JP2016039530A - Clock data recovery circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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.
例えば、CDR (Clock Data Recovery)技術は、クロック線を用いることなくデータ線のみで通信する技術であり、例えば車両内で用いることで車両内配線数を削減できる。CDR技術は、幾つかの回路方式があるが、例えば車両用通信においては、下記の2つの特徴を満たす最適な回路方式を選択すると良い。 For example, CDR (Clock Data Recovery) technology is a technology that communicates only with a data line without using a clock line. For example, the number of wirings in the vehicle can be reduced by using it in a vehicle. There are several circuit systems for the CDR technology. For example, in vehicle communication, an optimal circuit system that satisfies the following two characteristics may be selected.
第1に高速ロック可能な通信処理を行うことが望ましい。例えば自動車の電子制御システムでは、ある特殊なイベントが生じたときに一定期間内に処理を終えなければ安全性を確保できないなどの場合がある。 First, it is desirable to perform communication processing capable of high-speed locking. For example, in an electronic control system of an automobile, there is a case where safety cannot be secured unless processing is completed within a certain period when a certain special event occurs.
例えば衝突安全制御システムが挙げられる。このシステムでは、ECU(Electrical Control Unit)が加速度センサにより異常信号を検出したタイミングにおいて、エアバッグ展開処理及びシートベルトの巻取処理を終えるまでの処理を短期に終えなければいけない。したがって、車両通信処理には、レイテンシが少なく高速ロック可能であることが望まれる。 An example is a collision safety control system. In this system, at the timing when the ECU (Electrical Control Unit) detects an abnormal signal by the acceleration sensor, the processing until the airbag deployment processing and the seat belt winding processing are completed must be completed in a short period of time. Therefore, it is desired that the vehicle communication process has low latency and can be locked at high speed.
また第2に安価な内蔵発振器を用いることが望ましい。CDRの回路方式には高価な外部水晶発振器をローカルの基準周波数信号源として使用することを前提としている方式もあるが、例えば車両用通信において部品点数削減のために既存IC(Integrated Circuit)の中にある内蔵発振器を使うことでCDRが動作することが望ましい。 Second, it is desirable to use an inexpensive built-in oscillator. Some CDR circuit systems are based on the premise that an expensive external crystal oscillator is used as a local reference frequency signal source. For example, in an existing IC (Integrated Circuit) to reduce the number of parts in vehicle communication, It is desirable that the CDR operates by using the built-in oscillator in FIG.
ここで問題になるのが、CDRの周波数オフセット耐性である。高価な水晶発振器は周波数誤差が例えば±100ppm程度であるが、車両内蔵の発振器は例えば±5%程度になる。このため、データの送信側と受信側の基準周波数信号源の周波数オフセットが10%程度存在する場合においても、CDR回路が正しく動作しなければならない。このような車両用通信の要件を満たすCDR回路方式として、Gated Oscillator-Based CDRと称される方式がある(例えば非特許文献1参照)。 The problem here is the CDR frequency offset tolerance. An expensive crystal oscillator has a frequency error of, for example, about ± 100 ppm, but an oscillator built in the vehicle has, for example, about ± 5%. For this reason, the CDR circuit must operate correctly even when there is a frequency offset of about 10% between the reference frequency signal source on the data transmission side and the data reception side. As a CDR circuit system that satisfies such requirements for vehicle communication, there is a system called Gated Oscillator-Based CDR (see, for example, Non-Patent Document 1).
本発明の目的は、データの送信側と受信側の基準周波数信号源の周波数オフセットが大きい場合においても、CDR回路の誤動作なしに正常なデータを保持できるようにしたクロックデータリカバリ回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a clock data recovery circuit capable of holding normal data without malfunction of the CDR circuit even when the frequency offset of the reference frequency signal source on the data transmission side and the data reception side is large. It is in.
請求項1記載の発明によれば、偶数相リング発振器は、2個以上の第1遅延回路と第2遅延回路を交互に複数対縦続接続して構成されリング状にフィードバック接続されることにより発振動作し、4相以上のクロック信号を出力する。第1及び第2の遅延回路の入力変化からクロック信号を出力するまでの遅延時間は、ローカルの基準周波数信号源を用いた周波数制御部によって、通信プロトコルで定められているデータ信号の1データ時間の半分となる所定の遅延時間(0.5T)になるよう制御されている。以降、所定の遅延時間(0.5T)の倍の時間を1基本時間Tと呼ぶ。発振部の相数を2n相(n≧2)とした場合、発振周波数fはf=1/n/Tで表され、周波数を制御すれば遅延時間(0.5T)も制御できる。保持部は、偶数相リング発振器の2個以上の第2遅延回路の出力をクロック信号としデータ信号の値を保持する。エッジ検出部は、データ信号が変化したタイミングでエッジ信号を出力する。タイミング制御部は、偶数多相の発振波形から発振部の位相状態を判断し、2個以上の第2遅延回路のうち、エッジ検出部により検出されたエッジの発生タイミングから1基本時間T以内にクロックが出力される、つまり、1基本時間T以上前にクロックを出力した第2遅延回路のみを選択し、クロックが出力されるまでの遅延時間計測開始タイミングをエッジの発生タイミングに同期させる。 According to the first aspect of the present invention, the even-phase ring oscillator is configured by cascading a plurality of pairs of two or more first delay circuits and second delay circuits alternately, and oscillating by feedback connection in a ring shape. Operates and outputs clock signals of 4 phases or more. The delay time from the input change of the first and second delay circuits to the output of the clock signal is one data time of the data signal determined by the communication protocol by the frequency control unit using the local reference frequency signal source. The delay time is controlled to be a predetermined delay time (0.5 T) which is half of the delay time. Hereinafter, a time that is twice a predetermined delay time (0.5T) is referred to as one basic time T. When the number of phases of the oscillating unit is 2n (n ≧ 2), the oscillation frequency f is expressed by f = 1 / n / T, and the delay time (0.5 T) can be controlled by controlling the frequency. The holding unit holds the value of the data signal using the outputs of two or more second delay circuits of the even-phase ring oscillator as clock signals. The edge detection unit outputs an edge signal at a timing when the data signal changes. The timing control unit determines the phase state of the oscillation unit from the even-numbered multiphase oscillation waveform, and within one basic time T from the generation timing of the edge detected by the edge detection unit among the two or more second delay circuits. Only the second delay circuit that outputs the clock, that is, outputs the clock before one basic time T or more is selected, and the delay time measurement start timing until the clock is output is synchronized with the edge generation timing.
すると、このエッジの発生タイミングから所定の遅延時間(0.5T)経過後、発振器から保持部へクロック信号が出力される。これにより保持部は最もデータ信号が安定している1データ時間の中心となるタイミングでクロックが入力されるため正常なデータを受信できる。ただし、データ信号の変化が起こらないデータの連続区間ではエッジ検出できない。よって、その区間、発振器はエッジ検出による同期を取ることができない。 Then, after a predetermined delay time (0.5 T) has elapsed from the generation timing of this edge, a clock signal is output from the oscillator to the holding unit. As a result, the holding unit can receive normal data because the clock is input at the timing of the center of one data time when the data signal is most stable. However, the edge cannot be detected in a continuous section of data where no change in the data signal occurs. Therefore, during that interval, the oscillator cannot be synchronized by edge detection.
データの送信側と受信側の基準周波数信号源に周波数オフセットがある場合、この区間において、保持部へのクロックが1データ時間の中心からずれ始め、そのずれが蓄積される。その後、データが変化した場合、発振部がクロック信号を出力した直後にエッジを検出し、再度、同期したクロックの出力が必要となる場合がある。一般的なGated Oscillator-Based CDRでも、本発明と同様にエッジを検出し、発振部内の遅延回路から出力されるクロックを1データ時間の中心になるよう同期させるが、クロック信号を出力する遅延回路が1個であるため、遅延回路が時間の近い2つのクロックを出力する場合が存在する。この場合、急峻な回路動作が必要となり回路の誤動作につながる。本発明の偶数相リング発振器はリング状に接続された遅延回路の中にクロックを出力する遅延回路を複数持ち、かつ、上記のような急峻な回路動作とならない遅延回路1個を選択し、その遅延回路がクロックを出力するまでの遅延時間計測開始タイミングのみをエッジに同期させることで、回路誤動作を防ぐことを特徴とする。 When there is a frequency offset in the reference frequency signal source on the data transmission side and the data reception side, the clock to the holding unit starts to deviate from the center of one data time in this interval, and the deviation is accumulated. Thereafter, when the data changes, it may be necessary to detect the edge immediately after the oscillation unit outputs the clock signal and output the synchronized clock again. Even in a general gated oscillator-based CDR, an edge is detected in the same manner as in the present invention, and the clock output from the delay circuit in the oscillation unit is synchronized so as to be the center of one data time, but the delay circuit outputs a clock signal. Since there is one, there is a case where the delay circuit outputs two clocks that are close in time. In this case, a steep circuit operation is required, leading to a malfunction of the circuit. The even-phase ring oscillator of the present invention has a plurality of delay circuits that output a clock in a delay circuit connected in a ring shape, and selects one delay circuit that does not cause a steep circuit operation as described above. Only the delay time measurement start timing until the delay circuit outputs a clock is synchronized with the edge to prevent circuit malfunction.
以下、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。各実施形態間で同一又は類似の構成については同一又は類似の符号を付し、要部の説明のみ行い同一部分の説明を必要に応じて省略する。各実施形態のクロックデータリカバリ回路は、例えばマスタおよびスレーブ間の通信処理において、スレーブ側でデータ信号を受信したときに、データ信号のサンプリングタイミングを規定するためのクロック信号を再生するために用いられる。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiments, the same or similar components are denoted by the same or similar reference numerals, only the main parts are described, and the description of the same parts is omitted as necessary. The clock data recovery circuit of each embodiment is used to regenerate a clock signal for defining the sampling timing of the data signal when the data signal is received on the slave side, for example, in communication processing between the master and the slave .
(第1実施形態)
図1〜図7は、第1実施形態を示す。図1に示すように、クロックデータリカバリ(Clock Data Recovery:以下、CDRと略す)回路1は、例えばスレーブ側に構成されるもので、偶数相リング発振器2と、エッジ検出部3と、タイミング制御部としてのリセット信号生成回路4と、ORゲート5と、保持部としてのラッチ回路100と、を備える。このCDR回路1は、ディジタル入力端子(以下、入力端子と略す)1aにマスタの送信部200からデータ信号を入力する。
(First embodiment)
1 to 7 show a first embodiment. As shown in FIG. 1, a clock data recovery (CDR)
エッジ検出部3は、例えばEXORゲート3a及び遅延回路(第3遅延回路相当)3bを用いて図示形態に接続して構成されている。このエッジ検出部3は、マスタの送信部200から入力端子1aに入力されたデータ入力信号DINの値が変化したときのエッジを検出し、通常「L」でありエッジ検出時に一瞬「H」となるエッジ検出信号EDETをリセット信号生成回路4に出力する。リセット信号生成回路4は、エッジ検出信号EDETの発生タイミングに応じて偶数相リング発振器2のクロック出力の位相をリセットするための構成となっている。偶数相リング発振器を構成するNORゲートX1〜X4の入力信号が変化しクロック信号を出力するまでの遅延時間は、制御信号(バイアス信号相当)Tbiasによって可変できる。リセット信号生成回路4は、データのサンプリングクロックを出力するNORゲートX2、X4のうち、エッジ検出信号EDETから1T(1基本時間)以内の位相となるタイミングにおいてクロック出力するNORゲートX2又はX4の遅延時間計測開始タイミングをエッジ検出信号EDETの発生タイミングに同期させる動作を行う回路であり、詳細動作は後述する。
The
他方、周波数制御部6は、例えばPLL回路7と、基準周波数信号源8と、を備える。これらのCDR回路1及び周波数制御部6は例えばIC(Integrated Circuit:図示せず)化されて構成される。基準周波数信号源8は、例えば部品点数の削減のため、IC内に含まれる安価な発振器(例えばCR発振器:図示せず)を用いて構成される。
On the other hand, the
この基準周波数信号源8は、構成素子の誤差分に応じた周波数誤差を含むもので、例えば±5%の周波数誤差を含む。PLL回路7は、偶数相リング発振器2のレプリカとして、偶数相リング発振器2と同一構成の偶数相リング発振器9cと、その周波数を制御する制御信号Tbiasを出力する制御回路9bと、偶数相リング発振器9cの出力を分周する分周器9dと、この分周信号と基準周波数信号との位相を比較する位相比較器9aから構成される。本PLL回路7は、基準周波数信号源8に対し分周後の偶数相リング発振器9cの出力をフェーズロック処理(発振位相を同期制御)する。
The reference
発振位相が定常的に同期されるとは、つまり、発振器11の出力周波数が基準周波数信号源8の基準周波数信号の分周比倍に正確に制御されることを意味する。偶数相リング発振器2の制御信号Tbiasには、偶数相リング発振器9cに接続されている制御回路9bの出力と同じものが接続される。これにより、偶数相リング発振器9cと2の出力の周波数は同一となり、遅延時間(0.5T)を基準周波数信号によって正確に制御できる。
The fact that the oscillation phase is constantly synchronized means that the output frequency of the
一般に遅延回路の遅延時間を直接に計測することは困難であるが、本形態では遅延時間で定まる発振周波数を計測し制御することで遅延時間を制御している。PLL回路7を用いた周波数制御部6は遅延時間(0.5T)制御の一例であり、偶数相リング発振器2の出力を直接計測して動的に調整する構成としてもよいし、最初にトリミング処理を行うことで調整し固定してもよい。
In general, it is difficult to directly measure the delay time of the delay circuit, but in this embodiment, the delay time is controlled by measuring and controlling the oscillation frequency determined by the delay time. The
偶数相リング発振器2は、偶数個(2n個)のNORゲートX1〜X4を用いて構成され、周波数制御部6により周波数制御された状態でクロック出力する。本実施形態では、偶数相リング発振器2が4段構成(n=2)であるものとして説明を行う。これらのNORゲートX1〜X4は、偶数段目のNORゲートX2、X4が第2遅延回路として4入力1出力のゲート回路により構成され、奇数段目のNORゲートX1、X3が第1遅延回路として2入力1出力のゲート回路により構成される。NORゲートX1〜X4は同一構成として、奇数段目のNORゲートX1、X3は4入力のうち不要な2入力を「L」=0Vに固定した構成としている。(後述の図2参照)。
The even-
偶数相リング発振器2は、奇数段目及び偶数段目のNORゲートX1〜X4を交互に複数対縦続接続すると共に当該NORゲートX1〜X4による遅延ゲートをリング状にフィードバック接続して構成される。偶数相リング発振器2を構成するNORゲートX1〜X4は、最出力側を1段目、出力側から2番目を2段目、出力側から3番目を3段目、最入力側を4段目として説明する。1〜4段目のNORゲートX1〜X4からリセット信号生成回路4への各出力をそれぞれ出力信号PH1〜PH4(偶数多相クロック信号相当)とする。
The even-
1段目のNORゲートX1の出力は、出力信号PH1としてリセット信号生成回路4に入力されると共に4段目のNORゲートX4の入力信号として与えられる。この1段目のNORゲートX1の入力には、2段目のNORゲートX2の出力が与えられると共に3段目のNORゲートX3の出力が与えられる。
The output of the first-stage NOR gate X1 is input to the reset
2段目のNORゲートX2の入力には、3段目のNORゲートX3の出力が与えられると共に、4段目のNORゲートX4の出力が与えられ、しかも、NORゲートX2の入力には、リセット信号生成回路4によるリセット信号RS11、RS22も与えられている。この2段目のNORゲートX2の出力は、出力信号PH2としてリセット信号生成回路4に出力されると共にORゲート5に与えられている。
The input of the NOR gate X2 at the second stage is supplied with the output of the NOR gate X3 at the third stage and the output of the NOR gate X4 at the fourth stage, and the input of the NOR gate X2 is reset. Reset signals RS11 and RS22 from the
3段目のNORゲートX3の入力には、4段目のNORゲートX4の出力が与えられると共に1段目のNORゲートX1の出力が与えられている。この3段目のNORゲートX3の出力は、出力信号PH3としてリセット信号生成回路4に出力されている。
The input of the third-stage NOR gate X3 is supplied with the output of the fourth-stage NOR gate X4 and the output of the first-stage NOR gate X1. The output of the third-stage NOR gate X3 is output to the reset
4段目のNORゲートX4の入力には、1段目のNORゲートX1の出力が与えられると共に、2段目のNORゲートX2の出力が与えられ、しかも、リセット信号生成回路4によるリセット信号RS12、RS21も与えられている。この4段目のNORゲートX4の出力は、出力信号PH4としてリセット信号生成回路4に出力されると共にORゲート5に与えられている。2段目のNORゲートX2と4段目のNORゲートX4は、上記リセット信号(RS11、RS12、RS21、RS22)によって、入力信号が変化してからクロック信号を出力するまでの遅延時間の計測開始タイミングをリセット制御する機能を備えている。ORゲート5は、2段目及び4段目のNORゲートX2、X4の出力を入力し、この入力データを論理和し、クロック信号RCLKとして保持部としてのラッチ回路100に出力する。このラッチ回路100は、例えばDフリップフロップにより構成され、クロック信号RCLKのアップエッジ(「L」から「H」への変化)タイミングにおけるデータ入力信号DINの値を保持し、出力DOUTとして出力されることになる。この結果、ラッチ回路100は、ORゲート5の出力についてデータ入力信号DINをサンプリングするクロックとして用いてデータを保持している。
The output of the NOR gate X1 of the first stage and the output of the NOR gate X2 of the second stage are given to the input of the fourth stage NOR gate X4, and the reset signal RS12 by the reset
次にNORゲート(X1、X2、X3、X4)の構成例を図2に示す。この図2に示すように、NORゲートは、ディレイ回路12aとコンパレータ回路12bとを備える。ディレイ回路12aは、電源電圧Vccが供給される電源電圧供給端子13に接続され、制御信号Tbiasにより電流量を調整制御可能な電流源15と、この電流源15の電流供給端子ノードN1とグランドとの間に並列接続された4個のNチャネル型のMOSトランジスタ16〜19と、を備える。各Nチャネル型のMOSトランジスタ16〜19は、入力端子IN1〜IN4の入力信号が「H」になるとコンパレータ回路12bの入力ノードの電圧をグランドレベル(「L」)となる電圧に設定する。
Next, a configuration example of the NOR gates (X1, X2, X3, X4) is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the NOR gate includes a
コンパレータ回路12bは、電流源15の電流供給端子ノードN1の電圧を一定の閾値と比較してデジタルレベルに変換出力するもので、例えば2個のインバータ20を縦続接続して構成されている。この場合、閾値はインバータ20の論理閾値(一般に電源電圧の半分)となる。MOSトランジスタ16〜19はオフ時のドレインソース間容量、ドレインゲート間容量を備えると共にインバータ20は入力寄生容量を備えており、これらの容量に充電する際の時定数に応じて所定の遅延時間(0.5T)の立上り遅れを実現する。
The
また、各MOSトランジスタ16〜19は、各入力端子IN1〜IN4に「H」が与えられてオンした時のオン抵抗が低く設定されており、これによりMOSトランジスタ16〜19の何れかがオンした時の放電時の時定数が、前記容量充電時の時定数よりも低く(例えばほぼ0秒)設定されている。これにより、NORゲート(X1、X2、X3、X4)は、入力信号が変化し「L」から「H」へ立ち上がるクロック信号を出力する場合は所定の遅延時間(0.5T)を有し、出力を「L」から「H」へ立ち上げる次のタイミングまでに「H」となった出力を再度「L」に設定(この遅延時間は例えばほぼ0秒)する機能を有したゲートとして構成されている。図2に示す4入力のNORゲートを、2入力のNORゲートX1、X3として用いるときには、使用しない入力端子を「L」=0Vに予め固定しておけば良い。
Also, each of the
図3はリセット信号生成回路4の構成例を示している。リセット信号生成回路4は、エッジ検出部3のエッジ検出信号EDETをそれぞれ入力する複数個(4個)のANDゲート21〜24を備える。これらのANDゲート21〜24は、1〜4段目のNORゲートX1〜X4の出力信号PH1〜PH4をそれぞれ入力し、これらの論理積演算結果をそれぞれ出力する。
FIG. 3 shows a configuration example of the reset
特に、ANDゲート21は、1段目のNORゲートX1の出力信号PH1とエッジ検出信号EDETの論理積演算結果をリセット信号RS11として出力する。ANDゲート22は、2段目のNORゲートX2の出力信号PH2とエッジ検出信号EDETの論理積演算結果をリセット信号RS22として出力する。ANDゲート23は、3段目のNORゲートX3の出力信号PH3とエッジ検出信号EDETの論理積演算結果をリセット信号RS21として出力する。ANDゲート24は、4段目のNORゲートX4の出力信号PH4とエッジ検出信号EDETの論理積演算結果をリセット信号RS12として出力する。
In particular, the AND
前記した構成の作用について図4〜図87をも参照しながら説明する。まず図4を参照して、各NORゲートX1〜X4の入出力動作を説明する。各NORゲートX1〜X4の動作はほぼ同一なため、代表してNORゲートX2の動作説明を行う。 The operation of the above-described configuration will be described with reference to FIGS. First, an input / output operation of each NOR gate X1 to X4 will be described with reference to FIG. Since the operations of the NOR gates X1 to X4 are almost the same, the operation of the NOR gate X2 will be described as a representative.
NORゲートX2は、全ての入力端子IN1〜IN4が「H」→「L」となった時点から、電流源15が所定速度でノードN1の容量に電流を充電させることで徐々に入力ノードN1の電圧を上昇し、このノードN1の電圧が所定の閾値電圧(インバータ20の論理閾値)に達したタイミングで「H」出力する(図4のタイミングt2)。この充電時間から定まる遅延時間(0.5T)は、電流源15の電流値を定める制御信号Tbiasによって制御できる。また、NORゲートX2は、入力端子IN1〜IN4のうち何れかの入力端子が「L」→「H」になると、このノードN1の容量の充電電圧が放電されしきい値電圧を下回ったタイミングで急速に(ほぼ0秒で)「L」を出力する(図4のタイミングt3)。このように、NORゲートX2は、立上り時と立下り時の時定数が互いに異なり、立上り時の時定数を制御信号Tbiasで制御できる特性を有する。
The NOR gate X2 is configured so that the
NORゲートX4はNORゲートX2と同じ動作を行うものであり、NORゲートX1、X3は、NORゲートX2、X4とは2入力であるか4入力であるかの違いがあるものの未使用の入力を「L」としてMOSスイッチをOFFで固定しているため、これらのNORゲートX1〜X4は同様の動作となる。これらのNORゲートX1〜X4は、制御信号Tbiasにより調整可能な電流源15と、電流源15による充電を切換可能なMOSトランジスタ(スイッチ相当)16〜19とにより構成されている。このため、制御信号Tbiasにより電流源15の定電流量を調整することで電圧の立上り時間を容易に調整できる。
The NOR gate X4 performs the same operation as the NOR gate X2, and the NOR gates X1 and X3 receive unused inputs although there is a difference between the NOR gates X2 and X4 having two inputs or four inputs. Since the MOS switch is fixed to “L” in the OFF state, these NOR gates X1 to X4 operate in the same manner. These NOR gates X1 to X4 are configured by a
次に、図5を参照して、リング発振の基本的動作を説明する。ここで、リセット信号生成回路4のリセット信号RS11、RS12、RS21,RS22の初期値を全て「L」と仮定する。クロック発振動作の定常状態を考慮した場合、各NORゲートX1〜X4の出力信号PH1〜PH4は順次「H」に入れ替わり変化する。例えば、NORゲートX1の出力信号PH1が「H」になったタイミングを考慮する。
Next, the basic operation of ring oscillation will be described with reference to FIG. Here, it is assumed that the initial values of the reset signals RS11, RS12, RS21, and RS22 of the reset
このとき、NORゲートX1の出力信号PH1が「H」に変化したタイミングでNORゲートX3とX4に「H」が入力されるため出力信号PH3とPH4の「L」が確定し、NORゲートX2の入力が全て「L」に確定する(図5のt11)。NORゲートX2はこのタイミングt11から図4に示す充電動作を開始する。そして、所定の遅延時間(0.5T)の経過後にNORゲートX2の出力信号PH2が「L」から「H」に変化する。NORゲートX2の出力信号PH2が「H」に変化したタイミングにおいてNORゲートX1の入力に「H」が入力されるため、NORゲートX1の出力信号PH1は瞬時に「L」に再設定される(図5のt12)。 At this time, since “H” is input to the NOR gates X3 and X4 at the timing when the output signal PH1 of the NOR gate X1 changes to “H”, “L” of the output signals PH3 and PH4 is determined, and the NOR gate X2 All inputs are fixed at “L” (t11 in FIG. 5). The NOR gate X2 starts the charging operation shown in FIG. 4 from this timing t11. Then, after a predetermined delay time (0.5T) has elapsed, the output signal PH2 of the NOR gate X2 changes from “L” to “H”. Since “H” is input to the input of the NOR gate X1 at the timing when the output signal PH2 of the NOR gate X2 changes to “H”, the output signal PH1 of the NOR gate X1 is instantaneously reset to “L” ( T12 in FIG.
他方、NORゲートX2の出力信号PH2が「H」になるタイミングt12では、NORゲートX1とX4に「H」が入力されるため出力信号PH1とPH4の「L」が確定し、NORゲートX3の入力が全て「L」に確定する。NORゲートX3はこのタイミングt12から図4に示す充電動作を開始する。すると、このタイミングt12から所定の遅延時間(0.5T)の経過後にNORゲートX3の出力信号PH3が「L」から「H」に変化する。NORゲートX2の入力に「H」が入力されるため、NORゲートX2の出力信号PH2は瞬時に「L」に再設定される(図5のt13)。 On the other hand, at timing t12 when the output signal PH2 of the NOR gate X2 becomes “H”, “H” is input to the NOR gates X1 and X4, so that “L” of the output signals PH1 and PH4 is determined and the NOR gate X3 All inputs are fixed to “L”. The NOR gate X3 starts the charging operation shown in FIG. 4 from this timing t12. Then, after a lapse of a predetermined delay time (0.5T) from this timing t12, the output signal PH3 of the NOR gate X3 changes from “L” to “H”. Since “H” is input to the input of the NOR gate X2, the output signal PH2 of the NOR gate X2 is instantaneously reset to “L” (t13 in FIG. 5).
NORゲートX3の出力信号PH3が「H」に変化したタイミングでは、NORゲートX1とX2に「H」が入力されるため出力信号PH1とPH2の「L」が確定し、NORゲートX4の入力が全て「L」に確定する。NORゲートX4はこのタイミングt13から図4に示す充電動作を開始する。そして、所定の遅延時間(0.5T)の遅延後にNORゲートX4の出力信号PH4が「L」から「H」に変化する。NORゲートX2の入力に「H」が入力されるため、NORゲートX3の出力信号PH3は瞬時に「L」に再設定される(図5のt14)。 At the timing when the output signal PH3 of the NOR gate X3 changes to “H”, “H” is input to the NOR gates X1 and X2, so that “L” of the output signals PH1 and PH2 is determined, and the input of the NOR gate X4 is All are fixed to “L”. The NOR gate X4 starts the charging operation shown in FIG. 4 from this timing t13. Then, after a delay of a predetermined delay time (0.5T), the output signal PH4 of the NOR gate X4 changes from “L” to “H”. Since “H” is input to the input of the NOR gate X2, the output signal PH3 of the NOR gate X3 is instantaneously reset to “L” (t14 in FIG. 5).
NORゲートX4の出力信号PH4が「H」に変化したタイミングでは、NORゲートX2とX3の入力に「H」が入力されるため出力信号PH2とPH3の「L」が確定し、NORゲートX1の入力が全て「L」に確定する。NORゲートX1はこのタイミングt14から図4に示す充電動作を開始する。そして、所定の遅延時間(0.5T)の経過後にNORゲートX1の出力信号PH1が「L」から「H」に変化する。NORゲートX4の入力に「H」が入力されるため、NORゲートX4の出力信号PH4は瞬時に「L」に再設定される(図5のt15)。このような動作が出力信号PH1〜PH4で繰り返し生じる。このため、「L」から「H」へ変化するクロック信号が所定の遅延時間(0.5T)で遅延しながら各遅延回路X1〜X4を伝播し、かつ、「H」となった後、再度、「L」に設定される4相のクロック信号を得ることができる。これは、偶数相リング発振器2が、クロック信号が各遅延回路を所定の遅延時間で伝播するフィードバックループと、各遅延回路がクロック信号を出力後、その出力をクロック出力前の状態に再設定するフードバックループを有しているためである。偶数相リング発振器2はこの4相リング発振器のうちの偶数相(2相)の出力クロック信号のみをORゲート5に出力する。
At the timing when the output signal PH4 of the NOR gate X4 changes to “H”, “H” is input to the inputs of the NOR gates X2 and X3, so that “L” of the output signals PH2 and PH3 is determined, and the NOR gate X1 All inputs are fixed to “L”. The NOR gate X1 starts the charging operation shown in FIG. 4 from this timing t14. Then, after a predetermined delay time (0.5T) has elapsed, the output signal PH1 of the NOR gate X1 changes from “L” to “H”. Since “H” is input to the input of the NOR gate X4, the output signal PH4 of the NOR gate X4 is instantaneously reset to “L” (t15 in FIG. 5). Such an operation repeatedly occurs with the output signals PH1 to PH4. Therefore, a clock signal changing from “L” to “H” propagates through each delay circuit X1 to X4 while being delayed by a predetermined delay time (0.5T) and becomes “H”. A four-phase clock signal set to “L” can be obtained. This is because the even-
偶数相リング発振器2を構成する遅延NORゲートX1〜X4の遅延時間(0.5T)は制御信号Tbiasによって調整できる。偶数相リング発振器2の発振周波数fはf=1/(0.5T×4)で定まるため、制御信号Tbiasを調整し、周波数fを正確に制御することで遅延時間(0.5T)も正確に制御できる。周波数制御部6は、例えば、偶数相リング発振器2と同一の発振周波数で発振するレプリカの偶数相リング発振器11の発振を、基準周波数信号に対しフェーズロックすることで周波数を正確に制御する。ただし、基準周波数にも誤差が存在するため、偶数相リング発振器2の発振周波数f及び遅延時間(0.5T)には、その誤差が残る。PLL回路7の詳細な動作は一般的なもの(非特許文献1)であり、説明を省略する。
The delay time (0.5T) of the delay NOR gates X1 to X4 constituting the even-
偶数相リング発振器2の基本的動作の説明は以上となる。次に、エッジ検出信号EDETに応じたリセット信号生成回路4によるリセット制御動作の詳細について説明する。エッジ検出信号EDETは、データ入力信号DINが変化したタイミングで短パルス状に生じる信号である。このエッジ検出信号EDETが発生したタイミング付近とエッジから1データ時間後の付近とではデータ値が変化し、この2つのタイミング付近においてデータ入力信号DINの電圧レベルは不安定である。よって、このエッジ検出信号EDETを生じたタイミングから1データ時間の中心となるエッジの発生から所定の遅延時間(0.5T)遅れたタイミングでデータ入力信号DINを保持することが望ましい。
The basic operation of the even-
しかし、比較対象例Xとして後述するように、クロックを出力した直後の遅延ゲート回路に再度クロックを発生させる制御を行うと回路の誤動作につながり、正常なサンプリングクロックを生じさせることが困難となることがある。そこで、本実施形態では、エッジ検出信号EDETのエッジ発生タイミングから1基本時間T以内にクロック信号が出現する出力信号PH2又はPH4の何れか一方のクロック発生タイミングを選択的に調整することで、極力良いタイミングで出力信号PH2又はPH4のサンプリングクロックを発生させるようにしている。 However, as will be described later as Comparative Example X, if control is performed to generate a clock again in the delay gate circuit immediately after outputting the clock, it will lead to malfunction of the circuit and it will be difficult to generate a normal sampling clock. There is. Therefore, in the present embodiment, by selectively adjusting the clock generation timing of either the output signal PH2 or PH4 at which the clock signal appears within one basic time T from the edge generation timing of the edge detection signal EDET, as much as possible. The sampling clock of the output signal PH2 or PH4 is generated with good timing.
図6(a)及び図6(b)には、例えばエッジ検出信号EDETに対し偶数相リング発振器2の発振位相が進んでいる場合の信号変化を概略的に示している。図6(a)に示すように、偶数相リング発振器2が順次クロック信号を出力信号PH1〜PH4として出力していることを想定する(図6(a)のt31)。このとき、データ入力信号DINのレベルが「L」→「H」又は「H」→「L」に切換わり、エッジ検出信号EDETを生じたものと仮定する(図6(a)のt32)。
FIGS. 6A and 6B schematically show signal changes when, for example, the oscillation phase of the even-
図6(a)に示す例では、出力信号PH2とPH4のうちエッジ検出信号EDETの発生後の1基本時間T内において出力信号PH2が「L」から「H」に切換わる(図6(a)中のA参照)。この場合、この切換タイミングから出力信号PH2が0.5T未満の時間で変化している。すると、データ入力信号DINが変化直後にサンプリングされてしまうことになるため、データ入力信号DINを正確にサンプリングできない虞がある。このため、データ入力信号DINのサンプリングタイミングをエッジ検出信号EDETの発生タイミングから所定の遅延時間(0.5T)遅らせることが望ましい(図6(a)のPH2のA部分参照)。 In the example shown in FIG. 6A, the output signal PH2 is switched from “L” to “H” within one basic time T after generation of the edge detection signal EDET among the output signals PH2 and PH4 (FIG. 6A). (See A in)). In this case, the output signal PH2 changes in a time less than 0.5T from this switching timing. Then, since the data input signal DIN is sampled immediately after the change, there is a possibility that the data input signal DIN cannot be sampled accurately. For this reason, it is desirable to delay the sampling timing of the data input signal DIN by a predetermined delay time (0.5 T) from the generation timing of the edge detection signal EDET (see the portion A of PH2 in FIG. 6A).
本実施形態のリセット信号生成回路4は、ANDゲート21〜24がエッジ検出信号EDETと出力信号PH1〜PH4の論理和演算結果を出力している。このため、図6(b)に示すように、リセット信号生成回路4は、エッジ検出信号EDETと出力信号PH1の論理和となるリセット信号RS11に一瞬「H」となる信号を出力する。
In the reset
リセット信号RS11が入力されるNORゲートX2は、出力信号PH1が「L」から「H」に変化したタイミングt33においてノードN1の充電が開始される(前述説明参照)ものの、このタイミングt33から所定の遅延時間(0.5T)以内にエッジ検出信号EDETを生じると、NORゲートX2内のMOSトランジスタ(16〜19の何れか)が一瞬スイッチオンとなり、NORゲートX2の入力容量の充電電圧が再度放電リセットされることになる(図6(b)のタイミングt32参照)。これにより、クロック出力(NORゲートX2出力の「L」から「H」へのアップエッジ変化)までの遅延時間計測開始タイミングをエッジ検出信号EDETに同期させている。 The NOR gate X2 to which the reset signal RS11 is input starts charging the node N1 at the timing t33 when the output signal PH1 changes from “L” to “H” (see the above description). When the edge detection signal EDET is generated within the delay time (0.5T), the MOS transistor (any one of 16 to 19) in the NOR gate X2 is switched on for a moment, and the charging voltage of the input capacitance of the NOR gate X2 is discharged again. It is reset (see timing t32 in FIG. 6B). Thereby, the delay time measurement start timing from the clock output (up edge change from “L” to “H” of the NOR gate X2 output) is synchronized with the edge detection signal EDET.
再度放電リセットされたタイミングt32から所定の遅延時間(0.5T)経過後に、NORゲートX2のノードN1の容量の充電電圧がしきい値に達することになるため、NORゲートX2の出力信号PH2が「H」に変化する。この出力信号PH2はORゲート5を通過してクロック信号RCLKとしてラッチ回路100のクロック端子に入力される。このため、ラッチ回路100は、このタイミングでデータ入力信号DINを保持する。これにより、エッジ検出信号EDETの発生タイミングから所定の遅延時間(0.5T)の経過タイミングでデータ入力信号DINを保持することができ、正確なデータを保持できるようになる。また、エッジ検出信号EDETが発生した瞬間(図6(b)のタイミングt32参照)において、出力信号PH2、PH3、PH4は「L」のため、ANDゲート22、23、24の出力は「L」のままである。よって、NORゲートX1、X3、X4のクロック出力までの遅延時間計測開始タイミングがリセットされることはない。その後、エッジ検出信号EDETの発生が無ければ、前述したように、出力信号PH2が「H」に変化したことにより、出力信号PH3、PH4が所定の遅延時間(0.5T)で順次「H」に変化して発振は継続する。
Since the charging voltage of the capacity of the node N1 of the NOR gate X2 reaches the threshold value after the elapse of a predetermined delay time (0.5T) from the timing t32 when the discharge is reset again, the output signal PH2 of the NOR gate X2 is Changes to “H”. The output signal PH2 passes through the
図7(a)及び図7(b)には、例えばエッジ検出信号EDETに対し偶数相リング発振器2の発振位相が遅れている場合の信号変化を概略的に示している。図7(a)に示すように、偶数相リング発振器2が順次クロック信号をPH1〜PH4として出力していることを想定する(図7(a)のt41参照)。このとき、データ入力信号DINのレベルが「L」→「H」又は「H」→「L」に切換わり、エッジ検出信号EDETを生じたものと仮定する(図7(a)のt42)。
FIGS. 7A and 7B schematically show signal changes when, for example, the oscillation phase of the even-
図7(a)に示す例では、エッジ検出信号EDETの発生後の1基本時間T内において、出力信号PH2が「L」から「H」に切換わっている(図7(a)のA2部分参照)。この場合、このエッジ検出信号EDETの発生タイミングt42から出力信号PH2が0.5Tを超える時間で変化してしまっている。すると、データ入力信号DINのレベルが変化したタイミングから0.5Tを超える時間を経過した後にサンプリングされてしまうことになるため、データ入力信号DINが次のデータに変化を始め、正確にサンプリングできない虞がある。このため、データ入力信号DINのサンプリングタイミングをエッジ検出信号EDETの発生タイミングから0.5Tだけ遅らせる、すなわち、想定されるタイミングよりも速く出力信号PH2を「H」にすることが望ましい(図7(a)のPH2のA2部分参照)。 In the example shown in FIG. 7A, the output signal PH2 is switched from “L” to “H” within one basic time T after the generation of the edge detection signal EDET (part A2 in FIG. 7A). reference). In this case, the output signal PH2 has changed in a time exceeding 0.5T from the generation timing t42 of the edge detection signal EDET. As a result, sampling takes place after a time exceeding 0.5T has elapsed from the timing at which the level of the data input signal DIN has changed, so the data input signal DIN may start to change to the next data and may not be sampled accurately. There is. For this reason, it is desirable to delay the sampling timing of the data input signal DIN by 0.5T from the generation timing of the edge detection signal EDET, that is, to set the output signal PH2 to “H” faster than the expected timing (FIG. 7 ( (Refer to A2 portion of PH2 in a)).
本実施形態のリセット信号生成回路4は、ANDゲート21〜24がエッジ検出信号EDETと出力信号PH1〜PH4の論理和演算結果を出力している。このため、図6(b)に示すように、リセット信号生成回路4は、エッジ検出信号EDETと出力信号PH4の論理和となるリセット信号RS12に一瞬「H」となる信号を出力する。
In the reset
リセット信号RS12が入力されるNORゲートX4は、その入力端子にリセット信号RS12が「H」として与えられるため、その出力を「L」とする(図7(a)のt42)。また、リセット信号RS12が「L」に戻った後もNORゲートX4のノードN1は放電されているため、一定期間(0.5T)出力は「L」のままである。この瞬間の出力信号PH1、PH2、PH3は「L」のため、NORゲートX2の入力が全て「L」で確定し、NORゲートX2はこのタイミングt42から図4に示す充電動作を開始する。このようにして、クロック出力(NORゲートX2の出力の「L」から「H」へのアップエッジ変化)までの遅延時間計測開始タイミングをエッジ信号に同期させている。そして、0.5Tの遅延後にNORゲートX2の出力信号PH2が「L」から「H」に変化する。この場合、想定されるタイミングよりも速く出力信号PH2を「H」にすることができる。また、エッジ検出信号EDETが発生した瞬間(図7(b)のタイミングt42参照)において、出力信号PH1、PH2、PH3は「L」のため、ANDゲート21、22、23の出力は「L」のままである。よって、NORゲートX1、X3、X4のクロック出力までの遅延時間計測開始タイミングがリセットされることはない。その後、エッジ検出信号EDETの発生が無ければ、前述したように、出力信号PH2が「H」に変化したことにより、出力信号PH3、PH4が所定の遅延時間(0.5T)で順次「H」に変化して発振は継続する。
The NOR gate X4, to which the reset signal RS12 is input, has its output terminal set to “L” because the reset signal RS12 is given as “H” (t42 in FIG. 7A). In addition, since the node N1 of the NOR gate X4 is discharged even after the reset signal RS12 returns to “L”, the output remains “L” for a certain period (0.5T). Since the output signals PH1, PH2 and PH3 at this moment are “L”, the inputs of the NOR gate X2 are all determined to be “L”, and the NOR gate X2 starts the charging operation shown in FIG. 4 from this timing t42. In this manner, the delay time measurement start timing from the clock output (up edge change from “L” to “H” of the output of the NOR gate X2) is synchronized with the edge signal. Then, after a delay of 0.5T, the output signal PH2 of the NOR gate X2 changes from “L” to “H”. In this case, the output signal PH2 can be set to “H” faster than expected timing. At the moment when the edge detection signal EDET is generated (see timing t42 in FIG. 7B), the output signals PH1, PH2, and PH3 are “L”, and the outputs of the AND
この出力信号PH2はORゲート5を通過してラッチ回路100のクロック端子に入力されるため、ラッチ回路100は、このタイミングt43においてデータ入力信号DINを保持する。これにより、エッジ検出信号EDETの発生タイミングt42から所定の遅延時間(0.5T)の経過タイミングにおいてデータ入力信号DINを保持することができ、正常なデータを保持できるようになる。
Since the output signal PH2 passes through the
以上、説明したように本実施形態によれば、リセット信号生成回路4はエッジ検出信号EDETの発生タイミングから1基本時間T以内にクロックが出力されるNORゲートX2又はX4を1つ選択しリセットするリセット信号RS11、RS12、RS21、RS22を出力することで、NORゲートX2又はX4の遅延時間計測開始タイミングをエッジ検出信号EDETの発生タイミングt32、t42に同期している。すると、当該エッジの発生タイミングから所定の遅延時間(0.5T)経過後のタイミングにクロック出力信号PH2、PH4を調整制御できるので、データ入力信号DINが変化すれば、エッジを検出しデータ入力信号DINを正常に保持できる。
As described above, according to the present embodiment, the reset
データの送信側と受信側の基準周波数信号源の周波数誤差がある場合、データが連続する区間において、保持部100へのクロックが1データ時間の中心からずれ始め、そのずれが蓄積される。その後、データ変化のエッジを検出した場合、リセット信号生成回路4はエッジ検出のタイミングから、クロック信号を出力するNORゲートX2、X4のうち1基本時間T以内にクロックを出力する、つまり、前回のクロック出力が1基本時間Tより以前であるゲートを選択し、クロック出力までの遅延時間計測開始タイミングを同期させる。これにより、全てのNORゲートX1〜X4のクロック出力が、1基本時間T以内で連続しないため、NORゲートX1〜X4の急峻な回路動作を防ぎ、回路の誤動作を防止できる。回路誤動作の詳細な具体例は比較対象Xとして後述する。
When there is a frequency error between the reference frequency signal source on the data transmission side and the reception side, the clock to the holding
また、エッジ検出部3は、EXORゲート3aと遅延回路3bを用いてデータ信号を入力してデータ入力信号DINが変化することに応じて一瞬「H」となるエッジ信号を出力し、リセット信号生成回路4は、エッジ信号についてANDゲート(論理ゲート)21〜24を通してリセット信号RS11、RS12、RS21を出力するのみであるため、最も単純な回路により構成可能にしつつ、エッジ信号がリセット信号として伝播する伝搬遅延を最小にできる。また、エッジ検出部3、リセット信号生成回路4の各ゲートの遅延によるタイミング信号のずれは、ダミーゲートを用いて調整すれば良い(図示せず)。
Further, the
(第2実施形態)
図8〜図12は第2実施形態を示す。第1実施形態では正論理で動作する場合の例を示したが、第2実施形態では負論理で動作する場合の例を示す。
(Second Embodiment)
8 to 12 show a second embodiment. In the first embodiment, an example in the case of operating with positive logic is shown, but in the second embodiment, an example in the case of operating with negative logic is shown.
図8には図1に対応した構成例を示す。この図8に示す構成が図1と異なるところは、偶数相リング発振器2の構成であり、NORゲートX1〜X4に替えてNANDゲートX11〜X14を設けて偶数相リング発振器32を構成したところである。また、図8に示す構成において、図1に記載した保持部100は、ダウンエッジ(「H」から「L」への変化)で入力をサンプリングするラッチ回路100に変更されている。ここで、偶数相リング発振器32内の各NANDゲートX11〜X14間の結線関係は、偶数相リング発振器2内の各NORゲートX1〜X4間の結線関係と同様である。そこで、NANDゲートX11〜X14の構成説明を行い、その他の構成説明を省略する。
FIG. 8 shows a configuration example corresponding to FIG. The configuration shown in FIG. 8 is different from that shown in FIG. 1 in the configuration of the even-
NANDゲートX11〜X14の構成例を図9に示す。この図9に示すように、NANDゲートX11〜X14は、ディレイ回路40aとコンパレータ回路40bとを備える。
ディレイ回路40aは、入力ノードN2とグランドとの間に接続され、制御信号Tbiasにより電流量を調整制御可能な電流源35と、電源電圧Vccが与えられる電源電圧供給端子13と電流源35の電流源端子ノードN2との間に並列接続された4個のPチャネル型のMOSトランジスタ(スイッチ相当)36〜39と、を備える。
A configuration example of the NAND gates X11 to X14 is shown in FIG. As shown in FIG. 9, NAND gates X11 to X14 include a
The
また、コンパレータ回路40bは電流源35とスイッチ36〜39の共通接続ノードN2の電圧を一定の閾値と比較してデジタルレベルに変換出力するもので、例えば2個のインバータ30を縦続接続して構成されている。この場合、閾値はインバータ30の論理閾値(一般に電源電圧の半分)となる。MOSトランジスタ36〜39はそのオフ時にソースドレイン間容量、ドレインゲート間容量を備えると共に、インバータ30が入力寄生容量を備えており、これらの容量成分に蓄積された電圧から電流源25により電流を引いて放電する際の時定数に応じて所定の遅延時間(0.5T)の立下り遅れを実現する。
The
また、各MOSトランジスタ36〜39は、各入力端子IN11〜IN14に「L」が与えられてオンした時のオン抵抗が低く設定されており、これによりMOSトランジスタ36〜39の何れかがオンしたときの充電時の時定数が、前記容量放電時の時定数よりも低く(例えばほぼ0T)設定されている。これにより、NANDゲート(X11、X12、X13、X14)は、入力信号が変化し「H」から「L」へ立ち下がるクロック信号を出力する場合は所定の遅延時間(0.5T)を有し、出力を「H」から「L」へ立ち下げる次のタイミングまでに「L」となった出力を再度「H」に設定(この遅延時間は例えばほぼ0秒)する機能を有したゲートとして構成されている。図9に示す4入力のNANDゲートを、2入力のNANDゲートX11、X13として用いるときには、使用しない入力端子を「H」(例えば=5V)に予め固定すると良い。
Each of the
図10はリセット信号生成回路4に代わるリセット信号生成回路34の構成例を示している。リセット信号生成回路34がリセット信号生成回路4と異なるところはANDゲート21〜24に代えてORゲート41〜44を用いており、エッジ検出部3の出力をNOTゲート45により反転してORゲート41〜44に入力させているところである。すなわち、リセット信号生成回路34は、エッジ検出部3からNOTゲート45を通じて「H」を通常入力し、エッジ検出部3がエッジを検出したタイミングにおいて一瞬「L」となる信号を、各ORゲート41〜44に入力させる。このとき、各NANDゲートX11〜X14の出力信号PH1〜PH4が「L」となっているときにリセット信号RS11、RS12、RS21、RS22は一瞬「L」として出力される。
FIG. 10 shows a configuration example of a reset
図11にNANDゲートの作用説明を示す。各NANDゲートX11〜X14の動作はほぼ同一なため、代表してNANDゲートX12の動作説明を行う。NANDゲートX12は、全ての入力端子IN11〜IN14が「L」→「H」となった時点(図11のt51)からディレイ回路40aのノードN2の容量の蓄積電圧(Vcc)を電流源35により低下させる。電流源35は、ノードN2の容量の蓄積電圧から電流が放電されることで徐々に電圧を低下させ、このノードN2の入力電圧が所定の閾値電圧(インバータ30の論理閾値)に達したタイミングで「L」出力する(図11のt52)。この充電時間から定まる遅延時間(0.5T)は、電流源35の電流値を定める制御信号Tbiasによって制御できる。また、NANDゲートX12は、入力端子IN11〜IN14のうち何れかの入力端子が「H」→「L」になると、このノードN2の容量が充電されしきい値電圧を上回ったタイミングで急速に(ほぼ0秒で)「H」を出力する(図11のt53)。このように、NANDゲートX12は、立下り時と立上り時の時定数が互いに異なり、立下がり時の時定数を制御信号Tbiasで制御できる特性を有する。
FIG. 11 shows the operation of the NAND gate. Since the operations of the NAND gates X11 to X14 are almost the same, the operation of the NAND gate X12 will be described as a representative. In the NAND gate X12, the accumulated voltage (Vcc) of the capacitance of the node N2 of the
NANDゲートX14はNANDゲートX12と同じ動作を行うものであり、NANDゲートX11、X13は、NANDゲートN12、X14とは2入力であるか4入力であるかの違いがあるものの、未使用の入力を「H」としてMOSスイッチをOFFで固定しているため、これらのNANDゲートX11〜X14は同様の動作を行う。これらのNANDゲートX11〜X14は、制御信号Tbiasにより調整可能な電流源35と、電流源35による放電を切換可能なMOSトランジスタ(スイッチ相当)36〜39とにより構成されている。このため、制御信号Tbiasにより電流源35の定電流量を調整することで電圧の立下がり時間を容易に調整できる。
The NAND gate X14 performs the same operation as the NAND gate X12, and the NAND gates X11 and X13 are different from the NAND gates N12 and X14 in that they have two inputs or four inputs, but unused inputs. Since the MOS switch is fixed to OFF by setting “H” to “H”, these NAND gates X11 to X14 perform the same operation. These NAND gates X11 to X14 are configured by a
次に、図12を参照してリング発振の基本的動作を説明する。ここで、リセット信号生成回路34のリセット信号RS11、RS12、RS21、RS22の初期値を全て「H」と仮定する。発振動作の定常状態を考慮した場合、各NANDゲートX11〜X14の出力信号PH11〜PH14は順次「L」に入れ替わり変化する。例えば、NANDゲートX11の出力信号PH1が「L」になったタイミングを考慮する。
Next, the basic operation of ring oscillation will be described with reference to FIG. Here, it is assumed that the initial values of the reset signals RS11, RS12, RS21, and RS22 of the reset
このとき、NANDゲートX11の出力信号PH1が「L」に変化したタイミングでNANDゲートX13とX14に「L」が入力されるため、出力信号PH3とPH4の「H」が確定し、NANDゲートX12の入力が全て「H」に確定する(図12のt61)。NANDゲートX12はこのタイミングt61から図11に示す放電動作を開始する。そして、所定の遅延時間(0.5T)の経過後にNANDゲートX12の出力信号PH2が「H」から「L」に変化する。NANDゲートX12の出力信号PH2が「L」に変化したタイミングにおいてNANDゲートX11の入力に「L」が入力されるため、NANDゲートX11の出力信号PH11は瞬時に「H」に再設定される(図12のt62)。 At this time, since “L” is input to the NAND gates X13 and X14 at the timing when the output signal PH1 of the NAND gate X11 changes to “L”, “H” of the output signals PH3 and PH4 is determined, and the NAND gate X12 Are all set to “H” (t61 in FIG. 12). The NAND gate X12 starts the discharge operation shown in FIG. 11 from this timing t61. The output signal PH2 of the NAND gate X12 changes from “H” to “L” after a predetermined delay time (0.5T) has elapsed. Since “L” is input to the input of the NAND gate X11 at the timing when the output signal PH2 of the NAND gate X12 changes to “L”, the output signal PH11 of the NAND gate X11 is instantaneously reset to “H” ( T62 in FIG.
他方、NANDゲートX12の出力信号PH2が「L」になるタイミングt62では、NANDゲートX11とX14に「L」が入力されるため出力信号PH1とPH4の「H」が確定し、この変化タイミングでNANDゲートX13の入力が全て「H」に確定する。NANDゲートX13はこのタイミングt62から図11に示す放電動作を開始する。すると、このタイミングt62から所定の遅延時間(0.5T)の経過後にNANDゲートX13の出力信号PH3が「H」から「L」に変化する(図12のt63)。NANDゲートX12に「L」が入力されるため、NANDゲートX12の出力信号PH12が瞬時に「H」に再設定される(図12のt63)。 On the other hand, at the timing t62 when the output signal PH2 of the NAND gate X12 becomes “L”, “L” is input to the NAND gates X11 and X14, so that “H” of the output signals PH1 and PH4 is determined. All inputs of the NAND gate X13 are fixed to “H”. The NAND gate X13 starts the discharging operation shown in FIG. 11 from this timing t62. Then, the output signal PH3 of the NAND gate X13 changes from “H” to “L” after elapse of a predetermined delay time (0.5T) from the timing t62 (t63 in FIG. 12). Since “L” is input to the NAND gate X12, the output signal PH12 of the NAND gate X12 is instantaneously reset to “H” (t63 in FIG. 12).
NANDゲートX13の出力信号PH3が「L」に変化したタイミングでは、NANDゲートX11とX12に「L」が入力されるため出力信号PH1とPH2の「H」が確定し、NANDゲートX14の入力が全て「H」に確定する(図12のt63)。NANDゲートX14はこのタイミングt63から図11に示す放電動作を開始する。そして、0.5Tの遅延後にNANDゲートX14の出力信号PH4が「H」から「L」に変化する。NANDゲートX13の入力に「L」が入力されるため、NANDゲートX13の出力信号PH13は瞬時に「H」に再設定される(図12のt64)。 At the timing when the output signal PH3 of the NAND gate X13 changes to “L”, “L” is input to the NAND gates X11 and X12, so that “H” of the output signals PH1 and PH2 is determined and the input of the NAND gate X14 is All are fixed to “H” (t63 in FIG. 12). The NAND gate X14 starts the discharging operation shown in FIG. 11 from this timing t63. Then, after a delay of 0.5T, the output signal PH4 of the NAND gate X14 changes from “H” to “L”. Since “L” is input to the input of the NAND gate X13, the output signal PH13 of the NAND gate X13 is instantaneously reset to “H” (t64 in FIG. 12).
NANDゲートX14の出力信号PH4が「L」に変化したタイミングでは、NANDゲートN12とX13の入力に「L」が入力されるため出力信号PH2とPH3の「H」が確定し、NANDゲートX11の入力が全て「H」に確定する。NANDゲートX11はこのタイミングt64から図11に示す放電動作を開始する。そして、所定の遅延時間(0.5T)の経過後にNANDゲートX11の出力信号PH11が「H」から「L」に変化する。NANDゲートN14の入力に「L」が入力されるため、NANDゲートX14の出力信号PH14は瞬時に「H」に再設定される(図12のt65)。このような動作が出力信号PH1〜PH4で繰り返し生じる。このため、「H」から「L」へ変化するクロック信号が所定の遅延時間(0.5T)で遅延しながら各遅延回路X11〜X14を伝播し、かつ、「L」となった後、再度、「H」に設定される4相のクロック信号を得ることができる。これは、偶数相リング発振器32が、所定の遅延時間で各遅延回路をクロック信号が伝播するフィードバックループと、各遅延回路がクロック信号を出力後、その出力をクロック出力前の状態に再設定するフィードバックループを有しているためである。
At the timing when the output signal PH4 of the NAND gate X14 changes to "L", "L" is input to the inputs of the NAND gates N12 and X13, so that "H" of the output signals PH2 and PH3 is determined and the NAND gate X11 All inputs are fixed at “H”. The NAND gate X11 starts the discharge operation shown in FIG. 11 from this timing t64. Then, after a predetermined delay time (0.5T) has elapsed, the output signal PH11 of the NAND gate X11 changes from “H” to “L”. Since “L” is input to the input of the NAND gate N14, the output signal PH14 of the NAND gate X14 is instantaneously reset to “H” (t65 in FIG. 12). Such an operation repeatedly occurs with the output signals PH1 to PH4. For this reason, the clock signal changing from “H” to “L” propagates through each delay circuit X11 to X14 while being delayed by a predetermined delay time (0.5T), and after becoming “L”, again. , A four-phase clock signal set to “H” can be obtained. This is because the even-
偶数相リング発振器32を構成する遅延NANDゲートX11〜X14の遅延時間(0.5T)は制御信号Tbiasによって調整できる。偶数相リング発振器32の発振周波数fはf=1/(0.5T×4)で定まるため、制御信号Tbiasを調整し、周波数fを正確に制御することで遅延時間(0.5T)も正確に制御できる。周波数制御部6(PLL回路7)の動作は前述実施形態の説明と同様であるため説明を省略する。偶数相リング発振器32の基本的動作の説明は以上となる。
The delay time (0.5T) of the delay NAND gates X11 to X14 constituting the even-
また、リセット信号生成回路34は、第1実施形態と比較して、ANDをORとして負論理の「L」で遅延時間計測開始タイミングをリセットするリセット信号RS11、RS12、RS21、RS22を出力するようになっているため、前述の第1実施形態と同様に、極力良いタイミングで出力信号PH2又はPH4のサンプリングクロック(本実施形態ではダウンエッジ)を発生させることができる。
Also, the reset
以上説明したように、本実施形態のように負論理であっても同様の作用効果を奏する。
(第3実施形態)
図13〜図15は第3実施形態を示す。この第3実施形態では、前述実施形態における偶数相リング発振器2、32をさらに一般的な形態で示す。図13に示すように、偶数相リング発振器52は、遅延回路X21〜X24が偶数個(4個)縦続接続すると共にリング状にフィードバック接続して構成されている。遅延回路X21〜X24は、入力信号が変化してから、「L」から「H」に変化するクロック信号を出力するまでの遅延時間を制御信号Tbiasにより調整する機能を有する。さらに、クロック信号を出力する次のタイミングまでに「H」となった出力を再度「L」に設定する機能を有する。2段目の遅延回路X21と4段目の遅延回路X24は、リセット信号(RS21、RS22)によって、入力信号が変化してからクロック信号を出力するまでの遅延時間の計測開始タイミングをリセット制御する機能を備えている。
As described above, the same effects can be obtained even with negative logic as in this embodiment.
(Third embodiment)
13 to 15 show a third embodiment. In the third embodiment, the even-
各遅延回路X21〜X24は、それぞれ、前述実施形態に示したNORゲートX1〜X4、NANDゲートX11〜X14、または、他の遅延回路を用いて構成されているものであり、互いに同一構成のものを用いている。第1、第2実施形態に示すような遅延ゲートに限られず、例えば複数の遅延ゲートを組合せて構成しても良い。さらに、出力電圧が「H」となった後、再度「L」にリセットする機能は、第1及び第2実施形態のように遅延回路X21〜X24の出力を各遅延回路の入力にフィードバックすることで実現できる。本実施形態では、遅延回路X22の出力が「L」から「H」へ変化すると遅延回路X21の出力が「L」に設定され、遅延回路X23の出力が「L」から「H」へ変化すると遅延回路X22の出力が「L」に設定され、遅延回路X24の出力が「L」から「H」へ変化すると遅延回路X23の出力が「L」に設定され、遅延回路X21の出力が「L」から「H」へ変化すると遅延回路X24の出力が「L」に設定されるフィードバックが構成されているとして説明する。このフィードバックループは、第1及び第2実施形態で示したように遅延回路の構成毎に実現可能であり、かつ、以降で述べるCDR動作に影響しないため、図13には記載していない。各遅延回路X21〜X24の出力が「H」から「L」に設定されるタイミングは、出力が「L」から「H」に変化する次のタイミングまでで良く限定されない。また、第2実施形態のように、「H」から「L」となるクロック信号を用いて構成しても良い。これらの遅延回路X21〜X24は、それぞれ基準周波数信号源8を用いた周波数制御部6に接続された制御信号Tbiasにより所定の遅延時間(0.5T)だけ電圧の立上りが遅延制御されている。本実施例における周波数制御部6は、ローカルの基準周波数信号源8と偶数相リング発振器52の出力が接続される分周器55と、周波数計測部56と、バイアス信号を出力する制御回路57と、により構成される。リセット信号生成回路54は、エッジ検出信号EDETから偶数相リング発振器52の位相をリセットする機能を有するものであり、遅延回路X22、X24にのみ遅延時間計測開始タイミングをリセット制御可能な機能を付加して構成されている。そして、遅延回路X22およびX24は、その出力がORゲート5を通じてラッチ回路100のクロック入力端子に入力されており、遅延回路X22、X24の出力信号PH22、PH24の「L」から「H」への変化(アップエッジ)信号がデータ入力信号DINの2相のサンプリングクロックとして用いられている。
Each of the delay circuits X21 to X24 is configured by using the NOR gates X1 to X4, NAND gates X11 to X14, or other delay circuits shown in the above-described embodiment, and has the same configuration. Is used. The delay gates are not limited to those shown in the first and second embodiments, and a plurality of delay gates may be combined, for example. Further, the function of resetting to “L” again after the output voltage becomes “H” is to feed back the outputs of the delay circuits X21 to X24 to the inputs of the respective delay circuits as in the first and second embodiments. Can be realized. In this embodiment, when the output of the delay circuit X22 changes from “L” to “H”, the output of the delay circuit X21 is set to “L”, and when the output of the delay circuit X23 changes from “L” to “H”. When the output of the delay circuit X22 is set to “L” and the output of the delay circuit X24 changes from “L” to “H”, the output of the delay circuit X23 is set to “L”, and the output of the delay circuit X21 is set to “L”. In the following description, it is assumed that the feedback circuit is configured so that the output of the delay circuit X24 is set to “L” when it changes from “” to “H”. This feedback loop is not shown in FIG. 13 because it can be realized for each delay circuit configuration as shown in the first and second embodiments and does not affect the CDR operation described below. The timing at which the outputs of the delay circuits X21 to X24 are set from “H” to “L” is not limited to the next timing when the output changes from “L” to “H”. Further, as in the second embodiment, a clock signal that changes from “H” to “L” may be used. In these delay circuits X21 to X24, the rise of the voltage is delay-controlled by a predetermined delay time (0.5T) by a control signal Tbias connected to the
リセット信号生成回路54は、偶数相リング発振器52の自走発振状態において、次回のクロックを出力するタイミングが、エッジ検出信号EDETの発生タイミングから1基本時間T以内の位相関係にある遅延回路X22又はX24のいずれか一方の遅延時間計測開始タイミングを、各相の出力信号PH21〜PH24に基づいて選択的にリセットする。すると、出力信号PH22、PH24のそれぞれの立上りタイミング間の間隔に1基本時間T以上を確保できるようになる。
In the free-running oscillation state of the even-
本実施形態に示す周波数制御部6内の構成について説明する。データ入力信号DINからデータ受信する必要のない時間(例えば、システム起動時など)において、分周器55は偶数相リング発振器52の出力信号を分周し、周波数計測部56が基準周波数信号源8の基準周波数信号を用いて偶数相リング発振器52の発振周波数を計測する。制御回路57は周波数が所定となるように制御信号Tbiasを調整し、偶数相リング発振器52を構成する遅延回路X21〜X24の遅延時間を調整するフィードバックを行う。以上のように周波数制御部6は様々な構成を採用することが可能である。
A configuration in the
本実施形態の作用について、図14〜図16を参照して説明する。送信部200の側の基準周波数源から定まるデータ入力信号DINの1データ時間と、周波数制御部6が制御する遅延回路X21〜X24の遅延時間(0.5T)から定まる1基本時間Tとの間にオフセットが生じていない場合を図14に示す。遅延回路X21〜X24が所定の遅延時間(0.5T)づつ遅延させながらクロック信号をフィードバックし4相発振信号を出力する。前記した、遅延回路の出力をクロック出力前の状態に再設定するフィードバックループの設定から、各出力信号PH1〜PH4の発振波形は0.5T区間だけ「H」となり、その他の区間(1.5T区間)は「L」となる。エッジ検出部3が、データ入力信号DINのエッジを検出すると、リセット信号生成回路54は、このデータ入力信号DINのエッジから1基本時間T以内に「L」から「H」へアップエッジ変化する出力信号PH22又はPH24を現在の発振出力信号PH21〜PH24の位相状態から判断する。
The effect | action of this embodiment is demonstrated with reference to FIGS. Between one data time of the data input signal DIN determined from the reference frequency source on the
リセット信号生成回路54は、例えば出力信号PH22がその対象となる信号となる場合には、遅延時間計測開始タイミングをエッジ検出タイミングと同期させるためのリセット信号RS1を遅延回路X22に出力する(図14のt71、t73)。すると、遅延回路X22は、そのタイミングから所定の遅延時間(0.5T)遅れたタイミングで「L」から「H」となるクロック信号を出力する(図14のt71a、t73a)。
For example, when the output signal PH22 is the target signal, the reset
逆に、リセット信号生成回路54は、例えば出力信号PH4がその対象となる信号となる場合には、遅延時間計測開始タイミングをエッジ検出タイミングと同期させるためのリセット信号RS2を遅延回路X24に出力する(図14のt72、t74)。すると、遅延回路X24は、そのタイミングから所定の遅延時間(0.5T)遅れたタイミングで「L」から「H」となるクロック信号を出力する(図14のt72a、t74a)。このようにして、データ入力信号DINの変化に同期して遅延回路X22又はX24の遅延時間計測開始タイミングを選択的にリセットする。
On the contrary, the reset
送信側の基準周波数源から定まるデータ入力信号DINの1データ時間と、受信側の基準周波数源から定まるローカルの1基本時間Tとの間にオフセットがない場合には、図14のデータ入力信号DINの信号波形にサンプリングタイミングを丸印で示すように、データ入力信号DINに同一状態が3個連続する区間のような場合も含めて、データ入力信号DINの1データ時間の中心を正確にサンプリングできる。 If there is no offset between one data time of the data input signal DIN determined from the reference frequency source on the transmission side and one local basic time T determined from the reference frequency source on the reception side, the data input signal DIN in FIG. As shown by the circle of the sampling timing in the signal waveform of, the center of one data time of the data input signal DIN can be accurately sampled, including the case where the data input signal DIN has three consecutive identical states. .
次に、データ送信側の基準周波数信号源の周波数誤差が−5%、受信側の周波数誤差が+5%の場合、つまり、データ入力信号DINの1データ時間がローカルの1基本時間Tに対して−10%のオフセットを生じている例について図15を用いて説明する。前述と同様に、リセット信号生成回路54は、出力信号PH22がその対象となる信号となる場合には、遅延時間計測開始タイミングをエッジ検出タイミングと同期させるためのリセット信号RS1を遅延回路X22に出力する(図15のt81、t83)。すると、遅延回路X22は、そのタイミングから所定の遅延時間(0.5T)遅れたタイミングで「L」から「H」となるクロック信号を出力する(図15のt81a、t83a)。
Next, when the frequency error of the reference frequency signal source on the data transmission side is -5% and the frequency error on the reception side is + 5%, that is, one data time of the data input signal DIN is one local basic time T. An example in which an offset of −10% is generated will be described with reference to FIG. Similarly to the above, when the output signal PH22 is the target signal, the reset
また、リセット信号生成回路54は、出力信号PH4がその対象となる信号となる場合には、遅延時間計測開始タイミングをエッジ検出タイミングと同期させるためのリセット信号RS2を遅延回路X24に出力する(図15のt82、t84)。すると、遅延回路X24は、そのタイミングから所定の遅延時間(0.5T)だけ遅れたタイミングで「L」から「H」となるクロック信号を出力する(図15のt82a、t84a)。
Further, when the output signal PH4 is the target signal, the reset
データ入力信号DINの1データ時間がローカルの1基本時間Tに対して−10%のオフセットを生じている場合であっても、図15のデータ入力信号DINの信号波形にサンプリングタイミングを丸印で示すように位相補償処理が行われることにより正確なデータを保持できるようになる。上記の効果は、第1〜第2実施形態でも同様に得られる。 Even if one data time of the data input signal DIN is offset by -10% with respect to one local basic time T, the sampling timing is circled in the signal waveform of the data input signal DIN in FIG. As shown, accurate data can be held by performing the phase compensation process. The above effect can be obtained in the first to second embodiments as well.
<比較対象例X(非特許文献1記載の技術)の説明>
例えば、Gated Oscillator-BasedCDR回路51の他の例としては、非特許文献1に記載された図17に示すようなCDR回路61もある。この図17において、図1に示す構成要素と同一構成要素には同一符号を付している。
<Description of Comparative Example X (Technique described in Non-Patent Document 1)>
For example, as another example of the gated oscillator-based CDR circuit 51, there is a
この図4に示すように、CDR回路61は、データ入力信号DINを遅延させるディレイライン62と、データ入力信号DINとディレイライン62の出力信号とをXOR処理しゲートオシレータ64に入力させるXNORゲート63と、XNORゲート63の出力に応じて発振出力するゲートオシレータ64と、を備える。
As shown in FIG. 4, the
このCDR回路61は、ディレイライン62の出力をラッチ回路100のデータ入力端子に出力すると共に、ゲートオシレータ64の出力をラッチ回路100のクロック入力端子CKに出力する。ただし、図1の実施例と異なり、本ラッチ回路はダウンエッジでデータをサンプリングする。
The
ゲートオシレータ64は、PLL回路7によりレプリカバイアスされる。ディレイライン62は、データ入力信号DINを遅延し遅延ディジタル入力信号DDINを生成する。ここでディレイライン62の遅延量は、ローカルの1基本時間Tの半分(0.5T)としている。オシレータ64の周波数fはf=1/TとなるようにPLL回路7によって制御されている。
The
XORゲート63が、データ入力信号DINと遅延ディジタル入力信号DDINの排他的論理和をノードN10に出力すると、ゲートオシレータ64がこの求められたノードN10の出力をゲート入力信号として使用する。ゲートオシレータ64は、XNORゲート63の出力が「L」のときに発振停止し「H」レベルのときに発振出力する。すると、ゲートオシレータ64はノードN10に変化が生じたタイミングで位相合わせ(リタイミング:retiming)が行われることになりクロック信号RCLKを生成できる。
When the
例えば図18は、データ入力信号DINの1データ時間とローカルの1基本時間Tのオフセットが0%のときのクロック信号RCLKを示す。DINの変化によってXNORの出力N10は「H」から「L」へ変化し、0.5T経過後、「L」から「H」へ変化する。RCLKが「H」のとき、N10が「L」に変化すると、N11は「H」となり信号はゲートG11からG14を遅延しながら伝播し、0.5T経過後、RCLKは「H」となる。一方、RCLKが「H」のときN10が「H」に変化すると、N11は「L」となり信号はゲートG11からG14を遅延しながら伝播し、0.5T経過後、RCLKは「L」となる。DINの変化がなくN10が「H」で一定の場合、オシレータ64は自走発振し、RCLKを出力する。以上の動作から、DINの変化に同期した周波数f=1/TのRCLK信号を得る事ができる。ラッチ回路100は、RCLKのダウンエッジタイミングでDDINをサンプリングするため、正確なデータを保持できる。
図19は、オフセットが−10%生じているときのクロック信号RCLKを示す。このとき、CDR回路51は例えば連続ビットを受信したときに当該連続ビットの最終サンプリングエッジを生成することが困難となる問題を生じる。
For example, FIG. 18 shows the clock signal RCLK when the offset of one data time of the data input signal DIN and one local basic time T is 0%. Due to the change in DIN, the output N10 of XNOR changes from “H” to “L”, and changes from “L” to “H” after 0.5T. When N10 changes to “L” when RCLK is “H”, N11 becomes “H” and the signal propagates while delaying the gates G11 to G14, and after 0.5T, RCLK becomes “H”. On the other hand, when N10 changes to “H” when RCLK is “H”, N11 becomes “L” and the signal propagates while delaying the gates G11 to G14, and after 0.5T elapses, RCLK becomes “L”. . When there is no change in DIN and N10 is “H” and constant, the
FIG. 19 shows the clock signal RCLK when the offset is −10%. At this time, for example, when the CDR circuit 51 receives continuous bits, there is a problem that it is difficult to generate a final sampling edge of the continuous bits.
すなわち、図19に示すように、DINの連続ビット区間2.7Tに対して、オシレータ64の自走発振周波数が低く、NANDゲートG11の出力ノードN11の立下りタイミングとXORゲート63の出力ノードN10の立下りタイミングとの間隔が例えば0.075T程度しか確保できない。このとき、ゲートオシレータ64の初段のNANDゲートG11の出力ノードN11では狭いパルスしか生じないため、このパルスはゲートオシレータ64内を伝播する間に消滅してしまう(図19内のC部分参照)。このとき、ラッチ回路100は正確なデータ保持ができなくなる。このため、図17に示す構成では、周波数オフセットの大きい基準周波数信号源(例えばIC内蔵発振器)8を用いた通信に利用することができない。
That is, as shown in FIG. 19, the free-running oscillation frequency of the
これに対し、第3実施形態の構成によれば、図15に示すように、偶数相リング発振器52の遅延回路X22、X24のうち、図19のような急峻な回路動作とならない遅延回路のクロック出力を選択的に同期させるため、偶数相リング発振器52の発振パルス間の間隔を最小でも1.2Tも確保できている。これにより、発振波形の消失による回路誤動作の虞をなくすことができる。
On the other hand, according to the configuration of the third embodiment, as shown in FIG. 15, among the delay circuits X22 and X24 of the even-
また、比較対象例となるディレイライン62は正確な0.5Tを生成することも困難となる。第3実施形態では、偶数相リング発振器52の遅延回路による遅延は、偶数相リング発振器52の発振周波数fを直接計測し所定の周波数になるよう制御するため、0.5Tの遅延を正確に制御できる。
In addition, it becomes difficult for the
(第4実施形態)
図16は第4実施形態を示す。第4実施形態ではラッチ回路を複数設けている形態を示す。第3実施形態において、例えば−10%の周波数オフセットを生じる場合、図15のD部分に示すような短パルスが、出力信号PH2及びPH4の論理和を取得しているために生じている。このような短時間に連続するクロックで動作するラッチ回路は高速動作が必要となる。本実施形態では、より図15のD部分に示すような短パルスを生じさせないため、ラッチ回路100a、100bを出力信号PH2、PH4にそれぞれ対応して設ける。すると、出力信号PH2、PH4に応じたラッチ回路100a、100bで個別にサンプリングすることができ、図15のD部分に示す短パルスを生じなくなり、ラッチ回路に必要な動作速度を緩和できる。
(Fourth embodiment)
FIG. 16 shows a fourth embodiment. The fourth embodiment shows a form in which a plurality of latch circuits are provided. In the third embodiment, for example, when a frequency offset of −10% is generated, a short pulse as shown in a part D of FIG. 15 is generated because the logical sum of the output signals PH2 and PH4 is acquired. Such a latch circuit that operates with a continuous clock for a short time needs to operate at high speed. In this embodiment,
なお、特許請求の範囲に付した括弧付き符号は本願明細書の構成要素に対応する符号を付したものであり、構成要素の一例を挙げたものである。したがって、本願に係る発明は当該特許請求の範囲の構成要素の符号の内容に限られるわけではなく、特許請求の範囲内の用語又はその均等の範囲で様々な拡張が可能である。 In addition, the code | symbol with the parenthesis attached | subjected to the claim attaches | subjects the code | symbol corresponding to the component of this-application specification, and gives an example of the component. Therefore, the invention according to the present application is not limited to the content of the reference numerals of the constituent elements of the claims, and various extensions can be made within the terms of the claims or their equivalents.
図面中、2、32、52は偶数相リング発振器、3はエッジ検出部、3aはEXORゲート、3bは遅延回路(第3遅延回路)、4、34、54はリセット信号生成回路(タイミング制御部)、16〜19はNチャネル型のMOSトランジスタ(スイッチ)、36〜39はPチャネル型のMOSトランジスタ(スイッチ)、100、100a、100bはラッチ回路(保持部)、X1、X3は入力信号が変化してからクロック信号を出力するまでに所定時間の遅延を有するNORゲート(ゲート回路、第1遅延回路)、X2、X4は所定時間の遅延を有し、かつ遅延時間計測開始タイミングを設定可能なNORゲート(ゲート回路、第2遅延回路)、X11、X13は所定時間の遅延を有するNANDゲート(ゲート回路、第1遅延回路)、X12、X14は所定時間の遅延を有し、かつ遅延時間計測開始タイミングを設定可能なNANDゲート(ゲート回路、第2遅延回路)、X21、X23は所定時間の遅延を有する遅延回路(第1遅延回路)、X22、X24は所定時間の遅延を有し、かつ遅延時間計測開始タイミングを設定可能な遅延回路(第2遅延回路)、を示す。 In the drawing, 2, 32 and 52 are even-phase ring oscillators, 3 is an edge detection unit, 3a is an EXOR gate, 3b is a delay circuit (third delay circuit), 4, 34 and 54 are reset signal generation circuits (timing control unit) ), 16 to 19 are N-channel MOS transistors (switches), 36 to 39 are P-channel MOS transistors (switches), 100, 100a and 100b are latch circuits (holding units), and X1 and X3 are input signals. NOR gate (gate circuit, first delay circuit) having a predetermined time delay from the change until the clock signal is output, X2 and X4 have a predetermined time delay, and the delay time measurement start timing can be set NOR gate (gate circuit, second delay circuit), X11, X13 are NAND gates (gate circuit, first delay circuit) having a predetermined time delay, 12, X14 have a delay of a predetermined time and a delay time measurement start timing can be set NAND gate (gate circuit, second delay circuit), X21, X23 are a delay circuit (first delay) having a predetermined time delay Circuit), X22, and X24 indicate a delay circuit (second delay circuit) having a delay of a predetermined time and capable of setting a delay time measurement start timing.
Claims (6)
入力信号の変化から所定時間だけ遅延したクロック信号を出力する偶数個の第1遅延回路(X1、X3、X11、X13、X21、X23)、及び、入力信号の変化から前記所定時間だけ遅延したクロック信号を出力すると共に、クロック信号を出力するまでの前記所定時間の計測開始タイミング(遅延時間計測開始タイミングと称す)を設定可能な偶数個の第2遅延回路(X2、X4、X12、X14、X22、X24)を交互に複数対縦続接続すると共にリング状にフィードバック接続されることにより発振動作し前記第1遅延回路と第2遅延回路の出力を偶数多相クロック信号出力とする偶数相リング発振器(2、32、52)と、
前記偶数相リング発振器の第2遅延回路が出力するクロック信号に応じて前記データ信号の値を保持する保持部(100、100a、100b)と、
前記第2遅延回路の遅延時間計測開始タイミングを制御するタイミング制御部(4、34、54)と、を備え、
前記タイミング制御部(4、34、54)は、前記偶数多相クロック信号から、前記偶数相リング発振器の複数ある第2遅延回路のうち、前記エッジ検出部で検出されたエッジの発生タイミングから前記所定時間の2倍時間以内にクロックが出力される第2遅延回路の1個を判断し、その第2遅延回路のみの遅延時間計測開始タイミングを前記エッジの発生タイミングにすることで、その第2遅延回路のクロック出力を前記エッジの発生タイミングから前記所定時間経過後のタイミングに制御するクロックデータリカバリ回路。 An edge detector (3) that outputs an edge signal at a timing when the value of the data signal changes;
An even number of first delay circuits (X1, X3, X11, X13, X21, X23) that output a clock signal delayed by a predetermined time from the change of the input signal, and a clock delayed by the predetermined time from the change of the input signal An even number of second delay circuits (X2, X4, X12, X14, X22) capable of setting a measurement start timing (referred to as a delay time measurement start timing) until the clock signal is output while outputting a signal. , X24) are alternately connected in cascade with each other and are connected in a feedback manner in a ring shape to oscillate and output the outputs of the first delay circuit and the second delay circuit as even-numbered multiphase clock signal outputs ( 2, 32, 52),
A holding unit (100, 100a, 100b) for holding the value of the data signal according to a clock signal output from the second delay circuit of the even-phase ring oscillator;
A timing control unit (4, 34, 54) for controlling the delay time measurement start timing of the second delay circuit,
The timing control unit (4, 34, 54) is configured to detect the edge generation timing detected by the edge detection unit among the plurality of second delay circuits of the even-phase ring oscillator from the even-numbered multiphase clock signal. By determining one of the second delay circuits whose clock is output within twice the predetermined time, and setting the delay time measurement start timing of only the second delay circuit as the generation timing of the edge, A clock data recovery circuit that controls the clock output of the delay circuit from the edge generation timing to a timing after the predetermined time has elapsed.
前記偶数相リング発振器は、前記クロック信号が前記第1及び第2遅延回路を前記所定時間の遅延で伝播するフィードバックループと、前記第1及び第2遅延回路がクロック出力後、遅延回路の出力を、クロック出力前の状態に再設定するフィードバックループを備えることを特徴とするクロックデータリカバリ回路。 The clock data recovery circuit according to claim 1, wherein
The even-phase ring oscillator includes a feedback loop in which the clock signal propagates through the first and second delay circuits with a delay of the predetermined time, and an output of the delay circuit after the first and second delay circuits output a clock. A clock data recovery circuit comprising a feedback loop for resetting to a state before clock output.
前記偶数相リング発振器は、バイアス信号に基づいて前記第1及び第2遅延回路の前記所定時間を可変可能に構成され、
前記バイアス信号を調整し前記偶数多相リング発振器の発振周波数を制御する周波数制御部(6)を備えることを特徴とするクロックデータリカバリ回路。 The clock data recovery circuit according to claim 2,
The even-phase ring oscillator is configured to be able to vary the predetermined time of the first and second delay circuits based on a bias signal,
A clock data recovery circuit comprising a frequency control unit (6) for adjusting the bias signal and controlling the oscillation frequency of the even-numbered multiphase ring oscillator.
前記第1及び第2の遅延回路は、前記バイアス信号で電流量を可変できる電流源(15、35)と、前記電流源による充電切換又は放電切換を行うスイッチ(16〜19、36〜39)と、を備えることを特徴とするクロックデータリカバリ回路。 The clock data recovery circuit according to claim 3,
The first and second delay circuits include a current source (15, 35) that can vary a current amount by the bias signal, and a switch (16-19, 36-39) that performs charge switching or discharge switching by the current source. And a clock data recovery circuit comprising:
前記ゲート回路は、NORゲート(X1、X2、X3、X4)又はNANDゲート(X11、X12、X13、X14)を用いて構成されていることを特徴とするクロックデータリカバリ回路。 In the clock data recovery circuit according to any one of claims 1 to 4,
The clock data recovery circuit, wherein the gate circuit is configured using NOR gates (X1, X2, X3, X4) or NAND gates (X11, X12, X13, X14).
前記エッジ検出部(3)は、1つのEXORゲート(3a)と第3遅延回路(3b)とを備え、前記EXORゲート及び前記第3遅延回路を用いてデータ信号を入力し当該データ信号が変化することに応じてパルス信号を出力し、
前記タイミング制御部は、前記パルス信号と前記偶数多相クロック信号との論理ゲートを通じて通過して受け付けたタイミングを前記遅延時間計測開始タイミングとして出力することを特徴とするクロックデータリカバリ回路。 In the clock data recovery circuit according to any one of claims 1 to 5,
The edge detection unit (3) includes one EXOR gate (3a) and a third delay circuit (3b). A data signal is input using the EXOR gate and the third delay circuit, and the data signal changes. Output a pulse signal in response to
The clock data recovery circuit, wherein the timing control unit outputs a timing received through a logic gate of the pulse signal and the even multiphase clock signal as the delay time measurement start timing.
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