JP2010062804A - Clock regeneration circuit - Google Patents

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Yuichi Yamamoto
裕一 山本
Kenji Uchida
賢治 内田
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-power consumption clock regeneration circuit which performs edge detection and clock component extraction by a differential circuit, makes a delay means unnecessary, whose chip area is reduced, by which a bit rate free operation is achieved. <P>SOLUTION: The clock regeneration circuit is constituted of: at least one differential circuit which amplifies two input data to output differential data; and a clock component generation circuit which is cascaded with the differential circuit and extracts clock signal components based on difference of intersection voltage between reference voltage and differential output data. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、クロック再生回路に関し、詳しくは、高速な光通信におけるクロック再生回路におけるエッジ検出に関するものである。   The present invention relates to a clock recovery circuit, and more particularly to edge detection in a clock recovery circuit in high-speed optical communication.

大伝送容量を持つ光通信システム、たとえばWDMシステムでは、受信部はデータ信号のみを受信してデータ信号からクロック成分を抽出し、この抽出したクロック成分を用いてデータ信号を処理することが行われている。この機能をCDR(Clock Data Recovery)という。   In an optical communication system having a large transmission capacity, for example, a WDM system, a receiving unit receives only a data signal, extracts a clock component from the data signal, and processes the data signal using the extracted clock component. ing. This function is called CDR (Clock Data Recovery).

図11は、従来のオープンループ形CDRの一例を示す構成図である。図11(a)において、入力データDin(t)はエッジ検出器1に入力されるとともに、判定回路4の一方の入力端子にも入力されている。エッジ検出器1の出力信号はバンドパスフィルタ2を介して位相調整器3に入力されている。位相調整器3の出力信号は、判定回路4の他方の入力端子に入力されるとともに、クロックCKとして外部にも出力される。判定回路4から、出力データDout(t)が出力される。   FIG. 11 is a block diagram showing an example of a conventional open loop CDR. In FIG. 11A, input data Din (t) is input to the edge detector 1 and also input to one input terminal of the determination circuit 4. The output signal of the edge detector 1 is input to the phase adjuster 3 via the band pass filter 2. The output signal of the phase adjuster 3 is input to the other input terminal of the determination circuit 4 and also output to the outside as the clock CK. Output data Dout (t) is output from the determination circuit 4.

図11(b)はエッジ検出器1の一例を示す構成図である。エッジ検出器1は、入力データDin(t)に所定の遅延時間を与える位相遅延部1aと、この位相遅延部1aの入力信号Din(t)と出力信号D’in(t)を入力として排他的論理和演算を行う排他的論理和演算(EXOR)回路1bで構成されている。   FIG. 11B is a configuration diagram illustrating an example of the edge detector 1. The edge detector 1 excludes the phase delay unit 1a that gives a predetermined delay time to the input data Din (t), and the input signal Din (t) and the output signal D′ in (t) of the phase delay unit 1a as inputs. And an exclusive OR operation (EXOR) circuit 1b for performing a logical OR operation.

図12は、図11の動作の一例を示すタイムチャートである。(a)は入力データDin(t)であり、たとえば40Gbpsとする。(b)は位相遅延部1aの出力信号D’in(t)であり、1ビットが送られる時間25psの半分12.5psの遅延量を与えられているものとする。(c)はこれらD’in(t)とDin(t)とのEXOR出力D’out(t)である。(d)は目標としているクロック信号Dper(t)、(e)は雑音Dnoise(t)である。   FIG. 12 is a time chart showing an example of the operation of FIG. (A) is input data Din (t), for example, 40 Gbps. (B) is an output signal D'in (t) of the phase delay unit 1a, and it is assumed that a delay amount of 12.5 ps, which is half of the time 25 ps in which 1 bit is transmitted, is given. (C) is an EXOR output D'out (t) of these D'in (t) and Din (t). (D) is the target clock signal Dper (t), and (e) is the noise Dnoise (t).

(c)に示すEXOR出力D’out(t)は、(d)に示すクロック信号Dper(t)と(e)に示す雑音Dnoise(t)との重ね合わせであるため、(c)に示すD’out(t)をバンドパスフィルタ2に入力することにより(e)に示す雑音Dnoise(t)をフィルタリング除去することができ、(d)に示すクロック信号Dper(t)を得ることができる。   Since the EXOR output D′ out (t) shown in (c) is a superposition of the clock signal Dper (t) shown in (d) and the noise Dnoise (t) shown in (e), it is shown in (c). By inputting D′ out (t) to the bandpass filter 2, the noise Dnoise (t) shown in (e) can be filtered out, and the clock signal Dper (t) shown in (d) can be obtained. .

なお、EXOR回路としては、たとえば従来から公知の図13に示すようなギルバートセル回路が使用される。図13において、トランジスタQ21のベースにデータ入力端子A*が接続され、トランジスタQ21のコレクタにはデータ出力端子Q*が接続されるとともに抵抗R12を介してGNDが接続されている。トランジスタQ22のベースにデータ入力端子Aが接続され、トランジスタQ22のコレクタにはデータ出力端子Qが接続されるとともに抵抗R11を介してGNDが接続されている。トランジスタQ21、Q22のエミッタは共通にトランジスタQ23のコレクタに接続されている。トランジスタQ23のベースにはデータ入力端子Bが接続され、トランジスタQ23のエミッタはトランジスタQ27のコレクタに接続されている。トランジスタQ27のベースには電圧端子Vcsが接続され、トランジスタQ27のエミッタには抵抗R13を介してGNDが接続されている。 As the EXOR circuit, for example, a conventionally known Gilbert cell circuit as shown in FIG. 13 is used. In FIG. 13, the data input terminal A * is connected to the base of the transistor Q21, the data output terminal Q * is connected to the collector of the transistor Q21, and the GND is connected via the resistor R12. The data input terminal A is connected to the base of the transistor Q22, the data output terminal Q is connected to the collector of the transistor Q22, and the GND is connected via the resistor R11. The emitters of the transistors Q21 and Q22 are commonly connected to the collector of the transistor Q23. The data input terminal B is connected to the base of the transistor Q23, and the emitter of the transistor Q23 is connected to the collector of the transistor Q27. A voltage terminal Vcs is connected to the base of the transistor Q27, and GND is connected to the emitter of the transistor Q27 via a resistor R13.

トランジスタQ24のベースにはトランジスタQ22のベースおよびデータ入力端子Aが接続され、トランジスタQ24のコレクタにはトランジスタQ21のコレクタとデータ出力端子Q*が接続されるとともに抵抗R12を介してGNDが接続されている。
トランジスタQ25のベースにはトランジスタQ21のベースおよびデータ入力端子A*が接続され、トランジスタQ25のコレクタにはトランジスタQ22のコレクタとデータ出力端子Qが接続されるとともに抵抗R11を介してGNDが接続されている。トランジスタQ24、Q25のエミッタは共通にトランジスタQ26のコレクタに接続されている。トランジスタQ26のベースにはデータ入力端子B*が接続され、トランジスタQ26のエミッタはトランジスタQ23のエミッタに接続されるとともにトランジスタQ27のコレクタに接続されている。
The base of the transistor Q24 and the data input terminal A are connected to the base of the transistor Q24, the collector of the transistor Q24 is connected to the collector of the transistor Q21 and the data output terminal Q *, and the GND is connected through the resistor R12. Yes.
The base of the transistor Q25 is connected to the base of the transistor Q21 and the data input terminal A * , the collector of the transistor Q25 is connected to the collector of the transistor Q22 and the data output terminal Q, and GND is connected via the resistor R11. Yes. The emitters of the transistors Q24 and Q25 are commonly connected to the collector of the transistor Q26. A data input terminal B * is connected to the base of the transistor Q26, and the emitter of the transistor Q26 is connected to the emitter of the transistor Q23 and to the collector of the transistor Q27.

特許文献1は、クロック復元回路および方法とこれを用いた高速データ送受信回路に関するものである。   Patent Document 1 relates to a clock recovery circuit and method, and a high-speed data transmission / reception circuit using the same.

特開2006−25417号公報JP 2006-25417 A

しかし、図11のような従来のエッジ検出器1では、エッジを検出するための遅延量として、1ビットを送信するのに必要な時間の半分に設定する必要がある。ビットレートが大幅に変わる場合、遅延量はビットレートに比例することから、伝送線路上でかつビットレートが固定されている場合には変化に対応することは困難であり、チップ面積が大きくなるという問題もある。   However, in the conventional edge detector 1 as shown in FIG. 11, it is necessary to set the delay amount for detecting the edge to half of the time required to transmit 1 bit. When the bit rate changes significantly, the delay amount is proportional to the bit rate, so it is difficult to cope with the change when the bit rate is fixed on the transmission line, and the chip area increases. There is also a problem.

また、EXOR回路として用いるギルバートセル回路では、論理レベルを遅延まで含めて調節する必要がある。また、どれか1つの差動入力をONにするために、図13のトランジスタQ21とQ22をQ23と、Q24とQ25をQ26とそれぞれ縦続接続しなければならず高電圧が必要になり、消費電力が増大するという問題もある。   Further, in the Gilbert cell circuit used as the EXOR circuit, it is necessary to adjust the logic level including the delay. In order to turn on one of the differential inputs, transistors Q21 and Q22 in FIG. 13 must be connected in cascade with Q23, and Q24 and Q25 must be connected with Q26, respectively. There is also a problem that increases.

本発明は、これらの問題点を解決するものであり、エッジ検出やクロック成分抽出を差動回路で行うとともに遅延手段を不要にし、チップ面積の縮小化が図れ、ビットレートフリー動作が可能で低消費電力のクロック再生回路を提供することを目的とする。   The present invention solves these problems, and performs edge detection and clock component extraction with a differential circuit, eliminates the need for delay means, reduces the chip area, and enables bit-rate-free operation and low performance. An object of the present invention is to provide a power recovery clock recovery circuit.

上記のような目的を達成するために、本発明の請求項1は、
2入力データを増幅し、差動データを出力する少なくとも1つの差動回路と、
この差動回路と縦続接続され、基準電圧と差動出力データとの交点電圧の差に基づきクロック信号成分を抽出するクロック成分発生回路、
とで構成されたことを特徴とするクロック再生回路である。
In order to achieve the above object, claim 1 of the present invention provides:
At least one differential circuit for amplifying two input data and outputting differential data;
A clock component generation circuit that is connected in cascade with the differential circuit and extracts a clock signal component based on the difference in the intersection voltage between the reference voltage and the differential output data,
And a clock recovery circuit characterized by comprising:

請求項2は、請求項1記載のクロック再生回路において、
前記クロック成分発生回路は、
2組のペアトランジスタを有し、一方のペアトランジスタで基準電圧と差動出力の正側データとの交点電圧を検出し、他方のペアトランジスタで基準電圧と差動出力の負側データとの交点電圧を検出することを特徴とする。
A second aspect of the present invention provides the clock recovery circuit according to the first aspect,
The clock component generation circuit includes:
It has two pairs of transistors, one pair transistor detects the intersection voltage of the reference voltage and the positive data of the differential output, and the other pair transistor detects the intersection point of the reference voltage and the negative data of the differential output The voltage is detected.

請求項3は、請求項1記載のクロック再生回路において、
前記クロック成分発生回路は、
ベースに差動出力の正側データの電圧が入力される第1のトランジスタと、ベースに差動出力の負側データの電圧が入力される第2のトランジスタと、ベースに基準電圧が入力される第3のトランジスタとを有し、これら3個のトランジスタのエミッタを共通に接続することにより、前記基準電圧と差動出力の正側データとの交点電圧および基準電圧と差動出力の負側データとの交点電圧を検出することを特徴とする。
Claim 3 is the clock recovery circuit according to claim 1,
The clock component generation circuit includes:
A first transistor in which a positive output voltage for differential output is input to the base, a second transistor in which a negative output data voltage for differential output is input to the base, and a reference voltage is input to the base A third transistor, and by connecting the emitters of these three transistors in common, an intersection voltage between the reference voltage and the positive side data of the differential output, and a negative side data of the reference voltage and the differential output It is characterized by detecting a crossing voltage with.

請求項4は、請求項1記載のクロック再生回路において、
前記クロック成分発生回路は、
ゲートに差動出力の正側データの電圧が入力される第1の電界効果トランジスタと、ゲートに差動出力の負側データの電圧が入力される第2の電界効果トランジスタと、ゲートに基準電圧が入力される第3の電界効果トランジスタとを有し、これら3個の電界効果トランジスタのソースを共通に接続することにより、前記基準電圧と差動出力の正側データとの交点電圧および基準電圧と差動出力の負側データとの交点電圧を検出することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the clock recovery circuit according to the first aspect,
The clock component generation circuit includes:
A first field effect transistor in which a positive output data voltage of differential output is input to the gate; a second field effect transistor in which a negative output data voltage of differential output is input to the gate; and a reference voltage to the gate And a third field effect transistor to which is inputted, and by connecting sources of these three field effect transistors in common, an intersection voltage and a reference voltage between the reference voltage and the positive side data of the differential output And the intersection voltage of the negative output data of the differential output is detected.

請求項5は、請求項1〜4のいずれかに記載のクロック再生回路において、
前記クロック再生回路は、1チップ集積回路として構成されることを特徴とする。
A fifth aspect of the present invention provides the clock recovery circuit according to any one of the first to fourth aspects,
The clock recovery circuit is configured as a one-chip integrated circuit.

このように構成することにより、遅延手段が不要になることから、チップ面積の縮小化およびビットレートフリーでの動作が可能になり、さらに低消費電力で駆動できるクロック再生回路が実現できる。   Such a configuration eliminates the need for delay means, so that it is possible to reduce the chip area and operate at a bit rate free, and to realize a clock recovery circuit that can be driven with low power consumption.

以下、図面を用いて、本発明のクロック再生回路を説明する。図1は本発明の一実施例を示す回路図であり、差動信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジが抽出できるように2段の差動回路10aと10bが縦続接続されるとともに、2段目の差動回路10bにはクロック成分発生回路20が接続されている。ここで、2段の差動回路10aと10bを設けたのは、出力信号の対称性を高めるためである。つまり、差動回路10を多く設けるほど、出力信号の対称性は良好になる。なお、入力信号が対称性の良い差動信号の場合は、差動回路10は不要である。   The clock recovery circuit of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. Two stages of differential circuits 10a and 10b are connected in cascade so that the rising and falling edges of a differential signal can be extracted. A clock component generation circuit 20 is connected to the differential circuit 10b. Here, the reason why the two-stage differential circuits 10a and 10b are provided is to increase the symmetry of the output signal. That is, the more differential circuits 10 are provided, the better the symmetry of the output signal. If the input signal is a differential signal with good symmetry, the differential circuit 10 is not necessary.

一般に、NRZ(Non Return to Zero)信号はシングル入力されるものであり、差動回路10を通すことにより信号を(相補)対称な差動信号に変換することができる。   In general, an NRZ (Non Return to Zero) signal is input as a single signal, and the signal can be converted into a (complementary) symmetric differential signal by passing through the differential circuit 10.

図2は、差動回路10の具体例を示す回路図である。
差動ペアのトランジスタQ1、Q2のベースにそれぞれデータ入力端子INP、INNが接続され、トランジスタQ1のコレクタには抵抗R1を介してGNDが接続され、トランジスタQ2のコレクタには抵抗R2を介してGNDが接続されている。トランジスタQ1、Q2のエミッタは共通に接続されるとともに、抵抗R3を介して負の電源端子VEEに接続されている。トランジスタQ1のコレクタはトランジスタQ3のベースに接続され、トランジスタQ2のコレクタはトランジスタQ4のベースに接続されている。トランジスタQ3のエミッタにはデータ出力端子OUTNが接続されるとともにトランジスタQ5および抵抗R4を介して電源端子VEEに接続され、トランジスタQ4のエミッタにはデータ出力端子OUTPが接続されるとともにトランジスタQ6および抵抗R5を介して電源端子VEEに接続されている。トランジスタQ3、Q4のコレクタはGNDに接続されている。なお、GNDと電源端子VEEの両端に電位差が生じるように電圧が印加されているが、図2のGNDとVEEを入れ替えて電位差を生じるようにしてもよい。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific example of the differential circuit 10.
Data input terminals INP and INN are connected to the bases of the transistors Q1 and Q2 of the differential pair, respectively, GND is connected to the collector of the transistor Q1 via the resistor R1, and GND is connected to the collector of the transistor Q2 via the resistor R2. Is connected. The emitters of the transistors Q1 and Q2 are connected in common and connected to the negative power supply terminal VEE via the resistor R3. The collector of the transistor Q1 is connected to the base of the transistor Q3, and the collector of the transistor Q2 is connected to the base of the transistor Q4. The data output terminal OUTN is connected to the emitter of the transistor Q3 and is connected to the power supply terminal VEE via the transistor Q5 and the resistor R4. The data output terminal OUTP is connected to the emitter of the transistor Q4 and the transistor Q6 and the resistor R5 are connected. Is connected to the power supply terminal VEE. The collectors of the transistors Q3 and Q4 are connected to GND. Although a voltage is applied so that a potential difference is generated between both ends of the GND and the power supply terminal VEE, the potential difference may be generated by replacing the GND and the VEE in FIG.

図3は、クロック成分発生回路の第1の具体例20Aを示す回路図である。
トランジスタQ7のベースにデータ入力端子mid_inpが接続され、トランジスタQ7のコレクタには抵抗R6を介してGNDが接続されている。トランジスタQ9のベースに基準電圧入力端子REFが接続され、トランジスタQ9のコレクタには抵抗R7を介してGNDが接続されている。トランジスタQ7、Q9のエミッタは共通に接続されるとともに、抵抗R10を介して負の電源端子VEEに接続されている。トランジスタQ7のコレクタはトランジスタQ11のベースに接続され、トランジスタQ9のコレクタはトランジスタQ12のベースに接続されている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a first specific example 20A of the clock component generation circuit.
A data input terminal mid_inp is connected to the base of the transistor Q7, and GND is connected to the collector of the transistor Q7 via a resistor R6. A reference voltage input terminal REF is connected to the base of the transistor Q9, and GND is connected to the collector of the transistor Q9 via a resistor R7. The emitters of the transistors Q7 and Q9 are connected in common and connected to the negative power supply terminal VEE via the resistor R10. The collector of the transistor Q7 is connected to the base of the transistor Q11, and the collector of the transistor Q9 is connected to the base of the transistor Q12.

トランジスタQ11のエミッタにはデータ出力端子outNが接続されるとともにトランジスタQ13および抵抗R12を介して電源端子VEEに接続され、トランジスタQ12のエミッタにはデータ出力端子outPが接続されるとともにトランジスタQ14および抵抗R13を介して電源端子VEEに接続されている。トランジスタQ8のベースにデータ入力端子mid_innが接続され、トランジスタQ8のコレクタはトランジスタQ12のベースに接続されている。トランジスタQ10のベースに基準電圧入力端子REFおよびトランジスタQ9のベースが接続され、トランジスタQ10のコレクタはトランジスタQ11のベースに接続されている。トランジスタQ8、Q10のエミッタは共通に接続されるとともに、抵抗R11を介して電源端子VEEに接続されている。   The data output terminal outN is connected to the emitter of the transistor Q11 and is connected to the power supply terminal VEE via the transistor Q13 and the resistor R12. The data output terminal outP is connected to the emitter of the transistor Q12 and the transistor Q14 and the resistor R13 are connected to the emitter. Is connected to the power supply terminal VEE. The data input terminal mid_inn is connected to the base of the transistor Q8, and the collector of the transistor Q8 is connected to the base of the transistor Q12. The reference voltage input terminal REF and the base of the transistor Q9 are connected to the base of the transistor Q10, and the collector of the transistor Q10 is connected to the base of the transistor Q11. The emitters of the transistors Q8 and Q10 are connected in common and connected to the power supply terminal VEE via the resistor R11.

図4は、図3の直流成分解析結果(基準電圧REFは約−0.89V)の一例を示す波形図である。図4(a)は各電圧値に対応するクロック成分発生回路20Aへの3つの入力電圧、つまりデータ入力端子INPおよびINN、基準電圧入力端子REFに入力される電圧doutp2、doutn2、およびREFの変化を示し、図4(b)は各電圧値に対応する図3の4つのヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下HBTという)Q7、Q8、Q9、Q10のコレクタ電流Q7_IC、Q8_IC、Q9_IC、Q10_ICの変化を示し、図4(c)は各電圧値に対応する出力電圧、つまりデータ出力端子OUTPおよびOUTNから出力される電圧outpおよびoutnの変化を示している。   FIG. 4 is a waveform diagram showing an example of the DC component analysis result (reference voltage REF is about −0.89 V) in FIG. 3. FIG. 4A shows changes in three input voltages to the clock component generation circuit 20A corresponding to each voltage value, that is, the voltages doutp2, doutn2, and REF inputted to the data input terminals INP and INN and the reference voltage input terminal REF. 4B shows changes in collector currents Q7_IC, Q8_IC, Q9_IC, and Q10_IC of the four heterojunction bipolar transistors (hereinafter referred to as HBTs) Q7, Q8, Q9, and Q10 of FIG. 3 corresponding to the respective voltage values. FIG. 4C shows changes in the output voltage corresponding to each voltage value, that is, the voltages outp and outn output from the data output terminals OUTP and OUTN.

図4(a)、(c)より、入力の差動電圧doutp2、doutn2が単調に変化する場合、一方の差動出力outnは上側に凸のパルス、他方の差動出力outpは下側に凸のパルスが生じていることが確認できる。この出力パルスの振幅は、基準電圧値REFによって異なる。   4 (a) and 4 (c), when the input differential voltages dotp2 and doutn2 change monotonously, one differential output outn protrudes upward, and the other differential output outp protrudes downward. It can be confirmed that the following pulse is generated. The amplitude of this output pulse varies depending on the reference voltage value REF.

すなわち、基準電圧入力端子REFと正側入力端子INP、基準電圧入力端子REFと負側入力端子INNの波形の交点、つまり交点の電圧値doutp2、doutn2が異なる場合、図4(b)のコレクタ電流の波形はHBTQ7とQ9、HBTQ8とQ10とがそれぞれ入力電圧−1Vを軸として非対称になってしまう。   That is, when the intersections of the waveforms of the reference voltage input terminal REF and the positive side input terminal INP and the reference voltage input terminal REF and the negative side input terminal INN, that is, the voltage values doutp2 and doutn2 at the intersections are different, the collector current of FIG. In this waveform, HBTQ7 and Q9, and HBTQ8 and Q10 are asymmetric with the input voltage -1V as an axis.

このコレクタ電流の波形は、図3のHBTQ7およびQ8と、Q9およびQ10がそれぞれ差動入力ペアになっているため、基準電圧REFと入力電圧doutp2、doutn2の交点が異なる場合、HBTQ7とQ9、HBTQ8とQ10とがそれぞれ入力電圧−1Vを軸として非対称になってしまう。コレクタ電流の波形が非対称になる場合、入力波形が時間変化すると、出力波形にパルスが生じる。   The waveform of this collector current is such that HBTQ7 and Q9 in FIG. 3 and Q9 and Q10 form a differential input pair. Therefore, when the intersections of the reference voltage REF and the input voltages doutp2 and doutn2 are different, HBTQ7 and Q9, HBTQ8 And Q10 are asymmetric with respect to the input voltage of -1V, respectively. When the waveform of the collector current is asymmetric, when the input waveform changes with time, a pulse is generated in the output waveform.

なお、正側の入力電圧および負側の入力電圧の交点電圧doutp2、doutn2と基準電圧REFがほぼ等しい場合、回路のバランスが保たれているため、出力波形にパルスが生じない。   Note that when the intersection voltages doutp2 and doutn2 of the positive input voltage and the negative input voltage are substantially equal to the reference voltage REF, the circuit is balanced, and no pulse is generated in the output waveform.

図4(c)より、出力波形の一方、たとえばoutnに注目すると、入力波形のINPが−1.15Vから−0.85Vの方向、若しくは−0.85Vから−1.15Vの方向に変化する場合のどちらの場合も、上に凸パルスが生じることが明らかである。   From FIG. 4C, when attention is paid to one of the output waveforms, for example, outn, the INP of the input waveform changes from -1.15 V to -0.85 V or from -0.85 V to -1.15 V. In both cases, it is clear that a convex pulse is generated above.

また、図4(c)に示したoutpとoutnのレベルは合っていないので、このまま差動信号としては使えない。しかし、高速信号は通常シングルなので、差動出力の一方をシングル使用することができる。また、バイアスティでレベルを合わせて差動信号として使用することもできる。   Further, since the levels of outp and outn shown in FIG. 4C do not match, they cannot be used as differential signals as they are. However, since the high-speed signal is usually single, one of the differential outputs can be used as a single. Further, the level can be adjusted by using the bias tee and used as a differential signal.

図5は、クロック成分発生回路の第2の具体例20Bを示す回路図である。第2の具体例20Bも第1の具体例20Aと同様に、データ入力端子をINP、INN、基準電圧入力端子をREF、データ出力端子をOUTPおよびOUTNとしている。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a second specific example 20B of the clock component generation circuit. Similarly to the first specific example 20A, the second specific example 20B has data input terminals INP and INN, reference voltage input terminals REF, and data output terminals OUTP and OUTN.

トランジスタQ15のベースにデータ入力端子INPが接続され、トランジスタQ16のベースにデータ入力端子INNが接続され、トランジスタQ17のベースに基準電圧入力端子REFが接続されている。トランジスタQ15〜Q17のエミッタは共通に接続されるとともに、抵抗R17を介して電源端子VEEに接続されている。トランジスタQ15、Q16のコレクタは共通に接続されてトランジスタQ18のベースに接続されるとともに、抵抗R15を介してGNDが接続されている。トランジスタQ17のコレクタはトランジスタQ19のベースに接続されるとともに、抵抗R16を介してGNDが接続されている。   The data input terminal INP is connected to the base of the transistor Q15, the data input terminal INN is connected to the base of the transistor Q16, and the reference voltage input terminal REF is connected to the base of the transistor Q17. The emitters of the transistors Q15 to Q17 are connected in common and connected to the power supply terminal VEE via the resistor R17. The collectors of the transistors Q15 and Q16 are connected in common and connected to the base of the transistor Q18, and GND is connected via the resistor R15. The collector of the transistor Q17 is connected to the base of the transistor Q19, and GND is connected via the resistor R16.

トランジスタQ18のエミッタにはデータ出力端子outPが接続されるとともにトランジスタQ20および抵抗R18を介して電源端子VEEに接続され、トランジスタQ19のエミッタにはデータ出力端子outNが接続されるとともにトランジスタQ21および抵抗R19を介して電源端子VEEに接続されている。   The data output terminal outP is connected to the emitter of the transistor Q18 and is connected to the power supply terminal VEE via the transistor Q20 and the resistor R18. The data output terminal outN is connected to the emitter of the transistor Q19 and the transistor Q21 and the resistor R19 are connected. Is connected to the power supply terminal VEE.

なお、図5の次段に差動回路10を使用する場合には、前述のようなバイアスティを介した高周波結合、または抵抗R15およびR16の上端の電圧をGND以外の値に変えるなどして、入力信号に合わせてプラスマイナスを調整すればよい。   When the differential circuit 10 is used in the next stage of FIG. 5, the high-frequency coupling via the bias tee as described above or the voltage at the upper ends of the resistors R15 and R16 is changed to a value other than GND. The plus or minus may be adjusted according to the input signal.

図6は、図5の直流成分解析結果(基準電圧REFは約−0.89V)の一例を示す波形図である。図6(a)は各電圧値に対応するクロック成分発生回路20Bへの3つの入力電圧、つまりデータ入力端子INPおよびINN、基準電圧入力端子REFに入力される電圧doutp2、doutn2、およびREFの変化を示し、図6(b)は各電圧値に対応する図5の3つのHBTQ15、Q16、Q17のコレクタ電流Q15_IC、Q16_IC、Q17_ICの変化を示し、図6(c)は各電圧値に対応する出力電圧、つまりデータ出力端子OUTPおよびOUTNから出力される電圧outpおよびoutnの変化を示している。   FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of the DC component analysis result (reference voltage REF is about −0.89 V) in FIG. 5. FIG. 6A shows changes in three input voltages to the clock component generation circuit 20B corresponding to the respective voltage values, that is, the data input terminals INP and INN and the voltages doutp2, doutn2 and REF inputted to the reference voltage input terminal REF. 6B shows changes in the collector currents Q15_IC, Q16_IC, and Q17_IC of the three HBTs Q15, Q16, and Q17 of FIG. 5 corresponding to each voltage value, and FIG. 6C corresponds to each voltage value. A change in the output voltage, that is, the voltages outp and outn output from the data output terminals OUTP and OUTN is shown.

図6(a)、(c)より、入力の差動電圧doutp2、doutn2が単調に変化する場合、差動出力の一方outnは上側に凸のパルス、差動出力の他方outpは下側に凸のパルスが生じていることが確認できる。この出力パルスの振幅は、基準電圧値REFによって異なる。   6 (a) and 6 (c), when the input differential voltages dotp2 and doutn2 change monotonously, one outn of the differential output is a convex pulse on the upper side, and the other outp of the differential output is convex on the lower side. It can be confirmed that the following pulse is generated. The amplitude of this output pulse varies depending on the reference voltage value REF.

すなわち、基準電圧の入力端子REFと正側の入力端子INP、基準電圧の入力端子REFと負側の入力端子INNの波形の交点、つまり交点の電圧値doutp2、doutn2が異なる場合、図6(b)のコレクタ電流の波形が非対称になる。   That is, when the intersections of the waveforms of the reference voltage input terminal REF and the positive input terminal INP and the reference voltage input terminal REF and the negative input terminal INN, that is, the voltage values doutp2 and doutn2 at the intersections are different, FIG. ) Collector current waveform becomes asymmetric.

このコレクタ電流の波形は、図5のHBTQ15およびQ16が差動入力ペアになっているため、基準電圧REFと入力電圧doutp2、doutn2の交点が異なる場合、非対称になってしまう。コレクタ電流の波形が非対称になる場合、出力波形にパルスが生じる。   Since the collector current waveform of FIG. 5 is a differential input pair, the collector current waveform becomes asymmetric when the intersection of the reference voltage REF and the input voltages doutp2 and doutn2 is different. When the collector current waveform is asymmetric, a pulse occurs in the output waveform.

なお、正側の入力電圧および負側の入力電圧の交点電圧doutp2、doutn2と基準電圧REFがほぼ等しい場合、回路のバランスが保たれているため、出力波形にパルスが生じない。   Note that when the intersection voltages doutp2 and doutn2 of the positive input voltage and the negative input voltage are substantially equal to the reference voltage REF, the circuit is balanced and no pulse is generated in the output waveform.

図3と同様に、基準電圧REFを変化させる場合、出力波形のパルスも変化することが確認できる。また、図6(a)、(c)より、基準電圧REFを約−0.89Vにする場合、正側および負側の入力電圧波形のクロスポイントが、出力波形パルスの中点になっていることが確認できる。   As in FIG. 3, when the reference voltage REF is changed, it can be confirmed that the pulse of the output waveform also changes. 6A and 6C, when the reference voltage REF is set to about −0.89 V, the cross point of the positive and negative input voltage waveforms is the middle point of the output waveform pulse. I can confirm that.

なお、入力電圧波形のクロスポイントが出力波形パルスの中点になっている、つまり次段に接続される回路の入力波形の対称性がよい波形になるために、次段に差動回路10を使用する場合には、差動回路10を直接に接続できる。   The cross-point of the input voltage waveform is the middle point of the output waveform pulse, that is, the input waveform of the circuit connected to the next stage has a good symmetry. When used, the differential circuit 10 can be directly connected.

図7(a)は、時間の変化に対応した正側および負側の入力電圧inp、innの変化を表した波形例図である。図1の回路入力は、INPに40GbpsのPRBS信号、たとえば(24−1)を与え、INNにはPRBS信号の中央のレベル、つまり基準電圧REFを与えている。 FIG. 7A is a waveform example diagram showing changes in the positive and negative input voltages inp and inn corresponding to changes in time. The circuit input of FIG. 1 gives a PRBS signal of 40 Gbps, for example (2 4 −1), to INP, and gives the center level of the PRBS signal, that is, the reference voltage REF, to INN.

図7(b)は、PRBS信号のスペクトラム例図である。40GHzで波形レベルが20dB程度下がっていることが確認できる。なお、PRBS信号の段数が十分に長い場合は、sinc関数になるため、40GHzの信号はほとんど現れない。   FIG. 7B is a spectrum example diagram of the PRBS signal. It can be confirmed that the waveform level is lowered by about 20 dB at 40 GHz. Note that when the number of stages of the PRBS signal is sufficiently long, a sinc function is used, and thus a 40 GHz signal hardly appears.

図8は、図1の差動回路10の初段と2段目の出力波形例図である。対称性は、図8(a)初段の差動回路10の出力波形よりも図8(b)2段目の差動回路10の出力波形の方が改善されていることが確認できる。すなわち、使用する差動回路10の数が多いほど差動出力波形の対称性はよくなることがわかる。   FIG. 8 is an output waveform example diagram of the first stage and the second stage of the differential circuit 10 of FIG. As for symmetry, it can be confirmed that the output waveform of the differential circuit 10 in the second stage in FIG. 8B is improved over the output waveform of the differential circuit 10 in the first stage in FIG. That is, it can be seen that the greater the number of differential circuits 10 used, the better the symmetry of the differential output waveform.

図9(a)は、クロック成分発生回路20Aの出力波形例図である。この図は、データ出力端子OUTPおよびOUTNの出力波形outpおよびoutnと、差動回路10の2段目のデータ出力波形doutp2を比較するために、同じグラフ上に表した。   FIG. 9A is an output waveform example diagram of the clock component generation circuit 20A. This figure is shown on the same graph in order to compare the output waveforms outp and outn of the data output terminals OUTP and OUTN with the data output waveform doutp2 of the second stage of the differential circuit 10.

また、図9(b)は、出力波形のデータ出力端子OUTPとデータ出力端子OUTNの出力波形outpおよびoutnの差をとった場合のスペクトラム例図である。周波数40GHzに10dB程度のピーク、周波数20GHzにも緩やかなピークが確認できる。この40GHz帯のスペクトルをバンドパスフィルタで取り出すことにより、クロック信号が得られる。   FIG. 9B is a spectrum example diagram when the difference between the output waveforms outp and outn of the data output terminal OUTP and the data output terminal OUTN of the output waveform is taken. A peak of about 10 dB at a frequency of 40 GHz and a gentle peak at a frequency of 20 GHz can be confirmed. A clock signal is obtained by extracting the spectrum in the 40 GHz band with a band pass filter.

また、実際の信号は、上記実施例で説明した(24−1)のPRBS信号よりもランダム性が高いため、雑音のエンベロープは滑らかになり、クロック成分のスペクトラムは顕著になる。従って、レベルが低く、容易にクロック信号を抽出できる。 In addition, since the actual signal has higher randomness than the PRBS signal of (2 4 −1) described in the above embodiment, the noise envelope becomes smooth and the spectrum of the clock component becomes remarkable. Therefore, the level is low and the clock signal can be easily extracted.

図10(a)は、クロック成分発生回路20Bの出力波形例図である。クロック成分発生回路20Bの出力波形のデータ出力端子OUTPおよびデータ出力端子OUTNの出力波形outpおよびoutnと差動回路10の2段目のデータ出力波形doutp2を比較するため同じグラフ上に表し、基準電圧REF値を−0.85Vとした。出力波形の振幅は、データ出力端子OUTPおよびデータ出力端子OUTNの出力波形outpおよびoutnとも約80mVppであり、クロック成分発生回路20Aとほぼ同等の出力振幅であることが確認できる。   FIG. 10A is an output waveform example diagram of the clock component generation circuit 20B. In order to compare the output waveforms outp and outn of the data output terminal OUTP and data output terminal OUTN of the output waveform of the clock component generation circuit 20B with the data output waveform doutp2 of the second stage of the differential circuit 10, they are represented on the same graph, and the reference voltage The REF value was set to -0.85V. The amplitude of the output waveform is about 80 mVpp for both the output waveforms outp and outn of the data output terminal OUTP and the data output terminal OUTN, and it can be confirmed that the output amplitude is substantially equivalent to that of the clock component generation circuit 20A.

また、図10(b)は、出力波形のデータ出力端子OUTPとデータ出力端子OUTNの出力波形outpおよびoutnの差をとった場合のスペクトラム例図である。クロック成分発生回路20Aと同様に、周波数40GHzに10dB程度のピークが確認できる。このスペクトルをバンドパスフィルタで取り出すことにより、クロック信号が得られる。   FIG. 10B is a spectrum example when the difference between the output waveforms outp and outn of the data output terminal OUTP and the data output terminal OUTN of the output waveform is taken. Similar to the clock component generation circuit 20A, a peak of about 10 dB can be confirmed at a frequency of 40 GHz. A clock signal is obtained by extracting this spectrum with a band pass filter.

以上説明したように、本発明によれば、従来の遅延手段を不要にでき、チップ面積の縮小化およびビットレートフリーでの動作を可能にし、さらに低消費電力で駆動できるクロック再生回路を実現できる。   As described above, according to the present invention, the conventional delay means can be dispensed with, the chip area can be reduced, the bit rate free operation can be performed, and the clock recovery circuit that can be driven with low power consumption can be realized. .

本発明の一実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one Example of this invention. 本発明の差動回路10の具体例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific example of the differential circuit 10 of this invention. 本発明のクロック成分発生回路の第1の具体例20Aを示す回路図である。It is a circuit diagram showing a first specific example 20A of the clock component generation circuit of the present invention. 本発明の図3の直流成分解析結果(基準電圧であるREFは約−0.89V)の一例を示す波形である。It is a waveform which shows an example of the direct-current component analysis result (REF which is a reference voltage is about -0.89V) of FIG. 3 of this invention. 本発明のクロック成分発生回路の第2の具体例20Bを示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a second specific example 20B of the clock component generation circuit of the present invention. 本発明の図5の直流成分解析結果(基準電圧であるREFは約−0.89V)の一例を示す波形である。It is a waveform which shows an example of the direct-current component analysis result (REF which is a reference voltage is about -0.89V) of FIG. 5 of this invention. (a)は時間変化に対応した正側および負側の入力電圧変化を表した波形例図であり、(b)はPRBS信号のスペクトラム例図である。(A) is a waveform example diagram showing positive and negative side input voltage changes corresponding to time changes, and (b) is a spectrum example diagram of a PRBS signal. 図1の差動回路10の初段と2段目の出力波形例図である。FIG. 2 is an output waveform example diagram of a first stage and a second stage of the differential circuit 10 of FIG. 1. (a)はクロック成分発生回路20Aの出力波形例図であり、(b)は出力波形のデータ出力端子OUTPとデータ出力端子OUTNの出力波形outpおよびoutnの差をとった場合のスペクトラム例図である。(A) is an example of an output waveform of the clock component generation circuit 20A, and (b) is an example of a spectrum when the difference between the output waveforms outp and outn of the data output terminal OUTP and the data output terminal OUTN of the output waveform is taken. is there. (a)は、クロック成分発生回路20Bの出力波形例図であり、(b)は出力波形のデータ出力端子OUTPとデータ出力端子OUTNの出力波形outpおよびoutnの差をとった場合のスペクトラム例図である。(A) is an example of an output waveform of the clock component generation circuit 20B, and (b) is an example of a spectrum when the difference between the output waveforms outp and outn of the data output terminal OUTP and the data output terminal OUTN of the output waveform is taken. It is. 従来のオープンループ形CDRの一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the conventional open loop type CDR. 従来のクロック再生回路とバンドパスフィルタによりクロックが発生する原理の一例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows an example of the principle which a clock generate | occur | produces with the conventional clock reproduction circuit and a band pass filter. 従来のEXOR回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the conventional EXOR circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 クロック再生回路
1a 位相遅延部
1b 排他的論理和演算(EXOR)回路
2 バンドパスフィルタ
3 位相調整器
4 判定回路
10 差動回路
20 クロック成分発生回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Clock reproduction circuit 1a Phase delay part 1b Exclusive OR operation (EXOR) circuit 2 Band pass filter 3 Phase adjuster 4 Judgment circuit 10 Differential circuit 20 Clock component generation circuit

Claims (5)

2入力データを増幅し、差動データを出力する少なくとも1つの差動回路と、
この差動回路と縦続接続され、基準電圧と差動出力データとの交点電圧の差に基づきクロック信号成分を抽出するクロック成分発生回路、
とで構成されたことを特徴とするクロック再生回路。
At least one differential circuit for amplifying two input data and outputting differential data;
A clock component generation circuit that is connected in cascade with the differential circuit and extracts a clock signal component based on the difference in the intersection voltage between the reference voltage and the differential output data,
A clock recovery circuit comprising:
前記クロック成分発生回路は、
2組のペアトランジスタを有し、一方のペアトランジスタで基準電圧と差動出力の正側データとの交点電圧を検出し、他方のペアトランジスタで基準電圧と差動出力の負側データとの交点電圧を検出することを特徴とする請求項1記載のクロック再生回路。
The clock component generation circuit includes:
It has two pairs of transistors, one pair transistor detects the intersection voltage of the reference voltage and the positive data of the differential output, and the other pair transistor detects the intersection point of the reference voltage and the negative data of the differential output 2. The clock recovery circuit according to claim 1, wherein the voltage is detected.
前記クロック成分発生回路は、
ベースに差動出力の正側データの電圧が入力される第1のトランジスタと、ベースに差動出力の負側データの電圧が入力される第2のトランジスタと、ベースに基準電圧が入力される第3のトランジスタとを有し、これら3個のトランジスタのエミッタを共通に接続することにより、前記基準電圧と差動出力の正側データとの交点電圧および基準電圧と差動出力の負側データとの交点電圧を検出することを特徴とする請求項1記載のクロック再生回路。
The clock component generation circuit includes:
A first transistor in which a positive output voltage for differential output is input to the base, a second transistor in which a negative output data voltage for differential output is input to the base, and a reference voltage is input to the base A third transistor, and by connecting the emitters of these three transistors in common, an intersection voltage between the reference voltage and the positive side data of the differential output, and a negative side data of the reference voltage and the differential output The clock recovery circuit according to claim 1, wherein the voltage at the crossing point is detected.
前記クロック成分発生回路は、
ゲートに差動出力の正側データの電圧が入力される第1の電界効果トランジスタと、ゲートに差動出力の負側データの電圧が入力される第2の電界効果トランジスタと、ゲートに基準電圧が入力される第3の電界効果トランジスタとを有し、これら3個の電界効果トランジスタのソースを共通に接続することにより、前記基準電圧と差動出力の正側データとの交点電圧および基準電圧と差動出力の負側データとの交点電圧を検出することを特徴とする請求項1記載のクロック再生回路。
The clock component generation circuit includes:
A first field effect transistor in which a positive output data voltage of differential output is input to the gate; a second field effect transistor in which a negative output data voltage of differential output is input to the gate; and a reference voltage to the gate And a third field effect transistor to which is inputted, and by connecting sources of these three field effect transistors in common, an intersection voltage and a reference voltage between the reference voltage and the positive side data of the differential output 2. The clock recovery circuit according to claim 1, wherein an intersection voltage between the negative side data and the negative output data of the differential output is detected.
前記クロック再生回路は、1チップ集積回路として構成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のクロック再生回路。   5. The clock recovery circuit according to claim 1, wherein the clock recovery circuit is configured as a one-chip integrated circuit.
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