JP2004222115A - Clock data recovery circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力されるデータから、このデータに同期したクロック信号を再生するクロック・データ・リカバリ回路(以下、CDR回路という)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は、CDR回路の一例の構成概略図である。この図に示すように、CDR回路10は、位相比較器12と、チャージポンプ回路14と、ループフィルタ16と、電圧制御発振器18とを備えている。
【0003】
CDR回路10では、位相比較器12により、データDataとクロック信号Clockとの間の位相差が検出され、その検出結果である制御信号up、downが出力される。続いて、チャージポンプ回路14により、制御信号up、downに基づいて、位相差に応じた誤差信号が生成され、ループフィルタ16により、誤差信号に応じた制御用電圧レベルVcontが生成され、電圧制御発振器18により、制御用電圧レベルVcontに応じてクロック信号Clockの発振周波数が変更される。
【0004】
例えば、データDataに対してクロック信号Clockの位相の方が遅いときには、クロック信号Clockの位相を早くするために、制御用電圧レベルVcontが高くされ、逆に、早いときには制御用電圧レベルVcontが低くされる。そして、以後同様に、データDataと発振周波数の変更されたクロック信号Clockとの間の位相差を繰り返し検出し、データDataとクロック信号Clockとの間の周波数および位相が同期される。
【0005】
ところで、CDR回路としては、Alexander タイプの位相比較器を用いるバイナリCDR回路と、Hogge タイプの位相比較器を用いるリニアCDR回路の2種類が広く用いられている。以下、これら2種類のCDR回路について説明する。
【0006】
まず、図7は、Alexander タイプの位相比較器の構成概略図である。同図に示すように、Alexander タイプの位相比較器12aは、4つのフリップフロップ52,54,56,58と、2つのEORゲート60,62と、インバータ64と、2つのANDゲート66,68とを備えている。
【0007】
ここで、信号P(EORゲート62の出力)は、データData遷移の有無の検出結果を表し、ハイレベルの場合にはデータDataの遷移があり、ローレベルの場合にはデータDataの遷移がない状態である。また、信号Q(EORゲート60の出力)はクロック信号ClockとデータDataの位相関係を表し、ハイレベルの場合、クロック信号Clockの位相がデータDataの位相よりも進んでおり、ローレベルの場合、クロック信号Clockの位相がデータDataの位相よりも遅れている状態である。
【0008】
Alexander タイプの位相比較器12aでは、クロック信号Clockの位相がデータDataの位相よりも進んでいる場合、図8に示すように、データDataが遷移した後のクロック信号Clockの立ち上がりに同期して、1クロックの間、制御信号downにハイレベルが出力される。また、データDataが1クロック毎に連続的に遷移すると、このデータDataの遷移状態に従って制御信号downも連続的にハイレベルとなる。これにより、制御用電圧レベルVcontは、制御信号downのハイレベルの時間に応じて次第に低下し、クロック信号Clockの位相が遅くなるように制御される。なお、図8に示すタイミングチャートには、図7に示す各内部ノードA,B,C,P,Qと同じ符号を付してある。また、後出の図9および図10のタイミングチャートについても同様である。
【0009】
これに対し、クロック信号Clockの位相がデータDataの位相よりも遅れている場合、図9に示すように、データDataが変化した後のクロック信号Clockの立ち上がりに同期して、制御信号upにハイレベルが出力される。また、データDataが1クロック毎に連続的に遷移すると、このデータDataの遷移状態に従って制御信号upも連続的にハイレベルとなる。これにより、制御用電圧レベルVcontは、制御信号upのハイレベルの時間に応じて次第に上昇し、クロック信号Clockの位相が早くなるように制御される。
【0010】
また、クロック信号Clockの位相とデータDataの位相が一致している場合、図10に示すように、データDataの遷移タイミングとクロック信号Clockのたち下がりのタイミングが一致する。従って、フリップフロップ56に取り込まれるデータDataが不定となってそのデータ出力Qが不定となり、制御信号Pも制御信号up、downも全て不定となるため、制御用電圧レベルVcontが微少電圧範囲でふらつくことになる。
【0011】
続いて、図11は、Hogge タイプの位相比較器の構成概略図である。
同図に示すように、Hogge タイプの位相比較器12bは、2つのフリップフロップ70,72と、2つのEORゲート74,76と、遅延回路78とを備えている。
【0012】
Hogge タイプの位相比較器12bでは、データDataが変化すると、データDataが変化してから次のクロック信号Clockが立ち上がるまでの間、制御信号upがハイレベルとなり、クロック信号Clockが立ち上がってから次に立ち下がるまでの間、制御信号downがハイレベルとなる。
【0013】
クロック信号Clockの位相がデータDataの位相よりも進んでいる場合、図12に示すように、制御信号upよりも制御信号downの方がハイレベルのパルス幅が長くなる。これにより、制御用電圧レベルVcontは、制御信号upのハイレベルに応じて小さく上昇し、制御信号downのハイレベルの時間に応じて大きく低下するため、クロック信号Clockの位相が遅くなるように制御される。なお、図12に示すタイミングチャートには、図11に示す各内部ノードA,Bと同じ符号を付してある。また、後出の図13および図14のタイミングチャートについても同様である。
【0014】
これに対し、クロック信号Clockの位相がデータDataの位相よりも遅れている場合、図13に示すように、制御信号downよりも制御信号upの方がハイレベルのパルス幅が長くなる。これにより、制御用電圧レベルVcontは、制御信号upのハイレベルに応じて大きく上昇し、制御信号downのハイレベルの時間に応じて小さく低下するため、クロック信号Clockの位相が早くなるように制御される。
【0015】
また、クロック信号Clockの位相とデータDataの位相が一致している場合、図14に示すように、ほぼ等しいハイレベルのパルス幅を持つ制御信号upと制御信号downが交互に出力される。これにより、制御用電圧レベルVcontは、制御信号upのハイレベルに応じて上昇し、制御信号downのハイレベルの時間に応じて低下することを繰り返すため、クロック信号Clockの位相とデータDataの位相が一致している場合であっても、クロック信号Clockの位相が変動することになる。
【0016】
また、Alexander タイプの位相比較器12aを用いるバイナリCDR回路は非線形システムであるため、設計を行う際に線形PLL論理に基づいたシステム解析が困難となる。ここで、線形PLL論理とは、各要素ブロックに対し、線形な伝達関数を仮定してPLLのシステム解析を行う論理である。従って、ループバンド幅、ループフィルタ定数といったシステムパラメータを決定する作業をシミュレーションベースで行う必要があるため、多くの設計工数を必要とするという問題がある。
【0017】
これに対し、Hogge タイプの位相比較器12bを用いるリニアCDR回路は線形システムであるため、線形PLL論理に基づいたシステム解析は可能である。しかし、Alexander タイプの位相比較器12aを用いるバイナリCDR回路においても、Hogge タイプの位相比較器12bを用いるリニアCDR回路においても同様に、図15に示すように、リカバリ状態でも電圧制御発振器18の制御用電圧レベルVcontが変動するため、クロック信号Clockのジッタ発生の要因になるという問題がある。
【0018】
ここで、非線形システム、線形システムおよび線形PLL論理について説明する。あるシステムが存在する時、その時間的、空間的発展(変化)は通常微分方程式で表現できる。例えば、時間変化を記述する微分方程式について、初期条件(t=0の時の値)を与えると1つの解が求まる時、異なる初期条件の解との間に重ね合わせの原理が成立する場合を線形システムと呼ぶ。
【0019】
例えば、線形システムでは、初期条件として、t=0で初期値A(1)の場合に解1、A(2)の場合に解2、A(3)=A(1)+A(2)の場合に解3を得る時、解3=解1+解2となり、このような関係を重ね合わせの原理と呼ぶ。また、あるシステムに対する入力と出力の関係が比例関係になっている場合、そのシステムを線形システムという。
【0020】
これに対し、非線形システムとは、解の重ね合わせの原理が成立しないシステム、あるいは入力と出力の関係が比例関係にないシステムである。非線形システムを解析する場合、非線形方程式を解く必要があるが、特殊な場合を除いてコンピュータによる数値解析が必要となる。このため、前述の通り、非線形システムの場合、システム解析が非常に困難である。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、論理的なシステムの解析が容易であり、かつジッタの少ない安定したクロック信号を再生することができるクロック・データ・リカバリ回路を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、入力されるデータとクロック信号との間の位相差の検出結果である制御信号を出力する位相比較器と、前記制御信号に基づいて、前記位相差に応じた誤差信号を出力するチャージポンプ回路と、前記誤差信号に応じた制御用電圧レベルを出力するループフィルタと、前記制御用電圧レベルに応じて前記クロック信号の発振周波数を変更する電圧制御発振器とを備え、
前記データから、このデータに同期した前記クロック信号を再生するクロック・データ・リカバリ回路であって、
前記位相比較器は、前記データが変化するタイミングを検出するエッジ検出回路と、このエッジ検出回路の出力および前記クロック信号に基づいて前記制御信号を出力する位相周波数比較回路とを含むことを特徴とするクロック・データ・リカバリ回路を提供するものである。
【0023】
ここで、さらに、前記データの遷移のない状態を検出するデータ遷移検出回路を備え、前記チャージポンプ回路は、前記データ遷移検出回路の出力に基づいて、前記データの遷移のない状態の間動作が停止されるのが好ましい。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のクロック・データ・リカバリ回路を詳細に説明する。
【0025】
本発明のCDR回路の構成は、図6に示す従来のCDR回路10の構成と基本的に同じである。すなわち、本発明のCDR回路は、位相比較器12と、チャージポンプ回路14と、ループフィルタ16と、電圧制御発振器18とを備えている。本発明のCDR回路の特徴は、従来のCDR回路とは異なる構成の位相比較器を備えている点にあるので、以下本発明のCDR回路で用いられる位相比較器について説明する。
【0026】
図1は、本発明のCDR回路で用いられる位相比較器の一実施形態の構成概略図である。同図に示す位相比較器12cは、データDataが変化するタイミングを検出するエッジ検出回路20と、このエッジ検出回路20の出力およびクロック信号Clockに基づいて、データDataとクロック信号Clockとの間の位相差の検出結果である制御信号up、downを出力する位相周波数比較回路22とを備えている。
【0027】
エッジ検出回路20は、遅延回路24と、EORゲート26とを備えている。EORゲート26の一方の入力にはデータDataが直接入力され、他方の入力には、遅延回路24を介してデータDataが入力されている。エッジ検出回路20では、データDataがハイレベルからローレベルに、およびローレベルからハイレベルに変化してから、遅延回路24の遅延時間に相当する所定の時間、ハイレベルのパルスが出力される。
【0028】
位相周波数比較回路22は、2つのフリップフロップ28,30と、ANDゲート32とを備えている。フリップフロップ28,30のデータ入力Dは共に電源に接続され、そのクロック入力には、それぞれEORゲート26の出力およびクロック信号Clockが入力されている。また、フリップフロップ28,30のデータ出力Qからはそれぞれ信号upおよび信号downが出力されている。これらの信号up、downはANDゲート32に入力され、ANDゲート32の出力がフリップフロップ28,30のリセット入力restに共通に入力されている。
【0029】
位相周波数比較回路22では、エッジ検出回路20の出力Aの立ち上がりでフリップフロップ28のデータ出力Q、すなわち信号upがハイレベルとなり、クロック信号Clockの立ち上がりでフリップフロップ30のデータ出力Q、すなわち信号downがハイレベルとなる。また、フリップフロップ28,30の出力Qが共にハイレベルになると、ANDゲート32の出力がハイレベルとなり、フリップフロップ28,30はリセットされて、その出力Qは共にローレベルとなる。
【0030】
次に、図2のタイミングチャートを参照して、図1に示す位相比較器12cを用いるCDR回路の動作を説明する。ここで、図2(a)は、クロック信号Clockの位相がデータDataの位相よりも進んでいる場合、図2(b)は、クロック信号Clockの位相がデータDataの位相よりも遅れている場合、図2(c)は、クロック信号Clockの位相とデータDataの位相が一致している場合のCDR回路の動作をそれぞれ表す。
【0031】
まず、クロック信号Clockの位相がデータDataの位相よりも進んでいる場合、図2(a)のタイミングチャートに示すように、まず、クロック信号Clockの立ち上がりでフリップフロップ30の出力Q、すなわち制御信号downがハイレベルとなり、その後、エッジ検出回路20によってデータDataの変化が検出され、その出力Aが立ち上がるとフリップフロップ28の出力Q、すなわち制御信号upがハイレベルとなる。
【0032】
これにより、ANDゲート32の出力がハイレベルとなり、フリップフロップ28,30の出力Q、すなわち制御信号up、downは共にリセットされてローレベルとなる。従って、ループフィルタ16の出力、すなわち制御用電圧レベルVcontは、制御信号downがハイレベルとなる時間に応じてその電圧レベルが次第に低下し、電圧制御発振器18の出力、すなわちクロック信号Clockの位相が遅くなるように制御される。
【0033】
これに対し、クロック信号Clockの位相がデータDataの位相よりも遅れている場合、図2(b)のタイミングチャートに示すように、エッジ検出回路20によってデータDataの変化が検出され、その出力Aが立ち上がるとフリップフロップ28の出力Q、すなわち制御信号upがハイレベルとなり、その後、クロック信号Clockの立ち上がりでフリップフロップ30の出力Q、すなわち制御信号downがハイレベルとなる。
【0034】
これにより、ANDゲート32の出力がハイレベルとなり、フリップフロップ28,30の出力Q、すなわち制御信号up、downは共にリセットされてローレベルとなる。従って、ループフィルタ16の出力、すなわち制御用電圧レベルVcontは、制御信号upがハイレベルとなる時間に応じてその電圧レベルが次第に上昇し、電圧制御発振器18の出力、すなわちクロック信号Clockの位相が早くなるように制御される。
【0035】
また、クロック信号Clockの位相とデータDataの位相が一致している場合、図2(c)のタイミングチャートに示すように、エッジ検出回路20によってデータDataの変化が検出され、その出力Aが立ち上がってフリップフロップ28の出力Q、すなわち制御信号upがハイレベルになるのと同時に、クロック信号Clockの立ち上がりでフリップフロップ30の出力Q、すなわち制御信号downがハイレベルとなる。
【0036】
これにより、ANDゲート32の出力がハイレベルとなり、フリップフロップ28,30の出力Q、すなわち制御信号up、downは共にリセットされてローレベルとなる。従って、ループフィルタ16の出力、すなわち制御用電圧レベルVcontは変化せず、電圧制御発振器18の出力、すなわちクロック信号Clockの位相は現状を維持するように制御される。
【0037】
図1に示す位相比較器12は線形システムなのでシステム解析が容易であり、設計工数を削減できるという利点がある。また、図1に示す位相比較器12cを用いるCDR回路では、データDataとクロック信号Clockとの間の位相差がなくなると、電圧制御発振器18の制御用電圧レベルVcontの変動がなくなるので、リカバリ状態において、クロック信号Clockにジッタが発生しない安定したシステムを実現可能である。
【0038】
また、図3に示すように、図1に示す位相比較器12cを用いるCDR回路において、さらにデータDataの遷移のない状態を検出するデータ遷移検出回路34を組み合わせて用いることも可能である。これにより、データDataの無遷移状態が続いた場合でも、チャージポンプ回路14の動作を停止させることによって、電圧制御発振器18の制御用電圧レベルVcontの変動を抑えることができ、より高性能化を図ることが可能である。
【0039】
以下、上記データ遷移検出回路34について説明する。
図4(a)および(b)は、それぞれ図3に示すCDR回路で用いられるデータ遷移検出回路の一実施形態の構成概略図とその動作タイミングチャートであり、図5(a)および(b)は、それぞれ図3に示すCDR回路で用いられるチャージポンプ回路および従来のCDR回路で用いられるチャージポンプ回路の一実施形態の構成概略図である。
【0040】
図4(a)に示すデータ遷移検出回路34aは、2つのフリップフロップ36,38と、ENORゲート40とを備えている。フリップフロップ36のデータ入力DにはデータDataが入力され、そのデータ出力Qがフリップフロップ38のデータ入力Dに入力されている。また、フリップフロップ36,38のクロック入力にはクロック信号Clockが共通に入力されている。ENORゲート40にはフリップフロップ36,38のデータ出力Qが入力され、ENORゲート40からは信号NTが出力されている。
【0041】
このデータ遷移検出回路34aでは、図4(b)のタイミングチャートに示すように、データDataが遷移した後のクロック信号Clockの立ち上がりからその次のクロック信号Clockの立ち上がりまでの1クロックの間、信号NTにローレベルが出力される。また、データDataが1クロック毎に連続的に遷移すると、このデータDataの遷移状態に従って信号NTも連続的にローレベルとなる。なお、図4(b)に示すタイミングチャートには、図4(a)に示す各内部ノードA,Cと同じ符号を付してある。
【0042】
また、図5(a)に示すチャージポンプ回路14aは、P型MOSトランジスタ(以下、PMOSという)42と、N型MOSトランジスタ(以下、NMOSという)44と、NANDゲート46と、ANDゲート48と、インバータ50とを備えている。NANDゲート46の一方の入力には制御信号upが入力され、ANDゲート48の一方の入力には制御信号downが入力されている。NANDゲート46およびANDゲート48の他方の入力には、インバータ50を介して信号NTが共通に入力され、NANDゲート46およびANDゲート48の出力はそれぞれPMOS42およびNMOS44のゲートに入力されている。PMOS42およびNMOS44は電源とグランドとの間に直列に接続され、両者の接続点から制御用電圧レベルVcontが出力されている。
【0043】
図5(a)に示すチャージポンプ回路14aでは、信号NTがローレベルの期間は、NANDゲート46から制御信号upの反転信号、ANDゲート48から制御信号downが出力される。すなわち、同図(b)に示す従来のCDR回路で用いられるチャージポンプ回路14bと同様に動作し、制御信号upがハイレベルの期間、PMOS42がオンして制御用電圧レベルVcontがチャージアップされ、制御信号downがハイレベルの期間、NMOS44がオンして制御用電圧レベルVcontがディスチャージされる。
【0044】
これに対し、信号NTがハイレベルになると、NANDゲート46の出力がハイレベル、ANDゲート48の出力がローレベルとなり、PMOS42およびNMOS44は共にオフ状態となってその動作が停止される。これにより、データDataが遷移していない期間の制御用電圧レベルVcontの変動を抑えることができ、クロック信号Clockのジッタの発生を抑制することができる。
【0045】
なお、位相比較器12、チャージポンプ回路14、データ遷移検出回路34の具体的な回路構成を挙げて説明したが、本発明は図示の具体例に限定されるわけではなく、同様の機能を果たす他の回路構成のものを使用してもよい。また、チャージポンプ回路14、ループフィルタ16、電圧制御発振器18は従来公知の構成のものがいずれも利用可能であるし、本発明のCDR回路には、これら以外の他の構成要素が含まれていてもよい。
【0046】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明のクロック・データ・リカバリ回路について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【0047】
【発明の効果】
以上詳細に説明した様に、本発明のクロック・データ・リカバリ回路は、データが変化するタイミングを検出するエッジ検出回路と、エッジ検出回路の出力およびクロック信号に基づいて制御信号を出力する位相周波数比較回路とを含む位相比較器を備えている。
これにより、本発明のクロック・データ・リカバリ回路によれば、線形システムの位相比較器を用いるので、システム解析が容易であり、設計工数を削減できるという利点がある。また、データとクロック信号との間の位相差がなくなると、電圧制御発振器の制御用電圧レベルの変動がなくなるので、リカバリ状態において、クロック信号にジッタが発生しない安定したシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のクロック・データ・リカバリ回路で用いられる位相比較器の一実施形態の構成概略図である。
【図2】(a)、(b)および(c)は、いずれも図1に示す位相比較器を用いるクロック・データ・リカバリ回路の動作を表す一実施形態のタイミングチャートである。
【図3】本発明のクロック・データ・リカバリ回路の別の実施形態の構成概略図である。
【図4】(a)は、図3に示すクロック・データ・リカバリ回路で用いられるデータ遷移検出回路の一実施形態の構成概略図、(b)は、その動作を表す一実施形態のタイミングチャートである。
【図5】(a)は、図3に示すクロック・データ・リカバリ回路で用いられるチャージポンプの一実施形態の構成概略図、(b)は、従来のクロック・データ・リカバリ回路で用いられるチャージポンプの一例の構成概略図である。
【図6】クロック・データ・リカバリ回路の一例の構成概略図である。
【図7】Alexander タイプの位相比較器の構成概略図である。
【図8】図7に示す位相比較器を用いるクロック・データ・リカバリ回路の動作を表す一例のタイミングチャートである。
【図9】図7に示す位相比較器を用いるクロック・データ・リカバリ回路の動作を表す別の例のタイミングチャートである。
【図10】図7に示す位相比較器を用いるクロック・データ・リカバリ回路の動作を表す別の例のタイミングチャートである。
【図11】Hogge タイプの位相比較器の構成概略図である。
【図12】図11に示す位相比較器を用いるクロック・データ・リカバリ回路の動作を表す一例のタイミングチャートである。
【図13】図11に示す位相比較器を用いるクロック・データ・リカバリ回路の動作を表す別の例のタイミングチャートである。
【図14】図11に示す位相比較器を用いるクロック・データ・リカバリ回路の動作を表す別の例のタイミングチャートである。
【図15】図7および図11に示す位相比較器を用いるクロック・データ・リカバリ回路のリカバリ状態における動作を表す一例のタイミングチャートである。
【符号の説明】
10 クロック・データ・リカバリ回路
12 位相比較器
14 チャージポンプ回路
16 ループフィルタ
18 電圧制御発振器
20 エッジ検出回路
22 位相周波数比較回路
24 遅延回路
26,60,62,74,76 EORゲート
28,30,36,38,52,54,56,58,70,72 フリップフロップ
32,48,66,68 ANDゲート
34 データ遷移検出回路
40 ENORゲート
42 P型MOSトランジスタ
44 N型MOSトランジスタ
46 NANDゲート
50,64 インバータ
78 遅延回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a clock data recovery circuit (hereinafter, referred to as a CDR circuit) for recovering a clock signal synchronized with input data from input data.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an example of the CDR circuit. As shown in FIG. 1, the
[0003]
In the
[0004]
For example, when the phase of the clock signal Clock is later than that of the data Data, the control voltage level Vcont is increased in order to advance the phase of the clock signal Clock. Conversely, when the phase of the clock signal Clock is earlier, the control voltage level Vcont is low. Be killed. Thereafter, similarly, the phase difference between the data Data and the clock signal Clock whose oscillation frequency has been changed is repeatedly detected, and the frequency and phase between the data Data and the clock signal Clock are synchronized.
[0005]
By the way, as a CDR circuit, two types of a binary CDR circuit using an Alexander type phase comparator and a linear CDR circuit using a Hogge type phase comparator are widely used. Hereinafter, these two types of CDR circuits will be described.
[0006]
First, FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an Alexander type phase comparator. As shown in the figure, the Alexander
[0007]
Here, the signal P (the output of the EOR gate 62) indicates the detection result of the presence / absence of the transition of the data Data. When the signal P is at the high level, there is a transition of the data Data. State. The signal Q (output of the EOR gate 60) indicates the phase relationship between the clock signal Clock and the data Data. When the signal Q is at a high level, the phase of the clock signal Clock is ahead of the phase of the data Data. This is a state where the phase of the clock signal Clock lags behind the phase of the data Data.
[0008]
In the Alexander
[0009]
On the other hand, when the phase of the clock signal Clock lags behind the phase of the data Data, as shown in FIG. 9, the control signal up goes high in synchronization with the rising edge of the clock signal Clock after the data Data changes. The level is output. Further, when the data Data continuously transitions every clock, the control signal up also continuously goes high according to the transition state of the data Data. As a result, the control voltage level Vcont gradually increases in accordance with the high-level time of the control signal up, and is controlled so that the phase of the clock signal Clock is advanced.
[0010]
When the phase of the clock signal Clock matches the phase of the data Data, as shown in FIG. 10, the transition timing of the data Data matches the falling timing of the clock signal Clock. Therefore, the data Data taken into the flip-
[0011]
FIG. 11 is a schematic diagram of a Hogge type phase comparator.
As shown in the figure, the Hogge
[0012]
In the Hogge
[0013]
When the phase of the clock signal Clock is ahead of the phase of the data Data, as shown in FIG. 12, the high-level pulse width of the control signal down is longer than that of the control signal up. As a result, the control voltage level Vcont increases slightly according to the high level of the control signal up, and largely decreases according to the high level time of the control signal down, so that the phase of the clock signal Clock is controlled to be delayed. Is done. The same reference numerals as those of the internal nodes A and B shown in FIG. 11 are given to the timing chart shown in FIG. The same applies to the timing charts of FIGS. 13 and 14 described later.
[0014]
On the other hand, when the phase of the clock signal Clock lags behind the phase of the data Data, as shown in FIG. 13, the control signal up has a higher-level pulse width than the control signal down. As a result, the control voltage level Vcont increases greatly according to the high level of the control signal up, and decreases slightly according to the high level time of the control signal down, so that the phase of the clock signal Clock is controlled to be advanced. Is done.
[0015]
When the phase of the clock signal Clock matches the phase of the data Data, as shown in FIG. 14, the control signal up and the control signal down having substantially the same high-level pulse width are output alternately. As a result, the control voltage level Vcont repeatedly increases according to the high level of the control signal up and decreases according to the high level time of the control signal down, so that the phase of the clock signal Clock and the phase of the data Data are repeated. Are the same, the phase of the clock signal Clock fluctuates.
[0016]
Further, since the binary CDR circuit using the Alexander
[0017]
On the other hand, since the linear CDR circuit using the Hogge
[0018]
Here, the nonlinear system, the linear system, and the linear PLL logic will be described. When a system exists, its temporal and spatial evolution (change) can usually be expressed by differential equations. For example, for a differential equation describing a change over time, when an initial condition (a value at t = 0) is given and one solution is obtained, a case where the principle of superposition is established between solutions of different initial conditions is obtained. Call it a linear system.
[0019]
For example, in a linear system, as an initial condition, a solution 1 when t = 0 and an initial value A (1), a solution 2 when A (2), and A (3) = A (1) + A (2). When the solution 3 is obtained in this case, the solution 3 = the solution 1 + the solution 2, and such a relationship is called a superposition principle. When the relationship between the input and output for a certain system is proportional, the system is called a linear system.
[0020]
On the other hand, a nonlinear system is a system in which the principle of superposition of solutions does not hold, or a system in which the relationship between input and output is not proportional. When analyzing a non-linear system, it is necessary to solve a non-linear equation, but a numerical analysis by a computer is required except for special cases. Therefore, as described above, in the case of a nonlinear system, system analysis is very difficult.
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a clock / data recovery circuit which solves the problems based on the prior art, can easily analyze a logical system, and can reproduce a stable clock signal with little jitter. Is to do.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a phase comparator which outputs a control signal which is a detection result of a phase difference between input data and a clock signal, and the phase difference based on the control signal. A charge pump circuit that outputs an error signal corresponding to the error signal, a loop filter that outputs a control voltage level corresponding to the error signal, and a voltage control oscillator that changes an oscillation frequency of the clock signal according to the control voltage level With
A clock / data recovery circuit for recovering the clock signal synchronized with the data from the data,
The phase comparator includes an edge detection circuit that detects a timing at which the data changes, and a phase frequency comparison circuit that outputs the control signal based on an output of the edge detection circuit and the clock signal. And a clock / data recovery circuit that performs the operation.
[0023]
Here, a data transition detection circuit for detecting a state without data transition is further provided, and the charge pump circuit operates during a state without data transition based on an output of the data transition detection circuit. Preferably, it is stopped.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a clock data recovery circuit of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
[0025]
The configuration of the CDR circuit of the present invention is basically the same as the configuration of the
[0026]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of one embodiment of a phase comparator used in a CDR circuit of the present invention. The
[0027]
The edge detection circuit 20 includes a
[0028]
The phase
[0029]
In the phase
[0030]
Next, the operation of the CDR circuit using the
[0031]
First, when the phase of the clock signal Clock is ahead of the phase of the data Data, as shown in the timing chart of FIG. 2A, first, the output Q of the flip-
[0032]
As a result, the output of the AND
[0033]
On the other hand, when the phase of the clock signal Clock lags behind the phase of the data Data, a change in the data Data is detected by the edge detection circuit 20 as shown in the timing chart of FIG. Rises, the output Q of the flip-
[0034]
As a result, the output of the AND
[0035]
When the phase of the clock signal Clock matches the phase of the data Data, a change in the data Data is detected by the edge detection circuit 20 and the output A thereof rises as shown in the timing chart of FIG. At the same time as the output Q of the flip-
[0036]
As a result, the output of the AND
[0037]
Since the
[0038]
Further, as shown in FIG. 3, in the CDR circuit using the
[0039]
Hereinafter, the data
FIGS. 4A and 4B are a schematic configuration diagram and an operation timing chart of an embodiment of a data transition detection circuit used in the CDR circuit shown in FIG. 3, respectively, and FIGS. 5A and 5B. 4 is a schematic configuration diagram of one embodiment of a charge pump circuit used in the CDR circuit shown in FIG. 3 and a charge pump circuit used in a conventional CDR circuit, respectively.
[0040]
The data
[0041]
In the data
[0042]
The
[0043]
In the
[0044]
On the other hand, when the signal NT goes high, the output of the
[0045]
The specific circuit configurations of the
[0046]
The present invention is basically as described above.
As described above, the clock data recovery circuit of the present invention has been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. Of course.
[0047]
【The invention's effect】
As described in detail above, the clock data recovery circuit of the present invention includes an edge detection circuit for detecting a timing at which data changes, a phase frequency for outputting a control signal based on an output of the edge detection circuit and a clock signal. And a phase comparator including a comparison circuit.
Thus, according to the clock / data recovery circuit of the present invention, since the phase comparator of the linear system is used, there is an advantage that the system analysis is easy and the number of design steps can be reduced. Further, when the phase difference between the data and the clock signal disappears, the control voltage level of the voltage controlled oscillator does not fluctuate. Therefore, it is possible to realize a stable system in which no jitter occurs in the clock signal in the recovery state. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a phase comparator used in a clock data recovery circuit of the present invention.
FIGS. 2A, 2B, and 2C are timing charts of one embodiment showing an operation of a clock data recovery circuit using the phase comparator shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of another embodiment of the clock / data recovery circuit of the present invention.
4A is a schematic configuration diagram of an embodiment of a data transition detection circuit used in the clock / data recovery circuit shown in FIG. 3, and FIG. 4B is a timing chart of the embodiment showing the operation thereof; It is.
5 (a) is a schematic configuration diagram of an embodiment of a charge pump used in the clock data recovery circuit shown in FIG. 3, and FIG. 5 (b) is a charge pump used in a conventional clock data recovery circuit. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a pump.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an example of a clock data recovery circuit.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an Alexander type phase comparator.
8 is an example timing chart illustrating an operation of the clock data recovery circuit using the phase comparator illustrated in FIG. 7;
9 is a timing chart showing another example of the operation of the clock data recovery circuit using the phase comparator shown in FIG. 7;
10 is a timing chart showing another example of the operation of the clock data recovery circuit using the phase comparator shown in FIG.
FIG. 11 is a schematic diagram of a configuration of a Hogge type phase comparator.
12 is an example timing chart illustrating an operation of the clock data recovery circuit using the phase comparator illustrated in FIG. 11;
FIG. 13 is a timing chart of another example showing the operation of the clock data recovery circuit using the phase comparator shown in FIG.
FIG. 14 is a timing chart of another example showing the operation of the clock data recovery circuit using the phase comparator shown in FIG.
FIG. 15 is a timing chart showing an example of an operation in a recovery state of the clock data recovery circuit using the phase comparator shown in FIGS. 7 and 11;
[Explanation of symbols]
10 Clock data recovery circuit
12 Phase comparator
14. Charge pump circuit
16 Loop filter
18 Voltage controlled oscillator
20 Edge detection circuit
22 Phase frequency comparison circuit
24 Delay circuit
26,60,62,74,76 EOR gate
28, 30, 36, 38, 52, 54, 56, 58, 70, 72 flip-flops
32, 48, 66, 68 AND gate
34 Data transition detection circuit
40 ENOR gate
42 P-type MOS transistor
44 N-type MOS transistor
46 NAND gate
50,64 inverter
78 delay circuit
Claims (2)
前記データから、このデータに同期した前記クロック信号を再生するクロック・データ・リカバリ回路であって、
前記位相比較器は、前記データが変化するタイミングを検出するエッジ検出回路と、このエッジ検出回路の出力および前記クロック信号に基づいて前記制御信号を出力する位相周波数比較回路とを含むことを特徴とするクロック・データ・リカバリ回路。A phase comparator that outputs a control signal that is a detection result of a phase difference between input data and a clock signal, and a charge pump circuit that outputs an error signal corresponding to the phase difference based on the control signal. A loop filter that outputs a control voltage level according to the error signal, and a voltage control oscillator that changes an oscillation frequency of the clock signal according to the control voltage level,
A clock / data recovery circuit for recovering the clock signal synchronized with the data from the data,
The phase comparator includes an edge detection circuit that detects a timing at which the data changes, and a phase frequency comparison circuit that outputs the control signal based on an output of the edge detection circuit and the clock signal. Clock data recovery circuit.
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JP2003009213A JP2004222115A (en) | 2003-01-17 | 2003-01-17 | Clock data recovery circuit |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010252244A (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Sony Corp | Clock data recovery circuit and multiplied clock generation circuit |
-
2003
- 2003-01-17 JP JP2003009213A patent/JP2004222115A/en active Pending
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