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JP3584757B2 - Waveform shaping device - Google Patents
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JP3584757B2 JP30691998A JP30691998A JP3584757B2 JP 3584757 B2 JP3584757 B2 JP 3584757B2 JP 30691998 A JP30691998 A JP 30691998A JP 30691998 A JP30691998 A JP 30691998A JP 3584757 B2 JP3584757 B2 JP 3584757B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は50%デューティ比の低電圧,高周波数のクロックパルスを得るため波形整形装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
クロック同期動作のマイクロプロセッサや通信用符号/復号器などにおいては高速動作と論理設計の容易性の観点からデューティ50%のクロックパルスが要求される。
【0003】
従来、デューティ50%のクロックパルスを得るには、クロック発振器のクロックパルス出力をフリップフロップ回路に入力して1/2に分周する方法、あるいはクロック発振器のクロックパルス出力のデューティ比を積分してレベル変換し、差動増幅器を用いてクロック発振器のしきい値を負帰還制御する方法が知られている。
【0004】
なお、50%デューティ比のクロックパルスを得ることは、例えば特開平10−75461号公報,特開平7−30422号公報などにも記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
フリップフロップで分周する方法はクロック発振器,フリップフロップ回路とも必要とするクロックパルスの2倍の動作周波数となるため消費電力が多くなり、また、必要とするクロックパルスの周波数が10MHz〜1GHzになると消費電力を増加させてもその2倍の発振周波数のパルスを得ること自体困難となる。
【0006】
また、クロック発振器のしきい値を負帰還制御する方法は1V程度の低電圧で1GHzの高周波数になると差動増幅器を正確に動作するように構成することが困難になる。
【0007】
いずれにしても、従来技術では低電圧,高周波数のクロックパルスのデューティを精度良く50%にできないという問題点を有する。
【0008】
本発明は上記点に対処して成されたもので、その目的とするとこはクロックパルスが低電圧,高周波数でもデューティを精度良く50%にできる波形整形回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、クロックパルス発生源に交流結合されている反転形増幅器(インバータアンプ)の入出力用に、出力振幅を正負対象に振幅制限する非線形リミッタ素子を設けると共に、反転増幅器の電源側端子と電源電圧母線の間および接地側端子と接地電圧母線の間にそれぞれ限流インピーダンスを接続したことにある。
【0010】
本発明において望ましくは、反転増幅器として高入力インピーダンスのものを用い、非線形素子として逆並列接続したダイオード、また、限流インピーダンスとして定電流回路が用いられる。
【0011】
本発明によれば、直流分を通さない反転形増幅器の出力振幅が正負対象となるように振幅制限しているので、反転形増幅器の出力波形(クロックパルス波形)のしきい値は常に正の半サイクルと負の半サイクルが等しくなるレベルに移動する。その上、限流インピーダンスによって反転増幅器の出力波形には立上りと立下りに勾配を有することになり、立上り時間と立下り時間が存在する。その結果、正と負の半サイクルが等しくなるように移動したしきい値による反転形増幅器のクロックパルス出力波形は入力クロックパルス波形よりもデューティが50%に近い波形に整形されることになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の一実施例を示す。
【0013】
図1において、クロック発振器100の出力するクロックパルスは波形整形回路120aに入力される。クロック発振器100は電源電圧Vccの母線10Vと接地電圧GNDの母線10G間に接続され給電される。波形整形回路120aを構成する反転増幅器121はその入力側が交流結合を行うコンデンサC21を介してクロック発振器100に接続される。反転増幅器121は−μなる増幅率で高入力インピーダンスのものが用いられる。反転増幅器121としてはCMOSのインバータアンプが用いられる。反転増幅器121の入出力間には正負の振幅制限を行う非線形リミッタ素子NL20が帰還要素として接続されている。非線形リミッタ素子NL20としてはダイオードを逆並列接続し、ダイオードのえん層電圧を利用したものが用いられる。逆並列接続したダイオードをD1,D2とすると、その特性は図2のようになる。図2の縦軸のIは電流で、横軸のVは電圧である。反転増幅器121の電源側端子12Vは限流インピーダンスZ21を介して電源母線10Vに接続され、また接地側端子12Gは限流インピーダンスZ22を介して接地母線10Gに接続されている。
【0014】
波形整形回路120aは以上のように反転増幅器121,交流結合用のコンデンサC21,非線形リミッタ素子NL20および限流インピーダンスZ21,Z22とから構成されている。
【0015】
このような波形整形回路120は複数個縦属接続され、最終段の波形整形回路120nの出力端子20からクロックパルスが出力される。
【0016】
この構成において、クロック発振器100からデューティ比が50%からずれているしきい値が図3に一点鎖線で示すようなレベル1のクロックパルスe0が出力されたとする。
【0017】
反転増幅器121のクロックパルス出力の振幅は非線形リミッタ素子NL20で振幅制限され、振幅値が2Vdの台形波になる。なお、Vdはダイオードのえん層電圧である。反転増幅器121は高入力インピーダンスであり、クロック発振器100から入力するクロックパルスの直流分がコンデンサC21で除去されている。したがって、反転増幅器121の出力するクロックパルス波形e0に対するしきい値は正側と負側の波形面積が等しくなるような図3に破線で示すレベル2に自動的に移行する。しきい値のレベルがレベル1からレベル2に移行すると、正側のデューティ時間は時間t1から時間t2のように長くなり、デューティ比が50%に近づくことになる。
【0018】
図1の実施例のように波形整形回路120a〜120nを複数段縦属接続するとデューティ比を限りなく50%に近づけることができる。通常は波形整形回路120a〜120nを2〜3段程縦属接続するとデューティ比を50%にすることができる。
【0019】
図4はクロックパルスが1V,1GHzの場合における本発明によるシミュレーション結果の一例を示すものである。
【0020】
クロック発振器100の出力クロックパルスのデューティを42%にすると、1段目の波形整形回路120で48.5%となり、2段目で49.5%,3段目でデューティが50%になる。
【0021】
通常必要とするデューティ比は50%±2%以下であり、本発明による波形整形回路を1〜2段で所望するデューティのクロックパルスを得ることができる。
【0022】
なお、本発明による波形整形回路は1段でもデューティ比の改善効果大であることは図4の特性から明らかであり、1段でも実用上有用であることが理解できる。
【0023】
図5に本発明の実施例の一例詳細回路図を示す。
【0024】
図5において、クロック発振器100は複数個の反転増幅器(CMOSインバータアンプ)AMP1〜AMPnと複数個の定電流回路CC31〜CC3n,CC11〜CC1nとから構成されるリングカウンタとなっている。波形整形回路120a,120bは2段縦属接続しており、波形整形回路120の非線形リミッタ素子として逆並列接続したダイオードD1,D2を用い、限流インピーダンスとして定電流回路CC21,CC22を用いている。2段目の波形整形回路120bから得られるデューティ比がほぼ50%のクロックパルスは出力用の反転増幅器125を介して出力端子20から出力される。波形整形回路120a,120bの反転増幅器121と出力用の反転増幅器125もCMOSインバータアンプが用いられる。
【0025】
クロック発振器100の定電流回路CC31〜CC3n,CC11〜CC1nと波形整形回路120a,120bの定電流回路CC21,CC22はそれぞれMOSのカレントミラー回路で構成される。これらの定電流回路CC31〜 CC3n,CC11〜CC1n,CC21,CC22には電流制御端子150から制御電流が加えられる。電流制御端子150に加える制御電流を大きくするとクロック発振器100の発振周波数が高くなり、また、限流インピーダンス作用する定電流回路CC21,CC22のインピーダンスが小さくなる。
【0026】
図5の実施例では図1で説明したように出力端子20からデューティ50%のクロックパルスを得ることができる。なお、図4に示すシミュレーション結果は図5に示す回路構成に基づく特性である。
【0027】
さて、図5の実施例ではクロック発振器100の定電流回路CC31〜CC3n,CC11〜CC1nと波形整形回路120a,120bの定電流回路CC21,CC22の制御電流を連動して制御している。
【0028】
定電流回路CC21,CC22は制御電流を大きくすると限流インピーダンス値が小さくなり、クロックパルスの立上りと立下りの勾配が大きくなる。一方、クロック発振器100の発振周波数は定電流回路CC31〜CC3n,CC11〜CC1nの制御電流を大きくすると高くなる。
【0029】
したがって、クロック発振器100のクロックパルス周波数が高くなると波形整形回路120a,120bの出力クロックパルスの立上りと立下りの勾配が大きくなる。波形整形回路120a,120bは入力クロックパルスの周波数が大幅に変化してもパルス幅に対する立上りと立下りの時間を所定の比率に保つことができる。その結果として、広帯域周波数のクロックパルスのデューティを精度良く50%にすることが可能となる。
【0030】
次に、図6(a)〜(d)に非線形リミッタ素子の他の例を示す。
【0031】
図6(a)は非線形リミッタ素子としてMOSダイオードD11,D21を用いた例である。MOSダイオードD11,D21を用いると、定電流回路CC21,CC22およびインバータアンプもMOS素子で構成できるので、簡単に構成できると共に、振幅制限値を任意に設計できるという利点を有する。
【0032】
図6(b)は非線形リミッタ素子としてpn接合ダイオードD12,D22を用いた例である。pn接合ダイオードD12,D22を用いると振幅制限値の正負の対称性が良くなる。
【0033】
図6(c)は非線形リミッタ素子としてMOSダイオードD11,D21を用いてソースフロワにした例である。図6(c)では図6(a)の利点に加えて高速動作が可能となる。
【0034】
図6(d)は非線形リミッタ素子としてバイポーラトランジスタD13,D23を用いてエミッタホロワにした例である。図6(d)では正負のバランスが良くなり、かつ高速動作が可能となる。
【0035】
図7は本発明を代表的な高周波クロック発生手段である位相同期ループ(PLL)に適用した適用例を示す。
【0036】
図7において、入力端子10を介して加えられる基準信号と分周器600からの帰還信号の位相を比較する位相比較器700,位相時間差を電圧に変換するチャージポンプ800,電圧−電流(V/I)変換器900,電流制御発振器 (CCO)100,本発明による波形整形回路120,分周器600からなる閉ループ制御回路を構成している。
【0037】
図7に示す位相同期ループPLLは出力端子20の出力周波数と発振器100の周波数を等しくできる。このPLLは1/2分周を要しないため、消費電力の大きい発振器100,出力バッファアンプ125,分周器600の消費電力を通常よりも大幅に低減することができる。また、出力段に1/2分周器を用いる必要がないため、高周波数における波形のデューティ比に優れ、使用可能な最高周波数を高めることができる。
【0038】
図8は本発明の波形整形回路を用いた図7の位相同期ループPLLを使用したマイクロプロセッサの構成図を示す。
【0039】
図8において、マイクロプロセッサMPU1000はPLL1001,論理部1003,入出力信号のインタフェース回路1004から構成されている。このような、本発明による50%デューティの波形整形回路を備えたPLLを内蔵したマイクロプロセッサ1000においては、通常の倍周クロック生成方式のものに比較して最大周波数が低減でき、また低電圧回路でも動作しうるため、低電圧/広帯域動作が必要な携帯情報,通信機器に適したマイクロプロセッサが実現できる。
【0040】
図9は本発明の波形整形回路を用いた図7の位相同期ループPLLを光通信 (光ファイバ通信)モジュールに使用した構成を示す。
【0041】
図9において、PLLはトランスミッタ側の符号器2003の出力同期回路
FF2005の制御用PLL1001(PLL−1)とレシーブ側の受信信号からクロック周波数成分を抽出して復号器2004のタイミングを制御する受信タイミング発生器用PLL1002(PLL−2)として使用される。本発明による波形整形回路を用いたPLLをこのような光通信モジュール2000として用いるときは、発振器2003の必要最高周波数が低減でき、また低電圧で動作しうるので、光通信モジュールの消費電力が低減されて小形化でき、クロックノイズも小さくなって受信側のS/N比が向上する。
【0042】
図10〜図12は本発明の波形整形回路120への望ましい信号源例としての各種リングカウンタとの結合例を示す。
【0043】
図10は負荷側に定電流回路CC31〜CC4nとダイオードクランプD11〜D4nを有する差動増幅段Q31−Q41,Q3n−Q4nからなるリングカウンタである。図10に示すリングカウンタは高周波かつ高耐電源ノイズに適している。
【0044】
図11における発振器はトランジスタ対Q21−Q31〜Q2n−Q3nからなるリングカウンタの電源電圧をQ771〜Q77nのソースホロを介して制御するものである。図11の可変発振器は高周波発振できる利点の反面、発振波形のしきい値がVcc/2でなく変化するので通常の回路では接続が難しかったが、本発明の波形整形回路120は入力が交流結合になるため結合が容易である。なお、R5は抵抗、IVは定電流回路である。
【0045】
図12は低電圧動作に適した構成を示す。図12におけるリング発振器のインバータは電源電圧に対し、僅か2直列のMOSトランジスタで構成されている。したがって、この低い電源電圧でもトランジスタの動作電流密度を比較的高く設計できるから低電圧広帯域動作に適し、50%デューティの波形整形回路120の低電圧,高周波特性と併せ、1V,1GHzの動作が可能である。
【0046】
図13は本発明の他の実施例で、発振器100の波形の立上り,立下りが速い場合、波形整形回路120の入力波形を抵抗R11,コンデンサC11で予め任意の立上り,立下りの波形に変形してから入力する例を示す。このようにすることにより波形の立上り,立下りを制限して、高速波形においても50%デューティへの波形整形回路120の動作を効果的に動作させることができる。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればクロックパルスが低電圧,高周波でもデューティを精度良く50%にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図。
【図2】本発明で使用される非線形リミッタ素子の一例特性図。
【図3】本発明の動作を説明するための波形図。
【図4】本発明によるデューティ比改善結果を示す特性図。
【図5】本発明の一実施例を示す詳細回路図。
【図6】本発明の使用する各種非線形リミッタ素子の接続回路図。
【図7】本発明を適用した位相同期ループ(PLL)の構成図。
【図8】本発明を適用したPLLを用いるマイクロプロセッサの構成図。
【図9】本発明を適用したPLLを用いる光通信モジュールの構成図。
【図10】本発明の発振器の他の例を示す回路図。
【図11】本発明に用いるクロック発振器の一例回路図。
【図12】本発明に用いるクロック発振器の他の一例回路図。
【図13】本発明を適用したクロック発振器との接続回路図。
【符号の説明】
100…クロック発振器、120…波形整形回路、121…反転増幅器(インバータアンプ)、C21…交流結合用コンデンサ、NL20…非線形リミッタ素子、D1,D2…ダイオード、Z21,Z22…限流インピーダンス。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a waveform shaping device for obtaining a low-voltage, high-frequency clock pulse having a 50% duty ratio.
[0002]
[Prior art]
A clock pulse with a duty of 50% is required for a microprocessor or a communication encoder / decoder for clock synchronous operation from the viewpoint of high-speed operation and ease of logic design.
[0003]
Conventionally, to obtain a clock pulse with a duty of 50%, a method of inputting a clock pulse output of a clock oscillator to a flip-flop circuit and dividing the frequency by 1/2, or integrating a duty ratio of the clock pulse output of the clock oscillator is used. A method of performing level conversion and performing negative feedback control on a threshold value of a clock oscillator using a differential amplifier is known.
[0004]
Obtaining a clock pulse having a 50% duty ratio is also described in, for example, JP-A-10-75461 and JP-A-7-30422.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the method of dividing the frequency by the flip-flop, both the clock oscillator and the flip-flop circuit have an operation frequency twice as high as the required clock pulse, so that the power consumption increases. If the required frequency of the clock pulse becomes 10 MHz to 1 GHz, Even if the power consumption is increased, it becomes difficult to obtain a pulse having an oscillation frequency twice as high as the above.
[0006]
Further, in the method of performing negative feedback control of the threshold value of the clock oscillator, it becomes difficult to accurately configure the differential amplifier when the frequency becomes as high as 1 GHz at a low voltage of about 1 V.
[0007]
In any case, the conventional technique has a problem that the duty of the low-voltage, high-frequency clock pulse cannot be accurately set to 50%.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a waveform shaping circuit capable of accurately setting a duty to 50% even when a clock pulse has a low voltage and a high frequency.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A feature of the present invention resides in that a nonlinear limiter element for limiting the output amplitude to a positive or negative target is provided for input / output of an inverting amplifier (inverter amplifier) which is AC-coupled to a clock pulse generating source. The current limiting impedance is connected between the power supply side terminal and the power supply voltage bus and between the ground side terminal and the ground voltage bus.
[0010]
In the present invention, it is desirable to use an inverting amplifier having a high input impedance, a diode connected in anti-parallel as a nonlinear element, and a constant current circuit as a current limiting impedance.
[0011]
According to the present invention, since the output amplitude of the inverting amplifier that does not pass the DC component is limited so that the output amplitude becomes positive and negative, the threshold value of the output waveform (clock pulse waveform) of the inverting amplifier is always positive. Move to a level where the half cycle and the negative half cycle are equal. In addition, the output waveform of the inverting amplifier has gradients at the rise and fall due to the current-limiting impedance, and there is a rise time and a fall time. As a result, the clock pulse output waveform of the inverting amplifier based on the threshold value shifted so that the positive and negative half cycles are equalized is shaped into a waveform whose duty is closer to 50% than the input clock pulse waveform.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
[0013]
In FIG. 1, a clock pulse output from a clock oscillator 100 is input to a waveform shaping circuit 120a. Clock oscillator 100 is connected between bus 10V of power supply voltage Vcc and bus 10G of ground voltage GND to be supplied with power. The input side of the inverting amplifier 121 constituting the waveform shaping circuit 120a is connected to the clock oscillator 100 via the capacitor C21 which performs AC coupling. The inverting amplifier 121 has an amplification factor of -μ and a high input impedance. As the inverting amplifier 121, a CMOS inverter amplifier is used. A nonlinear limiter element NL20 for limiting positive and negative amplitudes is connected as a feedback element between the input and output of the inverting amplifier 121. As the non-linear limiter element NL20, an element in which diodes are connected in anti-parallel and utilizing the voltage at the bottom of the diodes is used. Assuming that the diodes connected in anti-parallel are D1 and D2, the characteristics are as shown in FIG. In FIG. 2, I on the vertical axis represents current, and V on the horizontal axis represents voltage. The power supply side terminal 12V of the inverting amplifier 121 is connected to the power supply bus 10V via the current limiting impedance Z21, and the ground side terminal 12G is connected to the ground bus 10G via the current limiting impedance Z22.
[0014]
As described above, the waveform shaping circuit 120a includes the inverting amplifier 121, the AC coupling capacitor C21, the nonlinear limiter element NL20, and the current limiting impedances Z21 and Z22.
[0015]
A plurality of such waveform shaping circuits 120 are connected in cascade, and a clock pulse is output from the output terminal 20 of the waveform shaping circuit 120n at the last stage.
[0016]
In this configuration, it is assumed that a clock pulse e0 having a level 1 whose duty ratio deviates from 50% from the clock oscillator 100 as shown by a dashed line in FIG. 3 is output.
[0017]
The amplitude of the clock pulse output from the inverting amplifier 121 is limited by the nonlinear limiter element NL20, and becomes a trapezoidal wave having an amplitude value of 2 Vd. Note that Vd is the oscillating layer voltage of the diode. The inverting amplifier 121 has a high input impedance, and the DC component of the clock pulse input from the clock oscillator 100 is removed by the capacitor C21. Therefore, the threshold value for the clock pulse waveform e0 output from the inverting amplifier 121 automatically shifts to level 2 indicated by a broken line in FIG. 3 so that the positive and negative waveform areas are equal. When the threshold level shifts from level 1 to level 2, the positive-side duty time increases from time t1 to time t2, and the duty ratio approaches 50%.
[0018]
When the waveform shaping circuits 120a to 120n are cascaded in a plurality of stages as in the embodiment of FIG. 1, the duty ratio can be made as close to 50% as possible. Normally, when the waveform shaping circuits 120a to 120n are cascaded in two or three stages, the duty ratio can be made 50%.
[0019]
FIG. 4 shows an example of a simulation result according to the present invention when the clock pulse is 1 V and 1 GHz.
[0020]
When the duty of the output clock pulse from the clock oscillator 100 is set to 42%, the waveform shaping circuit 120 in the first stage has 48.5%, the duty in the second stage is 49.5%, and the duty in the third stage is 50%.
[0021]
Usually, the required duty ratio is 50% ± 2% or less, and a clock pulse having a desired duty can be obtained in one or two stages of the waveform shaping circuit according to the present invention.
[0022]
It is clear from the characteristics of FIG. 4 that the waveform shaping circuit according to the present invention has a large effect of improving the duty ratio even in one stage, and it can be understood that even one stage is practically useful.
[0023]
FIG. 5 is a detailed circuit diagram showing an example of the embodiment of the present invention.
[0024]
In FIG. 5, a clock oscillator 100 is a ring counter composed of a plurality of inverting amplifiers (CMOS inverter amplifiers) AMP1 to AMPn and a plurality of constant current circuits CC31 to CC3n and CC11 to CC1n. The waveform shaping circuits 120a and 120b are cascaded in two stages, and use diodes D1 and D2 connected in anti-parallel as non-linear limiter elements of the waveform shaping circuit 120, and use constant current circuits CC21 and CC22 as current limiting impedance. . The clock pulse having a duty ratio of approximately 50% obtained from the second-stage waveform shaping circuit 120b is output from the output terminal 20 via the output inverting amplifier 125. CMOS inverter amplifiers are also used as the inverting amplifier 121 and the inverting amplifier 125 for output of the waveform shaping circuits 120a and 120b.
[0025]
The constant current circuits CC31 to CC3n and CC11 to CC1n of the clock oscillator 100 and the constant current circuits CC21 and CC22 of the waveform shaping circuits 120a and 120b are each configured by a MOS current mirror circuit. A control current is applied to these constant current circuits CC31 to CC3n, CC11 to CC1n, CC21, and CC22 from a current control terminal 150. When the control current applied to the current control terminal 150 is increased, the oscillating frequency of the clock oscillator 100 increases, and the impedance of the constant current circuits CC21 and CC22 acting as a current limiting impedance decreases.
[0026]
In the embodiment of FIG. 5, a clock pulse having a duty of 50% can be obtained from the output terminal 20 as described with reference to FIG. The simulation results shown in FIG. 4 are characteristics based on the circuit configuration shown in FIG.
[0027]
In the embodiment of FIG. 5, the control currents of the constant current circuits CC31 to CC3n and CC11 to CC1n of the clock oscillator 100 and the control currents of the constant current circuits CC21 and CC22 of the waveform shaping circuits 120a and 120b are controlled in an interlocked manner.
[0028]
When the control current of the constant current circuits CC21 and CC22 is increased, the current limiting impedance value is reduced, and the rising and falling slopes of the clock pulse are increased. On the other hand, the oscillation frequency of the clock oscillator 100 increases as the control current of the constant current circuits CC31 to CC3n and CC11 to CC1n increases.
[0029]
Therefore, as the clock pulse frequency of the clock oscillator 100 increases, the rising and falling gradients of the output clock pulses of the waveform shaping circuits 120a and 120b increase. The waveform shaping circuits 120a and 120b can keep the rise and fall times with respect to the pulse width at a predetermined ratio even if the frequency of the input clock pulse changes greatly. As a result, it is possible to accurately set the duty of the clock pulse of the broadband frequency to 50%.
[0030]
Next, FIGS. 6A to 6D show other examples of the nonlinear limiter element.
[0031]
FIG. 6A shows an example in which MOS diodes D11 and D21 are used as the nonlinear limiter elements. When the MOS diodes D11 and D21 are used, the constant current circuits CC21 and CC22 and the inverter amplifier can also be configured by MOS elements, so that there is an advantage that the configuration can be simplified and the amplitude limit value can be arbitrarily designed.
[0032]
FIG. 6B shows an example in which pn junction diodes D12 and D22 are used as nonlinear limiter elements. The use of the pn junction diodes D12 and D22 improves the positive and negative symmetry of the amplitude limit value.
[0033]
FIG. 6C shows an example in which MOS diodes D11 and D21 are used as non-linear limiter elements to form a source floor. In FIG. 6C, high-speed operation becomes possible in addition to the advantage of FIG.
[0034]
FIG. 6D shows an example in which bipolar followers D13 and D23 are used as nonlinear limiter elements to form an emitter follower. In FIG. 6D, the balance between positive and negative is improved, and high-speed operation is possible.
[0035]
FIG. 7 shows an application example in which the present invention is applied to a phase locked loop (PLL) which is a typical high frequency clock generating means.
[0036]
7, a phase comparator 700 for comparing the phase of a reference signal applied through an input terminal 10 with a feedback signal from a frequency divider 600, a charge pump 800 for converting a phase time difference into a voltage, a voltage-current (V / I) A closed loop control circuit including the converter 900, the current controlled oscillator (CCO) 100, the waveform shaping circuit 120 according to the present invention, and the frequency divider 600 is configured.
[0037]
The phase locked loop PLL shown in FIG. 7 can make the output frequency of the output terminal 20 equal to the frequency of the oscillator 100. Since this PLL does not require 1/2 frequency division, the power consumption of the oscillator 100, the output buffer amplifier 125, and the frequency divider 600, which consume a large amount of power, can be greatly reduced as compared with usual. Further, since it is not necessary to use a 1/2 frequency divider in the output stage, the duty ratio of the waveform at a high frequency is excellent, and the maximum usable frequency can be increased.
[0038]
FIG. 8 shows a configuration diagram of a microprocessor using the phase locked loop PLL of FIG. 7 using the waveform shaping circuit of the present invention.
[0039]
8, a microprocessor MPU 1000 includes a PLL 1001, a logic unit 1003, and an input / output signal interface circuit 1004. In such a microprocessor 1000 having a built-in PLL having a 50% duty waveform shaping circuit according to the present invention, the maximum frequency can be reduced as compared with a normal frequency-multiplied clock generation system, and a low-voltage circuit However, since it can operate, a microprocessor suitable for portable information and communication equipment requiring low-voltage / broadband operation can be realized.
[0040]
FIG. 9 shows a configuration in which the phase locked loop PLL of FIG. 7 using the waveform shaping circuit of the present invention is used in an optical communication (optical fiber communication) module.
[0041]
In FIG. 9, a PLL extracts a clock frequency component from a control-side PLL 1001 (PLL-1) of an output synchronization circuit FF2005 of an encoder 2003 on a transmitter side and a reception signal on a receive side to control the timing of a decoder 2004. Used as a generator PLL 1002 (PLL-2). When a PLL using the waveform shaping circuit according to the present invention is used as such an optical communication module 2000, the required maximum frequency of the oscillator 2003 can be reduced and the oscillator 2003 can operate at a low voltage, so that the power consumption of the optical communication module is reduced. In this case, the clock noise can be reduced and the S / N ratio on the receiving side can be improved.
[0042]
FIGS. 10 to 12 show examples of connection with various ring counters as desirable signal sources to the waveform shaping circuit 120 of the present invention.
[0043]
FIG. 10 shows a ring counter including differential amplifier stages Q31-Q41 and Q3n-Q4n having constant current circuits CC31-CC4n and diode clamps D11-D4n on the load side. The ring counter shown in FIG. 10 is suitable for high frequency and high withstand power noise.
[0044]
The oscillator shown in FIG. 11 controls the power supply voltage of the ring counter including the transistor pairs Q21-Q31-Q2n-Q3n via the source followers Q771-Q77n. Although the variable oscillator shown in FIG. 11 has the advantage of being able to oscillate at a high frequency, the threshold of the oscillation waveform changes instead of Vcc / 2, which makes it difficult to connect with a normal circuit, but the input of the waveform shaping circuit 120 of the present invention is AC-coupled. Is easy to combine. R5 is a resistor, and IV is a constant current circuit.
[0045]
FIG. 12 shows a configuration suitable for low-voltage operation. The inverter of the ring oscillator in FIG. 12 is composed of only two series MOS transistors with respect to the power supply voltage. Therefore, even at this low power supply voltage, the operating current density of the transistor can be designed to be relatively high, so that it is suitable for low voltage broadband operation, and can operate at 1 V and 1 GHz together with the low voltage and high frequency characteristics of the 50% duty waveform shaping circuit 120. It is.
[0046]
FIG. 13 shows another embodiment of the present invention. In the case where the rising and falling of the waveform of the oscillator 100 is fast, the input waveform of the waveform shaping circuit 120 is transformed into an arbitrary rising and falling waveform in advance by the resistor R11 and the capacitor C11. The following shows an example of inputting. By doing so, the rise and fall of the waveform are limited, and the operation of the waveform shaping circuit 120 to a 50% duty can be effectively operated even in a high-speed waveform.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the duty can be accurately set to 50% even when the clock pulse has a low voltage and a high frequency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing an example of a nonlinear limiter element used in the present invention.
FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a result of a duty ratio improvement according to the present invention.
FIG. 5 is a detailed circuit diagram showing one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a connection circuit diagram of various nonlinear limiter elements used in the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a phase locked loop (PLL) to which the present invention is applied.
FIG. 8 is a configuration diagram of a microprocessor using a PLL to which the present invention is applied.
FIG. 9 is a configuration diagram of an optical communication module using a PLL to which the present invention is applied.
FIG. 10 is a circuit diagram showing another example of the oscillator of the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a clock oscillator used in the present invention.
FIG. 12 is another example circuit diagram of a clock oscillator used in the present invention.
FIG. 13 is a connection circuit diagram with a clock oscillator to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
100: Clock oscillator, 120: Waveform shaping circuit, 121: Inverting amplifier (inverter amplifier), C21: AC coupling capacitor, NL20: Nonlinear limiter element, D1, D2: Diode, Z21, Z22: Current limiting impedance.

Claims (5)

正負に変化するクロックパルスを発生するクロック発振器と、交流結合コンデンサを介して前記クロックパルスを入力する反転増幅器と、前記反転増幅器の入出力間に設けられ、前記反転増幅器の出力振幅を正負対称に制限する非線形リミッタ素子と、前記反転増幅器の電源側端子と電源母線間および接地側端子と接地母線間にそれぞれ接続される第1と第2の限流インピーダンスとを具備することを特徴とする波形整形装置。 A clock oscillator for generating a clock pulse changes polarity, an inverting amplifier which inputs the clock pulse via the AC coupling capacitors provided between the input and output of the inverting amplifier, the positive-negative symmetrical output amplitude of said inverting amplifier A waveform, comprising: a nonlinear limiter element to be limited; and first and second current-limiting impedances respectively connected between a power supply terminal and a power supply bus of the inverting amplifier and between a ground terminal and a ground bus. Shaping equipment. 正負に変化するクロックパルスを発生するクロック発振器と、前記クロックパルスを交流結合コンデンサを介して入力する高入力インピーダンスの反転増幅器と、前記反転増幅器の入出力間に帰還素子として設けられ、前記反転増幅器の出力振幅を正負対称に制限する逆並列接続されたダイオードと、前記反転増幅器の電源側端子と接地側端子にそれぞれ接続され給電電流を制限する第1と第2の限流インピーダンスとを具備することを特徴とする波形整形装置。A clock oscillator that generates a clock pulse that changes between positive and negative, a high input impedance inverting amplifier that inputs the clock pulse via an AC coupling capacitor, and a feedback element provided between the input and output of the inverting amplifier; A diode connected in anti-parallel to limit the output amplitude of the inverting amplifier to positive and negative symmetry, and first and second current-limiting impedances respectively connected to a power supply side terminal and a ground side terminal of the inverting amplifier to limit a supply current. A waveform shaping device characterized by the above-mentioned. 正負に変化するクロックパルスを発生するリングカウンタと、前記クロックパルスを交流結合コンデンサを介して入力するインバータアンプと、前記インバータアンプの入出力間に設けられ、前記インバータアンプの出力振幅を正負対称に制限する非線形リミッタ素子と、前記インバータアンプの電源側端子と電源母線間および接地側端子と接地母線間にそれぞれ接続され、制御電流によってインピーダンス値を調整できる第1と第2の定電流回路とを具備することを特徴とする波形整形装置。A ring counter that generates a clock pulse that changes between positive and negative, an inverter amplifier that inputs the clock pulse via an AC coupling capacitor, and an input / output of the inverter amplifier, wherein the output amplitude of the inverter amplifier is symmetrical between positive and negative. A nonlinear limiter element to be limited, and first and second constant current circuits respectively connected between a power supply side terminal and a power supply bus of the inverter amplifier and between a ground side terminal and a ground bus and whose impedance value can be adjusted by a control current. A waveform shaping device comprising: 制御電流によって出力するクロックパルスの周波数を可変にできる複数の定電流回路を含むリングカウンタと、前記リングカウンタの正負に変化するクロックパルスを交流結合コンデンサを介して入力するインバータアンプと、前記インバータアンプの入出力間に帰還素子として設けられ、前記インバータアンプの出力振幅を正負対称に制限する逆並列接続されたダイオードと、前記インバータアンプの電源側端子と電源母線間および接地側端子と接地母線間にそれぞれ接続され、制御電流によってインピーダンス値を調整できる第1と第2の定電流回路とを具備し、前記リングカウンタを構成する定電流回路と前記第1と第2の定電流回路の制御電流を連動して調節することを特徴とする波形整形装置。A ring counter including a plurality of constant current circuits capable of changing the frequency of a clock pulse output by a control current, an inverter amplifier for inputting a positive / negative clock pulse of the ring counter via an AC coupling capacitor, and the inverter amplifier A diode provided as a feedback element between the input and output of the inverter amplifier and connected in anti-parallel to limit the output amplitude of the inverter amplifier to positive / negative symmetry, and between a power supply terminal and a power supply bus of the inverter amplifier and between a ground terminal and a ground bus. And a first and a second constant current circuit, each of which is capable of adjusting an impedance value by a control current, the constant current circuit constituting the ring counter, and the control current of the first and second constant current circuits. The waveform shaping device is characterized in that it is adjusted in conjunction with the waveform shaping. 請求項1記載の波形整形装置を複数段だけ縦属接続して構成したことを特徴とする波形整形装置。A waveform shaping device comprising a plurality of stages of the waveform shaping device according to claim 1 connected in cascade.
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