JP2006060507A - スキュー調整回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】 レジスタ数,消費電力,回路面積を削減したスキュー調整回路を提供する。
【解決手段】 バッファ群はレーン数Mから1減じた値にレーン当りのバッファ段数Nを乗じ、その値に1を加えた個数だけのバッファFF0〜FF12は、レーンデータを一時的に格納する。シンボル検出回路4はレーン上の特定のシンボルを検出してシンボル検出情報を生成する。位相差検出回路5はシンボル検出情報を元にレーン間の位相差を算出して位相差情報を生成する。シフト量算出回路6は位相差情報を元に各レーンのバッファ段数を算出してシフト情報を生成する。(M×N)個の入力データ選択回路MPX1〜MPX12はシフト情報に基づいて前後2つのバッファを縦続接続または当該レーンデータを選択してレーン対応にシフトレジスタを構成する。レーン対応の出力データ選択回路MPXO0〜MPX3はシフト情報に基づいてシフトレジスタの最終段のバッファ出力を選択する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、スキュー調整回路、特に複数のレーンを持つ高速シリアルデータインターフェイス回路におけるレーン上のレーンデータ間のスキュー差を調整するスキュー調整回路に関する。
InfiniBand、PCI-Expressに代表される高速シリアルインターフェイスは、データ転送速度を上げるために、シリアルレーン数を増やすことによって要求性能の向上要請に応える。このとき、各々のシリアルレーン上では伝送路の電気的特性が異なるためレーン間にスキュー差を生じる。
このように複数のレーンを束ねて使用するとき、データ受信の際にシリアル・データをSerDes(シリアライザ・デシリアライザ)によってパラレルデータに復元すると同時にチップのコアクロックに載せ換える。そして、他のレーンとのスキュー調整のために、各レーンとのスキュー差を解消するスキュー調整回路を通すことで各レーンを同期させ、高速シリアルインターフェイスを複数本束ねて使用することを実現している。
従来のスキュー調整回路は各レーン上に流れる特定のシンボルを検出し、各レーンのシンボル間の位相を合わせることで、各レーンのスキュー差を解消している。具体的には、パラレルデータの位相調整のために各レーン毎にシフトレジスタを直列に接続し、各レーン上のサンプル信号を使用して位相調整用タイミング信号を生成し、タイミング信号の生成タイミングと各レーンに配置されたシフトレジスタをサンプル信号が通過するタイミングを同期させることにより複数レーンのパラレルデータのスキュー調整を行う技術(例えば、特許文献1参照)が知られている。
特開平11−74945(第1頁ー第5頁、図3)
しかしながら、上述した従来技術では、各レーンには最悪条件下においても対応できるだけの段数のシフトレジスタが固定的に配備されるので、最悪条件下であっても各レーンに挿入されたシフトレジスタの全ては使用されないという問題点がある。つまり、未使用のシフトレジスタが存在することになる。ここで、最悪条件下とは、他のレーンは全て同位相にあり、ある1つのレーンのみのデータが仕様で定められた最大スキュー差をもって遅れて到達した場合をいう。このときに使用されるシフトレジスタ総数は、他のレーンのスキューを1つのレーンのスキューに合せるために、(1レーン当りのシフトレジスタ段数)×(レーン数−1)+1となる。
このように使用されないシフトレジスタが存在するにも拘わらず、定常的に電力を消費する回路が存在するということは電力消費の面からみて好ましくない。また、レジスタ数が必要以上に多いということは、回路面積の削減が困難であるということでもある。組合せ回路であれば、多様な形態(論理)に変換することが可能であり、また、一部の論理ゲートはクロック遅延のばらつきの補償のためにデータパスに挿入される遅延にもなりうるが、レジスタは一般に他の論理への変換ができないため、基本的にはアーキテクチャが変更されなければ削減されることはない。
そこで、本発明の目的は、回路数を削減し、もって省電力化と回路の小型化を実現したスキュー調整回路を提供することを目的とする。
本発明のスキュー調整回路は、シリアルデータインターフェイス回路におけるレーン間の位相差に応じてシフトレジスタ構成を可変とする機能を組み込むことにより、必要最小限のバッファのみを使用してスキュー調整を行う。
すなわち、本発明のスキュー調整回路は、複数のレーンを持つシリアルデータインターフェイス回路におけるレーン上のレーンデータ間のスキュー差を調整するスキュー調整回路において、レーン数Mから1減じた値にレーン当りのバッファ段数Nを乗じ、その値に1を加えた個数だけのバッファ(図2のFF0〜FF12)から成りレーンデータを一時的に格納するバッファ群(図2の2)と、レーン上の特定のシンボルを検出してシンボル検出情報を生成するシンボル検出回路(図2の4)と、シンボル検出情報を元にレーン間の位相差を算出して位相差情報を生成する位相差検出回路(図2の5)と、位相差情報を元に各レーンのバッファ段数を算出してシフト情報を生成するシフト量算出回路(図2の6)と、シフト情報に基づいて前後2つのバッファを縦続接続または当該レーンデータを選択してレーン対応にシフトレジスタを構成する(M×N)個の入力データ選択回路(図2のMPX1〜MPX12)と、シフト情報に基づいてシフトレジスタの最終段のバッファ出力を選択するレーン対応の出力データ選択回路(図2のMPXO0〜MPXO3)とを備え、各レーンについて最も遅いレーンとの位相差によりシフトレジスタの構成を変更可能としたことを特徴とする。
より詳しくは、本発明のスキュー調整回路は、第1レーンと第1バッファと第1出力選択回路とは縦続接続され、第2レーン〜第MレーンはN個の連続する入力データ選択回路に順次に並列接続され、第1レーン対応の出力データ選択回路には第1バッファ〜第Nバッファの出力が並列接続され、第2レーン〜第(M−1)レーンの出力選択回路には(2N−1)個の連続するバッファの出力が並列接続され、第Mレーン対応の出力データ選択回路には最後尾からの連続するN個のバッファの出力が並列接続されたことを特徴とする。
本発明のスキュー調整回路では、特定のシンボルをシンボル検出回路(DETECT)が検出し、シンボルの検出情報を元に位相差検出回路(PHASE)によって位相差を算出し、算出した位相差を元にシフト量算出回路(SHIFT)が入力データ選択回路群(MPXI)と出力データ選択回路群(MPXO)の選択信号を生成、これによりシフトレジスタの段数をスキュー差に合わせて柔軟に変更することで、バッファ群(FF)を効率的に活用することが可能となる。すなわち、(レーン当りのバッファ段数)×(レーン数−1)+1のバッファ総数で構成可能となる。これによりレジスタ数が削減され、消費電力の削減および回路面積の削減が可能となる。
本発明によれば、バッファ段数をデータ入力のスキュー差に合わせて柔軟に変更可能な構成としたため、必要最小限のバッファのみでスキュー調整が可能となるので、バッファを効率的に使用することが可能になるという効果を得ることができる。
その結果、不必要なバッファを備えなくてもよくなるために、定常的に電力を消費する回路が必要最小限で済み、電力消費を低減できる。
また、バッファ段数を効率的に使用可能となるために、レジスタおよびレジスタ用のホールドタイム用遅延回路を削減でき、回路規模を小さくすることが可能である。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明によるスキュー調整回路の実施の形態を示すブロック図である。
図1において、シリアライザ・デシリアライザ(SerDes)0〜シリアライザ・デシリアライザ(SerDes)nは、シリアルインターフェイスにおけるレーン0〜レーンn上のシリアルデータ0〜シリアルデータnそれぞれをパラレルデータに復元する。このスキュー調整回路は、SerDes0〜SerDesnが出力するパラレルデータを受け、パラレルデータのスキュー差を調整して出力データ0〜出力データnを出力する。
このスキュー調整回路は、各レーンの位相差によって構成を柔軟に変更してシフトレジスタを構成するバッファ群(FF)2と、FF2の入力データを選択する入力データ選択回路群(MPXI)1と、バッファ群2からデータ出力0〜データ出力nを選択する出力データ選択回路群(MPXO)3と、各レーンの特定のシンボルを検出してシンボル検出情報を生成するシンボル検出回路(DETECT)4と、シンボル検出情報を元に各レーン間の位相差を算出して位相差情報を生成する位相差検出回路(PHASE)5と、位相差情報をを元に各レーンのシフトレジスタ段数を算出するシフト量算出回路(SHIFT)6とから構成される。
いま、レーン数をn、レーン当りのバッファ段数すなわちスキュー調整可能範囲をXとする。FF2は総数(N+1)のバッファで構成され、前記算出式により、N=X×(n-1)である。MPXI1は、総バッファ数(N+1)より1つ少ないN個の入力データ選択回路で構成される。MPXO3は、データ出力数と同じn個の出力データ選択回路で構成される。
シリアルデータ0〜シリアルデータnはSerDes0〜SerDesnにおいて、シリアルデータからコアクロック同期のパラレルデータに変換される。パラレルデータに変換されたデータは、位相調整のためにレーン上に挿入されているDETECT4に入力され、各レーンの特定シンボルが検出される。検出されたシンボル検出情報はPHASE5に入力され、これにより各レーン間の位相差が算出される。
SHIFT6は、MPXI1を構成する入力データ選択回路の選択信号と、MPXOを構成する出力データ選択回路の選択信号を生成する。これにより、SerDes0〜SerDesn出力のパラレルデータデータがMPXI1,FF2およびMPXO3を経由してデータ出力0〜データ出力nに至るシフトレジスタ構成を柔軟に変更可能とすることでき、結果、スキュー調整回路のバッファを効率的に活用することができるようになる。
図2は、本発明のスキュー調整回路の第1実施例を示すブロック図である。この例では、レーン数を4、スキュー調整可能範囲を4としている。
このスキュー調整回路は、4つのデータ入力DI0〜データ入力DI3のスキューを調整して4つのデータ出力DO0〜データ出力DO3を得る。そのために、各レーンの位相差によって構成を柔軟に変更してシフトレジスタを構成するための13個のバッファ0(FF0)〜バッファ12(FF12),12個の入力データ選択回路1(MPX1)〜入力データ選択回路12(MPX12),4個の出力データ選択回路0(MPXO0)〜出力データ選択回路3(MPXO3),DETECT4,PHASE5およびSHIFT6から構成される。
FF0〜FF12の13個は、前記バッファ総数の算出式により、4×(4−1)+1=13と算出された結果である。また、MPX1〜MPX12の12個は、総バッファ数13より1つ少ない数である。更に、MPXO0〜MPXO3の4個は、出力データ数と同数とされたものである。
図2において、DI0〜DI3,MPX1〜MPX12,FF0〜FF12,MPXO0〜MPXO12間の接続は、あるデータ入力DIにつき1つのバッファのみを使用する場合(「最良」)と4つのバッファを使用する場合(「最悪」)が、DI0〜DI3について如何様なパターンで発生しようとも対応できるように工夫されている。この「最良」と「最悪」の2つの場合をケアすれば他の場合への対応はOKだからである。
図1におけるSerDes0を通して、シリアルデータ0をコアクロック同期のパラレルデータに変換されたDI0は、FF0およびDETECT4に接続される。FF0の出力は、ストレートにMPXO0に入力するとともに、MPX1,FF1を通り、またMPX1,FF1,MPX2,FF2を通り、またMPX1,FF1,MPX2,FF2,MPX3,FF3を通りMPXO0に入力する。以上のような接続によって、DI0が「最良」と「最悪」の間のいずれの場合にも回路の無駄なくDI0を必要な段数だけバッファを経由してDO0に導くことができる。
DI1は、MPX1〜MPX4およびDETECT4に接続される。MPX1の出力はFF1を通ってMPXO1に入力する。FF1の出力は、MPX2,FF2を通り、またMPX2,FF2,MPX3,FF3を通り、またMPX2,FF2,MPX3,FF3,MPX4,FF4を通りMPXO1に入力する。FF4の出力は、MPX5,FF5を通り、またMPX5,FF5,MPX6,FF6を通り、またMPX5,FF5,MPX6,FF6,MPX7,FF7を通りMPXO1に入力する。以上のような接続によって、DI1が「最良」と「最悪」の間のいずれの場合にも回路の無駄なくDI1を必要な段数だけバッファを経由してDO1に導くことができる。
DI2はMPX5〜MPX8およびDETECT4に接続される。MPX5の出力はFF5を通ってMPXO2に入力する。FF5の出力は、MPX6,FF6を通り、またMPX6,FF6,MPX7,FF7を通り、またMPX6,FF6,MPX7,FF7,MPX8,FF8を通りMPXO2に入力する。FF8の出力は、MPX9,FF9を通り、またMPX9,FF9,MPX10,FF10を通り、またMPX9,FF9,MPX10,FF10,MPX11,FF11を通りMPXO2に入力する。以上のような接続によって、DI2が「最良」と「最悪」の間のいずれの場合にも回路の無駄なくDI2を必要な段数だけバッファを経由してDO2に導くことができる。
DI3はMPX9〜MPX12およびDETECT4に接続される。MPX9の出力はFF9を通ってMPXO3に入力する。FF9の出力は、MPX10,FF10を通り、またMPX10,FF10,MPX11,FF11を通り、またMPX10,FF10,MPX11,FF11、MPX12,FF12を通りMPXO3に入力する。以上のような接続によって、DI3が「最良」と「最悪」の間のいずれの場合にも回路の無駄なくDI3を必要な段数だけバッファを経由してDO3に導くことができる。
DI0〜DI3からDO0〜DO3へのパスは、SHIFT6が生成する選択信号によって、MPX1〜MPX12とMPXO0〜MPXO3の組み合わせで構成されるシフトレジスタにより実現される。DETECT4は、接続されている各レーンのDI0〜DI3それぞれのレーンにおける位相を確認できる特定のシンボルを検出する。検出した各レーンのシンボルを次段のDERTECT4に渡す。
PHASE5では、最も早くシンボルが検出されたレーンを基準として、各レーンの位相差をパラレルデータのクロックで各レーンの位相差を検出する。検出された位相差の情報はSHIFT6へ渡され、MPX1〜MPX12およびMPXO0〜MPXO3の各々の選択信号を生成する。最悪条件下では、FF0〜FF12の内の3組では、バッファ段数と同数の連続する4つが使用されることになる。
次に、図3のタイムチャートを参照して本実施例の動作について説明する。
図3において、1回目のスキュー調整では、最も早くシンボルCOMが到達するDI1を基準とすると、DI0の位相差は3、DI1の位相差は0、DI2の位相差は2、DI3の位相差は1となる。
最も遅く到達したDI0のシンボルCOMの到達タイミングで最終的に全ての位相差が判明する。位相差が判明した次のクロックで各位相差から、シフト量を次のように生成する。まず、レーン0はDI0が位相差は3であるので、シフトレジスタ段数は最小の1となり、DI0はバッファFF0を通り、MPXO0はバッファFF0を選択することで1段のバッファを経由してDO0へ出力する。
次に、レーン1ではDI1は位相差が0であるので、シフトレジスタ段数は最大の4となり、DI1はMPX1およびFF1を通り、MPX2およびバッファFF2を通り、MPX3およびFF3を通り、MPX4およびFF4を通り、MPXO1を経てDO1へ出力する。
次に、レーン3ではDI3は位相差が1であるので、シフトレジスタ段数は3となり、DI3はMPX10およびFF10を通り、MPX11およびバッファFF11を通り、MPX12およびFF12を通り、PXO3を経てDO3へ出力する。
最後に、レーン2ではDI2は位相差が2であるので、シフトレジスタ段数は2となり、DI2はMPX8およびFF8を通り、MPX9およびバッファFF9を通り、MPX22を経てDO2へ出力する。
2回目のスキュー調整では、最も早くシンボルCOMが到達するDI3を基準とすると、DI0の位相差の位相差は2、DI1の位相差は1、DII2の位相差は3、DI3の位相差は0となる。最も遅く到達したDI2のシンボルCOMの到達タイミングで最終的にすべての位相差が判明する。位相差が判明した次のクロックで各位相差から、シフト量を次のように生成する。
まず、レーン0ではDI0が位相差は2であるので、シフトレジスタ段数は2となり、DI0はバッファFF0を通り、MPX1およびバッファFF1を通り、MPXO0はバッファFF1を選択することで2段のバッファを経由してDO0へ出力する。
次に、レーン1ではDI1は位相差が1であるので、シフトレジスタ段数は3となり、DI1はMPX2およびFF2を通り、MPX3およびバッファFF3を通り、MPX4およびFF4を通り、MPXO1を経てDO1へ出力する。
次に、レーン3ではDII3は位相差が0であるので、シフトレジスタ段数は4となり、DI3はMPX9およびFF9を通り、MPX10およびバッファFF10を通り、MPX11およびFF11を通り、MPX12およびFF12を通り、MPXO3を経てDO3へ出力する。
最後に、レーン2ではDI2は位相差が最大の3であるので、シフトレジスタ段数は1となり、DI2はMPX8およびFF8を通り、MPXO2を経てDO2へ出力する。以降、特定シンボルCOMを検出し、同様の処理を繰り返す。
図4は、本発明のスキュー調整回路の第2実施例を示す。この実施例は、レーン数が4、バッファ段数が3の場合に対応したものである。この場合、バッファ数は、前述の計算式により10個となる。データは「最悪条件下」では3個のFFを通ることになる。
そのため、DI0はFF0およびDETECT4に接続されるが、DI1は3つのMPX1〜MPX3、DI2は3つのMPX4〜MPX6、DI3は3つのMPX7〜MPX9に接続すれば足りる。その他の、接続と動作については第1実施例と同様に考えてよい。
図5は、本発明のスキュー調整回路の第3実施例を示すを示す。この実施例は、レーン数が3、バッファ段数が4の場合に対応したものである。この場合、バッファ数は、前述の計算式により9個となる。データは「最悪条件下」では4個のFFを通ることになる。
そのため、DI0はFF0およびDETECT4、DI1は4つのMPX1〜MPX4、DI2は4つのMPX5〜MPX8に接続される。その他の、接続と動作については第1実施例と同様に考えてよい。
本発明のスキュー調整回路を含むシリアルI/F回路のブロック図 本発明のスキュー調整回路の第1実施例を示すブロック図 図2に示したスキュー調整回路の動作を説明するためのタイミングチャート 本発明のスキュー調整回路の第2実施例を示すブロック図 本発明のスキュー調整回路の第3実施例を示すブロック図
符号の説明
1 入力データ選択回路群(MXPI)
2 出力データ選択回路群(MPXO)
3 バッファ群(FF)
4 シンボル検出回路(DETECT)
5 位相差算出回路(PHASE)
6 シフト量算出回路(SHIFT)

Claims (3)

  1. 複数のレーンを持つシリアルデータインターフェイス回路におけるレーン上のレーンデータ間のスキュー差を調整するスキュー調整回路において、
    レーン数Mから1減じた値にレーン当りのバッファ段数Nを乗じ、その値に1を加えた個数だけのバッファから成り、レーンデータを一時的に格納するバッファ群と、
    レーン上の特定のシンボルを検出してシンボル検出情報を生成するシンボル検出回路と、
    前記シンボル検出情報を元にレーン間の位相差を算出して位相差情報を生成する位相差検出回路と、
    前記位相差情報を元に各レーンのバッファ段数を算出してシフト情報を生成するシフト量算出回路と、
    前記シフト情報に基づいて前後2つのバッファを縦続接続または当該レーンデータを選択してレーン対応にシフトレジスタを構成する(M×N)個の入力データ選択回路と、
    前記シフト情報に基づいて前記シフトレジスタの最終段のバッファ出力を選択する前記レーン対応の出力データ選択回路とを備え、
    各レーンについて最も遅いレーンとの位相差により前記シフトレジスタの構成を変更可能としたことを特徴とするスキュー調整回路。
  2. 第1レーンと第1バッファと第1出力選択回路とは縦続接続され、
    第2レーン〜第MレーンはN個の連続する入力データ選択回路に順次に並列接続され、
    第1レーン対応の出力データ選択回路には第1バッファ〜第Nバッファの出力が並列接続され、
    第2レーン〜第(M−1)レーンの出力選択回路には(2N−1)個の連続するバッファの出力が並列接続され、
    第Mレーン対応の出力データ選択回路には最後尾に到る連続するN個のバッファの出力が並列接続されたことを特徴とする請求項1に記載のスキュー調整回路。
  3. M=4、N=4であって、
    第2レーンデータは第1入力データ選択回路〜第4入力データ選択回路に入力し、
    第3レーンデータは第5入力データ選択回路〜第8入力データ選択回路に入力し、
    第4レーンデータは第9入力データ選択回路〜第12入力データ選択回路に入力し、
    第1レーン対応の出力データ選択回路には第1バッファ〜第4バッファの出力が並列接続され、
    第2レーン対応の出力データ選択回路には第2バッファ〜第8バッファの出力が並列接続され、
    第3レーン対応の出力データ選択回路には第6バッファ〜第12バッファの出力が並列接続され、
    第4レーン対応の出力データ選択回路には第10バッファ〜第13バッファの出力が並列接続されることを特徴とする請求項2に記載のスキュー調整回路。
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