JPWO2002052775A1 - 半導体集積回路 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般的に半導体集積回路に関し、特に、入力信号をサンプリングするために用いるクロック信号の位相を調整するタイミング制御回路を含む半導体集積回路に関する。
背景技術
ディジタル信号の伝送や再生においては、受信又は再生された入力信号をサンプリングするためにクロック信号が用いられる。このような場合には、入力信号の遷移点に基づいて適切な位相を有するクロック信号を発生するか、又は、入力信号をオーバーサンプリングすることにより、1つのサンプリングポイントに対して複数の位相を有する多相クロック信号を発生し、その中から適切な位相を有するクロック信号を選択することが行われている。一般的に、回路規模や消費電力を低減するためには、前者の方式が選択される。以下、前者の方式について、従来技術の説明を行う。
従来は、入力信号の遷移点を検出し、この遷移点からビット周期の50%だけずれた位置がサンプリングポイントとなるようにクロック信号を発生し、このクロック信号を用いて入力信号をサンプリングしていた。ここで、入力信号が差動信号である場合には、差動信号がクロスする位置が入力信号の遷移点に相当する。
ところで、ディジタル信号の伝送や再生においては、信号の伝送路における浮遊容量等によって波形歪やジッタが生じたり、記録再生系におけるシンボル間干渉等によって波形歪やジッタが生じる。これらの波形歪やジッタが大きくなると、従来のタイミング制御回路においては、サンプリングポイントを最適の位置に設定することが困難になる。その様子を図1〜図3に示す。
図1〜図3においては、差動入力信号に大きな波形歪やジッタが生じており、差動入力信号を構成する正相入力信号In1と逆相入力信号In2とがクロスする位置が一点に定まっていない。図1に示すように、正相入力信号In1と逆相入力信号In2との電位差が全体として最大となるタイミングt1〜t4が、最適のサンプリングポイントを与える。しかしながら、実際には、波形歪やジッタの影響で、サンプリングポイントが最適位置から前か後にずれてしまう。例えば、図2においては、正相入力信号In1と逆相入力信号In2とがクロスする最も速いタイミングに基づいて、サンプリングポイントが設定されている。一方、図3においては、正相入力信号In1と逆相入力信号In2とがクロスする最も遅いタイミングに基づいて、サンプリングポイントが設定されている。
このように、従来のタイミング制御回路においては、大きな波形歪やジッタが存在する場合に、差動入力信号を構成する正相入力信号In1と逆相入力信号In2との電位差がサンプリングポイントにおいて小さくなってしまうため、これが主な原因となってエラーが発生し易いという問題があった。
発明の開示
そこで、上記の点に鑑み、本発明の目的は、入力信号に大きな波形歪やジッタが生じていても、入力信号をサンプリングするために適切な位相を有するクロック信号を発生させるタイミング制御回路を含む半導体集積回路を提供することである。
以上の課題を解決するため、本発明に係る半導体集積回路は、クロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において入力信号の相対的なレベルを積分する少なくとも1つの積分手段と、クロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において入力信号の遷移を検出し、遷移の方向に対応する検出信号を出力する少なくとも1つの検出手段と、少なくとも1つの検出手段から出力される検出信号に従って少なくとも1つの積分手段の出力信号を反転する少なくとも1つのスイッチ手段と、少なくとも1つのスイッチ手段の出力信号に基いて、クロック信号の位相を制御するために用いられる位相制御信号を発生する位相制御信号発生手段とを具備する。
上記の構成によれば、クロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において入力信号の遷移方向に従って入力信号の相対的なレベルを積分することによりクロック信号の位相が制御されるので、入力信号に大きな波形歪やジッタが生じていても、入力信号をサンプリングするために適切な位相を有するクロック信号を発生させることができる。
発明を実施するための最良の形態
図4は、本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路に含まれているタイミング制御回路の構成を示す図である。
図4において、クロック信号発生回路1は、入力された差動入力信号In1とIn2から抽出されるビット周波数成分に基づいて、入力信号をサンプリングするために用いるクロック信号を発生する。クロック信号発生回路1が出力するクロック信号の位相は、位相制御信号F/Sによって制御することができる。
一般的に、Nを自然数とすると、クロック信号発生回路1は、N個のデータに対して位相φ1〜φNを有するN相のクロック信号を発生するように構成されている。Nの値は、例えば10とすることができる。なお、位相φ1〜φNを経て位相が一巡するので、位相φ(N+1)は、位相φ1に等しいと考えて良い。さらに、クロック信号発生回路1は、これらN相のクロック信号の位相情報をすべて含んだシリアルクロック信号を出力するようにしても良い。
差動入力信号In1とIn2は、第1の積分回路2と、データ遷移検出回路3にも供給される。ここで、1つの第1の積分回路2と、1つのデータ遷移検出回路3と、1つのスイッチ回路4とが組み合わされて、1つの回路ブロックを構成している。N相のクロック信号に対応して、回路ブロックの数もN個とされている。
各回路ブロックは、N相のクロック信号の内から所定の2つのクロック信号を供給されて動作する。各回路ブロックにおいて、第1の積分回路2から出力される差動信号は、対応するスイッチ回路4に供給される。スイッチ回路4の切換動作は、対応するデータ遷移検出回路3から出力される検出信号によって制御される。
N個のスイッチ回路4から出力される差動信号は、それぞれ合成されて第2の積分回路5に供給される。第2の積分回路5とレベル検出回路6とは、位相制御信号発生手段を構成している。この位相制御信号発生手段は、N個のスイッチ回路4の出力に基づいて、クロック信号の位相を早めるか遅くするかを制御するために用いられる位相制御信号F/Sを発生し、クロック信号発生回路1に供給する。即ち、第2の積分回路5が、N個のスイッチ回路4から出力される差動信号をそれぞれ積分すると、レベル検出回路6が、第2の積分回路5から出力される差動信号の差成分を検出することにより、位相制御信号F/Sを作成する。
次に、図4に示す回路の構成及び動作について、詳しく説明する。
N個の第1の積分回路2は、連続する2つのクロックパルスの間の期間φ1〜φ2、φ2〜φ3、・・・、又はφN〜φ1において、差動入力信号In1とIn2の差成分を積分して、差動信号として出力する。
図5に示すように、第1の積分回路2は、差動増幅回路8の差動出力に2つのキャパシタC1及びC2を接続することにより構成することができる。差動増幅回路8には、N相クロック信号の中から、位相φiを有するクロック信号と位相φ(i+1)を有するクロック信号とが供給される。差動増幅回路8は、位相φiを有するクロック信号がハイレベルであり、位相φ(i+1)を有するクロック信号がローレベルである期間φi〜φ(i+1)においてのみ活性化され、その期間において差動入力信号In1とIn2の差成分を積分して、得られた電荷をキャパシタC1及びC2にそれぞれ蓄える。
再び図1を参照すると、データ遷移検出回路3は、連続する2つのクロックパルスの間の期間φ1〜φ2、φ2〜φ3、・・・、又はφN〜φ1における差動入力信号のレベルに基づいて、データが遷移したことを検出し、遷移の方向に対応する検出信号を出力する。
スイッチ回路4は、データ遷移検出回路3から出力される検出信号がデータが遷移したことを示す場合のみ、第1の積分回路2の出力を第2の積分回路5の入力に接続する。その際、データが“0”から“1”に遷移した場合には、第1の積分回路2の非反転出力を第2の積分回路5の正相入力に接続すると共に、第1の積分回路2の反転出力を第2の積分回路5の逆相入力に接続する。一方、データが“1”から“0”に遷移した場合には、第1の積分回路2の反転出力を第2の積分回路5の正送入力に接続すると共に、第1の積分回路2の非反転出力を第2の積分回路5の逆相入力に接続する。なお、データが遷移しない場合には、第1の積分回路2の出力は、第2の積分回路5に接続されない。
このように動作させることにより、図6に示すように、入力信号の遷移の方向に従って、積分値の符号が決定される。即ち、データが“0”から“1”に遷移する期間t1〜t2においては、In1<In2の場合に積分値をマイナスとし、In1>In2の場合に積分値をプラスとする。一方、データが“1”から“0”に遷移する期間t2〜t3においては、In1<In2の場合に積分値をプラスとし、In1>In2の場合に積分値をマイナスとする。
図6に示すように、サンプリングポイントが最適の位置に設定されている場合には、プラスの領域の面積とマイナスの領域の面積とが等しくなり、プラスの積分値とマイナスの積分値とが相殺されて、第1の積分回路2(図1)の差動出力が等しいレベルになる。
これに対し、図7に示すように、サンプリングポイントが最適の位置よりも前になった場合には、マイナスの領域の面積がプラスの領域の面積よりも大きくなり、第1の積分回路2(図1)の差動出力において、反転出力が非反転出力よりも大きくなる。
一方、図8に示すように、サンプリングポイントが最適の位置よりも後になった場合には、プラスの領域の面積がマイナスの領域の面積よりも大きくなり、第1の積分回路2(図1)の差動出力において、非反転出力が反転出力よりも大きくなる。
図1に示す第2の積分回路5は、サンプリング位相φ1〜φNについて設けられたN個の第1の積分回路2の差動出力を、全サンプリング期間に渡って積分するために設けられている。図9に示すように、第2の積分回路5は、2つのキャパシタC3及びC4により構成することができる。第2の積分回路の積分期間は、第1の積分回路の積分期間よりも長くすることが望ましい。従って、キャパシタC3及びC4の容量は、キャパシタC1及びC2(図5)の容量よりも大きくする。
再び図1を参照すると、レベル検出回路6は、第2の積分回路5から出力される差動信号Out1、Out2の差成分を検出し、比較結果に基づいて位相制御信号F/Sを出力する。即ち、レベル検出回路6は、Out1>Out2の場合には位相制御信号F/Sをハイレベルとし、Out1<Out2の場合には位相制御信号F/Sをローレベルとする。従って、サンプリングポイントが最適の位置よりも前になった場合には位相制御信号F/Sがローレベルとなり、サンプリングポイントが最適の位置よりも後になった場合には位相制御信号F/Sがハイレベルとなる。
レベル検出回路6が出力する位相制御信号F/Sは、クロック信号発生回路1に供給される。クロック信号発生回路1は、位相制御信号F/Sがローレベルである場合にはクロック信号の位相を遅らせ、位相制御信号F/Sがハイレベルである場合にはクロック信号の位相を早める。このようにして、一種のPLL(フェーズ・ロックド・ループ)が構成され、クロック信号が、入力信号をサンプリングするための最適のタイミングに調整される。なお、クロック信号発生回路1が電圧制御発振器(VCO)を含むように構成し、第2の積分回路のアナログ出力信号(差動信号又はシングル信号)を用いて制御するようにしても良い。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図10は、本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路に含まれているタイミング制御回路の構成を示す図である。本実施形態においては、第1の実施形態におけるクロック信号発生回路に替わって、入力されたN相のクロック信号を位相制御信号に従って遅延させる可変遅延回路が用いられている。同じN相のクロック信号が他の回路においても使用されている場合には、別個にクロック信号発生回路を設けるよりも、回路規模が比較的小さい可変遅延回路を設ける方が適している。
図10に示すタイミング制御回路10において、可変遅延回路7は、供給されたN相のクロック信号Ck1〜CkNを、位相制御信号F/Sに従って遅延させる。遅延されたN相のクロック信号φ1〜φNは、複数の第1の積分回路2と、複数のデータ遷移検出回路3とに供給される。第1の実施形態におけるのと同様に、1つの第1の積分回路2と、1つのデータ遷移検出回路3と、1つのスイッチ回路4とが組み合わされて、1つの回路ブロックを構成している。複数の回路ブロックに含まれている複数のスイッチ回路4の出力は合成されて、第2の積分回路5に供給される。レベル検出回路6は、第2の積分回路5の出力に基づいて、クロック信号の位相を早めるか遅くするかを制御するための位相制御信号F/Sを作成する。
レベル検出回路6が出力する位相制御信号F/Sは、可変遅延回路7に供給される。可変遅延回路7は、位相制御信号F/Sがローレベルである場合にはクロック信号の位相を遅らせ、位相制御信号F/Sがハイレベルである場合にはクロック信号の位相を早める。このようにして、N相のクロック信号が、入力信号をサンプリングするための最適のタイミングに調整される。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図11は、本発明の第3の実施形態に係る半導体集積回路に含まれているタイミング制御回路の構成を示す図である。本実施形態においては、3種類の入力信号に対応して、第2の実施形態に係るタイミング制御回路が3系統用いられる。
図11において、3種類の入力信号が、RGB毎のシリアル画像データであるとする。即ち、Rチャンネルの差動入力信号InR1、InR2がタイミング制御回路10Rに入力され、Gチャンネルの差動入力信号InG1、InG2がタイミング制御回路10Gに入力され、Bチャンネルの差動入力信号InB1、InB2がタイミング制御回路10Bに入力される。これらのタイミング制御回路10R〜10Bには、N相のクロック信号Ck1〜CkNが供給される。タイミング制御回路10R〜10Bに含まれている可変遅延回路は、供給されたN相のクロック信号Ck1〜CkNを、それぞれの位相制御信号に従って遅延させる。
これにより、タイミング制御回路10Rからは、Rチャンネルの差動入力信号InR1、InR2をサンプリングするためのクロック信号φR1〜φRNが出力され、タイミング制御回路10Gからは、Gチャンネルの差動入力信号InG1、InG2をサンプリングするためのクロック信号φG1〜φGNが出力され、タイミング制御回路10Bからは、Bチャンネルの差動入力信号InB1、InB2をサンプリングするためのクロック信号φB1〜φBNが出力される。
このように、本実施形態においては、3つのチャンネル間においてN相のクロック信号Ck1〜CkNを共通に使用しているので、各チャンネル毎にクロック信号発生回路を設けるよりも回路規模を削減することができる。
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載される範囲内で自由に変形、変更することが可能である。
本発明によれば、入力信号に大きな波形歪やジッタが生じていても、入力信号をサンプリングするために適切な位相を有するクロック信号を発生させることができるので、クロック信号の位相マージンを向上させ、エラーレートを低減することが可能である。
産業上の利用可能性
本発明に係る半導体集積回路は、入力信号をサンプリングするために用いるクロック信号の位相が調整される画像機器やコンピュータ等において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
本発明の利点及び特徴は、以下の詳細な説明と図面とを関連させて考察すれば明らかになる。これらの図面において、同じ参照番号は同じ構成要素を指している。
図1は、差動入力信号に大きな波形歪やジッタが生じている場合における最適のサンプリングポイントを示す図である。
図2は、差動入力信号に大きな波形歪やジッタが生じている場合において、サンプリングポイントが最適位置から前にずれた状態を示す図である。
図3は、差動入力信号に大きな波形歪やジッタが生じている場合において、サンプリングポイントが最適位置から後にずれた状態を示す図である。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路に含まれているタイミング制御回路の構成を示す図である。
図5は、図4に示す第1の積分回路の具体的な回路例を示す図である。
図6は、サンプリングポイントが最適の位置に設定されている場合における入力信号の波形と積分値との関係を示す図である。
図7は、サンプリングポイントが最適の位置よりも前になった場合における入力信号の波形と積分値との関係を示す図である。
図8は、サンプリングポイントが最適の位置よりも後になった場合における入力信号の波形と積分値との関係を示す図である。
図9は、図4に示す第2の積分回路の具体的な回路例を示す図である。
図10は、本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路に含まれているタイミング制御回路の構成を示す図である。
図11は、本発明の第3の実施形態に係る半導体集積回路に含まれているタイミング制御回路の構成を示す回路図である。
Claims (15)
- 入力信号をサンプリングするために用いられるクロック信号の位相を制御する機能を有する半導体集積回路であって、
クロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において入力信号の相対的なレベルを積分する少なくとも1つの積分手段と、
クロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において入力信号の遷移を検出し、遷移の方向に対応する検出信号を出力する少なくとも1つの検出手段と、
前記少なくとも1つの検出手段から出力される検出信号に従って前記少なくとも1つの積分手段の出力信号を反転する少なくとも1つのスイッチ手段と、
前記少なくとも1つのスイッチ手段の出力信号に基いて、クロック信号の位相を制御するために用いられる位相制御信号を発生する位相制御信号発生手段と、
を具備する半導体集積回路。 - 前記位相制御信号発生手段によって発生された位相制御信号に従った位相でクロック信号を発生するクロック信号発生手段をさらに具備する請求項1記載の半導体集積回路。
- Mを2以上の整数として、前記位相制御信号発生手段によって発生された位相制御信号に従った位相でM相のクロック信号を発生するクロック信号発生手段と、
M相のクロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において、入力信号の相対的なレベルを積分するM個の積分手段と、
M相のクロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において、入力信号の遷移を検出し、遷移の方向に対応する検出信号を出力するM個の検出手段と、
前記M個の検出手段から出力される検出信号に従って、前記M個の積分手段の出力信号をそれぞれ反転するM個のスイッチ手段と、
前記M個のスイッチ手段の出力信号に基いて、クロック信号の位相を制御するために用いられる位相制御信号を発生する位相制御信号発生手段と、
を具備する請求項2記載の半導体集積回路。 - 前記位相制御信号発生手段によって発生された位相制御信号に従って、入力されたクロック信号の位相を遅延させる可変遅延手段をさらに具備する請求項1記載の半導体集積回路。
- Mを2以上の整数として、前記位相制御信号発生手段によって発生された位相制御信号に従って、入力されたM相のクロック信号の位相を遅延させる可変遅延手段と、
M相のクロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において、入力信号の相対的なレベルを積分するM個の積分手段と、
M相のクロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において、入力信号の遷移を検出し、遷移の方向に対応する検出信号を出力するM個の検出手段と、
前記M個の検出手段から出力される検出信号に従って、前記M個の積分手段の出力信号をそれぞれ反転するM個のスイッチ手段と、
前記M個のスイッチ手段の出力信号に基いて、クロック信号の位相を制御するために用いられる位相制御信号を発生する位相制御信号発生手段と、
を具備する請求項4記載の半導体集積回路。 - 前記少なくとも1つの積分手段が、増幅回路とキャパシタとを含み、入力信号の相対的なレベルを前記キャパシタにチャージされる電荷量に変換する、請求項1記載の半導体集積回路。
- 前記位相制御信号発生手段が、
前記少なくとも1つのスイッチ手段の出力信号を積分する第2の積分手段と、
前記第2の積分手段の出力信号のレベルを検出することにより、クロック信号の位相を制御するために用いられる位相制御信号を発生するレベル検出手段と、
を含む、請求項1記載の半導体集積回路。 - 前記第2の積分手段が、キャパシタを含む、請求項7記載の半導体集積回路。
- 前記第2の積分手段が、前記少なくとも1つの積分手段のキャパシタよりも大きい容量を有するキャパシタを含む、請求項8記載の半導体集積回路。
- 第1の入力信号と第2の入力信号とを含む差動入力信号をサンプリングするために用いられるクロック信号の位相を制御する機能を有する請求項1記載の半導体集積回路であって、
クロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において第1の入力信号と第2の入力信号との差成分を積分して差動信号を出力する少なくとも1つの積分手段と、
クロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において第1の入力信号と第2の入力信号との差成分の遷移を検出し、遷移の方向に対応する検出信号を出力する少なくとも1つの検出手段と、
前記少なくとも1つの検出手段から出力される検出信号に従って前記少なくとも1つの積分手段から出力される差動信号を切り換える少なくとも1つのスイッチ手段と、
前記少なくとも1つのスイッチ手段から出力される差動信号に基いて、クロック信号の位相を制御するために用いられる位相制御信号を発生する位相制御信号発生手段と、
を具備する半導体集積回路。 - 前記少なくとも1つの積分手段が、差動増幅回路と2つのキャパシタとを含み、第1の入力信号と第2の入力信号との差成分を前記2つのキャパシタにチャージされる電荷量に変換する、請求項10記載の半導体集積回路。
- 前記位相制御信号発生手段が、
前記少なくとも1つのスイッチ手段から出力される差動信号を積分する第2の積分手段と、
前記第2の積分手段から出力される差動信号の差成分を検出することにより、クロック信号の位相を制御するために用いられる位相制御信号を発生するレベル検出手段と、
を含む、請求項10記載の半導体集積回路。 - 前記第2の積分手段が、2つのキャパシタを含む、請求項12記載の半導体集積回路。
- 前記第2の積分手段が、前記少なくとも1つの積分手段の2つのキャパシタの各々よりも大きい容量を各々が有する2つのキャパシタを含む、請求項13記載の半導体集積回路。
- Lを2以上の整数として、L個の入力信号をサンプリングするために用いられるL種類のクロック信号の位相をそれぞれ制御する機能を有する半導体集積回路であって、
入力された1種類のクロック信号の位相をL個の位相制御信号に従ってそれぞれ遅延させるL個の可変遅延手段と、
L個のタイミング制御回路であって、各々が、クロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において入力信号の相対的なレベルを積分する少なくとも1つの積分手段と、クロック信号の連続する2つのパルスの間の期間において入力信号の遷移を検出し、遷移の方向に対応する検出信号を出力する少なくとも1つの検出手段と、前記少なくとも1つの検出手段から出力される検出信号に従って前記少なくとも1つの積分手段の出力信号を反転する少なくとも1つのスイッチ手段と、前記少なくとも1つのスイッチ手段の出力信号に基いて、前記L個の可変遅延手段のそれぞれにおいてクロック信号の位相を制御するために用いられる位相制御信号を発生する位相制御信号発生手段とを含む、前記L個のタイミング制御回路と、
を具備する半導体集積回路。
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