JP6160322B2 - 受信回路および半導体集積回路装置 - Google Patents

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Description

本明細書で言及する実施例は、受信回路および半導体集積回路装置に関する。
近年、通信基幹向け装置やサーバなどの情報処理機器の性能向上に伴って、その装置内部,或いは,装置間での信号送受信のデータレートも高くなっている。このような高いデータレートを実現する受信回路(RX)として、例えば、サンプリングクロックの位相を入力データに追従させる方式が利用されている。
具体的に、例えば、受信回路が32Gbpsの信号を受信する場合、その受信信号を処理するCPUやDSPなどのロジック回路は、その32Gbpsの信号を直接処理するのが困難なため、受信回路により2Gbps×16の並列信号に変換した信号を処理する。
さらに、例えば、ディジタルフィルタ回路を利用して、入力データとサンプリングクロックのサンプリングタイミングを最適に調整している。このディジタルフィルタ回路も、CPUやDSPと同様に、ロジック回路であるため高速動作が難しく、並列化を行った後に処理するようになっている。
なお、アナログで高速なディジタルフィルタ回路も存在するが、巨大な連続時間のフィルタを行うには、例えば、大きなRCを使用することになるため、ディジタル信号で処理することが一般的である。
また、例えば、PLL(Phase Locked Loop)などのクロック生成器でマスタクロックを生成し、そのマスタクロックを複数のブロック回路(例えば、後述するCDR)に分配して並列動作させる受信回路も提案されている。
ところで、従来、複数のブロック回路にクロックを分配して並列動作を行う回路において、各ブロック回路におけるクロック位相を調整するものが知られている。
特開2000−201059号公報 特許第2901657号公報
前述したように、マスタクロックを複数のブロック回路に分配して並列動作させる受信回路が提案されているが、例えば、複数のブロック回路のクロック位相が一致すると、それらブロック回路における内部回路が同じタイミングで動作して大きな電流が流れる。
具体的に、例えば、受信回路が32Gbpsの信号を受信して2Gbps×16の並列信号に変換した信号を出力する場合、1つのブロック回路でも、遅いクロックで並列動作を行う内部回路の数は多くなる。
従って、例えば、複数のブロック回路における内部回路が全て同じタイミングで動作する場合には、瞬間的に大きな電流が流れて電源ノイズ(同時スイッチングノイズ)が発生する要因となる。このようなノイズが発生すると、例えば、受信回路によりデータの判定を正しくできず、ビットエラーレート(BER:Bit Error Rate)の上昇を招くことになる。
一実施形態によれば、第1クロックを受け取って位相制御する位相制御回路、および、位相制御された前記第1クロックに基づいて生成した第2クロックで駆動される複数の内部回路を、それぞれ含む複数のブロック回路を有する受信回路が提供される。
それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路は、前記複数のブロック回路による受信データのエラーレートが低くなるように、動作位相制御回路からの制御信号によって制御される。前記動作位相制御回路は、それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相を検知する位相検知回路を含み、それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相がばらつくように、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する。
開示の受信回路および半導体集積回路装置は、同時スイッチングノイズを抑制してビットエラーレートを低減させることができるという効果を奏する。
図1は、入出力回路の一例を示すブロック図である。 図2は、図1に示す入出力回路の受信回路における1つのブロック回路の例を示すブロック図である。 図3は、図2に示すCDRにおけるデータサンプリングタイミングのずれを説明するための図である。 図4は、図2に示すCDRにおける位相検出器の動作を説明するための図である。 図5は、受信回路の他の例を示すブロック図である。 図6は、図5に示す受信回路における課題を説明するための図である。 図7は、図2および図5に示す受信回路における課題を説明するための図である。 図8は、第1実施例の受信回路を示すブロック図である。 図9は、図8に示す受信回路の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図10は、図8に示す受信回路における位相シフタの一例を示すブロック図である。 図11は、図10に示す位相シフタの動作を説明するための図である。 図12は、図8に示す受信回路における位相検知回路の一例を示すブロック図である。 図13は、図12に示す位相検知回路の動作を説明するための図である。 図14は、第2実施例の受信回路を示すブロック図である。 図15は、図14に示す受信回路の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図16は、第3実施例の受信回路を示すブロック図である。 図17は、図16に示す受信回路の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図18は、本実施例の受信回路が適用される半導体集積回路装置の例を示すブロック図である。 図19は、図18に示す半導体集積回路装置が適用される例を説明するための図である。
まず、受信回路および半導体集積回路装置の実施例を詳述する前に、図1〜図7を参照して、受信回路の例およびその受信回路が有する課題を説明する。
図1は、入出力回路(I/O回路)の一例を示すブロック図である。図1において、参照符号3は受信回路、4は送信回路、7はクロック生成器、100,200および600,700はブロック回路を示す。
また、参照符号110〜113,210〜213および610〜613,710〜713は内部回路、121〜123,221〜223および621〜623,721〜723は分周器(二分周器:DIV)、そして、104および204は位相制御回路を示す。
なお、図1において、クロック生成器7は、I/O回路の外部に設けられ、基準クロックREFCLKを受け取って位相同期したマスタクロックMSTCLKを生成するPLL(Phase Locked Loop)とされているが、PLLに限定されるものではない。
図1に示されるように、I/O回路は、受信回路3(受信ブロック回路100,200)および送信回路4(送信ブロック回路600,700)を有する。
各受信ブロック回路100,200は、マスタクロックMSTCLKの位相を制御する位相制御回路(位相シフタ)104,204,内部回路110〜113,210〜213および分周器121〜123,221〜223を含む。
ここで、各受信ブロック回路100,200は、例えば、伝送路からの高ビットレートのシリアルの受信データ信号Drin0,Drin1を受け取って低ビットレートの複数のパラレルデータ信号Drout0,Drout1に変換し、信号を処理する内部ブロック回路に出力する。
各送信ブロック回路600,700は、内部回路610〜613,710〜713および分周器621〜623,721〜723を含む。なお、例えば、各送信ブロック回路600,700の最終段に位相制御回路(位相シフタ)を設けて送信データのタイミングを調整してもよい。
ここで、各送信ブロック回路600,700は、例えば、内部ブロック回路からの低ビットレートの複数のパラレルデータ信号Dtin0,Dtin1を受け取って高ビットレートのシリアルの送信データ信号Dtout0,Dtout1に変換し、伝送路に出力する。なお、内部ブロック回路としては、例えば、信号を処理するCPUやDSPなどのロジック回路である。
図2は、図1に示す入出力回路の受信回路における1つのブロック回路(100)の例を示すブロック図であり、CDR(Clock Data Recovery:クロックデータリカバリ回路)を示すものである。
図2に示されるように、ブロック回路(CDR)100は、複数(4つ)のデマルチプレクサ(DEMUX)110〜113、3つの分周器121〜123、ディジタルフィルタ回路103、および、位相シフタ(Phase Shifter)104を有する。
ディジタルフィルタ回路103は、入力データ信号Data(例えば、Drin0)とサンプリングクロック(例えば、デマルチプレクサ110を駆動するクロック)との間のサンプリングタイミングを最適に調整するフィルタ回路である。
すなわち、通常、データ伝送の送信側と受信側には、周波数オフセットが存在し、また、伝送路の長さによって入力位相が可変であるため、受信回路(CDR100)は、入力信号Dataの位相に追従して内部サンプリングクロックの位相を調整する。
ディジタルフィルタ回路103は、位相検出器(PD)131、乗算器132,133、加算器134,136、周波数追従用積分器(REG)135および位相追従用積分器(REG)137を有する。ここで、乗算器132および133は、それぞれ入力信号(位相検出器131の出力信号)に対して係数G1およびG2を与えて出力するためのものである。
ディジタルフィルタ回路103は、例えば、デマルチプレクサ113から出力される信号(Data/Boundary)を位相検出器131で受け取り、出力クロック(分周クロックDIVCLK)に従って、その信号の位相タイミング(Early/Late)の検出を行う。
検出された位相タイミングは、乗算器132,133、加算器134,136、周波数追従用積分器135および位相追従用積分器137を介して、位相シフタ104を制御する位相コードとして出力される。
すなわち、位相シフタ104は、ディジタルフィルタ回路103(位相追従用積分器137)から出力された位相コードに従って、マスタクロックMSTCLKの位相(シフト量)が適切となるように、フィードバック制御する。
ここで、図2において、デマルチプレクサ110は、例えば、32Gbpsのシリアルデータ(Data)を受け取って2つの16Gbpsのパラレルデータを出力する1つのデマルチプレクサを表す。また、デマルチプレクサ111は、例えば、16Gbpsのシリアルデータを受け取って2つの8Gbpsのパラレルデータを出力する2つのデマルチプレクサを表す。
さらに、デマルチプレクサ112は、例えば、8Gbpsのシリアルデータを受け取って2つの4Gbpsのパラレルデータを出力する4つのデマルチプレクサを表す。そして、デマルチプレクサ113は、例えば、4Gbpsのシリアルデータを受け取って2つの2Gbpsのパラレルデータを出力する8つのデマルチプレクサを表す。
分周器121は、例えば、16GHzのマスタクロックMSTCLKを位相シフタ104で位相調整したものを受け取って二分周し、8GHzのクロックをデマルチプレクサ111および分周器121へ出力する。
また、分周器122は、例えば、入力された8GHzのクロックを受け取って二分周し、4GHzのクロックをデマルチプレクサ112および分周器123へ出力する。そして、分周器123は、例えば、入力された4GHzのクロックを受け取って二分周し、2GHzのクロックをデマルチプレクサ113へ出力すると共に、分周クロックDIVCLKとして外部へ出力する。
ここで、各デマルチプレクサ110〜113は、例えば、位相シフタ104および各分周器121〜123からのクロック(サンプリングクロック)の立ち上がりおよび立下りの両方のタイミングで動作するようになっている。
このようにして、例えば、32Gbpsのシリアルデータを、2Gbps×16のパラレルデータ(Data[15:0])に変換して出力することができる。なお、上述したデータの通信速度やクロックの周波数、或いは、デマルチプレクサおよび分周器の構成は、単なる例であり、様々に変形することができる。
図3は、図2に示すCDRにおけるデータサンプリングタイミングのずれを説明するための図である。ここで、図3(a)は、理想的なデータサンプリングタイミング(サンプリングタイミングが各データアイの中央となっている場合)を示し、図3(b)は、データサンプリングタイミングがずれた場合を示す。
ここで、データサンプリングタイミングが、図3(a)のような理想的な状態から図3(b)のように変化するのは、例えば、送受信器間の周波数オフセットによりデータサンプリングタイミングが少しずつずれることに起因する。
なお、データサンプリングタイミングのずれは、他に、伝送線路の寄生容量や環境温度の変化による半導体素子の動作速度の変化などの様々な条件に起因して生じるのはいうまでもない。
図4は、図2に示すCDRにおける位相検出器131の動作を説明するための図であり、2倍(2×)オーバーサンプリングによりデータとクロックの位相関係を検出する様子を説明するものである。
ここで、図4(a)は、クロック(例えば、2GHzの分周クロックDIVCLKの遷移タイミング)がデータ(例えば、Data[15:0]における1つの2Gbpsのデータの適切なサンプリングタイミング)よりも遅れている(Late)場合を示す。また、図4(b)は、クロックがデータよりも進んでいる(Early)場合を示す。
図4(a)に示されるように、例えば、クロック(2GHz)の2倍の周波数(4GHz)のオーバーサンプリングクロックでサンプリングを行う場合、クロックがデータよりも遅れていると、サンプリングされたデータは『011』,『100』,『011』となる。
逆に、図4(a)に示されるように、例えば、オーバーサンプリングクロックがデータよりも進んでいると、サンプリングされたデータは『110』,『001』,『110』となる。
これを利用することで、位相検出器131は、クロックとデータの位相関係(Early/Late)を検出し、クロック(DIVCLK)とデータの位相関係を適切なものとなるようにマスタクロックMSTCLKの位相を調整するフィードバック制御が行われることになる。
図5は、受信回路3の他の例を示すブロック図であり、図2を参照して説明したCDRを4つ(CDR0〜CDR3)設けたものである。すなわち、CDR0〜CDR3は、図2を参照して説明したCDR(内部回路)100と同じ構成とされている。
図6は、図5に示す受信回路における課題を説明するための図である。ここで、左側の図6(a)は、例えば、4つのブロック回路100〜400(CDR0〜CDR3)の分周クロックDIVCLK0〜DIVCLK3の遷移タイミング(例えば、立ち上がりタイミング)がずれている場合を示す。
また、右側の図6(b)は、例えば、4つのブロック回路100〜400の分周クロックDIVCLK0〜DIVCLK3の遷移タイミングが一致している場合を示す。
ところで、図2を参照して説明したように、1つのブロック回路(CDR)100において、例えば、2GHzの分周クロックで駆動されるDEMUX113は、8つのデマルチプレクサを表しているため、これら8つのデマルチプレクサが同時に動作する。
従って、例えば、図6(a)に示されるように、4つの分周クロックDIVCLK0〜DIVCLK3の遷移タイミングがずれていると、例えば、各ブロック回路100〜400において、異なるタイミングでそれぞれ8つのデマルチプレクサが同時に動作する。
これに対して、例えば、図6(b)に示されるように、4つの分周クロックDIVCLK0〜DIVCLK3の遷移タイミングが一致していると、例えば、ブロック回路100〜400の全て(32個)のデマルチプレクサが同じタイミングで動作することになる。
もちろん、並列動作するデマルチプレクサの数が8個で最も多いDEMUX113だけでなく、並列動作するデマルチプレクサの数が4個のDEMUX112や2個のDEMUX111を含め、全てのDEMUX110〜113が同じタイミングで動作する。そして、分周クロックDIVCLK0〜DIVCLK3の遷移タイミングが一致すれば、全てのブロック回路100〜400におけるすべての内部回路が同時に動作する。
すなわち、各CDR(ブロック回路100〜400)における位相シフタ(104)は、それぞれ独自にフィードバック制御が行われるため、例えば、分周クロックDIVCLK0〜DIVCLK3の遷移タイミングもそれぞれ独自のタイミングとなる。
従って、例えば、図6(b)に示されるように、全ての分周クロックDIVCLK0〜DIVCLK3の遷移タイミングが一致すると、それら分周クロックで制御される複数の回路が同時に動作して瞬間的に大きな電流が流れ、電源ノイズが発生する原因となる。
これは、最終段の分周クロックDIVCLK0〜DIVCLK3により駆動される回路だけでなく、例えば、分周器122の出力クロックで制御される回路などでも同様であり、多数の回路が同時に動作すれば、ノイズ発生を引き起こしかねない。
さらに、全ての分周クロックの遷移タイミングが一致しなくても、複数のクロックの遷移タイミングが一致すれば、或いは、多少のずれがあってもほぼ一致すれば、同様の問題が生じる。
このように、例えば、受信回路では、周波数が遅いほど、データ信号の並列化が行われているため、対応する周波数で動作する回路の物量は増大し、大きなスパイクノイズ(同時スイッチングノイズ:SSN:Simultaneous Switching Noise)が発生する虞がある。
すなわち、遅い周波数で動作する回路は、その回路自体の消費電力は小さいが、例えば、クロックが変化した瞬間に一斉に動作するため、大きなスパイクノイズを電源に発生させる。
ところで、受信回路(100)に入力するデータ信号Dataは、非常に小さな振幅が用いられ、また、内部クロックの位相を調整するために用いられる位相シフタ104も小振幅の信号を扱うため、ノイズには非常に弱い。
そのため、例えば、電源電圧が、同時スイッチングノイズによって瞬時的に大きく変動すると、受信データの『0』,『1』を正しく判定することが困難となり、ビットエラーレート(BER:Bit Error Rate)の上昇を招くことになる。
図7は、図2および図5に示す受信回路における課題を説明するための図であり、図7(a)はCDRの動作開始時のクロック位相を説明するための図であり、図7(b)はディジタルフィルタ回路が1次の場合と2次の場合の収束位相を説明するための図である。
図2および図5に示されるように、各CDR100におけるディジタルフィルタ回路103には、周波数追従用積分器(REG)135および位相追従用積分器(REG)137が設けられ、2次のフィルタとなっている。
図7(a)に示されるように、理想的なデータサンプリングタイミングは、各データアイのほぼ中央であるが、例えば、CDR100の動作開始時において、クロック位相は、どの位相でロックするか不明である。
すなわち、図7(b)に示されるように、CDR100は、2次フィルタを用いて実現されるため、CDRループの収束後位相がいずれになるかを予測することが困難である。換言すると、初期化シーケンスにおいて、同時スイッチングノイズを抑制すべく分周クロックのタイミング調整をしたとしても、CDR機能によって、再度タイミングが変わってしまうことになる。
なお、CDRのディジタルフィルタ回路が、2次ではなく1次の場合には、近い位相に収束するが、1次のものを適用すると、十分な精度を得ることが困難となる。
以下、本実施例の受信回路および半導体集積回路装置を、添付図面を参照して詳述する。図8は、第1実施例の受信回路を示すブロック図であり、図9は、図8に示す受信回路の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
図8と、前述した図2および図5との比較から明らかなように、第1実施例の受信回路では、ブロック回路100,200が、さらに、セレクタ(SEL)105,205、ゲーテッドクロック回路106,206および周波数ロック検出器107,207を含む。
図8に示す第1実施例の受信回路は、説明を簡略化するために、同じ構成の2つのブロック回路100,200(CDR0,CDR1)を含んでいるが、ブロック回路の数は2つに限定されるものではなく、さらに多くてもよい。
なお、デマルチプレクサ110〜113,210〜213、分周器121〜123,221〜223、ディジタルフィルタ回路103,203、および、位相シフタ104,204は、図2を参照して説明したのと同様のものであり、その説明は省略する。
ここで、動作位相制御回路1は、例えば、受信回路3(100,200)により受信されたデータ信号(Data0[15:0],Data1[15:0])を処理する回路、例えば、CPUやDSPで兼用してもよいが、専用の処理回路とすることもできる。
動作位相制御回路1は、ブロック回路100の出力クロック(分周クロック)DIVCLK0を受け取ってその位相を検知する位相検知回路11、および、ブロック回路200の出力クロックDIVCLK1を受け取ってその位相を検知する位相検知回路12を含む。
また、動作位相制御回路1は、ブロック回路100におけるCDRロックを検出する周波数ロック検出器107の出力信号(CDR Lock0)、および、ブロック回路200における周波数ロック検出器207の出力信号(CDR Lock1)を受け取る。
ここで、周波数ロック検出器107,207は、周波数追従用積分器(REG)135,235の出力により、分周クロックDIVCLK0,DIVCLK1がロックしたかどうかを検出する。
さらに、動作位相制御回路1は、全てのブロック回路100,200におけるCDRロックを検出したときに、ゲーテッドクロック回路106,206および周波数ロック検出器107,207を制御する制御信号CS0,CS1を出力する。
すなわち、セレクタ105,205は、動作位相制御回路1からの制御信号CS0,CS1に従って、位相シフタ104,204に与える位相コードを制御する。また、ゲーテッドクロック回路(動作制御回路)106,206は、動作位相制御回路1からの制御信号CS0,CS1に従って、ディジタルフィルタ回路103,203の動作を制御する。
図9に示されるように、例えば、受信回路の電源がオフしている停止状態からパワーオンしたとき、或いは、受信回路が動作している状態でリセットを行ったとき、本実施例の受信回路の処理が開始し、ステップST11の処理を行う。すなわち、本実施例の受信回路の処理が開始は、例えば、受信回路が設けられた装置の電源投入時における初期化処理、或いは、リセット処理として行われる。
まず、ステップST11において、各CDR(ブロック回路100,200)の動作が開始し、ステップST12に進んで、全てのブロック回路100,200でCDRロックしたと判定するまで待ってステップST13に進む。
ステップST12において、全てのブロック回路100,200でCDRロックしたと判定すると、ステップST13に進み、全てのCDRを停止する。すなわち、動作位相制御回路1は、制御信号CS0,CS1によりゲーテッドクロック回路106,206を制御してディジタルフィルタ回路103,203を停止する。
次に、ステップST14に進んで位相調整を開始し、さらに、ステップST15に進んで位相コードを変更する。すなわち、動作位相制御回路1は、制御信号CS0,CS1によりセレクタ105,205を制御して、位相シフタ104,204に出力する位相コードを変更して位相調整を行う。
そして、ステップST16に進んで動作位相状態を取り込み、ステップST18に進んで、設定位相テーブル(ST17)を参照して、動作位相状態が設定位相テーブルに設定された状態になったかどうかの比較を行う。
すなわち、動作位相制御回路1は、位相検知回路11,12によりブロック回路100,200の分周クロックDIVCLK0,DIVCLK1の位相が、設定位相テーブルに設定した位相になるまで、ステップST15からの位相コード変更処理を繰り返す。
ここで、各ブロック回路における内部回路がクロックの立ち上がりタイミングで動作すると仮定すると、設定位相テーブルに設定される位相(位相差)は、例えば、2つの分周クロックDIVCLK0,DIVCLK1の位相が最も離れる180°に設定される。
また、設定位相テーブルに設定される位相差は、ブロック回路が4つの場合、各ブロック回路の4つの分周クロックの位相差は90°に設定され、さらに、ブロック回路が6つの場合、各ブロック回路の6つの分周クロックの位相差は60°に設定される。
すなわち、設定位相テーブルに設定される位相差は、各ブロック回路の分周クロックの立ち上がりタイミング(遷移タイミング)が一致して同時スイッチングノイズが発生しないように、すなわち、遷移タイミングがばらつくように設定されている。
そして、分周クロックDIVCLK0,DIVCLK1の位相が、設定位相テーブルに設定した位相になると、ステップST19に進んで、全てのCDRを通常状態に復帰する。
すなわち、ステップST18において、ブロック回路100,200の分周クロックDIVCLK0,DIVCLK1の位相が、設定位相テーブルに設定した位相になったと判定すると、ステップST19に進み、受信回路3(100,200)の受信動作を開始する。
これにより、各ブロック回路の分周クロックの遷移タイミングは、一致しない異なるタイミングとなるため、同時スイッチングノイズが抑制され、ビットエラーレートを低減させることができる。
図10は、図8に示す受信回路における位相シフタ104(204)の一例を示すブロック図であり、位相補間器(フェーズインターポレータ:Phase Interpolator)を示すものである。また、図11は、図10に示す位相シフタの動作を説明するための図である。
図10に示されるように、位相シフタ104は、ミキサ141およびディジタル−アナログ変換器(DAC)142および差動バッファ等を含む。
図10および図11に示されるように、位相シフタ104は、同一周波数で位相が90°異なる2つのクロック(4相クロック)CLK-0,CLK-90,CLK-180,CLK-270から、位相コード(PI-CODE)に応じた中間位相のクロック(PI-CLK,PI-CLKX)を生成して出力する。ここで、クロックPI-CLKXは、クロックPI-CLKの反転論理(逆相)のクロックを示す。
なお、位相コード(PI-CODE)は6ビット(0〜63)とされ、この位相コードを変化させることで、4相クロックCLK-0,CLK-90,CLK-180,CLK-270に対する重み(BIAS-0,BIAS-90,BIAS-180,BIAS-270)を調整してクロックPI-CLKの位相を制御するようになっている。また、図10および図11は、位相シフタ104(204)の単なる例であり、位相シフタとしては、他に様々なものを適用することができる。
図12は、図8に示す受信回路における位相検知回路11(12)の一例を示すブロック図であり、図13は、図12に示す位相検知回路の動作を説明するための図である。
図12に示されるように、位相検知回路11は、クロック端子にマスタクロックMSTCLKが入力された複数のフリップフロップ(FF)11a1〜11an、および、分周クロックDIVCLK0を入力とする複数のフリップフロップ11b1〜11bnを含む。
フリップフロップ11a1〜11anは縦列接続され、初段のフリップフロップ11a1は、基準クロックREFCLKを入力とし、次段のフリップフロップ(例えば、FF11a3)は、前段のフリップフロップ(例えば、FF11a2)の出力信号を入力としている。
フリップフロップ11b1〜11bnは、対応するフリップフロップ11a1〜11anの出力信号(多相クロック)をクロック端子で受け取り、そのフリップフロップ11a1〜11anの出力信号に従って分周クロックDIVCLK0を取り込むようになっている。
ここで、図13に示されるように、フリップフロップ11a1〜11anの出力信号(多相クロック)は、マスタクロックMSTCLKに従って遅延されたクロックとなる。
従って、どのフリップフロップ11b1〜11bnが『1』を出力するか、すなわち、『1』を出力するフリップフロップ(11b1〜11b3)と『0』を出力するフリップフロップ(11b4)の境界を認識することにより、分周クロックDIVCLK0の位相を検出する。なお、図12および図13は、位相検知回路11(12)の単なる例であり、他に様々なものを適用することができるのはいうまでもない。
図14は、第2実施例の受信回路を示すブロック図であり、図15は、図14に示す受信回路の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
図14と、前述した図8との比較から明らかなように、第2実施例における動作位相制御回路1は、第1実施例における動作位相制御回路1が有する位相検知回路11,12の代わりにエラー検出器13,14を有している。
すなわち、第2実施例では、第1実施例のように位相検知回路11,12で分周クロックDIVCLK0,DIVCLK1の位相を検知するのではなく、エラー検出器13,14により受信データData0[15:0],Data1[15:0]のエラーを検出して制御を行う。
エラー検出器13は、ブロック回路(CDR0)100の受信データData0[15:0]を受け取り、エラー検出器14は、ブロック回路(CDR1)200の受信データData1[15:0]を受け取る。
ここで、エラー検出器13(14)によるエラー検出は、例えば、PRBS(Pseudo Random Bit Stream)データ列(例えば、『1,0,1,0,…』)の検出を行ってもよいが、パケットエラー検出を行うこともできる。
また、エラー検出器13(14)は、例えば、8B10Bコーディングのような、データ列に対して特殊な符号化が適用されている場合には、そのコーディングが正しいか否かを判定する判定器とすることもできる。なお、8B10Bコーディングとは、8ビットデータに対して『0』と『1』が5ビット以上連続しないようにして低周波数帯域を抑制するものである。
さらに、エラー検出器13(14)は、例えば、CPUで行われるCRC(Cyclic Redundancy Check:巡回冗長検査)のような誤り検出訂正の情報を用いることにより代用することも可能である。
なお、セレクタ105(205)、ゲーテッドクロック回路106(206)および周波数ロック検出器107(207)等の構成は、図8を参照して説明した第1実施例と同様であり、その説明は省略する。
図15と、前述した図9との比較から明らかなように、第2実施例において、ステップST11〜ST15およびST19は、第1実施例と同様である。すなわち、ステップST11において、各CDR(ブロック回路100,200)の動作が開始し、ステップST12で、全てのブロック回路100,200でCDRロックしたと判定すると、ステップST13に進む。
ステップST13において、動作位相制御回路1が、制御信号CS0,CS1によりゲーテッドクロック回路(動作制御回路)106,206を制御してディジタルフィルタ回路103,203を停止すると、ステップST14に進んで位相調整を開始する。
さらに、ステップST15に進み、動作位相制御回路1が、制御信号CS0,CS1によりセレクタ105,205を制御して、位相シフタ104,204に出力する位相コードを変更して位相調整を行う。
そして、ステップST20において、エラー検出器13(14)がブロック回路100(200)の受信データData0[15:0](Data1[15:0])のエラー(Error)を検出して動作位相状態を取り込み、ステップST21に進む。
ステップST21では、位相コードを変更して行う位相シフタ104(204)による位相調整の全ての組み合わせが完了したか否かを判定し、全ての組み合わせが完了したと判定するまで、ステップST15に戻って同様の処理を繰り返す。
次に、ステップST22に進んで、位相調整の全ての組み合わせのうち、エラー数が最少となる組み合わせを探索し、さらに、ステップST23に進み、その組み合わせの情報(最適位相情報)に従って位相の再調整を開始して、ステップST24に進む。
ここで、ステップST23およびST24は、ステップST14およびST15に対応するが、エラー数が最少となる組み合わせの最適位相情報により得られた位相コードによる位相調整である点が異なる。
このように、エラー数が最少となる組み合わせの最適位相情報に従って位相の再調整を行ってから、ステップST19に進んで、全てのCDRを通常状態に復帰する。すなわち、各ブロック回路100,200の受信データData0[15:0],Data1[15:0]におけるビットエラーレートが最少となる状態で受信回路3(100,200)の受信動作を開始する。
なお、上述した第2実施例によれば、例えば、分周クロックの遷移タイミングが一致して同時スイッチングノイズが発生すること以外の要因に関しても、ビットエラーレートが最少となるように各ブロック回路におけるクロックの位相制御が行われる。
図16は、第3実施例の受信回路を示すブロック図であり、図17は、図16に示す受信回路の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
図16と、前述した図8および図14との比較から明らかなように、第3実施例において、動作位相制御回路1は、第1実施例の位相検知回路11,12、或いは、第2実施例のエラー検出器13,14を有していない。
その代り、動作位相制御回路1は、受信回路3(ブロック回路100,200)に印加する電源電圧Vddをモニタする電源モニタ回路2の出力信号を受け取って、各ブロック回路100,200におけるクロックの位相制御を行うようになっている。
電源モニタ回路2は、アナログ−ディジタル変換器(ADC)21を含み、受信回路3に印加する電源電圧Vddをディジタル変換した信号(ピーク情報)を動作位相制御回路1に出力する。すなわち、ADC21により電源電圧Vddをモニタし、電源ノイズが最も少ない動作位相の組み合わせを選択する。
なお、動作位相制御回路1によるセレクタ105(205)およびゲーテッドクロック回路106(206)の制御は、第1および第2実施例と同様である。
図17と、上述した図15との比較から明らかなように、第3実施例は、第2実施例におけるステップST20〜ST23の処理が、ステップST20'〜ST23'の処理に変更されている。
すなわち、第2実施例のステップST20では、エラー検出器13が受信データData0[15:0]のエラーを検出していたのに対し、第3実施例のステップST20'では、ADC21が、電源電圧Vddのピーク高さ(ピーク電圧)を検出して動作位相状態を取り込む。
さらに、ステップST21'では、位相コードを変更して行う位相シフタ104による位相調整の全ての組み合わせが完了したか否かを判定し、全ての組み合わせが完了したと判定するまで、ステップST15に戻って同様の処理を繰り返す。
次に、ステップST22'に進んで、位相調整の全ての組み合わせのうち、ピーク高さが最小となる組み合わせを探索し、さらに、ステップST23に進み、その組み合わせの情報(最適位相情報)に従って位相の再調整を開始して、ステップST24に進む。
このように、電源電圧Vddのピーク高さが最小となる組み合わせの最適位相情報に従って位相の再調整を行ってから、ステップST19に進んで、全てのCDRを通常状態に復帰する。すなわち、電源電圧Vddのピーク高さが最小となる状態で受信回路3(100,200)の受信動作を開始する。
なお、上述した第3実施例によれば、例えば、分周クロックの遷移タイミングが一致して同時スイッチングノイズが発生すること以外の要因に関しても、電源電圧Vddのピーク高さが最小となるように各ブロック回路におけるクロックの位相制御が行われる。
図18は、本実施例の受信回路が適用される半導体集積回路装置の例を示すブロック図であり、図18(a)は、マルチCPUチップの一例を示し、図18(b)は、クロスバースイッチチップの一例を示す。
図18(a)に示されるように、マルチCPUチップ10Aは、例えば、複数の受信回路3,複数のCPUコア5および複数の送信回路4を含む。また、図18(b)に示されるように、クロスバースイッチチップ10Bは、複数の受信回路3,スイッチ回路6および複数の送信回路4を含む。
すなわち、上述した本実施例の受信回路3(ブロック回路100〜400)は、例えば、送信回路600,700と共に、図1を参照して説明したI/O回路に適用されるだけでなく、マルチCPUチップ10Aやクロスバースイッチチップ10Bとして適用される。
さらに、マルチCPUチップおよびクロスバースイッチチップも単なる例であり、本実施例の受信回路は、様々な半導体集積回路装置(半導体チップ)に適用することができる。
図19は、図18に示す半導体集積回路装置が適用される例を説明するための図である。図19に示されるように、例えば、マルチCPUチップやクロスバースイッチチップといった半導体チップ10は、回路基板20上に搭載され、そのような回路基板20は、例えば、サーバ30における1つの回路基板20として使用される。さらに、サーバラック40には、例えば、複数のサーバ30が搭載されることになる。
このように、本実施例に係る受信回路および半導体集積回路装置は、様々な対象に対して幅広く適用され得るものである。
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
(付記1)
第1クロックを受け取って位相制御する位相制御回路、および、位相制御された前記第1クロックに基づいて生成した第2クロックで駆動される複数の内部回路を、それぞれ含む複数のブロック回路を有する受信回路であって、
それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路は、前記複数のブロック回路による受信データのエラーレートが低くなるように、動作位相制御回路からの制御信号によって制御される、
ことを特徴とする受信回路。
(付記2)
それぞれの前記ブロック回路は、クロックデータリカバリ回路であり、
それぞれの前記内部回路は、デマルチプレクサであり、
前記第2クロックは、位相制御された前記第1クロックを分周した分周クロックである、
ことを特徴とする付記1に記載の受信回路。
(付記3)
それぞれの前記クロックデータリカバリ回路は、
入力データ信号と前記分周クロックとの間のサンプリングタイミングを調整するディジタルフィルタ回路と、
前記ディジタルフィルタ回路の動作を、前記動作位相制御回路からの制御信号に従って制御する動作制御回路と、
前記ディジタルフィルタ回路により前記分周クロックの周波数がロックしたかどうかを検出する周波数ロック検出器と、を有する、
ことを特徴とする付記2に記載の受信回路。
(付記4)
前記動作位相制御回路は、
それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相を検知する位相検知回路を含み、
それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相がばらつくように、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
ことを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1項に記載の受信回路。
(付記5)
前記動作位相制御回路は、
それぞれの前記ブロック回路における前記出力データのビットエラーを検出するエラー検出器を含み、
検出されたそれぞれの前記ブロック回路における前記出力データのビットエラーが少なくなる、それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相の組み合わせを求め、その組み合わせに従って、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
ことを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1項に記載の受信回路。
(付記6)
前記動作位相制御回路は、
複数の前記ブロック回路における電源電圧のピークをモニタする電源モニタ回路を含み、
検出された複数の前記ブロック回路における電源電圧のピークが小さくなる、それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相の組み合わせを求め、その組み合わせに従って、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
ことを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1項に記載の受信回路。
(付記7)
付記1乃至付記6のいずれか1項に記載の受信回路を有すると共に、前記第1クロックに従ってデータを送信する複数のブロック回路を含む送信回路を有する、
ことを特徴とする入出力回路。
(付記8)
第1クロックを受け取って位相制御する位相制御回路、および、位相制御された前記第1クロックに基づいて生成した第2クロックで駆動される複数の内部回路を、それぞれ含む複数のブロック回路と、
複数の前記ブロック回路の出力信号におけるビットエラーレートを低減するように、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する動作位相制御回路と、を有する、
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
(付記9)
前記動作位相制御回路は、
それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相を検知する位相検知回路を含み、
それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相がばらつくように、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
ことを特徴とする付記8に記載の半導体集積回路装置。
(付記10)
前記動作位相制御回路は、
それぞれの前記ブロック回路における前記出力データのビットエラーを検出するエラー検出器を含み、
検出されたそれぞれの前記ブロック回路における前記出力データのビットエラーが少なくなる、それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相の組み合わせを求め、その組み合わせに従って、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
ことを特徴とする付記8に記載の半導体集積回路装置。
(付記11)
前記動作位相制御回路は、
複数の前記ブロック回路における電源電圧のピークをモニタする電源モニタ回路を含み、
検出された複数の前記ブロック回路における電源電圧のピークが小さくなる、それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相の組み合わせを求め、その組み合わせに従って、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
ことを特徴とする付記8に記載の半導体集積回路装置。
(付記12)
さらに、
前記第1クロックを生成するクロック生成器を含む、
ことを特徴とする付記8乃至付記11のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置。
(付記13)
それぞれの前記ブロック回路は、クロックデータリカバリ回路であり、
それぞれの前記内部回路は、デマルチプレクサであり、
前記第2クロックは、位相制御された前記第1クロックを分周した分周クロックである、
ことを特徴とする付記8乃至付記12のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置。
(付記14)
それぞれの前記クロックデータリカバリ回路は、
入力データ信号と前記分周クロックとの間のサンプリングタイミングを調整するディジタルフィルタ回路と、
前記ディジタルフィルタ回路の動作を、前記動作位相制御回路からの制御信号に従って制御する動作制御回路と、
前記ディジタルフィルタ回路により前記分周クロックの周波数がロックしたかどうかを検出する周波数ロック検出器と、を有する、
ことを特徴とする付記13に記載の半導体集積回路装置。
(付記15)
前記動作位相制御回路による、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路の制御は、前記半導体集積回路装置の電源投入時における初期化処理、或いは、リセット処理として行われる、
ことを特徴とする付記8乃至付記14のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置。
1 動作位相制御回路
2 電源モニタ回路
3 受信回路
4 送信回路
5 CPUコア
6 スイッチ回路
7 クロック生成器(PLL)
11,12 位相検知回路
13,14 エラー検出器
100〜400 ブロック回路(CDR:受信回路)
103 ディジタルフィルタ回路
104,204 位相制御回路(位相シフタ)
105,205 セレクタ(SEL)
106,206 ゲーテッドクロック回路(動作制御回路)
107,207 周波数ロック検出器
110〜113,210〜213 内部回路(デマルチプレクサ)
121〜123,221〜223,621〜623,721〜723 分周器(に分周器:DIV)
131 位相検出器(PD)
132,133 乗算器
134,136 加算器
135 周波数追従用積分器(REG)
137 位相追従用積分器(REG)
600,700 ブロック回路(送信回路)
610〜613,710〜713 内部回路(マルチプレクサ)

Claims (11)

  1. 第1クロックを受け取って位相制御する位相制御回路、および、位相制御された前記第1クロックに基づいて生成した第2クロックで駆動される複数の内部回路を、それぞれ含む複数のブロック回路を有する受信回路であって、
    それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路は、前記複数のブロック回路による受信データのエラーレートが低くなるように、動作位相制御回路からの制御信号によって制御され、
    前記動作位相制御回路は、
    それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相を検知する位相検知回路を含み、
    それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相がばらつくように、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
    ことを特徴とする受信回路。
  2. 第1クロックを受け取って位相制御する位相制御回路、および、位相制御された前記第1クロックに基づいて生成した第2クロックで駆動される複数の内部回路を、それぞれ含む複数のブロック回路を有する受信回路であって、
    それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路は、前記複数のブロック回路による受信データのエラーレートが低くなるように、動作位相制御回路からの制御信号によって制御され、
    前記動作位相制御回路は、
    それぞれの前記ブロック回路における前記受信データのビットエラーを検出するエラー検出器を含み、
    検出されたそれぞれの前記ブロック回路における前記受信データのビットエラーが少なくなる、それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相の組み合わせを求め、その組み合わせに従って、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
    ことを特徴とする受信回路。
  3. 第1クロックを受け取って位相制御する位相制御回路、および、位相制御された前記第1クロックに基づいて生成した第2クロックで駆動される複数の内部回路を、それぞれ含む複数のブロック回路を有する受信回路であって、
    それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路は、前記複数のブロック回路による受信データのエラーレートが低くなるように、動作位相制御回路からの制御信号によって制御され、
    前記動作位相制御回路は、
    複数の前記ブロック回路における電源電圧のピークをモニタする電源モニタ回路を含み、
    検出された複数の前記ブロック回路における電源電圧のピークが小さくなる、それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相の組み合わせを求め、その組み合わせに従って、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
    ことを特徴とする受信回路。
  4. それぞれの前記ブロック回路は、クロックデータリカバリ回路であり、
    それぞれの前記内部回路は、デマルチプレクサであり、
    前記第2クロックは、位相制御された前記第1クロックを分周した分周クロックである、
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の受信回路。
  5. それぞれの前記クロックデータリカバリ回路は、
    入力データ信号と前記分周クロックとの間のサンプリングタイミングを調整するディジタルフィルタ回路と、
    前記ディジタルフィルタ回路の動作を、前記動作位相制御回路からの制御信号に従って制御する動作制御回路と、
    前記ディジタルフィルタ回路により前記分周クロックの周波数がロックしたかどうかを検出する周波数ロック検出器と、を有する、
    ことを特徴とする請求項に記載の受信回路。
  6. 請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の受信回路を有すると共に、前記第1クロックに従ってデータを送信する複数のブロック回路を含む送信回路を有する、
    ことを特徴とする入出力回路。
  7. 第1クロックを受け取って位相制御する位相制御回路、および、位相制御された前記第1クロックに基づいて生成した第2クロックで駆動される複数の内部回路を、それぞれ含む複数のブロック回路と、
    複数の前記ブロック回路の出力信号におけるビットエラーレートを低減するように、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する動作位相制御回路と、を有し、
    前記動作位相制御回路は、
    それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相を検知する位相検知回路を含み、
    それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相がばらつくように、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  8. 第1クロックを受け取って位相制御する位相制御回路、および、位相制御された前記第1クロックに基づいて生成した第2クロックで駆動される複数の内部回路を、それぞれ含む複数のブロック回路と、
    複数の前記ブロック回路の出力信号におけるビットエラーレートを低減するように、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する動作位相制御回路と、を有し、
    前記動作位相制御回路は、
    それぞれの前記ブロック回路における前記出力信号のビットエラーを検出するエラー検出器を含み、
    検出されたそれぞれの前記ブロック回路における前記出力信号のビットエラーが少なくなる、それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相の組み合わせを求め、その組み合わせに従って、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  9. 第1クロックを受け取って位相制御する位相制御回路、および、位相制御された前記第1クロックに基づいて生成した第2クロックで駆動される複数の内部回路を、それぞれ含む複数のブロック回路と、
    複数の前記ブロック回路の出力信号におけるビットエラーレートを低減するように、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する動作位相制御回路と、を有し、
    前記動作位相制御回路は、
    複数の前記ブロック回路における電源電圧のピークをモニタする電源モニタ回路を含み、
    検出された複数の前記ブロック回路における電源電圧のピークが小さくなる、それぞれの前記ブロック回路における前記第2クロックの位相の組み合わせを求め、その組み合わせに従って、それぞれの前記ブロック回路における前記位相制御回路を制御する、
    ことを特徴とする半導体集積回路装置。
  10. それぞれの前記ブロック回路は、クロックデータリカバリ回路であり、
    それぞれの前記内部回路は、デマルチプレクサであり、
    前記第2クロックは、位相制御された前記第1クロックを分周した分周クロックである、
    ことを特徴とする請求項乃至請求項のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置。
  11. それぞれの前記クロックデータリカバリ回路は、
    入力データ信号と前記分周クロックとの間のサンプリングタイミングを調整するディジタルフィルタ回路と、
    前記ディジタルフィルタ回路の動作を、前記動作位相制御回路からの制御信号に従って制御する動作制御回路と、
    前記ディジタルフィルタ回路により前記分周クロックの周波数がロックしたかどうかを検出する周波数ロック検出器と、を有する、
    ことを特徴とする請求項10に記載の半導体集積回路装置。
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