JP2017229014A - 判定帰還型等化回路及び半導体集積回路 - Google Patents

判定帰還型等化回路及び半導体集積回路 Download PDF

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Abstract

【課題】高いデータレートでの通信を可能にする判定帰還型等化回路を提供する。
【解決手段】差動出力としてリセット期間には同じ値を出力し、評価期間には得られている判定結果に応じて補正した差動の入力信号に係る判定動作を行って判定結果を出力する比較器と、評価期間における比較器の出力を保持するラッチ回路と、ラッチ回路の論理閾値を制御する調整回路とを有し、調整回路は、ラッチ回路の論理閾値をリセット期間における比較器の出力に近づけるように制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、判定帰還型等化回路及び半導体集積回路に関する。
近年、サーバーやコンピュータ等の情報処理システムを構成するCPU等の部品の性能が向上しており、特にバンド幅が大きく向上している。情報処理システム全体の総バンド幅の向上のためには、CPU等の部品間のデータ通信を行う通信回路の高速化が必要となる。高速なデータ通信を行う通信回路では、通信路において発生するデータ信号の劣化を補償する等化回路(イコライザ)が用いられる。
等化回路の一つに、判定帰還型等化回路(DFE:Decision Feedback Equalizer)がある(例えば、非特許文献1参照)。判定帰還型等化回路は、図16に一例を示すように、加算器1601、比較器1602、及びフィードバックフィルタ1603を有する。判定帰還型等化回路は、比較器1602の判定結果に応じて、通信回路において発生しうる符号間干渉(ISI:Inter Symbol Interference)の大きさの分だけ、比較器1602の判定閾値を変化させる。
判定帰還型等化回路は、比較器1602が入力信号を判定する度に、比較器1602の判定結果(dk)と外部から設定された係数W1、…、Wn-1、Wnによる重み付き和をフィードバックフィルタ1603が求め、求めた重み付き和を比較器1602のオフセット電圧として受信信号ykに加算器1601が加算する。そして、加算器1601の出力zkを入力信号として比較器1602が判定を行い、判定結果を受信データ信号として出力する。このようにして、判定帰還型等化回路は、比較器の判定閾値符号間干渉の分だけ変化させるため、符号間干渉によるデータ信号の劣化を補償することが可能となる。
ここで、判定帰還型等化回路に用いる比較器は、消費電力の観点からリセット動作を行うリセット期間と判定動作(比較動作)を行う評価期間とを持つ比較器を使用するのが一般的である。判定帰還型等化回路に用いる比較器がリセット動作を行う場合、複数の比較器を並列したタイムインターリーブ構成とするが、比較器のリセット動作によりその比較器が出力する判定結果が消失してしまう。そこで、リセット動作により比較器の判定結果が消失して判定動作中の比較器に過去の判定結果が反映されなくなることを防ぐために、比較器の後段に判定結果を保持するラッチ回路を付加する技術が提案されている(例えば、非特許文献2参照)。
しかしながら、判定帰還型等化回路において、比較器の後段にラッチ回路を付加すると、判定結果を帰還する経路の遅延時間が増加してしまう。また、判定帰還型等化回路においては、比較器が出力する判定結果を1UI(ユニットインターバル)の時間内に帰還させる必要があるが、通信におけるデータレートが高くなると1UIの時間が短くなる。その結果、判定帰還型等化回路が、より高いデータレートに対応することが困難となる。1つの側面では、本発明の目的は、高いデータレートでの通信を可能にする判定帰還型等化回路を提供することにある。
判定帰還型等化回路の一態様は、差動出力としてリセット期間には同じ値を出力し、評価期間には得られている判定結果に応じて補正した差動の入力信号に係る判定動作を行って判定結果を出力する比較器と、評価期間における比較器の出力を保持するラッチ回路と、ラッチ回路の論理閾値を制御する調整回路とを有する。調整回路は、ラッチ回路の論理閾値を、リセット期間における比較器の出力に近づけるように制御する。
発明の一態様においては、ラッチ回路の論理閾値がリセット期間における比較器の出力に近づくように制御することでラッチ回路における遅延時間を短縮でき、判定結果を帰還する経路の遅延時間を短縮し高いデータレートでの通信が可能となる。
第1の実施形態における判定帰還型等化回路の構成例を示す図である。 第1の実施形態における比較器の構成例を示す図である。 第1の実施形態におけるラッチ回路の第1の構成例を示す図である。 第1の実施形態におけるラッチ回路の第1の構成例を示す図である。 第1の実施形態におけるラッチ回路の第1の構成例を示す図である。 第1の実施形態におけるラッチ回路の第2の構成例を示す図である。 第1の実施形態におけるラッチ回路の第3の構成例を示す図である。 第1の実施形態におけるラッチ回路の第4の構成例を示す図である。 第1の実施形態におけるラッチ回路の第5の構成例を示す図である。 第1の実施形態におけるラッチ回路の第6の構成例を示す図である。 第1の実施形態におけるラッチ回路の第7の構成例を示す図である。 第2の実施形態における判定帰還型等化回路の構成例を示す図である。 第2の実施形態におけるラッチ回路の構成例を示す図である。 本実施形態における判定帰還型等化回路の構成例を示す図である。 本発明の実施形態における半導体集積回路の構成例を示す図である。 判定帰還型等化回路の例を示す図である。 遅延時間を説明する図である。 ラッチ回路の論理閾値に応じた遅延時間の変化を示す図である。 第1の実施形態におけるラッチ回路の第1の構成例を示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、判定帰還型等化回路において、比較器の後段にラッチ回路を付加した場合の遅延時間について図17を参照して説明する。比較器は、差動入出力構成であるとし、リセット動作を行うリセット期間には比較器の2つの出力信号が同じ値(本例ではローレベルとする)を出力し、判定動作(比較動作)を行う評価期間には入力信号に応じて比較器の2つの出力信号の内の一方がハイレベルになり他方がローレベルになるものとする。また、ラッチ回路は入力信号を反転した結果を出力するものとする。
クロック信号がローレベルである期間は比較器のリセット期間であり、比較器の出力信号1701、1702はともにローレベルである。また、このとき、ラッチ回路は、前の評価期間での比較器の出力を保持しており、ラッチ回路の一方の出力信号1703がローレベルであり、他方の出力信号1704がハイレベルである。クロック信号がローレベルからハイレベルに変化し比較器の評価期間になると、入力信号に応じて比較器の一方の出力信号1701がハイレベルになり、他方の出力信号1702がローレベルになる。このとき、ラッチ回路では、ラッチ回路の一方の出力信号1703が比較器の他方の出力信号1702を受けてハイレベルになり、他方の出力信号1704が比較器の一方の出力信号1701を受けてローレベルになる。
ここで、ラッチ回路には入力信号がハイレベルであるかローレベルであるかを判定するための論理閾値LTHが存在する。評価期間においてラッチ回路の出力信号がハイレベルとなる場合、比較器の出力信号はリセット期間から評価期間に遷移してもローレベルのままである。つまり、比較器の出力信号がラッチ回路の論理閾値に到達するまでの遅延時間が存在しないため、ラッチ回路の出力信号は評価期間になってわずかな時間T11の後に速やかにハイレベルになる。一方、評価期間においてラッチ回路の出力信号がハイレベルとなる場合、ラッチ回路の入力信号、すなわち比較器の出力信号がローレベルからラッチ回路の論理閾値に到達するまでの遅延時間が存在する。その結果、ラッチ回路の出力信号は、ラッチ回路の出力信号がローレベルとなる場合と比較して、評価期間になって長い時間T12の後にハイレベルになる。
ラッチ回路全体の遅延時間は、ラッチ回路の2つの出力信号がともに確定するまでの時間で決まることから、図17に示した例ではラッチ回路の出力信号がハイレベルとなるまでの時間T12がラッチ回路全体の遅延時間を決める主な要因となる。したがって、リセット期間において、ラッチ回路の入力信号、すなわち比較器の出力信号がローレベルである場合、ラッチ回路の論理閾値を低くすることで、比較器の出力信号がラッチ回路の論理閾値に到達するまでの時間を短縮し、ラッチ回路全体の遅延時間を短縮することができる。すなわち、リセット期間におけるラッチ回路の入力信号、すなわち比較器の出力信号の値に近づけるようにラッチ回路の論理閾値を制御することでラッチ回路全体の遅延時間を短縮することができる。
そこで、以下に説明する実施形態では、判定帰還型等化回路において、比較器の後段に付加するラッチ回路の論理閾値を、リセット期間における比較器の出力信号の値に近づけるようにすることで、判定結果を帰還する経路の遅延時間を短縮する。例えば、図18に実線1801で示すように、判定帰還型等化回路のラッチ回路の論理閾値を低くすることで、判定結果を帰還する経路の遅延時間を短縮することができ、高いデータレートでの通信が可能となる。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態における判定帰還型等化回路(DFE:Decision Feedback Equalizer)の構成例を示す図である。図1には、2並列のタイムインターリーブ構成、いわゆるハーフレート構成の判定帰還型等化回路を示しており、加算器11A、11B、比較器12A、12B、ラッチ回路13A、13B、及び論理閾値調整回路14A、14Bを有する。なお、以下の説明において、「信号名X」と記す信号は「信号名」の信号を反転した信号である(他の例についても同様)。
加算器11Aは、ラッチ回路13Bの出力信号OUTB、OUTBXに基づくオフセット電圧を差動の入力信号IN、INXに加算し、その結果を出力信号S1A、S1AXとして出力する。同様に、加算器11Bは、ラッチ回路13Aの出力信号OUTA、OUTAXに基づくオフセット電圧を差動の入力信号IN、INXに加算し、その結果を出力信号S1B、S1BXとして出力する。
比較器12A、12Bは、入力されるクロック信号に同期して動作する差動入出力構成の比較器であり、入力されるクロック信号に応じてリセット期間ではリセット動作を行い、評価期間では判定動作(比較動作)を行う。比較器12A、12Bは、クロック信号CKAがローレベルのときにリセット期間となり、クロック信号CKAがハイレベルのときに評価期間となる。
図1に示す例では、比較器12Aは、クロック信号CKAとして入力されるクロック信号CLKがローレベルであるとき、リセット動作を行い、ともにローレベルの出力信号S2A、S2AXを出力する。また、比較器12Aは、クロック信号CKAとして入力されるクロック信号CLKがハイレベルであるとき、加算器11Aの出力信号S1A、S1AXに係る判定動作(比較動作)を行い、判定結果に応じて一方がハイレベルとなり他方がローレベルとなる出力信号S2A、S2AXを出力する。
同様に、比較器12Bは、クロック信号CKAとして入力されるクロック信号CLKXがローレベルであるとき、リセット動作を行い、ともにローレベルの出力信号S2B、S2BXを出力する。また、比較器12Bは、クロック信号CKAとして入力されるクロック信号CLKXがハイレベルであるとき、加算器11Bの出力信号S1B、S1BXに係る判定動作(比較動作)を行い、判定結果に応じて一方がハイレベルとなり他方がローレベルとなる出力信号S2B、S2BXを出力する。
ラッチ回路13A、13Bは、入力されるクロック信号に同期して動作する。ラッチ回路13A、13Bは、クロック信号CKAがハイレベルである場合、対応する比較器12A、12Bの出力信号を反転して出力し、クロック信号CKAがローレベルである場合、クロック信号CKAがハイレベルからローレベルに遷移したときの比較器12A、12Bの出力信号を保持し反転して出力する。また、ラッチ回路13A、13Bは、制御信号THCとして入力される論理閾値調整回路14A、14Bから出力される制御信号CTLに応じて入力信号がハイレベルであるかローレベルであるかを判定するための論理閾値が制御される。
すなわち、ラッチ回路13A、13Bは、接続される比較器が評価期間のとき、その比較器の出力信号を取り込んで反転し出力する。また、ラッチ回路13A、13Bは、接続される比較器がリセット期間のとき、その比較器の出力信号にかかわらず、前の評価期間に取り込んだ比較器の出力信号を反転し出力する。
図1に示す例では、ラッチ回路13Aは、クロック信号CKAとして入力されるクロック信号CLKがハイレベルであるとき、比較器13Aの出力信号S2A、S2AXを反転し出力信号OUTA、OUTAXとして出力する。また、ラッチ回路13Aは、クロック信号CKAとして入力されるクロック信号CLKがローレベルであるとき、ハイレベルからローレベルに遷移したときの比較器13Aの出力信号S2A、S2AXを反転し出力信号OUTA、OUTAXとして出力する。
同様に、ラッチ回路13Bは、クロック信号CKAとして入力されるクロック信号CLKXがハイレベルであるとき、比較器13Bの出力信号S2B、S2BXを反転し出力信号OUTB、OUTBXとして出力する。また、ラッチ回路13Bは、クロック信号CKAとして入力されるクロック信号CLKXがローレベルであるとき、ハイレベルからローレベルに遷移したときの比較器13Bの出力信号S2B、S2BXを反転し出力信号OUTB、OUTBXとして出力する。
論理閾値調整回路14A、14Bは、対応するラッチ回路13A、13Bに対して、その論理閾値を制御するための制御信号CTLを出力する。論理閾値調整回路14A、14Bが出力する制御信号CTLは、例えば予め論理閾値と遅延時間との関係を求める試験を行い、その結果に応じて所望の遅延時間となるように設定すればよい。
図1に示した判定帰還型等化回路において、クロック信号CLKがハイレベル(クロック信号CLKXがローレベル)であるとき、比較器12Aが評価期間となり、比較器12Bがリセット期間となる。また、クロック信号CLKXがハイレベル(クロック信号CLKがローレベル)であるとき、比較器12Bが評価期間となり、比較器12Aがリセット期間となる。
したがって、図1に示した判定帰還型等化回路では、クロック信号CLKがハイレベル(クロック信号CLKXがローレベル)であるとき、加算器11A、比較器12A、及びラッチ回路13Aにより入力信号IN、INXに係る判定動作(比較動作)を行い、判定結果が出力信号OUTA、OUTAXとして出力される。また、クロック信号CLKがローレベル(クロック信号CLKXがハイレベル)であるとき、加算器11B、比較器12B、及びラッチ回路13Bにより入力信号IN、INXに係る判定動作(比較動作)を行い、判定結果が出力信号OUTB、OUTBXとして出力される。
図2(A)は、第1の実施形態における比較器12の構成例を示す図である。比較器12は、例えば図2(A)に示すようなNチャネルトランジスタM1、M3、M5、M6、M9、M10、M11、及びPチャネルトランジスタM2、M4、M7、M8、M12を有するダブルテールラッチ型の比較器である。
クロック信号CKAがローレベル(クロック信号CKBがハイレベル)であるリセット期間TRSTにおいては、トランジスタM7及びM8がオン状態(導通状態)となり、トランジスタM9及びM12がオフ状態(非導通状態)となる。これにより、ノードNDN、NDPがハイレベルとなり、図2(B)に示すように出力信号OUTP、OUTNがともにローレベルとなる。
また、クロック信号CKAがハイレベル(クロック信号CKBがローレベル)である評価期間TCMPにおいては、トランジスタM9及びM12がオン状態(導通状態)となり、トランジスタM7及びM8がオフ状態(非導通状態)となる。これにより、トランジスタM5、M6に入力される入力信号INP、INNに応じて、ノードNDN、NDPの電位が下がり始め、先に電位が下がりきったノードに対する一方の出力信号がローレベルになり、トランジスタM1〜M4により構成されるラッチ回路によりラッチがかかって他方の出力信号がハイレベルになる。例えば、入力信号INPの電位が入力信号INNの電位より高い場合、図2(B)に示すように出力OUTPがハイレベルとなり、出力信号OUTNがローレベルとなる。
以下、第1の実施形態におけるラッチ回路13の構成について、様々な例を参照して説明する。
・第1の構成例
図3は、第1の実施形態におけるラッチ回路13の第1の構成例を示す図である。図3に示すラッチ回路13は、入力信号SIN(比較器12の出力信号S2に相当)が入力されるインバータ301、入力信号SINX(比較器12の出力信号S2Xに相当)が入力される302、及び保持回路311を有する。
インバータ301は、電源電位に接続された電流源303とスイッチ304を介して接続され、基準電位に接続された電流源305とスイッチ306を介して接続される。スイッチ304、306はクロック信号CKAにより制御され、クロック信号CKAがハイレベルのときにオン状態(閉状態)になり、クロック信号CKAがローレベルのときにオフ状態(開状態)になる。インバータ301は、クロック信号CKAがハイレベルのとき、入力信号SINを反転し出力信号SOUT(ラッチ回路13の出力信号OUTに相当)として出力する。
インバータ302は、電源電位に接続された電流源307とスイッチ308を介して接続され、基準電位に接続された電流源309とスイッチ310を介して接続される。スイッチ308、310はクロック信号CKAにより制御され、クロック信号CKAがハイレベルのときにオン状態(閉状態)になり、クロック信号CKAがローレベルのときにオフ状態(開状態)になる。第2のインバータ302は、クロック信号CKAがハイレベルのとき、入力信号SINXを反転し出力信号SOUTX(ラッチ回路13の出力信号OUTXに相当)として出力する。
保持回路311は、出力信号SOUTの信号線(インバータ301の出力)に入力が接続されるインバータ312、及び出力信号SOUTXの信号線(インバータ302の出力)に入力が接続されるインバータ313を有する。インバータ312の出力がインバータ313の入力に接続されるとともに、インバータ313の出力がインバータ312の入力に接続され、インバータ312、313でラッチを構成している。
インバータ312は、スイッチ314を介して電源電位に接続され、スイッチ315を介して基準電位に接続される。また、インバータ313は、スイッチ316を介して電源電位に接続され、スイッチ317を介して基準電位に接続される。スイッチ314、315、316、317はクロック信号CKBにより制御され、クロック信号CKBがハイレベルのときにオン状態(閉状態)になり、クロック信号CKBがローレベルのときにオフ状態(開状態)になる。したがって、保持回路311は、クロック信号CKBがハイレベルのとき、インバータ312、313により出力信号SOUT、SOUTXを保持して出力する。
図3に示したラッチ回路13は、クロック信号CKAがハイレベルであるとき、入力信号SIN、SINXを反転して出力信号SOUT、SOUTXとして出力する。また、クロック信号CKBがハイレベルであるとき、出力信号SOUT、SOUTXを保持して出力する。ここで、ラッチ回路13には、接続された比較器12のクロック信号CKAと同じクロック信号がクロック信号CKAとして入力され、接続された比較器12のクロック信号CKBと同じクロック信号がクロック信号CKBとして入力される。したがって、ラッチ回路13は、接続された比較器12が評価期間であるときには比較器12の出力信号である入力信号SIN、SINXを反転して出力信号SOUT、SOUTXとして出力する。また、ラッチ回路13は、接続された比較器12がリセット期間であるときには保持している出力信号SOUT、SOUTXを出力する。
また、電流源303、305、307、309は、論理閾値調整回路14が出力する制御信号CTLである制御信号THCに応じて、流す電流量が制御される。このように論理閾値調整回路14からの制御信号THCに応じて電流源303、305、307、309が流す電流量を変更することで時定数を変えることによってインバータ301、302における論理閾値、すなわちラッチ回路13の論理閾値を制御することができる。したがって、論理閾値調整回路14により電流源303、305、307、309が流す電流量を、ラッチ回路13の論理閾値がリセット期間における比較器12の出力信号の値に近づくように制御することでラッチ回路13における遅延時間を短縮でき、判定帰還型等化回路における判定結果を帰還する経路の遅延時間を短縮して高いデータレートでの通信が可能となる。
図3に示したラッチ回路13におけるスイッチ304、306、308、310、314、315、316、317の各々は、例えばトランジスタを用いて構成される。例えば図4に示すようにNチャネルトランジスタとPチャネルトランジスタとからなる相補スイッチを用いても良いし、図5に示すようにスイッチとしてNチャネルトランジスタ又はPチャネルトランジスタの一方からなるスイッチを用いても良い。なお、図4及び図5において、図3に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付している。
また、保持回路311は、前述した構成に限定されるものではなく、例えば図19に示すような構成としてもよい。図19に示す保持回路311は、インバータ1901、1902、及びスイッチ1903、1904を有する。インバータ1901は、入力がインバータ301の出力に接続され、出力が出力信号SOUTXの信号線に接続される。インバータ1902は、入力がインバータ302の出力に接続され、出力が出力信号SOUTの信号線に接続される。
また、インバータ1901の出力とインバータ1902の入力とがクロック信号CKBにより制御されるスイッチ1903を介して接続され、インバータ1902の出力とインバータ1901の入力とがクロック信号CKBにより制御されるスイッチ1904を介して接続される。スイッチ1903、1904は、クロック信号CKBがハイレベルのときにオン状態(閉状態)になり、クロック信号CKBがローレベルのときにオフ状態(開状態)になる。したがって、図19に示す保持回路311は、クロック信号CKBがハイレベルのとき、すなわちラッチ回路13に接続された比較器12がリセット期間であるときには、出力信号SOUT、SOUTXを保持して出力する。なお、図19において、スイッチ1903、1904は、NチャネルトランジスタとPチャネルトランジスタとからなる相補スイッチを一例として示しているが、これに限定されるものではない。
・第2の構成例
図6は、第1の実施形態におけるラッチ回路13の第2の構成例を示す図である。図6において、図3に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図6に示すラッチ回路13において、インバータ301は、電源電位に並列接続された複数のスイッチを有するスイッチ群601とスイッチ304を介して接続され、基準電位に並列接続された複数のスイッチを有するスイッチ群602とスイッチ306を介して接続される。また、インバータ302は、電源電位に並列接続された複数のスイッチを有するスイッチ群603とスイッチ308を介して接続され、基準電位に並列接続された複数のスイッチを有するスイッチ群604とスイッチ310を介して接続される。
スイッチ群601、602、603、604がそれぞれ有する複数のスイッチは、論理閾値調整回路14が出力する制御信号CTLである制御信号THCに応じて、オン/オフ制御される。このように論理閾値調整回路14からの制御信号THCに応じてスイッチ群601、602、603、604においてオン状態にするスイッチ数を変更し抵抗成分を変更することでインバータ301、302における論理閾値、すなわちラッチ回路13の論理閾値を制御することができる。したがって、論理閾値調整回路14によりスイッチ群601、602、603、604においてオン状態にするスイッチ数を変更し、ラッチ回路13の論理閾値がリセット期間における比較器12の出力信号の値に近づくように制御することでラッチ回路13における遅延時間を短縮でき、判定帰還型等化回路における判定結果を帰還する経路の遅延時間を短縮して高いデータレートでの通信が可能となる。
・第3の構成例
図7は、第1の実施形態におけるラッチ回路13の第3の構成例を示す図である。図7において、図3に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図7に示すラッチ回路13において、インバータ301は、スイッチ701を介して電源電位に接続され、スイッチ702を介して基準電位に接続される。また、インバータ302は、スイッチ705を介して電源電位に接続され、スイッチ706を介して基準電位に接続される。スイッチ701、702、705、706は、それぞれ遅延回路703、704、707、708によって遅延されたクロック信号CKAにより制御され、遅延されたクロック信号CKAがハイレベルのときにオン状態(閉状態)になり、クロック信号CKAがローレベルのときにオフ状態(開状態)になる。
遅延回路703、704、707、708における遅延量は、論理閾値調整回路14が出力する制御信号CTLである制御信号THCに応じて制御される。論理閾値調整回路14からの制御信号THCに応じて遅延回路703、704、707、708における遅延量を変更し、電源電位側のスイッチと基準電位側のスイッチとでオン状態にするタイミングを変えることでインバータ301、302における論理閾値、すなわちラッチ回路13の論理閾値を制御することができる。したがって、論理閾値調整回路14により遅延回路703、704、707、708における遅延量を制御し、ラッチ回路13の論理閾値がリセット期間における比較器12の出力信号の値に近づくようにスイッチがオン状態になるタイミングを制御することでラッチ回路13における遅延時間を短縮でき、判定帰還型等化回路における判定結果を帰還する経路の遅延時間を短縮して高いデータレートでの通信が可能となる。
・第4の構成例
図8は、第1の実施形態におけるラッチ回路13の第4の構成例を示す図である。図8において、図3に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図8に示すラッチ回路13において、インバータ301は、スイッチ801を介して電源電位に接続され、スイッチ802を介して基準電位に接続される。また、インバータ302は、スイッチ805を介して電源電位に接続され、スイッチ806を介して基準電位に接続される。スイッチ801、802、805、806は、それぞれローパスフィルタ(LPF)803、804、807、808を介して供給されるクロック信号CKAにより制御され、ハイレベルのときにオン状態(閉状態)になり、ローレベルのときにオフ状態(開状態)になる。
ローパスフィルタ803、804、807、808における時定数は、論理閾値調整回路14が出力する制御信号CTLである制御信号THCに応じて制御される。論理閾値調整回路14からの制御信号THCに応じてローパスフィルタ803、804、807、808における時定数を変更し、電源電位側のスイッチと基準電位側のスイッチとでオン状態にするタイミングを変えることでインバータ301、302における論理閾値、すなわちラッチ回路13の論理閾値を制御することができる。したがって、論理閾値調整回路14によりローパスフィルタ803、804、807、808における時定数を制御し、ラッチ回路13の論理閾値がリセット期間における比較器12の出力信号の値に近づくようにスイッチがオン状態になるタイミングを制御することでラッチ回路13における遅延時間を短縮でき、判定帰還型等化回路における判定結果を帰還する経路の遅延時間を短縮して高いデータレートでの通信が可能となる。
・第5の構成例
図9は、第1の実施形態におけるラッチ回路13の第5の構成例を示す図である。図9において、図3に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図9に示すラッチ回路13において、インバータ301は、スイッチ901を介して電源電位に接続され、スイッチ902を介して基準電位に接続される。また、インバータ302は、スイッチ905を介して電源電位に接続され、スイッチ906を介して基準電位に接続される。スイッチ901、902、905、906は、それぞれデューティ調整回路903、904、907、908によってデューティ比が調整されたクロック信号CKAにより制御され、調整後のクロック信号がハイレベルのときにオン状態(閉状態)になり、ローレベルのときにオフ状態(開状態)になる。
デューティ調整回路903、904、907、908は、論理閾値調整回路14が出力する制御信号CTLである制御信号THCにより制御される。論理閾値調整回路14からの制御信号THCに応じてデューティ調整回路903、904、907、908によりクロック信号CKAのデューティ比を変更し、電源電位側のスイッチと基準電位側のスイッチとでオン状態にするタイミングを変えることでインバータ301、302における論理閾値、すなわちラッチ回路13の論理閾値を制御することができる。したがって、論理閾値調整回路14によりデューティ調整回路903、904、907、908を制御し、ラッチ回路13の論理閾値がリセット期間における比較器12の出力信号の値に近づくようにスイッチがオン状態になるタイミングを制御することでラッチ回路13における遅延時間を短縮でき、判定帰還型等化回路における判定結果を帰還する経路の遅延時間を短縮して高いデータレートでの通信が可能となる。
・第6の構成例
図10は、第1の実施形態におけるラッチ回路13の第6の構成例を示す図である。図10において、図3に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図10に示すラッチ回路13において、インバータ301は、Pチャネルトランジスタ1001を介して電源電位に接続され、Nチャネルトランジスタ1002を介して基準電位に接続される。また、インバータ302は、Pチャネルトランジスタ1007を介して電源電位に接続され、Nチャネルトランジスタ1008を介して基準電位に接続される。
トランジスタ1001のゲートには、DCカット容量1003とバイアス回路1004により電圧レベルが変更されたクロック信号CKAにより制御され、ハイレベルのときにオン状態(導通状態)になり、ローレベルのときにオフ状態(非導通状態)になる。また、トランジスタ1002のゲートには、DCカット容量1005とバイアス回路1006により電圧レベルが変更されたクロック信号CKBにより制御され、ハイレベルのときにオン状態(導通状態)になり、ローレベルのときにオフ状態(非導通状態)になる。
同様に、トランジスタ1007のゲートには、DCカット容量1009とバイアス回路1010により電圧レベルが変更されたクロック信号CKAにより制御され、ハイレベルのときにオン状態(導通状態)になり、ローレベルのときにオフ状態(非導通状態)になる。また、トランジスタ1008のゲートには、DCカット容量1011とバイアス回路1012により電圧レベルが変更されたクロック信号CKBにより制御され、ハイレベルのときにオン状態(導通状態)になり、ローレベルのときにオフ状態(非導通状態)になる。
バイアス回路1004、1006、1010、1012における電圧レベルの変更量は、論理閾値調整回路14が出力する制御信号CTLである制御信号THCに応じて制御される。論理閾値調整回路14からの制御信号THCに応じてトランジスタ1001、1002、1007、1008のゲートに供給するクロック信号の電圧レベルを変更することでインバータ301、302における論理閾値、すなわちラッチ回路13の論理閾値を制御することができる。したがって、論理閾値調整回路14によりバイアス回路1004、1006、1010、1012による電圧レベルの変更量を制御し、ラッチ回路13の論理閾値がリセット期間における比較器12の出力信号の値に近づくように制御することでラッチ回路13における遅延時間を短縮でき、判定帰還型等化回路における判定結果を帰還する経路の遅延時間を短縮して高いデータレートでの通信が可能となる。
・第7の構成例
図11は、第1の実施形態におけるラッチ回路13の第7の構成例を示す図である。図11において、図3に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図11に示すラッチ回路13は、インバータ301が、例えば電流源1101を介して電源電位に接続され、電流源1102を介して基準電位に接続される。インバータ301の出力は、クロック信号CKAにより制御されるNチャネルトランジスタ及びクロック信号CKBにより制御されるPチャネルトランジスタからなる相補スイッチ1105を介して出力信号SOUTの信号線及び保持回路311に接続される。
また、インバータ302は、例えば電流源1103を介して電源電位に接続され、電流源1104を介して基準電位に接続される。インバータ302の出力は、クロック信号CKAにより制御されるNチャネルトランジスタ及びクロック信号CKBにより制御されるPチャネルトランジスタからなる相補スイッチ1106を介して出力信号SOUTXの信号線及び保持回路311に接続される。
なお、ラッチ回路13における論理閾値の制御については、前述した第1〜第6の構成例と同様の方法を適宜適用すれば良い。また、図11においては、Nチャネルトランジスタ及びPチャネルトランジスタからなる相補スイッチを一例として示したが、相補スイッチに変えて、クロック信号CKAにより制御されるNチャネルトランジスタ又はクロック信号CKBにより制御されるPチャネルトランジスタの一方からなるスイッチであっても良い。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図12は、第2の実施形態における判定帰還型等化回路(DFE)の構成例を示す図である。図12において、図1に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図12に示す判定帰還型等化回路は、加算器11A、11B、比較器12A、12B、ラッチ回路1201A、1201B、及び論理閾値調整回路1202A、1202Bを有する。
第2の実施形態におけるラッチ回路1201A、1201Bは、クロック信号とは非同期で動作する。ラッチ回路1201A、1202Bは、例えば図13に示すSRラッチ回路1301である。図13に示すラッチ回路13は、対応する比較器12A、12Bの出力信号SINがセット入力として入力され、対応する比較器12A、12Bの出力信号SINXがリセット入力として入力される。
SRラッチ回路1301は、例えば電流源1302を介して電源電位に接続され、電流源1303を介して基準電位に接続される。なお、ラッチ回路13としてのSRラッチ回路1301の論理閾値の制御については、前述した第1の実施形態における第1〜第6の構成例と同様の方法を適宜適用すれば良い。前述した実施形態と同様にラッチ回路1201A、1201Bの論理閾値がリセット期間における比較器12A、12Bの出力信号の値に近づくように制御することでラッチ回路1201A、1201Bにおける遅延時間を短縮でき、判定帰還型等化回路における判定結果を帰還する経路の遅延時間を短縮して高いデータレートでの通信が可能となる。また、ラッチ回路1201A、1201Bをクロック信号に非同期のラッチ回路とすることで、クロック信号の配線を設ける必要がなく回路規模を縮小することができる。
前述した第1及び第2の実施形態では、ハーフレートの判定帰還型等化回路(DFE)を一例として示したが、これに限定されるものではない。例えば、図14に一例を示すような4並列のタイムインターリーブ構成、いわゆるクォータレートの判定帰還型等化回路(DFE)にも適用可能である。
図14は、本実施形態における判定帰還型等化回路(DFE)の他の構成例を示す図である。図14に示すクォータレートの判定帰還型等化回路は、4並列のタイムインターリーブ構成であり、加算器1401A、1401B、1401C、1401D、比較器1402A、1402B、1402C、1402D、及びラッチ回路1403A、1403B、1403C、1403Dを有する。なお、図14においては、ラッチ回路1403A、1403B、1403C、1403Dの論理閾値を制御するための論理閾値調整回路については図示を省略している。
加算器1401Aは、ラッチ回路1403Dの出力信号OUTD、OUTDXに基づくオフセット電圧を差動の入力信号IN、INXに加算し、その結果を比較器1402Aに出力する。また、加算器1401Bは、ラッチ回路1403Aの出力信号OUTA、OUTAXに基づくオフセット電圧を差動の入力信号IN、INXに加算し、その結果を比較器1402Bに出力する。同様に、加算器1401Cは、ラッチ回路1403Bの出力信号OUTB、OUTBXに基づくオフセット電圧を差動の入力信号IN、INXに加算し、その結果を比較器1402Cに出力し、加算器1401Dは、ラッチ回路1403Cの出力信号OUTC、OUTCXに基づくオフセット電圧を差動の入力信号IN、INXに加算し、その結果を比較器1402Dに出力する。
比較器1402A、1402B、1402C、1402Dは、入力されるクロック信号に同期して動作する差動入出力構成の比較器であり、入力されるクロック信号に応じてリセット期間ではリセット動作を行い、評価期間では判定動作(比較動作)を行う。比較器1402A、1402B、1402C、1402Dの各々は、クロック信号CKAがローレベルのときにリセット期間となり、クロック信号CKAがハイレベルのときに評価期間となる。なお、クロック信号CLK2は、クロック信号CLK1に対して90度の位相差を有する信号である。すなわち、クロック信号CLK1、CLK2、CLK1X、CLK2Xは、90度の位相差を有する4相のクロック信号である。
比較器1402Aは、入力されるクロック信号CLKがローレベルであるとき、リセット動作を行い、ともにローレベルの出力信号S2A、S2AXを出力し、クロック信号CLKがハイレベルであるとき、加算器1401Aの出力信号に係る判定動作(比較動作)を行い、判定結果に応じた出力信号S2A、S2AXを出力する。比較器1402Bは、入力されるクロック信号CLKがローレベルであるとき、リセット動作を行い、ともにローレベルの出力信号S2B、S2BXを出力し、クロック信号CLKがハイレベルであるとき、加算器1401Bの出力信号に係る判定動作(比較動作)を行い、判定結果に応じた出力信号S2B、S2BXを出力する。
同様に、比較器1402Cは、入力されるクロック信号CLKがローレベルであるとき、リセット動作を行い、ともにローレベルの出力信号S2C、S2CXを出力し、クロック信号CLKがハイレベルであるとき、加算器1401Cの出力信号に係る判定動作(比較動作)を行い、判定結果に応じた出力信号S2C、S2CXを出力する。比較器1402Dは、入力されるクロック信号CLKがローレベルであるとき、リセット動作を行い、ともにローレベルの出力信号S2D、S2DXを出力し、クロック信号CLKがハイレベルであるとき、加算器1401Dの出力信号に係る判定動作(比較動作)を行い、判定結果に応じた出力信号S2D、S2DXを出力する。
ラッチ回路1403A、1403B、1403C、1403Dは、入力されるクロック信号に同期して動作する。ラッチ回路1403A、1403B、1403C、1403Dの各々は、クロック信号CKAがハイレベルである場合、対応する比較器1402A、1402B、1402C、1402Dの出力信号を反転して出力し、クロック信号CKAがローレベルである場合、クロック信号CKAがハイレベルからローレベルに遷移したときの比較器1402A、1402B、1402C、1402Dの出力信号を保持し反転して出力する。また、ラッチ回路1403A、1403B、1403C、1403Dは、制御信号THCとして入力される制御信号CTLに応じて入力信号がハイレベルであるかローレベルであるかを判定するための論理閾値が制御される。
このように構成したクォータレートの判定帰還型等化回路においても、前述した第1の実施形態における第1〜第6の構成例と同様にしてラッチ回路1403における論理閾値を制御することで、ラッチ回路13における遅延時間を短縮でき、判定帰還型等化回路における判定結果を帰還する経路の遅延時間を短縮して高いデータレートでの通信が可能となる。また、ハーフレート構成の判定帰還型等化回路と比較してクロック信号の周波数を低くすることが可能となる。
図15は、前述した各実施形態における判定帰還型等化回路(DFE)を含む半導体集積回路の構成例を示す図である。本実施形態における半導体集積回路は、入力シリアル信号RXINをパラレル信号に変換する受信回路1510、及び受信回路1510からのパラレル信号(データ)を受けて処理動作を行うロジック回路等の内部回路1520を有する。
受信回路1510は、差動増幅器1511、判定帰還型等化回路1512、デマルチプレクサ1513、及びクロック再生回路1514を有する。差動増幅器1511は、通信路等を介して伝送された差動の入力シリアル信号RXINを受ける。判定帰還型等化回路1512は、前述した各実施形態における判定帰還型等化回路であり、入力シリアル信号を判定する。デマルチプレクサ1513は、判定帰還型等化回路1512の出力に対してシリアル・パラレル変換を行い出力する。デマルチプレクサ1513から出力されるパラレルのデータ信号は、内部回路1520に出力される。クロック再生回路1514は、判定帰還型等化回路1512から出力された信号に基づいて、判定帰還型等化回路1512に供給するクロック信号の位相を制御する。
なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明の諸態様を付記として以下に示す。
(付記1)
差動出力としてリセット期間には同じ値を出力し、評価期間には得られている判定結果に応じて補正した差動の入力信号に係る判定動作を行って判定結果を出力する比較器と、
前記評価期間における前記比較器の出力を保持するラッチ回路と、
前記ラッチ回路の論理閾値を、前記リセット期間における前記比較器の出力に近づけるように制御する調整回路とを有することを特徴とする判定帰還型等化回路。
(付記2)
前記ラッチ回路は、前記比較器の出力がハイレベルであるかローレベルであるかを判定するインバータを有し、
前記調整回路は、前記インバータに流す電流量を調整し前記ラッチ回路の論理閾値を制御することを特徴とする付記1記載の判定帰還型等化回路。
(付記3)
電源電位と前記インバータとに接続される第1の電流源と、
基準電位と前記インバータとに接続される第2の電流源とを有し、
前記調整回路は、前記第1の電流源及び前記第2の電流源が流す電流量を制御することを特徴とする付記2記載の判定帰還型等化回路。
(付記4)
電源電位と前記インバータとに並列接続される複数のスイッチを有する第1のスイッチ群と、
基準電位と前記インバータとに並列接続される複数のスイッチを有する第2のスイッチ群とを有し、
前記調整回路は、前記第1のスイッチ群及び前記第2のスイッチ群にてオン状態となるスイッチ数を制御することを特徴とする付記2記載の判定帰還型等化回路。
(付記5)
前記電源電位と前記インバータとの間に配される第1のスイッチと、
前記基準電位と前記インバータとの間に配される第2のスイッチとを有し、
前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチは、前記リセット期間にはオフ状態にされ、前記評価期間にはオン状態にされることを特徴とする付記3又は4記載の判定帰還型等化回路。
(付記6)
前記ラッチ回路は、前記比較器の出力がハイレベルであるかローレベルであるかを判定するインバータと、
前記電源電位と前記インバータとの間に配される第1のスイッチと、
前記基準電位と前記インバータとの間に配される第2のスイッチとを有し、
前記調整回路は、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチをオン状態にするタイミングを調整し前記ラッチ回路の論理閾値を制御することを特徴とする付記1記載の判定帰還型等化回路。
(付記7)
前記第1のスイッチをオン状態にする制御信号を遅延させる第1の遅延回路と、
前記第2のスイッチをオン状態にする制御信号を遅延させる第2の遅延回路とを有し、
前記調整回路は、前記第1の遅延回路及び前記第2の遅延回路の遅延量を制御することを特徴とする付記6記載の判定帰還型等化回路。
(付記8)
前記第1の遅延回路及び前記第2の遅延回路は、前記調整回路により時定数が制御されるローパスフィルタであることを特徴とする付記7記載の判定帰還型等化回路。
(付記9)
前記第1のスイッチを制御する信号のデューティ比を変更する第1のデューティ調整回路と、
前記第2のスイッチを制御する信号のデューティ比を変更する第2のデューティ調整回路とを有し、
前記調整回路は、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチを制御する信号のデューティ比を調整し前記ラッチ回路の論理閾値を制御することを特徴とする付記6記載の判定帰還型等化回路。
(付記10)
前記第1のスイッチを制御する信号の電圧レベルを変更する第1のバイアス回路と、
前記第2のスイッチを制御する信号の電圧レベルを変更する第2のバイアス回路とを有し、
前記調整回路は、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチを制御する信号の電圧レベルを調整し前記ラッチ回路の論理閾値を制御することを特徴とする付記6記載の判定帰還型等化回路。
(付記11)
前記ラッチ回路は、前記評価期間における比較器の出力に応じてハイレベル又はローレベルを出力するSRラッチ回路であることを特徴とする付記1記載の判定帰還型等化回路。
(付記12)
前記比較器及び前記ラッチ回路が2並列で配されたハーフレートの判定帰還型等化回路であることを特徴とする付記1〜11の何れか1項に記載の判定帰還型等化回路。
(付記13)
前記比較器及び前記ラッチ回路が4並列で配されたクォータレートの判定帰還型等化回路であることを特徴とする付記1〜11の何れか1項に記載の判定帰還型等化回路。
(付記14)
クロック信号を用いて入力シリアル信号をサンプリングしデータを判定する判定帰還型等化回路と、
前記判定帰還型等化回路の出力信号に対してシリアル・パラレル変換を行いパラレル信号を出力するデマルチプレクサと、
受信した信号をもとに前記クロック信号の位相を制御するクロック再生回路とを有し、
前記判定帰還型等化回路は、
差動出力としてリセット期間には同じ値を出力し、評価期間には得られている判定結果に応じて補正した差動の入力信号に係る判定動作を行って判定結果を出力する比較器と、
前記評価期間における前記比較器の出力を保持するラッチ回路と、
前記ラッチ回路の論理閾値を、前記リセット期間における前記比較器の出力に近づけるように制御する調整回路とを有することを特徴とする半導体集積回路。
(付記15)
前記デマルチプレクサからの前記パラレル信号を受けて処理動作を行う内部回路を有することを特徴とする付記14記載の半導体集積回路。
11、1401 加算器
12、1402 比較器
13、1201、1403 ラッチ回路
14、1202 論理閾値調整回路
301、302 インバータ
311 保持回路
1510 受信回路
1511 差動増幅器
1512 判定帰還型等化回路
1513 デマルチプレクサ
1514 クロック再生回路
1520 内部回路

Claims (11)

  1. 差動出力としてリセット期間には同じ値を出力し、評価期間には得られている判定結果に応じて補正した差動の入力信号に係る判定動作を行って判定結果を出力する比較器と、
    前記評価期間における前記比較器の出力を保持するラッチ回路と、
    前記ラッチ回路の論理閾値を、前記リセット期間における前記比較器の出力に近づけるように制御する調整回路とを有することを特徴とする判定帰還型等化回路。
  2. 前記ラッチ回路は、前記比較器の出力がハイレベルであるかローレベルであるかを判定するインバータを有し、
    前記調整回路は、前記インバータに流す電流量を調整し前記ラッチ回路の論理閾値を制御することを特徴とする請求項1記載の判定帰還型等化回路。
  3. 電源電位と前記インバータとに接続される第1の電流源と、
    基準電位と前記インバータとに接続される第2の電流源とを有し、
    前記調整回路は、前記第1の電流源及び前記第2の電流源が流す電流量を制御することを特徴とする請求項2記載の判定帰還型等化回路。
  4. 電源電位と前記インバータとに並列接続される複数のスイッチを有する第1のスイッチ群と、
    基準電位と前記インバータとに並列接続される複数のスイッチを有する第2のスイッチ群とを有し、
    前記調整回路は、前記第1のスイッチ群及び前記第2のスイッチ群にてオン状態となるスイッチ数を制御することを特徴とする請求項2記載の判定帰還型等化回路。
  5. 前記ラッチ回路は、前記比較器の出力がハイレベルであるかローレベルであるかを判定するインバータと、
    前記電源電位と前記インバータとの間に配される第1のスイッチと、
    前記基準電位と前記インバータとの間に配される第2のスイッチとを有し、
    前記調整回路は、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチをオン状態にするタイミングを調整し前記ラッチ回路の論理閾値を制御することを特徴とする請求項1記載の判定帰還型等化回路。
  6. 前記第1のスイッチをオン状態にする制御信号を遅延させる第1の遅延回路と、
    前記第2のスイッチをオン状態にする制御信号を遅延させる第2の遅延回路とを有し、
    前記調整回路は、前記第1の遅延回路及び前記第2の遅延回路の遅延量を制御することを特徴とする請求項5記載の判定帰還型等化回路。
  7. 前記第1のスイッチを制御する信号のデューティ比を変更する第1のデューティ調整回路と、
    前記第2のスイッチを制御する信号のデューティ比を変更する第2のデューティ調整回路とを有し、
    前記調整回路は、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチを制御する信号のデューティ比を調整し前記ラッチ回路の論理閾値を制御することを特徴とする請求項5記載の判定帰還型等化回路。
  8. 前記第1のスイッチを制御する信号の電圧レベルを変更する第1のバイアス回路と、
    前記第2のスイッチを制御する信号の電圧レベルを変更する第2のバイアス回路とを有し、
    前記調整回路は、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチを制御する信号の電圧レベルを調整し前記ラッチ回路の論理閾値を制御することを特徴とする請求項5記載の判定帰還型等化回路。
  9. 前記ラッチ回路は、前記評価期間における比較器の出力に応じてハイレベル又はローレベルを出力するSRラッチ回路であることを特徴とする請求項1記載の判定帰還型等化回路。
  10. クロック信号を用いて入力シリアル信号をサンプリングしデータを判定する判定帰還型等化回路と、
    前記判定帰還型等化回路の出力信号に対してシリアル・パラレル変換を行いパラレル信号を出力するデマルチプレクサと、
    受信した信号をもとに前記クロック信号の位相を制御するクロック再生回路とを有し、
    前記判定帰還型等化回路は、
    差動出力としてリセット期間には同じ値を出力し、評価期間には得られている判定結果に応じて補正した差動の入力信号に係る判定動作を行って判定結果を出力する比較器と、
    前記評価期間における前記比較器の出力を保持するラッチ回路と、
    前記ラッチ回路の論理閾値を、前記リセット期間における前記比較器の出力に近づけるように制御する調整回路とを有することを特徴とする半導体集積回路。
  11. 前記デマルチプレクサからの前記パラレル信号を受けて処理動作を行う内部回路を有することを特徴とする請求項10記載の半導体集積回路。
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