し、前記入力クロックに対して、1周期に相当する時間だけ遅延された出力クロックを出力する電圧制御遅延ラインを備える遅延同期ループ回路であって、
同じ大きさの各々の出力負荷を各々対応する出力クロックに接続するか、もしくは、前記各々の出力負荷を前記各々対応する出力クロックに接続しない負荷接続部と、
ロックタイムに相当する時間以上の時間が経過した後に、前記コントロール電圧が、あらかじめ設定された基準電圧よりも大きい場合には、アクティブ状態の接続制御信号を出力するように制御する接続制御部とを備え、
前記負荷接続部は、前記接続制御信号がアクティブ状態である場合に、前記各々の出力負荷を前記各々対応する出力クロックに接続するものであることを特徴とする遅延同期ループ回路を提供するものである。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a voltage control delay that outputs an output clock that is phase-synchronized with an input clock in accordance with a control voltage and is delayed by a time corresponding to one period with respect to the input clock. A delay locked loop circuit comprising a line,
Each output load of the same size is connected to a corresponding output clock, or each load load is not connected to each corresponding output clock; and
A connection control unit that controls to output an active connection control signal when the control voltage is greater than a preset reference voltage after a time equal to or greater than a lock time has elapsed. Prepared,
The load connection unit provides a delay locked loop circuit that connects each output load to the corresponding output clock when the connection control signal is in an active state. is there.

ここで、前記接続制御部は、前記コントロール電圧が、前記あらかじめ設定された基準電圧よりも大きい場合に、前記アクティブ状態の接続制御信号が1回だけ出力されるように制御するものであることが好ましい。   Here, when the control voltage is larger than the preset reference voltage, the connection control unit controls the connection control signal in the active state to be output only once. preferable.

また、前記接続制御部は、
前記基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
前記コントロール電圧と前記基準電圧とを比較した比較結果を出力する比較回路と、
前記ロックタイムに相当する時間以上の時間をカウントした後に保持信号を出力するカウンタと、
前記保持信号に同期して、前記比較結果を保持して前記接続制御信号として出力する比較結果保持回路とを備えることが好ましい。
In addition, the connection control unit
A reference voltage generating circuit for generating the reference voltage;
A comparison circuit that outputs a comparison result comparing the control voltage and the reference voltage;
A counter that outputs a holding signal after counting a time equal to or longer than the time corresponding to the lock time;
It is preferable to include a comparison result holding circuit that holds the comparison result and outputs the comparison result as the connection control signal in synchronization with the holding signal.

また、前記基準電圧発生回路は、前記基準電圧として、(電源電圧−NMOSおよびPMOSの製造プロセスがファーストおよびファーストに振れたときのMOSの閾値電圧)を発生するものであることが好ましい。   Preferably, the reference voltage generation circuit generates (power supply voltage—threshold voltage of MOS when the manufacturing process of NMOS and PMOS swings first and first) as the reference voltage.

また、前記基準電圧発生回路は、前記基準電圧として、製造プロセスがティピカルで、かつ、温度が常温の時のコントロール電圧に相当する電圧を発生するものであることが好ましい。   The reference voltage generation circuit preferably generates a voltage corresponding to a control voltage when the manufacturing process is typical and the temperature is normal temperature, as the reference voltage.

また、前記負荷接続部は、
前記各々の出力負荷として、同じ容量値の各々の負荷容量と、
前記各々の負荷容量と前記各々対応する出力クロックとの間に接続され、前記接続制御信号がアクティブ状態の場合にオンして、前記各々の負荷容量を前記各々対応する出力クロックに接続する各々のスイッチとを備えることが好ましい。
The load connecting portion is
As each output load, each load capacity of the same capacity value,
Each of the load capacitors connected between the load capacitors and the corresponding output clocks, and turned on when the connection control signal is in an active state to connect the load capacitors to the corresponding output clocks. And a switch.

本発明では、コントロール電圧があらかじめ設定された基準電圧よりも大きくなる条件で製造されたDLL回路において、各々の出力負荷が各々対応する出力クロックに接続され、コントロール電圧が低下される。
一方で、コントロール電圧が基準電圧よりも小さくなる条件で製造されたDLL回路において、各々の出力負荷は各々対応する出力クロックに接続されず、コントロール電圧が不必要に低下されることはない。
これにより、本発明によれば、コントロール電圧がとり得る範囲を狭めることができるため、電圧制御遅延ラインのDC動作点マージンの確保が容易となり、入力クロックの周波数レンジを拡大することができる。
また、本発明では、リセットの解除後、保持信号が1回だけしか変化しないように制限することにより、出力負荷の接続状態が、DLL回路の通常動作中に不本意に切り替わることを防ぐことができる。
In the present invention, in the DLL circuit manufactured under the condition that the control voltage is larger than the preset reference voltage, each output load is connected to the corresponding output clock, and the control voltage is lowered.
On the other hand, in the DLL circuit manufactured under the condition that the control voltage is smaller than the reference voltage, each output load is not connected to the corresponding output clock, and the control voltage is not unnecessarily lowered.
Thus, according to the present invention, the range that the control voltage can take can be narrowed, so that it is easy to secure the DC operating point margin of the voltage control delay line, and the frequency range of the input clock can be expanded.
Further, in the present invention, after the reset is released, the holding signal is limited to change only once, thereby preventing the connection state of the output load from being switched unintentionally during the normal operation of the DLL circuit. it can.

本発明のDLL回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。It is a block diagram of one Embodiment showing the structure of the DLL circuit of this invention. 図1に示す電圧制御遅延ライン、負荷接続部および接続制御部の構成を表す一例の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of a voltage control delay line, a load connection unit, and a connection control unit illustrated in FIG. (A)および(B)は、それぞれ、図1に示すDLL回路の動作を表す一例のタイミングチャートである。(A) and (B) are timing charts of examples showing the operation of the DLL circuit shown in FIG. 非特許文献1に開示されたDLL回路の構成を表す一例のブロック図である。It is a block diagram of an example showing the structure of the DLL circuit disclosed by the nonpatent literature 1. 図4に示す電圧制御遅延ラインの構成を表す一例の回路図である。FIG. 5 is an exemplary circuit diagram illustrating a configuration of a voltage control delay line illustrated in FIG. 4. 図5に示す遅延セル1段当たりの、コントロール電圧と出力クロックの遅延時間との関係を表す一例のグラフである。6 is a graph illustrating an example of a relationship between a control voltage and a delay time of an output clock per stage of delay cells illustrated in FIG. 5. (A)および(B)は、それぞれ、遅延セルの出力に負荷容量を接続した場合の、コントロール電圧と遅延セル一段の遅延時間との関係を表す一例のグラフである。(A) and (B) are graphs showing examples of the relationship between the control voltage and the delay time of one stage of the delay cell when a load capacitor is connected to the output of the delay cell.

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の遅延同期ループ回路を詳細に説明する。   Hereinafter, a delay locked loop circuit of the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.

図1は、本発明のDLL回路の構成を表す一実施形態のブロック図である。同図に示す本実施形態のDLL回路50は、図4に示す従来のDLL回路10において、さらに、負荷接続部52と、接続制御部54とを備えるものである。
つまり、DLL回路50は、位相比較器(PD)12と、チャージポンプ(CP)14と、ループフィルタ(LF)16と、電圧制御遅延ライン(VCDL)18と、負荷接続部52と、接続制御部54とを備えている。
本実施形態のDLL回路50では、従来のDLL回路10と同じ構成要素に同じ符号を付けて、その繰り返しの説明を省略する。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment showing a configuration of a DLL circuit of the present invention. The DLL circuit 50 according to the present embodiment shown in the figure further includes a load connection unit 52 and a connection control unit 54 in the conventional DLL circuit 10 shown in FIG.
That is, the DLL circuit 50 includes a phase comparator (PD) 12, a charge pump (CP) 14, a loop filter (LF) 16, a voltage control delay line (VCDL) 18, a load connection unit 52, and connection control. Part 54.
In the DLL circuit 50 of the present embodiment, the same components as those in the conventional DLL circuit 10 are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.

負荷接続部52は、後述する接続制御信号に応じて、同じ大きさの各々の出力負荷を各々対応する出力クロックCLKOUTに接続するか、もしくは、各々の出力負荷を各々対応する出力クロックCLKOUTに接続しないものである。
負荷接続部52は、接続制御信号がアクティブ状態である場合に、各々の出力負荷を各々対応する出力クロックCLKOUTに接続する。
The load connection unit 52 connects each output load of the same size to the corresponding output clock CLKOUT or connects each output load to the corresponding output clock CLKOUT in accordance with a connection control signal described later. It is something that does not.
When the connection control signal is in an active state, the load connection unit 52 connects each output load to the corresponding output clock CLKOUT.

接続制御部54は、DLL回路50のロックタイムに相当する時間以上の時間が経過した後に、コントロール電圧VCONTが、あらかじめ設定された基準電圧VREFよりも大きい場合には、アクティブ状態の接続制御信号を出力するように制御するものである。
本実施形態の接続制御部54は、コントロール電圧VCONTが、あらかじめ設定された基準電圧VREFよりも大きい場合に、アクティブ状態の接続制御信号が1回だけ出力されるように制御する。
When the control voltage VCONT is greater than the preset reference voltage VREF after a time equal to or greater than the time corresponding to the lock time of the DLL circuit 50 has elapsed, the connection control unit 54 sends an active connection control signal. It controls to output.
The connection control unit 54 of the present embodiment performs control so that the connection control signal in the active state is output only once when the control voltage VCONT is higher than the preset reference voltage VREF.

ここで、出力負荷を出力クロックCLKOUTに接続する目的は、負荷抵抗のPMOS28,30,32,34がサブスレッショルド領域に陥るのを防ぐように、あるいは、サブスレッショルド領域で動作するとしても、可能な限りゲート−ソース間の電圧Vgsを大きくすることができるようにすることである。
図6に示す例の場合、ff以外の製造プロセスでは、コントロール電圧VCONTはあまり上昇しないので、ff時の製造プロセスのコントロール電圧VCONTに注目しておけば十分である。
Here, the purpose of connecting the output load to the output clock CLKOUT is possible even if the load resistors PMOS 28, 30, 32, and 34 are prevented from falling into the subthreshold region or even if they operate in the subthreshold region. As much as possible, the gate-source voltage Vgs can be increased.
In the case of the example shown in FIG. 6, the control voltage VCONT does not increase so much in the manufacturing processes other than ff, so it is sufficient to pay attention to the control voltage VCONT of the manufacturing process at the time of ff.

そこで、基準電圧VREF=(電源電圧−製造プロセスがffに振れたときのPMOSの閾値電圧Vth)に設定することが考えられる。
この場合、例えば、電源電圧が1.2V、製造プロセスがffの時のPMOS28,30,32,34の閾値電圧Vthが0.3Vであるとすると、基準電圧VREF=1.2V−0.3V=0.9Vとなる。
あるいは、基準電圧VREFを、標準条件、つまり、製造プロセスがティピカルで、かつ、温度が常温の時のコントロール電圧VCONTに相当する電圧に設定することが考えられる。
Therefore, it is conceivable to set the reference voltage VREF = (power supply voltage−PMOS threshold voltage Vth when the manufacturing process fluctuates to ff).
In this case, for example, if the threshold voltage Vth of the PMOS 28, 30, 32, and 34 is 0.3V when the power supply voltage is 1.2V and the manufacturing process is ff, the reference voltage VREF = 1.2V−0.3V. = 0.9V.
Alternatively, the reference voltage VREF may be set to a standard condition, that is, a voltage corresponding to the control voltage VCONT when the manufacturing process is typical and the temperature is normal temperature.

なお、コントロール電圧VCONTのとり得る最小値が低下されない限り、コントロール電圧VCONTがとり得る範囲内で、基準電圧VREFをどこに設定してもよい。   The reference voltage VREF may be set anywhere within the range that the control voltage VCONT can take as long as the minimum value that the control voltage VCONT can take is not lowered.

次に、図2は、図1に示す電圧制御遅延ライン、負荷接続部および接続制御部の構成を表す一例の回路図である。
同図に示すように、本実施形態の負荷接続部52は、各々の出力負荷として、同じ容量値の各々の負荷容量56と、各々の負荷容量56と各々対応する出力クロックCLKOUTとの間に接続され、接続制御信号Tgate_Nおよび反転接続制御信号Tgate_Pがアクティブ状態であるHおよびLの場合にオンして、各々の負荷容量56を各々対応する出力クロックCLKOUTに接続する各々のスイッチ58とを備えている。
負荷容量56の容量値は、レイアウト面積や、コントロール電圧VCONTをどの程度低下させたいのか等に応じて決定することができる。
Next, FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of the configuration of the voltage control delay line, the load connection unit, and the connection control unit illustrated in FIG.
As shown in the figure, the load connection unit 52 of the present embodiment has, as each output load, each load capacitance 56 having the same capacitance value, and between each load capacitance 56 and the corresponding output clock CLKOUT. Each switch 58 is connected and is turned on when the connection control signal Tgate_N and the inverted connection control signal Tgate_P are in the active state of H and L, and connects each load capacitor 56 to the corresponding output clock CLKOUT. ing.
The capacitance value of the load capacitor 56 can be determined according to the layout area, how much the control voltage VCONT is to be reduced, and the like.

初段の遅延セル22に対応する負荷接続部52は、負荷容量56として、2つの容量素子60,62と、スイッチ58として、2つのトランスファゲート64,66とを備えている。
トランスファゲート64および容量素子60は、出力クロックCLKOUT_P_1とグランドGNDとの間に直列に接続されている。同様に、トランスファゲート66および容量素子62は、反転出力クロックCLKOUT_N_1とグランドGNDとの間に直列に接続されている。
トランスファゲート64,66を構成するPMOSおよびNMOSのゲートには、それぞれ、接続制御信号Tgate_Nおよび反転接続制御信号Tgate_Pが入力されている。
2段目以降の遅延セル22に対応する負荷接続部52も同様である。
The load connection unit 52 corresponding to the delay cell 22 in the first stage includes two capacitive elements 60 and 62 as a load capacitor 56, and two transfer gates 64 and 66 as a switch 58.
The transfer gate 64 and the capacitive element 60 are connected in series between the output clock CLKOUT_P_1 and the ground GND. Similarly, the transfer gate 66 and the capacitive element 62 are connected in series between the inverted output clock CLKOUT_N_1 and the ground GND.
A connection control signal Tgate_N and an inverted connection control signal Tgate_P are input to the gates of the PMOS and NMOS constituting the transfer gates 64 and 66, respectively.
The same applies to the load connection units 52 corresponding to the delay cells 22 in the second and subsequent stages.

続いて、本実施形態の接続制御部54は、基準電圧発生回路68と、比較回路70と、カウンタ72と、比較結果保持回路74と、インバータ76とを備えている。   Subsequently, the connection control unit 54 of this embodiment includes a reference voltage generation circuit 68, a comparison circuit 70, a counter 72, a comparison result holding circuit 74, and an inverter 76.

基準電圧発生回路68は、あらかじめ設定された所定の基準電圧VREFを発生するものである。本実施形態の基準電圧発生回路68は、電源VDDとグランドGNDとの間の電圧を、電源VDDとグランドGNDとの間に直列に接続された複数の抵抗素子で抵抗分割して基準電圧VREFを発生する。   The reference voltage generation circuit 68 generates a predetermined reference voltage VREF set in advance. The reference voltage generation circuit 68 according to the present embodiment divides the voltage between the power supply VDD and the ground GND by a plurality of resistance elements connected in series between the power supply VDD and the ground GND to obtain the reference voltage VREF. Occur.

比較回路70は、コントロール電圧VCONTと基準電圧VREFとを比較した比較結果を出力するものである。   The comparison circuit 70 outputs a comparison result obtained by comparing the control voltage VCONT and the reference voltage VREF.

カウンタ72は、入力クロックCLKINを分周した分周クロックDIVCLKに同期して、ロックタイムに相当する時間以上の時間をカウントした後に保持信号Count_outを出力するものである。
ロックタイムは、例えば、シミュレーション等により算出することができるため、分周クロックDIVCLKおよびロックタイムに応じて、ロックタイムに相当する時間以上の時間をカウントするカウンタ72を構成することができる。
なお、分周クロックDIVCLKの代わりに、入力クロックCLKINを使用してもよいが、分周クロックDIVCLKを使用することにより、カウンタ72の回路規模を削減することができる。
The counter 72 outputs a holding signal Count_out after counting a time equal to or greater than the time corresponding to the lock time in synchronization with the divided clock DIVCLK obtained by dividing the input clock CLKIN.
Since the lock time can be calculated by, for example, simulation or the like, the counter 72 that counts a time equal to or greater than the time corresponding to the lock time can be configured according to the divided clock DIVCLK and the lock time.
Although the input clock CLKIN may be used instead of the divided clock DIVCLK, the circuit scale of the counter 72 can be reduced by using the divided clock DIVCLK.

比較結果保持回路74は、保持信号Count_outに同期して、比較結果を保持して接続制御信号Tgate_Nとして出力するものである。
インバータ76は、接続制御信号Tgate_Nを反転した反転接続制御信号Tgate_Pを出力するものである。
The comparison result holding circuit 74 holds the comparison result in synchronization with the holding signal Count_out and outputs it as a connection control signal Tgate_N.
The inverter 76 outputs an inverted connection control signal Tgate_P obtained by inverting the connection control signal Tgate_N.

以下、DLL回路50の動作を説明する。   Hereinafter, the operation of the DLL circuit 50 will be described.

図示を省略しているが、接続制御部54では、例えば、パワーオンリセット等により、カウンタ72および比較結果保持回路74がリセットされる。
これにより、保持信号Count_outはL、接続制御信号Tgate_NはL、つまり、反転接続制御信号Tgate_PはHに初期化される。また、負荷接続部52の全てのトランスファゲート64,66(スイッチ58)はオフ状態となる。
Although not shown, in the connection control unit 54, the counter 72 and the comparison result holding circuit 74 are reset by, for example, a power-on reset or the like.
As a result, the holding signal Count_out is initialized to L, the connection control signal Tgate_N is initialized to L, that is, the inverted connection control signal Tgate_P is initialized to H. Further, all the transfer gates 64 and 66 (switch 58) of the load connection unit 52 are turned off.

リセットの解除後、カウンタ72により、分周クロックDIVCLKに同期して、ロックタイムに相当する時間以上の時間がカウントされた後、LからHに1回だけ変化する保持信号Count_outが出力される。
一方、比較回路70により、DLL回路50がロックされた後のコントロール電圧VCONTと基準電圧VREFとが比較され、その比較結果が出力される。本実施形態の比較回路70は、コントロール電圧VCONTが基準電圧VREFよりも大きい場合に、比較結果としてHを出力する。
After the reset is released, the counter 72 counts a time equal to or greater than the time corresponding to the lock time in synchronization with the divided clock DIVCLK, and then outputs a holding signal Count_out that changes only once from L to H.
On the other hand, the comparison circuit 70 compares the control voltage VCONT after the DLL circuit 50 is locked with the reference voltage VREF, and outputs the comparison result. The comparison circuit 70 of this embodiment outputs H as a comparison result when the control voltage VCONT is larger than the reference voltage VREF.

続いて、比較結果保持回路74により、保持信号Count_outの立ち上がりに同期して、比較結果が保持され、接続制御信号Tgate_Nとして出力される。また、インバータ76により、接続制御信号Tgate_Nが反転され、反転接続制御信号Tgate_Pとして出力される。   Subsequently, the comparison result holding circuit 74 holds the comparison result in synchronization with the rise of the holding signal Count_out, and outputs it as a connection control signal Tgate_N. Further, the inverter 76 inverts the connection control signal Tgate_N and outputs it as an inverted connection control signal Tgate_P.

コントロール電圧VCONTが基準電圧VREFよりも大きい場合、接続制御信号Tgate_NがH、反転接続制御信号Tgate_PがLになり、負荷接続部52では、全てのトランスファゲート64,66がオン状態となる。これにより、各々の容量素子60が各々対応する出力クロックCLKOUT_Pに接続され、各々の容量素子62が各々対応する反転出力クロックCLKOUT_Nに接続される。
容量素子60,62が出力クロックCLKOUTに接続されると、出力クロックCLKOUTの遅延時間が変化する。遅延時間が変化した出力クロックCLKOUTは、フィードバッククロックFBCLKとして、位相比較器12にフィードバックされて、コントロール電圧VCONTが低くなる方向に変更される。そして、変更されたコントロール電圧VCONTに応じて、出力クロックCLKOUTの遅延時間が再び変更される。
When the control voltage VCONT is higher than the reference voltage VREF, the connection control signal Tgate_N is H, the inverted connection control signal Tgate_P is L, and all the transfer gates 64 and 66 are turned on in the load connection unit 52. Accordingly, each capacitive element 60 is connected to the corresponding output clock CLKOUT_P, and each capacitive element 62 is connected to the corresponding inverted output clock CLKOUT_N.
When the capacitive elements 60 and 62 are connected to the output clock CLKOUT, the delay time of the output clock CLKOUT changes. The output clock CLKOUT whose delay time has changed is fed back to the phase comparator 12 as the feedback clock FBCLK, and is changed in the direction in which the control voltage VCONT is lowered. Then, the delay time of the output clock CLKOUT is changed again according to the changed control voltage VCONT.

一方、コントロール電圧VCONTが基準電圧VREF以下の場合、接続制御信号Tgate_NがL、つまり、反転接続制御信号Tgate_PがHとなり、負荷接続部52では、全てのトランスファゲート64,66がオフ状態となる。これにより、各々の容量素子60は各々対応する出力クロックCLKOUT_Pに接続されず、各々の容量素子62は各々対応する反転出力クロックCLKOUT_Nに接続されない。   On the other hand, when the control voltage VCONT is equal to or lower than the reference voltage VREF, the connection control signal Tgate_N is L, that is, the inverted connection control signal Tgate_P is H, and in the load connection unit 52, all the transfer gates 64 and 66 are turned off. Accordingly, each capacitive element 60 is not connected to the corresponding output clock CLKOUT_P, and each capacitive element 62 is not connected to the corresponding inverted output clock CLKOUT_N.

例えば、電源電圧が1.2Vの場合、基準電圧VREFを0.9Vに設定すると、図6に示す中で最もコントロール電圧VCONTが大きくなるff_125の条件で、コントロール電圧VCONTが最大の約1.08Vとなる曲線の場合に、コントロール電圧VCONTが基準電圧VREFよりも大きくなり、比較結果はHとなる。その結果、図3(A)に示すように、接続制御信号Tgate_NがH、反転接続制御信号Tgate_PがLとなり、各々の負荷容量56が各々対応する出力クロックCLKOUTに接続される。
なお、図3には、対比が容易となるように、負荷容量56が出力クロックCLKOUTに接続された場合と、接続されていない場合のコントロール電圧VCONTの変化が示されている。
これにより、コントロール電圧VCONTがあらかじめ設定された基準電圧VREFよりも大きくなる条件で製造されたDLL回路において、コントロール電圧VCONTが低下され、負荷抵抗のPMOS28,30,32,34がサブスレッショルド領域に陥るのを防ぐように、またはサブスレッショルド領域で動作するとしても、可能な限りゲート−ソース間の電圧Vgsを大きくすることができる。
For example, when the power supply voltage is 1.2 V, when the reference voltage VREF is set to 0.9 V, the maximum control voltage VCONT is about 1.08 V under the condition of ff_125 in which the control voltage VCONT becomes the largest in FIG. In the case of the curve, the control voltage VCONT is larger than the reference voltage VREF, and the comparison result is H. As a result, as shown in FIG. 3A, the connection control signal Tgate_N becomes H, the inverted connection control signal Tgate_P becomes L, and each load capacitor 56 is connected to the corresponding output clock CLKOUT.
FIG. 3 shows changes in the control voltage VCONT when the load capacitor 56 is connected to the output clock CLKOUT and when it is not connected so that the comparison is easy.
As a result, in the DLL circuit manufactured under the condition that the control voltage VCONT is larger than the preset reference voltage VREF, the control voltage VCONT is lowered, and the load resistors PMOS 28, 30, 32, and 34 fall into the subthreshold region. Even when the operation is performed in the subthreshold region, the gate-source voltage Vgs can be increased as much as possible.

今回、本発明者が実施したシミュレーションでは、負荷容量56が出力クロックCLKOUTに接続された後も、負荷抵抗のPMOS28,30,32,34は、サブスレッショルド領域で動作していたが、ゲート−ソース間の電圧Vgsは80mV大きくなる方向に改善されていた。サブスレッショルド領域では、MOSの電流値は(Vgs−Vth)の指数関数で変化するため、ゲート−ソース間の電圧Vgsが80mV改善されただけでも、閾値電圧Vthのばらつきや、電源ノイズに大幅に強くなる。   In the simulation conducted by the present inventor, the load resistors PMOS 28, 30, 32, and 34 operate in the subthreshold region even after the load capacitor 56 is connected to the output clock CLKOUT. The voltage Vgs between them was improved in the direction of increasing 80 mV. In the subthreshold region, the current value of the MOS changes with an exponential function of (Vgs−Vth). Therefore, even if the gate-source voltage Vgs is improved by 80 mV, the variation in the threshold voltage Vth and the power supply noise are greatly increased. Become stronger.

一方で、例えば、最もコントロール電圧VCONTが小さくなるss_−40の条件で、コントロール電圧VCONTが最小の約0.4Vとなる曲線の場合、コントロール電圧VCONTが基準電圧VREFよりも小さくなり、比較結果はLとなる。その結果、図3(B)に示すように、接続制御信号Tgate_NがL、反転接続制御信号Tgate_PがHのまま変化せず、各々の負荷容量56は各々対応する出力クロックCLKOUTに接続されない。
これにより、コントロール電圧VCONTが基準電圧VREFよりも小さくなる条件で製造されたDLL回路において、コントロール電圧VCONTが不必要に低下されることはない。
On the other hand, for example, in the case of a curve where the control voltage VCONT is about 0.4 V which is the minimum under the condition of ss_−40 where the control voltage VCONT is the smallest, the control voltage VCONT is smaller than the reference voltage VREF, and the comparison result is L. As a result, as shown in FIG. 3B, the connection control signal Tgate_N remains L and the inverted connection control signal Tgate_P remains H, and each load capacitor 56 is not connected to the corresponding output clock CLKOUT.
Thereby, in the DLL circuit manufactured under the condition that the control voltage VCONT is smaller than the reference voltage VREF, the control voltage VCONT is not unnecessarily lowered.

このように、負荷容量56の出力クロックCLKOUTへの接続/非接続を切り替えることにより、コントロール電圧VCONTがとり得る値の範囲を狭めることができるため、電圧制御遅延ライン18のDC動作点マージンの確保が容易となり、入力クロックの周波数レンジを拡大することができる。   As described above, since the range of values that the control voltage VCONT can take can be narrowed by switching connection / disconnection of the load capacitor 56 to / from the output clock CLKOUT, a DC operating point margin of the voltage control delay line 18 is ensured. And the frequency range of the input clock can be expanded.

また、本実施形態の場合、保持信号Count_outは、リセットの解除後、LからHに1回だけ変化するか、変化しないため、容量素子の接続状態(接続ないし非接続)は固定される。
このように、リセットの解除後、保持信号Count_outが、LからHに1回だけしか変化しないように制限することにより、容量素子の接続状態が、DLL回路50の通常動作中に不本意に切り替わることを防ぐことができる。
In the case of the present embodiment, the holding signal Count_out changes only once from L to H after reset is released or does not change, so that the connection state (connected or non-connected) of the capacitive element is fixed.
As described above, after the reset is released, the holding signal Count_out is limited to change only once from L to H, so that the connection state of the capacitive element is switched unintentionally during the normal operation of the DLL circuit 50. Can be prevented.

なお、DLL回路50、電圧制御遅延ライン18、負荷接続部52および接続制御部54の具体的な構成は何ら限定されず、同様の機能を果たす各種構成のものを利用することができる。   The specific configurations of the DLL circuit 50, the voltage control delay line 18, the load connection unit 52, and the connection control unit 54 are not limited at all, and various configurations that perform the same function can be used.

本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
The present invention is basically as described above.
Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention.

10、50 DLL回路
12 位相比較器(PD)
14 チャージポンプ(CP)
16 ループフィルタ(LF)
18 電圧制御遅延ライン(VCDL)
22 遅延セル(差動インバータ)
24 レプリカ回路
26 アンプ
28,30,32,34、42,44 PMOS(P型MOSトランジスタ)
36,38、40、46、48 NMOS(N型MOSトランジスタ)
52 負荷接続部
54 接続制御部
56 負荷容量
58 スイッチ
60,62 容量素子
64,66 トランスファゲート
68 基準電圧発生回路
70 比較回路
72 カウンタ
74 比較結果保持回路
76 インバータ
10, 50 DLL circuit 12 Phase comparator (PD)
14 Charge pump (CP)
16 Loop filter (LF)
18 Voltage Control Delay Line (VCDL)
22 Delay cell (differential inverter)
24 replica circuit 26 amplifier 28, 30, 32, 34, 42, 44 PMOS (P-type MOS transistor)
36, 38, 40, 46, 48 NMOS (N-type MOS transistor)
52 Load connection unit 54 Connection control unit 56 Load capacity 58 Switch 60, 62 Capacitance element 64, 66 Transfer gate 68 Reference voltage generation circuit 70 Comparison circuit 72 Counter 74 Comparison result holding circuit 76 Inverter

Claims (6)

コントロール電圧に応じて、入力クロックに位相同期し、前記入力クロックに対して、1周期に相当する時間だけ遅延された出力クロックを出力する電圧制御遅延ラインを備える遅延同期ループ回路であって、
同じ大きさの各々の出力負荷を各々対応する出力クロックに接続するか、もしくは、前記各々の出力負荷を前記各々対応する出力クロックに接続しない負荷接続部と、
ロックタイムに相当する時間以上の時間が経過した後に、前記コントロール電圧が、あらかじめ設定された基準電圧よりも大きい場合には、アクティブ状態の接続制御信号を出力するように制御する接続制御部とを備え、
前記負荷接続部は、前記接続制御信号がアクティブ状態である場合に、前記各々の出力負荷を前記各々対応する出力クロックに接続するものであることを特徴とする遅延同期ループ回路。
A delay-locked loop circuit comprising a voltage-controlled delay line that is phase-synchronized with an input clock according to a control voltage and outputs an output clock delayed by a time corresponding to one period with respect to the input clock;
Each output load of the same size is connected to a corresponding output clock, or each load load is not connected to each corresponding output clock; and
A connection control unit that controls to output an active connection control signal when the control voltage is greater than a preset reference voltage after a time equal to or greater than a lock time has elapsed. Prepared,
The delay locked loop circuit, wherein the load connection unit is configured to connect each output load to the corresponding output clock when the connection control signal is in an active state.
前記接続制御部は、前記コントロール電圧が、前記あらかじめ設定された基準電圧よりも大きい場合に、前記アクティブ状態の接続制御信号が1回だけ出力されるように制御するものである請求項1に記載の遅延同期ループ回路。   The connection control unit controls the active connection control signal to be output only once when the control voltage is higher than the preset reference voltage. Delay-locked loop circuit. 前記接続制御部は、
前記基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
前記コントロール電圧と前記基準電圧とを比較した比較結果を出力する比較回路と、
前記ロックタイムに相当する時間以上の時間をカウントした後に保持信号を出力するカウンタと、
前記保持信号に同期して、前記比較結果を保持して前記接続制御信号として出力する比較結果保持回路とを備える請求項1または2に記載の遅延同期ループ回路。
The connection control unit
A reference voltage generating circuit for generating the reference voltage;
A comparison circuit that outputs a comparison result comparing the control voltage and the reference voltage;
A counter that outputs a holding signal after counting a time equal to or longer than the time corresponding to the lock time;
The delay locked loop circuit according to claim 1, further comprising a comparison result holding circuit that holds the comparison result and outputs the comparison result as the connection control signal in synchronization with the holding signal.
前記基準電圧発生回路は、前記基準電圧として、(電源電圧−NMOSおよびPMOSの製造プロセスがファーストおよびファーストに振れたときのMOSの閾値電圧)を発生するものである請求項3に記載の遅延同期ループ回路。   4. The delay synchronization according to claim 3, wherein the reference voltage generation circuit generates (power supply voltage—threshold voltage of MOS when the manufacturing process of NMOS and PMOS swings first and first) as the reference voltage. 5. Loop circuit. 前記基準電圧発生回路は、前記基準電圧として、製造プロセスがティピカルで、かつ、温度が常温の時のコントロール電圧に相当する電圧を発生するものである請求項3に記載の遅延同期ループ回路。   4. The delay locked loop circuit according to claim 3, wherein the reference voltage generation circuit generates a voltage corresponding to a control voltage when the manufacturing process is typical and the temperature is normal temperature, as the reference voltage. 前記負荷接続部は、
前記各々の出力負荷として、同じ容量値の各々の負荷容量と、
前記各々の負荷容量と前記各々対応する出力クロックとの間に接続され、前記接続制御信号がアクティブ状態の場合にオンして、前記各々の負荷容量を前記各々対応する出力クロックに接続する各々のスイッチとを備える請求項1〜5のいずれか1項に記載の遅延同期ループ回路。
The load connection part is:
As each output load, each load capacity of the same capacity value,
Each of the load capacitors connected between the load capacitors and the corresponding output clocks, and turned on when the connection control signal is in an active state to connect the load capacitors to the corresponding output clocks. The delay locked loop circuit according to claim 1, further comprising a switch.
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