JP2004525548A - 精密位相生成装置 - Google Patents

Abstract

互いに精確に位相シフトした複数のクロック信号を提供するための精密多段クロック信号生成装置。クロック信号は、位相ロックループ回路のフィードバック経路にあるジョンソン・カウンタのシフトレジスタの出力から取られる。

Description

【技術分野】
【０００１】
電子制御装置、具体的には、単一位相クロック信号から複数位相クロッキング信号を生成する精密位相生成装置。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータおよび他のシステムでは、単一発振器は、クロックのソースとして使用される信号と、さまざまな記憶要素の動作を制御する制御信号とを生成し、システムの要素をラッチする。しばしば、クロック信号の異なる位相を使用して、これらの要素をクロックすることが望ましいことが判明する。いくつかの技術を使用して、２つの異なるクロックパルス信号の位相を生成していたが、そのような設計は、単一高周波数クロックから３つ以上の位相を提供しない。回路の広範な記憶要素を制御するために、精確な位相関係を有するクロック信号の４つ以上の異なる位相を提供することがしばしば望ましいので、単一高周波数クロックからクロック信号の２つ以上の位相を提供する複数位相が必要である。そのような必要性は、本発明によって満たされる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
（発明の概要）
本発明は、複数位相信号生成装置を対象とする。これは、入力クロック信号を、Ｎを正の整数として３６０°／２Ｎに位相を相対的に分離したクロック信号を有するＮのクロック信号に分割する回路を提供する。回路は、周波数Ｆ₀を有する入力信号を受信して、周波数２ＮＦ₀を有する出力信号を提供する位相ロックループ回路と、位相ロックループ回路の出力信号を入力として受信して、出力信号を誤差信号として位相ロックループ回路に提供するように接続されたＮステージを有するジョンソン・カウンタとを有する。ジョンソン・カウンタは、また、ジョンソン・カウンタのＮステージのそれぞれから少なくとも２つの出力信号を、それぞれが他の３６０／２Ｎ°の位相から変位した位相を有するクロック信号として提供するようにも接続される。
【０００４】
入力クロック信号を受信して、入力クロック信号と同一の周波数を有し、かつ入力信号から所定の位相だけ変位している複数のクロック信号を生成するための回路。回路は、入力クロック信号をフィードバック信号と比較して、入力クロック信号とフィードバック信号との位相差に対応する出力信号を提供するための位相検出器を有する。回路は、また、位相コンパレータから出力信号を受信して、制御信号を生成する低域通過フィルタおよび利得ステージと、制御信号を受信して、制御信号に対応する周波数を有する発振器出力信号を生成するための電圧制御発振器とを有する。多段カウント回路が接続され、発振器出力信号を受信して、位相検出器へのフィードバック信号と、入力クロック信号の周波数にあり、かつ位相が固定角度増分だけクロック信号からシフトしている複数のクロック信号とを提供する。
【０００５】
本発明の他の特徴によれば、Ｎを正の整数として３６０°／２Ｎの所定の位相シフトによって互いに変位した少なくとも２つのクロック信号を生成する方法が提供される。該方法には、クロック信号を所望のクロック周波数において位相ロック回路の信号入力に加え、フィードバック信号を位相ロックループの他の入力に加えることと、２Ｎの周波数を有する位相ロックループの出力を生成することとが含まれる。該方法は、位相ロックループの出力をＮステージジョンソン・カウンタに結合して、２Ｎによって除算した位相ロックループの出力信号の周波数に対応する周波数を有する位相シフトループの他の入力に信号を提供することと、位相シフトクロック出力として使用するために、ジョンソン・カウンタのステージの出力を結合することとをさらに備える。
【０００６】
本発明の他の特徴と利点は、これ以後、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下の詳細な記述は、図１と２を参照し、かつ組み込んでおり、本発明の特定の実施形態を記述し、かつ例示する。これらの実施形態は、限定ではなく、本発明の概念を例示し、かつ教示するためにのみ提供されており、当業者が本発明を実装または実施することを可能にするように、十分詳細に図示および記述されている。したがって、本発明をあいまいにすることを回避することが適切である場合、当業者には既知のある種の情報が記述から省略されている可能性がある。
【０００８】
（本発明を組み込んでいる例示的なシステム）
図１は、本発明を組み込んでいる例示的な精密位相生成装置１００を示す。位相生成装置１００には、位相ロックループ回路１０２とジョンソン・カウンタ１０４とが含まれる。
【０００９】
位相ロックループ回路１０２は、クロックソースから周波数Ｆ₀を有する入力信号１０４を受信する。位相ロックループ１０２において、入力信号１０４を位相ロックループ１０２の基準入力端子１０６に加えられる基準信号と比較し、内部誤差信号が創出される。内部位相誤差信号は、制御信号を提供するために利得ステージおよび低域通過フィルタによって条件付けられ、制御信号は、電圧制御発振器の入力に加えられ、電圧制御発振器は、制御信号に対応する出力信号１０８を提供する。
【００１０】
位相ロックループ１０２の電圧制御発振器からの出力信号１０８は、ジョンソン・カウンタ１０４の入力に接続される。ジョンソン・カウンタは、シフトレジスタの特有の形態であり、出力段階の状態に関係なく、その状態の補完物が次のクロックパルスにおいて直列入力に加えられるように、直列入力への特有のフィードバックを有する。４ステージを有するジョンソン・カウンタでは、ｎ＝４であり、サイクル長は、２ⁿではなく２ｎである。したがって、４ステージカウンタでは、サイクル長は、２ⁿ＝１６ではなく、２ｎ＝８である。ジョンソン・カウンタ１０４の出力１１０は、周波数がＦ₀であるように、カウンタのｎ番目のフリップ・フロップ・ステージから取られる。
【００１１】
端子１０６における誤差信号を入力クロック信号Ｆ₀に対応させるために、位相ロックループ１０２の出力が２ｎ＊Ｆ₀であるように、電圧制御発振器の利得を設定することが必要である。追加の出力１１２が、ジョンソン・カウンタ１０４のシフトレジスタのそれぞれから提供される。それらの出力のそれぞれは、クロック信号Ｆ₀と同じ周波数を有するが、それぞれ、クロック信号Ｆ₀から３６０°／２Ｎだけ、位相がシフトしている。
【００１２】
本発明による精密位相生成装置２００の実施形態のより完全なブロック図を、図２に示す。周波数Ｆ₀を有する入力クロック信号２０２が、位相検出器２０４の入力端子２０２に加えられる。位相検出器２０４は、端子２０２における入力信号の位相を端子２０６において受信した誤差信号と比較して、出力信号を出力端子２０８において提供する。この出力端子は、端子２０２の入力信号と２０６の入力信号との位相差に対応する平均値を有する。
【００１３】
位相検出器２０４からの出力信号は、低域通過フィルタ２１０および利得ステージ２１２によって受信される。低域通過フィルタおよび利得ステージは、制御信号を生成し、この制御信号は、電圧制御発振器２１６の入力端子２１４に接続される。電圧制御発振器２１６は、制御電圧に対応する周波数を有する発振器出力電圧を生成する。より具体的には、発振器２１６の出力信号２１７は、シフトレジスタ２２０、２２２、２２４、および２２６で形成されたジョンソン・カウンタの端子２１８における出力が、入力クロック信号の周波数Ｆ₀に対応する周波数を有するように調整された周波数を有する。したがって、例示した４ステージジョンソン・カウンタでは、電圧制御発振器２１６の発振器出力信号の入力の周波数Ｆ₀には、２ｎまたは８が乗算される。
【００１４】
レジスタ２２０、２２２、２２４、および２２６で形成されたジョンソン・カウンタの出力２１８における信号の周波数は、カウンタの調整または分割の行為のために、出力信号２１７の周波数の１／２ｎまたは１／８である。カウンタ出力信号は、位相検出器２０４のエラー入力端子２０６に接続されて、ジョンソン・カウンタの出力２１８における信号が、入力クロック信号２０２の周波数Ｆ₀にロックされるように、位相ロックループのループを閉鎖する。
【００１５】
入力クロック信号２０２の周波数Ｆ₀と同一の周波数を有する複数クロック出力信号は、端子２２８、２３０、および２３２、ならびに端子２１８の上で利用可能である。カウンタ２２０、２２２、２２４、および２２６をジョンソン・カウンタとして機能させるために、出力ステージ２２６の状態に関係なく、その状態の補完物が、次のクロックパルスにおいてジョンソン・カウンタの直列入力に加えられるように、出力端子２１８から第１シフトレジスタ２２０の入力にフィードバック接続が作成される。
【００１６】
図２に示した回路では、端子２２８と２３０、２３０と２３２、および２３２と２３４とにおける信号の位相差は、精確に４５度である。したがって、これらの４つの出力と、それぞれのカウンタステージの補間出力とは、互いに精確に４５度だけ分離し、かつ３６０度の位相範囲を完全に網羅する８つの精密内部クロック信号を提供する。８つのカウンタによる分割ではなく、４つのカウンタによって分割されるパルス生成装置では、示したように、端子間の位相差は、９０度である。ｎを適切に指定することによって、精密位相生成装置によって生成することが可能である複数のクロック信号間に、可能な位相シフトを多様に設定することが可能である。
【００１７】
当技術分野を発展させるために、本発明者は、複数位相シフトクロック信号を精密に生成する新しい方法と、これらの方法を実現する回路とを提示した。Ｎを正の整数として、３６０°／２Ｎの所定の位相シフトだけ互いに変位した少なくとも２つのクロック信号を生成する１つの例示的な非反復方法は、クロック信号を、所望のクロック信号において、位相ロックループ回路の信号入力に加え、フィードバック信号を、位相ロックループの他の入力に加えることを必要とする。また、２Ｎの周波数を有する位相ロックループの出力を生成することと、位相ロックループの出力をジョンソン・カウンタのＮステージに結合して、２Ｎによって除算した位相ロックループの出力信号の周波数に対応する周波数を有する位相ロックループの他の入力に信号を提供することと、位相シフトクロック出力として使用するために、ジョンソン・カウンタのステージの出力を結合することとが含まれる。
【００１８】
上述した実施形態は、本発明を実施または実装する１つまたは複数の方式を例示および教示することのみを意図しており、多様さまたは範囲を限定することを意図していない。本発明の実際の範囲は、本発明の教示を実施または実装するすべての方式を包含しており、以下の請求項とその等価物とによってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】精密複数位相生成装置の実施形態のブロック図である。
【図２】４５度だけ互いに分離したクロック信号を提供する精密複数位相生成装置の実施形態のブロック図である。

Claims (21)

1. 入力クロック信号を、Ｎを正の整数として３６０°／２Ｎに位相を相対的に分離したクロック信号を有するＮのクロック信号に分割するための回路であって、該回路は、
   周波数Ｆ₀を有する入力信号を受信して、周波数２ＮＦ₀を有する出力信号を提供する位相ロックループ回路と、
   位相ロックループ回路の出力信号を入力として受信して、出力信号を誤差信号として位相ロックループ回路に提供するように接続されたＮステージを有するジョンソン・カウンタであって、また、ジョンソン・カウンタのＮステージの少なくとも２つから少なくとも２つの出力信号を、それぞれが他の３６０／２Ｎ°の位相から変位した位相を有するクロック信号として提供するためにも接続されるジョンソン・カウンタと、
   を備える回路。
2. 請求項１に記載の回路であって、Ｎ＝４である、回路。
3. 請求項１に記載の回路であって、Ｎ＝８である、回路。
4. 位相が互いにシフトした複数のクロック信号を提供するための回路であって、該回路は、
   入力信号と誤差信号とを比較して、出力信号を提供する位相ロックループ回路と、
   位相ロックループ回路の出力信号を入力として受信して、出力信号を誤差信号として位相ロックループ回路に提供するように、位相ロックループ回路のフィードバック経路において接続された多段カウンタであって、また、カウンタのステージのそれぞれから少なくとも２つの出力信号を、それぞれが入力信号の位相から変位した位相を有するクロック信号として提供するためにも接続される多段カウンタと、
   を備える回路。
5. 請求項４に記載の回路であって、多段カウンタが、Ｎステージを有するジョンソン・カウンタであり、ジョンソン・カウンタの出力信号の周波数が、２Ｎによって除算した位相ロックループ回路の出力信号の周波数である、回路。
6. 入力クロック信号を受信して、入力クロック信号と同一の周波数を有し、かつ入力信号から所定の位相だけ変位している複数のクロック信号を生成するための回路であって、該回路は、
   入力クロック信号をフィードバック信号と比較して、入力クロック信号とフィードバック信号との位相差に対応する出力信号を提供するための位相検出器と、
   位相コンパレータから出力信号を受信して、制御信号を生成する低域通過フィルタおよび利得ステージと、
   制御信号を受信して、制御信号に対応する周波数を有する発振器出力信号を生成するための電圧制御発振器と、
   発振器出力信号を受信して、位相検出器へのフィードバック信号と、入力クロック信号の周波数にあり、かつ位相が固定角度増分だけクロック信号からシフトしている複数のクロック信号とを提供するように接続された多段カウント回路と、
   を備える回路。
7. 請求項６に記載の回路であって、位相検出器の出力信号が、入力クロック信号とフィードバック信号との位相差を表す、回路。
8. 請求項６に記載の回路であって、電圧制御発振器出力信号の周波数が、入力クロック信号の周波数の倍数である、回路。
9. 請求項８に記載の回路であって、多段カウント回路が、Ｎステージを有するジョンソン・カウンタである、回路。
10. 請求項６に記載の回路であって、電圧制御発振器出力信号の周波数が、入力クロック信号の周波数の倍数である、回路。
11. 複数位相クロック信号を生成するための回路であって、該回路は、
    クロック周波数Ｆ₀の第１クロック信号を生成するためのクロック生成装置と、
    第１クロック信号を受信して、出力信号を提供する位相ロックループ回路と、
    位相ロックループ回路の出力信号を入力として受信して、出力信号を誤差信号として位相ロックループ回路に提供するように接続されたＮステージを有するジョンソン・カウンタであって、また、ジョンソン・カウンタのＮステージのそれぞれから出力信号を他のクロック信号として提供するためにも接続されるジョンソン・カウンタと、
    を備える回路。
12. 請求項１１に記載の回路であって、位相ロックループ回路の出力信号が、２Ｎ＊Ｆ₀の周波数を有する、回路。
13. 複数位相信号生成回路であって、該回路は、
    クロック周波数を有するクロック信号を生成する生成装置と、
    クロック信号をフィードバック信号と比較して、クロック信号とフィードバック信号の位相差に対応する出力信号を提供するための位相検出器と、
    位相コンパレータから出力信号を受信して、制御信号を生成する低域通過フィルタおよび利得ステージと、
    制御信号を受信して、制御信号に対応する周波数を有する発振器出力信号を生成するための電圧制御発振器と、
    発振器出力信号を受信して、位相検出器へのフィードバック信号と、クロック周波数にあり、かつ位相がクロック信号からシフトしている複数のクロック信号とを提供するように接続された多段カウント回路と、
    を備える回路。
14. 請求項１３に記載の回路であって、多段カウント回路からの複数のクロック信号が、固定角度増分だけ互いにシフトしている、回路。
15. 請求項１３に記載の生成回路であって、多段カウント回路が、Ｎステージを有するジョンソン・カウンタである、回路。
16. 請求項１３に記載の回路であって、位相検出器の出力信号が、入力クロック信号とフィードバック信号との位相差を表す、回路。
17. 請求項１３に記載の回路であって、電圧制御発振器出力信号の周波数が、入力クロック信号の周波数の倍数である、回路。
18. 請求項１３に記載の回路であって、多段カウント回路が、Ｎステージを有するジョンソン・カウンタである、回路。
19. 請求項９に記載の回路であって、電圧制御発振器出力信号の周波数が、入力クロック信号の周波数の倍数である、回路。
20. Ｎを正の整数として、３６０°／２Ｎの所定の位相シフトによって互いに変位した少なくとも２つのクロック信号を生成するための方法であって、該方法は、
    クロック信号を、所望のクロック周波数において、位相ロックループ回路の信号入力に加えるステップと、
    フィードバック信号を位相ロックループの他の入力に加えるステップと、
    ２Ｎの周波数を有する位相ロックループの出力を生成するステップと、
    位相ロックループの出力をＮステージジョンソン・カウンタに結合して、２Ｎによって除算した位相ロックループの出力信号の周波数に対応する周波数を有する位相シフトループの他の入力に信号を提供するステップと、
    位相シフトクロック出力として使用するために、ジョンソン・カウンタのステージの出力を結合するステップと、
    を含む方法。
21. 請求項２０に記載の方法であって、Ｎ＝４である、方法。

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