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JP3039464B2 - クロック発生回路 - Google Patents

クロック発生回路

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JP3039464B2
JP3039464B2 JP9205932A JP20593297A JP3039464B2 JP 3039464 B2 JP3039464 B2 JP 3039464B2 JP 9205932 A JP9205932 A JP 9205932A JP 20593297 A JP20593297 A JP 20593297A JP 3039464 B2 JP3039464 B2 JP 3039464B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はクロック発生回路に
係り、特に外部から与えられる周期的なクロック信号に
同期して、外部信号の入出力を行う回路装置のための内
部クロックを発生するディレイ・ロックト・ループ(D
LL)回路と称されるクロック発生回路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、回路装置相互間のデータ転送速度
は益々高速化してきているが、外部クロックと内部クロ
ックの各回路装置内の各部分におけるクロック到達時間
の差などがデータ転送速度を上げる妨げになってしま
う。そこで、近年ではデータ転送レートを上げるため
に、外部クロックと内部をコントロールするクロックの
時間差を合わせ込むことによって、各回路装置内の信号
及びデータの遅延がまちまちであっても、外部クロック
に同期したデータ出力ができる方式が求められている。
【0003】そのために、内部クロックを外部クロック
に合わせて発生させる技術の一つがDLL回路である。
従来のDLL回路としては例えば特開平8−13046
4号公報記載のDLL回路が知られている。図8はDL
L回路と称される従来のクロック発生回路の一例のブロ
ック図を示す。
【0004】この従来のクロック発生回路では、所望の
位相の内部クロックを発生する手段として、電圧制御の
遅延素子1を用いている。このクロック発生回路では、
外部クロックと内部クロックの位相差を位相判定回路2
で判定し、内部クロックの方が位相が進んでいるときに
は、チャージポンプ3を介して電圧制御素子1に供給さ
れる制御信号により、遅延を増し、内部クロックの方が
位相が遅れているときには遅延を減らす。その際の位相
の移動量はチャージポンプ3の設定で決められる。一般
に、位相の移動速度は、遅いほど所望の位相にロックし
てからの安定度が増すが、その反面ロックするまでの時
間がかかってしまう。
【0005】図9は従来のクロック発生回路の他の例の
ブロック図を示す。この従来のクロック発生回路は、位
相推移クロックを用いた回路で、位相推移回路11、象
限選択回路12、混合回路13、位相判定回路14及び
チャージポンプ15より構成されている。次に、この従
来のクロック発生回路の動作について図10のタイミン
グチャートを併せ参照して説明する。図10(A)に示
す外部クロックは、図9の位相推移回路11に供給され
て、周期は外部クロックと同一で、かつ、周期が90度
ずつずらされた4つのクロックI、Q、I_Q及びQ_
Bに変換された後、混合回路13に入力される。ここ
で、クロックIは図10(B)に、クロックQは図10
(C)に、クロックI_Bは図10(D)に、そしてク
ロックQ_Bは図10(E)に示される。
【0006】また、外部クロックは位相判定回路14に
供給され、ここで混合回路13より出力された内部クロ
ックとの位相差が判定され、その判定結果が混合回路1
3に供給される一方、象限選択回路12に象限切り替え
信号として供給される。象限選択回路12に入力された
象限切り替え信号に基づき、選択信号iselとqse
lを発生して混合回路13に供給し、選択信号isel
により位相推移回路11の出力クロックのうちクロック
IとI_Bの一方を選択させ、選択信号qselにより
クロックQとQ_Bの一方を選択させる。図10では選
択信号iselにより選択して得られたクロックIJX
が(F)に示すようにクロックIであり、選択信号qs
elによりより選択して得られたクロックQJXが
(G)に示すようにクロックQである例を示している。
【0007】混合回路13はこれら選択した2つのクロ
ックIJX及びQJXを、チャージポンプ15から入力
される信号に基づいて無段階で合成して、図10(H)
に示す合成信号jxを生成した後、アンプで増幅して図
10(I)に示す内部クロックとして出力する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、図8に示し
た従来のクロック発生回路では、回路が動作を開始して
から、所望の位相に内部クロックがロックするまで、最
長で位相が180度移動相当の時間がかかっていた。そ
の位相移動時間を早めると、ロックしてからの安定度が
低下するため、位相移動速度は例えば180度/2.5
μs程度が必要であり、そのため内部クロックがロック
するまでの時間は2.5μs程度かかってしまう。従っ
て、図8に示した従来のクロック発生回路では、電源投
入後、又はスタンバイからの復帰から正常動作までの時
間がかかるという問題がある。
【0009】また、図9に示した従来のクロック発生回
路も、図8に示した従来のクロック発生回路と同様に、
位相の移動速度が遅いほど所望のクロックにロックして
からの安定度が増すが、その反面ロックするまでの時間
がかかってしまい、電源投入後、又はスタンバイからの
復帰から正常動作までの時間が制限されているという欠
点がある。
【0010】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
発生するクロックを所望の位相に到達するまでの時間を
短縮し得るクロック発生回路を提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、外部クロックを受け、互いに位相が異な
り、かつ、外部クロックと同一周期の3つ以上のクロッ
クを生成出力する位相推移回路と、位相推移回路の出力
クロックのうち選択信号により2つのクロックを選択
し、その選択クロックを混合制御信号に応じた比率で混
合し、その混合信号を内部クロックとして出力する混合
回路と、外部クロックと混合回路の出力内部クロックの
位相差及び位相ずれ方向を判定する位相判定回路と、位
相判定回路の出力位相判定信号に基づき、混合制御信号
を生成して混合回路へ出力する混合比調整手段と、リセ
ット時に選択信号を制御して混合回路により位相推移回
路の出力クロックのうち任意のクロックを内部クロック
として出力させ、その時の位相判定回路の出力位相判定
信号に基づき外部クロックの位相に近い一のクロックを
選択するクロック選択動作を複数回、内部クロックとし
て出力するクロックを変更して繰り返すことにより、混
合回路において混合すべき2つのクロックを初期値とし
て決定した後、混合回路による混合動作を開始させる初
期値設定手段とを有する構成としたものである。
【0012】この発明では、電源投入やスタンバイの復
帰の際のリセット時に、初期値設定手段により混合回路
により混合する2つのクロックを、その時の外部クロッ
クとの相対位相に応じて選択してから混合動作を開始す
るようにしたため、リセット状態から任意若しくは固定
された2つのクロックから混合動作を開始する従来回路
に比べて、所望の位相の内部クロックを得るまでの時間
を短縮することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。
【0014】図1は本発明になるクロック発生回路の第
1の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図9と同
一構成部分には同一符号を付してある。図1に示す第1
の実施の形態は、外部クロックを位相が互いに90度異
なる4つのクロックに変換する位相推移回路11と、象
限選択回路12と、象限選択回路12の出力信号により
位相推移回路11の出力クロックを選択した後合成して
内部クロックを出力する混合回路17と、外部クロック
と内部クロックの位相差を検出する位相判定回路14
と、位相混合比調節のためのチャージポンプ15と、象
限初期値設定回路16からなる構成である。
【0015】象限初期値設定回路16は象限選択回路1
2に対して、象限初期値を設定する回路で、例えば図2
のブロック図に示すように、リセット信号が入力され、
信号SSQ及びSSI、SSQLAT及びSSILAT
を出力するタイミングジェネレータ21と、位相判定信
号と上記信号SSQLAT及びSSILATが入力され
るデータラッチ22及び23から構成されている。
【0016】図3は混合回路17の一例の回路系統図を
示す。この混合回路17は、定電流回路30と、Pチャ
ネルMOSトランジスタ31、32、33、34、35
及び36と、Iセレクタ37、Qセレクタ38及びアン
プ39から構成されている。トランジスタ31のドレイ
ンとトランジスタ33のゲートは、チャージポンプ15
のPMPI信号出力端子に接続され、トランジスタ32
のドレインとトランジスタ34のゲートは、チャージポ
ンプ15のPMPI信号出力端子に接続されている。
【0017】また、トランジスタ35、36はソースが
トランジスタ33、34のドレインに接続され、ドレイ
ンがアンプ39に共通接続され、更に、ゲートがIセレ
クタ37、Qセレクタ38の各出力端子に接続されてい
る。定電流源30はトランジスタ33、34のソースに
接続されている。また、トランジスタ31、32のゲー
トには信号SSI、SSQが入力される。
【0018】次に、図1〜図3の本実施の形態の動作に
ついて、図4及び図5のタイミングチャートを併せ参照
して説明する。外部クロックは、図1に示した位相推移
回路11により従来と同様に位相推移により、周期が外
部クロックと同一で、かつ、図5(A)〜(D)に示す
ように90度ずつ互いに位相の異なる4つのクロック
I、Q、I_B及びQ_Bに変換され、そのうちクロッ
クIとI_Bが混合回路17内の図3に示したIセレク
タ37に入力され、クロックQとQ_Bが混合回路17
内の図3に示したQセレクタ38に入力される。なお、
図5(E)は図5(A)の1周期後のクロックIを示
す。
【0019】リセット直後、図4(A)に示すようにリ
セット信号が”H”レベルになると、象限初期値設定回
路16内の図2に示したタイミングジェネレータ21に
よって、例えば図4(C)に示すように100ns程度
のLパルス幅を持ったSSQ信号が出力され、続いて図
4(F)に示すように100ns程度のLパルス幅を持
ったSSI信号が出力される。SSQ信号がLレベルに
なると、混合回路17内の図3に示したトランジスタ3
2がオンになり、混合回路17内のPMPQ節点がHレ
ベルになり、トランジスタ34が完全にオフ状態とな
る。一方、このときはSSI信号がHレベルであるか
ら、混合回路17内の図3に示したトランジスタ31が
オフであり、混合回路17内のトランジスタ33のゲー
トにはPMPI信号が入力される。この結果、トランジ
スタ33に流れる電流CSIとトランジスタ34に流れ
る電流CSQとの電流比が100:0となる。
【0020】また、上記のリセット信号により図1の象
限選択回路12の出力選択信号ISEL、QSELによ
り、図3に示した混合回路17内のIセレクタ37がク
ロックI_Bを選択しているものとすると、トランジス
タ35及びアンプ39を通して、混合回路17からはI
_Bクロックが100%の比率で内部クロックとして出
力される。そして、このとき、図1の位相判定回路14
により外部クロックより現在出力中の内部クロックI_
Bの方が早いという判定結果が得られた場合には、図5
に示すように、クロックI_Bよりも90度位相の遅れ
ているクロックQを使う側に所望のクロック発生ポイン
トがあることがわかる。
【0021】同様に、上記の場合、位相判定回路14に
より外部クロックより現在出力中の内部クロックI_B
の方が遅いという判定結果が得られた場合には、図5に
示すように、クロックI_Bよりも90度位相の進んで
いるクロックQ_Bを使う側に所望のクロック発生ポイ
ントがあることがわかる。つまり、上記の一連のシーケ
ンスでまず、Q又はQ_Bのいずれかを選択すればよい
かがわかる。
【0022】次に、図4(F)に示すように100ns
程度のLパルス幅を持ったSSI信号が出力される。S
SI信号がLレベルになると、混合回路17内の図3に
示したトランジスタ31がオンになり、混合回路17内
のPMPI節点がHレベルになり、トランジスタ33が
完全にオフ状態となる。一方、このときはSSQ信号が
Hレベルであるから、混合回路17内の図3に示したト
ランジスタ32がオフであり、混合回路17内のトラン
ジスタ34のゲートにはPMPQ信号が入力される。こ
の結果、トランジスタ33に流れる電流CSIとトラン
ジスタ34に流れる電流CSQとの電流比が0:100
となる。
【0023】また、上記のリセット信号により図1の象
限選択回路12の出力選択信号ISEL、QSELによ
り、図3に示した混合回路17内のQセレクタ38がク
ロックQ_Bを選択しているものとすると、トランジス
タ36及びアンプ39を通して、混合回路17からはQ
_Bクロックが100%の比率で内部クロックとして出
力される。そして、このとき、図1の位相判定回路14
により外部クロックより現在出力中の内部クロックQ_
Bの方が早いという判定結果が得られた場合には、図5
に示すように、クロックQ_Bよりも90度位相の遅れ
ているクロックI_Bを使う側に所望のクロック発生ポ
イントがあることがわかる。
【0024】同様に、上記の場合、位相判定回路14に
より外部クロックより現在出力中の内部クロックQ_B
の方が遅いという判定結果が得られた場合には、図5に
示すように、クロックQ_Bよりも90度位相の進んで
いるクロックIを使う側に所望のクロック発生ポイント
があることがわかる。つまり、上記の一連のシーケンス
でI又はI_Bのいずれかを選択すればよいかがわか
る。
【0025】こうして、選ばれた2つのクロックの間
に、所望の外部クロックの位相が必ず含まれる。そこ
で、今度は上記のSSQ信号及びSSI信号が共に”
H”レベルとされて、チャージポンプ15の出力信号P
MPQ及びPMPIに基づき、内部クロックの位相が無
段階で調整される。すなわち、SSQ信号及びSSI信
号が共に”H”レベルとされることにより、図3の混合
回路17内のトランジスタ31及び32が共にオフとな
るから、トランジスタ33及び34のゲートにはチャー
ジポンプ15の出力信号PMPI及びPMPQがそれぞ
れ供給され、トランジスタ35及び36に流れる電流は
信号PMPI及びPMPQのレベル比に応じて変化す
る。
【0026】従って、前記リセット直後の初期値設定時
にIセレクタ37によりクロックI_Bが選択され、Q
セレクタ38によりクロックQ_Bが選択されたものと
し、また、現在出力中の内部クロックの方が外部クロッ
クよりも早いという判定結果が得られたものとすると、
クロックQ_Bに比べてクロックI_Bの方をより多く
混合するために、信号PMPIの方がPMPQに比べて
徐々に大レベルにされていく。こうして、混合回路17
から出力される内部クロックはクロックQ_Bの位相か
らクロックI_Bの位相へ、チャージポンプ15で決め
られた位相移動速度で徐々に変化していき、所望の位相
である外部クロックの位相付近に達する。
【0027】そして、内部クロックの位相が所望の位相
を過ぎた時、位相判定回路14の出力位相判定信号が反
転し、それに基づくチャージポンプ15の出力信号PM
PI及びPMPQにより混合回路17の出力内部クロッ
クの位相がそれまでとは逆方向に推移していく。そし
て、内部クロック位相が所望の位相を先程とは逆方向に
過ぎると再び位相判定回路14の出力位相判定信号が反
転する。以下、上記と同様にして位相判定回路14の出
力位相判定信号は反転を繰り返し、混合回路17の出力
内部クロックの位相は所望の位相付近に集約される。こ
の状態をロック状態と呼び、このときこのデバイスは入
出力を計画された転送レートで行うことができる。
【0028】なお、上記のロック状態に入る前などにお
いて、内部クロックの位相が徐々に変化していき、Iセ
レクタ37及びQセレクタ38によりそれぞれ選択され
ているクロックの位相の一方に達しても、位相判定回路
14による位相判定結果が変らない時には、それ以上同
じ方向に位相推移ができないので、チャージポンプ15
は象限切り替え信号を象限選択回路12へ出力し、Iセ
レクタ37及びQセレクタ38によりそれぞれ選択され
ているクロックを切り替えさせる。
【0029】例えば、クロックIとクロックQの間で位
相混合を行っており、位相判定結果がクロックQの位相
方向へ推移させるようにクロックQの混合比を多くして
いき、遂にはクロックQを100%出力した状態となっ
ても、位相判定結果が代わらない時には、クロックIを
止めてクロックI_Bを使うように切り替える。
【0030】なお、図2に示した象限初期値設定回路1
6は、リセット直後タイミングジェネレータ21から一
定期間”L”レベルの信号SSQを出力すると共に、そ
の一定期間内に図4(D)に示すように信号SSQLA
Tを短期間”H”レベルとし、このときの位相判定回路
14の図4(B)に模式的に示す位相判定結果を図2の
データラッチ22でラッチさせる。同様に、タイミング
ジェネレータ21から一定期間”L”レベルの信号SS
Iが出力されている期間内に、図4(G)に示すように
信号SSILATを短期間”H”レベルとし、このとき
の位相判定回路14の図4(B)に模式的に示す位相判
定結果を図2のデータラッチ23でラッチさせる。
【0031】データラッチ22でラッチされた位相判定
結果(図4(E)のSSQV)と、データラッチ23で
ラッチされた位相判定結果(図4(H)のSSIV)と
は、この判定動作終了後に初期値として象限選択回路1
2に入力される。
【0032】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図6は本発明になるクロック発生回路の第2
の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図1と同一
構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図
6に示す第2の実施の形態は、外部クロックを位相推移
回路18により、外部クロックと同一周期で、かつ、互
いに位相が45度ずつ異なる、図7(A)〜(H)に
I,Q,M,N,I_B,Q_B,M_B,N_Bで示
す全部で8つのクロックに変換して混合回路17に入力
する。一般に、合成するクロックを増やすほど、回路規
模は大きくなるが、ロックしてからの安定度は増す。
【0033】8つのクロックを使用するこの実施の形態
でも、合成に用いるクロックはそのうちの2つであるの
で、第1の実施の形態と同様に、まず、どれかのクロッ
クを100%出力し、その位相判定結果から所望の位相
を出力するためのクロックを選ぶ。例えば、図7(E)
に示すクロックI_Bを100%出力した時の位相判定
結果が「外部クロックより現在出力中のクロックの方が
早い」ときには、所望の位相はクロックQ、M及びNの
いずれかであることが分かる。
【0034】そして、次に、そのクロックQ、M及びN
のうち、例えばクロックMを100%出力するものとす
ると、その時の位相判定結果によりクロックQとNのい
ずれを選択すればよいかが判明する。同様にして、3回
の位相判定動作を行うことにより、合成に使うべきクロ
ックを判定できる。
【0035】なお、象限初期値設定回路19は、4つの
制御信号SSjを混合回路17に入力し、かつ、4つの
初期値設定信号SSjVを象限選択回路20に出力する
が、基本的な動作は象限初期値設定回路16と同じであ
る。また、象限選択回路20は4つの象限選択信号js
elを混合回路17に入力して8つのクロックのうちの
4つを選択させるが、基本的な動作は象限選択回路12
と同様である。
【0036】この実施の形態では、第1の実施の形態に
比べて初期の判定動作は2回から3回に増えるが、その
後のスキャンの時間は第1の実施の形態の更に半分で済
む。すなわち、従来所望の位相に内部クロックをロック
させるまでの時間が2.5μsかかっていたものとする
と、第1の実施の形態では最大で従来の1/4である
0.625μsかかるのに対し、第2の実施の形態で
は、1/8の0.32μs程度で済む。
【0037】なお、本発明は上記の各実施の形態に限定
されるものではなく、例えば位相推移回路は、外部クロ
ックを3つ以上の位相の異なるクロックに変換する回路
であればよい。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電源投入やスタンバイの復帰の際のリセット時に、初期
値設定手段により混合回路により混合する2つのクロッ
クを、その時の外部クロックとの相対位相に応じて選択
してから混合動作を開始することにより、より所望の位
相に近い位相から混合回路の2つのクロックの混合動作
を開始できるため、ロックするまでの時間を従来に比べ
て大幅に短縮することができ、また、従来と同程度のロ
ックに要する時間でよいときには、ロックしてからの安
定度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のブロック図であ
る。
【図2】図1中の象限初期値設定回路の一例のブロック
図である。
【図3】図1中の混合回路の一例の回路系統図である。
【図4】図2の動作説明用タイミングチャートである。
【図5】図1の動作説明用タイミングチャートである。
【図6】本発明の第2の実施の形態のブロック図であ
る。
【図7】図6の動作説明用タイミングチャートである。
【図8】従来の一例のブロック図である。
【図9】従来の他の例のブロック図である。
【図10】図9の動作説明用タイミングチャートであ
る。
【符号の説明】
11、18 位相推移回路 12、20 象限選択回路 14 位相判定回路 15 チャージポンプ 16、19 象限初期値設定回路 17 混合回路 21 タイミングジェネレータ 22、23 データラッチ 31〜36 Pチャネルトランジスタ 37 Iセレクタ 38 Qセレクタ 39 アンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/34 G06F 1/04 H03L 7/00 - 7/22 H03K 5/26

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部クロックを受け、互いに位相が異な
    り、かつ、該外部クロックと同一周期の3つ以上のクロ
    ックを生成出力する位相推移回路と、 前記位相推移回路の出力クロックのうち選択信号により
    2つのクロックを選択し、その選択クロックを混合制御
    信号に応じた比率で混合し、その混合信号を内部クロッ
    クとして出力する混合回路と、 前記外部クロックと前記混合回路の出力内部クロックの
    位相差及び位相ずれ方向を判定する位相判定回路と、 前記位相判定回路の出力位相判定信号に基づき、前記混
    合制御信号を生成して前記混合回路へ出力する混合比調
    整手段と、 リセット時に前記選択信号を制御して前記混合回路によ
    り前記位相推移回路の出力クロックのうち任意のクロッ
    クを前記内部クロックとして出力させ、その時の前記位
    相判定回路の出力位相判定信号に基づき前記外部クロッ
    クの位相に近い一のクロックを選択するクロック選択動
    作を複数回、前記内部クロックとして出力するクロック
    を変更して繰り返すことにより、前記混合回路において
    混合すべき2つのクロックを初期値として決定した後、
    前記混合回路による混合動作を開始させる初期値設定手
    段とを有することを特徴とするクロック発生回路。
  2. 【請求項2】 前記初期値設定手段は、リセット時に前
    記選択信号を制御して前記混合回路により前記位相推移
    回路の出力クロックのうち任意のクロックを前記内部ク
    ロックとして出力させ、その時の前記位相判定回路の出
    力位相判定信号を記憶する記憶手段を有し、前記クロッ
    ク選択動作を複数回繰り返した後の該記憶手段の記憶結
    果に基づき、前記混合回路において混合すべき2つのク
    ロックを初期値として決定することを特徴とする請求項
    1記載のクロック発生回路。
  3. 【請求項3】 前記位相推移回路は、互いに位相が90
    度異なり、かつ、前記外部クロックと同一周期の4つの
    クロックを生成出力し、前記初期値設定手段は、リセッ
    ト時に前記クロック選択動作を2回繰り返すことを特徴
    とする請求項1記載のクロック発生回路。
  4. 【請求項4】 前記位相推移回路は、互いに位相が45
    度異なり、かつ、前記外部クロックと同一周期の8つの
    クロックを生成出力し、前記初期値設定手段は、リセッ
    ト時に前記クロック選択動作を3回繰り返すことを特徴
    とする請求項1記載のクロック発生回路。
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