JP2000151397A - クロックリカバリ回路 - Google Patents

クロックリカバリ回路

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JP2000151397A
JP2000151397A JP10322625A JP32262598A JP2000151397A JP 2000151397 A JP2000151397 A JP 2000151397A JP 10322625 A JP10322625 A JP 10322625A JP 32262598 A JP32262598 A JP 32262598A JP 2000151397 A JP2000151397 A JP 2000151397A
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clock
phase
clocks
data
recovery circuit
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JP10322625A
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Ichiro Yoshida
一郎 吉田
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Original Assignee
NEC Corp
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定したロック状態を保って入力データの持
つジッターへの追従性が高められるようにしたクロック
リカバリ回路を提供する。 【解決手段】 クロックリカバリ回路内で生成した複数
のクロック(wclk、sclk)と入力データdataとの間の位
相のずれ量が、位相比較器10−1〜10−Nで求めら
れる。この位相比較器10−1〜10−Nからの出力信
号はチャージポンプ回路20−0〜20−Nで電流値に
変換され、この電流値の変化がローパスフィルタ30で
積分される。電圧制御発振器40は、ローパスフィルタ
30の出力信号に基づいて発振周波数を変化させて前記
複数のクロック(wclk、sclk)を生成し、これを位相比
較器10−1〜10−Nに供給する。これにより、安定
したロック状態を得ることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、クロックリカバリ
(clock recovery)回路に関し、特に、移相比較手段を
用いて入力データに同期したクロックを再生するための
クロックリカバリ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】データがランダムにシリアル伝送されて
いる伝送系では、前記データの周波数成分を抽出し、前
記データに同期したクロックを再生し、このクロックを
用いてシリアルデータをパラレルデータに変換し、デー
タ処理を行う装置が用いられている。前記クロックの再
生を行う回路はクロックリカバリ回路と呼ばれ、その基
本的な構成および動作はPLL( Phase Locked Loop)
回路と同じである。このクロックリカバリ回路は、再生
されたクロックで入力データをラッチするサンプル(sa
mple)回路を備えている。
【0003】図7は、従来のクロックリカバリ回路の位
相比較部を示す。サンプル回路201−1,20
−2,201−3,201−4,201−5 ・・・
(201−N)のそれぞれは同一構成であり、クロック
入力端子CLK、差動信号INTとINBが入力される
INT,INB入力端子、および出力端子V,Qを備え
ている。サンプル回路201−1〜201−5のクロッ
ク入力端子CLKには、VCO(電圧制御発振器:Volt
age Controled Oscillator) から出力されるCLK0,
XCLK0,CLK1,XCLK1,CLK2が入力さ
れている。サンプル回路201−1〜201−5のQ出
力端子のそれぞれには、2入力端子を備えたイクスクル
ージブオア(Ex−OR)回路202−1,20
,202−3,202−4,202−5・・・2
02−N(202−Nは図示せず)の第1の入力端子が
接続されている。Ex−OR回路202−1〜202
−Nの第2の入力端子は、隣接するEx−OR回路20
2の第1の入力端子に接続されている。Ex−OR回路
202−1〜202−Nのそれぞれの出力端子には、3
入力端子を備えたアンド(AND)回路203−1,2
03−2,203−3,203−4・・・203
−N(203−Nは図示せず)の第1の入力端子が接続
されている。AND回路203−1〜203−Nの第2
の入力端子は、CLK番号が同じもの同士が接続され
る。AND回路203−1〜203−Nの第3の入力端
子は、CLK番号が同じもの同士を接続し、かつ隣接の
AND回路203の同じCLK番号同士を接続した第2
の入力端子に接続される。AND回路203−1〜20
−Nの出力端子からは、UP(アップ)信号(UP
0,UP1・・・)およびDN(ダウン)信号(DN
0,DN1・・・)が出力される。UP信号およびDN
信号は、再生したクロックCLKとXCLKとの位相差
を比較した結果である。
【0004】図7の構成では、クロックリカバリ回路内
で再生したクロックCLKとXCLKとの位相差を比較
(CLK0とXCLK0、CLK1とXCLK1等)
し、その比較結果によりクロックCLKとXCLKの周
波数を変更する。クロックが進んでいれば周波数を下げ
て遅らせ、クロックが遅れていれば周波数を上げる。A
ND回路203−1〜203−Nからは、クロックが進
んでいればDN信号が出力され、クロックが遅れていれ
ばUP信号が出力される。DN信号およびUP信号は、
図示しないチャージポンプ(charge pomp) 回路へ出力さ
れる。
【0005】図8は図7の位相比較部の動作を示す。入
力データINTとINB(相補信号)は、位相が180
°異なっている。クロック信号CLK0,XCLK0,
CLK1,XCLK1,CLK2は、順番に異なる時刻
でサンプル回路201−1〜201−5に入力される。
サンプル回路201−1〜201−5は、入力データI
NT,INBをクロック信号CLKとXCLKの立ち上
がりでラッチする。サンプル回路201−1〜201
−5のQ端子からは、入力されたクロックで入力データ
INT,INBをラッチした値が出力され、V端子から
は、クロックがそのまま出力される。位相差の判定は、
2つのクロック信号CLKによりラッチした値と、1つ
のXCLKでラッチした値とで行い、XCLKの立ち上
がりが入力データの遷移点にくるようにする。
【0006】例えば、XCLK0を入力データの遷移点
に合わせようとする場合、位相比較にはCLK0,XC
LK0およびCLK1でラッチした値を用いる。入力デ
ータの遷移点が、CLK0とXCLK0、またはXCL
K0とCLK1の間にある場合、つまり、ラッチした値
が異なる場合、Ex−OR回路202−2は“1”を出
力する。
【0007】図8の(a)に示すように、XCLK0と
CLK1の間に入力データの遷移点が有る場合、AND
回路203−2の出力信号(DN0)がイネーブル
(“1”)になり、クロックを遅らせる信号が出力され
る。図8の(b)に示すように、CLK0とXCLK0
の間に入力データの遷移が有る場合、AND回路203
の出力信号(UP0)がイネーブル(“1”)にな
り、クロックを進める信号が出力される。AND回路2
03−1または203−2の出力がイネーブルになる期
間は、サンプル回路201−3のV端子から出力される
信号によって制御される。UP0およびDN0が確定す
るのは、CLK1が立ち上がり、入力データをラッチし
た後になる。したがって、UPおよびDNがイネーブル
になるのはCLK1の立ち上がりからCLK2が立ち上
がるまでになる。一方、入力データに遷移点が無い場
合、つまり、“0”または“1”が連続した場合、UP
/DN信号はイネーブルにならない。位相の調整は、入
力データの遷移点に対してのみ行われる。以上のよう
に、従来のクロックリカバリ回路は、VCOから出力さ
れるクロックと入力データの位相関係を遅れまたは進み
の2状態で検出する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のクロッ
クリカバリ回路によると、入力データとクロックとの間
の位相差の有無によりUP/DN信号を得ているため、
ロック状態(入力データの遷移点にクロックの遷移点が
同期している状態)が不安定になりやすく、UP/DN
信号が絶えずイネーブルになる。この結果、クロックの
周波数が絶えず変化し、入力データの持つジッターへの
追従性が悪くなる可能性がある。
【0009】したがって、本発明の目的は、安定したロ
ック状態を保って、入力データの持つジッターへの追従
性が高められるようにしたクロックリカバリ回路を提供
することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、第1の特徴として、シリアル伝送されて
いるデータを位相の異なる複数のクロックでサンプリン
グしてクロック成分を抽出するクロックリカバリ回路に
おいて、シリアル伝送されている前記データと位相の異
なる複数の前記クロックとの間の位相のずれ量を検出す
る位相比較手段と、前記位相比較手段による前記位相の
ずれ量の検出に基づいて発振周波数が制御れる複数のク
ロックを生成し、これを位相の異なる複数の前記クロッ
クとして用いるクロック生成手段と、を備えることを特
徴とするクロックリカバリ回路を提供する。
【0011】この構成によれば、サンプリングされるシ
リアルデータ(入力データ)と生成した複数のクロック
との位相の比較により位相のずれ量が位相比較手段によ
って検出される。この位相比較手段は、位相関係を従来
のような進み、遅れの2値的検出ではなく、位相のずれ
量で検出する。したがって、位相のずれ量で再生するク
ロックの周波数を可変でき、ジッタの有る入力データで
あっても安定したロック状態を保つことができる。この
結果、入力データの持つジッタヘの追従特性を改善する
ことができる。
【0012】本発明は、上記の目的を達成するため、第
2の特徴として、シリアル伝送されているデータと位相
の異なる複数のクロックとの間の位相のずれ量を検出す
る位相比較器と、前記位相比較器の出力信号を電流値に
変換するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回
路の出力電流の変化を積分した電圧を出力するローパス
フィルタと、前記ローパスフィルタの出力電圧に応じて
発振周波数を変化させて複数のクロック信号を生成し、
位相の異なる複数の前記クロックとして前記位相比較器
に供給する電圧制御発振器と、前記ローパスフィルタの
出力電圧に基づいてシリアル伝送されている前記データ
を遅延させ、該遅延させたデータを前記位相比較器に入
力させる可変遅延回路とを備えたことを特徴とするクロ
ックリカバリ回路を提供する。
【0013】この構成によれば、サンプリングされるシ
リアルデータ(入力データ)と生成した複数のクロック
との位相の比較により位相のずれ量が位相比較器によっ
てアップ/ダウン信号で得られ、この信号を基に電圧制
御発振器を動作させるための処理がチャージポンプ回路
およびローパスフィルタによってなされ、電圧制御発振
器は位相のずれ量に対応した複数のクロック信号を生成
し、位相比較器に供給する。このため、ジッタの有る入
力データであっても安定したロック状態を保つことがで
き、入力データの持つジッタヘの追従特性を改善するこ
とができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面をもとに説明する。図1は本発明によるクロック
リカバリ回路を示す。このクロックリカバリ回路はオー
バーサンプリング型であり、複数のクロックを用いて位
相比較を行うもので、クロックの周波数を下げることが
できる。
【0015】本発明によるクロックリカバリ回路は、デ
ータ(data,datad)およびクロック(wcl
k0x,sclk0x)を入力信号としてUP/DN信
号を出力する位相比較器10−1(PD0),10−2
(PD1),・・・10−N (PDN)、位相比較器1
−1〜10−Nのそれぞれに接続されるチャージポン
プ回路20−0(CP0),20−1(CP1),20
−2(CP0),・・・20−N(CPN)、これらチ
ャージポンプ回路20−0〜20−Nの出力端子に接続
されたローパスフィルタ30(LPF)、このローパス
フィルタ30の出力端子に接続された電圧制御発振器4
0(VCO)、ローパスフィルタ30の出力信号に基づ
いて入力データ(シリアルデータ)に遅延を施す可変遅
延回路50(VD)を備えて構成されている。ここで、
位相比較器10の使用個数は任意であり、使用個数を増
やすほど、VCO40の発振周波数をより下げることが
できる。
【0016】図2は図1の位相比較器の詳細構成を示
す。位相比較器10−1〜10−Nのそれぞれは同一構
成であり、シリアルデータ(data)およびクロック
(wclk0,wclk2)を入力とするD−FF回路
11、dataおよびwclk1,wclk2を入力と
するD−FF回路12、D−FF回路12の出力端子Q
の出力信号を反転するインバータ13、D−FF回路1
1,12の出力信号のNOR論理をとるNORゲート1
4、該NORゲート14の出力信号を反転するインバー
タ15、該インバータ15の出力信号を反転するインバ
ータ16、クロック(sclk)を反転出力するインバ
ータ17、インバータ16の出力信号とデータdata
dとインバータ17の出力信号の3信号のNAND論理
をとるNANDゲート18、インバータ15とデータ
(datad)とインバータ17の出力信号の3信号の
NOR論理をとるNORゲート19を備えて構成され
る。
【0017】図3はチャージポンプ回路(CP)とロー
パスフィルタ(LPF)の構成を示す。チャージポンプ
回路20−0〜20−Nはそれぞれ同一構成であり、電
源ラインとGND(グランド)間に直列接続されたpM
OS−FET21、pMOS−FET22、nMOS−
FET23、nMOS−FET24、およびpMOS−
FET22とnMOS−FET23の接続点25とGN
D間に接続されたコンデンサ26より構成されている。
pMOS−FET21およびnMOS−FET24のゲ
ートには電流源の電圧が常時印加され、pMOS−FE
T22のゲートには位相比較器10からのUP信号が印
加され、nMOS−FET23のゲートには位相比較器
10からのDN信号が印加される。UP信号が印加され
ると接続点25より上側の回路がオンになるため、接続
点25の電位は“H”レベルになり、この電圧がコンデ
ンサ26に充電される。DN信号が印加されると、接続
点25より下側の回路がオンになり、コンデンサ26の
電荷が放電される。
【0018】ローパスフィルタ30は、チャージポンプ
回路20の接続点25からの出力端に接続された抵抗3
1、この抵抗31の出力側とGND間に直列接続された
抵抗32およびコンデンサ33より構成されている。抵
抗31の出力端が出力端子となり、出力信号VCONT
が出力される。
【0019】チャージポンプ回路20は、位相比較器2
0でパルスの幅として得られた入力データとクロックの
位相差情報UP/DNを入力とし、チャージポンプ回路
20内に流れる電流量に変換する。ローパスフィルタ3
0は、チャージポンプ回路20の出力を積分し、その結
果を電圧制御発振器40へ出力する。
【0020】図4は電圧制御発振器(VCO)の詳細構
成を示す。電圧制御発振器40は、入力電圧によって遅
延時間が変化するバッファ(BUF)を複数個直列接続
して構成されている。つまり、バッファBUF0,BU
F1,BUF2・・・BUF8,BUF9・・・BUF
21,BUF22が直列接続され、これら全てのBUF
のコントロール端子は共通接続され、ローパスフィルタ
30の出力信号(VCONT)が印加されている。更
に、BUF9の出力端とBUF0の入力端はインバータ
41を介して接続されている。そして、BUF1を除
き、他のBUF0、BUF2、・・・BUF21、BU
F22の出力端からは、wclk0、wclk1、sc
lk1・・・sclk10、wclk11の各クロック
が出力される。
【0021】BUF0〜BUF22は、コントロール端
子に“1”レベルの電圧が印加されるとオンにり、イネ
ーブルなクロック信号が出力端子に出力され、“0”レ
ベルの電圧が印加されるとオフになる。各BUFの入力
信号は、それぞれ遅延されるため、各クロックの出力タ
イミングは異なったものになる。
【0022】電圧制御発振器40で生成され、位相比較
器10−1〜10−Nに供給されるクロックの数N
clockは位相比較器10の使用個数Npdによって
決まり、式(1)で示される。 Nclock=2Npd+3 ・・・(1)
【0023】電圧制御発振器40で生成された複数のク
ロックは、電圧制御発振器40の発振周波数fvco
制御する入力電圧に応じて変化するが、時間的に隣り合
うクロック間の位相差tclockは、式(2)で表さ
れる。 tclock=t/2 ・・・(2)
【0024】更に、入力データdataに対し電圧制御
発振器40のクロックclkがロックした時の電圧制御
発振器40の発振周波数fvcoは、入力データdat
aの周波数をfdataとすると、式(3)で表され
る。 fvco =2・fdata/Npd ・・・(3)
【0025】図5は可変遅延回路(VD)の詳細構成を
示す。この可変遅延回路50は、バッファBUF50,
BUF51,BUF52,BUF53を直列接続して構
成されている。それぞれのコントロール端子は共通接続
され、ローパスフィルタ30の出力信号(VCONT)
が印加されている。入力データはBUF50に印加さ
れ、遅延した信号がBUF53から出力され、遅延信号
datadとなる。可変遅延回路50で生成された遅延
信号datadの遅延量tは、式(4)で表される。 t=1/Npd×fvco ・・・(4)
【0026】図6は本発明によるクロックリカバリ回路
の動作を示す。図中、wclk(x) ,wclk0(x) ,
sclk(x) ,sclk1(x) は電圧制御発振器40で
生成されたクロックであり、dataは外部より供給さ
れるシリアルデータ(入力データ)、datadは式
(4)に従って可変遅延回路50によりシリアルデータ
(data)を遅延させた信号である。
【0027】例えば、位相比較器10−1ではsclk
1の立ち上がり、位相比較器10 ではsclk2の
立ち上がりを入力データ(data)の立ち上がりに同
期するように動作する。このとき、入力データ(dat
a)が連続した“0”または“1”であるとクロックの
同期がとれなくなるため、wclkを用いて入力データ
(data)の立ち上がりエッジを検出する。具体的に
は、位相比較器10 であればwclk0とwclk
1を用いて入力データ(data)の立ち上がりエッジ
を検出する。wclk0でラッチした値が“0”、wc
lk1でラッチした値が“1”の時に入力データ(da
ta)のエッジが有ることを検出し、wclk1の立ち
上がりからwclk2の立ち上がりの期間においてEN
ABLE(イネーブル)をアクティブにする。
【0028】シリアルデータdataと電圧制御発振器
40の出力(各クロック)との位相比較は、datad
とsclk1の立ち上がりで行われる。これはエッジ検
出した後に位相比較を行うため、ENABLEがアクテ
ィブになるまで位相比較がてきないためである。そこで
入力データを可変遅延回路50で遅延させた信号dat
adとsclk1を用いる。ENABLEが“1”、d
atadが“1”、sclkが“0”の時に、シリアル
データdataに対してクロックの遅れを検出し、UP
信号をイネーブルにする。また、ENABLEが
“1”、datadが“0”、sclk1が“1”の
時、入力データに対しクロックの進みを検出し、DN信
号をイネーブルにする。UP信号とDN信号がイネーブ
ルになる幅はdatadとsclkの位相差Δに等しく
なることから、位相差の量を検出することができる。図
6は、入力データに対して電圧制御発振器40からのク
ロックが遅れている状態を示しており、UP信号がイネ
ーブル、DN信号がディイネーブルになっている。
【0029】位相比較器10−1〜10−Nから出力さ
れたUP/DN信号は、チャージポンプ回路20
−0〜20−Nに入力される。チャージポンプ回路20
−0〜20−Nは、UP/DN信号がイネーブルとなる
パルス幅を電流値に変換する。次に、ローパスフィルタ
30では、チャージポンプ回路20−0〜20−Nの電
流の変化を積分し、電圧制御発振器40へ出力する。電
圧制御発振器40は、ローパスフィルタ30からの印加
電圧に応じて発振周波数を変え、位相比較器10−1
10−Nへクロックとして供給する。
【0030】
【発明の効果】以上より明らかな如く、本発明のクロッ
クリカバリ回路によれば、入力データとクロックの位相
比較に際し、位相のずれている量を検出しているので、
安定したロック状態を作ることができ、入力データの持
つジッターへの追従性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるクロックリカバリ回路を示すブロ
ック図である。
【図2】図1に示した位相比較器の詳細構成を示す回路
図である。
【図3】図1に示したチャージポンプ回路とローパスフ
ィルタの構成を示す回路図である。
【図4】図1に示した電圧制御発振器(VCO)の詳細
構成を示す回路図である。
【図5】図1に示した可変遅延回路(VD)の詳細構成
を示す回路図である。
【図6】本発明のクロックリカバリ回路の動作を示すタ
イミングチャートである。
【図7】従来のクロックリカバリ回路の位相比較部を示
す回路図である。
【図8】図7の位相比較部の動作を示すタイミングチャ
ートである。
【符号の説明】
10−1〜10−N 位相比較器(PD) 11,12 D−FF回路 13,15,16,17 インバータ 14,19 NORゲート 18 NANDゲート 20−0〜20−N チャージポンプ回路(CP) 21,22 pMOS−FET 23,24 nMOS−FET 25 接続点 26,33 コンデンサ 30 ローパスフィルタ(LPF) 31,32 抵抗 40 電圧制御発振器(VCO) 50 可変遅延回路(VD) BUF0〜BUF22,BUF50〜BUF53 バッ
ファ 201−1〜201−5 サンプル回路 202−1〜202−5 イクスクルージブオア(Ex
−OR)回路 203−1〜203−4 アンド(AND)回路

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリアル伝送されているデータを位相の
    異なる複数のクロックでサンプリングしてクロック成分
    を抽出するクロックリカバリ回路において、シリアル伝
    送されている前記データと位相の異なる複数の前記クロ
    ックとの間の位相のずれ量を検出する位相比較手段と、 前記位相比較手段による前記位相のずれ量の検出に基づ
    いて発振周波数が制御れる複数のクロックを生成し、こ
    れを位相の異なる複数の前記クロックとして用いるクロ
    ック生成手段と、を備えることを特徴とするクロックリ
    カバリ回路。
  2. 【請求項2】 前記位相比較手段は、前記データの立ち
    上がりエッジを検出し、該検出されたエッジと位相の異
    なる複数の前記クロックとの位相を比較して前記位相の
    ずれ量を検出することを特徴とする請求項1記載のクロ
    ックリカバリ回路。
  3. 【請求項3】 シリアル伝送されているデータと位相の
    異なる複数のクロックとの間の位相のずれ量を検出する
    位相比較器と、 前記位相比較器の出力信号を電流値に変換するチャージ
    ポンプ回路と、 前記チャージポンプ回路の出力電流の変化を積分した電
    圧を出力するローパスフィルタと、 前記ローパスフィルタの出力電圧に応じて発振周波数を
    変化させて複数のクロック信号を生成し、位相の異なる
    複数の前記クロックとして前記位相比較器に供給する電
    圧制御発振器と、 前記ローパスフィルタの出力電圧に基づいてシリアル伝
    送されている前記データを遅延させ、該遅延させたデー
    タを前記位相比較器に入力させる可変遅延回路とを備え
    たことを特徴とするクロックリカバリ回路。
  4. 【請求項4】 前記位相比較器は、シリアル伝送されて
    いる前記データの立ち上がりエッジを検出し、このエッ
    ジに対して位相の異なる複数の前記クロックとの位相比
    較を行うことを特徴とする請求項3記載のクロックリカ
    バリ回路。
  5. 【請求項5】 前記電圧制御発振器は、前記位相比較器
    の個数をNpdとするとき、前記電圧制御発振器の生成
    クロック数Nclockを、 Nclock=2Npd+3 により決定することを特徴とする請求項3記載のクロッ
    クリカバリ回路。
  6. 【請求項6】 前記電圧制御発振器は、シリアル伝送さ
    れている前記データの周波数をfdata、前記位相比
    較器の個数をNpdとするとき、クロックをロックした
    時の発振周波数fvcoを、 fvco=2・fdata/Npd により決定することを特徴とする請求項3記載のクロッ
    クリカバリ回路。
  7. 【請求項7】 前記可変遅延回路は、前記位相比較器の
    個数をNpd、前記電圧制御発振器の発振周波数をf
    vco、前記電圧制御発振器で生成されたクロック数を
    clockとするとき、遅延時間tを、 t=1/Npd×fvco により決定することを特徴とする請求項3記載のクロッ
    クリカバリ回路。
JP10322625A 1998-11-12 1998-11-12 クロックリカバリ回路 Pending JP2000151397A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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