JP2003018002A - クロック信号再生回路 - Google Patents

クロック信号再生回路

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JP2003018002A
JP2003018002A JP2001195634A JP2001195634A JP2003018002A JP 2003018002 A JP2003018002 A JP 2003018002A JP 2001195634 A JP2001195634 A JP 2001195634A JP 2001195634 A JP2001195634 A JP 2001195634A JP 2003018002 A JP2003018002 A JP 2003018002A
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Katsunori Maekawa
勝則 前川
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NEC Engineering Ltd
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロック再生のためのPLLで、受信データ
である入力データがなくなった場合に、同期判定部にお
いて雑音による誤った同期判定を防止し、雑音に追従し
て動作することを防止すると共に、短時間で初期捕捉を
可能とする。 【解決手段】 PLL10とこのPLLの同期状態を検
出する位相同期検出回路30とを有するクロック再生回
路で、入力データがない場合に、PLLの入力として、
入力データに代えて固定値Aを供給するスイッチ43を
設け、この固定値Aとして、入力データがない場合の雑
音の平均値より大なる所定値としておくことで、同期検
出が誤ってなされることが防止される。また、入力デー
タがない場合に、電圧制御発振器13の制御電圧を固定
値Bとするスイッチ14を設け、この固定値Bとして、
電圧制御発振器13の発振周波数をノミナル値から所定
値ずれた値としておくことで、入力データの供給が再開
されたときの初期捕捉が短時間で可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はクロック再生回路に
関し、特に入力データからこの入力データに同期したク
ロックを再生するための位相同期ループ機能及びその同
期状態を検出する同期検出機能を有するクロック再生回
路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ディジタル通信システムの受信機におい
ては、復調されたディジタル信号の符号識別を行うため
に受信信号に同期したクロック信号(以下、単にクロッ
クと称す)が必要となる。このクロックを受信信号から
再生するために、クロック再生回路が用いられる。この
クロック再生回路は位相同期ループ回路構成であり、一
般にPLL(Phase Locked Loop)回路として広く知られ
たものである。
【0003】この位相同期ループ回路の一例が特開平7
−87071号公報に開示されている。この公報におい
ては、上述した位相同期ループの他に、この位相同期ル
ープが同期状態にあるかどうか(受信信号と再生クロッ
クとが同期しているかどうか)を確実に判定するための
位相同期検出回路も開示されており、またこの位相同期
ループによる再生クロックを用いた復調回路も開示され
ている。
【0004】図5に、この特開平7−87071号公報
に開示のブロック図を示している。図5を参照すると、
位相同期ループ10と、復調回路20と、同期検出回路
30とが示されており、同期検出回路30は位相同期ル
ープ10と復調回路20の出力信号が供給される。位相
同期ループ10は位相比較器11、ループフィルタ12
及び電圧制御発振器13よりなる。
【0005】位相同期ループ10の位相比較器11は、
入力データ1である受信信号(受信データ)aを積分す
る積分器111a及び111bと、この積分器111a
及び111bの出力信号を受信データaのビット周期
(シンボル時間)に等しい期間T保持するサンプルホー
ルド回路112a及び112bと、サンプルホールド回
路112a及び112bの出力信号を絶対値化する全波
整流器113a及び113bと、受信データaのパルス
幅Tに等しい周期でタイミングがΔTずつずれた3種類
の制御パルスを発生するタイミング発生器114と、全
波整流器113a及び113bの各出力信号の振幅差を
得るための加算器115とより構成されている。
【0006】復調回路20はタイミング発生器114か
らの中心位相の制御パルスにより積分・放電を繰り返す
積分器21と、積分器21の出力信号を上記期間T保持
するサンプルホールド回路22と、このサンプルホール
ド回路22の出力信号を一定のしきい値を基に「1」、
「0」を識別する符号判定器23と、同期ステータス信
号により符号判定器23の出力信号をオン、オフするス
イッチ回路24とより構成されている。積分器21とサ
ンプルホールド回路22とは第1の積分手段を構成して
いる。
【0007】同期検出回路30は、サンプルホールド回
路22の出力信号を絶対値化する全波整流器31と、符
号判定器23から出力される復調信号の遷移を検出して
遷移検出パルスを出力する遷移検出器32と、全波整流
器31,113bの各出力信号を遷移検出器35から遷
移検出パルスが出力された時入力信号をサンプルした後
所定時間保持するサンプルホールド回路33及び34
と、これらのサンプルホールド回路33及び34の両出
力信号の振幅を比較する振幅比較器35と、復調信号の
遷移と遷移の間のクロック数をカウントするカウンタ3
6と、振幅比較器35及びカウンタ36の両出力信号の
論理和をとるOR回路37と、OR回路37の出力信号
によりリセットされ、振幅比較器35から出力される比
較結果を記憶する同期状態記憶部38とより構成されて
いる。
【0008】図5の動作を図6のタイミングチャートを
参照しつつ説明する。図6(A)示すようにビット周期
Tの受信データaは図5の位相同期ループ10内の積分
器111a及び111bにそれぞれ入力され、ここでタ
イミング発生器114からの制御パルスによりビット周
期Tに等しい期間積分される。ただし、積分器111a
の積分開始時間は推定される信号の変化点(すなわち、
後述する再生ブロックjの前縁で、ここでは立ち上が
り)に対し、ΔTだけ早くされ(アーリゲート)、積分
器111bのそれはΔTだけ遅くされている(レイトゲ
ート)。
【0009】これにより、積分器111aからは図6
(B)にbで示す如き積分信号が出力されてサンプルホ
ールド回路112aに供給され、ここでタイミング発生
器114の出力制御パルスにより、積分開始時点(積分
終了時点)のレベルがサンプリングされた後上記期間T
だけレベルが保持されることにより、図6(E)にeで
示すパルス(アーリ信号)が得られる。
【0010】同様に、他方の積分器111bからは図6
(C)にcで示す如き積分信号が出力されてサンプルホ
ールド回路112bに供給され、ここでタイミング発生
器114の出力制御パルスにより、積分開始時点(積分
終了時点)のレベルがサンプリングされた後上記期間T
だけレベルが保持されることにより、図6(F)にfで
示すパルス(レイト信号)が得られる。
【0011】サンプルホールド回路112a及び112
bの両出力パルスe及びfは、全波整流器113a,1
13bによりレベルが絶対値化された後、加算器115
に供給される。加算器115は2入力信号の一方の信号
を極性反転して他方の信号と加算することにより、加算
器115からは全波整流器113aと113bの両出力
信号の振幅差に比例した、図6(H)に示す如き誤差信
号hが取り出される。
【0012】この誤差信号hはループフィルタ12を通
して電圧制御発振器13に制御電圧として印加され、そ
の出力発振周波数を可変制御する。この電圧制御発振器
13の出力信号はタイミング発生器114に基準信号と
して印加される。これにより、電圧制御発振器13の出
力信号周波数は上記誤差信号hに比例して制御され、受
信データaのクロック信号に同期するように制御され
る。
【0013】また、復調回路20ではまず、端子1を介
して入力された受信データaを、積分器21によりタイ
ミング発生器114よりの制御パルスに基づき前記期間
T毎に積分する。この積分器21の積分開始時間は、推
定される信号の変化点であり、これにより積分器21か
らは図6(D)にdで示す信号が取り出される。サンプ
ルホールド回路22はこの積分信号dを入力信号として
受け、タイミング発生器114の出力制御パルスによ
り、積分開始時間(積分終了時点)のレベルをサンプリ
ングした後上記期間Tだけレベルを保持することによ
り、図6(G)にgで示すパルス(オンタイム信号)を
出力する。
【0014】符号判定器23は、上記のオンタイム信号
gと所定のしきい値とをレベル比較し、それにより
「1」、「0」の論理値の判定を行い、スイッチ回路2
4を介して出力端子41に対して復調データiを出力す
る。スイッチ回路24は後述する同期検出信号(同期ス
テータス)oが「同期」状態を示す論理値の時はオンと
なり、上記の出力信号iを復調信号として端子41へ出
力する。一方、スイッチ回路24は同期検出信号oが
「非同期」状態を示す論理値の時はオフとなり、符号判
定器23の出力信号iの端子41へ通過を阻止する。
【0015】上記の積分器21の積分開始タイミング及
びサンプルホールド回路22のホールドタイミングは、
前記したようにタイミング発生器114の出力制御パル
スにより制御される。例えば、ΔT=T/4に設定した
場合、位相同期ループ10が受信データaに同期してい
るときには、復調信号iの変化点におけるアーリ信号e
及びレイト信号fの振幅が図6に示すように、オンタイ
ム信号gの振幅の1/2倍になる。
【0016】次に同期検出回路30の動作について説明
する。同期検出回路30では、位相同期ループ10及び
復調回路20で得られるレイト信号fの振幅とオンタイ
ム信号gの振幅とを比較し、位相同期ループ10の同期
状態の判定を行っている。レイト信号fとオンタイム信
号gとは、互いに正負の値をとり、かつ変化のタイミン
グがずれているために直接比較はできない。そこで、全
波整流器113b及び31で全波整流を行って正の振幅
に変換後、サンプルホールド回路33,34により同じ
タイミングで振幅をホールドし、サンプルホールド後の
値を振幅比較器35で比較して同期判定を行っている。
【0017】振幅比較器35では、予め定められた閾値
以上振幅差がある場合に「同期」状態と判定し、同期信
号nを出力する。逆に、予め定められた閾値より小さい
振幅差がある場合「非同期」状態と判定し、非同期信号
mを出力する。振幅比較器35から出力される同期信号
n及び非同期信号mに基づいて、同期判定結果が同期状
態記憶器38により保持され、同期ステータスoとして
出力される。
【0018】上記判定結果は復調信号iに遷移があった
タイミングのみ有効であることから、復調信号iの遷移
を遷移検出器32で検出し、遷移検出器32の出力信号
である遷移信号kに基づいてサンプルホールド回路3
3,34のホールドを行っている。また、長期間復調信
号iに遷移がない場合には、振幅比較器35の判定結果
は無効であるので、遷移信号kの発生間隔をカウンタ3
6で計測し、一定期間遷移が発生しない場合、同期状態
記憶器38をオアゲート37を介してリセットし、同期
ステータスoを「非同期」状態としているのである。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】上述した図5に示す従
来の回路構成では、受信データがなく雑音のみになった
場合には、同期検出回路30において、同期判定が誤っ
てなされることがあり、「非同期」状態であるにもかか
わらず「同期」状態を示すステータスを出力することで
ある。その理由は、再生クロックの前縁のタイミングで
入力データを積分した信号gと、再生クロックの前縁に
対して所定時間進んだまたは遅れたタイミングで入力信
号を積分した信号fとの振幅比(差)が、同期している
ときと同期が外れているときとで変化する現象を利用し
て、同期外れを検出しているが、その振幅比(差)が2
倍程度しかないために、雑音のみの入力に対しては、原
理的に同期測定誤りが生ずることは避けられない。ま
た、雑音入力を積分すると、振幅比較器35の動作範囲
外の小さな値となる場合があり、正確な同期検出ができ
ないためである。
【0020】本発明の目的は、受信データである入力デ
ータがなくなった場合に、同期判定部において雑音によ
る誤った同期判定を防止することが可能なクロック再生
回路を提供することである。
【0021】本発明の他の目的は、入力データがなくな
った場合に、雑音に追従して動作することを防止すると
共に、短時間で初期捕捉(同期確立)が可能なクロック
再生回路を提供することである。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電圧制
御発振手段、この電圧制御発振手段による発振クロック
の前縁タイミングに対して前後に所定時間だけずれたタ
イミングで入力データの積分をそれぞれ開始して前記発
振クロックの周期に等しい時間単位で積分を行う第一及
び第二の積分手段、これ等第一及び第二の積分手段の積
分出力に基づいて前記入力デーと前記発振クロックとの
位相差を生成して前記電圧制御発振器の制御電圧とする
位相比較手段を有し、前記入力データに同期した再生ク
ロックを生成するための位相同期ループと、前記発振ク
ロックの前縁タイミングで入力データの積分を開始し、
前記発振クロックの周期に等しい時間単位で積分を行う
第三の積分手段、この第三の積分手段の積分出力と前記
第二の積分手段の積分出力と比較する比較手段を有し、
この比較結果に応じて前記位相同期ループの同期検出を
行う同期検出回路と、を含むクロック再生回路であつ
て、前記第三の積分手段の出力と所定の基準値とを比較
する比較手段と、この比較結果に応じて前記入力データ
と第一の固定値とを切替え制御する入力切替え手段とを
含むことを特徴とするクロック再生回路が得られる。
【0023】そして、前記第一の固定値は前記入力デー
タがない場合の雑音の平均値より大なる値であることを
特徴とし、また前記比較手段の比較結果に応じて前記制
御電圧と第二の固定値とを切替え制御する制御電圧切替
え手段を、更に含むことを特徴とする。そして、前記第
二の固定値は前記電圧制御発振器の発振周波数が前記入
力データのノミナル周波数から所定値ずれる様な値であ
ることを特徴とする。
【0024】本発明の作用を述べる。入力データに位相
同期したクロックを再生するための位相同期ループ(P
LL)機能と、このPLLの同期状態を検出する位相同
期検出機能とを有するクロック再生回路において、入力
データがない場合には、PLLの入力として、入力デー
タに代えて第一の固定値を供給するよう切替える切替え
回路を設け、この第一の固定値として、入力データがな
い場合の雑音の平均値より大なる所定値としておくこと
で、位相同期検出器機能部における同期検出が誤ってな
されることが防止される。
【0025】また、入力データがない場合には、電圧制
御発振器の制御電圧を第二の固定値に切替える切替え回
路を更に設け、この第二の固定値として、電圧制御発振
器の発振周波数をノミナル値から所定値ずれた発振周波
数に対応する値としておくことで、入力データの供給が
再開されたときの初期捕捉が短時間で可能となる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施例につき詳述する。図1は本発明の実施例の回路構成
図であり、図5と同等部分は同一符号にて示している。
図5の従来構成と異なる部分についてのみ説明する。図
1において、位相同期ループ10への入力データ供給端
子1と積分器111a,11bとの間にスイッチ回路4
3を設け、また位相同期ループ10内のループフィルタ
12と電圧制御発振器13との間に、スイッチ回路14
を設けている。
【0027】スイッチ回路43は、位相同期ループ10
への入力として、入力データ1と固定値Aとを切替える
ためのものであり、またスイッチ回路14は、電圧制御
発振器13の制御電圧として、ループフィルタ12の出
力と固定値Bとを切替えるものである。これ等スイッチ
回路43,14の切替え制御は、同期検出回路30内に
新たに設けられた振幅比較器39の比較出力によりなさ
れる。この振幅比較器39は、全波整流器31の出力す
なわち、復調回路20内の積分器21による積分出力d
をサンプルホールド回路22で保持した信号gに応じた
振幅と基準値とを比較する。
【0028】これ等新たに追加したスイッチ回路43,
14及び振幅比較器39を除く回路の動作は、図5のそ
れと同等であり、図6のタイミングチャートに従って動
作するので、その説明は省略し、新たに追加した機能に
ついての動作を以下に説明する。
【0029】振幅比較器39で入力信号「信号無し」と
判定され場合、位相同期ループ10には、スイッチ回路
43から固定値Aが入力される。この場合位相同期ルー
プ内の2つの積分器111a,111bの出力が等しく
なるので、加算器115から出力される誤差信号hがゼ
ロとなる。この固定値Aは、入力信号がない場合に入力
される雑音の平均値より大きな値とする。これにより、
「信号無し」の場合、位相同期ループ10の「同期」、
「非同期」を判定する振幅比較器35の判定出力が確実
に「非同期」状態となる。
【0030】固定値Bは、電圧制御発振器13の発振周
波数が入力信号のノミナル周波数から少しずれた値とな
るような値に設定する。これにより、同期可能なレベル
の信号が入力された場合、入力信号を積分する積分器2
1の出力dの振幅が上記周波数差に応じて周期的に変化
するので、入力信号の有無の判定をその初期位相に係わ
らず、確実に行なえる。もし、電圧制御発振器13の発
振周波数をノミナル値に一致させている場合、入力信号
の周波数とほぼ一致する可能性が有る。この様に周波数
がほぼ一致しており且つ、入力信号のビットの始まりの
タイミングと積分器の積分タイミングのずれが約1/2
ビットになっている場合、初期捕捉時に良く使用される
「1」、「0」データの繰り返しのプリアンブルが入力
されると、積分器21の積分出力がほぼゼロとなり、正
常な入力信号が入力されていても、「信号有り」と判定
できなくなる問題がある。
【0031】受信データaの遷移点と積分器21の積分
開始点とが一致し、オンタイム信号gが最大になる場合
のタイムチャートを図2に示す。また、受信データaの
変化点と積分器21の積分開始点が1/2ビットずれ、
オンタイム信号gが最小になる場合のタイムチャートを
図3に示す。電圧制御発振器13の発振周波数によって
決定される積分器21の積分開始信号の周期Tiと受信
データaのビット周期Tとが一致していない場合(非同
期状態)、オンタイム信号gの振幅は図2に示した最大
値から図3に示した最小値の間で変化しており、オンタ
イム信号gの絶対値は図4の様に周期的な変化をする。
オンタイム信号gの絶対値が変化する周期Tbは、積分
開始信号の周期Tiとビット周期Tの偏差とビットレー
トにより決定され、ビットレートが1kbps、偏差が
1×(10の−6乗)の場合Tbは約1,000秒にな
る。
【0032】入力信号の有無は、オンタイム信号gの絶
対値が基準値を越えているかどうかを比較器39で比較
して判定している。比較器39に入力する基準値をオン
タイム信号gの最大振幅の1/2に設定した場合、Tb
が約1,000秒となる前記の例では、約500秒間入
力信号無しと判定される期間が存在し正常な初期捕捉が
できなくなる。
【0033】本発明では、上記問題を解決するために、
電圧制御発振器13の周波数をノミナル値からずらす構
成としている。一例として、電圧制御発振器13の周波
数偏差を5%に設定すると、Tbは約1,000秒から
約21ミリ秒に短縮でき、短時間で信号の有無を判定で
きる。また、基準値を上記の値に設定した場合、受信デ
ータaの遷移点と積分器21の積分開始点ずれが1/2
ビット以下でないと入力信号有りと判定されない。従っ
て、入力信号有りと判定され、位相同期ループ10の入
力が固定値Aから受信データaに切り替えられた時点の
位相誤差は、1/2ビット以下になり、位相同期ループ
10の同期捕捉が短時間で行なえる。
【0034】なお、上記実施例では、入力信号が無い場
合の電圧制御発振器の周波数をノミナル値から5%ずら
した場合について説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、任意の値に設定することができる。ま
た、電圧制御発振器を数値制御発振器など周波数の変更
が可能な他の発振器に置き換えることが可能である。更
には、マイクロプロセッサにより上記実施例のアルゴリ
ズムをソフトウエアにより処理することも可能である。
【0035】
【発明の効果】本発明による第1の効果は、正規の入力
信号が無い時に入力される雑音により、誤った同期判定
を行なうことが防止でき、同期判定結果を使用したスケ
ルチ動作を確実に行なえることである。その理由は、入
力信号を積分してサンプルホールド後、全波整流してあ
る基準振幅値と比較することにより入力の有無を判定
し、入力が無い場合位相同期ループの入力を固定値とす
ることにより、位相同期ループに雑音が入力されなくな
るためである。
【0036】また本発明による第2の効果は、入力信号
の初期位相にかかわらず、短時間で初期捕捉が行なえる
ことである。その理由は、初期捕捉時に位相同期ループ
内の電圧制御発振器の発振周波数をノミナル値からずら
しておくことにより、受信データの遷移点とオンタイム
積分器の積分開始点のずれに伴うオンタイム積分器出力
の低下時間を短縮できること、及び受信データの遷移点
とオンタイム積分器の積分開始点のずれが小さくなって
積分器の出力に十分な出力が得られた段階で、入力信号
有りと判定し位相同期ループの入力を固定値から受信デ
ータに切り替えることにより、位相同期ループの引き込
み時間が短縮できるためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図である。
【図2】図1の受信データの遷移点とオンタイム積分器
の積分開始点が一致した場合の動作説明用タイムチャー
トである。
【図3】図1の受信データの遷移点とオンタイム積分器
の積分開始点が1/2ビットずれた場合の動作説明用タ
イムチャートである。
【図4】図1の受信データの遷移周期とオンタイム積分
器の積分周期がずれている場合の動作説明用タイムチャ
ートである。
【図5】従来の一例のブロック図である。
【図6】従来例及び本発明の動作例を示すタイミングチ
ャートである。
【符号の説明】
1 受信データ入力端子 10 位相同期ループ 11 位相比較器 12 ループフィルタ 13 電圧制御発振器 20 復調回路 21,111a,111b 積分器 22,33,34,112a,112b サンプルホー
ルド回路 23 符号判定器 14,24,43 スイッチ回路 30 同期検出回路 31,113a,113b 全波整流器 32 遷移検出器 35,39 振幅比較器 36 カウンタ 37 OR回路 38 同期状態記憶器 41 復調信号出力端子 42 同期ステータス信号出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J106 AA04 BB02 CC01 CC21 CC41 DD02 DD06 DD09 DD13 DD17 EE09 EE15 GG19 HH10 JJ09 KK29 5K047 AA02 AA04 AA13 GG11 MM35 MM46 MM50 MM62 MM63

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電圧制御発振手段、この電圧制御発振手
    段による発振クロックの前縁タイミングに対して前後に
    所定時間だけずれたタイミングで入力データの積分をそ
    れぞれ開始して前記発振クロックの周期に等しい時間単
    位で積分を行う第一及び第二の積分手段、これ等第一及
    び第二の積分手段の積分出力に基づいて前記入力デーと
    前記発振クロックとの位相差を生成して前記電圧制御発
    振器の制御電圧とする位相比較手段を有し、前記入力デ
    ータに同期した再生クロックを生成するための位相同期
    ループと、 前記発振クロックの前縁タイミングで入力データの積分
    を開始し、前記発振クロックの周期に等しい時間単位で
    積分を行う第三の積分手段、この第三の積分手段の積分
    出力と前記第二の積分手段の積分出力と比較する比較手
    段を有し、この比較結果に応じて前記位相同期ループの
    同期検出を行う同期検出回路と、を含むクロック再生回
    路であつて、 前記第三の積分手段の出力と所定の基準値とを比較する
    比較手段と、 この比較結果に応じて前記入力データと第一の固定値と
    を切替え制御する入力切替え手段とを含むことを特徴と
    するクロック再生回路。
  2. 【請求項2】 前記第一の固定値は前記入力データがな
    い場合の雑音の平均値より大なる値であることを特徴と
    する請求項1記載のクロック再生回路。
  3. 【請求項3】 前記比較手段の比較結果に応じて前記制
    御電圧と第二の固定値とを切替え制御する制御電圧切替
    え手段を、更に含むことを特徴とする請求項1または2
    記載のクロック再生回路。
  4. 【請求項4】 前記第二の固定値は、前記電圧制御発振
    器の発振周波数が前記入力データのノミナル周波数から
    所定値ずれる様な値であることを特徴とする請求項3記
    載のクロック再生回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200041425A (ko) * 2018-10-11 2020-04-22 삼성디스플레이 주식회사 트랜지션 검출기 및 이를 포함하는 클록 데이터 복원기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200041425A (ko) * 2018-10-11 2020-04-22 삼성디스플레이 주식회사 트랜지션 검출기 및 이를 포함하는 클록 데이터 복원기
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