JP2004234659A - ユニバーサルシリアルバスダウンストリーム受信信号を使用してクロック合成を行うための方法及び装置 - Google Patents
ユニバーサルシリアルバスダウンストリーム受信信号を使用してクロック合成を行うための方法及び装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】自走オッシレータを有するUSB装置は、ユニバーサルシリアルバス(USB)上の信号に応答してローカルクロック信号を発生する。該オシレータは、実質的に安定であるが初期的には実質的な不正確性で知られている周波数において稼動している。USBホスト又はハブにより送信された受信信号からシングルエンドビットシリアル信号が抽出され且つタイミング信号がそれに応答して活性化される。シングルエンドビットシリアル信号内においてビットパターンが検知され且つインターバルが計測され、その期間中に、タイミング信号が活性化される。ローカルクロック信号の周期Pが計測されたインターバルのうちの1つに応答して調節される。
【選択図】図3
Description
初期精度: ±30%
粒度(8位相): 1.25ns
ジッター: 50ps
周期の熱的ドリフト[−10℃乃至+80℃]: ±2%
電力消費: 0.01ワット
±30%の初期精度は、バックエンド調節のないHSO900のネイティブCMOSリングオシレータ実現例の場合に妥当性がある。ジッターは補償することが不可能であるので重要なパラメータである。選択したCMOS設計はこのジッターを最小のものとさせる。1/12MHz(83.333ns)の理論的ビット長は少なくとも8個のHSO900周期を必要とするので、8×50ps、即ち0.4nsの本来的なジッターが存在している。この0.4nsは粒度の半分(0.625ns)に加えられて、このHSO900を使用して発生される(図3、図4)クロックCLK1X803の最初の理論的ジッター、即ち約1nsとなる。HSO900のネイティブな不正確性、熱的ドリフト及び経年変化ドリフト(上にはリストしていない)はクロック395(図3)において補償される。
(1/12MHz±0.25%)×4=333.33ns±0.25%
1210におけるHSO900のM21 8分の1周期:
333.33ns/1.5ns=222±1
HSO900周期と関連するM21はホスト又はハブ300により送信されたビット周期の±1%に近い周期を発生する。従って、この時点から、安定し且つ不正確なHSO900は較正されており且つ現在その周期は±1%で既知である。
8ビットダウンストリーム期間1310:
(1/12MHz±0.25%)×8=666.66ns±0.25%
1310におけるHSO900のN26 8分の1周期:
666.66ns/1.5ns=444±1
HSO900周期と関連するN26はホスト又はハブ300により送信されたビット周期の±1%内の周期を発生する。この時点から、有効なSOFトークン700が受信されたことを完全に確認するために更に23個のビットを検知し、サンプルし、且つデコードせねばならない。
t3=t0+3T(HSO900周期の8分の1)
・・・・・
tn=t0+nT(HSO900周期の8分の1)
この実施例は±0.25%よりも良好な非常に高い精度を使用するものであり、その場合に、1つの理論的ビットにおける8分の1HSO900周期の数Tが計算され且つ累積的な態様で同一のHSO900から時間における点を選択してCLK1X803を合成し、このパラメータTはUSBに対してt0,t1,t2,...,tnにおいてデータをパルス動作させる。
S=1msにおける理論的ビット数=12,000
R=1msにおけるHSO周期の数=83,333
T=1個の理論的ビットにおけるHSO周期の8分の1の数=8R/S=55.555
t1=t0+55(1.5ns)
t2=t0+111(1.5ns)
t3=t0+166(1.5ns)
・・・・・
tn=t0+整数[n(55.555)](1.5ns)
自走オシレータであるために同一のタイミング原点を維持し且つ8分の1周期だけ位相偏移されたHSO900の8個の信号から最も適切なエッジを選択することにより平均データビットレートが保証される。平均データビットレートの精度は±0.25%より良好である。何故ならば、Tは理論的に±0.05%にあるものと知られているからである。T=55.555がL27内に格納される(前にL27は66.667の値を有していた)。従って、HSOの初期的に不正確な周期は補償される。それ以後、本装置がパワーアップされる度に、CLK1X803周波数は、例えダウンストリームトラフィックを受信する前であっても、その所望の12MHzの値に非常に近い。この実施例は、例えハブ又はホスト供給信号が、例えば、テストにおいて装置がUSBインプリメンターフォーラムによって認証されるべく合格せねばならないように仕様の周辺にある場合であっても、本装置を予定した通りに機能することがより可能であるようにさせる。ジッターは図21のように解析される。
390 USB装置
392 インターフェース
393 メモリ
394 中央処理装置(CPU)
395 クロック
395A 発生器
395B メーター
395C メモリ
395D シンセサイザー
395E 検知器
396 フロントエンド
397 USBエンジン
398 ファンクション(機能部)
Claims (75)
- ユニバーサルシリアルバス(USB)上の信号を受信することに応答してローカルクロック信号を発生する方法において、
a)USBへ結合されている装置の集積回路チップ上の自走オシレータを使用して周波数を担持するローカルクロック信号を発生し、尚前記オシレータは実質的な安定な周波数で稼動するが初期的動作に対しては前記オシレータは実質的に不正確で知られている期間を有しており、
b)USBホスト又はハブにより送られた受信信号からシングルエンドビットシリアル信号を抽出し、
c)前記シングルエンドビットシリアル信号に応答してタイミング信号を活性化し、
d)前記シングルエンドビットシリアル信号においてビットパターンを検知し、
e)前記タイミング信号が活性化される期間中のインターバルを測定し、
f)前記測定したインターバルのうちの1つに応答してローカルクロック信号の期間Pを調節する、
上記各ステップを有していることを特徴とする方法。 - 請求項1において、ステップd)が、前記ビットシリアル信号におけるある数のビットxに対するビットのパターンを検知し、前記検知が前記x個のビットの状態をサンプリングすることを包含しており、前記x個のビットがx個のビットエッジを包含しており、且つ前記x個のビットをサンプリングすることが前記ビットエッジに対して同期させ次いで第一のある遅延に続いてビット状態をサンプリングすることを包含しており、前記オシレータは少なくとも1個のオシレータ信号を発生し、前記遅延は前記少なくとも1個のオシレータ信号のある数Lの断片的期間に応答してカウントすることにより計測され、Lはメモリから読取られ且つ初期的にはビット期間内に前記少なくとも1個のオシレータ信号の断片的期間が幾つ存在するかの推定に対応していることを特徴とする方法。
- 請求項2において、前記タイミング信号のうちの最初の信号は前記x個のビットに対応する第一インターバルに対して活性化され、且つステップe)は前記第一インターバルに対して前記少なくとも1個のオシレータ信号の断片的期間のある数Mをカウントすることを包含していることを特徴とする方法。
- 請求項3において、本方法がLをMに応答して新たな値で置換させることを包含しており、Lの新たな値はビット期間内に前記少なくとも1個のオシレータ信号の断片的期間が幾つ存在するかのより正確な推定であることを特徴とする方法。
- 請求項4において、ステップd)は前記ビットパターンにおけるある数のビットyに対するビットのパターンを検知することを包含しており、前記検知は前記y個のビットの状態をサンプリングすることを包含しており、前記y個のビットは前記x個のビット及びその後のy−x個のビットを包含しており、前記y個のビットはy未満のビットエッジを包含しており、且つ前記y−x個のビットのサンプリングは前記y−x個のビットエッジのうちのあるものに対して同期させ且つ前記少なくとも1個のオシレータ信号のL個の断片的期間に応答してカウントすることにより計測されるビット状態をサンプリングすることを包含していることを特徴とする方法。
- 請求項5において、前記タイミング信号のうちの第二のものが前記y個のビットに対応する第二インターバルに対して活性化され、且つステップe)が前記第二インターバルに対して前記少なくとも1個のオシレータ信号のある数Nの断片的期間をカウントすることを包含していることを特徴とする方法。
- 請求項6において、本方法がNに応答してLを新たな値と置換させることを包含しており、Lの新たな値は前記少なくとも1個のオシレータ信号の断片的期間がビット期間内に幾つ存在するかの更により正確な推定であることを特徴とする方法。
- 請求項7において、前記少なくとも1個のオシレータ出力信号が多数の信号を包含していることを特徴とする方法。
- 請求項8において、前記オシレータ出力信号がオシレータ期間の一部だけ位相偏移されていることを特徴とする方法。
- 請求項9において、ステップa)が前記オシレータ出力信号のうちの1つをローカルクロック信号として供給することを包含していることを特徴とする方法。
- 請求項10において、ステップf)が前記オシレータ出力信号のうちの1つを次に前記ローカルクロック信号を供給するために選択することを包含していることを特徴とする方法。
- 請求項11において、前記オシレータ出力信号のうちの1つを選択することが、期間Pを調節するために前記ローカルクロック信号のエッジ位置の選択のタイミングをとることを包含しており、前記タイミングはLに応答することを特徴とする方法。
- 請求項12において、前記ローカルクロック信号がUSB上に供給されるアップストリームデータをパルス動作させることを特徴とする方法。
- 請求項11において、ステップd)が前記検知されたビットパターンが既知のビットパターンであることを決定することを包含していることを特徴とする方法。
- 請求項14において、このような1つの既知のビットパターンがUSBフレーム開始トークンであることを特徴とする方法。
- 請求項14において、ステップd)が前記既知のビットパターンの相次ぐものを検知することを包含していることを特徴とする方法。
- 請求項16において、前記タイミング信号のうちの第三のものが、前記相次ぐビットパターンのうちの1つにおけるある点から前記相次ぐビットパターンのうちの次のものにおける前記ある点への第三インターバルに対して活性化され、且つステップe)が前記第三インターバルに対して前記少なくとも1個のオシレータ信号のある数Rの期間をカウントすることを包含していることを特徴とする方法。
- 請求項17において、本方法が値R及び値Sに応答してLを次の値と置換させることを包含しており、尚Sは前記第三インターバルに対して仮定された数のビットであり、Lの前記次の値は前記少なくとも1個のオシレータ信号の断片的期間がビット期間内に幾つ存在するかの更により正確な推定であることを特徴とする方法。
- 請求項18において、前記オシレータ出力信号のうちの1つを選択することが、期間Pを調節するために前記ローカルクロック信号のエッジ位置の選択のタイミングをとることを包含しており、前記タイミングがLに応答することを特徴とする方法。
- 請求項19において、前記ローカルクロック信号がUSB上に供給されるアップストリームデータをパルス動作させることを特徴とする方法。
- 請求項9において、前記オシレータ期間の前記部分がUSB上にデータを供給するために必要とされるある最大のジッター未満であることを特徴とする方法。
- 請求項1において、前記オシレータを選択的にターンオン及びターンオフさせることを包含していることを特徴とする方法。
- 請求項1において、前記オシレータが前記チップ上の回路のみによって構成されていることを特徴とする方法。
- 請求項1において、前記オシレータがクリスタル又はピエゾ共振器へ結合されていないことを特徴とする方法。
- 請求項1において、ステップf)は低速又はフルスピードモードで動作するための期間Pを調節することを包含していることを特徴とする方法。
- ユニバーサルシリアルバス(USB)上で信号を受信することに応答してローカルクロック信号を発生する装置において、
周波数を担持するローカルクロック信号を発生する発生器であって、USBへ結合されている装置の集積回路チップ上に自走オシレータを具備しており、前記オシレータが実質的に安定な周波数で稼動するが初期的動作に対しては前記オシレータは実質的に不正確で知られている期間を具備している発生器、
USBホスト又はハブにより送られた受信信号からシングルエンドビットシリアル信号を抽出するフロントエンド、
前記シングルエンドビットシリアル信号に応答してタイミング信号を活性化させ且つ前記タイミング信号が活性化される期間のインターバルを測定するメーター、
前記シングルルエンドビットシリアル信号におけるビットパターンを検知する検知器、
前記測定したインターバルのうちの1つに応答して前記ローカルクロック信号の期間Pを調節するシンセサイザー、
を有していることを特徴とする装置。 - 請求項26において、前記検知器が前記ビットシリアル信号におけるある数のビットxに対するビットのパターンを検知し、前記x個のビットはx個のビットエッジを包含しており、前記検知することが前記ビットエッジへ同期させ次いで第一のある遅延に続いてビット状態をサンプリングすることを包含しており、前記オシレータは少なくとも1個の出力信号を有しており、前記遅延は前記少なくとも1個のオシレータ信号のある数Lの断片的期間に応答してカウントすることにより計測され、Lはメモリから読取られ且つ初期的にビット期間内に前記少なくとも1個のオシレータ信号の断片的期間が幾つ存在するかの初期的推定に対応していることを特徴とする装置。
- 請求項27において、前記メーターが、
前記x個のビットに対応する第一インターバルに対して前記タイミング信号のうちの第一のものを活性化させるための第一タイマー、
前記第一インターバルに対して前記少なくとも1個のオシレータ信号の期間Mをカウントする第一カウンター、
を有していることを特徴とする装置。 - 請求項28において、前記メモリがMに応答してLを新たな値と置換させるメモリ制御器を有しており、Lの前記新たな値がビット期間内に前記少なくとも1個のオシレータ信号の期間が幾つ存在しているかのより正確な推定であることを特徴とする装置。
- 請求項29において、前記検知器が前記ビットパターンにおけるある数のビットyに対するビットのパターンを検知し、前記y個のビットは前記x個のビット及びその後のy−x個のビットを包含しており、前記y個のビットがy未満のビットエッジを包含しており、前記検知を行う場合に前記y個のビットの状態をサンプリングすることを包含しており、前記y−x個のビットのサンプリングが前記y−x個のビットエッジのうちのあるものに対して同期させ且つ前記少なくとも1個のオシレータ信号の前記L個の断片的期間に応答してカウントすることにより計測されるビット状態をサンプリングすることを包含していることを特徴とする装置。
- 請求項30において、前記メーターが、
前記y個のビットに対応する第二インターバルに対して前記タイミング信号のうちの第二のものを活性化させるための第二タイマー、
前記第二インターバルに対して前記少なくとも1個のオシレータ信号の期間Nをカウントする第二カウンター、
を有していることを特徴とする装置。 - 請求項31において、メモリ制御器がNに応答してLを次の値と置換させ、Lの前記次の値がビット期間中に前記少なくとも1個のオシレータ出力信号の期間が幾つ存在するかの更により正確な推定であることを特徴とする装置。
- 請求項26において、前記少なくとも1個のオシレータ出力信号が多数の信号を包含していることを特徴とする装置。
- 請求項33において、前記オシレータ出力信号が前記オシレータ期間の一部だけ位相偏移されていることを特徴とする装置。
- 請求項34において、発生器が前記オシレータ出力信号のうちの1つを前記ローカルクロック信号として供給することを特徴とする装置。
- 請求項35において、前記ローカルクロック信号を次に供給するために前記シンセサイザーが前記オシレータ出力信号のうちの1つを選択することを特徴とする装置。
- 請求項36において、前記オシレータ出力信号のうちの1つを選択することが、Pを調節するために前記ローカルクロック信号のエッジ位置の選択のタイミングをとることを包含しており、前記タイミングがLに応答することを特徴とする装置。
- 請求項37において、前記ローカルクロック信号がUSB上に供給されるアップストリームデータをパルス動作させることを特徴とする装置。
- 請求項36において、前記検知器が、前記検知されたビットパターンが既知のビットパターンであることを決定することを特徴とする装置。
- 請求項39において、1つのこのような既知のビットパターンがUSBフレーム開始トークンであることを特徴とする装置。
- 請求項39において、検知器が前記既知のビットパターンの相次ぐものを検知することを特徴とする装置。
- 請求項41において、前記メーターが、
前記相次ぐビットパターンのうちの1つにおけるある点から前記相次ぐビットパターンのうちの次のものにおける前記ある点への第三インターバルを活性化させる第三タイマー、
前記第三インターバルに対して前記少なくとも1個のオシレータ信号の期間をカウントする第二カウンタ、
を有していることを特徴とする装置。 - 請求項42において、本メモリ制御器が値R及び値Sに応答してLを次の値と置換させ、Sは前記第三インターバルに対しての仮定されたある数のビットであり、Lの前記次の値はビット期間中において前記少なくとも1個のオシレータ信号の断片的期間が幾つ存在するかの更により正確な推定であることを特徴とする装置。
- 請求項43において、前記オシレータ出力信号のうちの1つを選択することが、Pを調節するために前記ローカルクロック信号のエッジ位置の選択のタイミングをとることを包含しており、前記タイミングがLに応答することを特徴とする装置。
- 請求項44において、前記ローカルクロック信号がUSB上に供給されるアップストリームデータをパルス動作させることを特徴とする装置。
- 請求項34において、前記オシレータ期間の前記一部がUSB上にデータを供給するのに必要とされるある最大ジッター未満であることを特徴とする装置。
- 請求項26において、前記オシレータを選択的にターンオン及びターンオフされるべく動作可能であることを特徴とする装置。
- 請求項26において、前記オシレータがチップ上の回路のみから構成されていることを特徴とする装置。
- 請求項26において、前記オシレータがクリスタル又はピエゾ共振器へ結合されていないことを特徴とする装置。
- 請求項26において、前記シンセサイザーが低速又はフルスピードモードにおける本装置の動作に対する期間Pを調節すべく動作可能であることを特徴とする装置。
- ユニバーサルシリアルバス(USB)上の信号を受取ることに応答してローカルクロック信号を発生する装置において、
周波数を担持するローカルクロック信号を発生する発生手段であって、USBへ結合されている装置の集積回路チップ上に自走オシレータ手段を具備しており、前記オシレータ手段が実質的に安定な周波数において稼動するが初期的に実質的に不正確な状態で知られている期間を具備している発生手段、
USBホスト又はハブにより送信された受信信号からシングルエンドビットシリアル信号を抽出する抽出手段、
前記シングルエンドビットシリアル信号に応答してタイミング信号を活性化させ且つ前記タイミング信号が活性化される期間中のインターバルを測定する計測手段、
前記シングルルエンドビットシリアル信号におけるビットパターンを検知する検知手段、
前記測定したインターバルのうちの1つに応答して前記ローカルクロック信号の期間Pを調節する合成手段、
を有していることを特徴とする装置。 - 請求項51において、前記検知手段が前記ビットシリアル信号におけるある数のビットxに対するビットのパターンを検知し、前記x個のビットがx個のビットエッジを包含しており、前記検知することが前記ビットエッジへ同期させ次いで第一のある遅延に続いてビット状態をサンプリングすることを包含しており、前記オシレータ手段が少なくとも1個のオシレータ信号を発生し、前記遅延は前記少なくとも1個のオシレータ信号の第一のある数Lの断片的期間に応答してカウントすることにより計測され、Lはメモリから読取られ且つ初期的に前記少なくとも1個のオシレータ信号の断片的期間がビット期間内に幾つ存在するかの初期的推定に対応していることを特徴とする装置。
- 請求項52において、前記計測手段が、
前記x個のビットに対応する第一インターバルに対するタイミング信号のうちの第一のものを活性化させる第一タイミング手段、
前記第一インターバルに対する前記少なくとも1個のオシレータ信号の期間Mをカウントする第一カウント手段、
を有していることを特徴とする装置。 - 請求項53において、前記メモリがMに応答してLを新たな値で置換させるメモリ制御手段を有しており、Lの前記新たな値は前記少なくとも1個のオシレータ信号の期間がビット期間内に幾つ存在するかのより正確な推定であることを特徴とする装置。
- 請求項54において、前記検知手段が前記ビットパターンにおけるある数のビットyに対するビットのパターンを検知し、前記y個のビットが前記x個のビットとその後のy−x個のビットとを包含しており、前記y個のビットがy未満のビットエッジを包含しており、前記検知することが前記y個のビットの状態をサンプリングすることを包含しており、前記y−x個のビットをサンプリングすることが前記y−x個のビットエッジのあるものに対して同期させ且つ前記少なくとも1個のオシレータ信号のL個の断片的期間に応答してカウントすることにより計測されたビット状態をサンプリングすることを包含していることを特徴とする装置。
- 請求項55において、前記計測手段が、
前記y個のビットに対応する第二インターバルに対して前記タイミング信号のうちの第二のものを活性化させる第二タイミング手段、
前記第二インターバルに対して前記少なくとも1個のオシレータ信号の期間Nをカウントする第二カウント手段、
を有していることを特徴とする装置。 - 請求項56において、前記メモリ制御手段がNに応答してLを次の値で置換させ、Lの前記次の値は前記少なくとも1個のオシレータ出力信号の期間がビット期間内に幾つ存在するかの更により正確な推定であることを特徴とする装置。
- 請求項51において、前記少なくとも1個のオシレータ出力信号が多数の信号を包含していることを特徴とする装置。
- 請求項58において、前記オシレータ出力信号が前記オシレータ期間の一部だけ位相偏移されていることを特徴とする装置。
- 請求項59において、前記発生手段が前記オシレータ出力信号のうちの1つを前記ローカルクロック信号として供給することを特徴とする装置。
- 請求項60において、前記合成手段が次に前記ローカルクロック信号を供給するために前記オシレータ出力信号のうちの1つを選択することを特徴とする装置。
- 請求項61において、前記オシレータ出力信号のうちの1つを選択することが、Pを調節するために前記ローカルクロック信号のエッジ位置の選択のタイミングをとることを包含しており、前記タイミングがLに応答することを特徴とする装置。
- 請求項62において、前記ローカルクロック信号がUSB上に供給されたアップストリームデータをパルス動作させることを特徴とする装置。
- 請求項63において、前記検知器が、前記検知されたビットパターンが既知のビットパターンであるか否かを決定することを特徴とする装置。
- 請求項57において、前記既知のビットパターンがUSBフレーム開始トークンであることを特徴とする装置。
- 請求項57において、前記検知手段が前記既知のビットパターンの相次ぐものを検知することを特徴とする装置。
- 請求項64において、前記計測手段が、
前記相次ぐビットパターンのうちの1つにおけるある点から前記相次ぐビットパターンのうちの次のものにおける前記ある点への第三インターバルを活性化させる第三タイミング手段、
前記第三インターバルに対して前記少なくとも1個のオシレータ信号の期間をカウントする第二カウント手段、
を有していることを特徴とする装置。 - 請求項67において、前記メモリ制御器が値R及び値Sに応答してLを次の値で置換させ、Sは前記第三インターバルに対する仮定されたある数のビットであり、Lの前記次の値は前記少なくとも1個のオシレータ信号の断片的期間がビット期間中に幾つ存在するかの更により正確な推定であることを特徴とする装置。
- 請求項68において、前記オシレータ出力信号のうちの1つを選択することが、Pを調節するために前記ローカルクロック信号のエッジ位置の選択のタイミングをとることを包含しており、前記タイミングがLに応答することを特徴とする装置。
- 請求項69において、前記ローカルクロック信号がUSB上に供給されるアップストリームデータをパルス動作させることを特徴とする装置。
- 請求項70において、前記オシレータ手段期間の前記一部がUSB上にデータを供給するのに必要とされるある最大ジッター未満であることを特徴とする装置。
- 請求項71において、前記オシレータ手段が選択的にターンオン及びターンオフされるべく動作可能であることを特徴とする装置。
- 請求項51において、前記オシレータ手段がチップ上の回路のみから構成されていることを特徴とする装置。
- 請求項51において、前記オシレータ手段がクリスタル又はピエゾ共振器へ結合されていないことを特徴とする装置。
- 請求項51において、前記合成手段が、低速又はフルスピードモードにおける本装置の動作のために期間Pを調節すべく動作可能であることを特徴とする装置。
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