CN105703768A - 时钟恢复装置及接收器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种时钟恢复装置及接收器，涉及集成电路技术。该装置，包括：带宽控制器，包括第一注入器和第一压控振荡器；相位调节器，包括第二注入器和第二压控振荡器；第一注入器用于将接收时钟以第一注入强度注入到第一压控振荡器中；第一压控振荡器用于将第一压控振荡器的抖动传递带宽调节至目标抖动传递带宽，产生一对正交时钟，发送给第二注入器；第二注入器用于将正交时钟以第二注入强度正交注入到第二压控振荡器中；第二注入强度至少为第一注入强度的四倍；第二压控振荡器用于根据第二注入强度，将第二压控振荡器的抖动传递带宽调节至第二抖动传递带宽，产生正交采样时钟；其中，第二抖动传递带宽至少为目标抖动传递带宽的四倍。

Description

时钟恢复装置及接收器

技术领域

本发明实施例涉及集成电路技术，尤其涉及一种时钟恢复装置及接收器。

背景技术

时钟恢复装置被广泛应用在高速源同步传输系统的接收器中。图1为现有技术的源同步传输系统的接收器的结构示意图。如图1所示，其中，接收器的由时钟恢复装置和采样器组成。其中，时钟恢复装置的主要作用包括：(1)调节接收时钟相位，将采样时钟对齐接收数据进行正确采样；(2)滤除接收时钟上的高频率抖动噪声，提高采样可靠性。通常将时钟恢复装置能够滤除的抖动噪声的最小频率值称为该装置的抖动传递带宽。抖动传递带宽的大小对接收器的采样可靠性产生很大影响：(1)抖动传递带宽过小(通常小于一百兆赫兹)会导致接收时钟上有益的低频率抖动噪声被滤除，不能保证接收器具备最优的采样可靠性；(2)抖动传递带宽过大(通常大于一千兆赫兹)会导致接收时钟上有害的高频率抖动噪声不能被滤除，导致接收器的采样可靠性降低。为了使接收器具备最佳的采样可靠性，通常需要将时钟恢复装置的抖动传递带宽设置为数十到数百兆赫兹之间的某个固定值。注入锁定型时钟恢复装置是一种功耗较低的新型时钟恢复装置，并已经逐步被使用于源同步传输系统的接收器中。

图2为现有技术1的注入锁定型时钟恢复装置的结构示意图。如图2所示，图2示出的注入锁定型时钟恢复装置主要由压控振荡器和注入器组成。其中，压控振荡器用于产生时钟，它的自由振荡频率由控制电压决定；注入器用于将接收时钟以一定方式叠加注入到压控振荡器中。图2示出的注入锁定型时钟恢复装置可以实现：(1)注入锁定：当一个外部频率为f_out的接收时钟通过一定方式(注入器)注入到一个自由振荡频率为f_run的压控振荡器时，并且二者频率差别小于一定范围，那么最终压控振荡器的振荡频率也将被锁定到频率f_out。也就是说，在注入锁定后，采样时钟和接收时钟的频率保持一致，因此能够用于采样数据；(2)时钟相位调节功能：当改变压控振荡器的自由振荡频率f_run时，压控振荡器的输出时钟相位会随之线性变化，因此可以通过变化控制电压来调节采样时钟相位，并最终对齐数据中心进行正确采样；(3)抖动噪声滤除功能：注入锁定后的压控振荡器对于接收时钟上抖动噪声的作用等效为一个一阶低通滤波器，其抖动传递带宽通常在数十到数百兆赫兹之间，因此该装置能够提高接收器的采样可靠性。但是，图2所示的注入锁定型时钟恢复装置至少具有如下缺陷：(1)非恒定的抖动传递带宽。当改变压控振荡器的自由振荡频率f_run时，也就是调节采样时钟相位的过程中，时钟恢复装置的抖动传递带宽也会发生变化，并且变化十分剧烈，变化范围可从数十兆到数百兆赫兹。但是对于固定的接收器来说，只有一个抖动传递带宽值为最优值，因此非恒定的抖动传递带宽会导致接收器的采样可靠性下降。(2)非精确的正交采样时钟。当改变压控振荡器的自由振荡频率f_run时，也就是调节采样时钟相位的过程中，压控振荡器的正交采样时钟的正交相位关系也会发生变化，不能始终保持精确的90度相位关系。但是时钟恢复装置需要一对精确的正交(90度)时钟进行四分之一速率采样，因此该问题会导致接收器的采样可靠性下降。

图3为现有技术2的注入锁定型时钟恢复装置的另一结构示意图。如图3所示，相比于图2所示的技术方案，图3示出的注入锁定型时钟恢复装置增加了延迟跟踪器、带宽插值器和正交时钟生成器。其中，延迟追踪器用于补偿路径S1的延迟时间，保证产生路径S1和S2具有相同延迟时间；带宽插值器对两条路径送来的同相位时钟进行插值；正交时钟生成器根据输入时钟产生一对精确的正交(90度)时钟。图3示出的注入锁定型时钟恢复装置可以解决图2示出技术方案的缺陷：(1)保证恒定抖动传递带宽：接收时钟分别经过两条不同路径，然后送入带宽插值器：(a)路径S1为一个延迟跟踪器，仅为延迟作用，因此具有很大的抖动传递带宽(可达到数千兆赫兹)；(b)路径S2为一个注入锁定型时钟恢复装置，则具有较小的抖动传递带宽(数十到数百兆赫兹)。当路径S2中调节时钟相位完成后，该路径的抖动传递带宽也相应发生变化，但是该变化可以通过改变带宽插值器的插值比例，利用路径S1进行补偿，因此整个时钟恢复装置的抖动传递带宽保持不变。(2)保证精确正交采样时钟：正交注入能够有效解决非精确的正交采样时钟问题。图3示出的注入锁定型时钟恢复装置的结构示意图中的路径S2中的压控振荡器使用正交时钟生成器产生的正交时钟进行正交注入，因此能够保证在调节相位的同时也依然输出精确的正交采样时钟。但是，图3所示的注入锁定型时钟恢复装置至少具有如下缺陷：(1)延迟跟踪器和带宽插值器均为功耗消耗较大的电路，因此该技术具有较大的功耗开销；(2)为了产生精确的正交时钟，需加入额外的正交时钟生成器，增加了时钟恢复装置的功耗；(3)该时钟恢复装置结构复杂，实现起来难度较大，设计周期较长。

发明内容

本发明实施例提供一种时钟恢复装置及接收器，以解决现有技术的注入锁定型时钟恢复装置存在的无法保证恒定的抖动传递带宽和精确的正交采样时钟的缺陷，降低功率开销和设计复杂度。

第一方面，本发明实施例提供一种时钟恢复装置，其中，所述时钟恢复装置，包括：带宽控制器，包括第一注入器和第一压控振荡器；

级联连接到所述带宽控制器的相位调节器，包括第二注入器和第二压控振荡器；其中，所述第一压控振荡器与所述第二注入器级联；

所述第一注入器，与所述第一压控振荡器相连，用于将接收时钟以预设的第一注入强度注入到所述第一压控振荡器中；所述第一注入强度对应于所述时钟恢复装置的目标抖动传递带宽；

所述第一压控振荡器，用于根据所述第一注入强度，将所述第一压控振荡器的抖动传递带宽调节至所述时钟恢复装置的目标抖动传递带宽，并根据所述接收时钟及所述目标抖动传递带宽，产生一对正交时钟以发送给所述第二注入器；

所述第二注入器，与所述第二压控振荡器相连，用于将所述正交时钟以预设的第二注入强度正交注入到所述第二压控振荡器中；所述第二注入强度至少为所述第一注入强度的四倍；

所述第二压控振荡器，用于根据所述第二注入强度，将所述第二压控振荡器的抖动传递带宽调节至第二抖动传递带宽，并根据所述第一压控振荡器产生的正交时钟产生正交采样时钟；其中，所述第二抖动传递带宽至少为所述目标抖动传递带宽的四倍。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述带宽控制器还包括：

第一频率控制器，与所述第一压控振荡器相连，用于通过调节所述第一压控振荡器的控制电压，将所述第一压控振荡器的自由振荡频率调节至第一自由振荡频率，所述第一自由振荡频率对应于所述第一压控振荡器的最小抖动传递带宽。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述相位调节器还包括：

第二频率控制器，与所述第二压控振荡器相连，用于通过调节所述第二压控振荡器的控制电压，将所述正交采样时钟的相位调节至第一相位，所述第一相位与接收数据信号的中心对齐。

在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第一压控振荡器为具有m级差分结构的环形振荡器；其中，所述m级差分结构的每一级为采用线性阻抗结构的延迟单元，所述m为大于1的偶数。

在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第二压控振荡器为具有n级差分结构的环形振荡器；其中，所述n级差分结构的每一级为采用线性阻抗结构的延迟单元，所述n为大于1的偶数。

在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述第一注入器具有时钟输入端、第一注入信号注入端和第一时钟输出端；所述时钟输入端用于接收所述接收时钟；所述第一注入信号注入端用于输入可变电流源；所述第一时钟输出端连接至所述第一压控振荡器。

在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述第二注入器具有级联端口、第二注入信号注入端和第二时钟输出端；所述第二注入器通过所述级联端口级联至所述第二压控振荡器；所述第二注入信号注入端用于输入可变电流源；所述第二时钟输出端连接至所述第二压控振荡器。

第二方面，本发明实施例提供一种接收器，包括时钟恢复装置和采样器，其中，所述时钟恢复装置为本发明任意实施例所提供的时钟恢复装置。

本发明实施例提供的时钟恢复装置及接收器，通过分别对第一注入器和第二注入器的注入强度进行控制，让第二注入器的第二注入强度远大于第一注入器的第一注入强度，从而使带宽控制器的抖动传递带宽远大于相位调节器的抖动传递带宽，整个时钟恢复装置的整体带宽由带宽较小的带宽控制器决定。所以，在相位调节器调节正交采样时钟相位的过程中，时钟恢复装置的抖动传递带宽是恒定的，同时，由于相位调节器的第二压控振荡器采用了带宽控制器输出的正交时钟进行正交注入，所以也能够保证采样时钟精确的正交相位关系，降低了功率开销和设计复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的源同步传输系统的接收器的结构示意图；

图2为现有技术的注入锁定型时钟恢复装置的结构示意图；

图3为现有技术的注入锁定型时钟恢复装置的另一结构示意图；

图4为本发明实施例提供的时钟恢复装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的时钟恢复装置的又一结构示意图；

图6为本发明实施例提供的时钟恢复装置的另一结构示意图；

图7为图6中延迟单元的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的接收机的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图4为本发明实施例提供的时钟恢复装置的结构示意图。如图4所示，本发明实施例提供的时钟恢复装置，包括：

带宽控制器10，包括第一注入器11和第一压控振荡器13；

级联连接到所述带宽控制器10的相位调节器20，包括第二注入器21和第二压控振荡器23；其中，所述第一压控振荡器13与所述第二注入器21级联；

所述第一注入器11，与所述第一压控振荡器13相连，用于将接收时钟以预设的第一注入强度注入到所述第一压控振荡器13中；所述第一注入强度对应于所述时钟恢复装置的目标抖动传递带宽；

所述第一压控振荡器13，用于根据所述第一注入强度，将所述第一压控振荡器13的抖动传递带宽调节至所述时钟恢复装置的目标抖动传递带宽，并根据所述接收时钟及所述目标抖动传递带宽，产生一对正交时钟以发送给所述第二注入器21；

所述第二注入器21，与所述第二压控振荡器23相连，用于将所述正交时钟以预设的第二注入强度正交注入到所述第二压控振荡器23中；所述第二注入强度至少为所述第一注入强度的四倍；

所述第二压控振荡器23，用于根据所述第二注入强度，将所述第二压控振荡器23的抖动传递带宽调节至第二抖动传递带宽，并根据所述第一压控振荡器13产生的正交时钟产生正交采样时钟；其中，所述第二抖动传递带宽至少为所述目标抖动传递带宽的四倍。

在本发明实施例提供的时钟恢复装置可以应用在高速源同步传输系统的接收器中。所述时钟恢复装置的目标抖动传递带宽，为所述时钟恢复装置能够滤除的抖动噪声的最小频率值。所述带宽控制器10使用接收时钟对第一压控振荡器13进行弱注入(使用第一注入强度)，产生一对正交时钟，并将所述正交时钟发送至相位调节器20。所述相位调节器20使用所述带宽控制器10中的第一压控振荡器13所产生的正交时钟对相位调节器20中的第二压控振荡器进行正交注入(使用第二注入强度)，并将产生的正交采样时钟的相位调节至对齐接收数据信号的中心。

注入强度是指注入器将接收时钟注入到压控振荡器时所使用的电压或电流的幅度大小；所使用的电压或电流的幅度越大，注入强度越强，反之注入强度越弱。所述第一注入强度是指第一注入器11将接收时钟注入到第一压控振荡器13时所使用的电压或电流的幅度大小；所述第二注入强度是指第二注入器21将接收时钟注入到第二压控振荡器23时所使用的电压或电流的幅度大小。压控振荡器的抖动传递带宽和注入强度成线性关系：注入强度越大，抖动传递带宽也越大，反之抖动传递带宽越小。

图5为本发明实施例提供的时钟恢复装置的又一结构示意图。如图5所示，在上述实施例的基础上，所述带宽控制器10还包括：第一频率控制器12，与所述第一压控振荡器13相连，用于通过调节所述第一压控振荡器13的控制电压，将所述第一压控振荡器13的自由振荡频率调节至第一自由振荡频率，所述第一自由振荡频率对应于所述第一压控振荡器13的最小抖动传递带宽。可选的，所述相位调节器20还包括：第二频率控制器22，与所述第二压控振荡器23相连，用于通过调节所述第二压控振荡器23的控制电压，将所述正交采样时钟的相位调节至第一相位，所述第一相位与接收数据信号的中心对齐。

在本发明实施例提供的时钟恢复装置中，所述第一注入器11将接收时钟以第一注入强度注入到所述第一压控振荡器13中，将所述第一压控振荡器13的抖动传递带宽(f_A)调节至所述时钟恢复装置的目标抖动传递带宽(f_bandwidth)；所述第二注入器21将所述第一压控振荡器13产生的正交时钟以第二注入强度正交注入到所述第二压控振荡器23中，由于所述第二注入强度至少为所述第一注入强度的四倍，即所述第二注入强度远大于所述第一注入强度，使得第二压控振荡器23的最小抖动传递带宽(f_Bmin)将远大于所述第一压控振荡器13的最小抖动传递带宽，也就是远大于f_bandwidth。所述第二频率控制器22通过调节所述第二压控振荡器23的控制电压，将所述第二压控振荡器23产生的正交采样时钟的相位调节至与接收数据信号的中心对齐；在调节过程中所述第二压控振荡器23的抖动传递带宽将在最小值f_Bmin和最大值f_max间变化，调节相位完成后，所述第二压控振荡器23的抖动传递带宽为f_B，因为f_B大于f_Bmin，因此f_B也远大于f_bandwidth。此时，第一压控振荡器13的抖动传递带宽f_A等于时钟恢复装置的目标抖动传递带宽f_bandwidth，且远小于第二压控振荡器23的抖动传递带宽f_B，因此，整个时钟恢复装置的整体带宽由带宽较小的第一压控振荡器13决定。又因为第一压控振荡器13的带宽f_A就等于f_bandwidth，所以整个时钟恢复装置的带宽就等于时钟恢复装置的目标抖动传递带宽f_bandwidth。所以，在相位调节器调节正交采样时钟相位的过程中，本发明实施例提供的时钟恢复装置的抖动传递带宽是恒定的。

由于相位调节器20的第二压控振荡器23采用了带宽控制器10输出的正交时钟进行正交注入，所以采样时钟也能够保证精确的正交相位关系。因此，本发明实施例提供的时钟恢复装置可以保证正交采样时钟始终保持精确的90度相位关系。

而且，相比于主要由压控振荡器和注入器组成的现有技术中注入锁定型时钟恢复装置的技术方案(现有技术1)，本发明实施例提供的时钟恢复装置仅增加了一个压控振荡器和一个注入器，这些器件均不会带来较大功耗开销；相比于现有技术中主要由压控振荡器、注入器以及延迟跟踪器、带宽插值器和正交时钟生成器组成的注入锁定型时钟恢复装置的技术方案(现有技术2)，本发明实施例提供的时钟恢复装置的功耗更低。进一步，本发明实施例提供的时钟恢复装置中的带宽控制器和相位调节器中的注入器、频率控制器和压控振荡器均可以复用；也就是说设计本发明实施例提供的时钟恢复装置所需的工作量和现有技术1的设计工作量基本相同，与现有技术2的设计工作量相比极大减少。本发明实施例提供的时钟恢复装置降低了功率开销和设计复杂度。

在上述实施例的基础上，所述第一压控振荡器为具有m级差分结构的环形振荡器；其中，所述m级差分结构的每一级为采用线性阻抗结构的延迟单元，所述m为大于1的偶数。

可选的，所述第二压控振荡器为具有n级差分结构的环形振荡器；其中，所述n级差分结构的每一级为采用线性阻抗结构的延迟单元，所述n为大于1的偶数。

所述第一注入器具有时钟输入端、第一注入信号注入端和第一时钟输出端；所述时钟输入端用于接收所述接收时钟；所述第一注入信号注入端用于输入可变电流源；所述第一时钟输出端连接至所述第一压控振荡器。

所述第二注入器具有级联端口、第二注入信号注入端和第二时钟输出端；所述第二注入器通过所述级联端口级联至所述第二压控振荡器；所述第二注入信号注入端用于输入可变电流源；所述第二时钟输出端连接至所述第二压控振荡器。

图6为本发明实施例提供的时钟恢复装置的另一结构示意图。图7为图6中延迟单元的结构示意图。如图6和图7所示，本发明实施例提供的时钟恢复装置以图4所示的结构为基础。进一步，本发明实施例提供的时钟恢复装置中，第一压控振荡器和第二压控振荡器都分别使用四级差分结构的环形振荡器，每级采用线性阻抗结构的延迟单元。通过控制电压可以改变延迟单元的延迟时间，从而改变相应的压控振荡器的自由振荡频率。图6中的弱注入器即为上述第一注入器，强正交注入器即为上述第二注入器；通过调节可变电流源A的大小来改变弱注入器的第一注入强度的大小，通过调节可变电流源B的大小来改变强正交注入器的第二注入强度的大小，使得所述第二注入强度至少为所述第一注入强度的四倍，即所述第二注入强度远大于所述第一注入强度。电流源电流越大，注入强度越大。

图8为本发明实施例提供的接收机的结构示意图。如图8所示，本发明实施例提供的接收机30，包括：时钟恢复装置31和采样器32，其中，所述时钟恢复装置31为本发明任意实施例所提供的时钟恢复装置。本发明实施例提供的接收机可以应用在高速源同步传输系统中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种时钟恢复装置，其特征在于，包括：

带宽控制器，包括第一注入器和第一压控振荡器；

级联连接到所述带宽控制器的相位调节器，包括第二注入器和第二压控振荡器；其中，所述第一压控振荡器与所述第二注入器级联；

所述第一注入器，与所述第一压控振荡器相连，用于将接收时钟以预设的第一注入强度注入到所述第一压控振荡器中；所述第一注入强度对应于所述时钟恢复装置的目标抖动传递带宽；

所述第一压控振荡器，用于根据所述第一注入强度，将所述第一压控振荡器的抖动传递带宽调节至所述时钟恢复装置的目标抖动传递带宽，并根据所述接收时钟及所述目标抖动传递带宽，产生一对正交时钟以发送给所述第二注入器；

所述第二注入器，与所述第二压控振荡器相连，用于将所述正交时钟以预设的第二注入强度正交注入到所述第二压控振荡器中；所述第二注入强度至少为所述第一注入强度的四倍；

所述第二压控振荡器，用于根据所述第二注入强度，将所述第二压控振荡器的抖动传递带宽调节至第二抖动传递带宽，并根据所述第一压控振荡器产生的正交时钟产生正交采样时钟；其中，所述第二抖动传递带宽至少为所述目标抖动传递带宽的四倍。

2.根据权利要求1所述的时钟恢复装置，其特征在于，所述带宽控制器还包括：

第一频率控制器，与所述第一压控振荡器相连，用于通过调节所述第一压控振荡器的控制电压，将所述第一压控振荡器的自由振荡频率调节至第一自由振荡频率，所述第一自由振荡频率对应于所述第一压控振荡器的最小抖动传递带宽。

3.根据权利要求1所述的时钟恢复装置，其特征在于，所述相位调节器还包括：

第二频率控制器，与所述第二压控振荡器相连，用于通过调节所述第二压控振荡器的控制电压，将所述正交采样时钟的相位调节至第一相位，所述第一相位与接收数据信号的中心对齐。

4.根据权利要求1所述的时钟恢复装置，其特征在于，

所述第一压控振荡器为具有m级差分结构的环形振荡器；其中，所述m级差分结构的每一级为采用线性阻抗结构的延迟单元，所述m为大于1的偶数。

5.根据权利要求1所述的时钟恢复装置，其特征在于，

所述第二压控振荡器为具有n级差分结构的环形振荡器；其中，所述n级差分结构的每一级为采用线性阻抗结构的延迟单元，所述n为大于1的偶数。

6.根据权利要求1所述的时钟恢复装置，其特征在于，

所述第一注入器具有时钟输入端、第一注入信号注入端和第一时钟输出端；所述时钟输入端用于接收所述接收时钟；所述第一注入信号注入端用于输入可变电流源；所述第一时钟输出端连接至所述第一压控振荡器。

7.根据权利要求1所述的时钟恢复装置，其特征在于，

所述第二注入器具有级联端口、第二注入信号注入端和第二时钟输出端；所述第二注入器通过所述级联端口级联至所述第二压控振荡器；所述第二注入信号注入端用于输入可变电流源；所述第二时钟输出端连接至所述第二压控振荡器。

8.一种接收器，包括时钟恢复装置和采样器，其特征在于，所述时钟恢复装置为权利要求1-7任一项所述的时钟恢复装置。