JP6163860B2 - 位相比較回路とクロックデータリカバリ回路 - Google Patents
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Description
位相比較回路としては、ホッジの位相比較器がある。ホッジの位相比較器では例えば4Gbpsの信号を受信する場合には4GHzのクロックが必要となる。この場合データレートが速くなればなるほど速いクロックが必要となるため、高速化に対しては実装が難しくなってくる。これに対し、例えば特許文献1に開示されているように、データレートを4Gbpsとした場合にクロックは2GHzで取り込むことが可能なハーフレートの位相比較回路がすでに知られている。
受信データと、所定のクロック信号及びリセット信号とを入力して、位相を同期させるためのアップ用信号とダウン用信号を生成する複数の位相比較器と、
所定の位相比較器から出力されるアップ用信号と他の所定の位相比較器から出力されるアップ用信号との論理和をそれぞれアップ信号として生成する複数のOR回路とを備えた位相比較回路において、
前記各位相比較器は受信データの遷移エッジと前記リセット信号の立ち下がりエッジの時間差を前記アップ信号のパルス幅として生成し、前記アップ信号のパルス幅が生成される場合に前記クロック信号の立ち上がりエッジと他の前記リセット信号の立ち下がりエッジの時間差を前記ダウン信号のパルス幅として生成することを特徴とする。
図1に示す位相比較回路10は、高速シリアル通信のクロックデータリカバリ回路に使用される回路である。
ところで実際に回路を実装した場合にはフリップフロップFF1〜FF8の出力遅延はゼロではないので、デバイスに応じた出力遅延が現れる。図5は図4においてフリップフロップFF1〜FF8の出力遅延をtd(所定の遅延時間)とした場合のタイミングチャートを示す。図4と比較して各リセット信号(rst_a0,rst_a1,rst_b0,rst_b1,rst_c0, rst_c1, rst_d0, rst_d1)が各クロック信号(ck0,ck1,ck2,ck3)からtd遅れていることがわかる。
図8は、位相比較器PD_Cの構成を示す回路図である。この位相比較器PD_Cは、図6に示す位相比較器PD_Aと同じであり、リセットとしてリセット信号rst_c0とリセット信号rst_c1が入力されていることが異なる。
図9の場合と同様に、クロックデータリカバリ回路においては、受信データとクロック信号の位相同期の過程において、アップ信号up2とダウン信号dn2のパルス幅が等しくなるように制御される。また、位相同期した状態ではΔph+td=0.5UI+tdとなり、Δph=0.5UIとなるため、ちょうどクロック信号ck2とクロック信号ck0の立ち上がりエッジの中間に受信データdataのエッジが来るように制御されることになる。これは、つまりクロックデータデカバリ回路においては、受信データをクロック信号で検出する際に、受信データのエッジからクロック信号のエッジへのマージンが最大となるため、データ復元エラーが最も起きにくくなり、通信の信頼性を高めることが可能となる。
このクロックデータリカバリ回路30は、位相比較回路10とチャージポンプ31とループフィルタ32と電圧制御発振器(VCO)33とデータサンプリング部34とから構成されている。位相比較回路10とチャージポンプ31とループフィルタ32と電圧制御発振器33とで負帰還回路が構成されており、受信データdataとクロック信号(ck0,ck1,ck2,ck3)の位相が同期するように位相比較回路10とデータサンプリング部34とが制御される。
[第2実施例]
図18に第2実施例のクロックデータリカバリ回路130を示す。このクロックデータリカバリ回路130は、図13に示すクロックデータリカバリ回路30の位相比較回路10とチャージポンプ31とループフィルタ32と電圧制御発振器(VCO)33とデータサンプリング部34とに、分周器131と位相周波数比較器132とアップ・ダウン選択器133とを追加して、周波数引き込み能力の向上を図ったものである。
分周器131は、図19に示すように、フリップフロップ131F1とインバータ131I1とによって、クロック信号ck0を2分周して分周クロック信号ck_divを生成する。また、フリップフロップ131F2とインバータ131I2とで受信データdataを2分周して分周受信データdata_divを生成する。
11 リセット生成部
12〜15 オア回路
PD_A 位相比較器
PD_B 位相比較器
PD_C 位相比較器
PD_D 位相比較器
up_a アップ用信号
up_b アップ用信号
up_c アップ用信号
dn_a ダウン用信号
up_d アップ用信号
dn_b ダウン用信号
dn_c ダウン用信号
dn_d ダウン用信号
Claims (4)
- 周波数が同じでそれぞれ位相が所定角度ずつずれたクロックである複数のクロック信号が入力され、各クロック信号に従って、位相が所定角度ずつずれた複数のリセット信号を生成するリセット生成部と、
受信データと、所定のクロック信号及びリセット信号とを入力して、位相を同期させるためのアップ用信号とダウン用信号を生成する複数の位相比較器と、
所定の位相比較器から出力されるアップ用信号と他の所定の位相比較器から出力されるアップ用信号との論理和をそれぞれアップ信号として生成する複数のOR回路とを備えた位相比較回路において、
前記各位相比較器は受信データの遷移エッジと前記リセット信号の立ち下がりエッジの時間差を前記アップ信号のパルス幅として生成し、前記アップ信号のパルス幅が生成される場合に前記クロック信号の立ち上がりエッジと他の前記リセット信号の立ち下がりエッジの時間差を前記ダウン信号のパルス幅として生成することを特徴とする位相比較回路。 - 周波数が同じでそれぞれ位相が90度ずつずれたクロックであるクロック信号0、クロック信号1、クロック信号2、クロック信号3が入力され、前記クロック信号0、クロック信号1、クロック信号2、クロック信号3に従って、リセット信号A0、リセット信号A1、リセット信号B0、リセット信号B1、リセット信号C0、リセット信号C1、リセット信号D0、リセット信号D1を生成するリセット生成部と、
受信データと前記クロック信号0とクロック信号2と前記リセット信号A0とリセット信号A1が入力され、位相を同期させるためのアップ用信号Auとダウン用信号Adを生成する位相比較器Aと、
前記受信データと前記クロック信号0とクロック信号2と前記リセット信号B0とリセット信号B1が入力されアップ用信号Buとダウン用信号Bdを生成する位相比較器Bと、
前記受信データと前記クロック信号0とクロック信号2と前記リセット信号C0とリセット信号C1が入力されアップ用信号Cuとダウン用信号Cdを生成する位相比較器Cと、
前記受信データと前記クロック信号0とクロック信号2と前記リセット信号D0とリセット信号D1が入力されアップ用信号Duとダウン用信号Ddを生成する位相比較器Dと、
前記アップ用信号Auとアップ用信号Cuが入力されその論理和をアップ信号UP1として生成するOR回路K1と、
前記アップ用信号Buとアップ用信号Duが入力されその論理和をアップ信号UP2として生成するOR回路K2と、
前記ダウン用信号Adと前記ダウン用信号Cdが入力されその論理和をダウン信号DN1として生成するOR回路K3と、
前記ダウン用信号Bdと前記ダウン用信号Ddが入力されその論理和をダウン信号DN2として生成するOR回路K4とを備えた位相比較回路において、
前記位相比較器Aは、前記受信データの遷移エッジと前記リセット信号A0の立ち下がりエッジの時間差を前記アップ用信号Auのパルス幅として生成し、前記アップ用信号Auのパルス幅が生成される場合に前記クロック信号2の立ち上がりエッジと前記リセット信号A1の立ち下がりエッジの時間差を前記ダウン用信号Adのパルス幅として生成し、
前記位相比較器Bは、前記受信データの遷移エッジと前記リセット信号B0の立ち下がりエッジの時間差を前記アップ用信号Buのパルス幅として生成し、前記アップ用信号Buのパルス幅が生成される場合に前記クロック信号0の立ち上がりエッジと前記リセット信号B1の立ち下がりエッジの時間差を前記ダウン用信号Bdのパルス幅として生成し、
前記位相比較器Cは、前記受信データの遷移エッジと前記リセット信号C0の立ち下がりエッジの時間差を前記アップ用信号Cuのパルス幅として生成し、前記アップ用信号Cuのパルス幅が生成される場合に前記クロック信号2の立ち上がりエッジと前記リセット信号C1の立ち下がりエッジの時間差を前記ダウン用信号Cdのパルス幅として生成し、
前記位相比較器Dは、前記受信データの遷移エッジと前記リセット信号D0の立ち下がりエッジの時間差を前記アップ用信号Duのパルス幅として生成し、前記アップ用信号Duのパルス幅が生成される場合に前記クロック信号0の立ち上がりエッジと前記リセット信号D1の立ち下がりエッジの時間差を前記ダウン用信号Ddのパルス幅として生成することを特徴とする位相比較回路。 - 請求項2に記載の位相比較回路と、
この位相比較回路から出力される前記アップ信号1,2とダウン信号1,2とが入力され、これら入力される信号のパルス幅に応じた出力信号cpoutを生成するチャージポンプと、
前記出力信号cpoutを入力して該出力信号cpoutの電圧に応じた制御信号vcontを生成するループフィルタと、
前記制御信号vcontを入力して該制御信号vcontに応じた周波数の前記クロック信号0,1,2,3を生成する電圧制御発振器と、
この電圧制御発振器から出力される前記クロック信号0,2と前記受信データとを入力して復元データと復元クロック信号を生成するデータサンプリング部とを備えていることを特徴とするクロックデータリカバリ回路。 - 請求項3に記載のクロックデータリカバリ回路であって、
前記クロック信号0と前記受信データが入力され該クロック信号0を分周した分周クロック信号と該受信データを分周した分周データとを生成する分周器と、
前記分周クロック信号と前記分周データとが入力されて該信号の立ち上りエッジの差をアップ差信号と、その立下りエッジの差をダウン差信号として生成する位相周波数比較器と、
この位相周波数比較器から出力されるアップ差信号とダウン差信号と、前記位相比較回路から出力される前記アップ信号1,2とダウン信号1,2とを入力して、受信データとクロック信号の周波数とが同期したことを示す周波数ロック信号に基づいて、アップ差信号及びアップ信号1,2またはダウン差信号及びダウン信号1,2を選択して出力するアップ・ダウン選択器とを備え、
このアップ・ダウン選択器から出力されるアップ差信号及びアップ信号1,2またはダウン差信号及びダウン信号1,2が前記チャージポンプへ入力することを特徴とするクロックデータリカバリ回路。
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