JP2016181735A - Phase-to-digital converter and receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、位相−デジタル変換器および受信機に関する。 Embodiments of the present invention relate to a phase-to-digital converter and a receiver.
従来の位相-デジタル変換回路(TDC:Time-to-Digital Converter)は、多数の縦属接続された遅延段にRF信号を入力し、遅延段の各々の出力を1ビットで量子化して、位相-デジタル変換を行なっていた。 A conventional time-to-digital converter (TDC) inputs an RF signal to a number of cascaded delay stages, quantizes each output of the delay stage with 1 bit, and outputs a phase. -Digital conversion was performed.
ところが、RF信号の周波数がGHz帯になると、遅延段の段数を増やさなければならず、回路面積が増大するとともに、TDC全体の消費電流も増えるという課題があった。 However, when the frequency of the RF signal is in the GHz band, the number of delay stages has to be increased, which increases the circuit area and current consumption of the entire TDC.
本発明が解決しようとする課題は、消費電力を削減可能な位相−デジタル変換器および受信機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a phase-digital converter and a receiver that can reduce power consumption.
本実施形態では、基準信号に同期して、第1〜第2n相(nは1以上の整数)の多相周期信号をサンプルホールドして、第1〜第2nの多相信号を生成する第1〜第2nのサンプルホールド部と、
前記第1〜第2nの多相信号に含まれる単調増加または単調減少する信号期間を、nビットの第1デジタル信号に基づいて1/2n周期ごとに選択して単調変化信号を生成するセレクタと、
前記単調変化信号を(m−n)ビット(mは2以上の整数で、m>n)の第2デジタル信号に量子化する量子化器と、を備え、
前記基準信号と前記第1〜第2n相の多相周期信号との位相差信号の上位側ビットは前記第1デジタル信号であり、前記位相差信号の下位側ビットは前記第2デジタル信号である位相−デジタル変換器が提供される。
In this embodiment, the first to second n multiphase signals are generated by sampling and holding the first to second n phase (n is an integer of 1 or more) in synchronization with the reference signal. First to second n sample and hold units,
A monotonically increasing or monotonically decreasing signal period included in the first to second n multiphase signals is selected every 1/2 n period based on the n-bit first digital signal to generate a monotonic change signal. A selector,
A quantizer that quantizes the monotonic change signal into a second digital signal of (mn) bits (m is an integer of 2 or more, m> n),
The higher-order bits of the phase difference signal between the reference signal and the first to second n- phase multiphase signals are the first digital signal, and the lower-order bits of the phase difference signal are the second digital signal. A phase-to-digital converter is provided.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係る位相−デジタル変換器(TDC)1を備えた受信機2の概略構成を示すブロック図である。図1の受信機2は、アンテナ3と、低雑音増幅器4と、周波数変換器5と、分周器6と、低域通過フィルタ7と、A/D変換器(ADC)8と、デジタル信号復調部(Modem)9と、周波数シンセサイザ部10とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a
アンテナ3で受信された受信信号は、低雑音増幅器4で増幅されて周波数変換器5に入力される。周波数変換器5は、低雑音増幅器4から出力された受信信号と、周波数シンセサイザ部10で生成された電圧制御発振信号(以下、VCO信号)との位相差を検出し、位相差信号を出力する。周波数変換器5、低域通過フィルタ7およびA/D変換器8はそれぞれ2つずつ設けられており、一方の周波数変換器5はI信号を生成し、他方の周波数変換器5はQ信号を生成する。I信号とQ信号は、それぞれ対応するA/D変換器8に入力されて、サンプリングされ、I信号のデジタル値とQ信号のデジタル値が生成される。これらデジタル値は、デジタル信号復調部9に入力されて、デジタル復調処理が行われる。
The received signal received by the
周波数シンセサイザ部10は、基準信号源11と、位相−デジタル変換器(TDC)1と、ループゲイン制御部12と、電圧制御型発振器(VCO:Voltage Control Oscillator)13と、バイナリカウンタ14とを有する。
The
位相−デジタル変換器1は、後に詳述するように、VCO信号の位相を検出する。バイナリカウンタ14は、VCO信号の位相の検出に用いられる。ループゲイン制御部12は、VCO信号と受信信号の位相が一致するように帰還制御を行う。
The phase-
図2は位相−デジタル変換器(TDC)1の内部構成の一例を示すブロック図である。図2のTDC1は、分周器21と、バイナリカウンタ22と、複数のサンプルホールド部23と、セレクタ24と、量子化器(ADC)25とを有する。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the phase-digital converter (TDC) 1. The TDC 1 in FIG. 2 includes a
図2の分周器21は、VCO信号を二分周して、位相が90°ずつ異なる4種類の多相周期信号を生成する。なお、分周器21が生成する多相周期信号は必ずしも4種類とは限らない。一般化すると、分周器21は、第1〜第2n相(nは1以上の整数)の多相周期信号を生成する。また、分周器21は、TDC1の外側に設けてもよい。例えば図1の受信機2のIQ信号生成のための分周器6と共用することも可能である。
The
サンプルホールド部23は、多相周期信号の数だけ設けられる。図2の例では、4つのサンプルホールド部23が設けられている。各サンプルホールド部23は、対応する多相周期信号を、基準信号源11からの基準信号に同期してサンプルホールドして、多相信号を生成する。図2の例では、4種類の多相信号Phase[4:1]が生成される。一般化すると、第1〜第2n相(nは1以上の整数)の多相周期信号が存在する場合は、第1〜第2nの多相信号が生成される。
The
セレクタ24は、第1デジタル信号TDC[5:4]に基づいて、各サンプルホールド部23で生成された複数の多相信号の中から一つを所定の時間間隔で選択して単調変化信号SELoutを生成する。図2の場合、セレクタ24は、4種類の多相信号Phase[4:1]のうち、単調増加または単調減少する信号期間を、第1デジタル信号TDC[5:4]に基づいて1/4周期ごとに選択して単調変化信号SELoutを生成する。一般化すると、セレクタ24は、第1〜第2nの多相信号に含まれる単調増加または単調減少する信号期間を、nビットの第1デジタル信号に基づいて1/2n周期ごとに選択して単調変化信号SELoutを生成する。
Based on the first digital signal TDC [5: 4], the
単調変化信号SELoutは、単調増加または単調減少しているだけでなく、線形性を有していることが重要である。量子化器25により、単調変化信号SELoutを量子化するためである。より詳細には、量子化器25は、単調変化信号SELoutを(m−n)ビット(mは2以上の整数)の第2デジタル信号に量子化する。
It is important that the monotonic change signal SEL out not only monotonously increases or monotonously decreases but also has linearity. This is because the
上述した第1デジタル信号と第2デジタル信号を合成したデジタル信号が、基準信号とVCO信号との位相差信号になる。より具体的には、位相差信号の上位側ビットは第1デジタル信号であり、下位側ビットは第2デジタル信号である。図2の場合、位相差信号は5ビットのTDC[5:1]であり、そのうちの上位側ビットTDC[5:4]が第1デジタル信号であり、下位側ビットTDC[3:1]が第2デジタル信号である。 A digital signal obtained by synthesizing the first digital signal and the second digital signal is a phase difference signal between the reference signal and the VCO signal. More specifically, the upper bit of the phase difference signal is the first digital signal, and the lower bit is the second digital signal. In the case of FIG. 2, the phase difference signal is 5-bit TDC [5: 1], of which the upper bits TDC [5: 4] are the first digital signals, and the lower bits TDC [3: 1] are A second digital signal.
図3はセレクタ24の内部構成の一例を示す図、図4はセレクタ24内部の信号波形図である。図3に示すように、セレクタ24は、比較器(第1比較器)31と、エンコーダ(符号化部)32と、4つのスイッチSW1〜SW4とを有する。比較器31は、4つのサンプルホールド部23から出力された4種類の多相信号Phase[4:1]のそれぞれを参照電圧VREFと比較して、比較結果を示す二値データPSEL[4:1]を生成する。エンコーダ32は、二値データPSEL[4:1]のビット列を符号化した第1デジタル信号TDC[5:4]を生成する。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the internal configuration of the
4つのスイッチSW1〜SW4のそれぞれは、4種類の多相信号Phase[4:1]のそれぞれを選択するか否かを、PSEL[4:1]のうち対応するビット値に基づいて切り替える。より具体的には、スイッチSW1は、PSEL[1]のビット値により、Phase[1]を選択するか否かを切り替える。スイッチSW2は、PSEL[2]のビット値により、Phase[2]を選択するか否かを切り替える。スイッチSW3は、PSEL[3]のビット値により、Phase[3]を選択するか否かを切り替える。スイッチSW4は、PSEL[4]のビット値により、Phase[4]を選択するか否かを切り替える。 Each of the four switches SW1 to SW4 switches whether to select each of the four types of multiphase signals Phase [4: 1] based on the corresponding bit value in PSEL [4: 1]. More specifically, the switch SW1 switches whether to select Phase [1] according to the bit value of PSEL [1]. The switch SW2 switches whether to select Phase [2] according to the bit value of PSEL [2]. The switch SW3 switches whether to select Phase [3] according to the bit value of PSEL [3]. The switch SW4 switches whether to select Phase [4] according to the bit value of PSEL [4].
4種類の多相信号Phase[4:1]の信号波形が例えば図4(a)のような正弦波信号の場合、比較器31の出力信号PSEL[4:1]は、これらの多相信号が参照電圧VREFを超えた場合に1を出力し、それ以外では0を出力する。このため、PSEL[4:1]は、図4(b)のようなパルス信号になる。スイッチは、PSEL[4:1]が1の期間だけ、対応するPhase[4:1]を選択するため、セレクタ24の出力信号SELoutは、図4(c)のような単調増加で線形な単調変化信号SELoutになる。
When the signal waveforms of the four types of multiphase signals Phase [4: 1] are sinusoidal signals as shown in FIG. 4A, for example, the output signal PSEL [4: 1] of the
セレクタ24で選択された単調変化信号SELoutは、量子化器25に入力される。量子化器25は、単調変化信号SELoutを8レベルの第2デジタル信号TDC[3:1]に量子化する。
The monotonic change signal SEL out selected by the
PSEL[4:1]のそれぞれの選択範囲内で、多相信号の位相−電圧特性の単調増加性と線形性が確保されていれば、セレクタ24の出力信号SELoutを量子化したデジタルコードTDC[3:1]は、基準信号REFとの位相差を表していることになる。図2に示したカウンタ22は、後述するように、TDC[3:1]のビット列の値を決定するために用いられる。
If the monotonic increase and linearity of the phase-voltage characteristics of the multiphase signal are ensured within each selection range of PSEL [4: 1], the digital code TDC obtained by quantizing the output signal SEL out of the
図4において、例えばPSEL[4]の選択範囲からPSEL[3]の選択範囲に切り替わる瞬間、デジタルコードTDC[3:1]は一旦000に戻るため単調増加性が確保されていないようにみえるが、PSEL[4:1]間で選択範囲が変わるたびに、新たな単調増加特性が得られて、TDC[3:1]が新たに設定されるため、単調増加特性は常に維持される。 In FIG. 4, for example, at the moment of switching from the selection range of PSEL [4] to the selection range of PSEL [3], the digital code TDC [3: 1] returns to 000 once, so it seems that monotonic increase is not ensured. Each time the selection range changes between PSEL [4: 1], a new monotonic increase characteristic is obtained and TDC [3: 1] is newly set, so that the monotonic increase characteristic is always maintained.
例えば、図4(a)のA点の位相は、PSEL[4]が1のときにスイッチSW4を通過する多相信号Phase[3]上の値であるTDC[3:1]=(110)に対応し、PSEL[4]が選択されるのはTDC[5:4]=(00)のときであり、基準信号REFとの位相差信号TDC[5:1]=(00110)となる。 For example, the phase at point A in FIG. 4A is TDC [3: 1] = (110), which is a value on the multiphase signal Phase [3] that passes through the switch SW4 when PSEL [4] is 1. PSEL [4] is selected when TDC [5: 4] = (00) and the phase difference signal TDC [5: 1] = (00110) with respect to the reference signal REF.
このように、第1の実施形態では、VCO信号から生成した複数の多相周期信号が単調増加または単調減少する信号期間をそれぞれ選択して単調変化信号SELoutを生成し、この単調変化信号SELoutに基づいて位相差信号を生成する。このため、VCO信号を遅延させて複数の位相の異なる信号を生成してから位相差信号を生成するよりも、大幅に消費電力を削減できる。 As described above, in the first embodiment, the monotonous change signal SEL out is generated by selecting the signal periods in which the plurality of multiphase periodic signals generated from the VCO signal monotonously increase or monotonically decrease, and the monotone change signal SEL is generated. A phase difference signal is generated based on out . For this reason, it is possible to significantly reduce the power consumption compared to generating the phase difference signal after delaying the VCO signal to generate a plurality of signals having different phases.
(第2の実施形態)
以下に説明する第2の実施形態は、セレクタ24の内部構成が第1の実施形態と一部異なっているものの、その他の構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では相違点を中心に説明する。また、以下では、第1の実施形態と同様に、分周器21で4種類の多相同期信号を生成する例を説明するが、本実施形態は、第1〜第2n相(nは1以上の整数)の多相周期信号を生成する場合にも適用可能である。
(Second Embodiment)
In the second embodiment described below, the internal configuration of the
図5は第2の実施形態に係るセレクタ24の内部構成を示すブロック図である。図5のセレクタ24は、図3のセレクタ24の構成に加えて、位相同期部33を有する。この位相同期部33は、比較器32に入力される参照電圧VREFを生成するものであり、位相比較器34と、チャージポンプ35と、ループフィルタ36とを有する。位相比較器34は、PSEL[4:1]のうち、隣接する2相のうち位相の早い相の立ち下がりエッジから後続する相の立ち上がりエッジの位相差を検出する。チャージポンプ35は、位相比較器34の出力信号を積分する。ループフィルタ36は、チャージポンプ35の出力信号を平滑化した信号を参照信号として比較器31に供給する。
FIG. 5 is a block diagram showing an internal configuration of the
位相同期部33で参照電圧VREFを生成する理由は、参照電圧VREFがばらつくとPSEL[4:1]のパルス幅が変動してしまい誤動作の要因となるためである。また、比較器31のオフセットをキャンセルする必要もあるためである。
The reason why the reference voltage V REF is generated by the phase synchronization unit 33 is that if the reference voltage V REF varies, the pulse width of PSEL [4: 1] varies, causing malfunction. This is also because it is necessary to cancel the offset of the
図6および図7は第2の実施形態におけるセレクタ24内部の信号波形図である。図6は参照電圧VREFが最適電圧Voptよりも低い場合の信号波形図、図7は参照電圧VREFが最適電圧Voptよりも高い場合の信号波形図である。
6 and 7 are signal waveform diagrams inside the
参照電圧VREFが最適電圧Voptよりも低い場合は、図6に示すように、PSEL[4:1]のそれぞれのパルス期間がオーバーラップしてしまう。オーバーラップした期間内では、4つのスイッチSW1〜SW4のうち、どれをオンするべきか判断できなくなり、誤動作の要因になる。また、参照電圧VREFが最適電圧Voptよりも高い場合は、図7に示すように、PSEL[4:1]のそれぞれのパルス幅は狭くなり、どのスイッチもオンしない期間が生じてしまう。 When the reference voltage V REF is lower than the optimum voltage V opt , the pulse periods of PSEL [4: 1] overlap as shown in FIG. Within the overlapped period, it becomes impossible to determine which of the four switches SW1 to SW4 should be turned on, causing malfunction. Further, when the reference voltage V REF is higher than the optimum voltage V opt , as shown in FIG. 7, each pulse width of PSEL [4: 1] becomes narrow, and a period in which no switch is turned on occurs.
そこで、位相同期部33は、参照電圧VREFが最適電圧Voptに一致するように帰還制御を行う。より具体的には、位相同期部33は、PSEL[4]の立ち下がりエッジとPSEL[3]の立ち上がりエッジのタイミングが一致するように位相調整を行う。なお、PSEL[1]やPSEL[2]を使って位相調整を行ってもよい。すなわち、位相同期部33は、隣接する2相のうち位相の早い相の立ち下がりエッジと後続する相の立ち上がりエッジとのタイミングが一致するように位相調整を行う。 Therefore, the phase synchronization unit 33 performs feedback control so that the reference voltage V REF matches the optimum voltage V opt . More specifically, the phase synchronization unit 33 performs phase adjustment so that the timing of the falling edge of PSEL [4] matches the timing of the rising edge of PSEL [3]. The phase adjustment may be performed using PSEL [1] or PSEL [2]. That is, the phase synchronization unit 33 performs phase adjustment so that the timing of the falling edge of the early phase of the two adjacent phases matches the timing of the rising edge of the subsequent phase.
位相同期部33内の位相比較器34には、例えば、PSEL[4]を反転させたPSELb[4]とPSEL[3]が入力される。位相比較器34は、これら2入力信号のうち、どちらの立ち上がりエッジが先に検出されるかで、UP信号を出力するか、DN信号を出力するかを決定する。例えば、PSEL[3]が先の場合はUP信号を出力し、PSELb[4]が先の場合はDN信号を出力する。
For example, PSELb [4] and PSEL [3] obtained by inverting PSEL [4] are input to the
UP信号とDN信号は、チャージポンプ35により積分された後、ループフィルタ36で平滑化されて、比較器31の参照電圧VREFになる。
The UP signal and DN signal are integrated by the
図6に示すように、PSEL[3]の立ち上がりエッジがPSELb[4]の立ち下がりエッジよりも位相比較器34に先に入力される場合は、参照電圧VREFが最適電圧Voptより低いことを意味するため、UP信号によって参照電圧VREFは徐々に上がり、UP信号が出力されなくなる状態、すなわちPSEL[3]とPSELb[4]のエッジが同タイミングになって、PSEL[4:1]のオーバーラップがなくなると、参照電圧VREFは最適電圧Voptに一致する。
As shown in FIG. 6, when the rising edge of PSEL [3] is input to the
また、図7に示すように、PSELb[4]の立ち下がりエッジがPSEL[3]の立ち上がりエッジよりも位相比較器34に先に入力される場合は、参照電圧VREFが最適電圧Voptよりも高いことを意味し、DN信号によって基準電圧は徐々に下がり、DN信号が出力されなくなる状態、すなわちPSEL[4:1]のオーバーラップがなくなると、参照電圧VREFは最適電圧Voptに一致する。
Also, as shown in FIG. 7, when the falling edge of PSELb [4] is input to the
このようにして調整したPSEL[4:1]を、スイッチSW1〜SW4の切替信号として用いると、多相信号Phase[4:1]の線形増加領域のみを抽出した単調変化信号SELoutをセレクタ24で生成できる。
When PSEL [4: 1] adjusted in this way is used as a switching signal for the switches SW1 to SW4, the monotonic change signal SEL out obtained by extracting only the linear increase region of the multiphase signal Phase [4: 1] is selected by the
このように、第2の実施形態では、参照電圧VREFが最適電圧Voptに一致するように位相同期部33で調整するため、複数のスイッチが重複してオンすることがなくなり、また、どのスイッチもオンしない期間が現れなくなり、線形な単調増加領域のみを含む単調変化信号SELoutを生成できる。 As described above, in the second embodiment, since the phase synchronization unit 33 adjusts the reference voltage V REF so as to match the optimum voltage V opt , a plurality of switches are prevented from being turned on redundantly. A period in which the switch is not turned on does not appear, and the monotone change signal SEL out including only a linear monotonously increasing region can be generated.
(第3の実施形態)
以下に説明する第3の実施形態は、第2の実施形態で説明した位相同期部33をデジタル化するものである。
(Third embodiment)
In a third embodiment described below, the phase synchronization unit 33 described in the second embodiment is digitized.
図8は第3の実施形態に係るセレクタ24の内部構成を示すブロック図である。図8のセレクタ24は、デジタル位相同期部41を有する他は、図5と同様に構成されている。
FIG. 8 is a block diagram showing an internal configuration of the
図8のデジタル位相同期部41は、デジタル位相比較器42と、デジタル積分器43と、デジタルフィルタ44と、DA変換器45とを有する。
The digital
デジタル位相比較器42は、隣接する2相のうち位相の早い相の立ち下がりエッジから後続する相の立ち上がりエッジの位相差を検出して、2値のデジタル信号として出力する。デジタル位相比較器42は、図8に示すように、1つのDフリップフロップで構成可能である。例えば、DフリップフロップのD入力端子にはPSEL[3]が入力され、クロック端子にはPSELb[4]が入力される。PSEL[3]とPSELb[4]のどちらの立ち上がりエッジが先に入力されるかで、Dフリップフロップの出力が1になるか−1(0)になるかが決定される。より具体的には、PSEL[3]の立ち上がりエッジの方が早ければ+1になり、PSELb[4]の立ち上がりエッジの方が早ければ−1(0)になる。
The
デジタル位相比較器42の出力は、デジタル積分器43で積分された後、デジタルフィルタ44により平滑化されて、DA変換器45に入力される。DA変換器45は、アナログ信号に変換して参照電圧VREFを生成する。
The output of the
図9および図10は第3の実施形態におけるセレクタ24内部の信号波形図である。図9は参照電圧VREFが最適電圧Voptよりも低い場合の信号波形図、図10は参照電圧VREFが最適電圧Voptよりも高い場合の信号波形図である。
9 and 10 are signal waveform diagrams inside the
図9と図10は、各図の最後に記載されたデジタル位相比較器42の出力信号波形以外は、図6および図7と共通する。
9 and 10 are common to FIGS. 6 and 7 except for the output signal waveform of the
このように、第3の実施形態は、デジタル位相同期部33を用いて参照電圧VREFの調整を行うため、構成を簡略化でき、またノイズの影響も受けにくくなる。 As described above, in the third embodiment, since the reference voltage V REF is adjusted using the digital phase synchronization unit 33, the configuration can be simplified and the influence of noise is less likely.
(第4の実施形態)
以下に説明する第4の実施形態は、量子化器25の内部構成に特徴を持たせたものである。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment described below, the internal configuration of the
図11は第4の実施形態に係る位相−デジタル変換器1(TDC)の内部構成を示すブロック図である。図11のTDC1は、量子化器25の内部構成が第1〜第3の実施形態と異なっており、それ以外は共通するため、以下では、相違点を中心に説明する。
FIG. 11 is a block diagram showing an internal configuration of the phase-digital converter 1 (TDC) according to the fourth embodiment. The
図11の量子化器25は、積分器51と、比較器52と、リセット信号生成部53と、スイッチ(切替部)SW5,SW6と、微分器54とを有する。
The
積分器51は、時間とともに電圧レベルが上昇する積分信号を生成する。比較器52は、キャリブレーションモード(Cal.Mode:第1モード)時にはセレクタ24が用いる参照電圧VREFと積分器51の出力信号とを比較し、通常モード(第2モード)時にはセレクタ24の出力信号と積分器51の出力信号とを比較した結果に基づいて、二値信号を生成する。
The
リセット信号生成部53は、比較器52から出力される二値信号の値が変化してから基準信号の立ち上がりまたは立ち下がりエッジが入力されるまでの間、リセット信号RSTを出力する。リセット信号生成部53は、例えば、2つのDフリップフロップ55,56と、これらDフリップフロップ55,56の出力信号同士でNAND演算を行うNANDゲート57と、を有する。
The reset
スイッチSW5,SW6は、リセット信号RSTの出力期間中に積分器51の動作を停止させる。微分器54は、カウンタ22のカウント値とリセット信号RSTとに基づいて、第2デジタル信号TDC[3:1]を生成する。
The switches SW5 and SW6 stop the operation of the
積分器51は、電流源58とキャパシタCの間に介挿されるスイッチSW5と、キャパシタCに並列接続されるスイッチSW6と、を有し、キャパシタCの一端側は比較器52の+入力端子に接続されている。比較器52の−入力端子には、セレクタ24の出力信号SELoutが入力される。
The
図12は量子化器25の内部の信号波形図である。リセット信号生成部53から出力されるリセット信号RSTが1のときはリセット状態であり、スイッチSW5はオフで、スイッチSW6はオンする。
FIG. 12 is a signal waveform diagram inside the
リセット信号生成部53は、基準信号源11からの基準信号REFの立ち上がりエッジが入力されると、リセット信号を0にして、リセット状態を解除する(時刻t1)。これにより、スイッチSW1はオンに、スイッチSW2はオフになり、積分器51内のキャパシタCは電荷の蓄積を開始し、積分器51の出力信号(積分信号)CPoutの電圧レベルは、時間とともに線形に増大する(時刻t1〜t2)。
When the rising edge of the reference signal REF from the
積分信号CPoutが参照電圧VREFまたはセレクタ24の出力信号SELoutを超えると、比較器52の出力信号CMPoutは1になり(時刻t2〜t3)、リセット信号は1になる。
When the integration signal CP out exceeds the reference voltage V REF or the output signal SEL out of the
その後、基準信号源11からの基準信号REFがハイになると、リセット信号は0になる(時刻t4)。リセット信号生成部53内のフリップフロップ55は、比較器52の出力信号CMPoutの立ち上がりエッジを検出すると、リセット信号RSTを1にしてリセット状態になる(時刻t5)。これにより、スイッチSW1はオフ、スイッチSW2はオンし、積分器51内のキャパシタCは放電動作を開始し、積分信号CPoutは0になる(時刻t6)。
Thereafter, when the reference signal REF from the
量子化器25がこのような動作を行っている最中、カウンタ22は継続してカウントアップ動作を行う。微分器54は、リセット信号RSTが解除された時点でのカウンタ22のカウント値と、次にリセット信号RSTがリセット状態になった時点でのカウンタ22のカウント値とを記憶し、両カウント値の差分を検出する微分処理を行う。微分器54は、積分信号CPoutが0の時点から、積分信号CPoutがセレクタ24の出力信号SELoutまたは参照電圧VREFを超えるまでの時間を検出する。
While the
微分器54の出力信号は相対的なデジタル値であり、その最大値である参照電圧VREFで規格化する必要があることから、キャリブレーションモードを設けている。キャリブレーションモードでは、比較器52は積分信号CPoutと参照電圧VREFとを比較し、微分器54は、積分信号CPoutが0の時点から、積分信号CPoutが参照電圧VREFを超えるまでの時間を検出する。
Since the output signal of the
図12では、時刻t1〜t4がキャリブレーションモード期間であり、時刻t5以降は通常モード期間である。 In FIG. 12, time t1 to t4 is a calibration mode period, and after time t5 is a normal mode period.
微分器54は、上述したように、両カウント値の差分を検出して、その差分を参照電圧VREFで正規化したデジタル値TDC[3:1]を出力する。
As described above, the
上述したカウンタ22は、図1の受信機2に元々設けられているバイナリカウンタ14を流用することができる。流用ができる理由は、微分器54では、カウンタ22のカウント値の差分を取ることから、カウンタ22はカウントアップ動作を継続していればよく、カウント値には依存しないためである。
As the
このように、第4の実施形態では、リセット状態が解除された時点のカウント値と、積分信号CPoutがセレクタ24の出力信号SELoutを超えた時点のカウント値との差分を微分器54で検出してTDC[3:1]を決定するため、量子化器25の処理をデジタル信号処理で実現可能となる。また、カウンタ22は常にカウントアップ動作を続けておけばよいため、図1の受信機2に元々設けられているカウンタ14のカウント値をそのまま使用でき、別個にカウンタ22を設けなくて済むため、位相−デジタル変換器1の内部構成を簡略化できる。
As described above, in the fourth embodiment, the
上述した実施形態で説明した受信機2および位相−デジタル変換器1の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、受信機1および位相−デジタル変換器1の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやCD−ROM等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
At least a part of the
また、受信機1の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線(無線通信も含む)を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
Further, a program for realizing at least a part of the functions of the
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。 The aspect of the present invention is not limited to the individual embodiments described above, and includes various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present invention are not limited to the contents described above. That is, various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.
1 位相−デジタル変換器、2 受信機、3 アンテナ、4 低雑音増幅器、5 周波数変換器、6 分周器、7 低域通過フィルタ、8 A/D変換器、9 デジタル信号復調部、10 周波数シンセサイザ部、21 分周器、22 バイナリカウンタ、23 サンプルホールド部、24 セレクタ、25 量子化器、31 比較器、32 エンコーダ、33 位相同期部、34 位相比較器、35 チャージポンプ、36 ループフィルタ、41 デジタル位相同期部、42 デジタル位相比較器、43 デジタル積分器、44 デジタルフィルタ、45 DA変換器、51 積分器、52 比較器、53 リセット信号生成部、54 微分器、55,56 Dフリップフロップ、57 NANDゲート
2
1 phase-digital converter, 2 receiver, 3 antenna, 4 low noise amplifier, 5 frequency converter, 6 frequency divider, 7 low pass filter, 8 A / D converter, 9 digital signal demodulator, 10 frequency Synthesizer section, 21 frequency divider, 22 binary counter, 23 sample hold section, 24 selector, 25 quantizer, 31 comparator, 32 encoder, 33 phase synchronization section, 34 phase comparator, 35 charge pump, 36 loop filter, 41 digital phase synchronization unit, 42 digital phase comparator, 43 digital integrator, 44 digital filter, 45 DA converter, 51 integrator, 52 comparator, 53 reset signal generation unit, 54 differentiator, 55, 56 D flip-
Claims (10)
前記第1〜第2nの多相信号に含まれる単調増加または単調減少する信号期間を、nビットの第1デジタル信号に基づいて1/2n周期ごとに選択して単調変化信号を生成するセレクタと、
前記単調変化信号を(m−n)ビット(mは2以上の整数で、m>n)の第2デジタル信号に量子化する量子化器と、を備え、
前記基準信号と前記第1〜第2n相の多相周期信号との位相差信号の上位側ビットは前記第1デジタル信号であり、前記位相差信号の下位側ビットは前記第2デジタル信号である位相−デジタル変換器。 The first to second n- phase signals are generated by sampling and holding the first to second n- phase (n is an integer of 1 or more) multi-phase periodic signals in synchronization with the reference signal. 2 n sample and hold units;
A monotonically increasing or monotonically decreasing signal period included in the first to second n multiphase signals is selected every 1/2 n period based on the n-bit first digital signal to generate a monotonic change signal. A selector,
A quantizer that quantizes the monotonic change signal into a second digital signal of (mn) bits (m is an integer of 2 or more, m> n),
The higher-order bits of the phase difference signal between the reference signal and the first to second n- phase multiphase signals are the first digital signal, and the lower-order bits of the phase difference signal are the second digital signal. A phase-to-digital converter.
前記第1〜第2nの多相信号のそれぞれと所定の参照信号とを比較した結果を示す2n個の二値信号を生成する第1比較器と、
前記2n個の二値信号を符号化して前記第1デジタル信号を生成する符号化部と、
前記第1〜第2nの多相信号のうち、隣接する2相のうち位相の早い相の立ち下がりエッジから後続する相の立ち上がりエッジまでの位相差を検出する位相比較器と、
前記位相比較器の出力を積分するチャージポンプと、
前記チャージポンプの出力信号を平滑化した信号を前記参照信号として前記比較器に供給するループフィルタと、を有する請求項1または2に記載の位相−デジタル変換器。 The selector is
A first comparator that generates 2 n binary signals indicating a result of comparing each of the first to second n multiphase signals and a predetermined reference signal;
An encoding unit that encodes the 2 n binary signals to generate the first digital signal;
A phase comparator for detecting a phase difference from a falling edge of an early phase of two adjacent phases to a rising edge of a subsequent phase among the first to second n multiphase signals;
A charge pump for integrating the output of the phase comparator;
The phase-digital converter according to claim 1, further comprising: a loop filter that supplies a signal obtained by smoothing an output signal of the charge pump to the comparator as the reference signal.
前記デジタル積分器の出力信号を平滑化するデジタルフィルタと、
前記デジタルフィルタの出力信号をアナログの前記参照信号に変換するデジタル−アナログ変換器と、を備える請求項3に記載の位相−デジタル変換器。 A digital integrator that integrates an output of a digital signal representing a phase difference detected by the phase comparator;
A digital filter for smoothing the output signal of the digital integrator;
The phase-digital converter of Claim 3 provided with the digital-analog converter which converts the output signal of the said digital filter into the said analog reference signal.
前記量子化器は、
時間とともに電圧レベルが上昇する積分信号を生成する積分器と、
前記セレクタの出力信号と前記積分器の出力信号とを比較した結果に基づいて、二値信号を生成する第2比較器と、
前記第2比較器から出力される前記二値信号の値が変化してから前記基準信号の立ち上がりまたは立ち下がりエッジが入力されるまでの間、リセット状態に設定するリセット信号生成部と、
前記リセット状態の期間中は、前記積分器の動作を停止させる切替部と、
前記リセット状態が解除された期間内にカウントされた前記カウンタのカウント値に基づいて前記第2デジタル信号を生成する微分器と、を有する請求項1乃至4のいずれかに記載の位相−デジタル変換器。 A counter that measures the number of rising or falling edges of any of the first to second n multiphase signals;
The quantizer is
An integrator that generates an integrated signal whose voltage level increases over time;
A second comparator that generates a binary signal based on a result of comparing the output signal of the selector and the output signal of the integrator;
A reset signal generation unit that sets a reset state until the rising or falling edge of the reference signal is input after the value of the binary signal output from the second comparator changes;
During the period of the reset state, a switching unit that stops the operation of the integrator,
5. The phase-digital conversion according to claim 1, further comprising: a differentiator that generates the second digital signal based on a count value of the counter counted within a period in which the reset state is released. vessel.
前記微分器は、前記第1モード時における前記第2比較器の比較結果に基づいて、前記微分処理した値を正規化して前記第2デジタル信号を生成する請求項5または6に記載の位相−デジタル変換器。 The second comparator compares the maximum signal that can be output by the selector with the output signal of the integrator in the first mode, and compares the output signal of the selector with the output signal of the integrator in the second mode. Based on the result, a binary signal is generated,
7. The phase − according to claim 5, wherein the differentiator generates the second digital signal by normalizing the differentiated value based on a comparison result of the second comparator in the first mode. Digital converter.
前記周波数変換器の不要な高周波成分を除去する低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタを通過した信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器と、
前記電圧制御発振信号の周波数を帰還制御する周波数シンセサイザと、を備え、
前記周波数シンセサイザは、
前記電圧制御発振信号の位相を検出する位相−デジタル変換器と、
前記電圧制御発振信号の位相を前記位相−デジタル変換器よりも粗く検出するカウンタと、
前記位相−デジタル変換器の出力値と前記カウンタのカウント値とに基づいて、前記電圧制御発振信号の周波数を制御するための制御信号を生成するループゲイン制御部と、を有し、
前記位相−デジタル変換器は、
基準信号に同期して、第1〜第2n相(nは1以上の整数)の多相周期信号をサンプルホールドして、第1〜第2nの多相信号を生成する第1〜第2nのサンプルホールド部と、
前記第1〜第2nの多相信号に含まれる単調増加または単調減少する信号期間を、nビットの第1デジタル信号に基づいて1/2n周期ごとに選択して単調変化信号を生成するセレクタと、
前記単調変化信号を(m−n)ビット(mは2以上の整数で、m>n)の第2デジタル信号に量子化する量子化器と、を備え、
前記基準信号と前記第1〜第2n相の多相周期信号との位相差信号の上位側ビットは前記第1デジタル信号であり、前記位相差信号の下位側ビットは前記第2デジタル信号である受信機。 A frequency converter that detects a phase difference between the phase of the received signal and the phase of the voltage controlled oscillation signal generated by the voltage controlled oscillator;
A low-pass filter for removing unnecessary high-frequency components of the frequency converter;
An analog-to-digital converter that converts a signal that has passed through the low-pass filter into a digital signal;
A frequency synthesizer that feedback controls the frequency of the voltage-controlled oscillation signal,
The frequency synthesizer is
A phase-digital converter for detecting the phase of the voltage-controlled oscillation signal;
A counter that detects the phase of the voltage-controlled oscillation signal more coarsely than the phase-digital converter;
A loop gain control unit that generates a control signal for controlling the frequency of the voltage-controlled oscillation signal based on the output value of the phase-digital converter and the count value of the counter;
The phase-to-digital converter is
The first to second n- phase signals are generated by sampling and holding the first to second n- phase (n is an integer of 1 or more) multi-phase periodic signals in synchronization with the reference signal. 2 n sample and hold units;
A monotonically increasing or monotonically decreasing signal period included in the first to second n multiphase signals is selected every 1/2 n period based on the n-bit first digital signal to generate a monotonic change signal. A selector,
A quantizer that quantizes the monotonic change signal into a second digital signal of (mn) bits (m is an integer of 2 or more, m> n),
The higher-order bits of the phase difference signal between the reference signal and the first to second n- phase multiphase signals are the first digital signal, and the lower-order bits of the phase difference signal are the second digital signal. There is a receiver.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2016063700A1 (en) * | 2014-10-22 | 2017-09-07 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Phase synchronization circuit and frequency synthesizer |
| US10218364B2 (en) | 2014-12-25 | 2019-02-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Time to digital converter, phase difference pulse generator, radio communication device, and radio communication method |
| US11121717B2 (en) | 2019-09-30 | 2021-09-14 | Seiko Epson Corporation | A/D conversion circuit |
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Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4443616B2 (en) * | 2008-03-07 | 2010-03-31 | 株式会社半導体理工学研究センター | Time digital conversion circuit |
| JP2010021686A (en) * | 2008-07-09 | 2010-01-28 | Toshiba Corp | Digital phase detector and digital phase-locked loop circuit |
| US8098085B2 (en) * | 2009-03-30 | 2012-01-17 | Qualcomm Incorporated | Time-to-digital converter (TDC) with improved resolution |
| JP2012070087A (en) * | 2010-09-21 | 2012-04-05 | Toshiba Corp | Digital phase comparator and digital phase synchronization circuit |
-
2013
- 2013-08-23 JP JP2013173864A patent/JP2016181735A/en active Pending
-
2014
- 2014-08-22 WO PCT/JP2014/072063 patent/WO2015025966A1/en not_active Ceased
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2016063700A1 (en) * | 2014-10-22 | 2017-09-07 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Phase synchronization circuit and frequency synthesizer |
| US10218364B2 (en) | 2014-12-25 | 2019-02-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Time to digital converter, phase difference pulse generator, radio communication device, and radio communication method |
| JP7132554B2 (en) | 2016-11-08 | 2022-09-07 | テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド | High linearity phase interpolator |
| US11121717B2 (en) | 2019-09-30 | 2021-09-14 | Seiko Epson Corporation | A/D conversion circuit |
| US11563438B2 (en) | 2019-09-30 | 2023-01-24 | Seiko Epson Corporation | A/D conversion circuit |
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