JP2012044446A - Clock data recovery circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、シリアル伝送される入力データに対して位相および周波数の合った再生クロックを抽出し、該再生クロックにより入力データのリタイミングを行なうクロックデータリカバリ回路に関する。 The present invention relates to a clock data recovery circuit that extracts a recovered clock having a phase and frequency that match serially transmitted input data and performs retiming of input data using the recovered clock.
近年、製品のインタフェース速度が高速化しており、高速シリアル通信を使ったデータ伝送システムの開発が進んでいる。このようなシステムの場合、伝送信号はデータのみであり、受信側でデータに同期したクロックを再生し、データを抽出する必要がある。入力データと内部クロックとの位相は同期していないことから、データを抽出するためにクロックデータリカバリ(Clock Data Recovery:CDR)回路が一般的に用いられている(たとえば特許文献1〜3参照)。 In recent years, the interface speed of products has been increased, and development of data transmission systems using high-speed serial communication is progressing. In such a system, the transmission signal is only data, and it is necessary to reproduce the clock synchronized with the data and extract the data on the receiving side. Since the phases of the input data and the internal clock are not synchronized, a clock data recovery (CDR) circuit is generally used to extract data (see, for example, Patent Documents 1 to 3). .
ここで、たとえば液晶テレビなどの映像表示装置においては、データ伝送を高速かつ低消費電力で行なうために、画像処理装置と画像表示装置との間のインタフェースに、LVDS(Low Voltage Difference Signaling)インタフェースを用いたデータ伝送システムが開発されている。図9は、LVDSインタフェースを用いたデータ伝送システムの構成例を示すブロック図である。 Here, for example, in a video display device such as a liquid crystal television, an LVDS (Low Voltage Difference Signaling) interface is provided as an interface between the image processing device and the image display device in order to perform data transmission at high speed and low power consumption. The data transmission system used has been developed. FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of a data transmission system using an LVDS interface.
図9を参照して、データ伝送システムは、画像処理装置10と、LVDSインタフェース20と、タイミングコントローラチップ30と、フラットパネルディスプレイ40とから構成される。
Referring to FIG. 9, the data transmission system includes an
画像処理装置10は、図示しない入力端子から与えられるビデオデータを受信して出力するためのレシーバ部として、受信したアナログビデオデータをデジタル信号に変換するADC(Analog Digital Converter)102と、HDMI(High Definition Multimedia Interface)104と、DVI(Digital Visual Interface)106とを含む。
The
DTV(Digital Television)エンジン108は、レシーバ部から出力されたビデオデータを表示のための信号に変換して出力する。
A DTV (Digital Television)
DTVエンジン108の出力側には、複数個(たとえば、4個とする)のLVDS送信部(LVDS−Tx)110〜116がDTVエンジン108に対して並列に設けられている。LVDS送信部110〜116は、図示は省略するが、DTVエンジン108から入力されるビデオデータのパラレル信号をシリアル信号に変換するパラレル・シリアル変換回路と、シリアル信号を2つの差動振幅信号に変換するLVDS送信器とを含む。
On the output side of the
複数個のLVDS送信部110〜116は、LVDSインタフェース20を介して、タイミングコントローラチップ30内部に配された複数個(たとえば、4個とする)のLVDS受信部(LVDS−Rx)300〜306にそれぞれ接続されている。
The plurality of
LVDS受信部300〜306は、図示は省略するが、対応するLVDS送信部から差動振幅信号として出力される電流を電圧として受信するLVDS受信器と、LVDS受信器から出力されるビデオデータのシリアル信号をパラレル信号に変換するシリアル・パラレル変換回路とを含む。
Although not shown, the
タイミングコントローラチップ30は、上記のLVDS受信部300〜306に加えて、タイミングコントローラ308と、LVDS送信部310とをさらに含む。
The
タイミングコントローラ308は、LVDS受信部300〜306から出力されるビデオデータをLVDS送信部310を介してフラットパネルディスプレイ40へ出力するタイミングを制御する。フラットパネルディスプレイ40は、LVDS受信部400を介してタイミングコントローラ308によりタイミング制御されたビデオデータを受けて液晶パネル402に画像を表示させる。
The
このようなLVDSインタフェースを用いたデータ伝送システムでは、LVDS送信部およびLVDS受信部のペアによって、電磁ノイズを最小限に抑えながら、高いデータ伝送レートでデータ伝送を行なうことが可能になっている。 In such a data transmission system using an LVDS interface, a pair of an LVDS transmission unit and an LVDS reception unit can perform data transmission at a high data transmission rate while minimizing electromagnetic noise.
ここで、昨今の液晶テレビにおいては、フルHD(High Definition画像)、DeepColor、倍速処理などのキーワードで代表されるように、ビデオデータの伝送レートが高速化しており、図9に示すデータ伝送システムにおいても伝送レートの高速化に対応することが求められている。 Here, in recent liquid crystal televisions, as represented by keywords such as full HD (High Definition image), DeepColor, and double speed processing, the transmission rate of video data has been increased, and the data transmission system shown in FIG. However, it is required to cope with an increase in transmission rate.
一方、LVDSインタフェースでは、クロックとデータとが互いに同期していることが必要とされているため、データの伝送レート(すなわち、周波数)が上がるに従ってクロックとデータとの間のタイミングスキューに対する制約が厳しくなり、最終的にタイミング違反を起こして動作限界に達してしまうおそれがある。 On the other hand, the LVDS interface requires that the clock and data are synchronized with each other, and therefore, the restriction on the timing skew between the clock and data becomes severe as the data transmission rate (ie, frequency) increases. As a result, there is a risk that a timing violation will occur and the operation limit will be reached.
このような不具合を回避するためには、クロックの周波数を上げずに、データチャネルの数を増やすことが有効である。しかしながら、データチャネル数の増加は、LVDS送信部およびLVDS受信部のペア数を増やすことに対応するため、LVDSのペア数を増やすことでタイミング違反を回避できるものの、その一方で、LSI(Large Scale Integration)の規模およびコストの増大を招くとともに、ハーネスおよびレセプタクル等の周辺部品の数の増加によりコストが増大してしまうという問題があった。 In order to avoid such a problem, it is effective to increase the number of data channels without increasing the clock frequency. However, an increase in the number of data channels corresponds to an increase in the number of pairs of LVDS transmitters and LVDS receivers, so that timing violations can be avoided by increasing the number of LVDS pairs. There is a problem that the size and cost of the integration) increase, and the cost increases due to an increase in the number of peripheral components such as harnesses and receptacles.
また、LVDSインタフェースにおいては、LVDS送信部がLVDS転送のための専用クロックを生成し、該LVDS転送専用クロックのサイクル毎にパラレル信号をサンプリングしてシリアル信号に変換してLVDS受信部に転送する。そのために、EMIが大きくなってしまうという問題があった。 In the LVDS interface, an LVDS transmission unit generates a dedicated clock for LVDS transfer, samples a parallel signal for each cycle of the LVDS transfer dedicated clock, converts it into a serial signal, and transfers the serial signal to the LVDS reception unit. Therefore, there is a problem that EMI becomes large.
ここで、専用のクロックを不要とするインタフェースとしては、たとえばPC(Personal Computer)向けに使われているシリアルインタフェース規格であるPCIexpress(Peripheral Component Interconnect)がある。PCIexpressでは、クロックを削除して伝送線路を用いてデータのみを伝送することによって、データとクロックとのスキューの制約をなくすと同時に、EMIの低減を図っている。具体的には、PCIexpressでは、データを伝送する周波数を固定することによって、受信部側でデータからクロックの抜き取りを可能としている。 Here, an interface that does not require a dedicated clock is, for example, PCI express (Peripheral Component Interconnect), which is a serial interface standard used for PCs (Personal Computers). In PCI express, the clock is removed and only data is transmitted using a transmission line, thereby eliminating the skew restriction between the data and the clock and at the same time reducing the EMI. Specifically, in PCI express, a clock can be extracted from data on the receiving unit side by fixing the frequency at which the data is transmitted.
しかしながら、このPCIexpressを、液晶テレビ等の映像表示装置のような、LVDS送信部に入力されるビデオデータおよびLVDS受信部から出力されるビデオデータの周波数が、ビデオデータの解像度によって大きく変化することを前提としたインタフェースに適用させる場合には、LVDS送信部およびLVDS受信部の各々で、クロックの周波数変換を行なう必要が生じるため、回路構成が複雑になるという弊害が起こり得る。この結果、PCIexpressを、液晶テレビのようにデータの周波数可変範囲が広くなる用途には適用しづらいという課題があった。 However, the frequency of the video data input to the LVDS transmission unit and the video data output from the LVDS reception unit, such as a video display device such as a liquid crystal television, is greatly changed depending on the resolution of the video data. When applied to the presupposed interface, it is necessary to perform frequency conversion of the clock in each of the LVDS transmission unit and the LVDS reception unit, which may cause a problem that the circuit configuration becomes complicated. As a result, there has been a problem that it is difficult to apply PCI express to applications in which the frequency variable range of data is wide like a liquid crystal television.
なお、上記の特許文献1〜3は、高速シリアルインタフェースにおいて、このようなデータおよびクロック間のタイミングスキューの制約およびデータの周波数可変範囲に関する課題については何ら言及していない。 Note that the above Patent Documents 1 to 3 do not mention any problems related to the restriction of timing skew between data and clock and the frequency variable range of data in a high-speed serial interface.
それゆえ、この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構成で、データおよびクロック間のタイミングスキューの制約をなくすとともに、データの周波数可変範囲を広くとることができるCDR回路を提供することである。 Therefore, the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to eliminate a restriction on timing skew between data and a clock with a simple configuration and to widen a frequency variable range of data. It is to provide a CDR circuit capable of
この発明のある局面に従えば、シリアル伝送されたデータ信号からデータを抽出するためのクロック信号を生成して出力するクロックデータリカバリ回路であって、クロックデータリカバリ回路は、所定の基準クロック信号を用いてクロック信号を所望の周波数にロックさせるための第1のモードと、クロック信号のロック状態においてクロック信号をデータ信号に位相同期させるための第2のモードとを有し、入力された制御電圧に応じて発振動作が制御され、クロック信号を生成して出力する電圧制御発振回路と、入力された信号を平滑化して制御電圧を生成して電圧制御発振回路に出力する平滑回路と、前記第1のモードの実行中において、基準クロック信号とクロック信号との周波数比較を行ない、該比較結果に応じた信号を生成して平滑回路に出力する周波数比較回路部と、第2のモードの実行中において、データ信号とクロック信号との位相比較を行ない、該比較結果に応じた信号を生成して平滑回路に出力する位相比較回路部と、第1のモードの実行中において、基準クロック信号の周波数をカウントし、該カウント値に応じて電圧制御発振回路に設定する周波数レンジを調整する周波数検出回路とを備える。 According to one aspect of the present invention, a clock data recovery circuit that generates and outputs a clock signal for extracting data from a serially transmitted data signal, the clock data recovery circuit receiving a predetermined reference clock signal An input control voltage having a first mode for locking the clock signal to a desired frequency using and a second mode for phase-locking the clock signal to the data signal in the locked state of the clock signal. A voltage-controlled oscillation circuit that generates and outputs a clock signal, a smoothing circuit that generates a control voltage by smoothing the input signal and outputs the control voltage to the voltage-controlled oscillation circuit, During execution of mode 1, frequency comparison between the reference clock signal and the clock signal is performed, and a signal corresponding to the comparison result is generated. The phase comparison circuit that outputs the data to the smoothing circuit by performing the phase comparison between the data signal and the clock signal during the execution of the second mode and the frequency comparison circuit unit that outputs to the smoothing circuit. A circuit unit and a frequency detection circuit that counts the frequency of the reference clock signal during the execution of the first mode and adjusts the frequency range set in the voltage-controlled oscillation circuit according to the count value.
この発明によれば、簡易な構成で、クロックおよびデータ間のタイミングスキューの制約をなくすとともに、データの周波数可変範囲を広くとることができる。 According to the present invention, it is possible to eliminate the restriction of the timing skew between the clock and the data with a simple configuration, and to widen the frequency variable range of the data.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1に係るCDR回路が適用されるデータ伝送システムの概要を説明する図である。以下に示す実施の形態1〜3では、CDR回路の適用例として、図8に示したLVDSインタフェースを備えたデータ伝送システムにおけるLVDS受信部300にCDR回路50を搭載する構成について説明する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of a data transmission system to which a CDR circuit according to Embodiment 1 of the present invention is applied. In the first to third embodiments described below, a configuration in which the
図1を参照して、LVDS送信部110は、装置間を送信する信号の基準クロック信号CLKrおよびデータ信号DATAを多重化して差動振幅信号に変換する。
Referring to FIG. 1,
LVDS送信部110とLVDS受信部300とは、2本の差動信号用ケーブル(図示せず)を介して接続されている。この2本のケーブル間には、LVDS送信部110から電流として出力される差動振幅信号を電圧に変換するための抵抗器が接続されている。電流信号は、抵抗器によって電圧信号に変換されてLVDS受信部300に入力される。この電圧信号は、抵抗器に電流が流れる方向によって、「1」または「0」に解釈される。
The LVDS
LVDS受信部300は、LVDS送信部110から出力される差動振幅信号を受信するLVDS受信器を含んでいる。このLVDS受信器は、CDR回路50を含む。CDR回路50は、差動振幅信号を受信して、データ信号DATAに同期したクロック信号CLKを内部のPLL(Phase Locked Loop)回路で生成する。CDR回路50は、生成したクロック信号CLKをデータ信号DATAとともに出力する。
The
図2は、LVDS受信部300に搭載されるCDR回路50の構成を示す図である。
図2を参照して、CDR回路50は、周波数位相比較器(FPD)60と、位相比較器(PD)74と、チャージポンプ回路(CP)62,76と、セレクタ64と、ループフィルタ(LPF)68と、電圧制御発振器(VCO)70と、分周器72,80,82と、ロック検出回路(LD)66,78とを備える。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the
Referring to FIG. 2, the
図2のCDR回路50においては、シリアル伝送されたデータ信号からデータを抽出するためのクロック信号を生成して出力するために、PLLが用いられている。具体的には、周波数位相比較器60、チャージポンプ回路(CP1)62、ループフィルタ68、VCO70および分周器72は、LVDS送信部110からの基準クロック信号CLKrと分周器72の出力信号との位相および周波数の比較を行ない、該比較結果に応じてVCO70からの出力クロック信号CLKの周波数を調整する「周波数ループ52」を構成する。一方、位相比較器74、チャージポンプ回路CP2、ループフィルタ68、VCO70および分周器80は、データ信号DATAと分周器82の出力信号との位相の比較を行ない、該比較結果に応じてVCO70からの出力クロック信号CLKの位相を調整する「位相ループ54」を構成する。なお、周波数ループ52と位相ループ54とは、ロック検出回路(LD1)66からのロック信号FLOCKに応じてセレクタ64により択一的に選択される。
In the
本実施の形態1に係るデータ伝送システムは、LVDSインタフェースを通じてシリアル伝送されたデータ信号DATAをフラットパネルディスプレイへ伝送するための「通常動作モード」と、該通常動作モードを実行する前に、LVDSインタフェースを用いた通信を確立するための「Link-Training(LT)モード」とを備えている。データ伝送システムが動作し始めたときには、LVDS受信部300で所望の周波数のクロック信号CLKを生成するためにLTモードが実行される。そして、LTモードの実行によってクロック信号CLKが所望の周波数にロックされたときには、LVDS受信部300からLVDS送信部110に対してLTモード終了フラグが送信される。このLTモード終了フラグを受信したことに応答して、LTモードが通常動作モードに切替わると、LVDS送信部110は、データ信号DATAをLVDS受信部300に送信する。
The data transmission system according to the first embodiment includes a “normal operation mode” for transmitting the data signal DATA serially transmitted through the LVDS interface to the flat panel display, and an LVDS interface before executing the normal operation mode. “Link-Training (LT) mode” for establishing communication using the. When the data transmission system starts to operate, the
以下に、LTモードおよび通常動作モードにおけるCDR回路の動作を説明する。
1.LTモード
LTモードの実行時には、LVDS送信部110が所定の基準クロック信号CLKrを生成してLVDS受信部300へ送信する。なお、基準クロック信号CLKは、「0」と「1」とが交互に繰り返されるクロックパターン(たとえばD10.2パターン)からなり、LVDS送信部110において、最高動作クロック周波数の1/2の周波数になるように生成される。
The operation of the CDR circuit in the LT mode and the normal operation mode will be described below.
1. LT Mode When the LT mode is executed, the
LTモードにおいては、LVDS受信部300のCDR回路50は、周波数ループ52を用いて動作する。周波数ループ52では、LVDS送信部110から送信される基準クロック信号CLKrを使ってPLL回路を通常動作周波数にロックさせることができる。
In the LT mode, the
具体的には、周波数ループ52において、周波数位相比較器60は、LVDS送信部110からの基準クロック信号CLKrと分周器72で分周されたVCO70の出力クロック信号CLKとの位相および周波数を比較し、これらの信号の周波数および位相差に応じたデューティの誤差パルス信号を出力する。誤差パルス信号は、クロック信号CLKに対して基準クロック信号CLKrの位相の進み分を示すUP信号と、クロック信号CLKに対して基準クロック信号CLKrの位相の遅れ分を示すDOWN信号とからなる。UP信号は、クロック信号CLKに対して基準クロック信号CLKrの位相が進んでいる場合にH(論理ハイ)レベルとなり、進んでいない場合にL(論理ロー)レベルとなる。また、DOWN信号は、クロック信号CLKに対して基準クロック信号CLKrの位相が遅れている場合にHレベルとなり、遅れていない場合にLレベルとなる。
Specifically, in the frequency loop 52, the
チャージポンプ回路(CP1)62は、誤差パルス信号に応じてループフィルタ68に出力する電圧を上昇または下降させる。具体的には、チャージポンプ回路62は、周波数位相比較器60からのUP信号がHレベルであるとき、ループフィルタ68に対して電流を流し込む。これにより、ループフィルタ68に電荷が蓄積される。一方、周波数位相比較器60からのDOWN信号がHレベルであるとき、チャージポンプ回路62は、ループフィルタ68から電流を引き込み、これにより、ループフィルタ68に蓄積された電荷が放出される。
The charge pump circuit (CP1) 62 increases or decreases the voltage output to the
ループフィルタ68は、ループ制御を安定させるための回路であり、チャージポンプ回路62(または76)により変更されるDC(Direct Current)電圧に重畳された高域成分を除去し、シングルエンドのVCO制御電圧として、VCO70に入力する。
The
VCO70は、ループフィルタ68からのVCO制御電圧に対応する発振周波数を発生させる。VCO70は、発生させた発振周波数のクロック信号CLKを、シングルエンドにより、外部に出力するとともに、分周器72に出力する。
The
分周器72は、VCO70からのクロック信号CLKを1/n(nは2以上の自然数)倍に逓倍し、逓倍後のクロック信号CLKを周波数位相比較器60にフィードバックさせる。
The
ロック検出回路(LD1)66は、周波数位相比較器60が出力する誤差パルス信号(UP信号、DOWN信号)をモニタし、誤差パルス信号に基づいてクロック信号CLKが所望の周波数にロックされているか否かを検出する。ロック検出回路66は、クロック信号CLKが所望の周波数にロックされていないと判断されたときには、Lレベルのロック信号FLOCKを生成してセレクタ64に出力する。一方、クロック信号CLKが所望の周波数にロックされていると判断されたときには、Hレベルのロック信号FLOCKを生成してセレクタ64に出力する。
The lock detection circuit (LD1) 66 monitors the error pulse signal (UP signal, DOWN signal) output from the
セレクタ64は、チャージポンプ回路(CP1)62およびチャージポンプ回路(CP2)76とループフィルタ68の間に設けられている。セレクタ64は、ロック検出回路66から入力されたロック信号FLOCKに応じて、チャージポンプ回路(CP1)62の出力電圧およびチャージポンプ回路(CP2)76の出力電圧のうちの一方を選択してループフィルタ68に出力する。具体的には、セレクタ64は、ロック信号FLOCKがLレベルのとき、すなわち、クロック信号CLKが所望の周波数にロックされていないときには、チャージポンプ回路(CP1)62の出力電圧を選択してループフィルタ68に出力する。一方、ロック信号FLOCKがHレベルのとき、すなわち、クロック信号CLKが所望の周波数にロックされたときには、チャージポンプ回路(CP2)76の出力電圧を選択してループフィルタ68に出力する。
The
このような構成としたことにより、CDR回路50においては、LTモードの実行中は周波数ループ52が排他的にアクティブになり、VCO70の出力クロック信号CLKが所望の周波数になるように引き込み動作を行なう。ロック検出回路66は、出力クロック信号CLKが所望の周波数になるまでは、ロック信号FLOCKをLレベルとする。したがって、LVDS送信部110からの基準クロック信号CLKrとフィードバックされたクロック信号CLKとの周波数差に従ってVCO70の発振周波数が調整される。
With this configuration, the
そして、出力クロック信号CLKが所望の周波数になったことを検出すると、ロック検出回路66は、ロック信号FLOCKをLレベルからHレベルに立上げる。ロック検出回路66は、このロック信号FLOCKをセレクタ64に出力するとともに、「LTモード終了フラグ」として、LVDS送信部110に出力する。LVDS送信部110は、LTモード終了フラグを受けると、データ伝送システムを通常動作モードに切替える。通常動作モードでは、LVDS送信部110は、基準クロック信号CLKrに代えて、実際のビデオデータをエンコードして生成されたデータ信号DATAを、LVDSインタフェースを介してLVDS受信部300に送信する。CDR回路50においては、通常動作モードの実行中は位相ループ54が排他的にアクティブとなる。通常動作モードにおけるCDR回路50の動作については後述する。
When detecting that the output clock signal CLK has reached a desired frequency, the
(VCOの構成)
図3は、図2におけるVCO70の内部構成例を示した図である。
(VCO configuration)
FIG. 3 is a diagram showing an example of the internal configuration of the
図3を参照して、VCO70は、4個の電流源701と、4個のインバータ回路702と、4個の電流源703と、制御回路700とを含む。
Referring to FIG. 3,
4個のインバータ回路702は、リング状に直列接続され、リングオシレータを構成する。電源電位VCCのラインと各インバータ回路702の電源端子との間には、対応する電流源701が接続される。各インバータ回路702と接地電位のラインとの間には、対応する電流源703が接続される。各インバータ回路702は、対応する電流源701,703によって遅延時間が定められる。インバータ回路702の出力ノードからは、クロック信号CLKが出力される。
The four
制御回路700は、ループフィルタ68(図2)からの制御電圧VCinに応じて電流源701,703の電流値を制御することによって、リングオシレータの発振周波数を調整する。
The
ここで、本実施の形態1に従うデータ伝送システムが液晶テレビ等の映像表示装置に適用される場合を想定する。この場合、外部の映像ソースから画像処理装置に入力されるビデオデータは、様々なフォーマットを有している。たとえば液晶テレビの場合、ビデオデータのフォーマットは、SDTV(Standard Definition Television)方式の低解像度(480i)から、HDTV(High Definition Television)方式の高解像度(1080P)にまでの広範囲に及ぶ。そのため、CDR回路50においては、様々なフォーマットのビデオデータの周波数から所定の逓倍したクロック信号CLKを生成するために、VCO70が広範囲な発振周波数をカバーする必要がある。
Here, it is assumed that the data transmission system according to the first embodiment is applied to a video display device such as a liquid crystal television. In this case, video data input from an external video source to the image processing apparatus has various formats. For example, in the case of a liquid crystal television, the format of video data ranges from a low resolution (480i) of SDTV (Standard Definition Television) system to a high resolution (1080P) of HDTV (High Definition Television) system. Therefore, in the
図4は、VCO制御電圧特性の一例を示す図である。図4において、横軸はVCO制御電圧VCinを示し、縦軸はVCO70の発振周波数を示す。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of VCO control voltage characteristics. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the VCO control voltage VCin, and the vertical axis indicates the oscillation frequency of the
図4を参照して、破線l1で示す特性は、VCO制御電圧VCinに対して発振周波数fが急峻に変化しており、VCOとして高いゲインが得られている。その結果、VCOは広範囲の発振周波数を発生させることが可能である。しかしながら、その一方で、液晶テレビ等の映像表示装置のように、入力されるビデオデータの周波数がビデオデータの解像度によって大きく変化する場合には、ビデオデータの周波数範囲をカバーするようにVCOの発振周波数範囲を広く取ることは、回路設計上必ずしも容易でない。なお、PCIexpressのようにクロックの周波数変換を行なうことは、回路構成を複雑にさせる点で好ましくない。 Referring to FIG. 4, in the characteristic indicated by broken line 11, the oscillation frequency f changes sharply with respect to the VCO control voltage VCin, and a high gain is obtained as the VCO. As a result, the VCO can generate a wide range of oscillation frequencies. On the other hand, however, when the frequency of the input video data varies greatly depending on the resolution of the video data, such as a video display device such as a liquid crystal television, the VCO oscillations to cover the video data frequency range. A wide frequency range is not always easy in circuit design. Note that it is not preferable to perform clock frequency conversion like PCI express in terms of making the circuit configuration complicated.
このような不具合を回避し、簡易な構成で広範囲の発振周波数を実現するために、本実施の形態1では、図4の実線k1,k2,k3で示すように、同一のVCO制御電圧に対する発振周波数範囲が互いに異なるVCO制御電圧特性を複数個設けておき、入力されるビデオデータの周波数に応じて複数個の特性の中から最適な特性を選択する。 In order to avoid such problems and to realize a wide range of oscillation frequencies with a simple configuration, in the first embodiment, as shown by solid lines k1, k2, and k3 in FIG. 4, oscillation with respect to the same VCO control voltage is performed. A plurality of VCO control voltage characteristics having different frequency ranges are provided, and an optimum characteristic is selected from the plurality of characteristics according to the frequency of the input video data.
具体的には、周波数検出回路(FD1)84は、分周器82で分周された基準クロック信号CLKrの周波数をカウントし、該カウント値に応じてVCO70に設定する周波数レンジを調整する。このとき、周波数検出回路84には、システムクロックCLKsysが周波数カウント用パルスとして入力される。なお、CDR回路50を含むタイミングコントローラチップ30は、このシステムクロックCLKsysで動作している。システムクロックCLKsysは、VCO70の発振周波数よりも高く、既知の固定周波数のクロックである。周波数検出回路84は、分周器82で分周された基準クロック信号CLKrをシステムクロックCLKsysでカウントすることによって、基準クロック信号CLKrの周波数を検出する。制御回路700は、周波数検出回路84により検出された基準クロック信号CLKrの周波数を受けると、予め格納されている複数のVCO制御電圧特性(図4のk1,k2,k3)から、当該周波数に適当とされる一のVCO制御電圧特性を選択する。そして、制御回路700は、選択したVCO制御電圧特性に基づいて、リングオシレータの発振周波数を調整する。
Specifically, the frequency detection circuit (FD1) 84 counts the frequency of the reference clock signal CLKr divided by the
なお、基準クロック信号CLKrは、最高動作クロック周波数の1/2に相当するため、分周器82の設定を「2」にすることで、VCO70の出力クロック信号CLKを、LVDS送信部110の伝送レートに対応した周波数にロックすることができる。
Since the reference clock signal CLKr corresponds to ½ of the maximum operating clock frequency, the output clock signal CLK of the
このような構成としたことにより、たとえば液晶テレビでは、低解像度(480i)の0.5Gbps/laneから高解像度(1080P)の9Gbps/laneまでのビデオデータに対応して、広い周波数範囲でCDR回路50をロックさせることができる。なお、VCO70の周波数レンジの設定を容易にするために、VCO70の制御回路700に128分周回路を含めることもできる。
With such a configuration, for example, in a liquid crystal television, a CDR circuit can be used in a wide frequency range corresponding to video data from low resolution (480i) 0.5 Gbps / lane to high resolution (1080P) 9 Gbps / lane. 50 can be locked. In order to facilitate the setting of the frequency range of the
2.通常動作モード
通常動作モードの実行時には、LVDS送信部110が実際のビデオデータをエンコードして生成されたデータ信号DATAをLVDS受信部300へ送信する。LVDS受信部110のCDR回路50は、位相ループ54を用いて動作する。位相ループ54では、LVDS送信部110から送信されるデータ信号DATAを使ってVCO70の出力クロック信号CLKの位相を調整することができる。
2. Normal Operation Mode When the normal operation mode is executed, the
通常動作モードでは、LTモードとは異なり、ビデオデータに対応したD10.2パターン(「0」と「1」とが交互に繰り返されるクロックパターン)ではなく、実際のビデオデータをエンコードした信号が送信される。そのため、データ信号DATAの信号レベルが変化するタイミング、たとえばLレベルからHレベルへの立上りエッジを検出したときに、クロック信号CLKのフィードバック制御が実行される。 In the normal operation mode, unlike the LT mode, a signal encoded with actual video data is transmitted instead of the D10.2 pattern corresponding to video data (a clock pattern in which “0” and “1” are alternately repeated). Is done. Therefore, feedback control of the clock signal CLK is executed when the timing at which the signal level of the data signal DATA changes, for example, when the rising edge from the L level to the H level is detected.
なお、本実施の形態1に係るデータ伝送システムでは、インタフェースに8B10Bエンコードシステムを採用しているため、6データに1回は必ずデータの遷移が保証されている。そのため、位相ロックが外れ続けるということはなく、定期的に位相ロックがかかる。よって、入力データ信号DATAとクロック信号CLKとの位相関係を保つことができる。 In the data transmission system according to the first embodiment, since the 8B10B encoding system is adopted for the interface, data transition is always guaranteed once every six data. Therefore, the phase lock does not continue to be released, and the phase lock is periodically applied. Therefore, the phase relationship between the input data signal DATA and the clock signal CLK can be maintained.
具体的には、図2を参照して、位相ループ54において、位相比較器74は、LVDS送信部110からのデータ信号DATAと分周器80で分周されたVCO70の出力クロック信号CLKとの位相を比較し、これらの信号の位相差に応じたデューティの誤差パルス信号を出力する。クロック信号CLKに対してデータ信号DATAの位相が進んでいる場合には、HレベルのUP信号が出力される。一方、クロック信号CLKに対してデータ信号DATAの位相が遅れている場合には、HレベルのDOWN信号が出力される。
Specifically, referring to FIG. 2, in the phase loop 54, the
チャージポンプ回路(CP2)76は、誤差パルス信号に応じてループフィルタ68に出力する電圧を上昇または下降させる。セレクタ64は、ロック検出回路66から入力される、Hレベルのロック信号FLOCKに応じて、チャージポンプ回路76の出力電圧を選択してループフィルタ68に出力する。したがって、チャージポンプ回路76は、位相比較器74からのUP信号がHレベルであるとき、ループフィルタ68に対して電流を流し込む。これにより、ループフィルタ68に電荷が蓄積される。一方、周波数位相比較器60からのDOWN信号がHレベルであるとき、チャージポンプ回路62は、ループフィルタ68から電流を引き込み、これにより、ループフィルタ68に蓄積された電荷が放出される。
The charge pump circuit (CP2) 76 increases or decreases the voltage output to the
ループフィルタ68は、チャージポンプ回路76により変更されるDC電圧に重畳された高域成分を除去し、シングルエンドのVCO制御電圧として、VCO70に入力する。
The
VCO70は、ループフィルタ68からのVCO制御電圧に対応する発振周波数を発生させる。VCO70は、発生させた発振周波数のクロック信号CLKを、シングルエンドにより、外部に出力するとともに、分周器80に出力する。
The
分周器80は、VCO70からのクロック信号CLKを1/n倍に逓倍し、逓倍後のクロック信号CLKを位相比較器74にフィードバックさせる。
The
ロック検出回路(LD2)78は、位相比較器74が出力する誤差パルス信号(UP信号、DOWN信号)をモニタし、誤差パルス信号に基づいて、クロック信号CLKがデータ信号DATAに位相同期しているか否かを検出する。ロック検出回路78は、データ信号DATAにクロック信号CLKの位相が同期しなくなったことが検出されたときには、動作モードを上述したLTモードに戻すための割込み要求(Interrupt Request:IRQ)として、Hレベルに活性化した制御信号LDET_PLOOPを発生する。この制御信号LDET_PLOOPは、LVDSインタフェースを介してLVDS送信部110に送信される。LVDS送信部110は、制御信号LDET_PLOOPを受信すると、LTモードに切替わり、再びLVDS受信部300に向けて基準クロック信号CLKrを送信する。
The lock detection circuit (LD2) 78 monitors the error pulse signal (UP signal, DOWN signal) output from the
ただし、ノイズ等の突発的な外来要因によってクロック信号CLKの位相が同期しなくなったときにおいてCDR回路50が周波数ループ52に戻ることがないように、故意に位相ループ54に固定することができる。具体的には、図2の構成では、LVDS送信部110からロック検出回路66に周波数ループ52を非活性化させるための信号FLOOP_OFFを入力することにより、通常動作モード時に位相ループ54をアクティブ状態に固定することができる。
However, the
通常動作モードでは、周波数検出回路(FD2)86によって、VCO70の発振周波数が所望の周波数であるか否かを常に検出することができる。周波数検出回路86には、システムクロックCLKsysが周波数カウント用パルスとして入力される。周波数検出回路86は、VCO70の出力クロック信号CLKをシステムクロックCLKsysでカウントすることによって、クロック信号CLKの周波数を検出する。検出したクロック信号CLKの周波数が所望の周波数から外れていると判断されたときには、周波数検出回路86は、LVDS送信部110にその判断結果を送信する。これにより、通常動作モードからLTモードに切替えられる。
In the normal operation mode, the frequency detection circuit (FD2) 86 can always detect whether or not the oscillation frequency of the
3.解像度変更
ここで、液晶テレビ等の用途では、ビデオデータの解像度はユーザー設定によって変更される。この際、ビデオデータの伝送レートも変更される場合がある。ビデオデータの伝送レートが変更された場合には、LVDS送信部110は、データ送信を一時的に停止するとともに、通常動作モードからLTモードに戻す。
3. Here, the resolution of video data is changed according to user settings in applications such as liquid crystal televisions. At this time, the transmission rate of the video data may be changed. When the transmission rate of the video data is changed, the
なお、LVDS受信部300のCDR回路50において、LVDS送信部110からのデータ送信が停止したことを周波数検出回路84が検出したときに、CDR回路50を初期化する構成とすることもできる。
The
しかしながら、上記のようなシーケンスを実行する場合、LTモードが再実行されることによって画像が出力されるまでに時間を要し、システム上問題になることがある。そこで、ビデオデータの解像度が変更されたときには、LTモードに戻さずに、位相ループ54に固定し、通常動作モードを保ったままでデータ信号DATAをポーリングすることにより、データ信号DATAの周波数の変化を検出するとともに、VCO70の発振周波数を、変化後のデータ信号DATAの周波数に設定することによって、クロック信号CLKの周波数をビデオデータの解像度変更に追従することができる。
However, when the sequence as described above is executed, it takes time until the image is output due to the re-execution of the LT mode, which may cause a problem in the system. Accordingly, when the resolution of the video data is changed, the frequency of the data signal DATA is changed by polling the data signal DATA while maintaining the normal operation mode while fixing the phase loop 54 without returning to the LT mode. By detecting and setting the oscillation frequency of the
なお、上記の実施の形態1において、図2に示すCDR回路50では、周波数ループ52および位相ループ54のそれぞれに、チャージポンプ回路CP1,CP2およびロック検出回路LD1,LD2を設ける構成としたが、これら2つの回路を周波数ループ52と位相ループ54との間で共用する構成とすることにより、回路規模を削減できる。
In the first embodiment, the
また、本実施の形態1に係るCDR回路50では、PCIexpress等で必要とされていた水晶発振クロックを不要にすることができる。
Further, in the
以上に述べたように、この発明の実施の形態1に係るCDR回路によれば、シリアル伝送されたデータを周波数ループおよび位相ループに入力し、かつ、入力データの周波数を検出することで、入力データの周波数に応じてVCOのレンジを自動的に最適な周波数レンジに調整することができる。これにより、クロックとデータとのタイミングスキューの制約をなくすとともに、周波数可変範囲を広くとることができる。この結果、高速伝送で必要な差動ペア数を減らすことができるため、周辺部品の数を低減して小型化および低コスト化を実現できる。また、クロックラインを排除することができるため、EMIを低減することができる。 As described above, according to the CDR circuit according to the first embodiment of the present invention, the serially transmitted data is input to the frequency loop and the phase loop, and the input data is detected by detecting the frequency of the input data. The VCO range can be automatically adjusted to the optimum frequency range according to the data frequency. As a result, the restriction on the timing skew between the clock and data can be eliminated and the frequency variable range can be widened. As a result, the number of differential pairs required for high-speed transmission can be reduced, so that the number of peripheral components can be reduced to achieve downsizing and cost reduction. In addition, since the clock line can be eliminated, EMI can be reduced.
[実施の形態2]
図5は、この発明の実施の形態2に係るCDR回路の構成を示す図である。
[Embodiment 2]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a CDR circuit according to the second embodiment of the present invention.
図5を参照して、本実施の形態2に係るCDR回路50Aは、図2に示す本実施の形態1に係るCDR回路50と比較して、周波数ループおよび位相ループの発振回路部にVCO70を共通に用いていた回路構成に代えて、位相ループ56にDLL(Delay Locked Loop)回路を用いる点で異なる。なお、DLL回路は、アキュムレートジッタがPLL回路と比較して小さいこと、および安定性がPLL回路に比べて良いため設計しやすいこと等の利点を有している。
Referring to FIG. 5,
本実施の形態2に係るデータ伝送システムは、先の実施の形態1に係るデータ伝送システムと同様に、通常動作モードと、LTモードとを備えている。以下に、LTモードおよび通常動作モードにおけるCDR回路の動作を説明する。 Similar to the data transmission system according to the first embodiment, the data transmission system according to the second embodiment includes a normal operation mode and an LT mode. The operation of the CDR circuit in the LT mode and the normal operation mode will be described below.
1.LTモード
LTモードの実行時には、LVDS送信部110が所定の基準クロック信号CLKrを生成してLVDS受信部300へ送信する。LVDS受信部300のCDR回路50Aは、周波数ループ52を用いて動作する。周波数ループ52では、LVDS送信部110から送信される基準クロック信号CLKを使ってPLL回路を通常動作周波数にロックさせることができる。
1. LT Mode When the LT mode is executed, the
具体的には、周波数ループ52において、周波数位相比較器60は、LVDS送信部110からの基準クロック信号CLKrと分周器72で分周されたVCO70の出力クロック信号CLKとの位相および周波数を比較し、これらの信号の周波数および位相差に応じたデューティの誤差パルス信号(UP信号、DOWN信号)を出力する。
Specifically, in the frequency loop 52, the
チャージポンプ回路(CP1)62は、誤差パルス信号に応じてループフィルタ680に出力する電圧を上昇または下降させる。ループフィルタ680は、チャージポンプ回路62により変更されるDC電圧に重畳された高域成分を除去し、シングルエンドのVCO制御電圧として、VCO70に入力する。
The charge pump circuit (CP1) 62 increases or decreases the voltage output to the loop filter 680 according to the error pulse signal. The loop filter 680 removes a high-frequency component superimposed on the DC voltage changed by the
VCO70は、ループフィルタ68からのVCO制御電圧に対応する発振周波数を発生させる。VCO70は、発生させた発振周波数のクロック信号CLKを、シングルエンドにより、外部に出力するとともに、分周器72に出力する。
The
分周器72は、VCO70からのクロック信号CLKを1/n倍に逓倍し、逓倍後のクロック信号CLKを周波数位相比較器60にフィードバックさせる。
The
ロック検出回路(LD1)66は、周波数位相比較器60が出力する誤差パルス信号(UP信号、DOWN信号)をモニタし、誤差パルス信号に基づいて、出力クロック信号CLKが所望の周波数にロックされているか否かを検出する。ロック検出回路66は、出力クロック信号CLKが所望の周波数にロックされていないと判断されたときには、Lレベルのロック信号FLOCKを生成してLVDS送信部110に出力する。
The lock detection circuit (LD1) 66 monitors the error pulse signal (UP signal, DOWN signal) output from the
そして、出力クロック信号CLKが所望の周波数になったことを検出すると、ロック検出回路66は、ロック信号FLOCKをLレベルからHレベルに立ち上げる。ロック検出回路66は、このロック信号FLOCKをLTモード終了フラグとして、LVDS送信部110に出力する。LVDS送信部110は、LTモード終了フラグを受けると、データ伝送システムを通常動作モードに切替える。通常動作モードでは、LVDS送信部110は、基準クロック信号CLKrに代えて、実際のビデオデータをエンコードして生成したデータ信号DATAを、LVDSインタフェースを介してLVDS受信部300に送信する。
When detecting that the output clock signal CLK has reached a desired frequency, the
2.通常動作モード
通常動作モードの実行時には、LVDS送信部110が実際のビデオデータをエンコードして生成されたデータ信号DATAをLVDS受信部300へ送信する。LVDS受信部300のCDR回路50Aは、位相ループ56を用いて動作する。位相ループ54では、LVDS送信部110から送信されるデータ信号DATAを使って出力クロック信号CLKの位相を調整することができる。
2. Normal Operation Mode When the normal operation mode is executed, the
具体的には、図5を参照して、位相ループ56において、位相比較器74は、LVDS送信部110からのデータ信号DATAと分周器80で分周されたVCO70の出力クロック信号CLKとの位相を比較し、これらの信号の位相差に応じたデューティの誤差パルス信号(UP信号、DOWN信号)を出力する。
Specifically, referring to FIG. 5, in phase loop 56,
チャージポンプ回路(CP2)76は、誤差パルス信号に応じてループフィルタ682に出力する電圧を上昇または下降させる。ループフィルタ682は、チャージポンプ回路76により変更されるDC電圧に重畳された高域成分を除去し、VCDL(Voltage Controlled Delay Line)88に入力する。
The charge pump circuit (CP2) 76 increases or decreases the voltage output to the loop filter 682 in accordance with the error pulse signal. The loop filter 682 removes a high-frequency component superimposed on the DC voltage changed by the
VCDL88は、ループフィルタ682からの制御電圧に応じて、VCO70の出力クロック信号CLKを遅延させて外部に出力するとともに、分周器80に出力する。図6は、図5におけるVCDL88の内部構成例を示した図である。
The
図6を参照して、VCDL88は、5個の電流源801と、5個のバッファ回路802と、5個の電流源803と、制御回路800とを含む。
Referring to FIG. 6,
5個のバッファ回路802は直列接続され、VCO70からのクロック信号CLKを遅延させる。電源電位VCCのラインと各バッファ回路802の電源端子との間には、対応する電流源801が接続される。各バッファ回路802と接地電位のラインとの間には、対応する電流源803が接続される。各バッファ回路802は、対応する電流源801,803によって遅延時間が定められる。バッファ回路802の出力ノードからは、遅延されたクロック信号CLKが出力される。
Five
制御回路800は、ループフィルタ682(図5)からの制御電圧VCinに応じて電流源801,803の電流値を制御することによって、遅延時間を調整する。
The
分周器80は、VCDL88からのクロック信号CLKを1/n倍に逓倍し、逓倍後のクロック信号CLKを位相比較器74にフィードバックさせる。
The
ロック検出回路(LD2)78は、位相比較器74が出力する誤差パルス信号(UP信号、DOWN信号)をモニタし、誤差パルス信号に基づいて、クロック信号CLKがデータ信号DATAに位相同期しているか否かを検出する。ロック検出回路78は、データ信号DATAにクロック信号CLKの位相が同期しなくなったことが検出されたときには、動作モードを上述したLTモードに戻すための割込み要求IRQとして、Hレベルに活性化した制御信号LDET_PLOOPを発生する。この制御信号LDET_PLOOPは、LVDSインタフェースを介してLVDS送信部110に送信される。LVDS送信部110は、制御信号LDET_PLOOPを受信すると、LTモードに切替わり、再びLVDS受信部に向けて基準クロック信号CLKrに送信する。
The lock detection circuit (LD2) 78 monitors the error pulse signal (UP signal, DOWN signal) output from the
ただし、ノイズ等の突発的な外来要因によってクロック信号CLKの位相が同期しなくなったときに周波数ループ52に戻ることがないように、故意に位相ループ54に固定することができる。図5の構成では、LVDS送信部110からロック検出回路66に周波数ループ52を非活性化させるための信号FLOOP_OFFを入力することにより、通常動作モード時に、位相ループ56をアクティブ状態に固定することができる。
However, it can be intentionally fixed to the phase loop 54 so that it does not return to the frequency loop 52 when the phase of the clock signal CLK is not synchronized due to sudden external factors such as noise. In the configuration of FIG. 5, by inputting the signal FLOOP_OFF for inactivating the frequency loop 52 from the
周波数検出回路(FD2)86は、VCO70の発振周波数が所望の周波数であるか否かを常に検出する。周波数検出回路86は、検出したクロック信号CLKの周波数が所望の周波数から外れていると判断されたときに、LVDS送信部110にその判断結果を送信する。これにより、通常動作モードからLTモードに切替えられる。
The frequency detection circuit (FD2) 86 always detects whether or not the oscillation frequency of the
3.解像度変更
先の実施の形態1で述べたのと同様に、ユーザー設定によってビデオデータの解像度が変更されたことにより、ビデオデータの伝送レートが変更された場合には、LVDS送信部110は、データ送信を一時的に停止するとともに、通常動作モードからLTモードに戻す。
3. As described in the first embodiment, when the video data transmission rate is changed by changing the resolution of the video data according to the user setting, the
あるいは、LVDS送信部110からのデータ送信が停止したことを、周波数検出回路84により検出してCDR回路50Aをリセットする構成としてもよい。あるいは、ビデオデータの解像度が変更されたときには、LTモードに戻さずに、位相ループ56に固定し、通常動作モードを保ったままでデータ信号DATAをポーリングすることにより、データ信号DATAの周波数の変化を検出するとともに、VCO70の発振周波数を、変化後のデータ信号DATAの周波数に設定することによって、クロック信号CLKの周波数をビデオデータの解像度変更に追従することができる。
Alternatively, the
以上に述べたように、この発明の実施の形態2に係るCDR回路によれば、シリアル伝送されたデータを周波数ループおよび位相ループに入力し、かつ、入力データの周波数を検出することで、入力データの周波数に応じてVCOのレンジを自動的に最適な周波数レンジに調整することができる。これにより、クロックとデータとのタイミングスキューの制約をなくすとともに、周波数可変範囲を広くとることができる。この結果、高速伝送で必要な差動ペア数を減らすことができるため、周辺部品の数を低減して小型化および低コスト化を実現できる。また、クロックラインを排除することができるため、EMIを低減することができる。 As described above, according to the CDR circuit according to the second embodiment of the present invention, the serially transmitted data is input to the frequency loop and the phase loop, and the input data is detected by detecting the frequency of the input data. The VCO range can be automatically adjusted to the optimum frequency range according to the data frequency. As a result, the restriction on the timing skew between the clock and data can be eliminated and the frequency variable range can be widened. As a result, the number of differential pairs required for high-speed transmission can be reduced, so that the number of peripheral components can be reduced to achieve downsizing and cost reduction. In addition, since the clock line can be eliminated, EMI can be reduced.
[実施の形態3]
図7は、この発明の実施の形態3に係るCDR回路の構成を示す図である。
[Embodiment 3]
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a CDR circuit according to the third embodiment of the present invention.
図7を参照して、本実施の形態3に係るCDR回路50Bは、図2に示す本実施の形態1に係るCDR回路50と比較して、周波数ループ52および位相ループ54に代えて、周波数ループ58のみを備えている点で異なる。
Referring to FIG. 7, the CDR circuit 50B according to the third embodiment has a frequency instead of the frequency loop 52 and the phase loop 54 as compared with the
CDR回路50Bは、周波数位相比較器(FPD)60と、チャージポンプ回路(CP)92と、ループフィルタ(LPF)94と、VCO70と、分周器72,82と、ロック検出回路(LD1)66と、周波数検出回路(FD)84,86とを備える。
The CDR circuit 50B includes a frequency phase comparator (FPD) 60, a charge pump circuit (CP) 92, a loop filter (LPF) 94, a
図7のCDR回路50Bにおいては、シリアル伝送されたデータ信号からデータを抽出するためのクロック信号を生成して出力するために、PLLが用いられている。周波数位相比較器60、チャージポンプ回路92、ループフィルタ94、VCO70および分周器72は、LVDS送信部110からの基準クロック信号CLKrと分周器72の出力信号との位相および周波数の比較を行ない、該比較結果に応じてVCO70からの出力クロック信号CLKの周波数を調整する「周波数ループ58」を構成する。
In the CDR circuit 50B of FIG. 7, a PLL is used to generate and output a clock signal for extracting data from the serially transmitted data signal. The
本実施の形態3に係るデータ伝送システムは、先の実施の形態1に係るデータ伝送システムと同様に、通常動作モードと、LTモードとを備えている。以下に、LTモードおよび通常動作モードにおけるCDR回路の動作を説明する。 Similar to the data transmission system according to the first embodiment, the data transmission system according to the third embodiment includes a normal operation mode and an LT mode. The operation of the CDR circuit in the LT mode and the normal operation mode will be described below.
1.LTモード
LTモードの実行時には、LVDS送信部110が所定の基準クロック信号CLKrを生成してLVDS受信部300へ送信する。LVDS受信部300のCDR回路50Bは、周波数ループ58を用いて動作する。周波数ループ58では、LVDS送信部110から送信される基準クロック信号CLKrを使ってPLL回路を通常動作周波数にロックさせることができる。
1. LT Mode When the LT mode is executed, the
具体的には、周波数位相比較器60は、LVDS送信部110からの基準クロック信号CLKrと分周器72で分周されたVCO70の出力クロック信号CLKとの位相および周波数を比較し、これらの信号の周波数および位相差に応じたデューティの誤差パルス信号(UP信号、DOWN信号)を出力する。
Specifically, the
チャージポンプ回路(CP)92は、誤差パルス信号に応じてループフィルタ94に出力する電圧を上昇または下降させる。ループフィルタ94は、チャージポンプ回路92により変更されるDC電圧に重畳された高域成分を除去し、シングルエンドのVCO制御電圧として、VCO70に入力する。
The charge pump circuit (CP) 92 increases or decreases the voltage output to the loop filter 94 according to the error pulse signal. The loop filter 94 removes a high-frequency component superimposed on the DC voltage changed by the
VCO70は、ループフィルタ94からのVCO制御電圧に対応する発振周波数を発生させる。VCO70は、発生させた発振周波数のクロック信号CLKを、シングルエンドにより、外部に出力するとともに、分周器72に出力する。
The
分周器72は、VCO70からのクロック信号CLKを1/n倍に逓倍し、逓倍後のクロック信号CLKを周波数位相比較器60にフィードバックさせる。
The
ロック検出回路(LD1)66は、周波数位相比較器60が出力する誤差パルス信号(UP信号、DOWN信号)をモニタし、誤差パルス信号に基づいて、出力クロック信号CLKが所望の周波数にロックされているか否かを検出する。ロック検出回路66は、出力クロック信号CLKが所望の周波数にロックされていないと判断されたときには、Lレベルのロック信号FLOCKを生成してLVDS送信部110に出力する。
The lock detection circuit (LD1) 66 monitors the error pulse signal (UP signal, DOWN signal) output from the
そして、出力クロック信号CLKが所望の周波数になったことを検出すると、ロック検出回路66は、ロック信号FLOCKをLレベルからHレベルに立上げる。ロック検出回路66は、このロック信号FLOCKをLTモード終了フラグとして、LVDS送信部110に出力する。LVDS送信部110は、LTモード終了フラグを受けると、データ伝送システムを通常動作モードに切替える。
When detecting that the output clock signal CLK has reached a desired frequency, the
2.通常動作モード
通常動作モードの実行時、LVDS送信部110は、基準クロック信号CLKrに代えて、実際のビデオデータをエンコードして生成されたデータ信号DATAをLVDS受信部300に送信する。
2. Normal Operation Mode When the normal operation mode is executed, the
ここで、データ信号DATAは、基準クロック信号CLKrのように「0」と「1」とが交互に繰返されるクロックパターンでななく、連続した「0」、または連続した「1」を含み得る。そのため、上述した周波数ループ58ではPLL回路のロックが外れてしまう可能性がある。 Here, the data signal DATA is not a clock pattern in which “0” and “1” are alternately repeated like the reference clock signal CLKr, but may include continuous “0” or continuous “1”. Therefore, the PLL circuit may be unlocked in the frequency loop 58 described above.
本実施の形態3に係るCDR回路50Bは、入力されるデータ信号DATAの信号レベルが変化する変化点、たとえばデータ信号DATAがLレベルからHレベルへの立上りエッジを検出するエッジ検出回路(ED)90を含む。エッジ検出回路90は、データ信号DATAの立上りエッジを検出すると、周波数位相比較器60をイネーブルとするためのエッジ検出信号を生成して、周波数位相比較器60に入力する。
The CDR circuit 50B according to the third embodiment includes a change point at which the signal level of the input data signal DATA changes, for example, an edge detection circuit (ED) that detects a rising edge of the data signal DATA from the L level to the H level. 90 is included. When the rising edge of the data signal DATA is detected, the edge detection circuit 90 generates an edge detection signal for enabling the
図8は、図7のCDR回路50Bの動作例を示したタイミングチャートである。
図8を参照して、LTモードでは、「0」と「1」とが交互に繰返される基準クロック信号CLKrと、分周器72で分周されたクロック信号CLKとの周波数が比較され、該周波数差に応じてVCO70が制御されることにより、VCO70の出力クロック信号CLKを通常動作周波数にロックさせることができる。
FIG. 8 is a timing chart showing an operation example of the CDR circuit 50B of FIG.
Referring to FIG. 8, in the LT mode, the reference clock signal CLKr in which “0” and “1” are alternately repeated and the frequency of the clock signal CLK divided by the
一方、通常動作モードでは、図8に示すようなランダムなデータ信号DATAが周波数位相比較器60に入力される。エッジ検出回路90は、データ信号DATAの立上り(図中のタイミングt11,t12)を検出すると、Hレベルに活性化されたエッジ検出信号を周波数位相比較器60に出力する。
On the other hand, in the normal operation mode, a random data signal DATA as shown in FIG. 8 is input to the
周波数位相比較器60は、エッジ検出信号がHレベルとなったときにイネーブルとなり、データ信号DATAと、分周器72で分周されたクロック信号CLKとの位相を比較し、これらの信号の位相差に応じたデューティの誤差パルス信号(UP信号、DOWN信号)を出力する。
The
なお、本実施の形態3に係るデータ伝送システムにおいても、上記の実施の形態1,2に係るデータ伝送システムと同様に、インタフェースに8B10Bエンコードシステムを採用しているため、6データに1回は必ずデータの遷移が保証されている。そのため、位相ロックが外れ続けるということはなく、定期的に位相ロックがかかる。よって、入力データ信号DATAとクロック信号CLKとの位相関係を保つことができる。また、データ信号DATAの立上りをトリガとしてPLL回路が動作するため、データ信号DATAが「1」または「0」が連続する信号であっても、位相ロックが外れるのを防止することができる。 Note that, in the data transmission system according to the third embodiment, as in the data transmission systems according to the first and second embodiments, the 8B10B encoding system is used for the interface. Data transition is always guaranteed. Therefore, the phase lock does not continue to be released, and the phase lock is periodically applied. Therefore, the phase relationship between the input data signal DATA and the clock signal CLK can be maintained. Further, since the PLL circuit operates with the rising edge of the data signal DATA as a trigger, it is possible to prevent the phase lock from being released even if the data signal DATA is a signal in which “1” or “0” continues.
周波数検出回路(FD2)86は、VCO70の発振周波数が所望の周波数であるか否かを検出する。周波数検出回路86は、検出したクロック信号CLKの周波数が所望の周波数から外れていると判断されたときに、LVDS送信部110にその判断結果を送信する。これにより、通常動作モードからLTモードに切替えられる。
The frequency detection circuit (FD2) 86 detects whether or not the oscillation frequency of the
3.解像度変更
先の実施の形態1で述べたのと同様に、ユーザー設定によってビデオデータの解像度が変更されたことにより、ビデオデータの伝送レートが変更された場合には、LVDS送信部110は、データ送信を一時的に停止するとともに、通常動作モードからLTモードに戻す。
3. As described in the first embodiment, when the video data transmission rate is changed by changing the resolution of the video data according to the user setting, the
あるいは、CDR回路50Bにおいて、LVDS送信部110からのデータ送信が停止したことを、周波数検出回路84により検出してCDR回路をリセットする構成としてもよい。あるいは、ビデオデータの解像度が変更されたときには、LTモードに戻さずに、通常動作モードを保ったままでデータ信号DATAをポーリングすることにより、データ信号DATAの周波数の変化を検出するとともに、VCO70の発振周波数を、変化後のデータ信号DATAの周波数に設定することによって、クロック信号CLKの周波数をビデオデータの解像度変更に追従することができる。
Alternatively, the CDR circuit 50B may be configured to detect that the data transmission from the
以上に述べたように、この発明の実施の形態3に係るCDR回路によれば、シリアル伝送されたデータを周波数ループに入力し、かつ、データの立上りを検出したときに周波数位相比較器をイネーブルにしてデータとクロックとの位相比較を行なうことにより、位相同期を保つことができる。また、入力データの周波数を検出することで、入力データの周波数に応じてVCOのレンジを自動的に最適な周波数レンジに調整することができる。これにより、クロックとデータとのタイミングスキューの制約をなくすとともに、周波数可変範囲を広くとることができる。この結果、高速伝送で必要な差動ペア数を減らすことができるため、周辺部品の数を低減して小型化および低コスト化を実現できる。また、クロックラインを排除することができるため、EMIを低減することができる。 As described above, according to the CDR circuit of the third embodiment of the present invention, serially transmitted data is input to the frequency loop, and the frequency phase comparator is enabled when the rising edge of the data is detected. Thus, phase synchronization can be maintained by comparing the phase of the data and the clock. Further, by detecting the frequency of the input data, the VCO range can be automatically adjusted to the optimum frequency range according to the frequency of the input data. As a result, the restriction on the timing skew between the clock and data can be eliminated and the frequency variable range can be widened. As a result, the number of differential pairs required for high-speed transmission can be reduced, so that the number of peripheral components can be reduced to achieve downsizing and cost reduction. In addition, since the clock line can be eliminated, EMI can be reduced.
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
10 画像処理装置、20 LVDSインタフェース、30 タイミングコントローラチップ、40 フラットパネルディスプレイ、50,50A,50B CDR回路、52,58 周波数ループ、54,56 位相ループ、60 周波数位相比較器、62,76,92 チャージポンプ回路、64 セレクタ、66,78 ロック検出回路、68,94,680,682 ループフィルタ、72,80,82 分周器、74 位相比較器、84,86 周波数検出回路、90 エッジ検出回路、108 DTVエンジン、110〜116,310 LVDS送信部、300〜306,400 LVDS受信部、308 タイミングコントローラ、402 液晶パネル、700,800 制御回路、701,703,801,803 電流源、702 インバータ回路。 10 image processing apparatus, 20 LVDS interface, 30 timing controller chip, 40 flat panel display, 50, 50A, 50B CDR circuit, 52, 58 frequency loop, 54, 56 phase loop, 60 frequency phase comparator, 62, 76, 92 Charge pump circuit, 64 selector, 66, 78 lock detection circuit, 68, 94, 680, 682 loop filter, 72, 80, 82 frequency divider, 74 phase comparator, 84, 86 frequency detection circuit, 90 edge detection circuit, 108 DTV Engine, 110-116, 310 LVDS Transmitter, 300-306,400 LVDS Receiver, 308 Timing Controller, 402 Liquid Crystal Panel, 700,800 Control Circuit, 701, 703, 801, 803 Current Source, 702 In Over-capacitor circuit.
Claims (4)
前記クロックデータリカバリ回路は、所定の基準クロック信号を用いて前記クロック信号を所望の周波数にロックさせるための第1のモードと、前記クロック信号のロック状態において前記クロック信号を前記データ信号に位相同期させるための第2のモードとを有し、
入力された制御電圧に応じて発振動作が制御され、前記クロック信号を生成して出力する電圧制御発振回路と、
入力された信号を平滑化して前記制御電圧を生成し前記電圧制御発振回路に出力する平滑回路と、
前記第1のモードの実行中において、前記基準クロック信号と前記クロック信号との周波数比較を行ない、該比較結果に応じた信号を生成して前記平滑回路に出力する周波数比較回路部と、
前記第2のモードの実行中において、前記データ信号と前記クロック信号との位相比較を行ない、該比較結果に応じた信号を生成して前記平滑回路に出力する位相比較回路部と、
前記第1のモードの実行中において、前記基準クロック信号の周波数をカウントし、該カウント値に応じて前記電圧制御発振回路に設定する周波数レンジを調整する周波数検出回路とを備える、クロックデータリカバリ回路。 A clock data recovery circuit that generates and outputs a clock signal for extracting data from a serially transmitted data signal,
The clock data recovery circuit uses a predetermined reference clock signal to lock the clock signal to a desired frequency, and the clock signal is phase-synchronized with the data signal in the locked state of the clock signal. A second mode for
An oscillation operation is controlled according to an input control voltage, and a voltage controlled oscillation circuit that generates and outputs the clock signal;
A smoothing circuit that smoothes an input signal to generate the control voltage and outputs the control voltage to the voltage controlled oscillation circuit;
A frequency comparison circuit unit that performs frequency comparison between the reference clock signal and the clock signal during execution of the first mode, generates a signal according to the comparison result, and outputs the signal to the smoothing circuit;
A phase comparison circuit unit that performs phase comparison between the data signal and the clock signal during execution of the second mode, generates a signal according to the comparison result, and outputs the signal to the smoothing circuit;
A clock data recovery circuit comprising: a frequency detection circuit that counts a frequency of the reference clock signal and adjusts a frequency range set in the voltage-controlled oscillation circuit according to the count value during execution of the first mode; .
前記クロックデータリカバリ回路は、所定の基準クロック信号を用いて前記クロック信号を所望の周波数にロックさせるための第1のモードと、前記クロック信号のロック状態において前記クロック信号を前記データ信号に位相同期させるための第2のモードとを有し、
入力された第1の制御電圧に応じて発振動作が制御され、前記クロック信号を生成して出力する電圧制御発振回路と、
入力された信号を平滑化して前記第1の制御電圧を生成し前記電圧制御発振回路に出力する第1の平滑回路と、
入力された第2の制御電圧に応じて遅延時間が制御され、前記クロック信号を遅延させる遅延回路と、
入力された信号を平滑化して前記第2の制御電圧を生成し前記遅延回路に出力する第2の平滑回路と、
前記第1のモードの実行中において、前記基準クロック信号と前記クロック信号との周波数比較を行ない、該比較結果に応じた信号を生成して前記第1の平滑回路に出力する周波数比較回路部と、
前記第2のモードの実行中において、前記データ信号と前記クロック信号との位相比較を行ない、該比較結果に応じた信号を生成して前記第2の平滑回路に出力する位相比較回路部と、
前記第1のモードの実行中において、前記基準クロック信号の周波数をカウントし、該カウント値に応じて前記電圧制御発振回路に設定する周波数レンジを調整する周波数検出回路とを備える、クロックデータリカバリ回路。 A clock data recovery circuit that generates and outputs a clock signal for extracting data from a serially transmitted data signal,
The clock data recovery circuit uses a predetermined reference clock signal to lock the clock signal to a desired frequency, and the clock signal is phase-synchronized with the data signal in the locked state of the clock signal. A second mode for
An oscillation operation controlled according to the input first control voltage, and a voltage controlled oscillation circuit that generates and outputs the clock signal;
A first smoothing circuit that smoothes an input signal to generate the first control voltage and outputs the first control voltage to the voltage controlled oscillation circuit;
A delay circuit whose delay time is controlled in accordance with the input second control voltage and delays the clock signal;
A second smoothing circuit that smoothes an input signal to generate the second control voltage and outputs the second control voltage to the delay circuit;
A frequency comparison circuit unit that performs frequency comparison between the reference clock signal and the clock signal during the execution of the first mode, generates a signal according to the comparison result, and outputs the signal to the first smoothing circuit; ,
A phase comparison circuit unit that performs phase comparison between the data signal and the clock signal during execution of the second mode, generates a signal according to the comparison result, and outputs the signal to the second smoothing circuit;
A clock data recovery circuit comprising: a frequency detection circuit that counts a frequency of the reference clock signal and adjusts a frequency range set in the voltage-controlled oscillation circuit according to the count value during execution of the first mode; .
前記クロックデータリカバリ回路は、所定の基準クロック信号を用いて前記クロック信号を所望の周波数にロックさせるための第1のモードと、前記クロック信号のロック状態において前記クロック信号を前記データ信号に位相同期させるための第2のモードとを有し、
入力された制御電圧に応じて発振動作が制御され、前記クロック信号を生成して出力する電圧制御発振回路と、
入力された信号を平滑化して前記制御電圧を生成し前記電圧制御発振回路に出力する平滑回路と、
前記第1のモードの実行中において、前記基準クロック信号と前記クロック信号との周波数比較を行ない、該比較結果に応じた信号を生成して前記平滑回路に出力する周波数位相比較回路部と、
前記第1のモードの実行中において、前記基準クロック信号の周波数をカウントし、該カウント値に応じて前記電圧制御発振回路に設定する周波数レンジを調整する周波数検出回路と、
前記第2のモードの実行中において、前記データ信号が所定の信号レベルへ変化したことを検出するエッジ検出回路とを備え、
前記周波数位相比較回路部は、前記第2のモードの実行中において、前記データ信号が前記所定の信号レベルへ変化したときに、前記データ信号と前記クロック信号との位相比較を行ない、該比較結果に応じた信号を生成して前記平滑回路に出力する、クロックデータリカバリ回路。 A clock data recovery circuit that generates and outputs a clock signal for extracting data from a serially transmitted data signal,
The clock data recovery circuit uses a predetermined reference clock signal to lock the clock signal to a desired frequency, and the clock signal is phase-synchronized with the data signal in the locked state of the clock signal. A second mode for
An oscillation operation is controlled according to an input control voltage, and a voltage controlled oscillation circuit that generates and outputs the clock signal;
A smoothing circuit that smoothes an input signal to generate the control voltage and outputs the control voltage to the voltage controlled oscillation circuit;
A frequency phase comparison circuit unit that performs a frequency comparison between the reference clock signal and the clock signal during the execution of the first mode, generates a signal according to the comparison result, and outputs the signal to the smoothing circuit;
A frequency detection circuit that counts the frequency of the reference clock signal during the execution of the first mode and adjusts a frequency range set in the voltage controlled oscillation circuit according to the count value;
An edge detection circuit for detecting that the data signal has changed to a predetermined signal level during execution of the second mode;
The frequency phase comparison circuit unit performs phase comparison between the data signal and the clock signal when the data signal changes to the predetermined signal level during execution of the second mode, and the comparison result A clock data recovery circuit that generates a signal according to the output and outputs the signal to the smoothing circuit.
前記周波数検出回路は、前記カウント値に応じて前記複数の特性から選択した一の特性となるように前記周波数レンジを調整する、請求項1から3のいずれか1項に記載のクロックデータリカバリ回路。 The voltage controlled oscillation circuit has a plurality of characteristics set such that oscillation frequencies generated by the same control voltage are different from each other,
4. The clock data recovery circuit according to claim 1, wherein the frequency detection circuit adjusts the frequency range so as to have one characteristic selected from the plurality of characteristics according to the count value. 5. .
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