JP2798125B2 - ディジタル信号同期化回路 - Google Patents

ディジタル信号同期化回路

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JP2798125B2
JP2798125B2 JP8081494A JP8149496A JP2798125B2 JP 2798125 B2 JP2798125 B2 JP 2798125B2 JP 8081494 A JP8081494 A JP 8081494A JP 8149496 A JP8149496 A JP 8149496A JP 2798125 B2 JP2798125 B2 JP 2798125B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル回路に
関し、特に、ディジタル信号を同期化するためのディジ
タル信号同期化回路に関する。
【0002】
【従来の技術】外部のコンポーネントから入力されるデ
ィジタル信号は内部クロックとは同期していないため、
内部クロックでリタイミングする必要がある。外部クロ
ックと内部クロックとの位相差が、コンポーネント間の
ケーブルの長さによる変化も含めて、既知である場合に
は、セットアップ時間とホールド時間のみを考慮し、同
じ周波数のクロックでたたき直せばよいが、外部クロッ
クと内部クロックとの位相差が不明の場合には、さらに
高い周波数のクロックでリタイミングする必要がある。
【0003】従来、シリアルインターフェースで調歩同
期をとるためには、スタートビットの検出に16倍のク
ロックを使用している。したがって20MHz以上の高
速ディジタル信号を扱う場合には、リタイミングするた
めには200〜300MHz程度のクロックが必要とな
る。
【0004】例えば、特開平03−032129号公報
及び特開昭56−007546号公報には、位相情報を
もたない外部信号を内部のクロック信号によりリタイミ
ングする回路が開示されている。前者は、外部信号をパ
ラレル変換し、N分周して、そのN分周回路出力のパル
ス幅を利用して、リタイミングするものである。後者
は、外部信号をパラレル変換し、4分周して、その4分
周回路出力を内部クロックでリタイミングしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コンポ
ーネント間のインターフェース信号が高速になればなる
ほど、ケーブル遅延の影響が大きくなり、ケーブル長あ
るいは素子ディレイ等による位相差の変動が大きくなる
ため、位相差が未知な高速ディジタル信号を同じ周波数
の内部クロックに自動的に同期させるのは困難である。
【0006】また上述した従来の技術においては、N分
周、パラレル変換して、位相同期をとるために、基本的
にカウンタやシフトレジスタを多用する分周回路が必要
とされ、回路規模が大きくなるばかりか、消費電力も増
大するという問題をもつ。
【0007】それ故に本発明の課題は、分周回路を用い
ることなく、周波数は既知だが位相情報のない入力デー
タを内部の同周波数のクロックに同期したデータにする
ディジタル信号同期化回路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば以下に列
挙するディジタル信号同期化回路が得られる。
【0009】1.外部データを内部クロックに位相同期
のとれたデータ信号にするディジタル信号同期化回路に
おいて、前記外部データに周波数及び位相が同期した外
部クロックと前記内部クロックとの位相差を検出する位
相差検出回路と、前記位相差をサンプリングクロックに
応じてサンプリングし位相差情報を生成する位相差サン
プリング回路と、前記位相差情報をもとにセレクタ制御
信号を生成するステート決定回路と、前記外部クロック
と周波数同期がとれかつ位相が1/N周期ずつずれたN
個のクロック信号を入力するためのクロック信号入力端
子と、前記セレクタ制御信号に応じて前記N個のクロッ
ク信号のうちの一つをリタイミングクロックとして選ぶ
セレクタと、前記リタイミングクロックにしたがって前
記外部データをラッチして前記データ信号を生成するラ
ッチ回路とを含むことを特徴とするディジタル信号同期
化回路。
【0010】2.前記リタイミングクロックを前記内部
クロックとして前記位相差検出回路に供給する手段を備
えた1項記載のディジタル信号同期化回路。
【0011】3.前記ステート決定回路及び前記セレク
タは互いに協働して、前記外部クロックと前記内部クロ
ックとの位相のずれが小さくなるまで前記N個のクロッ
ク信号を順次前記リタイミングクロックとして出力する
2項記載のディジタル信号同期化回路。
【0012】4.前記内部クロックに対して位相が同期
し周波数がN/2倍の第1の倍周波数クロックを入力す
るための第1の倍周波数クロック入力端子と、前記内部
クロックに対して位相が同期し周波数がN倍の第2の倍
周波数クロックを入力するための第2の倍周波数クロッ
ク入力端子と、前記第1及び第2の倍周波数クロックに
応じ前記サンプリングクロックを生成するサンプリング
クロック生成回路とを備えた1項記載のディジタル信号
同期化回路。
【0013】5.前記ステート決定回路は前記第1の倍
周波数クロックにしたがいセレクタ制御信号を生成する
ものである1項記載のディジタル信号同期化回路。
【0014】6.前記Nは4である1〜5項のいずれか
に記載のディジタル信号同期化回路。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態に係
るディジタル信号同期化回路の構成を示すブロック図で
ある。このディジタル信号同期化回路、即ち、リタイミ
ング回路は、外部データと、外部データに周波数、位相
の同期がとれた外部クロックと、外部クロックと周波数
同期がとれかつ位相が1/4周期ずつずれた4つのクロ
ック信号と、内部クロックに対して位相が同期し周波数
が2倍の第1の倍周波数クロックと、内部クロックに対
して位相が同期し周波数が4倍の第2の倍周波数クロッ
クとを入力し、内部クロックに位相同期のとれたデータ
信号を得るためのものである。
【0016】外部データは外部データ入力端子1に入力
される。外部クロックは外部クロック入力端子2に入力
される。クロック信号はクロック信号入力端子3〜6に
入力される。第1の倍周波数クロックは第1の倍周波数
クロック入力端子7に入力される。第2の倍周波数クロ
ックは第2の倍周波数クロック入力端子8に入力され
る。データ信号はデータ信号出力端子9に出力される。
【0017】ディジタル信号同期化回路は、外部クロッ
クと内部クロックとの位相差を検出する位相差検出回路
101と、第1及び第2の倍周波数クロックに応じサン
プリングクロックを生成するサンプリングクロック生成
回路102と、位相差をサンプリングクロックに応じて
サンプリングし位相差情報、即ち、ステートPstを生
成する位相差サンプリング回路103と、ステートPs
tをもとにセレクタ制御信号を生成するステート決定回
路104と、セレクタ制御信号に応じて4つのクロック
信号のうちの一つをリタイミングクロックとして選ぶセ
レクタ105と、リタイミングクロックにしたがって外
部データをラッチしてデータ信号を生成するラッチ回路
106とを含んでいる。
【0018】さらにリタイミングクロックは内部クロッ
クとして位相差検出回路101に供給される。ステート
決定回路104及びセレクタ105は後述するように互
いに協働して、外部クロックと内部クロックとの位相の
ずれが小さくなるまで4つのクロック信号を順次リタイ
ミングクロックとして出力する。ステート決定回路10
4は第1の倍周波数クロックにしたがいセレクタ制御信
号を生成するものである。
【0019】位相差検出回路101は、外部クロック
と、最終的に外部データをラッチする際に用いるリタイ
ミングクロックとのXORにより実現している。この位
相差をサンプリングするクロックは、内部クロック(周
期をTとする)の2倍の周波数のクロックを、内部クロ
ックに対してT/8だけ遅らせ、位相差検出回路101
の出力の変化点と衝突しないようにしている。T/8だ
け遅らせるために、内部クロックの4倍の周波数のクロ
ックを使用し、位相差サンプリングクロック生成回路1
02をD−F/Fにより実現している。位相差のサンプ
リングは位相差サンプリング回路103によりD−F/
Fにより実現している。
【0020】位相差サンプリング回路103の出力であ
るステートPstにより、セレクタ105の制御信号が
T/2ごとに得られる。ステート決定回路の状態遷移図
は図3に示す通りで、ステートPstが“0”となり安
定するまで、ステートは遷移する。ステートPstが
“0”となるとは、リタイミングクロックが外部クロッ
クに対して位相のずれが小さくなった場合である。リタ
イミングクロックは、セレクタ105の出力で、T/4
ずつ位相のずれた内部クロックのうちの1信号であるた
め、ステートPstは必ず“0”で安定する。ステート
決定回路104及びセレクタ105は、いずれもゲート
及びF/Fにより実現される。セレクタ105の出力で
あるリタイミングクロックは、外部クロックとの位相差
が小さいため、外部データを安定した領域でラッチする
ことができる。ラッチ回路106はD−F/Fにより実
現される。
【0021】上述したディジタル信号同期化回路はゲー
ト及びF/Fのみのしようにより簡易な構成で実現で
き、ECLでは電力を消費するカウンタやシフトレジス
タを使用せずにすむことから、20〜40MHzの高速
ディジタル信号も適用できる。
【0022】図2は図1で示した回路の動作を示すタイ
ミングチャートである。
【0023】外部データ及び外部データに周波数、位相
の同期のとれた外部クロックがある。この外部クロック
に対し、内部クロックの初期位相が図2の内部クロック
とする。内部クロックは内部クロックをT/4
(Tは内部クロック周期)ずらしたものである。(内部
クロック,もあるが説明の都合上割愛する)、まず
外部クロックと内部クロックが位相差検出回路101
に入力され、XORされた位相差信号を出力する。位相
差信号は位相差サンプリングクロック(内部クロック
に位相同期し、周波数が2倍のクロックをT/8だけ遅
らせたクロック)によりサンプリングされる。この位相
差サンプリングクロックでラッチした結果“1”となっ
た場合には、次の2倍周波数クロックの立上りでステー
トが1つ遷移する。(図3の状態遷移図参照)図2の場
合、内部クロックの時には、位相差サンプリング信号
が“1”となり、ステートが1つ遷移し、内部クロック
に自動的に切り換わる。その後は位相差サンプリング
信号は“0”であり、ステートの遷移は行われない。つ
まり、内部クロックは外部クロックとの位相差が小さ
いため、外部データを内部クロックを用いてラッチで
きる。
【0024】ラッチ回路106から出力されるデータ信
号は、同期をとる際には欠損の可能性があるが、一度リ
タイミングクロックが安定すれば、データ欠損は無くな
る。
【0025】上述したディジタル信号同期化回路による
と、位相差検出回路101とセレクタ105との間でク
ロック信号がフィードバックしているため、位相調整が
自動的に行われる。ステート決定回路104やセレクタ
105などはゲートとF/Fのみの使用で構成できる。
ECLの場合、−4.5Vで使用すると、ゲートで約1
50mW/素子、F/Fで約300mW/素子なのに対
し、カウンタやシフトレジスタは約1W/素子の消費電
力を要する。ゲートやF/Fのみで構成できることは、
高速信号を低消費電力で扱えるメリットがある。
【0026】
【発明の効果】第1の効果は、位相情報のない入力デー
タクロック信号に対して、同じ周波数の内部クロックで
リタイミングが可能になる。これにより、高速信号のケ
ーブル遅延による位相の遅れを考えずに、コンポーネン
ト間のインタフェース仕様を決定できるようになる。
【0027】その理由は、位相の遅れを回路内の自動調
整機能により補うようにできるためである。
【0028】第2の効果は、上記効果を小型、低消費電
力のもとで実現できるということである。
【0029】その理由は、ゲートとF/Fのみの簡易な
構成となっているためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るディジタル信号同期
化回路の構成を示すブロック図である。
【図2】図1のディジタル信号同期化回路の動作を示す
タイミングチャートである。
【図3】図1のディジタル信号同期化回路に含まれたス
テート決定回路の動作を示す状態遷移図である。
【符号の説明】
101 位相差検出回路 102 サンプリングクロック生成回路 103 位相差サンプリング回路 104 ステート決定回路 105 セレクタ 106 ラッチ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04L 7/02

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部データを内部クロックに位相同期の
    とれたデータ信号にするディジタル信号同期化回路にお
    いて、前記外部データに周波数及び位相が同期した外部
    クロックと前記内部クロックとの位相差を検出する位相
    差検出回路と、前記位相差をサンプリングクロックに応
    じてサンプリングし位相差情報を生成する位相差サンプ
    リング回路と、前記位相差情報をもとにセレクタ制御信
    号を生成するステート決定回路と、前記外部クロックと
    周波数同期がとれかつ位相が1/N周期ずつずれたN個
    のクロック信号を入力するためのクロック信号入力端子
    と、前記セレクタ制御信号に応じて前記N個のクロック
    信号のうちの一つをリタイミングクロックとして選ぶセ
    レクタと、前記リタイミングクロックにしたがって前記
    外部データをラッチして前記データ信号を生成するラッ
    チ回路とを含むことを特徴とするディジタル信号同期化
    回路。
  2. 【請求項2】 前記リタイミングクロックを前記内部ク
    ロックとして前記位相差検出回路に供給する手段を備え
    た請求項1記載のディジタル信号同期化回路。
  3. 【請求項3】 前記ステート決定回路及び前記セレクタ
    は互いに協働して、前記外部クロックと前記内部クロッ
    クとの位相のずれが小さくなるまで前記N個のクロック
    信号を順次前記リタイミングクロックとして出力する請
    求項2記載のディジタル信号同期化回路。
  4. 【請求項4】 前記内部クロックに対して位相が同期し
    周波数がN/2倍の第1の倍周波数クロックを入力する
    ための第1の倍周波数クロック入力端子と、前記内部ク
    ロックに対して位相が同期し周波数がN倍の第2の倍周
    波数クロックを入力するための第2の倍周波数クロック
    入力端子と、前記第1及び第2の倍周波数クロックに応
    じ前記サンプリングクロックを生成するサンプリングク
    ロック生成回路とを備えた請求項1記載のディジタル信
    号同期化回路。
  5. 【請求項5】 前記ステート決定回路は前記第1の倍周
    波数クロックにしたがいセレクタ制御信号を生成するも
    のである請求項1記載のディジタル信号同期化回路。
  6. 【請求項6】 前記Nは4である請求項1〜5のいずれ
    かに記載のディジタル信号同期化回路。
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JP4808414B2 (ja) * 2005-01-31 2011-11-02 富士通株式会社 コンピュータシステム及びメモリシステム

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