JP2000068991A - クロック識別再生回路 - Google Patents
クロック識別再生回路Info
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- H03D13/003—Circuits for comparing the phase or frequency of two mutually-independent oscillations in which both oscillations are converted by logic means into pulses which are applied to filtering or integrating means
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- Power Engineering (AREA)
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Abstract
データの識別再生を可能とする。 【解決手段】 入力端子1に第1D型フリップフロップ
10を接続し、VCO4のクロック信号をラッチタイミ
ングとした反転出力と入力端子1とを第1論理積ゲート
11の入力端子に接続し、第1D型フリップフロップ1
0の出力を第2D型フリップフロップ13に接続し、反
転クロック信号をラッチタイミングとした反転出力を遅
延回路17に接続し、第2論理積ゲート14に第1D型
フリップフロップ10の出力と遅延回路17の出力を入
力する。遅延回路17の内部遅延時間を調節すること
で、回路が高速応答しなくとも、データ信号とクロック
信号の位相差を定量的に比較出来る。また、論理積ゲー
トを用いて、クロックの立ち上がりあるいは立ち下がり
時のみに位相差検出を行って、後続データによる波形干
渉を減らす。
Description
回路に関し、特に高速なNRZ信号からクロック信号を
再生するクロック識別再生回路に関する。
しては、NRZ信号が用いられ、データ信号にクロック
信号成分を含まないのが一般的である。そこで、受信用
ICには、データ信号の増幅のみならず、データ信号に
同期するクロック信号を識別し、回路内部でクロック信
号を再生するクロック識別再生回路が必要である。
に、位相比較器2、フィルタ3、VCO(電圧制御発振
器)4からなる帰還ループで構成されている。位相比較
器2は、入力端子1からのデータ信号と、VCO4のク
ロック信号との位相比較を行い、位相差に応じた出力電
圧を発生する。そして、フィルタ3によって、出力電圧
の帯域制限を行った後、VCO4のクロック信号を制御
する電圧として帰還される。この帰還ループにより、デ
ータ信号に同期したVCO4のクロック信号が得られ
る。
として、C.R.Hogge,JR.が考案した回路構
成が知られている(C.R.Hogge,JR.,"A Self Correcting
Clock Recovery Circuit"Journal of Lightwave Tec
h.,Vol.LT-3,No.6,1985,p1312参照)。図7は、この従
来のクロック識別回路示すブロック図である。以下、そ
の動作について説明する。
リップフロップ23に入力され、VCO4のクロック信
号をラッチタイミングクロックとして第1D型フリップ
フロップ23から出力される。
3の出力端子21は、第1EX−ORゲート24に接続
しており、入力したデータ信号と第1D型フリップフロ
ップ23の出力とのEX−OR信号が、第1EX−OR
ゲート24の出力端子25に出力される。従って、VC
O4のクロック信号とデータ信号の位相差に応じて、こ
のEX−OR信号の出力パルス幅が変化し、これが比較
パルス信号となる。
力は、端子21から第2D型フリップフロップ26に入
力され、VCO4の反転クロック信号をラッチタイミン
グクロックとして第2D型フリップフロップ26から端
子7に出力される。
27に接続しており、第1D型フリップフロップ23の
出力と第2D型フリップフロップ26の出力とのEX−
OR信号が、出力端子28に出力される。
ック信号の位相差によらず、常に一定のパルス幅なの
で、基準パルス信号となる。従って、比較パルス信号と
比較することによって、位相差が定量的にわかる。
グチャート図である。入力端子1からのデータ信号
(a)を、クロック信号(b)によってラッチ(c)
し、データ信号(a)とラッチ出力(c)から比較パル
ス信号(f)を求める。また、ラッチ出力(c)を反転
クロック信号(d)によって、再びラッチ(e)して、
基準パルス信号(g)を求める。
より早い状態である。この場合、クロックの半周期分よ
りも短い幅の比較パルス信号(f)が発生する。一方、
図9は、クロック信号の位相がデータ信号より遅い状態
である。この場合、クロックの半周期分よりも長い幅の
比較パルス信号(f)が発生する。
パルス信号(g)を加算器29に入力して加算(減算)
した後、フィルタ3によって高域信号成分を除去するこ
とで、VCO4のクロック信号制御用の入力電圧に変換
できる。このような帰還ループを構成することで、デー
タ信号に同期したクロック信号の再生が可能となる。
ック識別再生回路では、図8(f)に示すように、VC
O4のクロック信号の位相が入力データ信号に対して早
くなるほど、第1EX−OR出力25で発生する比較パ
ルス信号の幅が狭くなるので、第1EX−ORの応答速
度に十分な高速性が要求される。
タ信号に対してその位相が遅れてくるほど、比較パルス
信号(f)は、互いにその間隔が狭くなる。この場合
も、EX−OR回路の応答速度が十分に速くなければ、
波形の垂れの影響などで、お互いに波形が干渉する恐れ
があり、位相差を定量的に判別できなくなる可能性があ
る。
が十分でない場合には、速いデータ信号のラッチタイミ
ングのマージンは狭くなり、クロック識別再生が困難に
なり、回路動作の信頼性が低くなる。また、回路設計の
自由度も低くなるという問題点がある。
ことなく、データ信号とクロック信号との位相差を定量
的に求めることができる位相比較回路を備えたクロック
識別再生回路を提供することにある。
よる波形干渉の恐れがなく、信頼性の高いクロック識別
が可能であり、かつ、回路設計の自由度の高いクロック
識別再生回路を提供することにある。
の入力信号とVCO信号の位相差を検出して出力する位
相比較器を、前記VCO信号をラッチタイミングクロッ
クとして前記入力端子からデータ信号を入力する第1の
D型フリップフロップ回路と、前記データ信号と前記第
1のD型フリップフロップ回路の反転出力とを入力する
第1の論理積ゲートと、前記VCO信号の反転信号をラ
ッチタイミングクロックとして前記第1のD型フリップ
フロップ回路の出力信号を入力する第2のD型フリップ
フロップ回路と、前記第1のD型フリップフロップ回路
の出力信号と前記第2のD型フリップフロップ回路の反
転出力とを入力する第2の論理積ゲートと、前記第1の
論理積ゲートの出力と前記第2の論理積ゲートの出力と
を入力して前記位相差信号を出力する加算器とによって
構成したことを特徴としている。
における位相比較器は、データ信号の入力端子に、第1
D型フリップフロップを接続し、この第1D型フリップ
フロップは、VCOのクロック信号をラッチタイミング
クロックとするように、VCOと接続している。そし
て、入力端子と第1D型フリップフロップの反転出力端
子とを第1論理積ゲートの入力端子に接続している。
子は、第2D型フリップフロップの入力端子に接続し、
この第2D型フリップフロップは、VCOの反転クロッ
ク信号をラッチタイミングクロックとするように、VC
Oと接続している。そして、第2D型フリップフロップ
の反転出力端子と第2D型フリップフロップの入力端子
とを第2論理積ゲートの入力端子に接続している。
ゲートの出力端子は、ともに加算器の入力端子に接続さ
れ、加算器の出力端子はフィルタに接続されている。そ
して、フィルタの出力端子は、VCOの発振周波数制御
用端子に接続されている。
D型フリップフロップの内部遅延は無視できず、また、
第1論理積ゲートに発生する比較パルス信号幅は、理想
的な状態より広くなる。そのような場合には、第2D型
フリップフロップ回路の反転出力と第2論理積ゲートの
接続間に、第1遅延回路に接続する。そして、第1遅延
回路の遅延時間を、適当な長さにすることにより、基準
パルス信号の幅を適切な大きさに設定できるので、正確
なラッチタイミングが得られる。
比較パルス信号を、クロックの立ち上がり時点のみ、あ
るいは立ち下がり時点のみに発生させているので、上記
のように基準パルス信号幅を大きくしても、波形干渉を
起こす恐れは無い。従って、正確なクロック信号の識別
再生が可能となる。
別再生回路の第1の実施の形態を示すブロック図であ
り、図3及び図4は、本実施の形態における各信号のタ
イミングチャート図である。
較器2と、ループ時定数制御用のフィルタ3と、クロッ
ク信号発生用のVCO4とから構成される。入力端子1
から入力されるデータ信号は、位相比較器2に入力さ
れ、VCO4からのクロック信号に対する位相差が定量
的に識別される。この位相差信号に含まれる高域周波数
成分をフィルタ3で除去した後、VCO4に対するクロ
ック信号制御用の電圧として帰還される。これによっ
て、VCO4の出力端子から、データ信号に同期したク
ロック信号が得られる。
較器2について、図2を参照して説明する。この位相比
較器2は、第1、第2D型フリップフロップ10、13
と、第1、第2論理積ゲート11,14と、第1遅延回
路17と、クロックバッファ9と、加算器16とから構
成される。
0のデータ入力端子に接続され、第1D型フリップフロ
ップ10のデータ出力端子は、第2D型フリップフロッ
プ13のデータ入力端子に接続される。また、入力端子
1と第1D型フリップフロップ10の反転データ出力端
子は、第1論理積ゲート11の2つの入力端子に各々接
続される。
タ出力端子は、第1遅延回路17に入力され、第2D型
フリップフロップ13の入力端子と第1遅延回路17の
出力端子18は、第2論理積ゲート14の2つの入力端
子に各々接続される。
ロックバッファ9を介して、正論理出力端子5を第1D
型フリップフロップ10のクロック入力端子に、反転論
理出力端子6を第2D型フリップフロップ13のクロッ
ク入力端子にそれぞれ接続される。
14の出力端子はともに、加算器16の入力端子に接続
される。加算器16の出力端子はフィルタ3に接続され
る。さらに、フィルタ3の出力端子はVCO4の発振周
波数制御用端子に接続される。
のタイミングチャートを参照して説明する。
したデータ信号(a)を、VCO4からのクロック信号
(b)をラッチタイミングとして、第1D型フリップフ
ロップ10の出力端子8から出力データ(c)を出力す
る。この際、第1D型フリップフロップ10の内部遅延
を考慮している。第1D型フリップフロップ10の反転
データ出力と入力端子1から入力したデータ信号を、第
1論理積ゲート11に入力し、その出力端子12から論
理積データ信号(f)を出力する。これが、位相比較を
行うための比較パルス信号となる。
力8を、第2D型フリップフロップ13のデータ入力に
入力し、反転クロック出力信号(d)をラッチタイミン
グとしてデータ出力を出力端子7に出力する。一方、第
2D型フリップフロップ13の反転データ出力は第1遅
延回路17に入力され、出力端子18に反転データ
(e)として出力される。
データ(c)とを、第2論理積ゲート14に入力し、そ
の出力端子15から論理積データ信号(g)を出力す
る。この論理積データ信号(g)は、一度ラッチ出力を
行ったデータ信号に対して、再度ラッチ出力を行ってい
るため、クロック信号とデータ信号の位相差によらず、
パルス幅は一定になる。これが基準パルス信号となる。
するために、基準パルス信号と比較パルス信号とを加算
器16に入力し、フィルタ3によって高域成分を除去し
て、位相差に応じた電圧信号を取り出す。この様な帰還
回路によって、データ信号に同期したVCO4のクロッ
ク信号が得られる。
力データ信号の位相より進んでいる場合の動作状態を示
している。一方、図4は、クロック信号の位相が、入力
データ信号の位相より送れている場合の動作状態を示し
ている。
準パルス信号を求めるための回路として論理積ゲートを
用いているので、クロック信号の立ち上がりのみ、ある
いは立ち下がりのみに、これらのパルス信号は発生する
ので、パルスの発生周期が長くなり、比較パルス信号発
生回路の応答特性を緩和することができ、さらに、パル
ス信号幅を大きくしても、波形干渉を起こす恐れはな
い。したがって、信頼性の高いクロック識別再生回路が
実現できる。
延時間が無視できない場合においては、図3〜図4に示
すように、比較パルス信号の幅は理想状態より広くなっ
てしまうが、そのような場合には、第1遅延回路17の
遅延時間を適当な長さに設定することで、基準パルス信
号の幅を適切な大きさに設定できるので、正確なラッチ
タイミングが設定できる。
伝送速度が10Gb/sの場合、本発明は従来型に比較
して、約20%エラー率が減少することがわかった。し
たがって、高速な光通信用のクロック識別再生回路とし
て、本発明は非常に有効である。
路の第2の実施の形態を示すブロック図であり、図6
は、第2の実施の形態における各信号のタイミングチャ
ート図である。第2の実施の形態における位相比較器の
特徴は、第1の実施の形態よりもラッチタイミングマー
ジンを有効に使い、より正確にタイミング設定を行って
いる点にある。
器について図5〜図6を用いて説明する。
ロップ10のデータ入力端子に接続され、第1D型フリ
ップフロップ10のデータ出力端子は、第2D型フリッ
プフロップ13のデータ入力端子に接続される。
介して第1論理積ゲート11の一方の入力端子に接続さ
れ、第1D型フリップフロップ10の反転データ出力端
子は、第1論理積ゲート11の他方の入力端子に接続さ
れる。
データ出力端子は、第2遅延回路19を介して第2論理
積ゲート14の一方の入力端子に接続され、第2D型フ
リップフロップ13の反転データ出力端子は、第1遅延
回路17を介して第2論理積ゲート14の他方の入力端
子に接続される。
に、第1D型フリップフロップ10の内部遅延時間が無
視できないような場合には、比較パルス信号(f)の幅
が理想的な状態よりも広くなるので、それを考慮して、
第1遅延回路17を挿入し、第2論理積ゲート14の出
力端子15に発生する基準パルス信号の幅を適切な大き
さに設定したが、この第1遅延回路17のみでは、微妙
な位相差を調節出来ない場合がある。
第2遅延回路19を挿入することにより、より正確なラ
ッチタイミングの設定を可能としている。つまり、第2
D型フリップフロップ13の入力端子から、第2論理積
ゲート14に入力する信号の位相を微妙に遅らせること
によって、基準パルス信号(g)の幅を、より正確に設
定することができる。
第1論理積ゲート11との間に挿入することによって、
入力端子1から、第1論理積ゲート11に入力する信号
の位相を意図的に遅らせることができ、比較パルス信号
(f)の幅を微妙に変えて、基準パルス信号の幅との相
対的な値を設定することができる。
のタイミングチャートの波形(f)、(g)からわかる
ように、第2遅延回路19を挿入することによって、基
準パルス信号幅の微妙な設定を行い、第3遅延回路20
を挿入することで、比較パルス信号幅の微妙な設定を行
うことができ、より正確なラッチタイミングを設定する
ことができる。
て接続する必要はなく、何れか一つのみあるいは3つの
遅延回路の内の任意の二つの組合せを用いて構成するこ
とができる。また、各遅延回路の遅延時間は、回路素子
として用いるトランジスタの種類(バイポーラトランジ
スタ、MOSFET等)及びその性能あるいは回路レイ
アウトに応じて、適宜設計を変更する必要がある。
の形態に比べて、回路構成は若干複雑ではあるが、ラッ
チタイミングをかなり広い範囲に選択できることが出来
るため、設計の自由度がより広がり、また、より正確に
ラッチタイミングを設定することができるようになる。
ス信号を論理積ゲートを用いて求めているので、クロッ
ク信号の立ち上がり、あるいは立ち下がりのみで、パル
ス信号を出力することができ、ラッチタイミングをデー
タ信号の広い範囲で設定可能とすることができる。
してデータ信号を入力しているので、データ信号とクロ
ック信号の位相差を検出する場合に、内部回路の応答速
度が十分に高速でなく、比較パルス信号の幅が理想状態
より広くなっても、遅延回路の内部遅延時間を適当に設
定することでより精細にラッチタイミングの設定を行う
ことができ、高速データ信号に対して、正確なクロック
識別再生が可能となる。
すブロック図である。
ある。
である。
である。
ある。
である。
ック図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 入力端子からの入力信号に対するVCO
信号の位相差を検出する手段を備えた位相比較器と、ル
ープの時定数を調整するフィルタと、フィルタの出力を
制御信号として入力するVCOとによって構成されるク
ロック識別再生回路において、 前記位相比較器は、前記VCO信号をラッチタイミング
クロックとして前記入力端子からデータ信号を入力する
第1のD型フリップフロップ回路と、前記データ信号と
前記第1のD型フリップフロップ回路の反転出力とを入
力する第1の論理積ゲートと、前記VCO信号の反転信
号をラッチタイミングクロックとして前記第1のD型フ
リップフロップ回路の出力信号を入力する第2のD型フ
リップフロップ回路と、前記第1のD型フリップフロッ
プ回路の出力信号と前記第2のD型フリップフロップ回
路の反転出力とを入力する第2の論理積ゲートと、前記
第1の論理積ゲートの出力と前記第2の論理積ゲートの
出力とを入力する加算器とを備えていることを特徴とす
るクロック識別再生回路。 - 【請求項2】 前記第2のD型フリップフロップ回路の
反転出力と前記第2の論理積ゲートの接続間に、第1の
遅延回路を設けたことを特徴とする請求項1記載のクロ
ック識別再生回路。 - 【請求項3】 前記第1のD型フリップフロップ回路の
出力と前記第2の論理積ゲートの接続間に、第2の遅延
回路を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の
クロック識別再生回路。 - 【請求項4】 前記入力端子と前記第1の論理積ゲート
の接続間に、第3の遅延回路を設けたことを特徴とする
請求項1〜3の何れかに記載のクロック識別再生回路。 - 【請求項5】 前記クロック識別再生回路を構成するト
ランジスタが、バイポーラトランジスタであることを特
徴とする請求項1〜4の何れかに記載のクロック識別再
生回路。 - 【請求項6】 前記クロック識別再生回路を構成するト
ランジスタが、MOSトランジスタであることを特徴と
する請求項1〜4の何れかに記載のクロック識別再生回
路。
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