JP2007266871A - Clock data recovery control circuit - Google Patents

Clock data recovery control circuit Download PDF

Info

Publication number
JP2007266871A
JP2007266871A JP2006087642A JP2006087642A JP2007266871A JP 2007266871 A JP2007266871 A JP 2007266871A JP 2006087642 A JP2006087642 A JP 2006087642A JP 2006087642 A JP2006087642 A JP 2006087642A JP 2007266871 A JP2007266871 A JP 2007266871A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
clock
counter
data recovery
frequency
control system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006087642A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4950534B2 (en
Inventor
Isamu Miyanishi
勇 宮西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2006087642A priority Critical patent/JP4950534B2/en
Publication of JP2007266871A publication Critical patent/JP2007266871A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4950534B2 publication Critical patent/JP4950534B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a clock data recovery control circuit capable of more simply applying control of a frequency comparison operation and a phase comparison operation to even a high speed serial interface and including a frequency detection circuit for accurately detecting a frequency. <P>SOLUTION: The clock data recovery control circuit includes: a switching control means for switching between a frequency control system and a phase control system for a prescribed period; and the frequency detection circuit for detecting that received serial data are within an operating range of a clock data recovery circuit when the phase control system is in operation, and the frequency detection circuit a first counter operated on clock extracted from the received data and a second counter operated on the basis of a PLL clock when the phase control system is in operation, and detects the frequency by discriminating whether a count of the first counter is within a prescribed window width of a count of the second counter when the phase control system is in operation. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、受信シリアルデータの周波数検知を行うクロックデータリカバリ制御回路に関する。   The present invention relates to a clock data recovery control circuit that performs frequency detection of received serial data.

従来、ホストとデバイス間のバスや、チップセット間の内部バスなどにおけるインターフェースとして、ATAやPCIのようなパラレルインターフェースが利用されてきた。しかし、近年、これらに代わり、信号の干渉やノイズ混入等の問題が起こりにくいSerial−ATAやPCI−Express等の高速シリアルインターフェースが主流となってきている。また、より高速な転送速度を実現するための高速化が進みつつある。   Conventionally, a parallel interface such as ATA or PCI has been used as an interface in a bus between a host and a device or an internal bus between chipsets. However, in recent years, instead of these, high-speed serial interfaces such as Serial-ATA and PCI-Express that are less likely to cause problems such as signal interference and noise mixing have become mainstream. In addition, speeding up to achieve higher transfer speeds is progressing.

Serial−ATAでは、第一世代と呼ばれる1.5Gbpsの転送レートのハードディスクドライブ(以下HDD)と第二世代と呼ばれる3Gbpsの転送レートのHDDが市場に混在している。更に、(コネクタ形状が異なるかもしれないが)次世代(第三世代)の6Gbpsの転送レートのHDDも、ロードマップ上に挙げられている。   In Serial-ATA, a hard disk drive (hereinafter referred to as HDD) having a transfer rate of 1.5 Gbps called a first generation and an HDD having a transfer rate of 3 Gbps called a second generation are mixed in the market. In addition, the next generation (third generation) HDD with a transfer rate of 6 Gbps (although the connector shape may be different) is also listed on the roadmap.

ところで、インターフェースとして上位互換を維持する必要があるため、どの世代のデバイスに対しても、ホストが対応する転送レートで接続できなくてはならない。   By the way, since it is necessary to maintain upward compatibility as an interface, the host must be able to connect to any generation of devices at a transfer rate corresponding to the host.

また、シリアルインターフェース通信は、パラレルインターフェース通信のようにデータとクロックを使って転送するのではなく、差動のシリアル信号だけで通信を行う。シリアルインターフェース通信では、このシリアル信号にデータとクロックが埋め込まれているため、受信シリアルデータからデータとクロックを抽出する必要がある。   Further, serial interface communication is not performed using data and a clock as in parallel interface communication, but communication is performed using only a differential serial signal. In serial interface communication, data and a clock are embedded in this serial signal, so it is necessary to extract data and a clock from received serial data.

一般的に高速シリアルインターフェース通信では、クロックデータリカバリ回路(以下、CDRと言う。)により、受信シリアルデータからデータとクロックが抽出される。そして、Serial−ATAのように、ネゴシエーション時の受信データレートから転送レートを決定するようなインターフェースでは、各世代の転送レート(周波数)を検知してホストとデバイスが対応している世代の転送レートで通信の確立をする必要がある。   In general, in high-speed serial interface communication, data and a clock are extracted from received serial data by a clock data recovery circuit (hereinafter referred to as CDR). In an interface such as Serial-ATA that determines the transfer rate from the received data rate at the time of negotiation, the transfer rate (frequency) of each generation is detected, and the transfer rate of the generation that the host and the device support. It is necessary to establish communication.

Serial−ATAのようにネゴシエーション時の受信データレートから転送レートを決定するようなインターフェースでは、特にPLL(Phase Locked Loop;位相ロックループ)構成のCDRにおいて、PLLのキャプチャレンジ外の周波数でデータが入力された場合、ホストは入力データが動作許容範囲外であると判定して入力データへの追従動作を停止しなければならない。   In an interface that determines the transfer rate from the received data rate at the time of negotiation, such as Serial-ATA, data is input at a frequency outside the capture range of the PLL, particularly in a CDR with a PLL (Phase Locked Loop) configuration. In such a case, the host must determine that the input data is outside the allowable operation range, and stop the operation to follow the input data.

特許文献1に開示されるCDRでは、クロックを抽出する手段としてPLL回路を用い、参照クロックにロックしたことを検出する第1のロック検出器と、データに対して非ロック状態を検出する第2の検出器を設け、制御ループを切り替える構成になっている。この第2の検出器と呼ばれている位相ロック検出器内の遅延は、入力周波数が大きくなったときやプロセスのばらつきが大きいときにフリップフロップ間がよりクリティカルになるため、その制御が難しくなる。また、入力データのレートが参照クロックの整数倍であった場合、データと非同期な再生クロックでデータを受信するため、タイミングによっては位相ロックエラーとみなしたりみなさなかったりする可能性があり、精度良い位相ロック検出回路とならない。更に、Serial−ATAにこの回路を適用する場合、ホスト及びデバイスの世代を検出するシーケンスでのみ動作すればよく、常に動作する必要はない。
特開平11−317729号公報
In the CDR disclosed in Patent Document 1, a PLL circuit is used as means for extracting a clock, a first lock detector that detects that the clock is locked to a reference clock, and a second that detects an unlocked state with respect to data. The detector is provided and the control loop is switched. The delay in the phase lock detector, called the second detector, becomes more critical between the flip-flops when the input frequency increases or when the process varies greatly, making it difficult to control . Also, if the input data rate is an integral multiple of the reference clock, the data is received with a recovered clock that is asynchronous with the data, so depending on the timing, it may or may not be regarded as a phase lock error, and the accuracy is high. Does not become a phase lock detection circuit. Furthermore, when this circuit is applied to the Serial-ATA, it is only necessary to operate in a sequence for detecting the generation of the host and the device, and it is not always necessary to operate.
JP 11-317729 A

そこで、以上の点に鑑みて、本発明は、PLL回路を用いたクロックデータリカバリ制御回路において、高速なシリアルインターフェースであっても、周波数比較動作と位相比較動作の制御をより簡単にし、不必要な時は停止させることができる周波数検知回路を搭載することを目的とする。   Therefore, in view of the above points, the present invention makes the control of the frequency comparison operation and the phase comparison operation easier and unnecessary even in a clock data recovery control circuit using a PLL circuit even with a high-speed serial interface. The purpose is to install a frequency detection circuit that can be stopped at any time.

本発明は、上記の目的を達成するためになされたものである。本発明に係る請求項1に記載のクロックデータリカバリ制御回路は、
クロックデータリカバリ回路を制御するクロックデータリカバリ制御回路であって、
上記クロックデータリカバリ回路は、
リファレンスクロックに追従して電圧又は電流制御発振器から出力するクロックの周波数を制御する周波数制御系と、受信するシリアルデータに追従して電圧又は電流発振器から出力するクロックの位相を制御する位相制御系とを有し、シリアル信号を用いて通信を行うインターフェースを利用して受信するシリアルデータからデータとクロックを抽出するものであり、
上記クロックデータリカバリ制御回路は、
上記周波数制御系と上記位相制御系とを一定周期で切り替える切り替え制御手段と、
上記位相制御系が動作しているときに、受信シリアルデータがクロックデータリカバリ回路の動作範囲内であることを検知する周波数検知回路と
を備え、
上記周波数検知回路が、上記位相制御系が動作しているときに、受信データから抽出したクロックを基に動作する第1のカウンタと、PLLクロックを基に動作する第2のカウンタを含み、
上記位相制御系が動作しているときに、上記第1のカウンタのカウンタ値が、上記第2のカウンタのカウンタ値の所定のウィンドウ幅の内にあるか否かを判断して、周波数検知を行うことを特徴とする。
The present invention has been made to achieve the above object. The clock data recovery control circuit according to claim 1 according to the present invention includes:
A clock data recovery control circuit for controlling the clock data recovery circuit,
The clock data recovery circuit
A frequency control system that controls the frequency of the clock output from the voltage or current controlled oscillator following the reference clock, and a phase control system that controls the phase of the clock output from the voltage or current oscillator following the received serial data And extracting data and clock from serial data received using an interface that communicates using a serial signal,
The clock data recovery control circuit
Switching control means for switching the frequency control system and the phase control system at a constant cycle;
A frequency detection circuit that detects that the received serial data is within the operating range of the clock data recovery circuit when the phase control system is operating;
The frequency detection circuit includes a first counter that operates based on a clock extracted from received data and a second counter that operates based on a PLL clock when the phase control system operates.
When the phase control system is operating, it is determined whether the counter value of the first counter is within a predetermined window width of the counter value of the second counter, and frequency detection is performed. It is characterized by performing.

本発明に係る請求項2に記載のクロックデータリカバリ制御回路は、
上記第1のカウンタが、上記位相制御系が動作しているときに、上記第2のカウンタから遅延されてカウントを開始することを特徴とする請求項1に記載のクロックデータリカバリ制御回路である。
The clock data recovery control circuit according to claim 2 according to the present invention includes:
2. The clock data recovery control circuit according to claim 1, wherein the first counter starts counting after being delayed from the second counter when the phase control system is operating. .

本発明に係る請求項3に記載のクロックデータリカバリ制御回路は、
上記周波数検知回路が、連続する複数の上記位相制御系の動作時に、上記第1のカウンタのカウンタ値が、上記第2のカウンタのカウンタ値の所定のウィンドウ内にあるか否かを判断して、周波数検知を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のクロックデータリカバリ制御回路である。
The clock data recovery control circuit according to claim 3 according to the present invention includes:
The frequency detection circuit determines whether the counter value of the first counter is within a predetermined window of the counter value of the second counter when the plurality of successive phase control systems operate. 3. The clock data recovery control circuit according to claim 1, wherein frequency detection is performed.

本発明に係る請求項4に記載のクロックデータリカバリ制御回路は、
上記周波数検知回路が、上記ウィンドウ幅を設定する比較部を備えることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一に記載のクロックデータリカバリ制御回路である。
The clock data recovery control circuit according to claim 4 according to the present invention includes:
The clock data recovery control circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the frequency detection circuit includes a comparison unit that sets the window width.

本発明を利用することにより、高速なシリアルインターフェースに対しても、周波数比較動作と位相比較動作の制御をより簡単に行うクロックデータリカバリ制御回路であって、周波数検知を正確に行う周波数検知回路を備えるクロックデータリカバリ制御回路を、提供できる。   By utilizing the present invention, a clock data recovery control circuit that more easily controls frequency comparison operation and phase comparison operation even for a high-speed serial interface, and a frequency detection circuit that accurately performs frequency detection. A clock data recovery control circuit can be provided.

以下、図面を参照して本発明に係る好適な実施形態を説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments according to the invention will be described with reference to the drawings.

ネゴシエーション時の受信データレートから転送レートを決定する高速シリアルインターフェースとして、Serial−ATAを取り上げる。この高速シリアルインターフェースの例は、本発明を限定するものではない。   Serial-ATA is taken up as a high-speed serial interface that determines the transfer rate from the received data rate at the time of negotiation. This example of a high speed serial interface is not intended to limit the present invention.

図1は、Serial−ATAインターフェースの構造の模式図である。Serial−ATAインターフェースは、アプリケーション層(12、20)、トランスポート層(10、18)、リンク層(8、16)、物理層(PHY)(6、14)という階層構造となっている。アプリケーション層12は、パラレルATAのホストアダプタと等しいレジスタインターフェースを通してトランスポート層10とのやり取りを行う。トランスポート層10とリンク層8は、全体のオペレーションをコントロールするコアサブモジュールとなる。そして、物理層6は、ネットワークの物理的な接続・伝送方式や電気的特性を規定している層であり、高速シリアル信号を送受信することになる。特に、物理層6では、接続先との通信を確立させるためにOOB(Out of Band)というネゴシエーション動作が行われる。   FIG. 1 is a schematic diagram of the structure of the Serial-ATA interface. The Serial-ATA interface has a hierarchical structure of an application layer (12, 20), a transport layer (10, 18), a link layer (8, 16), and a physical layer (PHY) (6, 14). The application layer 12 communicates with the transport layer 10 through a register interface equivalent to a parallel ATA host adapter. The transport layer 10 and the link layer 8 are core submodules that control the overall operation. The physical layer 6 is a layer that defines the physical connection / transmission method and electrical characteristics of the network, and transmits and receives high-speed serial signals. In particular, in the physical layer 6, a negotiation operation called OOB (Out of Band) is performed in order to establish communication with the connection destination.

図2は、一般的なホストコントローラ2における物理層6の構成図である。まず、送信側について以下に記す。リンク層8から送られてきたパラレルデータ(DATAIN)がシリアライザ(SER)22でシリアル化され、ドライバ24によって差動(TX+,TX−)で出力される。ここでFPS32とは固定パターン源であり、コントロールブロック(Control Block)32により制御される。   FIG. 2 is a configuration diagram of the physical layer 6 in the general host controller 2. First, the transmission side will be described below. Parallel data (DATAIN) sent from the link layer 8 is serialized by the serializer (SER) 22 and output by the driver 24 as differential (TX +, TX−). Here, the FPS 32 is a fixed pattern source, and is controlled by a control block (Control Block) 32.

次に、受信側について以下に記す。RX+、RX−から差動信号が入力され、レシーバ38でシリアル化される。一方、スケルチレシーバ40では、差動信号の電圧レベルを検知し、ある閾値を超えればデータを検出したとみなして、コントロールブロック32にスケルチ信号を出力する。そして、レシーバ38にてシリアル化された信号は、CDR42に入力されてデータとクロックが抽出される。抽出されたデータの一方は、デシリアライザ(DES)44によってパラレル化されてリンク層8に出力され、もう一方は、FPD(固定パターン検出器)46によってコントロールキャラクタの検出を受ける。コントロールキャラクタとは、4バイトで構成されるプリミティブの先頭バイトのことであり、プリミティブとは、シリアルラインの制御やステータスの提供のためのDword(Double Word;ダブルワード)エンティティである。   Next, the receiving side will be described below. Differential signals are input from RX + and RX− and serialized by the receiver 38. On the other hand, the squelch receiver 40 detects the voltage level of the differential signal. If the voltage exceeds a certain threshold, the squelch receiver 40 considers that data has been detected and outputs a squelch signal to the control block 32. The signal serialized by the receiver 38 is input to the CDR 42, and data and clock are extracted. One of the extracted data is parallelized by a deserializer (DES) 44 and output to the link layer 8, and the other is detected by a control character by an FPD (fixed pattern detector) 46. The control character is a leading byte of a primitive composed of 4 bytes, and the primitive is a Dword (Double Word) entity for controlling a serial line and providing a status.

コントロールブロック32は、主として物理層6の送受信に関係した制御をステートマシン構成で行っている。   The control block 32 mainly performs control related to transmission / reception of the physical layer 6 in a state machine configuration.

SYSCLK48は、PLL50の基準クロックを示す。また、PHYRESET52は、物理層6のリセット信号である。PHYREADY54は、通信を示す信号である。SLUMBER56、PARTIAL58は、低消費電力状態に移行するための信号である。RXCLOCK60は、受信信号である。TXCLOCK62は、送信信号である。更に、COMMA64は、リンク層8に出力するコントロールキャラクタ検出信号である。その他のリンク層とのインターフェース信号は省略している。なお、一点破線は受信クロック系を示し、二点破線は送信クロック系を示している。   SYSCLK 48 indicates a reference clock of the PLL 50. PHYRESET 52 is a reset signal for the physical layer 6. PHYREADY 54 is a signal indicating communication. SLUMBER 56 and PARTIAL 58 are signals for shifting to the low power consumption state. RXCLOCK 60 is a received signal. TXCLOCK 62 is a transmission signal. Further, COMMA 64 is a control character detection signal output to the link layer 8. Interface signals with other link layers are omitted. The one-dot broken line indicates the reception clock system, and the two-dot broken line indicates the transmission clock system.

図3は、OOBシーケンスを説明するための模式図である。OOBとは、ホスト−デバイス間のネゴシエーション動作のことであり、ホスト又はデバイスから一定のアイドル(コモンモードレベル)間隔でALIGNプリミティブのバースト転送を行い、ネゴシエーションを行うというものである。ここで、ALIGNプリミティブとは、イニシャライズや受信データと同期をとるために用いるプリミティブであって、K28.5コントロールキャラクタが先頭バイトにあるプリミティブである。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the OOB sequence. OOB is a negotiation operation between a host and a device, in which ALIGN primitive burst transfer is performed from a host or a device at a constant idle (common mode level) interval to perform negotiation. Here, the ALIGN primitive is a primitive used for initialization and synchronization with received data, and is a primitive having a K28.5 control character in the first byte.

まず、物理層6は電源が入るとバスアイドル状態(ニュートラル)になり、ホスト2はCOMRESETを発行する。次に、デバイス4はCOMRESETを検出するとCOMINITを発行する。そして、ホスト2がデバイス4からのCOMINITを検出するとCOMWAKEを発行する。デバイス4はこのCOMWAKEを検出した後COMWAKEを送信し、その後連続してALIGNプリミティブを継続的に送信する。デバイス4が54.6μsALIGNを送信するまでにホスト2から応答がなければ、スピードを落として再試行し、一番遅いスピードでも応答がなければエラー状態となる。   First, the physical layer 6 enters a bus idle state (neutral) when the power is turned on, and the host 2 issues a COMRESET. Next, when the device 4 detects COMRESET, it issues COMINIT. When the host 2 detects COMINIT from the device 4, it issues COMWAKE. The device 4 detects the COMWAKE and then transmits the COMWAKE, and then continuously transmits the ALIGN primitive continuously. If there is no response from the host 2 until the device 4 transmits 54.6 μs ALIGN, the speed is reduced and the retry is made. If there is no response even at the slowest speed, an error state occurs.

また、ホスト2はCOMWAKE発行後、D10.2データキャラクタを送信し、ホスト2は受信したALIGNをロックし、同じスピードで連続してALIGNを送信する。デバイス4がこのALIGNを検出した後にNon−ALIGNプリミティブを送信し、これをホスト2が検出すればPHYREADY=Hをリンク層8に通知し、通信確立状態となる。   Further, after issuing COMWAKE, the host 2 transmits a D10.2 data character, the host 2 locks the received ALIGN, and continuously transmits ALIGN at the same speed. After the device 4 detects this ALIGN, it transmits a Non-ALIGN primitive, and when the host 2 detects this, it notifies PHYREADY = H to the link layer 8 and establishes communication.

ホスト2とデバイス4は、ステートマシンによりOOB制御が行われる。通信確立までに、ホスト2はHP1〜HP8のステート遷移があり、デバイス4はDP1〜DP7のステート遷移がある。   The host 2 and the device 4 are OOB controlled by a state machine. Until the communication is established, the host 2 has state transitions HP1 to HP8, and the device 4 has state transitions DP1 to DP7.

通信確立までのホスト2の状態遷移について、以下の表1に記す。

Figure 2007266871
Table 1 below shows the state transition of the host 2 until the communication is established.
Figure 2007266871

また、通信確立までのデバイス4の状態遷移について、以下の表2に記す。

Figure 2007266871
The state transition of the device 4 until the communication is established is shown in Table 2 below.
Figure 2007266871

ところで、図3に示す状態遷移は、ホスト2とデバイス4の対応している転送レートが同じ、又はデバイス4の対応している転送レートがホスト2のものより低い場合である。一方、図4に示す状態遷移は、ホスト2の対応している転送レートよりデバイス4の対応している転送レートが高い場合である。例えば、ホスト2が第一世代の転送レートのみに対応し、デバイス4が第二世代対応のHDDである場合である。このような場合、図4に示すように、デバイス4がCOMWAKE送信後、デバイス4は3GbpsでALIGNをホスト2に54.6μs送信するが、このときホスト2は第一世代しか対応していないので、この3GbpsのALIGNには応答しないように設定されなければならない。   Incidentally, the state transition shown in FIG. 3 is a case where the transfer rate corresponding to the host 2 and the device 4 is the same, or the transfer rate corresponding to the device 4 is lower than that of the host 2. On the other hand, the state transition shown in FIG. 4 is a case where the transfer rate supported by the device 4 is higher than the transfer rate supported by the host 2. For example, the host 2 corresponds to only the first generation transfer rate, and the device 4 is a second generation HDD. In such a case, as shown in FIG. 4, after the device 4 transmits COMWAKE, the device 4 transmits ALIGN to the host 2 at 3 Gbps at 54.6 μs. At this time, however, the host 2 supports only the first generation. The 3 Gbps ALIGN must be set not to respond.

デバイス4は、ALIGNを54.6μs送信した後、DP6からDP10へ遷移し、スピードを落として再度DP6へ遷移しスピードダウンした転送レート(この場合1.5Gbps)でALIGNを送信する。ここでのDP10は“DR_ReduceSpeedステート”と呼ばれるステート(状態)であり、インターフェースを休止しスピードを一世代落とす動作を行うステートである。   The device 4 transmits ALIGN for 54.6 μs, then transitions from DP6 to DP10, decreases speed, transitions to DP6 again, and transmits ALIGN at a reduced transfer rate (in this case, 1.5 Gbps). The DP 10 here is a state (state) called a “DR_Reduce Speed state”, and is a state in which the interface is suspended and the speed is reduced by one generation.

デバイス4が第二世代に対応していてホスト2が第一世代までに対応している場合に、本発明の好適な実施形態において、上記のようにデバイス4がDP10でスピードを一世代落とす動作をするとき、ホスト2の物理層6内のCDR43と周波数検知回路94の動作を、図5、図6、及び図7で説明する。この周波数検知回路94は、本発明により新たに設定する回路である。   When the device 4 is compatible with the second generation and the host 2 is compatible with the first generation, in the preferred embodiment of the present invention, as described above, the operation of the device 4 reducing the speed by the DP 10 by one generation. The operation of the CDR 43 and the frequency detection circuit 94 in the physical layer 6 of the host 2 will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7. The frequency detection circuit 94 is a circuit newly set according to the present invention.

図5は、CDR43の回路図である。図6は、本発明の好適な実施形態に係る物理層6内の一部回路図であり、CDR43及び周波数検知回路94を主として示す回路図である。図7は、本発明の好適な実施形態において、デバイス4がスピードを一世代落とす動作をするときのホスト状態、デバイス状態、及び各種信号の推移を示す図である。   FIG. 5 is a circuit diagram of the CDR 43. FIG. 6 is a partial circuit diagram in the physical layer 6 according to a preferred embodiment of the present invention, and is a circuit diagram mainly showing the CDR 43 and the frequency detection circuit 94. FIG. 7 is a diagram showing the transition of the host state, device state, and various signals when the device 4 operates to reduce the speed by one generation in the preferred embodiment of the present invention.

まず、デバイス4が第二世代に対応しているので、図7に示すように、デバイス4はCOMWAKE送信後3GbpsでALIGNを54.6μsの間ホスト2に送信する(デバイス状態・DP6)。このとき、ホスト状態(ステート)はHP6である。   First, since the device 4 corresponds to the second generation, as shown in FIG. 7, the device 4 transmits ALIGN to the host 2 at 3 Gbps after COMWAKE transmission for 54.6 μs (device state / DP6). At this time, the host state (state) is HP6.

ここで、図5のCDR43の構成を以下に示す。   Here, the configuration of the CDR 43 in FIG. 5 is shown below.

図5に示すCDR43では、FLOCK、SQO、Fr、及び、シリアルデータInDataが入力され、CK、及び、復元データOutDataが出力される。CDR43は、位相比較器PD、位相周波数比較器PFD、チャージポンプ(CP1、CP2)、ループフィルタLPF、電圧制御発振器VCO、及び2分周器を含んでいる。ここで、FLOCKは、図6に示す(後述する)FLOCK生成回路96の生成する信号であり、CDR43の周波数比較動作と位相比較動作の切替を指示する信号である。SQOは、スケルチレシーバ40がシリアルデータの電圧レベルを検知した結果、データであると検知すればLとなり、アイドルであると検知すればHとなる信号である。Frはリファレンスクロックであり、ここでは750MHzの周波数である。シリアルデータInDataは、レシーバ38にて2値化されたシリアルデータである。CKは、出力クロック(出力CK)である。   In the CDR 43 shown in FIG. 5, FLOCK, SQO, Fr, and serial data InData are input, and CK and restoration data OutData are output. The CDR 43 includes a phase comparator PD, a phase frequency comparator PFD, charge pumps (CP1, CP2), a loop filter LPF, a voltage controlled oscillator VCO, and a divide by two. Here, FLOCK is a signal generated by a FLOCK generation circuit 96 (described later) shown in FIG. 6, and is a signal instructing switching between the frequency comparison operation and the phase comparison operation of the CDR 43. SQO is a signal that becomes L when the squelch receiver 40 detects the voltage level of the serial data as a result of detecting the data, and becomes H when it is detected as idle. Fr is a reference clock, and here has a frequency of 750 MHz. The serial data InData is serial data binarized by the receiver 38. CK is an output clock (output CK).

図5に示すCDR43では、まずFLOCK信号が“FLOCK=L”となってPDEN=Lとなり、リファレンスクロックFrに追従する周波数比較動作が位相周波数比較器PFDを介して行われる。(750MHzのリファレンスクロックFr及び2分周器の作用により)CDR43の出力CKが1.5GHzにロックすると、CDR43は周波数比較動作を一旦終える。そして、CDR43を制御している周波数検知回路94内のFLOCK生成回路96がFLOCK信号を“H”とする。これによりCDR43及び周波数検知回路94は位相比較器PDを介する位相比較動作に移行する(図7・F1)。FLOCK生成回路96については後述する。   In the CDR 43 shown in FIG. 5, first, the FLOCK signal becomes “FLOCK = L” and PDEN = L, and the frequency comparison operation following the reference clock Fr is performed via the phase frequency comparator PFD. When the output CK of the CDR 43 locks to 1.5 GHz (by the action of the 750 MHz reference clock Fr and the frequency divider 2), the CDR 43 once ends the frequency comparison operation. Then, the FLOCK generation circuit 96 in the frequency detection circuit 94 that controls the CDR 43 sets the FLOCK signal to “H”. As a result, the CDR 43 and the frequency detection circuit 94 shift to the phase comparison operation via the phase comparator PD (FIG. 7, F1). The FLOCK generation circuit 96 will be described later.

位相比較動作に移行すると、CDR43は(3Gbpsである)入力データ(InData)に追従するように動作するので、CDR43の出力CKの周波数は上昇してしまう。なお、出力CKがキャプチャレンジを外れることがあるとその時点で誤ロック動作に陥ることになるが、この誤動作は後述のカウンタイネーブル信号のトルグにより抑えられる。   When shifting to the phase comparison operation, the CDR 43 operates so as to follow the input data (InData) (which is 3 Gbps), so that the frequency of the output CK of the CDR 43 increases. If the output CK is out of the capture range, an erroneous lock operation occurs at that point. This malfunction is suppressed by the counter enable signal to be described later.

転送レートの検知のために、本発明の好適な実施形態では、周波数検知回路94内部にて、位相比較動作時(FLOCK=H)にCDR43の出力CKとPLLクロックとをカウントする2つのカウンタ(RXカウンタ100、TXカウンタ102)を設定する。これらのカウンタは、カウンタイネーブル生成回路104によりイネーブル信号が供給され動作し、HP6以外ではリセットされるカウンタである。   In order to detect the transfer rate, in the preferred embodiment of the present invention, two counters (counting the output CK of the CDR 43 and the PLL clock during the phase comparison operation (FLOCK = H) in the frequency detection circuit 94 ( RX counter 100 and TX counter 102) are set. These counters operate by being supplied with an enable signal from the counter enable generation circuit 104, and are reset except for the HP6.

まず、3Gbpsの転送レート受信時のCDR43の周波数比較動作から位相比較動作への移行直後は、CDR43の出力CKの周波数が1.5GHz付近にある。この状態をRXカウンタ100がカウントしてしまうのを避けるために、第1のシフトレジスタ106と第1のAND回路108によってRXカウンタ100のイネーブル信号が遅延されている(図7・R1)。   First, immediately after the transition from the frequency comparison operation of the CDR 43 to the phase comparison operation when the transfer rate of 3 Gbps is received, the frequency of the output CK of the CDR 43 is in the vicinity of 1.5 GHz. In order to prevent the RX counter 100 from counting this state, the enable signal of the RX counter 100 is delayed by the first shift register 106 and the first AND circuit 108 (R1 in FIG. 7).

RX、TXカウンタ(100、102)の動作クロックは、N(Nは整数)分周して周波数を落としてもよい。また、カウンタイネーブル生成回路104、FLOCK生成回路96、及びステートマシン112は、PLLクロック50を使用する。これらの信号もM(Mは整数)分周してもよい。カウンタイネーブル生成回路は、カウンタイネーブル信号を、HP6のときに一定周期で生成し、各カウンタの精度、上記N、Mを考慮した周期でトグルさせる。図7の例では、54.6μs÷8=6.825μsでトグルさせている。また、FLOCK生成回路96は、カウンタイネーブル信号がHであるとき、又はステート(状態)がHP6以降HP8までのとき、FLOCK=Hとなる回路である。   The operation clocks of the RX and TX counters (100, 102) may be divided by N (N is an integer) to reduce the frequency. Further, the counter enable generation circuit 104, the FLOCK generation circuit 96, and the state machine 112 use the PLL clock 50. These signals may also be divided by M (M is an integer). The counter enable generation circuit generates a counter enable signal at a constant period when HP6 and toggles the counter enable signal at a period in consideration of the accuracy of each counter and the above N and M. In the example of FIG. 7, the toggle is performed at 54.6 μs ÷ 8 = 6.825 μs. The FLOCK generation circuit 96 is a circuit in which FLOCK = H when the counter enable signal is H or when the state (state) is from HP6 to HP8.

そして、ある時点(図7・N1)でのRXカウンタ100のカウンタ値が、TXカウンタ102の所定のウィンドウ内にあれば、1.5Gbpsの転送レートが受信されているとみなされ、上記所定のウィンドウ外にあれば、1.5Gbps以外の転送レートが受信されている(例えば、デバイス4が第二世代対応である)とみなされる。ここでのウィンドウ幅は、非同期信号を吸収するための誤差や入力データのジッタなどを考慮した値に設定される。更にウィンドウ幅の設定では、RXカウンタ100のイネーブル信号生成時に設けられる遅延も考慮される必要がある。図6に示す回路では、ウィンドウ幅は比較部118に設定される。   If the counter value of the RX counter 100 at a certain point in time (N1 in FIG. 7) is within a predetermined window of the TX counter 102, it is assumed that a transfer rate of 1.5 Gbps has been received, and the predetermined value If it is outside the window, it is assumed that a transfer rate other than 1.5 Gbps has been received (for example, the device 4 is compatible with the second generation). The window width here is set to a value that takes into account errors for absorbing asynchronous signals, jitter of input data, and the like. Further, in setting the window width, it is necessary to consider the delay provided when the enable signal of the RX counter 100 is generated. In the circuit shown in FIG. 6, the window width is set in the comparison unit 118.

今、3Gbpsの転送レートのALIGNが、デバイス4から送信されているので、その間のある時点(N1、N2、N3、N4)でのRXカウンタ100のカウント値は、TXカウンタ102のウィンドウ外となり、周波数検知回路94では「1.5Gbpsが検出されない」と判断される。図7に示す例では、3Gbpsの転送レートのALIGNがデバイス4から送信される54.6μsの間に、4回、周波数検知動作が行われることになる。   Now, since the ALIGN having a transfer rate of 3 Gbps is transmitted from the device 4, the count value of the RX counter 100 at a certain point in time (N1, N2, N3, N4) is outside the window of the TX counter 102, The frequency detection circuit 94 determines that “1.5 Gbps is not detected”. In the example illustrated in FIG. 7, the frequency detection operation is performed four times during 54.6 μs in which ALIGN having a transfer rate of 3 Gbps is transmitted from the device 4.

デバイス4は次に1.5Gbpsの転送レートのALIGNを、最大54.6μsの間送信する。図7のF5にて、1.5Gbpsの転送レートによる位相比較動作が開始され、T5でTXカウンタ102がイネーブル状態に、R5でRXカウンタ100がイネーブル状態になる。ここで、周波数検知回路94は、N5にて、RXカウンタ100のカウント値がTXカウンタ102のウィンドウ内にあることを確認するものとする。そうすると周波数検知回路94は、転送レートが1.5Gbpsであることを検知することになる。   Device 4 then transmits ALIGN with a transfer rate of 1.5 Gbps for a maximum of 54.6 μs. In F5 of FIG. 7, a phase comparison operation is started at a transfer rate of 1.5 Gbps, the TX counter 102 is enabled at T5, and the RX counter 100 is enabled at R5. Here, it is assumed that the frequency detection circuit 94 confirms that the count value of the RX counter 100 is within the window of the TX counter 102 at N5. Then, the frequency detection circuit 94 detects that the transfer rate is 1.5 Gbps.

また、周波数検知回路94が、検知を複数回連続したときのみ検知を確定するようにしてもよい。図7の例では、連続2回検知が必要な設定となっている(N5、N6)。この連続回数は、図6に示す第2のシフトレジスタ116で設定される。   The frequency detection circuit 94 may determine the detection only when the detection is continued a plurality of times. In the example of FIG. 7, the setting is required to detect twice continuously (N5, N6). The number of consecutive times is set by the second shift register 116 shown in FIG.

図6に示すALIGN検出回路120は、HP6で常に動作しているので、N6で連続2回1.5Gbpsを検知すると、このALIGN検出結果は正しいとして第2のAND回路122に入力しているALIGN検出信号を有効とする。これを受けたステートマシン112が、次のステートHP7へ移行する。よって、3Gbpsの転送レートのALIGN受信時に、ALIGNを誤検出(図7のG1、G2)したとしても、ステートマシン112はHP6を維持する。ここで、図6に示すALIGN検出回路120は、図2に示すFPD46を意味する。なお図6では、図2に示すDES44を示していない。また、FLOCKは、HP6から次のステートへ移行するとHP8までHに固定される。   Since the ALIGN detection circuit 120 shown in FIG. 6 is always operating on the HP 6, if 1.5 Gbps is detected twice consecutively at N 6, the ALIGN detection result is correct and the ALIGN input to the second AND circuit 122 is correct. Enable the detection signal. Receiving this, the state machine 112 shifts to the next state HP7. Therefore, even when ALIGN is erroneously detected (G1 and G2 in FIG. 7) at the time of receiving ALIGN at a transfer rate of 3 Gbps, the state machine 112 maintains HP6. Here, the ALIGN detection circuit 120 shown in FIG. 6 means the FPD 46 shown in FIG. 6 does not show the DES 44 shown in FIG. Further, FLOCK is fixed to H up to HP8 when transitioning from HP6 to the next state.

ホスト2は、HP7へ移行するとデバイス4に1.5Gbpsの転送レートでALIGNを送信し、それに応答したデバイス4は、Non−ALIGNプリミティブを送信した後、DP7へ移行し通信を確立する(PHYREADY=H)。ホスト2は、Non−ALIGNプリミティブを受信した後、HP8へ移行し通信を確立する(PHYREADY=H)。   When the host 2 moves to HP7, it sends ALIGN to the device 4 at a transfer rate of 1.5 Gbps, and the device 4 responding to it sends a Non-ALIGN primitive and then moves to DP7 to establish communication (PHYREADY = H). After receiving the Non-ALIGN primitive, the host 2 moves to HP8 and establishes communication (PHYREADY = H).

従来のSerial−ATAインターフェースの構造の模式図である。It is a schematic diagram of the structure of the conventional Serial-ATA interface. 一般的なホストコントローラにおける物理層の構成図である。It is a block diagram of a physical layer in a general host controller. 一般的なOOBシーケンスを説明するための模式図である。ここで示す状態遷移は、ホストとデバイスの対応している転送レートが同じ、又はデバイスの対応している転送レートがホストのものより低い場合である。It is a schematic diagram for demonstrating a general OOB sequence. The state transition shown here is a case where the transfer rate supported by the host and the device is the same, or the transfer rate supported by the device is lower than that of the host. 一般的なOOBシーケンスを説明するための模式図である。ここで示す状態遷移は、ホストの対応している転送レートよりデバイスの対応している転送レートが高い場合である。It is a schematic diagram for demonstrating a general OOB sequence. The state transition shown here is when the transfer rate supported by the device is higher than the transfer rate supported by the host. CDRの回路図である。It is a circuit diagram of CDR. 本発明の好適な実施形態に係る物理層内の一部回路図であり、CDR及び周波数検知回路を主として示す回路図である。It is a partial circuit diagram in the physical layer concerning a preferred embodiment of the present invention, and is a circuit diagram mainly showing a CDR and a frequency detection circuit. 本発明の好適な実施形態において、デバイスがスピードを一世代落とす動作をするときのホスト状態、デバイス状態、及び各種信号の推移を示す図である。In a preferred embodiment of the present invention, it is a diagram showing the transition of the host state, device state, and various signals when the device operates to reduce the speed by one generation.

符号の説明Explanation of symbols

2・・・ホスト(コントローラ)、4・・・デバイス、6、14・・・物理層、8、16・・・リンク層、38・・・レシーバ、40・・・スケルチレシーバ、42、43・・・CDR(クロックデータリカバリ)、50・・・PLL、94・・・周波数検知回路、96・・・FLOCK生成回路、100・・・RXカウンタ、102・・・TXカウンタ、104・・・カウンタイネーブル生成回路、112・・・ステートマシン。

2 ... Host (controller), 4 ... Device, 6, 14 ... Physical layer, 8, 16 ... Link layer, 38 ... Receiver, 40 ... Squelch receiver, 42, 43 .. CDR (clock data recovery), 50... PLL, 94... Frequency detection circuit, 96... FLOCK generation circuit, 100... RX counter, 102. Enable generation circuit, 112... State machine.

Claims (4)

クロックデータリカバリ回路を制御するクロックデータリカバリ制御回路であって、
上記クロックデータリカバリ回路は、
リファレンスクロックに追従して電圧又は電流制御発振器から出力するクロックの周波数を制御する周波数制御系と、受信するシリアルデータに追従して電圧又は電流発振器から出力するクロックの位相を制御する位相制御系とを有し、シリアル信号を用いて通信を行うインターフェースを利用して受信するシリアルデータからデータとクロックを抽出するものであり、
上記クロックデータリカバリ制御回路は、
上記周波数制御系と上記位相制御系とを一定周期で切り替える切り替え制御手段と、
上記位相制御系が動作しているときに、受信シリアルデータがクロックデータリカバリ回路の動作範囲内であることを検知する周波数検知回路と
を備え、
上記周波数検知回路が、上記位相制御系が動作しているときに、受信データから抽出したクロックを基に動作する第1のカウンタと、PLLクロックを基に動作する第2のカウンタを含み、
上記位相制御系が動作しているときに、上記第1のカウンタのカウンタ値が、上記第2のカウンタのカウンタ値の所定のウィンドウ幅の内にあるか否かを判断して、周波数検知を行うことを特徴とするクロックデータリカバリ制御回路。
A clock data recovery control circuit for controlling the clock data recovery circuit,
The clock data recovery circuit
A frequency control system that controls the frequency of the clock output from the voltage or current controlled oscillator following the reference clock, and a phase control system that controls the phase of the clock output from the voltage or current oscillator following the received serial data And extracting data and clock from serial data received using an interface that communicates using a serial signal,
The clock data recovery control circuit
Switching control means for switching the frequency control system and the phase control system at a constant cycle;
A frequency detection circuit that detects that the received serial data is within the operating range of the clock data recovery circuit when the phase control system is operating;
The frequency detection circuit includes a first counter that operates based on a clock extracted from received data and a second counter that operates based on a PLL clock when the phase control system operates.
When the phase control system is operating, it is determined whether the counter value of the first counter is within a predetermined window width of the counter value of the second counter, and frequency detection is performed. A clock data recovery control circuit characterized in that:
上記第1のカウンタが、上記位相制御系が動作しているときに、上記第2のカウンタから遅延されてカウントを開始することを特徴とする請求項1に記載のクロックデータリカバリ制御回路。   2. The clock data recovery control circuit according to claim 1, wherein the first counter starts counting after being delayed from the second counter when the phase control system is operating. 上記周波数検知回路が、連続する複数の上記位相制御系の動作時に、上記第1のカウンタのカウンタ値が、上記第2のカウンタのカウンタ値の所定のウィンドウ内にあるか否かを判断して、周波数検知を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のクロックデータリカバリ制御回路。   The frequency detection circuit determines whether the counter value of the first counter is within a predetermined window of the counter value of the second counter when the plurality of successive phase control systems operate. The clock data recovery control circuit according to claim 1, wherein frequency detection is performed. 上記周波数検知回路が、上記ウィンドウ幅を設定する比較部を備えることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一に記載のクロックデータリカバリ制御回路。

The clock data recovery control circuit according to claim 1, wherein the frequency detection circuit includes a comparison unit that sets the window width.

JP2006087642A 2006-03-28 2006-03-28 Clock data recovery control circuit Expired - Fee Related JP4950534B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006087642A JP4950534B2 (en) 2006-03-28 2006-03-28 Clock data recovery control circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006087642A JP4950534B2 (en) 2006-03-28 2006-03-28 Clock data recovery control circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007266871A true JP2007266871A (en) 2007-10-11
JP4950534B2 JP4950534B2 (en) 2012-06-13

Family

ID=38639444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006087642A Expired - Fee Related JP4950534B2 (en) 2006-03-28 2006-03-28 Clock data recovery control circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4950534B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009118449A (en) * 2007-11-02 2009-05-28 Hynix Semiconductor Inc Circuit and method for clock data recovery for highly integrated system
GB2456517A (en) * 2008-01-15 2009-07-22 Andrzej Radecki Serial data communication circuit for use with transmission lines using both data and clock to enable recovery of data synchronously

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1141222A (en) * 1997-07-23 1999-02-12 Hitachi Ltd Asynchronous data demodulation circuit
JPH11317729A (en) * 1998-05-06 1999-11-16 Sony Corp Clock data recovery circuit
JP2006066971A (en) * 2004-08-24 2006-03-09 Ricoh Co Ltd Clock data recovery circuit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1141222A (en) * 1997-07-23 1999-02-12 Hitachi Ltd Asynchronous data demodulation circuit
JPH11317729A (en) * 1998-05-06 1999-11-16 Sony Corp Clock data recovery circuit
JP2006066971A (en) * 2004-08-24 2006-03-09 Ricoh Co Ltd Clock data recovery circuit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009118449A (en) * 2007-11-02 2009-05-28 Hynix Semiconductor Inc Circuit and method for clock data recovery for highly integrated system
GB2456517A (en) * 2008-01-15 2009-07-22 Andrzej Radecki Serial data communication circuit for use with transmission lines using both data and clock to enable recovery of data synchronously

Also Published As

Publication number Publication date
JP4950534B2 (en) 2012-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106796563B (en) System and method for chip-to-chip communication
EP2433195B1 (en) Jitter reduction method and apparatus for distributed synchronised clock architecture
US10291241B2 (en) Referenceless clock and data recovery circuits
US10484164B2 (en) Clock and data recovery for pulse based multi-wire link
US20120105115A1 (en) Clock and data recovery circuit
JP2011135149A (en) Clock data recovery circuit, and data transfer device and method for display device
JP2008236738A (en) Protocol-agnostic automatic rate negotiation for high-speed serial interface in programmable logic device
JP2009232462A (en) Apparatus and method for transmitting clock information and data
CN110741358B (en) Method and apparatus for recovering a device reference clock on a device
JP4950534B2 (en) Clock data recovery control circuit
EP3289471B1 (en) Communication between integrated circuits
US7272673B2 (en) Signal generating circuit capable of generating a validation signal and related method thereof
TWI279114B (en) A system and method for generating de-serializing timing signals
JP5704988B2 (en) Communication device
US9246497B1 (en) Integrated circuit (IC) clocking techniques
US20200285602A1 (en) eUSB2 to USB 2.0 Data Transmission with Surplus Sync Bits
JP2006203338A (en) Squelch detecting circuit and squelch detecting method
JP4630288B2 (en) Verifying the rate of the received serial transfer alignment sequence
US9100168B2 (en) Serial communication circuit, semiconductor device, and serial communication controlling method
JP2008236178A (en) Serial data receiving circuit
KR101585063B1 (en) A device PHY for serial data communication without an external clock signal
US11321265B2 (en) Asynchronous communication
US20120119789A1 (en) Peak Detector Extension System
US20220182215A1 (en) System, method and apparatus for link training during a clock switch event
CN116737616A (en) Method, controller and memory device for error handling of interconnect protocol

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20081120

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110525

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110531

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110801

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120306

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120309

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150316

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4950534

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees