CN110059041A - 传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明传输系统，包括相互连接的发送电路和接收电路；发送电路至少包括一时钟产生电路，接收电路至少包括一时钟恢复电路，时钟产生电路与时钟恢复电路相互耦合；其中时钟产生电路包括多个相互耦合的发送自定时振荡环；时钟恢复电路包括多个相互耦合的接收自定时振荡环。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：可以提高发送端和接收端时钟的同步性能，减少接收电路设计的复杂性。

Description

传输系统
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域，具体地本发明涉及一种片上高速信号的传输系统。
背景技术
芯片上的互连线根据其功能可以分为局部互连线和全局互连线。其中，全局互连线 在芯片中往往跨越较长的距离，作为供电、时钟、地址与数据总线连接电源、时钟树、 功能模块等部件。全局互连线并没有随着工艺的缩小而缩短，其增加的延时与功耗反而 在很大程度上限制了芯片在速度与功耗性能上的提升。高速串行互连技术是解决芯片间 长距离互连的瓶颈的一个主要方法。一个典型的高速串行系统由发送电路和接收电路组 成，在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过导线等传输介质，最后在 接收端将高速串行信号重新转换成低速并行信号。其中发送端由串并转换电路、发送器 以及时钟产生电路组成，接收端由串并转换电路、接收器、时钟恢复电路、均衡器等构 成。
高速互连电路的核心之一是时钟产生与恢复电路，高速时钟在串并和并串转换、发 送、接收过程中扮演者重要的角色，互连系统的传输性能很大程度上受限于时钟电路的性能。在高速互连系统中有不同的时钟策略可以使用，如系统同步、源同步、自同步和 异步控制等。其中，源同步技术，即发送端在发送数据的时候，同时发送时钟信号，该 时钟信号用于接收器对于数据信号的接收。这种实现方式的互连中，在接收端只需要相 对简单的时钟恢复电路如相位恢复电路，这可以减少接收电路的复杂度，也可以降低接 收电路的功耗。由于这种时钟策略对于时钟信道的质量有严格的要求，多用于片上系统 的互连中。在电路实现中，接收端的时钟恢复电路可以采用相位插值器(Phase Interpolator)、延迟锁相环(Delay Locked Loop)和注锁振荡器(Injection-Locked Oscillators)。
在传统的片上源同步高速互连中，发送端采用多相时钟进行并串转换，在接收端采 用相位插值器、延迟锁相环或注锁振荡器进行时钟恢复。其中的主要问题是多相位时钟的产生困难，时钟恢复电路复杂。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高效的基于源同步的传输系统。
为了解决上述技术问题，本发明传输系统，包括相互连接的发送电路和接收电路；发送电路至少包括一时钟产生电路，接收电路至少包括一时钟恢复电路，时钟产生电路 与时钟恢复电路相互耦合；其中时钟产生电路包括多个相互耦合的发送自定时振荡环； 时钟恢复电路包括多个相互耦合的接收自定时振荡环。
优选地，发送自定时振荡环包括多个多输入发送延迟触发器；接收自定时振荡环包括多个多输入接收延迟触发器。
优选地，多输入发送延迟触发器包括多组发送输入单元，多组发送输入单元中的至少一组用于产生振荡信号，至少一组用于与其他的发送自定时振荡环的耦合；多输入 接收延迟触发器包括多组接收输入单元，多组接收输入单元中的至少一组用于产生振荡 信号，至少一组用于与其他的接收自定时振荡环的耦合。
优选地，发送电路与接收电路通过互连线连接。
优选地，互连线为金属互连线。
优选地，在互连线上设置直流偏置电压。
优选地，发送电路还包括一预加重电路。
优选地，发送电路还包括一低摆幅信号产生电路。
优选地，接收电路包括一灵敏放大电路。
优选地，接收电路包括一均衡电路。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：可以提高发送端和接收端时钟的同 步性能，减少接收电路设计的复杂性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目 的和优点将会变得更明显。
图1为高速互连系统结构示意图。
图2为高速互连系统中的常用时钟策略。
图3为本发明的一个实施例。
图4为本发明的并串转换电路实施例。
图5为本发明的发送器实施例。
图6为本发明的接收器实施例。
图7为本发明的串并转换电路实施例。
图8为本发明的多相位时钟产生和恢复电路实施例。
图9为本发明的振荡环实施例。
图10为本发明的多输入的Muller C_element的一种实施方式。
图11为本发明的延时控制电路实施例。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于 本发明的保护范围。
图1为高速互连系统结构示意图。
图2为高速互连系统中的常用时钟策略。
图3是本发明的一个实施例。在本发明的实施例中，4个并行输入信号S0经过并串电路U1后转换成高速的信号S1，S1高速信号经过发送电路后转换成差分的D+和D-信 号。优选地，D+和D-是差分的低电压信号。接收电路U6将差分的低电压信号转成高速 的串行信号S3。串并转换电路U7将串行信号转换成4个并行的信号后输出。在本发明 的实施例中，多相位时钟产生电路U2产生并串转换所需的4个相位的时钟，同时U2将 多相位时钟传输给接收端的多相位时钟恢复电路U8。多相位时钟恢复电路恢复产生4 个相位的时钟，用于串并转换电路。多相位时钟恢复电路同时产生接收器U6所需的工 作时钟，经过延时控制电路U9以后输出给接收器，用于控制。
图4为本发明的并串转换电路实施例，并串转换电路实现将并行的多比特信号转换 成串行的单比特信号，其中4个相位的时钟由多相位时钟产生电路产生。
图5为本发明的发送器实施例。高速信号的发送电路可以包括电流模式和电压模式。图5是一种电压模式的实施例，耦合电容将输出信号转换成低摆幅信号，并进行传 输。
图6为本发明的接收器实施例。由于高速信号以低摆幅形式传输，在接收端需要一个灵敏放大电路实现信号的回复。附图6是一种双尾的灵敏放大电路，其工作需要一个 工作时钟。该时钟信号由时钟恢复电路产生。
图7为本发明的串并转换电路实施例。串并转换电路实现将串行的高速信号转换成 多比特的并行信号，其中4个相位的时钟由多相位时钟恢复电路产生。
图8为本发明的多相位时钟产生和恢复电路实施例。本发明的多相位时钟产生电路 包括m个n级自定时振荡环电路。m个n级自定时振荡环电路通过相互耦合形成高分辨 率多相位时钟产生电路。其中m和n的数目根据所需时钟相位的数目，以及时钟的频率 进行调整。如产生8个相位的时钟电路n可以取8。在本实施例中，为了产生4个相位 的时钟，n为4。m的数目影响时钟的相位可靠性，m越大，时钟相位的稳定性越高。本 实施例中，m为3。
多相位时钟恢复电路的结构和多相位时钟产生电路的结构相似。在本发明实施例中，多相位时钟恢复电路的m和n与多相位时钟产生电路的相同。在实际应用中两者的 n须相同，但m可以不同。
本发明例中，四个相位的时钟需要从发送端连接到接收端，使多相位时钟产生和恢 复电路能够产生相位耦合效应，从而使发送的多相位时钟和接收的多相位时钟的相位保 持稳定的延时，提高接收端数据接收的稳定性。
本发明中的自定时振荡环，其由n级多输入的Muller C_element(延迟触发器)组成构成，其中n是大于等于3的正整数。在多输入Muller C_element组成的自定时振 荡环中，根据自定时电路的原理，存在bubble和token两种状态。其中，token定义为 振荡环i级中的输出Ci不等于上一级的输出Ci-1的状态。Bubble定义为振荡环i级中 的输出Ci等于上一级的输出Ci-1的状态。当满足三个条件时，自定时振荡环可以产生 自主振荡。这三个条件分别是：(1)振荡环级数n大于等于3；(2)振荡环中bubble 的数量应该大于等于1；(3)振荡环中token的数量为一个正偶数。图9为自定时振 荡环单元一种实施方式，自定时振荡环的级数n为4，在自定时振荡环单元一种实施例 中，包括一个多输入的Muller C_element单元。
如图10所示，本发明实施例中多输入的Muller C_element具有多组相同的功能的输入。其中F11到F1n，是n组相同的功能的输入。R11到R1n也是相同功能的n组输 入。其真值见表一。
表一
其逻辑表达式是：
其中要求F0＝F1＝....＝Fn，R0＝R1＝....＝Rn。
在图10的发明实施例中，多输入的Muller C_element包括两组相同的输入F1和F2，R1和R2。多输入Muller C_element的的输入数目可根据实际需要进行调整，并不 限于本发明实施例中方式。Muller C_element有不同的电路结构，本具体实施方式只是 其中一例，本发明不限于图10的实施方法。
图11是本发明延时控制电路实施例。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改， 这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的 特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种传输系统，其特征在于，包括相互连接的发送电路和接收电路；
发送电路至少包括一时钟产生电路，接收电路至少包括一时钟恢复电路，时钟产生电路与时钟恢复电路相互耦合；其中
时钟产生电路包括多个相互耦合的发送自定时振荡环；
时钟恢复电路包括多个相互耦合的接收自定时振荡环。
2.根据权利要求1所述的传输系统，其特征在于，发送自定时振荡环包括多个多输入发送延迟触发器；
接收自定时振荡环包括多个多输入接收延迟触发器。
3.根据权利要求2所述的传输系统，其特征在于，多输入发送延迟触发器包括多组发送输入单元，多组发送输入单元中的至少一组用于产生振荡信号，至少一组用于与其他的发送自定时振荡环的耦合；
多输入接收延迟触发器包括多组接收输入单元，多组接收输入单元中的至少一组用于产生振荡信号，至少一组用于与其他的接收自定时振荡环的耦合。
4.根据权利要求1所述的传输系统，其特征在于，发送电路与接收电路通过互连线连接。
5.根据权利要求4所述的传输系统，其特征在于，互连线为金属互连线。
6.根据权利要求4或5所述的传输系统，其特征在于，在互连线上设置直流偏置电压。
7.根据权利要求1所述的传输系统，其特征在于，发送电路还包括一预加重电路。
8.根据权利要求1、4或7所述的传输系统，其特征在于，发送电路还包括一低摆幅信号产生电路。
9.根据权利要求1所述的传输系统，其特征在于，接收电路包括一灵敏放大电路。
10.根据权利要求1或9所述的传输系统，其特征在于，接收电路包括一均衡电路。
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