【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変遅延回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から可変遅延回路は、アナログ方式の可変遅延回路が多用されている。例えば、社団法人電子情報通信学会の信学技報SDM94−32,ICD94− 43(1994年5月)の“PLLによるクロック比例タイミング発生回路を搭載した220MHzパイプライン動作の16Mb BiCMOS SRAM”と題する論文に記載されているVCO(Voltage Controlled Oscillator)はその代表的な回路である。
【0003】
図1にこの可変遅延回路の回路図を示す。この図で、nチャネル電界効果トランジスタN21,N11で構成されるのが電流源であり、pチャネル電界効果トランジスタP1,P2〜Pmとnチャネル電界効果トランジスタN1,N2〜 NmとインバータIV1,IV2〜IVm及び出力回路IVOとで構成されるのが遅延回路である。また、P11,P12,N12はカレントミラー回路を構成しており、電流源の発生する電流を遅延回路に供給するための一種のインターフェイス回路である。
【0004】
以下この可変遅延回路の動作を簡単に説明する。本回路は、入力信号INを入力し、この信号をある遅延時間だけ遅延させて、出力信号OUTとして出力する。この遅延時間は、遅延時間コントロール信号VINのレベルによって制御される。
【0005】
N21,N11は電流源を構成しており、N11のゲートには一定電圧が印加されているので、N11は一定電流を発生している。また、N21のゲートには遅延時間コントロール信号VINが印加されており、VINが低レベルの時、 N21は小さな電流を、またVINが高レベルの時、N21は大きな電流を発生する。これらN11,N21で発生した電流は、カレントミラー回路P11, P12,N12によって、遅延回路を構成するP1,P2〜Pm及びN1,N2〜Nmに供給される。
【0006】
ところで、遅延回路を構成するインバータIV1,IV2〜IVmの遅延時間は、P1,P2〜Pm及びN1,N2〜Nmに流れる電流値に略反比例するので、入力信号INが入力されてから出力信号OUTが出力されるまでの遅延時間も電流値に略反比例する。以上の動作により、遅延時間コントロール信号VINのレベルによって、遅延回路の遅延時間を制御することが可能となる。
【0007】
遅延時間コントロール信号VINはアナログ信号であり、そのレベルの高低によって電流値を制御する。従って、VINにノイズが発生すると、電流値が変動し、その結果遅延回路の遅延時間が変動してしまうという問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明者らは、電流値の制御をアナログ信号でなく、デジタル信号で行えばよいと考え、図2に示すような可変遅延回路について検討した。この図の遅延回路及びカレントミラー回路の構成は図1と全く同じである。また、図2には電流源を制御するカウンタCNTも示してある。
【0009】
カウンタCNTはカウントアップ信号UPまたはカウントダウン信号DNを入力し、これらの信号に応じてクロック信号CKが入力される毎にカウント数を増加または減少し、このカウント数を2進数のカウンタ出力値S1〜Snとして出力する。
【0010】
また、図2の電流源は、nチャネル電界効果トランジスタN21,N22〜 N2nとN11で構成されている。N11のゲートには一定電圧が印加されているので、N11は一定電流を発生している。また、N21〜N2nのゲートにはカウンタ出力値S1〜Snが印加されており、Si(i=1〜nの整数)が0 (Lレベル)の時は、N2iがオフし、N2iは電流を発生しない。また、Siが1(Hレベル)の時は、N2iがオンし、N2iは電流を発生する。なお、 N2iが発生する電流はN2iゲート幅に比例するので、N2iのゲート幅を2の(i−1)乗(以下2^(i−1)と表現する)に比例するように設定すると、N21〜N2nとN11で構成される電流源全体の電流値は上記カウンタのカウント数に比例した値となる。
【0011】
このように、電流値の制御をアナログ信号でなくデジタル信号で行うと、前記ノイズ発生による遅延時間の変動という問題を解決することができる。
【0012】
しかし、図2の回路をさらに詳細に検討した結果、可変遅延回路の遅延時間の最大可変範囲をほぼ一定に保ったまま、最小可変幅を縮小するのが困難であるという別の問題が存在することがわかった。以下この問題点について述べる。
【0013】
今、図2のN11の電流値を0.1[mA],N21〜N2n がオンしている時のそれぞれN2iの電流値を0.05×2^(i−1)[mA]に設定すると、電流源全体の電流値Iは、I[mA]=0.1+0.05×pとなる。ここで、p(10進数)はカウンタのカウント数であり、p=S1×2^0+S2×2^1+S3×2^2+………という関係が成立している。
【0014】
ところで、既に述べたように遅延回路の遅延時間tpdはこの電流値Iに略反比例する。今、tpdが、tpd[ps]=500+50/I[mA]と表されるとすると、結局、tpd[ps]=500+50/(0.1+0.05×p)となる。すなわち、このカウント数pと遅延時間tpdとの関係は図3に示すように反比例の関係になる。
【0015】
一般に可変遅延回路の性能は、遅延時間をどれくらい大きな範囲まで変化できるかを表す最大可変範囲と、その範囲内でどれくらい小さな幅で遅延時間を変えることができるか、すなわち分解能を表す最小可変幅とによって評価される。通常、この最大可変範囲は大きく、かつ最小可変幅は小さい方が、すなわち大きな範囲を細かく変えられる方がよい。図3より、カウント数pが0〜15まで変化する場合、この可変遅延回路の遅延時間の最大可変範囲は1000−559= 441[ps]であることがわかる。一方、可変幅はカウント数が小さい時は大きく、カウント数が大きい時は小さくなっていることがわかる。最小可変幅(分解能)は可変幅が最も大きい所で律則(制限)されるので、この可変遅延回路の遅延時間の最小可変幅は、1000−833=167[ps]となる。
【0016】
以上の説明から、図3のようにカウント数pと遅延時間tpdとが反比例の関係にある図2のような可変遅延回路では、遅延時間の最大可変範囲をほぼ一定に保ったまま、最小可変幅を縮小するのが困難であることがわかる。すなわち、上述したように、遅延時間の最小可変幅(分解能)は可変幅が最も大きい所で律則(制限)されるので、図3においては、最小可変幅はカウント数が小さい時の特性に律則されてしまう。
【0017】
本発明の目的は、デジタル方式の可変遅延回路の、遅延時間の最大可変範囲をほぼ一定に保ちながら、最小可変幅を縮小することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基本的には、可変遅延回路の遅延時間の可変幅をカウント数によらずほぼ一定にすることにより達成される。
【0019】
これを実現するために本発明が採用した手段は、カウントアップ信号またはカウントダウン信号を入力し、上記信号に応じてカウント数を増加または減少し、カウント数に対応するカウンタ出力値を出力するカウンタと、上記カウンタ出力値を入力し、上記カウンタ出力値によって電流値が制御される電流源と、上記電流源に駆動され、遅延時間が上記電流源の電流値に略反比例する遅延回路とで構成され、上記カウントアップ信号またはカウントダウン信号でカウンタ出力値及び電流源の電流値を制御することにより、上記遅延回路の遅延時間を制御する可変遅延回路において、上記カウンタはカウント数(またはその補数)に略反比例するカウンタ出力値を出力するカウンタとし、上記電流源はカウンタ出力値に略比例する電流を発生する電流源とする手段、または、上記カウンタはカウント数(またはその補数)に略比例するカウンタ出力値を出力するカウンタとし、上記電流源はカウンタ出力値に略反比例する電流を発生する電流源とする手段である。
【0020】
【発明の実施の形態】
図4は本発明の第1の実施例を示す図である。本実施例では本発明に従って、カウントアップ信号UPまたはカウントダウン信号DNを入力し、カウント信号に応じてカウント数を増加または減少し、カウント数に対応するカウンタ出力値を出力するカウンタNLCNTと、カウンタ出力値を入力し、カウンタ出力値によって電流値が制御される電流源(N11,N21〜N2n)と、電流源に駆動され、遅延時間が電流源の電流値に略反比例する遅延回路(P1,P2〜PmとN1,N2〜NmとIV1,IV2〜IVm及びIVO)とで構成され、カウントアップ信号またはカウントダウン信号でカウンタ出力値及び電流源の電流値を制御することにより、遅延回路の遅延時間を制御する可変遅延回路において、カウンタNLCNTはカウント数(またはその補数)に略反比例するカウンタ出力値を出力するカウンタとし、電流源はカウンタ出力値に略比例する電流を発生する電流源としている。
【0021】
すなわち、本実施例の電流源と遅延回路は図2と同じであり、カウンタのみが異なっている。図2のカウンタCNTは、カウント数を2進数のカウンタ出力値S1〜Snとして出力しており、言い換えるとカウント数に比例するカウンタ出力値を出力していた。一方、本実施例のカウンタNLCNTはカウント数(またはその補数)に略反比例するカウンタ出力値を出力するようにしている。このようなカウンタの具体的な構成例については後述する。さて、このようにカウント数(またはその補数)に略反比例するカウンタ出力値を出力するカウンタを使用すると、可変遅延回路の遅延時間の最大可変範囲をほぼ一定に保ちながら、最小可変幅を縮小できることを以下に示す。
【0022】
今、カウンタのカウント数をp(10進数),カウンタ出力値をq(10進数)とする。既に述べたように、本発明の目的は、可変遅延回路の遅延時間の可変幅をカウント数によらずほぼ一定にすることにより達成される。すなわち、遅延時間tpdがカウント数p(またはその補数)に比例するようにすればよい。今、カウント数pが図3と同様に0〜15の範囲で変化するとし、遅延時間の最大可変範囲を図3とほぼ同じにするために、tpdの最大値を1000[ps], tpdの最小値を550[ps]とするには、tpd[ps]=550+30×(15−p)が成立するようにすればよい。ここで、(15−p)はpの補数であり、tpdはpの補数に比例している。
【0023】
一方、図4の電流源はカウンタ出力値qに略比例する電流を発生する電流源なので、その電流値IをI=I0+q×I1と書き表す。既に述べたように、遅延回路の遅延時間tpdは電流源の電流値Iに略反比例し、例えば、tpd[ps]=500+50/I[mA]と表される。今、遅延時間の最大可変範囲を図3とほぼ同じにするために、tpdの最大値が1000[ps],tpdの最小値が550[ps]となるように、I0とI1を設定する。tpdが最大になるのは、q=0の時なので、上式よりI0=0.1[mA]となる。また、tpdが最小になるのは、qが最大の時なので、例えばqの最大値を100程度に設定すると、上式よりI1=0.01[mA]となる。
【0024】
以上より、tpdをpの関数及びqの関数として書き表せたので、両者を等しいと置くと、pとqの関係がq=500/{5+3×(15−p)}−10のように求まる。この式より、カウント数pが0,1,2,3,4〜15のように変化した時、カウンタ出力値qが0,1,2,3,4,5,6,7,9,12,15,20,26,35,53,90のように変化するカウンタを用いると、カウント数pと遅延時間tpdとの関係は図5のようになる。図5より、カウント数pが0〜15まで変化する場合、この可変遅延回路の遅延時間の最大可変範囲は 1000−550=450[ps]であることがわかる。一方、可変幅はカウント数によらずほぼ一定になっており、可変幅が最も大きい所でもその値は1000−955=45[ps]となっている。すなわち、この可変遅延回路の遅延時間の最小可変幅は、45[ps]となり、図3の最大可変範囲をほぼ一定に保ちながら、最小可変幅を図3の167[ps]から45[ps]に、すなわち27%に縮小できる。
【0025】
以上より、カウント数(またはその補数)に略反比例するカウンタ出力値を出力するカウンタを使用すると、遅延時間tpdがカウント数(またはその補数)に略比例し、可変遅延回路の遅延時間の最大可変範囲をほぼ一定に保ちながら、最小可変幅を縮小できることがわかる。
【0026】
図7はカウンタの従来例を示す図である。このカウンタは、例えば図2に示したカウンタCNTに適用できる。本カウンタは5個のフリップフロップ回路FFで構成される。フリップフロップ回路FFの具体的な構成例については後述する。このカウンタはカウントアップ信号UPまたはカウントダウン信号DNを入力し、これらの信号に応じてクロック信号CKが入力される毎にカウント数を増加または減少し、このカウント数を2進数のカウンタ出力値S1〜S5として出力する。なお、本図のTCはクロック信号CKのディスエイブル信号であり、通常TCはHレベルになっている。このTCをLレベルにすると、クロック信号CKが入力されてもカウント数の増加または減少が行われないように制御することが可能になる。また本図のRSはリセット信号であり、RSをLレベルにすると、カウンタ出力値S1〜S5は全て0にリセットされる。また、本図のS1〜S5をUPまたはDNが入力されるゲートにフィードバックしているのは、カウンタ出力値が0の時DN信号をディスエイブルするため、及びカウンタ出力値が15の時UP信号をディスエイブルするためである。
【0027】
図8は本発明の第2の実施例を示す図であり、図4に示したカウンタNLCNT の構成例を示している。本カウンタはカウントアップ信号UPまたはカウントダウン信号DNを入力し、これらの信号に応じてクロック信号CKが入力される毎にカウント数を増加または減少し、このカウント数に対応する2進数のカウンタ出力値S1〜S5を出力する。本図が図7と異なるのは、S4,S5を用いて /C1,/C2,/C4を発生し、(S5,S4)=(0,0)の時は、図7と同様UP及びDN信号がS1を出力するフリップフロップ回路に入力されるようにし、(S5,S4)=(0,1)の時は、UP及びDN信号がS2を出力するフリップフロップ回路に入力されるようにし、(S5,S4)=(1,0)または(1,1)の時は、UP及びDN信号がS3を出力するフリップフロップ回路に入力されるようにしている点である。カウンタをこのように構成すると、カウント数pが0,1,2,3,4〜15のように変化した時、カウンタ出力値qは0,1,2,3,4,5,6,7,8,10,12,14,16,20,24,28のように変化する。
【0028】
同様の原理で、多少複雑にはなるものの、図4の説明で述べたような、カウント数pが0,1,2,3,4〜15のように変化した時、カウンタ出力値qが0,1,2,3,4,5,6,7,9,12,15,20,26,35,53, 90のように変化するカウンタを構成できるのは明らかである。しかし、実際にはこのように複雑にしなくても、本図に示したカウンタでも十分本発明の効果は得られる。
【0029】
図6は、図8のカウンタを図4のカウンタNLCNTに適用した場合の、カウント数pと遅延時間tpdとの関係を示している。ただし、この場合ではqの最大値が28なので、遅延時間の最大可変範囲を図3とほぼ同じにするために、図4の説明で述べたI1 の値をI1=0.03[mA]に設定している。図6より、カウント数pが0〜15まで変化する場合、この可変遅延回路の遅延時間の最大可変範囲は1000−553=447[ps]であることがわかる。一方、可変幅が最も大きい所でもその値は1000−885=115[ps]となっている。すなわち、この可変遅延回路の遅延時間の最小可変幅は、115[ps]となり、図3の最大可変範囲をほぼ一定に保ちながら、最小可変幅を図3の167 [ps]から115[ps]に、すなわち69%に縮小できる。
【0030】
図9は本発明の第3の実施例を示す図であり、図8に示したカウンタを構成するフリップフロップ回路FFの具体的な構成例を示している。本回路は、よく知られた2個のNAND回路の入出力を互いにクロスカップルしたラッチ回路を2組設けたフリップフロップ回路を基本構成としている。従って、本フリップフロップ回路の動作については、当業者にとって明らかなので、ここでの説明は省略する。なお、本回路は図7に示したカウンタを構成するフリップフロップ回路 FFにも使用できる。
【0031】
図10は本発明の第4の実施例を示す図であり、図8に示したカウンタを構成するフリップフロップ回路FFの他の具体的な構成例を示している。本回路も、よく知られた2個のNAND回路の入出力を互いにクロスカップルしたラッチ回路を2組設けたフリップフロップ回路を基本構成としている。従って、本フリップフロップ回路の動作については、当業者にとって明らかなので、ここでの説明は省略する。なお、本回路は図7に示したカウンタを構成するフリップフロップ回路FFにも使用できる。
【0032】
図11は本発明の第5の実施例を示す図である。本実施例では本発明に従って、カウントアップ信号UPまたはカウントダウン信号DNを入力し、信号に応じてカウント数を増加または減少し、カウント数に対応するカウンタ出力値を出力するカウンタCNTと、カウンタ出力値を入力し、カウンタ出力値によって電流値が制御される電流源(SW1,SW2〜SWn及びR0,R1,R2 〜Rn)と、電流源に駆動され、遅延時間が電流源の電流値に略反比例する遅延回路(P1,P2〜PmとN1,N2〜NmとIV1,IV2〜IVm及びIVO)とで構成され、カウントアップ信号またはカウントダウン信号でカウンタ出力値及び電流源の電流値を制御することにより、遅延回路の遅延時間を制御する可変遅延回路において、カウンタCNTはカウント数(またはその補数)に略比例するカウンタ出力値を出力するカウンタとし、電流源はカウンタ出力値に略反比例する電流を発生する電流源としている。
【0033】
すなわち、本実施例のカウンタと遅延回路は図2と同じであり、電流源のみが異なっている。既に述べたように、図2の電流源はnチャネル電界効果トランジスタN21,N22〜N2nとN11で構成されており、この電流源の電流値はカウンタのカウンタ出力値に比例した値となっている。
【0034】
一方、本実施例の電流源は、カウンタ出力値に略反比例する電流を発生する電流源になっている。すなわち、本実施例の電流源は、抵抗RiとスイッチSWi(i=1〜nの整数)を並列接続した回路を複数個直列接続した回路ブロックを含んで構成され、カウンタの出力値Siでスイッチのオンとオフを制御することで回路ブロックの抵抗を変化させ、回路ブロックの抵抗に略反比例する電流値を発生する電流源になっている。
【0035】
図11のスイッチSWiはカウンタ出力値Siで制御されており、Siが0 (Lレベル)の時は、SWiがオフし、抵抗RiとスイッチSWiを並列接続した回路の抵抗値はRi[Ω]となる。また、Siが1(Hレベル)の時は、SWiがオンし、抵抗RiとスイッチSWiを並列接続した回路の抵抗値は0[Ω]となる。今、抵抗値Riを2^(i−1)に比例するようにRi=2^(i−1)×R1に設定すると、抵抗R0と抵抗Ri及びスイッチSWiで構成される回路ブロック全体の抵抗RTは、RT=R0+S1×2^0×R1+S2×2^1×R1 +………+Sn×2^(n−1)×R1=R0+q×R1(qはカウンタ出力値であり、q=S1×2^0+S2×2^1+S3×2^2+………という関係が成立している)となり、電流源の電流値Iは、I=VT/RT(VTは回路ブロック全体にかかる電圧)となる。すなわち、回路ブロック全体の抵抗RTはカウンタのカウンタ出力値qに比例した値となり、電流源の電流値Iはカウンタ出力値qに反比例した値となる。
【0036】
このようにカウンタ出力値に反比例する電流を発生する電流源を使用すると、可変遅延回路の遅延時間の最大可変範囲をほぼ一定に保ちながら、最小可変幅を縮小できることを以下に示す。
【0037】
今、カウンタのカウント数をp,カウンタ出力値をqとし、カウンタ出力値qがカウント数pの補数(15−p)に比例するカウンタを使用するとする。この時、抵抗RTは、RT=R0+(15−p)×R1、電流源の電流値Iは、I[mA]=1/RT[kΩ](VT=1[V]に設定するとした。)と書ける。
【0038】
既に述べたように、遅延回路の遅延時間tpdは電流源の電流値Iに略反比例し、例えば、tpd[ps]=500+50/I[mA]と表される。今、遅延時間の最大可変範囲を図3とほぼ同じにするために、tpdの最大値が1000[ps],tpdの最小値が550[ps]となるように、R0とR1を設定する。tpdが最小になるのは、p=15の時なので、上式よりR0 =1[kΩ]となる。また、tpdが最大になるのは、p=0の時なので、上式よりR1=0.6[kΩ]となる。
【0039】
以上より、tpdは、tpd[ps]=500+50×RT[kΩ]=500+50×{1+(15−p)×0.6}となる。このカウント数pと遅延時間tpdとの関係は図12のようになる。図12より、カウント数pが0〜15まで変化する場合、この可変遅延回路の遅延時間の最大可変範囲は1000−550= 450[ps]であることがわかる。一方、可変幅はカウント数によらず常に一定になっており、その値は30[ps]となっている。すなわち、この可変遅延回路の遅延時間の最小可変幅は、30[ps]となり、図3の最大可変範囲をほぼ一定に保ちながら、最小可変幅を図3の167[ps]から30[ps]に、すなわち18%に縮小できる。
【0040】
以上より、カウンタ出力値に略反比例する電流を発生する電流源を使用すると、可変遅延回路の遅延時間の最大可変範囲をほぼ一定に保ちながら、最小可変幅を縮小できることがわかる。
【0041】
図13は本発明の第6の実施例を示す図である。本図が図11と異なるのは、電流源の構成のみである。図11では電流源をスイッチSW1,SW2〜SWn及び抵抗R0,R1,R2〜Rn とで構成していた。これに対し、本図ではスイッチSWiをnチャネル電界効果トランジスタN2i,抵抗Riをnチャネル電界効果トランジスタN3iで構成している。このように、スイッチ及び抵抗を全て電界効果トランジスタで構成すると、本回路を構成するために余分な素子を導入する必要がなくなり好都合である。また、抵抗として使用するnチャネル電界効果トランジスタN3iの抵抗値は、トランジスタのゲート幅、またはゲート長、またはゲート電圧を変化させることによって任意の値に設定できる。従って本回路の特性も図11の回路の特性とほぼ同じにすることができ、可変遅延回路の遅延時間の最大可変範囲をほぼ一定に保ちながら、最小可変幅を縮小できるという同様の効果が得られる。
【0042】
【発明の効果】
本発明を用いると、デジタル方式の可変遅延回路の、遅延時間の最大可変範囲をほぼ一定に保ちながら、最小可変幅を、例えば27%,69%または18%に縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例を示す回路図。
【図2】発明の一実施例の回路図。
【図3】図2の回路の特性図。
【図4】本発明の第1の実施例を示す回路図。
【図5】図4の回路の特性図。
【図6】図4のNLCNTに図8の回路を適用した場合の特性図。
【図7】カウンタの従来例を示す回路図。
【図8】本発明の第2の実施例に用いたカウンタの例を示す回路図。
【図9】本発明の第3の実施例のフリップフロップを用いたカウンタの例を示す回路図。
【図10】本発明の第4の実施例のフリップフロップを用いたカウンタの例を示す回路図。
【図11】本発明の第5の実施例を示す回路図。
【図12】図11の回路の特性図。
【図13】本発明の第6の実施例を示す回路図。
【符号の説明】
CNT…カウンタ、UP…カウントアップ信号、DN…カウントダウン信号、CK…クロック信号、SWi…スイッチ、Ri…抵抗、Ni…nチャネル電界効果トランジスタ、Pi…pチャネル電界効果トランジスタ、IV1,IV2〜 IVm及びIVO…インバータ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable delay circuit.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, analog variable delay circuits have been frequently used as variable delay circuits. For example, a paper entitled "16 Mb BiCMOS SRAM with 220 MHz Pipeline Operation Equipped with a Clock Proportional Timing Generator Using PLL" in IEICE Technical Report SDM94-32, ICD94-43 (May 1994) of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers. VCO (Voltage Controlled Oscillator) is a typical circuit thereof.
[0003]
FIG. 1 shows a circuit diagram of the variable delay circuit. In this figure, the current source is composed of n-channel field-effect transistors N21 and N11, and p-channel field-effect transistors P1, P2-Pm, n-channel field-effect transistors N1, N2-Nm, and inverters IV1, IV2- The delay circuit is composed of IVm and the output circuit IVO. P11, P12 and N12 constitute a current mirror circuit, and are a kind of interface circuit for supplying a current generated by a current source to a delay circuit.
[0004]
Hereinafter, the operation of the variable delay circuit will be briefly described. This circuit receives an input signal IN, delays this signal by a certain delay time, and outputs it as an output signal OUT. This delay time is controlled by the level of the delay time control signal VIN.
[0005]
N21 and N11 constitute a current source, and since a constant voltage is applied to the gate of N11, N11 generates a constant current. The delay time control signal VIN is applied to the gate of N21. When VIN is at a low level, N21 generates a small current, and when VIN is at a high level, N21 generates a large current. The currents generated in N11 and N21 are supplied to P1, P2 to Pm and N1, N2 to Nm constituting the delay circuit by current mirror circuits P11, P12 and N12.
[0006]
Incidentally, the delay time of the inverters IV1, IV2 to IVm constituting the delay circuit is substantially inversely proportional to the current flowing through P1, P2 to Pm and N1, N2 to Nm. Is also substantially inversely proportional to the current value. With the above operation, the delay time of the delay circuit can be controlled by the level of the delay time control signal VIN.
[0007]
The delay time control signal VIN is an analog signal, and controls the current value according to the level of the signal. Therefore, when noise occurs at VIN, the current value fluctuates, and as a result, the delay time of the delay circuit fluctuates.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present inventors have considered that the control of the current value should be performed not by an analog signal but by a digital signal, and studied a variable delay circuit as shown in FIG. The configurations of the delay circuit and the current mirror circuit in this figure are exactly the same as those in FIG. FIG. 2 also shows a counter CNT for controlling the current source.
[0009]
The counter CNT receives the count-up signal UP or the count-down signal DN, and increases or decreases the count every time the clock signal CK is input according to these signals, and counts this count into the binary counter output value S1 to S1. Output as Sn.
[0010]
The current source in FIG. 2 includes n-channel field-effect transistors N21, N22 to N2n and N11. Since a constant voltage is applied to the gate of N11, N11 generates a constant current. Counter output values S1 to Sn are applied to the gates of N21 to N2n. When Si (i = 1 to n) is 0 (L level), N2i is turned off, and N2i outputs a current. Does not occur. When Si is 1 (H level), N2i turns on and N2i generates a current. Since the current generated by N2i is proportional to the N2i gate width, if the gate width of N2i is set to be proportional to 2 (i-1) (hereinafter expressed as 2 ^ (i-1)), The current value of the entire current source composed of N21 to N2n and N11 is a value proportional to the count number of the counter.
[0011]
As described above, when the current value is controlled by a digital signal instead of an analog signal, it is possible to solve the problem of the fluctuation of the delay time due to the noise.
[0012]
However, as a result of examining the circuit of FIG. 2 in more detail, there is another problem that it is difficult to reduce the minimum variable width while keeping the maximum variable range of the delay time of the variable delay circuit almost constant. I understand. Hereinafter, this problem will be described.
[0013]
Now, if the current value of N11 in FIG. 2 is set to 0.1 [mA], and the current value of N2i is set to 0.05 × 2 ^ (i−1) [mA] when N21 to N2n are turned on. , The current value I of the entire current source is I [mA] = 0.1 + 0.05 × p. Here, p (decimal number) is the count number of the counter, and the relationship of p = S1 × 2 ^ 0 + S2 × 2 ^ 1 + S3 × 2 ^ 2 +... Is established.
[0014]
As described above, the delay time tpd of the delay circuit is substantially inversely proportional to the current value I. Assuming that tpd is expressed as tpd [ps] = 500 + 50 / I [mA], tpd [ps] = 500 + 50 / (0.1 + 0.05 × p) is eventually obtained. That is, the relationship between the count number p and the delay time tpd is inversely proportional as shown in FIG.
[0015]
In general, the performance of a variable delay circuit includes a maximum variable range that indicates how large the delay time can be changed, and a minimum variable width that can change the delay time within that range, that is, a minimum variable width that indicates the resolution. Is evaluated by In general, it is better that the maximum variable range is large and the minimum variable width is small, that is, the large range is finely changed. FIG. 3 shows that when the count number p changes from 0 to 15, the maximum variable range of the delay time of this variable delay circuit is 1000-559 = 441 [ps]. On the other hand, it can be seen that the variable width is large when the count number is small and small when the count number is large. Since the minimum variable width (resolution) is governed (restricted) where the variable width is the largest, the minimum variable width of the delay time of this variable delay circuit is 1000-833 = 167 [ps].
[0016]
From the above description, in the variable delay circuit as shown in FIG. 2 in which the count number p and the delay time tpd are in inverse proportion as shown in FIG. 3, the maximum variable range of the delay time is kept almost constant while the minimum variable It turns out that it is difficult to reduce the width. That is, as described above, the minimum variable width (resolution) of the delay time is governed (restricted) at the position where the variable width is the largest. Therefore, in FIG. 3, the minimum variable width is a characteristic when the count number is small. It will be ruled.
[0017]
An object of the present invention is to reduce a minimum variable width of a digital variable delay circuit while keeping a maximum variable range of delay time substantially constant.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The above object is basically achieved by making the variable width of the delay time of the variable delay circuit substantially constant regardless of the count number.
[0019]
Means adopted by the present invention for realizing this is a counter that receives a count-up signal or a count-down signal, increases or decreases the count number according to the signal, and outputs a counter output value corresponding to the count number. A current source that receives the counter output value and controls the current value by the counter output value, and a delay circuit that is driven by the current source and has a delay time that is approximately inversely proportional to the current value of the current source. In a variable delay circuit that controls a delay time of the delay circuit by controlling a counter output value and a current value of a current source by the count-up signal or the count-down signal, the counter is substantially equivalent to a count number (or its complement). The current source generates a current that is substantially proportional to the counter output value. Means as a current source, or the counter is a counter that outputs a counter output value substantially proportional to the count number (or its complement), and the current source is a current source that generates a current substantially inversely proportional to the counter output value. Means.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. In this embodiment, according to the present invention, a counter NLCNT that receives a count-up signal UP or a count-down signal DN, increases or decreases the count in accordance with the count signal, and outputs a counter output value corresponding to the count, and a counter output A current source (N11, N21 to N2n) whose value is input and the current value is controlled by the counter output value, and a delay circuit (P1, P2) driven by the current source and having a delay time substantially inversely proportional to the current value of the current source. To Pm, N1, N2 to Nm, IV1, IV2 to IVm, and IVO), and controls the counter output value and the current value of the current source by the count-up signal or the count-down signal, thereby reducing the delay time of the delay circuit. In the variable delay circuit to be controlled, the counter NLCNT has a function substantially inversely proportional to the count number (or its complement). And a counter for outputting a printer output value, the current source is a current source for generating a current which is substantially proportional to the counter output value.
[0021]
That is, the current source and the delay circuit of the present embodiment are the same as those in FIG. 2, and only the counter is different. The counter CNT of FIG. 2 outputs the count number as binary counter output values S1 to Sn, in other words, outputs a counter output value proportional to the count number. On the other hand, the counter NLCNT of this embodiment outputs a counter output value that is substantially inversely proportional to the count number (or its complement). A specific configuration example of such a counter will be described later. By using a counter that outputs a counter output value that is substantially inversely proportional to the count number (or its complement), it is possible to reduce the minimum variable width while keeping the maximum variable range of the delay time of the variable delay circuit substantially constant. Is shown below.
[0022]
Now, it is assumed that the count number of the counter is p (decimal number) and the counter output value is q (decimal number). As described above, the object of the present invention is achieved by making the variable width of the delay time of the variable delay circuit substantially constant regardless of the count number. That is, the delay time tpd may be proportional to the count number p (or its complement). Now, assuming that the count number p changes in the range of 0 to 15 as in FIG. 3, the maximum value of tpd is set to 1000 [ps] and tpd in order to make the maximum variable range of the delay time almost the same as in FIG. In order to set the minimum value to 550 [ps], tpd [ps] = 550 + 30 x (15-p) may be satisfied. Here, (15-p) is the complement of p, and tpd is proportional to the complement of p.
[0023]
On the other hand, since the current source in FIG. 4 generates a current substantially proportional to the counter output value q, its current value I is represented as I = I 0 + q × I 1 . As described above, the delay time tpd of the delay circuit is substantially inversely proportional to the current value I of the current source, and is expressed as, for example, tpd [ps] = 500 + 50 / I [mA]. Now, in order to make the maximum variable range of the delay time almost the same as in FIG. 3, I 0 and I 1 are set so that the maximum value of tpd is 1000 [ps] and the minimum value of tpd is 550 [ps]. I do. Since tpd becomes maximum when q = 0, I 0 = 0.1 [mA] from the above equation. Further, since tpd becomes minimum when q is maximum, for example, when the maximum value of q is set to about 100, I 1 = 0.01 [mA] from the above equation.
[0024]
From the above, tpd can be expressed as a function of p and a function of q. If the two are assumed to be equal, the relationship between p and q is obtained as q = 500 / {5 + 3 × (15-p)}-10. . From this equation, when the count number p changes from 0, 1, 2, 3, 4 to 15, the counter output value q becomes 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 12, , 15, 20, 26, 35, 53, and 90, the relationship between the count p and the delay time tpd is as shown in FIG. FIG. 5 shows that when the count number p changes from 0 to 15, the maximum variable range of the delay time of this variable delay circuit is 1000-550 = 450 [ps]. On the other hand, the variable width is almost constant irrespective of the count number, and the value is 1000-955 = 45 [ps] even at the place where the variable width is the largest. That is, the minimum variable width of the delay time of this variable delay circuit is 45 [ps], and the minimum variable width is changed from 167 [ps] to 45 [ps] in FIG. 3 while keeping the maximum variable range in FIG. 3 almost constant. , Ie, 27%.
[0025]
As described above, when a counter that outputs a counter output value that is substantially inversely proportional to the count number (or its complement) is used, the delay time tpd is substantially proportional to the count number (or its complement), and the maximum delay time of the variable delay circuit is variable. It can be seen that the minimum variable width can be reduced while keeping the range almost constant.
[0026]
FIG. 7 is a diagram showing a conventional example of a counter. This counter can be applied to the counter CNT shown in FIG. 2, for example. This counter is composed of five flip-flop circuits FF. A specific configuration example of the flip-flop circuit FF will be described later. This counter receives a count-up signal UP or a count-down signal DN and increases or decreases the count every time the clock signal CK is input according to these signals, and counts this count to a binary counter output value S1 to S1. Output as S5. Note that TC in the figure is a disable signal of the clock signal CK, and normally TC is at H level. When this TC is set to L level, control can be performed so that the count number is not increased or decreased even when the clock signal CK is input. Further, RS in the figure is a reset signal, and when RS is set to L level, the counter output values S1 to S5 are all reset to 0. The reason why S1 to S5 in this figure are fed back to the gate to which the UP or DN is input is that the DN signal is disabled when the counter output value is 0, and that the UP signal is 15 when the counter output value is 15. Is to disable.
[0027]
FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and shows a configuration example of the counter NLCNT shown in FIG. This counter receives a count-up signal UP or a count-down signal DN, and increases or decreases the count every time a clock signal CK is input according to these signals, and outputs a binary counter output value corresponding to the count. S1 to S5 are output. This drawing differs from FIG. 7 in that / C1, / C2, / C4 are generated using S4 and S5, and when (S5, S4) = (0, 0), UP and DN are the same as in FIG. The signal is input to the flip-flop circuit that outputs S1, and when (S5, S4) = (0, 1), the UP and DN signals are input to the flip-flop circuit that outputs S2. When (S5, S4) = (1, 0) or (1, 1), the point is that the UP and DN signals are input to the flip-flop circuit that outputs S3. With this configuration of the counter, when the count number p changes from 0, 1, 2, 3, 4 to 15, the counter output value q becomes 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 , 8,10,12,14,16,20,24,28.
[0028]
According to the same principle, although somewhat complicated, when the count number p changes as 0, 1, 2, 3, 4 to 15 as described in the description of FIG. , 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 12, 15, 20, 26, 35, 53, 90. However, the effect of the present invention can be sufficiently obtained with the counter shown in FIG.
[0029]
FIG. 6 shows the relationship between the count number p and the delay time tpd when the counter of FIG. 8 is applied to the counter NLCNT of FIG. However, since the maximum value of q is in this case 28, to the substantially the same as FIG. 3 the maximum variable range of the delay time, I 1 = 0.03 [mA values of I 1 mentioned in the description of FIG. 4 ] Is set. FIG. 6 shows that when the count number p changes from 0 to 15, the maximum variable range of the delay time of this variable delay circuit is 1000-553 = 447 [ps]. On the other hand, even at the place where the variable width is the largest, the value is 1000-885 = 115 [ps]. That is, the minimum variable width of the delay time of this variable delay circuit is 115 [ps], and the minimum variable width is changed from 167 [ps] to 115 [ps] in FIG. 3 while keeping the maximum variable range in FIG. 3 almost constant. , That is, 69%.
[0030]
FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, and shows a specific configuration example of the flip-flop circuit FF constituting the counter shown in FIG. The basic configuration of this circuit is a flip-flop circuit provided with two sets of latch circuits in which the inputs and outputs of two well-known NAND circuits are cross-coupled to each other. Therefore, the operation of the present flip-flop circuit will be apparent to those skilled in the art, and a description thereof will not be repeated. This circuit can also be used for the flip-flop circuit FF constituting the counter shown in FIG.
[0031]
FIG. 10 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention, and shows another specific configuration example of the flip-flop circuit FF constituting the counter shown in FIG. This circuit also has a basic configuration of a flip-flop circuit provided with two sets of latch circuits in which inputs and outputs of two well-known NAND circuits are cross-coupled to each other. Therefore, the operation of the present flip-flop circuit will be apparent to those skilled in the art, and a description thereof will not be repeated. This circuit can also be used for the flip-flop circuit FF forming the counter shown in FIG.
[0032]
FIG. 11 is a view showing a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, according to the present invention, a counter CNT that receives a count-up signal UP or a count-down signal DN, increases or decreases the count number according to the signal, and outputs a counter output value corresponding to the count number, enter the current source the current value is controlled by the counter output value (SW1, SW2 to SWn and R 0, R 1, R 2 ~Rn) and is driven to a current source, the current value of the delay time is a current source And a delay circuit (P1, P2 to Pm and N1, N2 to Nm and IV1, IV2 to IVm, and IVO) which are substantially in inverse proportion to the control of the counter output value and the current value of the current source by a count-up signal or count-down signal. By doing so, in the variable delay circuit that controls the delay time of the delay circuit, the counter CNT sets the count number (or its complement) to And a counter for outputting a proportional counter output value, the current source is a current source for generating a current which is substantially inversely proportional to the counter output value.
[0033]
That is, the counter and the delay circuit of the present embodiment are the same as those in FIG. 2, and only the current source is different. As described above, the current source in FIG. 2 includes n-channel field effect transistors N21, N22 to N2n and N11, and the current value of this current source is a value proportional to the counter output value of the counter. .
[0034]
On the other hand, the current source of the present embodiment is a current source that generates a current that is substantially inversely proportional to the counter output value. That is, the current source of the present embodiment is configured to include a circuit block in which a plurality of circuits in which a resistor Ri and a switch SWi (i = 1 to an integer of n) are connected in parallel are connected in series. Is a current source that changes the resistance of the circuit block by controlling the on and off of the circuit block and generates a current value that is substantially inversely proportional to the resistance of the circuit block.
[0035]
The switch SWi in FIG. 11 is controlled by the counter output value Si. When Si is 0 (L level), the switch SWi is turned off, and the resistance value of the circuit in which the resistor Ri and the switch SWi are connected in parallel is Ri [Ω]. It becomes. When Si is 1 (H level), SWi turns on, and the resistance value of the circuit in which the resistor Ri and the switch SWi are connected in parallel becomes 0 [Ω]. Now, the resistance value Ri of 2 ^ (i-1) to be proportional to Ri = 2 ^ (i-1 ) is set to × R 1, resistor R 0 and the resistor Ri and the entire circuit block composed of switches SWi RT = R 0 + S1 × 2 ^ 0 × R 1 + S2 × 2 ^ 1 × R 1 +... + Sn × 2 ^ (n−1) × R 1 = R 0 + q × R 1 (q Is a counter output value, and the relation of q = S1 × 2 ^ 0 + S2 × 2 ^ 1 + S3 × 2 ^ 2 +... Is established), and the current value I of the current source is I = VT / RT (VT Is the voltage applied to the entire circuit block). That is, the resistance RT of the entire circuit block becomes a value proportional to the counter output value q of the counter, and the current value I of the current source becomes a value inversely proportional to the counter output value q.
[0036]
The following shows that the use of the current source that generates a current inversely proportional to the counter output value can reduce the minimum variable width while keeping the maximum variable range of the delay time of the variable delay circuit almost constant.
[0037]
Now, suppose that the count number of the counter is p and the counter output value is q, and that the counter output value q is proportional to the complement (15-p) of the count number p. At this time, when the resistance RT is set to RT = R 0 + (15−p) × R 1 , and the current value I of the current source is set to I [mA] = 1 / RT [kΩ] (VT = 1 [V] You can write.
[0038]
As described above, the delay time tpd of the delay circuit is substantially inversely proportional to the current value I of the current source, and is expressed as, for example, tpd [ps] = 500 + 50 / I [mA]. Now, in order to make the maximum variable range of the delay time almost the same as in FIG. 3, R 0 and R 1 are set so that the maximum value of tpd is 1000 [ps] and the minimum value of tpd is 550 [ps]. I do. Since tpd is minimized when p = 15, R 0 = 1 [kΩ] from the above equation. Further, since tpd becomes maximum when p = 0, R 1 = 0.6 [kΩ] from the above equation.
[0039]
From the above, tpd becomes tpd [ps] = 500 + 50 × RT [kΩ] = 500 + 50 × {1+ (15−p) × 0.6}. The relationship between the count number p and the delay time tpd is as shown in FIG. FIG. 12 shows that when the count number p changes from 0 to 15, the maximum variable range of the delay time of this variable delay circuit is 1000-550 = 450 [ps]. On the other hand, the variable width is always constant regardless of the count number, and its value is 30 [ps]. That is, the minimum variable width of the delay time of the variable delay circuit is 30 [ps], and the minimum variable width is changed from 167 [ps] to 30 [ps] in FIG. 3 while keeping the maximum variable range in FIG. 3 almost constant. , That is, 18%.
[0040]
From the above, it can be seen that the use of a current source that generates a current substantially inversely proportional to the counter output value can reduce the minimum variable width while keeping the maximum variable range of the delay time of the variable delay circuit almost constant.
[0041]
FIG. 13 is a view showing a sixth embodiment of the present invention. This figure differs from FIG. 11 only in the configuration of the current source. Switch SW1 current source 11, it has been constituted by the SW2~SWn and resistor R 0, R 1, R 2 ~Rn. On the other hand, in this figure, the switch SWi is configured by an n-channel field effect transistor N2i, and the resistor Ri is configured by an n-channel field effect transistor N3i. As described above, when the switches and the resistors are all configured by field effect transistors, it is not necessary to introduce an extra element for configuring the present circuit, which is advantageous. The resistance value of the n-channel field effect transistor N3i used as a resistor can be set to an arbitrary value by changing the gate width, the gate length, or the gate voltage of the transistor. Therefore, the characteristics of this circuit can be made almost the same as the characteristics of the circuit of FIG. 11, and the same effect that the minimum variable width can be reduced while the maximum variable range of the delay time of the variable delay circuit is kept almost constant is obtained. Can be
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, the minimum variable width of the digital variable delay circuit can be reduced to, for example, 27%, 69% or 18% while keeping the maximum variable range of the delay time almost constant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a conventional example.
FIG. 2 is a circuit diagram of one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram of the circuit of FIG. 2;
FIG. 4 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram of the circuit of FIG. 4;
FIG. 6 is a characteristic diagram when the circuit in FIG. 8 is applied to the NLCNT in FIG. 4;
FIG. 7 is a circuit diagram showing a conventional example of a counter.
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a counter used in a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a counter using a flip-flop according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a counter using a flip-flop according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a characteristic diagram of the circuit in FIG. 11;
FIG. 13 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
CNT: counter, UP: count-up signal, DN: count-down signal, CK: clock signal, SWi: switch, Ri: resistor, Ni: n-channel field-effect transistor, Pi: p-channel field-effect transistor, IV1, IV2 to IVm and IVO: Inverter.