JP7221759B2 - time measurement circuit - Google Patents
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Description
本発明は、高精度な時間測定を行うことが可能な時間計測回路に関するものである。 The present invention relates to a time measurement circuit capable of highly accurate time measurement.
psecオーダーの高分解能な時間測定を行う場合、論理回路のゲート遅延を用いるTDC(Time-to-Digital Converter)と呼ばれる手法(非特許文献1参照)が広く知られている。このTDCは、DLL(Delay Locked Loop)、またはPLL(Phase Locked Loop)をベースとした構成とするのが一般的であるが、DLLやPLLはクロックの発振の安定化に時間を要するので、時間計測開始前にTDCを動作させておく必要があり、低消費電力化の実現が難しいという問題点があった。 A technique called TDC (Time-to-Digital Converter) using gate delay of a logic circuit (see Non-Patent Document 1) is widely known for high-resolution time measurement on the order of psec. This TDC is generally configured based on a DLL (Delay Locked Loop) or a PLL (Phase Locked Loop). There is a problem that it is difficult to realize low power consumption because it is necessary to operate the TDC before starting measurement.
例えばガスメータ向け超音波流量計は、超音波の伝搬時間差を低消費電力かつ高精度、高分解能で測定する必要があるため、高速カウンタの動作期間(高速クロックの発振期間)をできる限り短くする必要がある。しかし、上記のとおりDLL方式のTDCとPLL方式のTDCは遅延回路の発振安定化に時間を要するため、高速クロックの発振期間が長くなり消費電力面で不利である。 For example, ultrasonic flowmeters for gas meters need to measure the difference in ultrasonic propagation time with low power consumption, high accuracy, and high resolution, so the operating period of the high-speed counter (oscillation period of the high-speed clock) must be as short as possible. There is However, as described above, the DLL-type TDC and the PLL-type TDC require time to stabilize the oscillation of the delay circuit, so the oscillation period of the high-speed clock becomes longer, which is disadvantageous in terms of power consumption.
TDCの動作時間(高速クロックの発振時間)を最小にして、低消費電力動作を目指す場合、例えば特許文献1に開示されたリングオシレータ型の構成が考えられる。
図25は、従来のリングオシレータ型TDCの構成を示す回路図である。リングオシレータ型TDCは、1ビットの2進数“1”(1’b1)をD入力とし、発振開始信号ROSC_STARTをクロック入力とし、発振停止信号ROSC_STOPをリセット入力とし、発振許可信号TDC_ENを出力するDフリップフロップ回路10と、発振許可信号TDC_ENが有意の期間中に高速クロックTAP[2]を生成するリングオシレータ11と、高速クロックをカウントする高速カウンタ12とから構成される。
When aiming at low power consumption operation by minimizing the operation time of the TDC (oscillation time of the high-speed clock), for example, a ring oscillator type configuration disclosed in
FIG. 25 is a circuit diagram showing the configuration of a conventional ring oscillator type TDC. A ring oscillator type TDC receives a 1-bit binary number "1"(1'b1) as a D input, an oscillation start signal ROSC_START as a clock input, an oscillation stop signal ROSC_STOP as a reset input, and outputs an oscillation enable signal TDC_EN. It consists of a flip-
図26は、図25のリングオシレータ型TDCの動作を説明するタイミングチャートである。Dフリップフロップ回路10は、1ビットの2進数“1”(1’b1)をD入力とし、発振開始信号ROSC_STARTをクロック入力とし、発振停止信号ROSC_STOPをリセット入力とし、図26に示すように発振開始信号ROSC_STARTの立ち上がりで有意(High)となり、発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりで無意(Low)となる発振許可信号TDC_ENを出力する。
FIG. 26 is a timing chart for explaining the operation of the ring oscillator type TDC of FIG. The D flip-
リングオシレータ11は、発振許可信号TDC_ENと高速クロックTAP[2]との否定論理積をとるNAND回路110と、NAND回路110の出力TAP[0]を入力とするバッファ回路111-1と、バッファ回路111-1の出力TAP[1]を入力とし、その出力TAP[2]を高速クロックとして出力するバッファ回路111-2とから構成される。リングオシレータ11は、Dフリップフロップ回路10から出力された発振許可信号TDC_ENが有意の期間中に、図26に示すように、低速クロック(ROSC_STOP)よりも高速なクロックTAP[2]を生成する。
高速カウンタ12は、高速クロックTAP[2]の立ち上がりをカウントして計数結果HS_CNTを出力する。
The
The high-
ただし、図25に示したリングオシレータ型TDCでは、発振停止信号ROSC_STOPのタイミング次第で、図26の100で示すように、高速カウンタ12を構成するフリップフロップが受け付け不可能なLow幅のクロックをリングオシレータ11が出力してしまい、高速カウンタ12の計数結果HS_CNTの値が不定となり、正しい時間を計測できないという課題があった。以下、本発明では、この意図しないタイミングで発生する微小な幅のパルスをグリッチと呼ぶ。
However, in the ring oscillator type TDC shown in FIG. 25, depending on the timing of the oscillation stop signal ROSC_STOP, as indicated by 100 in FIG. There is a problem that the
例えば、リングオシレータ11の出力である高速クロックTAP[2]の周波数を600MHzとすると、高速カウンタ12のカウント値がグリッチにより“1”大きくなるということは、時間計測値が期待値よりも1.67nsec大きな値となることを示す。特許文献1に開示されたような超音波流量計は、微小流量計測のためにサブナノオーダーの精度での時間計測が求められるため、流量計測値が期待値と比較して±1.67ns異なるという仕様では製品スペックを満たすことができない。
For example, assuming that the frequency of the high-speed clock TAP[2], which is the output of the
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低消費電力動作と正確な時間計測とを実現することができる時間計測回路を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a time measuring circuit capable of realizing low power consumption operation and accurate time measurement.
本発明の時間計測回路(第1の実施例)は、外部からの開始信号の入力のタイミングで有意となり、外部からの停止信号の入力のタイミングで無意となる発振許可信号を出力するように構成されたフリップフロップ回路と、前記発振許可信号が有意の期間中に第1のクロックを生成するように構成された発振回路と、前記第1のクロックと、前記第1のクロックを反転させた第2のクロックとをそれぞれ前記停止信号でマスクするように構成された論理回路と、前記停止信号でマスクされた第1のクロックを数えるように構成された第1のカウンタと、前記停止信号でマスクされた第2のクロックを数えるように構成された第2のカウンタと、前記第1、第2のカウンタの計数結果のうち、受付不可能な時間幅のクロック入力が発生していない方のカウンタによって得られた計数結果を選択するように構成されたセレクタと、前記停止信号の入力後に前記セレクタによって選択された計数結果を基に前記開始信号の入力から前記停止信号の入力までの時間間隔を算出するように構成された時間算出部とを備えることを特徴とするものである。 The time measuring circuit (first embodiment) of the present invention is configured to output an oscillation enable signal that becomes significant at the timing of input of a start signal from the outside and becomes insignificant at the timing of input of a stop signal from the outside. an oscillation circuit configured to generate a first clock during a period in which the oscillation enable signal is significant; the first clock; and a second clock obtained by inverting the first clock. a first counter configured to count a first clock masked with the stop signal; and a first counter configured to count a first clock masked with the stop signal; a second counter configured to count a second clock that has been received, and a counter that does not generate a clock input with an unacceptable time width among the count results of the first and second counters and a selector configured to select the counting result obtained by and the time interval from the input of the start signal to the input of the stop signal based on the counting result selected by the selector after the input of the stop signal and a time calculator configured to calculate the time.
また、本発明の時間計測回路の1構成例において、前記セレクタは、前記第1のクロックの位相が0°から180°よりも小さい所定の第1の位相値未満の範囲では前記第1のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値から180°以上で360°よりも小さい所定の第2の位相値未満の範囲では前記第2のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第2の位相値以上360°未満の範囲では前記第1のカウンタの計数結果を選択することを特徴とするものである。
また、本発明の時間計測回路の1構成例において、前記論理回路は、前記発振回路から出力された第1のクロックを入力とするバッファ回路と、前記発振回路から出力された第1のクロックを反転させた前記第2のクロックを生成するように構成されたインバータと、前記バッファ回路から出力された第1のクロックを前記停止信号でORマスクするように構成された第1のOR回路と、前記インバータから出力された第2のクロックを前記停止信号でORマスクするように構成された第2のOR回路とから構成されることを特徴とするものである。
In one configuration example of the time measurement circuit of the present invention, the selector operates the first counter when the phase of the first clock is in a range from 0° to less than a predetermined first phase value smaller than 180°. and selecting the counting result of the second counter when the phase of the first clock is less than a predetermined second phase value of 180° or more and less than 360° from the first phase value is selected, and the count result of the first counter is selected in the range where the phase of the first clock is greater than or equal to the second phase value and less than 360 degrees.
Further, in one configuration example of the time measurement circuit of the present invention, the logic circuit includes a buffer circuit that receives a first clock output from the oscillation circuit, and a buffer circuit that receives the first clock output from the oscillation circuit. an inverter configured to generate the inverted second clock; a first OR circuit configured to OR-mask the first clock output from the buffer circuit with the stop signal; and a second OR circuit configured to OR-mask the second clock output from the inverter with the stop signal.
また、本発明の時間計測回路(第2の実施例)は、外部からの開始信号の入力のタイミングで有意となり、外部からの停止信号の入力のタイミングで無意となる発振許可信号を出力するように構成されたフリップフロップ回路と、前記発振許可信号が有意の期間中に第1のクロックを生成するように構成された発振回路と、前記第1のクロックを前記停止信号でマスクした第2のクロックを生成するように構成された論理回路と、前記第1のクロックを数えるように構成された第1のカウンタと、前記第2のクロックを数えるように構成された第2のカウンタと、前記第1、第2のカウンタの計数結果のうち、受付不可能な時間幅のクロック入力が発生していない方のカウンタによって得られた計数結果を選択するように構成されたセレクタと、前記停止信号の入力後に前記セレクタによって選択された計数結果を基に前記開始信号の入力から前記停止信号の入力までの時間間隔を算出するように構成された時間算出部とを備えることを特徴とするものである。 Further, the time measuring circuit (second embodiment) of the present invention outputs an oscillation enable signal that becomes significant at the timing of the input of the start signal from the outside and becomes meaningless at the timing of the input of the stop signal from the outside. an oscillation circuit configured to generate a first clock during a significant period of the oscillation enable signal; and a second clock masked with the stop signal. a logic circuit configured to generate a clock; a first counter configured to count said first clock; a second counter configured to count said second clock; a selector configured to select a counting result obtained by one of the counting results of the first and second counters in which a clock input having an unacceptable time width does not occur; and the stop signal. and a time calculation unit configured to calculate the time interval from the input of the start signal to the input of the stop signal based on the count result selected by the selector after the input of be.
また、本発明の時間計測回路の1構成例において、前記セレクタは、前記第1のクロックの位相が0°から180°よりも小さい所定の第1の位相値未満の範囲では前記第2のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値から180°以上で360°よりも小さい所定の第2の位相値未満の範囲では前記第1のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第2の位相値以上360°未満の範囲では前記第2のカウンタの計数結果を選択することを特徴とするものである。
また、本発明の時間計測回路の1構成例において、前記論理回路は、前記発振回路から出力された第1のクロックを前記停止信号でORマスクした前記第2のクロックを生成するように構成されたOR回路から構成されることを特徴とするものである。
In one configuration example of the time measurement circuit of the present invention, the selector operates the second counter when the phase of the first clock is in a range from 0° to less than a predetermined first phase value smaller than 180°. and if the phase of the first clock is less than a predetermined second phase value of 180° or more and less than 360° from the first phase value, the counting result of the first counter is selected, and the counting result of the second counter is selected in the range where the phase of the first clock is greater than or equal to the second phase value and less than 360 degrees.
In one configuration example of the time measurement circuit of the present invention, the logic circuit is configured to OR-mask the first clock output from the oscillation circuit with the stop signal to generate the second clock. It is characterized by being composed of an OR circuit.
また、本発明の時間計測回路(第3の実施例)は、時間計測回路のテストを行うように構成されたテスト実行部と、通常時に外部から入力された第1の開始信号、第1の停止信号を選択して出力し、テスト実行時に前記テスト実行部から出力された第2の開始信号、第2の停止信号を選択して出力すると共に、テスト終了時に第3の停止信号を出力するように構成された動作設定回路と、前記第1の開始信号または前記第2の開始信号の入力のタイミングで有意となり、前記第1の停止信号または前記第3の停止信号の入力のタイミングで無意となる発振許可信号を出力するように構成されたフリップフロップ回路と、前記発振許可信号が有意の期間中に第1のクロックを生成するように構成された発振回路と、前記第1のクロックと、前記第1のクロックを反転させた第2のクロックとをそれぞれ前記第1の停止信号または前記第2の停止信号でマスクするように構成された論理回路と、前記第1の停止信号または前記第2の停止信号でマスクされた第1のクロックを数えるように構成された第1のカウンタと、前記第1の停止信号または前記第2の停止信号でマスクされた第2のクロックを数えるように構成された第2のカウンタと、前記第1、第2のカウンタの計数結果のうち、受付不可能な時間幅のクロック入力が発生していない方のカウンタによって得られた計数結果を選択するように構成されたセレクタと、通常時に前記第1の停止信号の入力後に前記セレクタによって選択された計数結果を基に前記第1の開始信号の入力から前記第1の停止信号の入力までの時間間隔を算出するように構成された時間算出部とを備え、前記テスト実行部は、テスト実行時に前記第1、第2のカウンタの計数結果を比較することにより、前記発振回路のテストを行うことを特徴とするものである。 A time measurement circuit (third embodiment) of the present invention includes a test execution unit configured to test the time measurement circuit, a first start signal input from the outside during normal operation, a first A stop signal is selected and output, a second start signal and a second stop signal output from the test execution unit are selected and output during test execution, and a third stop signal is output when the test is completed. and an operation setting circuit configured as described above, which is significant at the timing of input of the first start signal or the second start signal and is insignificant at the timing of input of the first stop signal or the third stop signal an oscillation circuit configured to generate a first clock during a significant period of the oscillation enable signal; and the first clock; , a second clock obtained by inverting the first clock with the first stop signal or the second stop signal, respectively; and a logic circuit configured to mask the first stop signal or the second clock. a first counter configured to count a first clock masked with a second stop signal; and a second clock masked with the first stop signal or the second stop signal. and a counting result obtained by one of the counting results of the first and second counters that does not generate a clock input with an unacceptable time width is selected. and a time from the input of the first start signal to the input of the first stop signal based on the count result selected by the selector after the input of the first stop signal in normal times a time calculation unit configured to calculate an interval, wherein the test execution unit tests the oscillator circuit by comparing count results of the first and second counters during test execution. It is characterized by
また、本発明の時間計測回路の1構成例において、前記セレクタは、前記第1のクロックの位相が0°から180°よりも小さい所定の第1の位相値未満の範囲では前記第1のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値から180°以上で360°よりも小さい所定の第2の位相値未満の範囲では前記第2のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第2の位相値以上360°未満の範囲では前記第1のカウンタの計数結果を選択することを特徴とするものである。
また、本発明の時間計測回路の1構成例において、前記テスト実行部は、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値の直前の値のとき、前記第1の位相値のとき、または前記第1の位相値の直後の値のときの前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とを取得して比較し、さらに前記第1のクロックの位相が前記第2の位相値の直前の値のとき、前記第2の位相値のとき、または前記第2の位相値の直後の値のときの前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とを取得して比較することを特徴とするものである。
また、本発明の時間計測回路の1構成例において、前記テスト実行部は、取得した前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とが一致している場合に、前記発振回路が正常と判定し、前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とが不一致の場合に、前記発振回路が故障していると判定することを特徴とするものである。
In one configuration example of the time measurement circuit of the present invention, the selector operates the first counter when the phase of the first clock is in a range from 0° to less than a predetermined first phase value smaller than 180°. and selecting the counting result of the second counter when the phase of the first clock is less than a predetermined second phase value of 180° or more and less than 360° from the first phase value is selected, and the count result of the first counter is selected in the range where the phase of the first clock is greater than or equal to the second phase value and less than 360 degrees.
Further, in one configuration example of the time measurement circuit of the present invention, when the phase of the first clock is the value immediately before the first phase value, when the phase of the first clock is the first phase value, Alternatively, the counting result of the first counter and the counting result of the second counter at the time of the value immediately after the first phase value are obtained and compared, and further, the phase of the first clock is the phase of the first clock. The count result of the first counter and the count of the second counter at the time of the value immediately before the phase value of 2, at the time of the second phase value, or at the time of the value immediately after the second phase value It is characterized by acquiring and comparing the results.
Further, in one configuration example of the time measurement circuit of the present invention, the test execution unit detects the oscillation when the acquired count result of the first counter and the acquired count result of the second counter match. If the circuit is determined to be normal and the counting result of the first counter and the counting result of the second counter do not match, it is determined that the oscillation circuit is out of order. .
また、本発明の時間計測回路の1構成例において、前記テスト実行部は、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値の直前の値のとき、前記第1の位相値のとき、または前記第1の位相値の直後の値のときの前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とを取得した場合に、取得した第2のカウンタの計数結果を1減算した上で、前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とを比較することを特徴とするものである。
また、本発明の時間計測回路の1構成例において、前記論理回路は、前記発振回路から出力された第1のクロックを入力とするバッファ回路と、前記発振回路から出力された第1のクロックを反転させた前記第2のクロックを生成するように構成されたインバータと、テスト実行時に、前記第1のクロックを前記第2のクロックよりも遅れてマスクし前記第2のクロックよりも遅れてマスク解除するための第4の停止信号と、前記第2のクロックを前記第1のクロックよりも先にマスクし前記第1のクロックよりも先にマスク解除するための第5の停止信号とを、前記第2の停止信号から生成するように構成されたマスク解除タイミング制御回路と、前記バッファ回路から出力された第1のクロックを前記第1の停止信号または前記第4の停止信号でORマスクするように構成された第1のOR回路と、前記インバータから出力された第2のクロックを前記第1の停止信号または前記第5の停止信号でORマスクするように構成された第2のOR回路とを備え、前記発振回路と前記バッファ回路と前記インバータとは、前記発振許可信号が有意になったときに、前記第1のクロックよりも前記第2のクロックが先に有意になるように動作することを特徴とするものである。
Further, in one configuration example of the time measurement circuit of the present invention, when the phase of the first clock is the value immediately before the first phase value, when the phase of the first clock is the first phase value, or when obtaining the counting result of the first counter and the counting result of the second counter at the value immediately after the first phase value, subtract 1 from the obtained counting result of the second counter. After that, the counting result of the first counter and the counting result of the second counter are compared.
Further, in one configuration example of the time measurement circuit of the present invention, the logic circuit includes a buffer circuit that receives a first clock output from the oscillation circuit, and a buffer circuit that receives the first clock output from the oscillation circuit. an inverter configured to generate the inverted second clock; and masking the first clock later than the second clock and masking the first clock later than the second clock during test execution. a fourth stop signal for canceling; and a fifth stop signal for masking the second clock before the first clock and canceling the mask before the first clock, a mask release timing control circuit configured to be generated from the second stop signal; and a first clock output from the buffer circuit that is OR-masked with the first stop signal or the fourth stop signal. and a second OR circuit configured to OR-mask the second clock output from the inverter with the first stop signal or the fifth stop signal wherein the oscillation circuit, the buffer circuit, and the inverter operate so that the second clock becomes significant before the first clock when the oscillation enable signal becomes significant. It is characterized by
また、本発明の時間計測回路の1構成例において、前記時間算出部は、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値以上360°未満の範囲のときに前記セレクタによって選択された計数結果を取り込んだ場合に、この計数結果を1減算してから前記時間間隔を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の時間計測回路の1構成例において、前記発振回路の出力の位相値を示す信号を出力するエンコーダをさらに備え、前記セレクタは、前記エンコーダから出力された信号に基づいて、前記第1、第2のカウンタの計数結果のうちいずれかを選択することを特徴とするものである。
In one configuration example of the time measurement circuit of the present invention, the time calculation unit calculates the count selected by the selector when the phase of the first clock is in the range of the first phase value or more and less than 360°. The time interval is calculated after subtracting 1 from the count result when the result is captured.
Further, in one configuration example of the time measurement circuit of the present invention, an encoder that outputs a signal indicating a phase value of the output of the oscillation circuit is further provided, and the selector performs the first 1 or the counting result of the second counter.
本発明によれば、発振回路によって生成された第1のクロックと、第1のクロックを反転させた第2のクロックとをそれぞれ停止信号でマスクする論理回路と、停止信号でマスクされた第1のクロックを数える第1のカウンタと、停止信号でマスクされた第2のクロックを数える第2のカウンタと、第1、第2のカウンタの計数結果のうち、受付不可能な時間幅のクロック入力が発生していない方のカウンタによって得られた計数結果を選択するセレクタとを設けることにより、低消費電力動作と、停止信号の入力タイミングによらない正確な時間計測とを実現することができる。 According to the present invention, a logic circuit for masking a first clock generated by an oscillation circuit and a second clock obtained by inverting the first clock with a stop signal, and a first clock masked with the stop signal. a first counter that counts the clock of the second clock masked by the stop signal; a second counter that counts the second clock masked by the stop signal; Low power consumption operation and accurate time measurement independent of the input timing of the stop signal can be realized by providing a selector for selecting the counting result obtained by the counter in which is not generated.
また、本発明では、発振回路によって生成された第1のクロックを停止信号でマスクした第2のクロックを生成する論理回路と、第1のクロックを数える第1のカウンタと、第2のクロックを数える第2のカウンタと、第1、第2のカウンタの計数結果のうち、受付不可能な時間幅のクロック入力が発生していない方のカウンタによって得られた計数結果を選択するセレクタとを設けることにより、低消費電力動作と、停止信号の入力タイミングによらない正確な時間計測とを実現することができる。 Further, in the present invention, a logic circuit that generates a second clock by masking a first clock generated by an oscillation circuit with a stop signal, a first counter that counts the first clock, and a second clock. A second counter for counting and a selector are provided for selecting the counting result obtained by the one of the counting results of the first and second counters in which the clock input of the unacceptable time width is not generated. As a result, low power consumption operation and accurate time measurement independent of the input timing of the stop signal can be realized.
また、本発明では、発振回路によって生成された第1のクロックと、第1のクロックを反転させた第2のクロックとをそれぞれ第1の停止信号または第2の停止信号でマスクする論理回路と、第1の停止信号または第2の停止信号でマスクされた第1のクロックを数える第1のカウンタと、第1の停止信号または第2の停止信号でマスクされた第2のクロックを数える第2のカウンタと、第1、第2のカウンタの計数結果のうち、受付不可能な時間幅のクロック入力が発生していない方のカウンタによって得られた計数結果を選択するセレクタとを設けることにより、低消費電力動作と、停止信号の入力タイミングによらない正確な時間計測とを実現することができる。また、本発明では、動作設定回路とテスト実行部とを設けることにより、発振回路のテストを行うことができる。 Further, in the present invention, a logic circuit that masks a first clock generated by an oscillation circuit and a second clock obtained by inverting the first clock with a first stop signal or a second stop signal, respectively. , a first counter counting the first clock masked with the first stop signal or the second stop signal, and a second counter counting the second clock masked with the first stop signal or the second stop signal. 2 counters, and a selector for selecting the counting result obtained by the one of the counting results of the first and second counters in which the clock input of the unacceptable time width is not generated. , low power consumption operation and accurate time measurement independent of the input timing of the stop signal can be realized. Further, in the present invention, the oscillation circuit can be tested by providing the operation setting circuit and the test execution section.
[第1の実施例]
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例に係る時間計測回路の構成を示す回路図である。時間計測回路は、1ビットの2進数“1”(1’b1)をD入力とし、外部からの発振開始信号ROSC_STARTをクロック入力とし、外部からの発振停止信号ROSC_STOPをリセット入力とし、発振許可信号TDC_ENを出力するDフリップフロップ回路10と、発振許可信号TDC_ENが有意の期間中に高速クロックTAP[15](第1のクロック)を生成するリングオシレータ11a(発振回路)と、高速クロックTAP[15]を入力として高速クロックRCLK1(第1のクロック)を出力するバッファ回路13と、高速クロックTAP[15]を反転させた高速クロックRCLK2(第2のクロック)を出力するインバータ14と、バッファ回路13の出力RCLK1と発振停止信号ROSC_STOPの論理和の結果を高速クロックROSC_CLK1として出力するOR回路15と、インバータ14の出力RCLK2と発振停止信号ROSC_STOPの論理和の結果を高速クロックROSC_CLK2として出力するOR回路16とを備えている。
[First embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a time measuring circuit according to the first embodiment of the present invention. The time measurement circuit receives a 1-bit binary number "1"(1'b1) as a D input, an external oscillation start signal ROSC_START as a clock input, an external oscillation stop signal ROSC_STOP as a reset input, and an oscillation enable signal. A D flip-
また、時間計測回路は、高速クロックROSC_CLK1をカウントする高速カウンタ12a(第1のカウンタ)と、高速クロックROSC_CLK2をカウントする高速カウンタ12b(第2のカウンタ)と、発振停止信号ROSC_STOPと低速クロックMCLKを基に発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりエッジを検出するエッジ検出回路17と、高速カウンタ12aの8ビットの計数結果HS_CNT1[8:0]をラッチするDフリップフロップ回路18aと、高速カウンタ12bの8ビットの計数結果HS_CNT2[8:0]をラッチするDDフリップフロップ回路18bと、リングオシレータ11aの出力の位相値を示す5ビットのタイミング信号HS_PHASE[4:0]を出力するエンコーダ19と、Dフリップフロップ回路18a,18bの8ビットの出力LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]のいずれかを選択するセレクタ20と、セレクタ20によって選択された計数結果に基づいて、発振開始信号ROSC_STARTの立ち上がりから発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりまでの時間間隔を算出する時間算出部21とを備えている。
The time measurement circuit includes a high-
バッファ回路13とインバータ14とOR回路15,16とは、論理回路22を構成している。
リングオシレータ11aは、発振許可信号TDC_ENと高速クロックTAP[15]との否定論理積をとるNAND回路110と、NAND回路110の出力に縦続接続された15個のバッファ回路111-1~111-15と、NAND回路110と各バッファ回路111-1~111-15の出力をそれぞれD入力とし、発振停止信号ROSC_STOPをクロック入力とする16個のDフリップフロップ回路112-1~112-16とから構成される。
The
以下、本実施例の時間計測回路の動作を説明する。図2は時間計測回路の動作を説明するタイミングチャートである。
Dフリップフロップ回路10は、1ビットの2進数“1”(1’b1)をD入力とし、発振開始信号ROSC_STARTをクロック入力とし、発振停止信号ROSC_STOPをリセット入力とし、発振開始信号ROSC_STARTの立ち上がりで有意(High)となり、発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりで無意(Low)となる発振許可信号TDC_ENを出力する。
The operation of the time measurement circuit of this embodiment will be described below. FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the time measurement circuit.
The D flip-
リングオシレータ11aは、Dフリップフロップ回路10から出力された発振許可信号TDC_ENが有意の期間中に、低速クロックMCLKよりも高速なクロックTAP[15]を生成する。
The
バッファ回路13は、リングオシレータ11aから出力された高速クロックTAP[15]を入力とし、高速クロックRCLK1を出力する。インバータ14は、リングオシレータ11aから出力された高速クロックTAP[15]を論理反転した高速クロックRCLK2を出力する。なお、バッファ回路13は、高速クロックRCLK1とRCLK2の位相を揃えるために挿入されている。
The
OR回路15は、バッファ回路13から出力された高速クロックRCLK1と発振停止信号ROSC_STOPの論理和の結果を高速クロックROSC_CLK1として出力する。OR回路16は、インバータ14から出力された高速クロックRCLK2と発振停止信号ROSC_STOPの論理和の結果を高速クロックROSC_CLK2として出力する。
The OR
エッジ検出回路17は、発振停止信号ROSC_STOPと低速クロックMCLKとに基づいて、高速カウンタ12aの8ビットの計数結果HS_CNT1[8:0]および高速カウンタ12bの8ビットの計数結果HS_CNT2[8:0]をラッチするタイミングを示す取り込み許可信号HS_CNT_LATと、高速カウンタ12a,12bをリセットするための高速カウンタリセット信号HS_CNT_CLRと、Dフリップフロップ回路18a,18bに有効なデータが格納されていることを示す取り込み許可信号HS_CNT_ENとを生成する。
図3はエッジ検出回路17の構成を示す回路図である。エッジ検出回路17は、発振停止信号ROSC_STOPをクロック入力とするDフリップフロップ回路170と、Dフリップフロップ回路170の出力信号STOP_DETを反転させた信号をDフリップフロップ回路170のD入力とするインバータ171と、Dフリップフロップ回路170の出力信号STOP_DETをD入力とし、低速クロックMCLKをクロック入力とするDフリップフロップ回路172と、Dフリップフロップ回路172の出力信号をD入力とし、低速クロックMCLKをクロック入力とするDフリップフロップ回路173と、Dフリップフロップ回路173の出力信号をD入力とし、低速クロックMCLKをクロック入力とするDフリップフロップ回路174と、Dフリップフロップ回路173の出力信号とDフリップフロップ回路174の出力信号の排他的論理和の結果を取り込み許可信号HS_CNT_LATとして出力するXOR回路175と、取り込み許可信号HS_CNT_LATをD入力とし、低速クロックMCLKをクロック入力として、取り込み許可信号HS_CNT_ENを出力するDフリップフロップ回路176と、取り込み許可信号HS_CNT_LATをD入力とし、低速クロックMCLKを反転させた結果をクロック入力として、高速カウンタリセット信号HS_CNT_CLRを出力するDフリップフロップ回路178とから構成される。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the
高速カウンタ12aは、高速カウンタリセット信号HS_CNT_CLRが無意(High)の期間中に、高速クロックROSC_CLK1の立ち上がりをカウントして、8ビットの計数結果HS_CNT1[8:0]を出力する。高速カウンタ12bは、高速カウンタリセット信号HS_CNT_CLRが無意(High)の期間中に、高速クロックROSC_CLK2の立ち上がりをカウントして、8ビットの計数結果HS_CNT2[8:0]を出力する。これら高速カウンタ12a,12bの計数結果HS_CNT1[8:0],HS_CNT2[8:0]は、高速カウンタリセット信号HS_CNT_CLRの立ち下がりで0に初期化される。
The high-
Dフリップフロップ回路18aは、取り込み許可信号HS_CNT_LATの立ち上がりで高速カウンタ12aの8ビットの計数結果HS_CNT1[8:0]をラッチして、次に取り込み許可信号HS_CNT_LATが立ち上がるまで保持する。Dフリップフロップ回路18bは、取り込み許可信号HS_CNT_LATの立ち上がりで高速カウンタ12bの8ビットの計数結果HS_CNT2[8:0]をラッチして、次に取り込み許可信号HS_CNT_LATが立ち上がるまで保持する。
The D flip-
エンコーダ19は、Dフリップフロップ回路112-1~112-16から出力される16ビットの信号ROSC_PHASE[15:0]を基に、リングオシレータ11aの出力の位相値を示す5ビットのタイミング信号HS_PHASE[4:0]を出力する。タイミング信号HS_PHASE[4:0]は、16ビットの信号ROSC_PHASE[15:0]を5ビットにエンコードした信号である。
Based on the 16-bit signal ROSC_PHASE[15:0] output from the D flip-flop circuits 112-1 to 112-16, the
セレクタ20は、エンコーダ19から出力された5ビットのタイミング信号HS_PHASE[4:0]に基づいて、Dフリップフロップ回路18a,18bによってラッチされた8ビットの計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]のうち、グリッチ(計数エラー)が発生していない方の高速カウンタによって得られた計数結果を真値として選択する。
Based on the 5-bit timing signal HS_PHASE[4:0] output from the
時間算出部21は、取り込み許可信号HS_CNT_ENが有意(High)になった時点でセレクタ20から出力された計数結果を取り込む。時間算出部21は、取り込んだ計数結果に基づいて、発振開始信号ROSC_STARTの立ち上がりから発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりまでの時間間隔を算出する。
The
リングオシレータ型TDCは計測開始を示す発振開始信号ROSC_STARTを受け付けるとリングオシレータ11aが発振し始めるので、計測停止を示す発振停止信号ROSC_STOPを受け取るまでの期間、リングオシレータ11aの出力であるTAP[15]の立ち上がりを高速カウンタを用いて数えればいいのであるが、前述のとおり発振停止信号ROSC_STOPのタイミング次第ではリングオシレータ11aの出力にグリッチが発生し、高速カウンタが誤作動してしまう可能性がある。
Since the ring oscillator type TDC receives the oscillation start signal ROSC_START indicating the start of measurement, the
そこで、本実施例では、リングオシレータ11aの出力TAP[15]とその反転信号とをそれぞれ別の高速カウンタ12a,12bでカウントし、得られた計数結果からグリッチが発生していない方の計数結果を選択するようにすることで、低消費電力動作と正確な時間計測とを実現した。
Therefore, in the present embodiment, the output TAP[15] of the
より具体的には、リングオシレータ11aから出力された高速クロックTAP[15]をバッファ回路13に通した高速クロックRCLK1と、高速クロックTAP[15]をインバータ14によって論理反転した高速クロックRCLK2とを、それぞれOR回路15,16において発振停止信号ROSC_STOPでORマスクし、そのORマスクした高速クロックROSC_CLK1,ROSC_CLK2をそれぞれ別の高速カウンタ12a,12bでカウントする。
More specifically, the high-speed clock RCLK1 obtained by passing the high-speed clock TAP[15] output from the
発振開始信号ROSC_STARTを受け付けるタイミング次第では、前述のグリッチが発生する可能性があるが、発振開始信号ROSC_STARTの立ち上がりエッジと高速クロックRCLK1,RCLK2の位相関係については、タイミング信号HS_PHASE[4:0]から判定できるため、グリッチが発生していない方の高速カウンタによって得られた計数結果を真値として選択すればよい。 Depending on the timing at which the oscillation start signal ROSC_START is received, the above-mentioned glitch may occur. Since it can be determined, the counting result obtained by the high-speed counter with no glitch may be selected as the true value.
高速クロックRCLK1,RCLK2とタイミング信号HS_PHASE[4:0]との関係を図4に示す。図4では、高速カウンタ12a,12bが受け付け不可能な最低Low幅(Min Error)と、このMin Errorに基づいて決定されたLATCH1[8:0]とLATCH2[8:0]の選択の境界を示している。なお、図4のΔtはリングオシレータ11aの遅延回路(NAND回路110とバッファ回路111-1~111-15)の1段あたりの遅延時間を示している。
FIG. 4 shows the relationship between the high-speed clocks RCLK1 and RCLK2 and the timing signals HS_PHASE[4:0]. In FIG. 4, the minimum Low width (Min Error) that cannot be accepted by the high-
本実施例では、セレクタ20は、Dフリップフロップ回路18a,18bによってラッチされた8ビットの計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]のうち、グリッチ(計数エラー)が発生していない方の高速カウンタによって得られた計数結果を真値として選択する。このような選択は、5ビットのタイミング信号HS_PHASE[4:0]の値に基づいて行うことができる。
In this embodiment, the
図4の例では、セレクタ20は、高速クロックRCLK1の位相が0°(タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が0)から180°よりも小さい所定の第1の位相値(本実施例では101.25°、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が9)未満の範囲では計数結果LATCH1[8:0]を選択する。
In the example of FIG. 4, the
また、セレクタ20は、高速クロックRCLK1の位相が第1の位相値から180°以上で360°よりも小さい所定の第2の位相値(本実施例では281.25°、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が25)未満の範囲では計数結果LATCH2[8:0]を選択し、高速クロックRCLK1の位相が第2の位相値以上360°未満の範囲では計数結果LATCH1[8:0]を選択する。
Also, the
つまり、セレクタ20は、8ビットの計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]のうちいずれかを選択するに際して、高速クロックRCLK1,RCLK2のうち、立ち下がりからの経過時間が最低Low幅(Min Error)に所定の余裕幅を足した時間を上回っている方の高速クロックをカウントした高速カウンタの計数結果を真値として選択する。
That is, when the
例えば高速クロックRCLK2の立ち下がりからの経過時間が最低Low幅(Min Error)に対して十分な余裕がなく、高速クロックRCLK1の立ち下がりからの経過時間が最低Low幅に対して十分な余裕がある期間では、セレクタ20は、計数結果LATCH1[8:0]を選択し、高速クロックRCLK1の立ち下がりからの経過時間が最低Low幅に対して十分な余裕がなく、高速クロックRCLK2の立ち下がりからの経過時間が最低Low幅に対して十分な余裕がある期間では、計数結果LATCH2[8:0]を選択する。
For example, the elapsed time from the fall of the high-speed clock RCLK2 does not have a sufficient margin for the minimum Low width (Min Error), and the elapsed time from the fall of the high-speed clock RCLK1 has a sufficient margin to the minimum Low width. In the period, the
なお、実際の設計時はIC(Integrated Circuit)製造会社のデータシートや回路レイアウト情報を元にLow幅違反となるHS_PHASEの範囲とLATCH1[8:0],LATCH2[8:0]の選択の境界とを決定することになる。図4の例では、高速カウンタ12a,12bを構成するフリップフロップのクロックの最低Low幅保持期間(Min Error)を250ps、TDCの分解能を50psとした前提で境界を決定している。
At the time of actual design, based on the data sheet and circuit layout information of the IC (Integrated Circuit) manufacturing company, the range of HS_PHASE that causes Low width violation and the boundary of the selection of LATCH1[8:0] and LATCH2[8:0] and will be determined. In the example of FIG. 4, the boundaries are determined on the assumption that the minimum Low width holding period (Min Error) of the clock of the flip-flops constituting the high-
リングオシレータ11aに対して非同期で発振停止信号ROSC_STOPが入力されることにより発生するグリッチに対しては、高速クロックRCLK1,RCLK2を発振停止信号ROSC_STOPでORマスクした高速クロックROSC_CLK1,ROSC_CLK2を高速カウンタ12a,12bのクロックとして使用することで回避することができる。
With respect to the glitch generated by the asynchronous input of the oscillation stop signal ROSC_STOP to the
ただし、時間算出部21は、高速クロックROSC_CLK1,ROSC_CLK2と発振停止信号ROSC_STOPの位相関係によっては、計数結果LATCH1[8:0]またはLATCH2[8:0]の値を1減算してから、発振開始信号ROSC_STARTの立ち上がりから発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりまでの時間間隔を算出する必要がある。
However, depending on the phase relationship between the high-speed clocks ROSC_CLK1, ROSC_CLK2 and the oscillation stop signal ROSC_STOP, the
例えば図5の例では、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が0(高速クロックRCLK1の位相が0°)のタイミングで発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりを受け取った場合を示している。図5の101では、高速クロックROSC_CLK2にグリッチが発生している。セレクタ20は、上記の動作により計数結果LATCH1[8:0](HS_CNT1[8:0])を選択する。時間算出部21は、取り込み許可信号HS_CNT_ENが有意(High)になった時点でタイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が0の場合は、取り込んだ計数結果LATCH1[8:0]を1減算する必要はない。
For example, the example of FIG. 5 shows the case where the rise of the oscillation stop signal ROSC_STOP is received at the timing when the value of the timing signal HS_PHASE[4:0] is 0 (the phase of the high-speed clock RCLK1 is 0°). At 101 in FIG. 5, a glitch occurs in the high speed clock ROSC_CLK2. The
図6の例は、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が9(高速クロックRCLK1の位相が101.25°)のタイミングで発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりを受け取った場合を示している。セレクタ20は、上記の動作により計数結果LATCH2[8:0](HS_CNT2[8:0])を選択する。時間算出部21は、取り込み許可信号HS_CNT_ENが有意(High)になった時点でタイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が9の場合は、取り込んだ計数結果LATCH2[8:0]を1減算してから時間間隔を算出する。
The example of FIG. 6 shows the case where the rise of the oscillation stop signal ROSC_STOP is received at the timing when the value of the timing signal HS_PHASE[4:0] is 9 (the phase of the high-speed clock RCLK1 is 101.25°). The
図7の例は、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が16(高速クロックRCLK1の位相が180°)のタイミングで発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりを受け取った場合を示している。図7の102では、高速クロックROSC_CLK1にグリッチが発生している。セレクタ20は、上記の動作により計数結果LATCH2[8:0](HS_CNT2[8:0])を選択する。時間算出部21は、取り込み許可信号HS_CNT_ENが有意(High)になった時点でタイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が16の場合は、取り込んだ計数結果LATCH2[8:0]を1減算してから時間間隔を算出する。
The example of FIG. 7 shows the case where the rise of the oscillation stop signal ROSC_STOP is received at the timing when the value of the timing signal HS_PHASE[4:0] is 16 (the phase of the high-speed clock RCLK1 is 180°). At 102 in FIG. 7, a glitch occurs on the high speed clock ROSC_CLK1. The
図8の例は、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が25(高速クロックRCLK1の位相が281.25°)のタイミングで発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりを受け取った場合を示している。セレクタ20は、上記の動作により計数結果LATCH1[8:0](HS_CNT1[8:0])を選択する。時間算出部21は、取り込み許可信号HS_CNT_ENが有意(High)になった時点でタイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が25の場合は、取り込んだ計数結果LATCH1[8:0]を1減算してから時間間隔を算出する。
The example of FIG. 8 shows the case where the rise of the oscillation stop signal ROSC_STOP is received at the timing when the value of the timing signal HS_PHASE[4:0] is 25 (the phase of the high-speed clock RCLK1 is 281.25°). The
以上の計数結果の補正の要否を図4に記述すると、図9のようになる。時間算出部21は、高速クロックRCLK1の位相が第1の位相値以上360°未満の範囲のときにセレクタ20によって選択された計数結果を取り込んだ場合に、この計数結果を1減算してから時間間隔を算出すればよい。
FIG. 9 shows whether or not the above counting results need to be corrected in FIG. When the phase of the high-speed clock RCLK1 is in the range of the first phase value or more and less than 360°, the
なお、本実施例では、リングオシレータ11aの遅延回路(NAND回路110とバッファ回路111-1~111-15)の段数を16段(TAP[0]~TAP[15])としているが、この段数は16以外でも本発明にとっては問題とならない。ただし、2のべき乗数の段数としておくと、高速カウンタ12a,12bのカウント値(LATCH1[8:0],LATCH2[8:0])とリングオシレータ11aの位相値(HS_PHASE[4:0])の結合を単純化できる。
In this embodiment, the delay circuit (the
例えば、LATCH1[8:0]を選択した場合の時間計測値は、{LATCH1[8:0],HS_PHASE[4:0]}というようにHS_PHASEを下位ビット側、LATCH1を上位ビット側に連接することで得られる。リングオシレータ11aの段数が2のべき乗数でない場合のカウント値と位相値の結合の単純化案については例えば、特許第2868266号で述べられている。
For example, when LATCH1[8:0] is selected, the time measurement value is {LATCH1[8:0], HS_PHASE[4:0]}. obtained by A proposal for simplifying the combination of the count value and the phase value when the number of stages of the
[第2の実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。第1の実施例では、リングオシレータ11aから出力された高速クロックTAP[15]をバッファ回路13に通した信号RCLK1と、高速クロックTAP[15]をインバータ14によって論理反転した信号RCLK2の両方に対して発振停止信号ROSC_STOPによるマスクを行っていたが、リングオシレータ11aの出力の反転信号を用意せずに、リングオシレータ11aから出力される高速クロックTAP[15]に対してマスクを行わない信号とマスクを行う信号を用意し、それぞれの信号を別の高速カウンタでカウントした後に、グリッチが発生していない方の高速カウンタによって得られた計数結果を選択してもよい。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the invention will be described. In the first embodiment, both the signal RCLK1 obtained by passing the high-speed clock TAP[15] output from the
図10は本実施例に係る時間計測回路の構成を示す回路図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の時間計測回路は、Dフリップフロップ回路10と、リングオシレータ11a(発振回路)と、高速カウンタ12a,12b(第1、第2のカウンタ)と、エッジ検出回路17と、Dフリップフロップ回路18a,18bと、エンコーダ19と、セレクタ20aと、時間算出部21と、リングオシレータ11aから出力された高速クロックROSC_CLK1(TAP[15])と発振停止信号ROSC_STOPの論理和の結果を高速クロックROSC_CLK2として出力するOR回路23(論理回路)とから構成される。
FIG. 10 is a circuit diagram showing the configuration of the time measuring circuit according to this embodiment, and the same components as in FIG. 1 are given the same reference numerals. The time measuring circuit of this embodiment includes a D flip-
Dフリップフロップ回路10とリングオシレータ11aの構成および動作は、第1の実施例で説明したとおりである。
本実施例の高速カウンタ12aは、高速カウンタリセット信号HS_CNT_CLRが無意(High)の期間中に、リングオシレータ11aから出力された高速クロックROSC_CLK1(TAP[15])の立ち上がりをカウントして、8ビットの計数結果HS_CNT1[8:0]を出力する。
The structure and operation of D flip-
The high-
一方、OR回路23は、高速クロックROSC_CLK1(TAP[15])と発振停止信号ROSC_STOPの論理和の結果を高速クロックROSC_CLK2として出力する。高速カウンタ12bは、高速カウンタリセット信号HS_CNT_CLRが無意(High)の期間中に、高速クロックROSC_CLK2の立ち上がりをカウントして、8ビットの計数結果HS_CNT2[8:0]を出力する。
On the other hand, the
エッジ検出回路17とDフリップフロップ回路18a,18bとエンコーダ19の動作は、第1の実施例で説明したとおりである。
本実施例においても、セレクタ20aは、Dフリップフロップ回路18a,18bによってラッチされた8ビットの計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]のうち、グリッチ(計数エラー)が発生していない方の高速カウンタによって得られた計数結果を真値として選択するが、バッファ回路13およびインバータ14を使用しないため、選択の切り替えの境界となる高速クロックROSC_CLK1(TAP[15])の位相(タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値)が第1の実施例と異なる。
The operations of
In this embodiment as well, the
ROSC_CLK1(TAP[15])とタイミング信号HS_PHASE[4:0]との関係を図11に示す。図11の例では、セレクタ20aは、高速カウンタ12aに入力される高速クロックROSC_CLK1(TAP[15])の位相が0°(タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が0)から180°よりも小さい所定の第1の位相値(本実施例では123.75°、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が11)未満の範囲では計数結果LATCH2[8:0]を選択する。
FIG. 11 shows the relationship between ROSC_CLK1 (TAP[15]) and timing signals HS_PHASE[4:0]. In the example of FIG. 11, the
また、セレクタ20aは、高速クロックROSC_CLK1(TAP[15])の位相が第1の位相値から180°以上で360°よりも小さい所定の第2の位相値(本実施例では303.75°、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が27)未満の範囲では計数結果LATCH1[8:0]を選択し、高速クロックROSC_CLK1(TAP[15])の位相が第2の位相値以上360°未満の範囲では計数結果LATCH2[8:0]を選択する。
Further, the
図11の例では、図4と同様に、高速カウンタ12a,12bを構成するフリップフロップのクロックの最低Low幅保持期間(Min Error)を250ps、TDCの分解能を50psとした前提で境界を決定している。
In the example of FIG. 11, as in FIG. 4, the boundary is determined on the assumption that the minimum Low width holding period (Min Error) of the clock of the flip-flops constituting the high-
第1の実施例と同様に、時間算出部21は、取り込み許可信号HS_CNT_LATの立ち上がりでセレクタ20aから出力された計数結果を取り込み、発振開始信号ROSC_STARTの立ち上がりから発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりまでの時間間隔を算出する。
こうして、本実施例では、第1の実施例と同様の効果を得ることができる。
As in the first embodiment, the
Thus, in this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
なお、本実施例においても、時間算出部21は、高速クロックROSC_CLK2と発振停止信号ROSC_STOPの位相関係によっては、計数結果LATCH1[8:0]またはLATCH2[8:0]の値を1減算してから、発振開始信号ROSC_STARTの立ち上がりから発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりまでの時間間隔を算出する必要がある。
Also in this embodiment, the
ただし、上記で説明したとおり、本実施例では、セレクタ20aの選択の切り替えの境界となる高速クロックROSC_CLK1(TAP[15])の位相(タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値)が第1の実施例と異なるので、計数結果を補正するかどうかの判定も第1の実施例と異なる。
However, as described above, in this embodiment, the phase of the high-speed clock ROSC_CLK1 (TAP[15]) (the value of the timing signal HS_PHASE[4:0]), which serves as a boundary for switching the selection of the
例えば図12の例では、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が0(ROSC_CLK1(TAP[15])の位相が0°)のタイミングで発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりを受け取った場合を示している。図12の103では、高速クロックROSC_CLK1にグリッチが発生している。セレクタ20は、上記の動作により計数結果LATCH2[8:0](HS_CNT2[8:0])を選択する。時間算出部21は、取り込み許可信号HS_CNT_ENが有意(High)になった時点でタイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が0の場合は、取り込んだ計数結果LATCH2[8:0]を1減算する必要はない。
For example, the example of FIG. 12 shows the case where the rise of the oscillation stop signal ROSC_STOP is received at the timing when the value of the timing signal HS_PHASE[4:0] is 0 (the phase of ROSC_CLK1 (TAP[15]) is 0°). . At 103 in FIG. 12, a glitch occurs in the high speed clock ROSC_CLK1. The
図13の例は、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が11(高速クロックROSC_CLK1(TAP[15])の位相が123.75°)のタイミングで発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりを受け取った場合を示している。セレクタ20は、上記の動作により計数結果LATCH1[8:0](HS_CNT1[8:0])を選択する。時間算出部21は、取り込み許可信号HS_CNT_ENが有意(High)になった時点でタイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が11の場合は、取り込んだ計数結果LATCH1[8:0]を1減算してから時間間隔を算出する。
In the example of FIG. 13, the rising edge of the oscillation stop signal ROSC_STOP is received at the timing when the value of the timing signal HS_PHASE[4:0] is 11 (the phase of the high-speed clock ROSC_CLK1 (TAP[15]) is 123.75°). showing. The
図14の例は、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が16(高速クロックROSC_CLK1(TAP[15])の位相が180°)のタイミングで発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりを受け取った場合を示している。図14の104では、高速クロックROSC_CLK2にグリッチが発生している。セレクタ20は、上記の動作により計数結果LATCH1[8:0](HS_CNT1[8:0])を選択する。時間算出部21は、取り込み許可信号HS_CNT_ENが有意(High)になった時点でタイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が16の場合は、取り込んだ計数結果LATCH1[8:0]を1減算してから時間間隔を算出する。
The example of FIG. 14 shows the case where the rise of the oscillation stop signal ROSC_STOP is received at the timing when the value of the timing signal HS_PHASE[4:0] is 16 (the phase of the high-speed clock ROSC_CLK1 (TAP[15]) is 180°). there is At 104 in FIG. 14, a glitch occurs in the high speed clock ROSC_CLK2. The
図15の例は、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が27(高速クロックROSC_CLK1(TAP[15])の位相が303.75°)のタイミングで発振停止信号ROSC_STOPの立ち上がりを受け取った場合を示している。セレクタ20は、上記の動作により計数結果LATCH2[8:0](HS_CNT2[8:0])を選択する。時間算出部21は、取り込み許可信号HS_CNT_ENが有意(High)になった時点でタイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が27の場合は、取り込んだ計数結果LATCH2[8:0]を1減算してから時間間隔を算出する。
In the example of FIG. 15, the rising edge of the oscillation stop signal ROSC_STOP is received at the timing when the value of the timing signal HS_PHASE[4:0] is 27 (the phase of the high-speed clock ROSC_CLK1 (TAP[15]) is 303.75°). showing. The
以上の計数結果の補正の要否を図11に記述すると、図16のようになる。第1の実施例と同様に、時間算出部21は、高速クロックRCLK1の位相が第1の位相値以上360°未満の範囲のときにセレクタ20によって選択された計数結果を取り込んだ場合に、この計数結果を1減算してから時間間隔を算出すればよい。
FIG. 16 shows the necessity of correction of the counting result described above in FIG. As in the first embodiment, when the
[第3の実施例]
次に、本発明の第3の実施例について説明する。図17は本実施例に係る時間計測回路の構成を示す回路図であり、図1、図10と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の時間計測回路は、Dフリップフロップ回路10と、リングオシレータ11a(発振回路)と、高速カウンタ12a,12b(第1、第2のカウンタ)と、バッファ回路13と、インバータ14と、エッジ検出回路17aと、Dフリップフロップ回路18a,18bと、エンコーダ19と、セレクタ20と、時間算出部21aと、通常時に外部から入力された発振開始信号ROSC_START(第1の開始信号)、発振停止信号ROSC_STOP(第1の停止信号)を選択して出力し、テスト実行時に後述するテスト実行部から出力された開始信号DBG_START(第2の開始信号)、停止信号DBG_STOP(第2の停止信号)を選択して出力すると共に、テスト終了時に停止信号ROSC_STOPb(第3の停止信号)を出力する動作設定回路24とを備えている。
[Third embodiment]
A third embodiment of the present invention will now be described. FIG. 17 is a circuit diagram showing the configuration of the time measuring circuit according to this embodiment, and the same components as in FIGS. 1 and 10 are denoted by the same reference numerals. The time measurement circuit of this embodiment includes a D flip-
また、本実施例の時間計測回路は、テスト実行時に、高速クロックRCLK1を高速クロックRCLK2よりも遅れてマスクし高速クロックRCLK2よりも遅れてマスク解除するための停止信号と、高速クロックRCLK2を高速クロックRCLK1よりも先にマスクし高速クロックRCLK1よりも先にマスク解除するための停止信号とを、動作設定回路24から出力された停止信号ROSC_STOPaから生成するマスク解除タイミング制御回路25と、高速クロックRCLK1とマスク解除タイミング制御回路25から出力された停止信号の論理和の結果を高速クロックROSC_CLK1として出力するOR回路26と、高速クロックRCLK2とマスク解除タイミング制御回路25から出力された停止信号の論理和の結果を高速クロックROSC_CLK2として出力するOR回路27とを備えている。
Further, the time measurement circuit of this embodiment includes a stop signal for masking the high-speed clock RCLK1 later than the high-speed clock RCLK2 and unmasking it later than the high-speed clock RCLK2, and a high-speed clock RCLK2 as the high-speed clock. A mask release
バッファ回路13とインバータ14とマスク解除タイミング制御回路25とOR回路26,27とは、論理回路28を構成している。
本実施例は、図17に示すように、第1の実施例に対して時間計測回路21aからのSTART,STOP信号(DBG_START,DBG_STOP)によりリングオシレータ11aを起動できる動作設定回路24と、高速クロックRCLK1,RCLK2のマスク解除タイミングを制御するためのマスク解除タイミング制御回路25と、OR回路26,27とを追加したものである。
As shown in FIG. 17, this embodiment differs from the first embodiment in that an
図18は動作設定回路24の構成を示す回路図、図19はマスク解除タイミング制御回路25の構成を示す回路図である。図18に示すように、動作設定回路24は、時間算出部21aから出力された選択指示信号ROSC_SELに応じて発振停止信号ROSC_STOPと時間算出部21aから出力された停止信号DBG_STOPのいずれかを選択し、停止信号ROSC_STOPaとして出力するセレクタ240と、選択指示信号ROSC_SELに応じて発振開始信号ROSC_STARTと時間算出部21aから出力された開始信号DBG_STARTのいずれかを選択し、開始信号ROSC_STARTaとして出力するセレクタ241と、セレクタ240から出力された停止信号ROSC_STOPaと時間算出部21aから出力されたテスト指示信号ROSC_TESTの否定との論理積の結果を停止信号ROSC_STOPbとして出力するAND回路242とから構成される。
18 is a circuit diagram showing the configuration of the
本実施例のDフリップフロップ回路10は、発振開始信号ROSC_STARTの代わりに、動作設定回路24から出力された開始信号ROSC_STARTaをクロック入力とし、発振停止信号ROSC_STOPの代わりに、動作設定回路24から出力された停止信号ROSC_STOPbをリセット入力とする。
The D flip-
本実施例のリングオシレータ11aのDフリップフロップ回路112-1~112-16は、発振停止信号ROSC_STOPの代わりに、停止信号ROSC_STOPbをクロック入力とする。
The D flip-flop circuits 112-1 to 112-16 of the
本実施例のエッジ検出回路17aは、発振停止信号ROSC_STOPの代わりに、停止信号ROSC_STOPaを入力とし、この停止信号ROSC_STOPaと低速クロックMCLKとテスト指示信号ROSC_TESTとを基に、 停止信号ROSC_STOPaの立ち上がり直後の低速クロックMCLKの立ち下がりで有意(High)となる取り込み許可信号HS_CNT_LATと、取り込み許可信号HS_CNT_LATの立ち下がりで有意(Low)となる高速カウンタリセット信号HS_CNT_CLRと、発振停止信号ROSC_STOPaを、低速クロックMCLKの1/2クロック分遅延させた取り込み許可信号HS_CNT_ENとを生成する。 The edge detection circuit 17a of this embodiment receives the stop signal ROSC_STOPa instead of the oscillation stop signal ROSC_STOP. The capture enable signal HS_CNT_LAT that becomes significant (High) at the fall of the low-speed clock MCLK, the high-speed counter reset signal HS_CNT_CLR that becomes significant (Low) at the fall of the capture enable signal HS_CNT_LAT, and the oscillation stop signal ROSC_STOPa are A fetch enable signal HS_CNT_EN delayed by 1/2 clock is generated.
図20は本実施例の時間算出部21aの構成を示すブロック図である。時間算出部200は、第1、第2の実施例の時間算出部21と同じ機能を実現するものである。テスト実行部201は、リングオシレータ11aの遅延回路(NAND回路110とバッファ回路111-1~111-15)のテストを行うものである。
FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of the
以下、本実施例の時間計測回路の動作を説明する。図21は本実施例の時間計測回路のテスト時の動作を説明するタイミングチャートである
テスト実行時に、テスト実行部201は、例えばユーザからの指示により、図21に示すようにテスト指示信号ROSC_TESTを有意のHighレベルとし、選択指示信号ROSC_SELをHighレベルとする。
The operation of the time measurement circuit of this embodiment will be described below. FIG. 21 is a timing chart for explaining the operation of the time measurement circuit of this embodiment during testing. During test execution, the
動作設定回路24のセレクタ240は、選択指示信号ROSC_SELがHighレベルであることにより、発振停止信号ROSC_STOPとテスト実行部201から出力された停止信号DBG_STOPのうち、停止信号DBG_STOPを選択して停止信号ROSC_STOPaとして出力する。
The
動作設定回路24のセレクタ241は、選択指示信号ROSC_SELがHighレベルであることにより、発振開始信号ROSC_STARTとテスト実行部201から出力された開始信号DBG_STARTのうち、開始信号DBG_STARTを選択して開始信号ROSC_STARTaとして出力する。
The
動作設定回路24のAND回路242は、セレクタ240から出力された停止信号ROSC_STOPaとテスト実行部201から出力されたテスト指示信号ROSC_TESTの否定との論理積の結果を停止信号ROSC_STOPbとして出力する。その結果、停止信号ROSC_STOPbは、テスト中にテスト指示信号ROSC_TESTがHighレベルである間は無意(Low)である。また、停止信号ROSC_STOPbは、例えばユーザからの指示によりテスト終了後にテスト指示信号ROSC_TESTがLowとなった場合には、停止信号DBG_STOPが立ち上がった時点で有意(High)となる。
The AND circuit 242 of the
したがって、Dフリップフロップ回路10は、テスト中の最初の開始信号ROSC_STARTa(DBG_START)の立ち上がりで発振許可信号TDC_ENを有意(High)とし、停止信号ROSC_STOPbの立ち上がりで発振許可信号TDC_ENを無意(Low)とするので、この発振許可信号TDC_ENが有意(High)の期間中はリングオシレータ11aがフリーランで動作することになる。
Therefore, the D flip-
なお、通常時にテスト指示信号ROSC_TESTがLowとなり、発振停止信号ROSC_STOPが入力されたときには、停止信号ROSC_STOPbとして、発振停止信号ROSC_STOPが出力される。 Note that when the test instruction signal ROSC_TEST becomes Low in a normal state and the oscillation stop signal ROSC_STOP is input, the oscillation stop signal ROSC_STOP is output as the stop signal ROSC_STOPb.
テスト実行時に、テスト実行部201は、低速クロックMCLKに同期して停止信号DBG_STOPを定期的に発行するが、停止信号DBG_STOPがHighレベルになってもリングオシレータ11aが停止することはない。
During test execution, the
そして、テスト実行部201は、停止信号DBG_STOPの立ち上がりでエンコーダ19から出力された5ビットのタイミング信号HS_PHASE[4:0]を取得し、このタイミング信号HS_PHASE[4:0]の値に基づいて、Dフリップフロップ回路18a,18bによってラッチされた8ビットの計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]を取得する。
Then, the
リングオシレータ11aは周波数が固定されておらず、低速クロックMCLKとは同期していないため、テスト実行部201が定期的にタイミング信号HS_PHASE[4:0]を取得したとしても得られる値はランダムに変化する。
The frequency of the
テスト実行部201は、このタイミング信号HS_PHASE[4:0]の値に基づいて、高速クロックRCLK1の位相が第1の位相値(101.25°、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が9)の直前の値(タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が8)のときに計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]を取得して比較する。また、テスト実行部201は、高速クロックRCLK1の位相が第1の位相値のときに計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]を取得して比較してもよい。また、テスト実行部201は、高速クロックRCLK1の位相が第1の位相値の直後の値(タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が10)のときに計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]を取得して比較してもよい。図21では、これらのタイミングをPhase1で表している。
Based on the value of this timing signal HS_PHASE[4:0], the
また、テスト実行部201は、高速クロックRCLK1の位相が第2の位相値(281.25°、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が25)の直前の値(タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が24)のときに計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]を取得して比較する。また、テスト実行部201は、高速クロックRCLK1の位相が第2の位相値のときに計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]を取得して比較してもよい。また、テスト実行部201は、高速クロックRCLK1の位相が第2の位相値の直後の値(タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が26)のときに計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]を取得して比較してもよい。図21では、これらのタイミングをPhase2で表している。
In addition, the
これらPhase1,Phase2のタイミングのときは計数結果LATCH1[8:0],LATCH2[8:0]の値が共に高速カウンタ12a,12bでLow幅違反とはならないカウント値になっているはずなので、テスト実行部201は、Phase1のタイミングで取得した計数結果LATCH1[8:0]とLATCH2[8:0]とを比較し、同様にPhase2のタイミングで取得した計数結果LATCH1[8:0]とLATCH2[8:0]とを比較する。
At these Phase1 and Phase2 timings, the values of the count results LATCH1[8:0] and LATCH2[8:0] should both be count values that do not cause a Low width violation in the high-
そして、テスト実行部201は、計数結果LATCH1[8:0]とLATCH2[8:0]とが一致している場合には、リングオシレータ11aの遅延回路(NAND回路110とバッファ回路111-1~111-15)が正常と判定し、計数結果LATCH1[8:0]とLATCH2[8:0]とが不一致の場合には、遅延回路が故障していると判定する。判定結果の出力方法としては、例えば判定結果を知らせる内容を表示したり、判定結果を知らせる情報を外部に送信したりする等の方法がある。
Then, if the count results LATCH1[8:0] and LATCH2[8:0] match, the
なお、高速クロックRCLK1,RCLK2と発振停止信号ROSC_STOPの位相関係は非同期なので、本実施例のようなテストを行う場合は、発振停止信号ROSC_STOPによるマスク解除のタイミングをマスク解除タイミング制御回路25によって制御する必要がある。
Since the phase relationship between the high-speed clocks RCLK1 and RCLK2 and the oscillation stop signal ROSC_STOP is asynchronous, the timing of mask release by the oscillation stop signal ROSC_STOP is controlled by the mask release
図19に示したように、マスク解除タイミング制御回路25は、バッファ回路13から出力された高速クロックRCLK1と時間算出部21aから出力されたテスト指示信号ROSC_TESTの論理積の結果を出力するAND回路250と、インバータ14から出力された高速クロックRCLK2とテスト指示信号ROSC_TESTの論理積の結果を出力するAND回路251と、動作設定回路24から出力された停止信号ROSC_STOPaをD入力とし、AND回路251の出力をクロック入力とするDフリップフロップ回路252と、Dフリップフロップ回路252の出力STOP_RCLK2_D1をD入力とし、停止信号ROSC_STOPaをクロック入力とするDフリップフロップ回路253と、Dフリップフロップ回路253の出力STOP_RCLK2_D2をD入力とし、AND回路250の出力をクロック入力とするDフリップフロップ回路254とから構成される。
As shown in FIG. 19, the mask release
OR回路26は、高速クロックRCLK1とマスク解除タイミング制御回路25のDフリップフロップ回路254の出力STOP_RCLK1_D3(第4の停止信号)と停止信号ROSC_STOPaの論理和の結果を高速クロックROSC_CLK1として出力する。
The OR
OR回路27は、高速クロックRCLK2とマスク解除タイミング制御回路25のDフリップフロップ回路253の出力STOP_RCLK2_D2(第5の停止信号)と停止信号ROSC_STOPaの論理和の結果を高速クロックROSC_CLK2として出力する。
The OR
図22はマスク解除タイミング制御回路25の動作を説明するタイミングチャートである。なお、図22は、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が24または25の場合を示している。第1~第3の実施例のリングオシレータ11aとバッファ回路13とインバータ14とは、発振許可信号TDC_ENが有意(High)となったときに、高速クロックRCLK2の立ち上がり→高速クロックRCLK1の立ち上がり→高速クロックRCLK2の立ち上がり→高速クロックRCLK1の立ち上がり、というように高速クロックRCLK2,RCLK1を交互に立ち上げる動作を行う。
FIG. 22 is a timing chart for explaining the operation of the mask release
このため、図22の105で示すように、動作開始時に、高速カウンタ12b(HS_CNT2[8:0])、高速カウンタ12a(HS_CNT1[8:0]を)の順番でカウントアップが開始される。したがって、マスク解除時も図22のタイミングチャートのように、高速クロックRCLK2の立ち上がり→高速クロックRCLK1の立ち上がり→高速クロックRCLK2の立ち上がり→高速クロックRCLK1の立ち上がり、という順番となるようにマスク解除のタイミングを制御する。
Therefore, as indicated by 105 in FIG. 22, at the start of operation, high-
図22のSTOP_RCLK2_D1はDフリップフロップ回路252の出力を示し、STOP_RCLK2_D2はDフリップフロップ回路253の出力を示し、STOP_RCLK1_D3はDフリップフロップ回路254の出力を示している。Dフリップフロップ回路253の出力STOP_RCLK2_D2は、OR回路27において高速クロックRCLK2のマスクに使用される。また、Dフリップフロップ回路254の出力STOP_RCLK1_D3は、OR回路26において高速クロックRCLK1のマスクに使用される。
STOP_RCLK2_D1 in FIG. 22 indicates the output of the D flip-
このように、Dフリップフロップ回路254の出力STOP_RCLK1_D3よりもDフリップフロップ回路253の出力STOP_RCLK2_D2が先に立ち下がり、高速クロックRCLK1よりも高速クロックRCLK2が先にマスク解除されるので、図22の106で示すように、マスク解除時においても、高速カウンタ12b(HS_CNT2[8:0])、高速カウンタ12a(HS_CNT1[8:0]を)の順番でカウントアップが再開される。
In this way, the output STOP_RCLK2_D2 of the D flip-
本実施例では、上記のとおりPhase1,Phase2のタイミングで計数結果LATCH1[8:0]とLATCH2[8:0]とを比較するが、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が24、25または26の場合(高速クロックRCLK1の位相が第2の位相値の直前の値、第2の位相値または第2の位相値の直後の値の場合)、リングオシレータ11aの遅延回路に故障がなければ、図22の107の所で示すように、計数結果LATCH1[8:0]とLATCH2[8:0]は必ず一致する。 In this embodiment, the count results LATCH1[8:0] and LATCH2[8:0] are compared at the timings of Phase1 and Phase2 as described above. 26 (when the phase of the high-speed clock RCLK1 is the value immediately before the second phase value, the second phase value, or the value immediately after the second phase value), if there is no failure in the delay circuit of the ring oscillator 11a. , 107 in FIG. 22, the count results LATCH1[8:0] and LATCH2[8:0] always match.
一方、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が8、9または10の場合(高速クロックRCLK1の位相が第1の位相値の直前の値、第1の位相値または第1の位相値の直後の値の場合)、図23に示すように、高速クロックROSC_CLK2の方がROSC_CLK1よりも1回多く立ち上がるため、図23の108の所で示すように、計数結果LATCH1[8:0]に対してLATCH2[8:0]の方がカウント値が1大きくなる。 On the other hand, if the timing signal HS_PHASE[4:0] has a value of 8, 9, or 10 (the phase of high-speed clock RCLK1 is the value immediately before the first phase value, the first phase value, or the value immediately after the first phase value). ), the high-speed clock ROSC_CLK2 rises one more time than ROSC_CLK1, as shown in FIG. LATCH2[8:0] has a count value larger by one.
そこで、タイミング信号HS_PHASE[4:0]の値が8、9または10の場合には、テスト実行部201は、計数結果LATCH2[8:0]を1減算した上で、計数結果LATCH1[8:0]と減算後のLATCH2[8:0]とを比較し、計数結果LATCH1[8:0]とLATCH2[8:0]とが一致している場合には、リングオシレータ11aの遅延回路が正常と判定し、計数結果LATCH1[8:0]とLATCH2[8:0]とが不一致の場合には、遅延回路が故障していると判定する。
Therefore, when the value of the timing signal HS_PHASE[4:0] is 8, 9, or 10, the
通常時の動作は第1の実施例と同様である。上記のとおり、テスト実行時にはテスト指示信号ROSC_TESTがHighレベルとなるので、マスク解除タイミング制御回路25のAND回路250,251によりマスク解除タイミング制御回路25の動作が有効となる。一方、通常時にはテスト指示信号ROSC_TESTがLowレベルとなるので、マスク解除タイミング制御回路25の動作が無効(AND回路250,251の出力が常にLowレベル)となる。
The normal operation is the same as in the first embodiment. As described above, when the test is executed, the test instruction signal ROSC_TEST becomes High level, so the AND
通常時には、OR回路26は、第1の実施例のOR回路15と同様に、バッファ回路13から出力された高速クロックRCLK1と停止信号ROSC_STOPa(ROSC_STOP)の論理和の結果を高速クロックROSC_CLK1として出力する。OR回路27は、OR回路16と同様に、インバータ14から出力された高速クロックRCLK2と停止信号ROSC_STOPa(ROSC_STOP)の論理和の結果を高速クロックROSC_CLK2として出力する。
Normally, the
本実施例の自己テスト機能を用いることで、IC出荷検査用テスターとして、発振開始信号ROSC_STARTと発振停止信号ROSC_STOP間を数十psの分解能で制御可能なテスターを選択する必要が無くなり、外部から発振開始信号ROSC_STARTと発振停止信号ROSC_STOPとを入力せずにテストが可能なので、時間計測回路を搭載したICのテスト時間も短縮できる。その結果、本実施例では、ICのコスト削減に貢献できる。 By using the self-test function of this embodiment, it is not necessary to select a tester capable of controlling the interval between the oscillation start signal ROSC_START and the oscillation stop signal ROSC_STOP with a resolution of several tens of ps as an IC shipping inspection tester. Since the test can be performed without inputting the start signal ROSC_START and the oscillation stop signal ROSC_STOP, it is possible to shorten the test time of the IC equipped with the time measurement circuit. As a result, this embodiment can contribute to IC cost reduction.
第1~第3の実施例で説明した時間計測回路の時間算出部21,21aは、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図24に示す。コンピュータは、CPU300と、記憶装置301と、インターフェース装置(以下、I/Fと略する)302とを備えている。I/F302には、セレクタ20とエッジ検出回路17,17aとDフリップフロップ回路18a,18bとエンコーダ19と動作設定回路24とマスク解除タイミング制御回路25とが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明を実現させるためのプログラムは記憶装置301に格納される。CPU300は、記憶装置301に格納されたプログラムに従って第1~第3の実施例で説明した処理を実行する。
The
本発明は、psecオーダーの時間を計測する技術に適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to techniques for measuring time on the order of psec.
10,18a,18b,112-1~112-16,252~254…Dフリップフロップ回路,11a…リングオシレータ、12a,12b…高速カウンタ、13,111-1~111-15…バッファ回路、14…インバータ、15,16,2326,27…OR回路、17,17a…エッジ検出回路、19…エンコーダ、20,20a,240,241…セレクタ、21,21a,200…時間算出部、22,28…論理回路、24…動作設定回路、25…マスク解除タイミング制御回路、110…NAND回路、201…テスト実行部、242,250,251…AND回路。
10, 18a, 18b, 112-1 to 112-16, 252 to 254... D flip-
Claims (14)
前記発振許可信号が有意の期間中に第1のクロックを生成するように構成された発振回路と、
前記第1のクロックと、前記第1のクロックを反転させた第2のクロックとをそれぞれ前記停止信号でマスクするように構成された論理回路と、
前記停止信号でマスクされた第1のクロックを数えるように構成された第1のカウンタと、
前記停止信号でマスクされた第2のクロックを数えるように構成された第2のカウンタと、
前記第1、第2のカウンタの計数結果のうち、受付不可能な時間幅のクロック入力が発生していない方のカウンタによって得られた計数結果を選択するように構成されたセレクタと、
前記停止信号の入力後に前記セレクタによって選択された計数結果を基に前記開始信号の入力から前記停止信号の入力までの時間間隔を算出するように構成された時間算出部とを備えることを特徴とする時間計測回路。 a flip-flop circuit configured to output an oscillation enable signal that becomes significant at the timing of the input of the start signal from the outside and becomes insignificant at the timing of the input of the stop signal from the outside;
an oscillator circuit configured to generate a first clock during a period in which the oscillation enable signal is significant;
a logic circuit configured to mask the first clock and a second clock obtained by inverting the first clock with the stop signal;
a first counter configured to count a first clock masked with the stop signal;
a second counter configured to count a second clock masked with the stop signal;
a selector configured to select, from among the count results of the first and second counters, the count result obtained by the counter that does not generate a clock input with an unacceptable time width;
A time calculation unit configured to calculate a time interval from the input of the start signal to the input of the stop signal based on the count result selected by the selector after the input of the stop signal. time measurement circuit.
前記セレクタは、前記第1のクロックの位相が0°から180°よりも小さい所定の第1の位相値未満の範囲では前記第1のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値から180°以上で360°よりも小さい所定の第2の位相値未満の範囲では前記第2のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第2の位相値以上360°未満の範囲では前記第1のカウンタの計数結果を選択することを特徴とする時間計測回路。 The time measurement circuit according to claim 1,
The selector selects the counting result of the first counter when the phase of the first clock is in a range from 0° to less than a predetermined first phase value smaller than 180°, and selects the phase of the first clock. is less than a predetermined second phase value of 180° or more and less than 360° from the first phase value, the counting result of the second counter is selected, and the phase of the first clock is the phase of the first clock. A time measuring circuit, wherein the counting result of the first counter is selected in a range of phase values of 2 or more and less than 360°.
前記論理回路は、
前記発振回路から出力された第1のクロックを入力とするバッファ回路と、
前記発振回路から出力された第1のクロックを反転させた前記第2のクロックを生成するように構成されたインバータと、
前記バッファ回路から出力された第1のクロックを前記停止信号でORマスクするように構成された第1のOR回路と、
前記インバータから出力された第2のクロックを前記停止信号でORマスクするように構成された第2のOR回路とから構成されることを特徴とする時間計測回路。 3. The time measurement circuit according to claim 1 or 2,
The logic circuit is
a buffer circuit having an input of a first clock output from the oscillation circuit;
an inverter configured to generate the second clock obtained by inverting the first clock output from the oscillation circuit;
a first OR circuit configured to OR-mask the first clock output from the buffer circuit with the stop signal;
and a second OR circuit configured to OR-mask the second clock output from the inverter with the stop signal.
前記発振許可信号が有意の期間中に第1のクロックを生成するように構成された発振回路と、
前記第1のクロックを前記停止信号でマスクした第2のクロックを生成するように構成された論理回路と、
前記第1のクロックを数えるように構成された第1のカウンタと、
前記第2のクロックを数えるように構成された第2のカウンタと、
前記第1、第2のカウンタの計数結果のうち、受付不可能な時間幅のクロック入力が発生していない方のカウンタによって得られた計数結果を選択するように構成されたセレクタと、
前記停止信号の入力後に前記セレクタによって選択された計数結果を基に前記開始信号の入力から前記停止信号の入力までの時間間隔を算出するように構成された時間算出部とを備えることを特徴とする時間計測回路。 a flip-flop circuit configured to output an oscillation enable signal that becomes significant at the timing of the input of the start signal from the outside and becomes insignificant at the timing of the input of the stop signal from the outside;
an oscillator circuit configured to generate a first clock during a period in which the oscillation enable signal is significant;
a logic circuit configured to generate a second clock by masking the first clock with the stop signal;
a first counter configured to count the first clock;
a second counter configured to count the second clock;
a selector configured to select, from among the count results of the first and second counters, the count result obtained by the counter that does not generate a clock input with an unacceptable time width;
A time calculation unit configured to calculate a time interval from the input of the start signal to the input of the stop signal based on the count result selected by the selector after the input of the stop signal. time measurement circuit.
前記セレクタは、前記第1のクロックの位相が0°から180°よりも小さい所定の第1の位相値未満の範囲では前記第2のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値から180°以上で360°よりも小さい所定の第2の位相値未満の範囲では前記第1のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第2の位相値以上360°未満の範囲では前記第2のカウンタの計数結果を選択することを特徴とする時間計測回路。 In the time measurement circuit according to claim 4,
The selector selects the counting result of the second counter when the phase of the first clock is in a range from 0° to less than a predetermined first phase value smaller than 180°, and selects the phase of the first clock. is less than a predetermined second phase value of 180° or more and less than 360° from the first phase value, the counting result of the first counter is selected, and the phase of the first clock is the first A time measuring circuit, wherein the counting result of the second counter is selected in a range of phase values of 2 or more and less than 360°.
前記論理回路は、前記発振回路から出力された第1のクロックを前記停止信号でORマスクした前記第2のクロックを生成するように構成されたOR回路から構成されることを特徴とする時間計測回路。 The time measurement circuit according to claim 4 or 5,
The time measurement, wherein the logic circuit comprises an OR circuit configured to generate the second clock by OR-masking the first clock output from the oscillation circuit with the stop signal. circuit.
通常時に外部から入力された第1の開始信号、第1の停止信号を選択して出力し、テスト実行時に前記テスト実行部から出力された第2の開始信号、第2の停止信号を選択して出力すると共に、テスト終了時に第3の停止信号を出力するように構成された動作設定回路と、
前記第1の開始信号または前記第2の開始信号の入力のタイミングで有意となり、前記第1の停止信号または前記第3の停止信号の入力のタイミングで無意となる発振許可信号を出力するように構成されたフリップフロップ回路と、
前記発振許可信号が有意の期間中に第1のクロックを生成するように構成された発振回路と、
前記第1のクロックと、前記第1のクロックを反転させた第2のクロックとをそれぞれ前記第1の停止信号または前記第2の停止信号でマスクするように構成された論理回路と、
前記第1の停止信号または前記第2の停止信号でマスクされた第1のクロックを数えるように構成された第1のカウンタと、
前記第1の停止信号または前記第2の停止信号でマスクされた第2のクロックを数えるように構成された第2のカウンタと、
前記第1、第2のカウンタの計数結果のうち、受付不可能な時間幅のクロック入力が発生していない方のカウンタによって得られた計数結果を選択するように構成されたセレクタと、
通常時に前記第1の停止信号の入力後に前記セレクタによって選択された計数結果を基に前記第1の開始信号の入力から前記第1の停止信号の入力までの時間間隔を算出するように構成された時間算出部とを備え、
前記テスト実行部は、テスト実行時に前記第1、第2のカウンタの計数結果を比較することにより、前記発振回路のテストを行うことを特徴とする時間計測回路。 a test execution unit configured to test the timing circuit;
Selects and outputs the first start signal and the first stop signal input from the outside during normal operation, and selects the second start signal and the second stop signal output from the test execution unit during test execution. and an operation setting circuit configured to output a third stop signal at the end of the test;
so as to output an oscillation enable signal that becomes significant at the timing of input of the first start signal or the second start signal and becomes insignificant at the timing of input of the first stop signal or the third stop signal. a configured flip-flop circuit;
an oscillator circuit configured to generate a first clock during a period in which the oscillation enable signal is significant;
a logic circuit configured to mask the first clock and a second clock obtained by inverting the first clock with the first stop signal or the second stop signal, respectively;
a first counter configured to count a first clock masked with the first stop signal or the second stop signal;
a second counter configured to count a second clock masked with the first stop signal or the second stop signal;
a selector configured to select, from among the count results of the first and second counters, the count result obtained by the counter that does not generate a clock input with an unacceptable time width;
It is configured to calculate the time interval from the input of the first start signal to the input of the first stop signal based on the count result selected by the selector after the input of the first stop signal in normal times. and a time calculation unit,
The time measurement circuit, wherein the test execution unit tests the oscillation circuit by comparing count results of the first and second counters during test execution.
前記セレクタは、前記第1のクロックの位相が0°から180°よりも小さい所定の第1の位相値未満の範囲では前記第1のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値から180°以上で360°よりも小さい所定の第2の位相値未満の範囲では前記第2のカウンタの計数結果を選択し、前記第1のクロックの位相が前記第2の位相値以上360°未満の範囲では前記第1のカウンタの計数結果を選択することを特徴とする時間計測回路。 The time measurement circuit according to claim 7,
The selector selects the counting result of the first counter when the phase of the first clock is in a range from 0° to less than a predetermined first phase value smaller than 180°, and selects the phase of the first clock. is less than a predetermined second phase value of 180° or more and less than 360° from the first phase value, the counting result of the second counter is selected, and the phase of the first clock is the phase of the first clock. A time measuring circuit, wherein the counting result of the first counter is selected in a range of phase values of 2 or more and less than 360°.
前記テスト実行部は、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値の直前の値のとき、前記第1の位相値のとき、または前記第1の位相値の直後の値のときの前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とを取得して比較し、さらに前記第1のクロックの位相が前記第2の位相値の直前の値のとき、前記第2の位相値のとき、または前記第2の位相値の直後の値のときの前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とを取得して比較することを特徴とする時間計測回路。 The time measurement circuit according to claim 8,
The test execution unit performs the test when the phase of the first clock is a value immediately before the first phase value, when it is the first phase value, or when it is a value immediately after the first phase value. The count result of the first counter and the count result of the second counter are obtained and compared, and when the phase of the first clock is the value immediately before the second phase value, the second phase value is obtained. or a value immediately after the second phase value, the counting result of the first counter and the counting result of the second counter are obtained and compared. measurement circuit.
前記テスト実行部は、取得した前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とが一致している場合に、前記発振回路が正常と判定し、前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とが不一致の場合に、前記発振回路が故障していると判定することを特徴とする時間計測回路。 In the time measurement circuit according to claim 9,
The test execution unit determines that the oscillation circuit is normal when the acquired count result of the first counter and the acquired count result of the second counter match, and counts the count of the first counter. A time measuring circuit that determines that the oscillation circuit is out of order when the result and the counting result of the second counter do not match.
前記テスト実行部は、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値の直前の値のとき、前記第1の位相値のとき、または前記第1の位相値の直後の値のときの前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とを取得した場合に、取得した第2のカウンタの計数結果を1減算した上で、前記第1のカウンタの計数結果と前記第2のカウンタの計数結果とを比較することを特徴とする時間計測回路。 In the time measurement circuit according to claim 9 or 10,
The test execution unit performs the test when the phase of the first clock is a value immediately before the first phase value, when it is the first phase value, or when it is a value immediately after the first phase value. When the counting result of the first counter and the counting result of the second counter are obtained, after subtracting 1 from the obtained counting result of the second counter, the counting result of the first counter and the A time measuring circuit that compares the count result of a second counter.
前記論理回路は、
前記発振回路から出力された第1のクロックを入力とするバッファ回路と、
前記発振回路から出力された第1のクロックを反転させた前記第2のクロックを生成するように構成されたインバータと、
テスト実行時に、前記第1のクロックを前記第2のクロックよりも遅れてマスクし前記第2のクロックよりも遅れてマスク解除するための第4の停止信号と、前記第2のクロックを前記第1のクロックよりも先にマスクし前記第1のクロックよりも先にマスク解除するための第5の停止信号とを、前記第2の停止信号から生成するように構成されたマスク解除タイミング制御回路と、
前記バッファ回路から出力された第1のクロックを前記第1の停止信号または前記第4の停止信号でORマスクするように構成された第1のOR回路と、
前記インバータから出力された第2のクロックを前記第1の停止信号または前記第5の停止信号でORマスクするように構成された第2のOR回路とを備え、
前記発振回路と前記バッファ回路と前記インバータとは、前記発振許可信号が有意になったときに、前記第1のクロックよりも前記第2のクロックが先に有意になるように動作することを特徴とする時間計測回路。 The time measurement circuit according to any one of claims 7 to 11,
The logic circuit is
a buffer circuit having an input of a first clock output from the oscillation circuit;
an inverter configured to generate the second clock obtained by inverting the first clock output from the oscillation circuit;
a fourth stop signal for masking the first clock later than the second clock and unmasking the second clock later than the second clock during test execution; A mask release timing control circuit configured to generate a fifth stop signal for masking prior to one clock and releasing mask prior to the first clock from the second stop signal. and,
a first OR circuit configured to OR-mask the first clock output from the buffer circuit with the first stop signal or the fourth stop signal;
a second OR circuit configured to OR-mask the second clock output from the inverter with the first stop signal or the fifth stop signal;
The oscillator circuit, the buffer circuit, and the inverter are characterized in that when the oscillation enable signal becomes significant, the second clock becomes significant before the first clock. time measurement circuit.
前記時間算出部は、前記第1のクロックの位相が前記第1の位相値以上360°未満の範囲のときに前記セレクタによって選択された計数結果を取り込んだ場合に、この計数結果を1減算してから前記時間間隔を算出することを特徴とする時間計測回路。 In the time measurement circuit according to any one of claims 2, 5 and 8,
The time calculation unit subtracts 1 from the count result selected by the selector when the phase of the first clock is in the range of the first phase value or more and less than 360 degrees. A time measuring circuit, wherein the time interval is calculated from the time interval.
前記発振回路の出力の位相値を示す信号を出力するエンコーダをさらに備え、
前記セレクタは、前記エンコーダから出力された信号に基づいて、前記第1、第2のカウンタの計数結果のうちいずれかを選択することを特徴とする時間計測回路。 The time measurement circuit according to any one of claims 1 to 13,
further comprising an encoder that outputs a signal indicating the phase value of the output of the oscillation circuit;
The time measuring circuit, wherein the selector selects one of the counting results of the first and second counters based on the signal output from the encoder.
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