JP4515111B2 - データ復元装置及びその復元方法 - Google Patents
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Description
このような直列インターフェース装置は、クロック信号とデータとを同時にそれぞれ伝送する並列インターフェース装置とは異なり、クロック情報を含むデータ信号だけを伝送する。その理由は、超高速通信でデータの単位間隔が通常1ns以下に非常に狭く、伝送距離が長いため、クロック信号とデータとを同時に伝送すれば、受信端でクロック信号とデータとにスキューが発生する恐れがあるためである。したがって、送信端ではクロック情報を含むデータに変換して伝送し、受信端では受信されたデータからクロック信号とデータとを抽出しなければならない。ここで、クロック情報を含むデータ信号からクロック信号と(変換された)データとを抽出する機能を行うものがデータ復元装置である。
前記オーバーサンプリング回路で行われるデータの復元過程は、次の通りである。
まず、受信端から複数のサンプリングクロック信号を発生し、受信される直列データを前記複数のサンプリングクロック信号を利用して一定間隔にラッチする。前記ラッチされたデータからトランジション区間を検出し、前記ラッチされたデータのうち前記トランジション区間の外側のデータを有効データとして出力する。ここで、前記サンプリングクロック信号の数は、一つのデータから幾つかのデータをラッチすることによって多様に変更されうる。
まず、受信端でデータの中央に位置が固定されるクロック信号と、データのエッジを追従するクロック信号とを含む二つのサンプリングクロック信号を発生する。
前記二つのサンプリングクロック信号を利用して受信されるデータを一定間隔にラッチし、前記固定されたサンプリングクロック信号によってラッチされたデータを有効データとして検出する。
まず、受信端から複数のサンプリングクロック信号と、前記サンプリングクロック信号間でデータのエッジを追従する追従クロック信号とを発生する。
前記複数のサンプリングクロック信号と前記追従クロック信号とを利用して受信されるデータを一定間隔にラッチし、(前記追従クロック信号によって検出されたトランジション区間の外部でサンプリングされた)データを有効データとして検出する。
しかし、従来のオーバーサンプリング回路は、オーバーサンプリングに使われる多重位相クロック信号のために、受信機の特性によって発生して入る直列データストリームのジッタ特性を許容しない。その結果、従来のオーバーサンプリング回路では、データ復元時にエラーが発生する可能性がある。
図1は、従来技術による直列データ通信のためのデータ復元装置を示す図面である。図1で、データ復元装置10は、PLL(Phase−Locked Loop)11、オーバーサンプラ12、クロック及びデータ復元(CDR:Clock and Data Recovery)回路13を含む。前記PLL 11は、受信される直列データSI_DATAを所定間隔にサンプリングし、かつラッチするための複数のOSR(OSRは、整数オーバーサンプリング比率、すなわち、例えば、ここではOSR=3)の位相クロック信号CLKA,CLKB,CLKCを発生する。前記オーバーサンプラ12は、前記複数のOSRのクロック信号CLKA,CLKB,CLKCを利用して、前記直列データSI_DATAを所定間隔にラッチして、対応するサンプリングデータSD1〜SD3を出力する。前記CDR 13は、前記サンプリングデータSD1〜SD3からトランジション区間(すなわち、前記データストリームでのゼロクロシング)を検出し、前記サンプリングデータSD1〜SD3のうち前記トランジション区間(ゼロクロシング)の外側にある何れか一つを有効データとして出力する。
図2は、図1に示されたデータ復元装置のデータ復元動作を説明するための主要信号のタイミング図である。図2では、秒当たり数ギガビット帯域の差同直列データからクロック信号及びデータを復元するために、3倍(OSR=3)のオーバーサンプリング回路が適用された場合を示す。図2のように、直列データSI_DATAが受信される時、それぞれ1ビットの直列データD1〜D3に対してクロック信号CLKA〜CLKCを利用して、3ビットのデータをラッチする。
しかし、このようなオーバーサンプリング回路は、サンプリングクロック信号内で直列データのトランジション分布によってデータ復元時にエラーが発生する可能性がある。
図3Aないし図3Cは、正常的にデータが復元される場合と、エラーが発生する場合とを比較説明するための直列データのアイダイヤグラムを示す図面である。
オーバーサンプリング回路によるデータ復元では、トランジション区間TP(ゼロクロシング)の外側のサンプリングデータが有効データとして検出されるので、エラー発生比率を減らすためには、前記トランジション区間TPの外側にサンプリングクロック信号のエッジ(及びその結果、ラッチされたサンプル)が前記アイオープン領域内に存在しなければならない。
前記のように、従来技術によるデータ復元装置は、複数のOSRのオーバーサンプリングクロック信号によってサンプリングされた直列データのトランジション分布によってデータ復元時にエラーが発生する問題点がある。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同じ部材を表す。
図4のように、本発明の一実施例によるデータ復元装置100は、クロック信号発生回路200と、クロック信号選択回路300と、オーバーサンプラ400及びCDR 500を含む。前記クロック信号発生回路200は、複数のOSR(すなわち、OSR=3)の位相シフトされたサンプリングクロック信号(すなわち、第1、第2、及び第3サンプリングクロック信号CKOD1,CKOD2,CKOD3を含む第1クロック信号グループCLKODD)と、複数のOSR(すなわち、OSR=3)の位相シフトされたサンプリングクロック信号(すなわち、第4、第5、及び第6サンプリングクロック信号CKEV1,CKEV2,CKEV3を含む第2クロック信号グループCLKEVEN)とを発生する。前記第2クロック信号グループCLKEVENの位相シフトされたサンプリングクロック信号のエッジは、前記第1クロック信号グループCLKODDの位相シフトされたサンプリングクロック信号のエッジ間にそれぞれ位置する。
前記オーバーサンプラ400は、前記クロック信号選択回路300から出力される前記第1及び前記第2クロック信号グループCLKODDまたはCLKEVENのうち選択された何れか一つを利用して、受信される高速直列データSI_DATAを所定間隔(前記OSR)にラッチし、第1ないし第3サンプリングデータSDATA1〜SDATA3を出力する。
前記PFD 211は、基準クロック信号CLKREFと分周クロック信号CLKDIVとの位相及び周波数を比較して、アップ信号UPまたはダウン信号DNを発生する。
前記サブクロック信号発生回路220は、OSR(すなわち、OSR=3)位相シフトされたサンプリングクロック信号を含む前記第1クロック信号グループCLKODDを受信し、OSR(OSR=3)位相シフトされたサンプリングクロック信号(すなわち、第4ないし第6サンプリングクロック信号CKEV1,CKEV2,CKEV3)を含む第2クロック信号グループCLKEVENを発生する。
図6で、前記VCO 213は、V/Iコンバータ21、複数の遅延バッファ22〜24及び複数の出力ドライバー25〜27を含む。前記V/Iコンバータ21は、制御電圧VCTLをV/I変換して制御電流ICTLを出力する。前記複数の遅延バッファ22〜24は、前記制御電流ICTLによって制御されて、同じ所定の周波数を有する複数の内部クロック信号CKOD1−CKOD1B〜CKOD3−CKOD3Bをそれぞれ出力する。前記複数のOSR(すなわち、OSR=3)の遅延バッファ22〜24は、前端の出力信号が後端に入力されるように連続的に連結される。
図7のように、インターポレータ221は、複数のPMOSトランジスタ31〜34と複数のNMOSトランジスタ35〜40とを含む。前記インターポレータ221は、前記第2クロック信号グループCLKEVENの前記第4サンプリングクロック信号CKEV1,CKEV1Bを、第1ノードNODE1と第2ノードNODE2とにそれぞれ出力する。
前記NMOSトランジスタ36,38のゲートにはそれぞれ、前記内部クロック信号CKOD1,CKOD2が入力され、ドレインは、前記第2ノードNODE2に連結される。
前記NMOSトランジスタ39,40のゲートには、所定のバイアス電圧VBが入力され、ソースにはグラウンド電圧が入力される。
例えば、前記NMOSトランジスタ39の電流駆動能力がさらに大きい場合、前記第4サンプリングクロック信号CKEV1のエッジは、前記第1サンプリングクロック信号CKOD1のエッジ側に偏る。一方、前記NMOSトランジスタ40の電流駆動能力がさらに大きい場合、前記第4サンプリングクロック信号CKEV1のエッジは、前記第2サンプリングクロック信号CKOD2のエッジ側に偏る。
図8のように、前記クロック信号選択回路300は、複数のマルチプレクサ(以下、MUX)301〜303で具現されうる。前記複数のOSRのMUX 301〜303は、選択制御信号SEL1に応答して(複数のOSRを含む)前記第1グループと(複数のOSRを含む)前記第2グループとのサンプリングクロック信号のうち何れか一つのグループのサンプリングクロック信号を集団的に出力する。前記複数のMUX 301〜303は、第1ないし第3サンプリングクロック信号CKOD1〜CKOD3と第4ないし第6サンプリングクロック信号CKEV1〜CKEV3とを受信する。
図10のように、前記CDR 500は、トランジション検出部510と、加算部520と、データ選択部530と、データ出力部540、及びクロック信号選択部550を含む。
前記サンプリングクロック信号間でトランジションが発生する場合を例として挙げてさらに詳細に説明すれば、次の通りである。
前記加算部520は、前記第1ないし前記第3内部信号OPD1〜OPD3を受信し、複数のOSRのクロック区間(すなわち、前記第1ないし前記第3クロック区間)それぞれでのトランジション発生回数をカウントし、所定時間そのカウント値を累積させる。
図12は、図4に示されたデータ復元装置の主要入出力信号のタイミング図である。
また、前記CDR 500の加算部520は、複数のOSRのクロック区間(すなわち、第1ないし第3クロック区間)別のトランジションの発生回数をカウントし、そのカウント値を累積させる(1003)。さらに詳細に説明すれば、前記加算部520は、前記第1ないし前記第3内部信号OPD1〜OPD3が“1”である度にカウントし、所定時間そのカウント値を累積させる。
次いで、クロック信号選択部550は、前記カウント信号CNT1〜CNT3を監視して、前記第1ないし前記第3クロック区間が全て前記トランジション区間になるか否かを判断する(1005)。
ここで、前記1006段階のように、サンプリングクロック信号が変更される場合、変更された時点から前記変更されたサンプリングクロック信号によってラッチされたサンプリングデータが入力されるまでは、所定時間がかかる。
200 クロック信号発生回路
300 クロック信号選択回路
400 オーバーサンプラ
500 CDR
SI_DATA 高速直列データ
CLKODD,CLKEVEN 第1及び第2クロック信号グループ
SEL1 クロック選択信号
SDATA1,SDATA2,SDATA3 第1ないし第3サンプリングデータ
PA_DATA 並列データ
Claims (20)
- 高速直列リンクを通じて受信される直列データから有効データを復元するデータ復元装置において、
相異なる位相を有するクロック信号でそれぞれ構成される第1及び第2クロック信号グループを含む少なくとも二つのクロック信号グループを発生するクロック信号発生回路と、
前記直列データのアイオープン領域内に存在する前記クロック信号の上昇エッジの数が複数となる前記少なくとも二つのクロック信号グループのうち何れか一つを選択し、選択されたクロック信号グループを使用して前記直列データをオーバーサンプリングすることによって、前記直列データから前記有効データを復元するデータ復元回路と、を含むことを特徴とするデータ復元装置。 - 前記データ復元回路は、
クロック選択信号に応答して、前記少なくとも二つのクロック信号グループのうち何れか一つを選択するクロック信号選択回路と、
前記少なくとも二つのクロック信号グループのうち選択された何れか一つに応答して前記直列データをラッチし、前記直列データの各ビット当りOSRビットのサンプリングデータを出力するオーバーサンプラと、
前記直列データの各ビット当りOSRビットのサンプリングデータのうち何れか一つを有効データとして選択し、前記サンプリングデータビットの論理値に応答して前記クロック選択信号を出力するクロック及びデータ復元回路と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のデータ復元装置。 - 前記クロック信号発生回路は、
それぞれ相異なる位相を有する少なくともOSRサンプリングクロック信号を発生するPLLを含むことを特徴とする請求項1に記載のデータ復元装置。 - 前記クロック信号発生回路は、
前記第1クロック信号グループのOSRクロック信号を発生するPLLと、
前記第2クロック信号グループのOSRクロック信号を発生するサブクロック信号発生回路と、を含むことを特徴とする請求項1または3に記載のデータ復元装置。 - 前記第1クロック信号グループは、相異なるOSR位相を有するOSRサンプリングクロック信号を含み、前記OSRは少なくとも3であり、前記第2クロック信号グループは前記第1クロック信号グループの前記OSR位相と相異なる多重位相を有するOSRクロック信号を含むことを特徴とする請求項1に記載のデータ復元装置。
- 前記PLLは、それぞれの上昇エッジが同じ間隔で配置されるように第1ないし第3サンプリングクロック信号を発生し、
前記サブ−クロック信号発生回路は、それぞれの上昇エッジが同じ間隔で配置されるように第4ないし第6サンプリングクロック信号を発生することを特徴とする請求項4に記載のデータ復元装置。 - 前記サブ−クロック信号発生回路は、
前記第1及び前記第2サンプリングクロック信号に応答して前記第4サンプリングクロック信号を発生する第1サブ−クロック信号発生回路と、
前記第2及び前記第3サンプリングクロック信号に応答して前記第5サンプリングクロック信号を発生する第2サブ−クロック信号発生回路と、
前記第1及び前記第3サンプリングクロック信号に応答して前記第6サンプリングクロック信号を発生する第3サブ−クロック信号発生回路と、を含むことを特徴とする請求項4または6に記載のデータ復元装置。 - 前記第1ないし前記第3サブ−クロック信号発生回路は、
インターポレータであることを特徴とする請求項7に記載のデータ復元装置。 - 前記第4サンプリングクロック信号の上昇エッジは、前記第1サンプリングクロック信号の上昇エッジと前記第2サンプリングクロック信号の上昇エッジ間に位置し、
前記第5サンプリングクロック信号の上昇エッジは、前記第2サンプリングクロック信号の上昇エッジと前記第3サンプリングクロック信号の上昇エッジ間に位置し、
信号の上昇エッジと前記第1サンプリングクロック信号の上昇エッジ間に位置することを特徴とする請求項6に記載のデータ復元装置。 - 前記クロック信号選択回路は、
前記第1クロック信号グループと前記第2クロック信号グループとを受信し、前記クロック選択信号に応答して、前記第1クロック信号グループと前記第2クロック信号グループのうち何れか一つを出力する複数のマルチプレクサを含むことを特徴とする請求項2に記載の高速直列リンクでデータ復元時にエラー発生を減少させるデータ復元装置。 - 前記クロック信号選択回路から出力される前記クロック信号グループは、OSRサンプリングクロック信号間のOSRクロック区間を定義するエッジを有するOSRサンプリングクロック信号を含み、
前記クロック及びデータ復元回路は、
それぞれの前記OSRクロック区間の間にゼロクロシングトランジションの発生如何を表す内部信号を出力するトランジション検出部と、
前記OSRクロック区間別に前記ゼロクロシングトランジションの発生回数をカウントし、そのカウント値を所定時間の間にそれぞれ累積させ、累積された前記カウント値を相互比較してカウント信号を出力する加算部と、
前記カウント信号に応答して、サンプリングデータ選択信号を出力するデータ選択部と、
前記データ選択信号に応答して、前記複数のサンプリングデータのうち何れか一つを出力するデータ出力部と、を含むことを特徴とする請求項2に記載のデータ復元装置。 - 前記クロック信号選択回路は、前記カウント信号に応答して、前記クロック選択信号を出力するクロック信号選択部をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載のデータ復元装置。
- 前記カウント信号は、累積された前記カウント値が最も大きいクロック区間(以下、トランジション区間という)を表し、
前記データ出力部は、前記データ選択信号に応答して、前記トランジション区間から最も遠く離れた前記サンプリングクロック信号によってラッチされる前記サンプリングデータを前記有効データとして出力することを特徴とする請求項11に記載の高速直列リンクでデータ復元時にエラー発生を減少させるデータ復元装置。 - 前記クロック信号選択回路は、前記第1クロック信号グループと前記第2クロック信号グループとを含む前記少なくとも二つのクロック信号グループのうち前記直列データのアイオープン領域内でエッジを有する複数のサンプリングクロック信号を含む何れか一つのクロック信号グループを選択することを特徴とする請求項12に記載のデータ復元装置。
- 前記クロック信号選択部は、前記カウント信号を監視し、前記OSRクロック区間が全て前記トランジション区間になる時、前記クロック選択信号を出力して前記オーバーサンプラによって使われている現在選択されたクロック信号グループを選択解除することを特徴とする請求項12に記載のデータ復元装置。
- 直列データから有効データを復元するデータ復元方法において、
前記データ復元方法は、全てのサンプリングクロック信号が唯一の位相を有する第1及び第2サンプリングクロック信号グループを含む少なくとも二つのクロック信号グループを発生するクロック信号発生回路と、
前記少なくとも二つのサンプリングクロック信号グループのうち前記直列データのアイオープン領域内に存在する前記サンプリングクロック信号のエッジの数が複数となるよう選択された何れか一つの前記サンプリングクロック信号によって前記直列データをサンプリングすることによって前記直列データから有効データを復元するデータ復元回路と、を備えるオーバーサンプリングデータ復元装置によって実行されることを特徴とするデータ復元方法。 - 前記少なくとも二つのクロック信号グループがそれぞれエッジ間にOSRクロック区間が存在するOSRサンプリングクロック信号を含み、
前記データ復元方法は、
前記直列データの各ビットからOSRビットのサンプリングデータをサンプリングし、かつラッチする段階と、
前記OSRクロック区間それぞれでゼロクロシングトランジションが発生する回数をカウントし、前記OSRクロック区間それぞれのカウント値を累積させる段階と、
前記OSRの累積されたカウント値を比較し、前記累積されたカウント値のうち最も大きい値を有するクロック区間を表すカウント信号を出力する段階と、
前記クロック信号によって指示されるクロック区間から最も遠く離れた前記サンプリングクロック信号によってラッチされる前記サンプリングデータを前記有効データとして出力する段階と、を含むことを特徴とする請求項16に記載のデータ復元方法。 - 前記カウント信号を監視してゼロクロシングトランジションが前記OSRクロック区間それぞれで発生する時、前記少なくとも二つのサンプリングクロック信号グループのうち現在選択された何れか一つを選択解除する段階と、
前記OSRカウント値をリセットさせ、前記少なくとも二つのサンプリングクロック信号グループのうち新しく選択された何れか一つの前記サンプリングクロック信号によって次に受信される直列データをサンプリングする段階と、を含むことを特徴とする請求項17に記載のデータ復元方法。 - 前記直列データの前記アイオープン領域内でエッジを有する複数のサンプリングクロック信号によって前記直列データをサンプリングするために、前記少なくとも二つのクロック信号グループのうち何れか一つが選択されることを特徴とする請求項16に記載のデータ復元方法。
- アイオープン領域と複数のゼロクロシングトランジションとを有する直列データの入力ストリームから有効データを復元するデータ復元方法において、
OSRのオーバーサンプリング割合で前記直列データの各ビットをオーバーサンプリングする段階と、
全ての2×OSRサンプリングクロック信号が相異なる位相を有する第1及び第2OSRサンプリングクロック信号のセットのうち、直列データのアイオープン領域内でエッジの数が複数となるよう選択された何れか1セットのOSRサンプリングクロック信号によって直列データの各ビットに対してOSRビットのサンプリングデータをラッチする段階と、を含むことを特徴とするデータ復元方法。
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