説明

PLL回路及びこれを用いた通信装置

【課題】入力信号に出力クロックが同期するまでの時間を短縮したPLL回路及びこれを用いた通信装置を実現する。
【解決手段】入力信号の位相に同期した新たな信号を生成するPLL回路に関し、特に同期化時間を短縮したPLL回路に関する。入力信号の周波数の2n(nは整数)倍のクロックを発生するクロック発生手段と、クロック発生手段から発生したクロックの周波数を1/nに分周して出力する第1の分周器と、第1の分周器の出力クロックの周波数を1/2に分周して出力する第2の分周器と、入力信号に同期したクリア信号を生成するクリア信号生成手段と、を有し、第2の分周器の出力クロックは、第1の分周器の出力クロックがクリア信号生成手段のクリア信号によりクリアされることで入力信号と同期する構成とした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、入力信号の位相に同期した新たな信号を生成するPLL(Phase Locked Loop)回路に関し、特に同期化時間を短縮したPLL回路及びこれを用いた通信装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
PLL回路は、入力周波数に出力周波数が同期する自動制御回路であり、通信装置におけるデータ通信では、データからクロックを抽出する回路として利用されている。
【0003】
図4は従来のPLL回路の構成を示した図である。
位相比較器1は、二つの信号の位相差を検出し、位相差に対応した制御電圧を発生する。電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)2は、位相比較器1からの制御電圧により発振周波数が変化する。
位相比較器1には、入力信号11が入力されるとともに、VCO2の出力電圧(出力クロック)12がフィードバックされる。位相比較器1は二つの信号の位相差が小さくなるように制御電圧を発生し、VCO2を制御することで、入力信号11にVCO2の出力クロック12が同期する。
【0004】
通信装置においてデータを読み取るには、データに同期したクロックが必要であるが、通信装置にはデータしか伝送されてこない。そこで、データ(入力信号11)からクロック(出力クロック12)を抽出するためにPLL回路が用いられている。
【0005】
PLL回路の安定動作を犠牲にすることなく、起動時の応答時間を短縮することのできるPLL回路として、例えば特許文献1に記載されたものがあった。
【0006】
【特許文献1】特開2005−45692号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
VCOの周波数変位幅が元の周波数の100ppm程度で、あまり大きく変えられないため、入力信号が別の信号に切り替わるなど、大きく変化した場合には、出力クロックが同期するまでの待機時間が長くなるという問題点があった。
【0008】
具体的には、入力信号と出力クロックの位相差(時間)を周期差(時間)で除算した回数分のクロック数を待機する必要がある。例えば、入力周波数が10MHzで、VCOの周波数変位幅が100ppmである場合、最大待機時間は位相が180度ずれている時で半周期分であり、50ns/0.01ns=5000クロック(500us)の待機時間が必要であった。この場合、待機時間(500us)の間は通信不能状態となってしまうことになる。
【0009】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、入力信号に出力クロックが同期するまでの時間を短縮したPLL回路及びこれを用いた通信装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。
(1)入力信号の位相に同期した出力クロックを生成するPLL回路において、
前記入力信号の周波数の2n(nは整数)倍のクロックを発生するクロック発生手段と、
前記クロック発生手段から発生したクロックの周波数を1/nに分周して出力する第1の分周器と、
該第1の分周器の出力クロックの周波数を1/2に分周して出力する第2の分周器と、
前記入力信号に同期したクリア信号を生成するクリア信号生成手段と、を有し、
前記第2の分周器の出力クロックは、前記第1の分周器の出力クロックが前記クリア信号生成手段のクリア信号によりクリアされることで前記入力信号と同期することを特徴とするPLL回路。
【0011】
(2)前記クリア信号生成手段は、前記入力クロックの変化点を検出し、該変化点にクリア信号を生成することを特徴とする(1)記載のPLL回路。
【0012】
(3)前記クリア信号生成手段は、前記入力信号と該入力信号を遅延させた信号成分との排他的論理和演算によりクリア信号を生成することを特徴とする(1)又は(2)記載のPLL回路。
【0013】
(4)前記クリア信号生成手段により生成されるクリア信号は、前記入力信号の立ち上がり及び立ち下がりと同期したパルス信号であることを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載のPLL回路。
【0014】
(5)(1)乃至(4)に記載のPLL回路を用いた通信装置であって、
複数の入力信号を切り替える入力切替手段と、
前記入力切替手段により切り替えられた入力信号を読み取る信号読取手段と、を有し、
前記信号読取手段は、前記第2の分周器の出力クロックのタイミングで前記入力信号を読み取ることを特徴とする通信装置。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば次のような効果がある。
入力信号の立ち上がり又は立ち下がりまでの時間(クロックの1周期以内)で出力クロックを同期することができ、同期化時間が短縮される。
また、入力信号と出力クロックの位相誤差は、最大でもクリア信号生成手段から生成するクリア信号のパルス幅時間とクロック発生手段から発生する高周波クロックの1周期分の和であり、位相誤差も小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例を示す構成図である。
入力信号Aと入力信号Bは、周波数は同じだが別のクロックをもとに作られた信号である。
クロック発生手段31は、入力信号A,Bの2n(nは整数)倍の周波数のクロックを発生する。クロック発生手段31としては、例えば、水晶発振器等が用いられる。
第1の分周器32は、クロック発生手段31から発生したクロックの周波数を1/nに分周して出力する。第2の分周器33では、第1の分周器の出力クロックの周波数をさらに1/2に分周するので、出力クロック22は入力信号A,Bと同じ周波数となる。
【0017】
入力切替手段34は、入力信号Aを使用するか、入力信号Bを使用するかを切り替える。例えば、入力信号Aの経路が通信不能になった場合、通信を確保するために、入力信号Bの経路に切り替える場合等に用いられる。
クリア信号生成手段35は、入力信号A又は入力信号Bに同期したクリア信号を発生し、第1の分周器32の出力クロックをクリアする。これによって第2の分周器33の出力クロック22は入力信号A又は入力信号Bに同期することになる。
【0018】
具体的にクリア信号生成手段35は、まず、入力切替手段34で選択された入力信号A又は入力信号Bとこの入力信号を遅延回路DLY35で遅延させた信号成分とをXOR35で排他的論理和演算を行うことにより、入力信号の変化点を検出し、パルス状のクリア信号を生成する。クリア信号のパルス幅は、遅延回路DLY35による遅延時間に対応しており、第1の分周器32がクリア信号を検出することができるパルス幅になるように遅延時間を設定する。
【0019】
図2は、図1に示すPLL回路のタイミングチャートである。
図1のクロック発生手段31で、入力信号A,Bの8倍の周波数を発生し、第1の分周器32でクロック発生手段31から発生したクロックの周波数を1/4にし、第2の分周器33でさらに1/2にして、入力信号A,Bに出力クロック22を同期させる動作を説明する。
(a)は入力信号A、(b)は入力信号Aのマンチェスター読み取りタイミング、(c)は入力信号B、(d)は入力信号Bのマンチェスター読み取りタイミングを表している。
(e)は入力切替手段34を通過後の(a),(c)の信号、(f)は遅延回路DLY35を通過後の(e)の信号、(g)は(e)及び(f)の信号をもとに排他的論理輪演算を行うことにより作られたクリア信号を表している。
(h)はクロック発生手段31の高周波クロック、(i)は第1の分周器32の出力クロック、(j)は第2の分周器33の出力で、かつ、PLL回路の出力である出力クロック22、(k)は出力クロック22の立ち上がりによるマンチェスター読み取りタイミングを表している。
【0020】
入力信号Aが入力信号切替手段34により選択されている場合、第1の分周器32の出力クロック(i)は、入力信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングで発生するクリア信号(g)によりその都度クリアされLowになり、入力信号Aとタイミング合わせが行われる。第1の分周器32では、4分周されることで、入力信号Aの2倍の周波数のクロック(i)が出力される。その後、第2の分周器33で2分周されることで、出力クロック22(j)は入力信号Aと同じ周波数になり、かつ、入力信号Aに同期することになる。
【0021】
入力信号Aから入力信号Bへ信号が切り替わり、図2中の(e1)のタイミングで信号A(a)からから信号B(c)へ切り替わると、入力信号の立ち下がりタイミング(e2)で生成されたクリア信号(g2)により第1の分周器32の出力クロック(i)がクリアされLowになる(i2)。これにより第1の分周器32の出力クロック22(j)は入力信号Bへ同期する。
【0022】
このように、入力信号が切り替わった場合でも、入力信号の次の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングで分周器の出力がクリアされるので、最大でも入力信号の1周期以内で同期することができる。入力信号A,Bの周波数が10MHzの場合、待機時間は0.1usとなり、従来例の500usから大幅に短縮される。
入力信号A,Bと出力クロック22の同期の誤差時間は、最大で遅延回路DLY35の遅延時間(クリア信号のパルス幅時間)と高周波クロックの1周期分に抑えることができる。クロック発生手段31による高周波クロック(j)の周波数を高くすれば誤差時間をさらに短くすることができる。入力信号A,Bの周波数が10MHzでクロック発生手段31の周波数が80MHz、遅延回路DLY35の遅延時間が10nsの場合、誤差時間は22.5nsとなる。
【0023】
図3は本発明のPLL回路を通信装置に使用した場合の構成図である。
図3では、図1のPLL回路に信号読取手段41を付加したものである。
信号読取手段41には、入力切替手段34により選択された入力信号A又は入力信号Bが入力されるとともに、PLL回路により入力信号A又は入力信号Bに同期した出力クロック22が入力される。信号読取手段41は、出力クロック22をデータ読み出し用のクロックとして用い、入力切替手段34により選択された入力信号A又は入力信号Bのデータを読み取る。
【0024】
ある周波数のクロックに同期して発信されたシリアル信号に対し、自分のPLL回路によって同期を取って信号を読み込む通信装置において、入力ポートが複数あって入力信号が切り替わるような場合、切り替え後の信号に自分のPLL回路が同期するまでは信号を読み出すことができず、通信不能状態となってしまう。本発明のPLL回路を通信装置に利用すれば、待機時間(通信不能時間)が短縮され、ただちにデータを読み出すことができる。
【0025】
以上のように、ターゲットである入力信号の周波数よりも高い周波数のクロックを分周して利用することにより、PLL回路の同期待機時間を短縮することができる。
また、このPLL回路を通信装置に使用すれば、通信装置においてデータの通信経路が切り替わった場合等に、データに読み取りクロックが同期するまでの待機時間が短縮され、通信不能時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】図1に示すPLL回路のタイミングチャートである。
【図3】本発明のPLL回路を通信装置に使用した場合の構成図である。
【図4】従来のPLL回路の構成を示した図である。
【符号の説明】
【0027】
22 出力クロック
31 クロック発生手段
32 第1の分周器
33 第2の分周器
34 入力切替手段
35 クリア信号生成手段
41 信号読取手段

【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力信号の位相に同期した出力クロックを生成するPLL回路において、
前記入力信号の周波数の2n(nは整数)倍のクロックを発生するクロック発生手段と、
前記クロック発生手段から発生したクロックの周波数を1/nに分周して出力する第1の分周器と、
該第1の分周器の出力クロックの周波数を1/2に分周して出力する第2の分周器と、
前記入力信号に同期したクリア信号を生成するクリア信号生成手段と、を有し、
前記第2の分周器の出力クロックは、前記第1の分周器の出力クロックが前記クリア信号生成手段のクリア信号によりクリアされることで前記入力信号と同期することを特徴とするPLL回路。
【請求項2】
前記クリア信号生成手段は、前記入力クロックの変化点を検出し、該変化点にクリア信号を生成することを特徴とする請求項1記載のPLL回路。
【請求項3】
前記クリア信号生成手段は、前記入力信号と該入力信号を遅延させた信号成分との排他的論理和演算によりクリア信号を生成することを特徴とする請求項1又は2記載のPLL回路。
【請求項4】
前記クリア信号生成手段により生成されるクリア信号は、前記入力信号の立ち上がり及び立ち下がりと同期したパルス信号であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のPLL回路。
【請求項5】
請求項1乃至4に記載のPLL回路を用いた通信装置であって、
複数の入力信号を切り替える入力切替手段と、
前記入力切替手段により切り替えられた入力信号を読み取る信号読取手段と、を有し、
前記信号読取手段は、前記第2の分周器の出力クロックのタイミングで前記入力信号を読み取ることを特徴とする通信装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2007−124285(P2007−124285A)
【公開日】平成19年5月17日(2007.5.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−313914(P2005−313914)
【出願日】平成17年10月28日(2005.10.28)
【出願人】(000006507)横河電機株式会社 (4,443)
【Fターム(参考)】