KR100650521B1 - Clock and data recovery circuit and method using it - Google Patents
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Abstract
본 발명의 클럭/데이터 복원회로는, 입력데이터와 생성클럭의 위상차이를 검출하여 위상차 신호를 출력하기 위한 위상 검출기와, 상기 위상차 신호에 따라 출력단의 전압을 조절하기 위한 전하펌프와, 미리 설정된 기준전압과 상기 전하펌프 출력단 전압을 비교하여 상기 전하펌프 출력단 전압이 상기 기준전압보다 큰 경우 적분전압을 증가시켜 출력하고, 상기 전하펌프 출력단 전압이 상기 기준전압보다 작은 경우 적분전압을 감소시켜 출력하는 차동전압적분기와, 상기 전하펌프의 출력단 전압과 상기 차동전압적분기의 적분 전압을 합하여 제어전압을 출력하기 위한 전압믹서와, 상기 제어전압에 비례하는 주파수를 갖는 생성클럭을 발진시키기 위한 전압제어발진기를 포함한다. The clock / data recovery circuit of the present invention includes a phase detector for detecting a phase difference between input data and a generation clock and outputting a phase difference signal, a charge pump for adjusting a voltage at an output terminal according to the phase difference signal, and a preset reference. Compare the voltage and the voltage of the charge pump output stage to increase the integrated voltage when the charge pump output terminal voltage is greater than the reference voltage, and to reduce and output the integral voltage when the charge pump output stage voltage is less than the reference voltage A voltage integrator for outputting a control voltage by adding a voltage integrator, an output terminal voltage of the charge pump and an integrated voltage of the differential voltage integrator, and a voltage controlled oscillator for oscillating a generation clock having a frequency proportional to the control voltage. do.
본 발명의 클럭/데이터 복원 동작은 차동전압적분기를 포함하는 저주파 부스팅 루프에 의한 동작 초기의 거시조정 과정과, 차동전압적분기를 제외하며 위상 검출기가 주기능을 수행하는 미세 고정 루프에 의한 미세조정 과정으로 구분되어 이루어진다.The clock / data recovery operation of the present invention is a macroadjustment process at the beginning of operation by a low frequency boosting loop including a differential voltage integrator, and a fine adjustment process by a fine fixed loop in which a phase detector performs a main function except a differential voltage integrator. It is divided into two parts.
클럭 복원, 데이터 복원, 클럭 동기, 위상 검출, 위상 고정Clock Recovery, Data Recovery, Clock Sync, Phase Detection, Phase Lock
Description
도 1은 종래의 클럭/데이터 복원회로를 나타낸 블록도,1 is a block diagram showing a conventional clock / data recovery circuit;
도 2는 본 발명의 클럭/데이터 복원회로를 나타낸 블록도,2 is a block diagram showing a clock / data recovery circuit of the present invention;
도 3은 본 발명의 클럭/데이터 복원회로의 전하펌프 출력전압과 발진주파수와의 관계를 나타낸 그래프,3 is a graph showing the relationship between the charge pump output voltage and the oscillation frequency of the clock / data recovery circuit of the present invention;
도 4는 본 발명의 클럭/데이터 복원회로의 전하펌프 출력전압의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프,4 is a graph showing the change over time of the charge pump output voltage of the clock / data recovery circuit of the present invention;
도 5는 본 발명의 클럭/데이터 복원회로의 차동전압증폭기 출력전압의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프,5 is a graph showing a change over time of the output voltage of the differential voltage amplifier of the clock / data recovery circuit of the present invention;
도 6는 본 발명의 클럭/데이터 복원회로에서 발진되는 클럭 주파수의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프,6 is a graph showing a change over time of the clock frequency oscillated in the clock / data recovery circuit of the present invention;
도 7은 본 발명의 일실시예에 사용되는 위상 검출기 및 전하펌프의 구조를 나타낸 회로도,7 is a circuit diagram showing the structure of a phase detector and a charge pump used in an embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 사용되는 위상 검출기의 구조를 나타낸 회로도,8 is a circuit diagram showing the structure of a phase detector used in another embodiment of the present invention;
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 사용되는 전하펌프의 구조를 나타낸 회로도.9 is a circuit diagram showing the structure of a charge pump used in another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
22 : 위상 검출기 24 : 전하펌프22: phase detector 24: charge pump
25 : 전압믹서 26 : 전압제어발진기25: voltage mixer 26: voltage controlled oscillator
27 : 차동전압적분기 28 : 데이터 복원부27: differential voltage integrator 28: data recovery unit
본 발명은 클럭/데이터 복원회로에 관한 것으로, 특히, 입력데이터에 주파수 및 위상을 세팅하는 클럭/데이터 복원회로에 관한 것이다.The present invention relates to a clock / data recovery circuit, and more particularly, to a clock / data recovery circuit for setting frequency and phase to input data.
디지털 데이터 통신 분야에서는 수신측과 발신측의 동작 타이밍을 맞추어야 서로간의 통신이 원할하고 정확하게 이루어진다. 이를 위해 수신측과 발신측의 동작 기준이 되는 클럭의 주파수 및 위상을 서로 동기화시켜 주어야 한다. 또한, 고주파 잡음신호가 섞인 수신신호를 기준 클럭의 천이형태에 맞춤으로써, 수신신호에서 잡음을 제거할 수도 있다.In the field of digital data communication, the operation timing of the receiving side and the transmitting side must be aligned so that each other can communicate smoothly and accurately. For this purpose, the frequency and phase of the clock, which is the reference of operation of the receiver and the transmitter, should be synchronized with each other. In addition, by fitting the received signal mixed with the high-frequency noise signal to the transition form of the reference clock, noise can be removed from the received signal.
수신측이 발신측에서 요구하는 클럭의 주파수 및 위상으로 동기화하는 것이 일반적이며, 이를 위해 발신측에서 통신 데이터와는 별도로 동기용 클럭을 함께 방출하여 발신측에서는 상기 동기용 클럭을 기준클럭으로 사용하는 방법과, 발신측에 서 디지탈 통신 데이터를 동기 클럭에 맞추어 전송하면, 수신측에서는 입력받은 데이터로부터 기준클럭을 추출하는 방법이 있다. 통신채널 이용의 효율을 위해 후자의 방법이 널리 사용된다.It is common for the receiving side to synchronize with the frequency and phase of the clock required by the calling party. For this purpose, the calling party releases the synchronization clock separately from the communication data so that the calling party uses the synchronization clock as a reference clock. If the transmitting side transmits digital communication data in accordance with a synchronous clock, the receiving side extracts a reference clock from the received data. The latter method is widely used for the efficiency of communication channel usage.
수신(입력)받은 데이터에서 기준클럭을 복원하고, 복원된 기준클럭으로 수신 데이터의 잡음을 제거하는 역할을 수행하는 것이 클럭/데이터 복원회로이며, 도 1은 종래의 일반적인 클럭/데이터 복원회로를 도시한 것이다. 도시한 클럭/데이터 복원회로는 입력데이터에 포함된 기준클럭의 주파수를 획득하기 위한 주파수 획득 루프(loop2)와, 입력데이터에 포함된 기준클럭과 생성한 클럭의 위상을 정렬하기 위한 위상 고정 루프(loop1)로 이루어진다.The clock / data recovery circuit is to restore a reference clock from the received (input) received data and to remove noise of the received data with the restored reference clock. FIG. 1 illustrates a conventional clock / data recovery circuit. It is. The illustrated clock / data recovery circuit includes a frequency acquisition loop loop2 for acquiring the frequency of the reference clock included in the input data, and a phase locked loop for aligning the phase of the generated clock with the reference clock included in the input data. loop1).
상기 클럭/데이터 복원회로의 루프 스위치(11)의 초기 상태는 주파수 획득 루프(loop2)를 연결하고 있다. 동작 초기에 주파수 획득 루프(loop2)에서는 위상/주파수 검출기(13, Phase Frequency Detector)가 전압제어발진기의 출력클럭주파수와 입력 데이터의 주파수를 비교하며, 위상/주파수 검출기(13)의 판단결과로 제2 전하펌프(15)가 구동하여 전압제어발진기(16, Voltage Control Oscillator)의 제어전압을 조정하게 된다. 그 결과, 전압제어발진기(16)의 출력클럭 주파수가 입력데이터의 주파수와 일치하게 되면, 루프 스위치(11)는 위상 고정 루프(loop1)로 절환된다.The initial state of the loop switch 11 of the clock / data recovery circuit is connected to the frequency acquisition loop loop2. In the frequency acquisition loop loop2, a phase /
위상 고정 루프(loop1)에서는 전압제어발진기(16)로부터 출력되는 클럭의 위상과 입력데이터의 위상이 어긋나는 만큼 제1 전하펌프(14)가 구동하여, 전압제어발진기(16)의 출력클럭의 주파수가 미세하게 변동하며, 상기 클럭 주파수의 미세변 동 과정에서 출력클럭과 입력데이터의 위상이 정렬된다.In the phase locked loop loop1, the
상기 종래의 클럭/주파수 복원회로는 구현에 따라서는 제2 전하펌프(15)를 생략하고, 제1 전하펌프(14)가 겸하도록 구현할 수도 있으나, 위상 검출기(12)를 사용하는 루프와 위상/주파수 검출기(13)를 사용하는 루프는 항상 구분된다. The conventional clock / frequency recovery circuit may be embodied so as to omit the
이는 입력데이터는 클럭이 아닌 변동하는 데이터값이므로, 클럭 주기마다 천이(transition)가 발생하지 않는 바, 위상/주파수 검출기(13)로 정확한 위상 및 주파수를 맞추려고 시도하면 연속데이터 부분에서는 주파수가 다시 감소하는 등 출력주파수에 리플(ripple)이 심하게 발생하여 위상/주파수 검출기(13) 만으로는 위상과 주파수를 정확이 맞출 수 없기 때문이다.Since the input data is a variable data value rather than a clock, no transition occurs every clock period. When the phase /
한편, 위상 검출기(12)는 비교하는 양 신호가 어느정도 주파수가 유사해야만 동작이 가능하기 때문에 입력데이터의 주파수를 판단할 수 없는 초기상태에서는 사용이 불가능하기 때문이다. On the other hand, the
상기 종래의 클럭/주파수 복원회로는, 클럭 및 데이터를 복원하는 동작의 초기에, 생성 클럭의 주파수가 입력데이터 주파수와 상이할 때, 위상/주파수 검출기를 사용하여 어느 정도 유사한 주파수로 맞춰주기 때문에, 위상 검출기의 좁은 주파수 검출 범위를 극복하는데 도움을 준다. In the conventional clock / frequency recovery circuit, since the frequency of the generated clock is different from the input data frequency at the beginning of the clock and data recovery operation, the clock / frequency recovery circuit adjusts the frequency to a somewhat similar frequency using a phase / frequency detector. It helps to overcome the narrow frequency detection range of the phase detector.
그러나, 상기 종래기술의 경우, 2개의 루프에 대한 스위칭이 필요하므로, 스위칭 및 스위칭 여부 판단에 필요한 부가적인 회로를 구비해야 하므로, 설계의 편의성 및 비용면에서 문제가 있으며, 스위칭은 동작에 불안정 요소가 될 수 있어, 전체 회로의 안정성 면에서도 문제가 있다.However, in the prior art, since switching for two loops is required, additional circuits necessary for switching and determining whether to switch are required, and thus there is a problem in design convenience and cost, and switching is an unstable factor in operation. There is also a problem in terms of stability of the entire circuit.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제작 비용이 저렴한 클럭/데이터 복원회로를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a clock / data recovery circuit having a low manufacturing cost.
또한, 본 발명은 위상 검출기만을 사용하며 넓은 주파수 획득 범위를 가지는 클럭/데이터 복원회로를 제공하는데 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a clock / data recovery circuit using only a phase detector and having a wide frequency acquisition range.
또한, 본 발명은 클럭/데이터 복원 동작중에 구동 루프에 대한 스위칭이 발생하지 않는 클럭/데이터 복원회로를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a clock / data recovery circuit in which switching to a driving loop does not occur during a clock / data recovery operation.
또한, 본 발명은 별도의 외부 기준 주파수를 사용하지 않고 클럭과 데이터를 복원해 내는 클럭/데이터 복원회로를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
Another object of the present invention is to provide a clock / data recovery circuit for recovering clock and data without using a separate external reference frequency.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 클럭/데이터 복원회로는,
입력데이터와 생성클럭의 위상차이를 검출하여 위상차 신호를 출력하기 위한 위상 검출기와, 상기 위상차 신호에 따라 출력단의 전압을 조절하기 위한 전하펌프와, 미리 설정된 기준전압과 상기 전하펌프 출력단 전압을 비교하여 상기 전하펌프 출력단 전압이 상기 기준전압보다 큰 경우 적분전압을 증가시켜 출력하고, 상기 전하펌프 출력단 전압이 상기 기준전압보다 작은 경우 적분전압을 감소시켜 출력하는 차동전압적분기와, 상기 전하펌프의 출력단 전압과 상기 차동전압적분기의 적분 전압을 합하여 제어전압을 출력하기 위한 전압믹서와, 상기 제어전압에 비례하는 주파수를 갖는 생성클럭을 발진시키기 위한 전압제어발진기를 포함한다. Clock / data recovery circuit of the present invention for achieving the above object,
A phase detector for detecting a phase difference between the input data and the generated clock and outputting a phase difference signal, a charge pump for adjusting the voltage at the output terminal according to the phase difference signal, a preset reference voltage and the voltage at the charge pump output terminal A differential voltage integrator for increasing and outputting an integrated voltage when the charge pump output terminal voltage is greater than the reference voltage, and decreasing and outputting an integrated voltage when the charge pump output terminal voltage is smaller than the reference voltage; and an output terminal voltage of the charge pump. And a voltage mixer for outputting a control voltage by adding the integrated voltage of the differential voltage integrator and a voltage controlled oscillator for oscillating a generation clock having a frequency proportional to the control voltage.
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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 클럭/데이터 복원방법은,
제1 전압 및 제2 전압을 합하여 얻어진 제어전압에 비례하는 주파수의 클럭을 발진시키며, 상기 제1전압은 고정하고 상기 제2 전압을 점진적으로 증가시켜, 상기 클럭의 주파수를 근사목표값으로 증가시키는 단계와, 상기 클럭의 주파수가 상기 근사목표값이 되면, 상기 증가된 주파수의 클럭과 외부 입력데이터의 위상을 비교하고, 위상차에 따라 상기 제1 전압을 조절하여, 상기 클럭과 외부 입력데이터의 위상을 일치시키는 단계와, 상기 제1 전압은 낮추고 상기 제2 전압은 높여서 최종 수렴값을 가지게 하는 단계를 포함한다. Clock / data recovery method of the present invention for achieving the above object,
Oscillating a clock having a frequency proportional to a control voltage obtained by adding the first voltage and the second voltage, and fixing the first voltage and gradually increasing the second voltage to increase the frequency of the clock to an approximate target value. And when the frequency of the clock reaches the approximate target value, compares the phase of the clock with the increased frequency and the external input data, adjusts the first voltage according to a phase difference, and phases the clock and the external input data. Coinciding with and lowering the first voltage and raising the second voltage to have a final convergence value.
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상기 입력데이터를 상기 발진된 클럭에 동기를 맞추어 복원된 데이터를 출력하게 된다.The restored data is output by synchronizing the input data with the oscillated clock.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들 이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
(( 실시예Example 1) One)
도 2에 도시한 본 실시예의 클럭/데이터 복원회로는, 위상 검출기(22)와, 전하펌프(24)와, 차동전압적분기(27)와, 전압믹서(25)와, 전압제어발진기(26)로 이루어진다. 출력의 전위를 유지하기 위해 상기 차동전압적분기(27)에는 적분 커패시터(C3)가 부가되고, 상기 전하펌프(24)에는 펌핑 커패시터(C1,C2)가 부가된다. 상기 전압제어발진기(26)의 생성클럭으로 입력 데이터를 정렬시킨 정렬데이터를 생성하기 위한 데이터 복원부(28)가 추가로 포함된다.The clock / data recovery circuit of this embodiment shown in FIG. 2 includes a
본 실시예의 위상 검출기(22)는 입력받는 데이터와 전압제어발진기(26)가 출력하는 생성클럭의 동기를 맞추기 위한 것으로서, 데이터의 개별 비트값의 천이시점과 클럭의 폴링 에지(falling edge)를 일치시키는 것이 그 최종 목적이며, 도 7에 도시한 바와 같은 호게(Hogge)형 위상 검출기로 구현하였다. 위상 검출기(22)는 입력데이터의 위상이 클럭의 위상보다 앞서면 UP신호를 DN신호보다 더 길게 출력하며, 클럭의 위상보다 뒤지면 DN신호를 UP신호보다 더 길게 출력한다.The
상기 UP신호를 입력받은 전하펌프(24)는 펌핑 커패시터(C1,C2)에 양(+)전하를 더하는 동작을 수행하여 전하펌프 출력전압(Vf)을 높이게 되며, 상기 DN신호를 입력받은 전하펌프(24)는 펌핑 커패시터에 축적된 양(+)전하를 제거하는 동작을 수행하여 전하펌프 출력전압(Vf)을 낮추게 된다.The
상기 차동전압적분기(27)는 트랜스컨덕턴스 증폭기(Trans-conductance amplifier) 및 부가된 적분 커패시터(C3)로 구현되며, 상기 트랜스컨덕턴스 증폭기의 출력단자를 적분 커패시터(C3)에 연결하고, 양 입력단자를 전하펌프(24)의 출력단 및 기준전압(Vref)단에 연결한다. 상기 차동전압적분기(27)의 증폭값은 적당한 값이 되도록 조절해야 한다. 상기 증폭값이 너무 크면 상기 차동전압적분기(27)의 출력값의 변동이 빨라져 생성클럭의 주파수값에 리플이 발생하며, 상기 증폭값이 너무 작으면 상기 차동전압적분기(27) 출력값의 변동이 느려져 전반적인 클럭/주파수 복원회로의 주파수 획득에 필요한 시간이 길어지게 된다.The
본 실시예에서 상기 차동전압적분기(27)는 전하펌프 출력전압(Vf)을 기준전압(Vref)과 비교하여 전하펌프 출력전압(Vf)이 더 크면 적분 커패시터의 전압(Vg)을 증가시키고, 전하펌프 출력전압(Vf)이 더 작으면 적분 커패시터의 전압(Vg)을 감소시켜, 전하펌프와 유사한 기능을 수행하게 된다.In the present exemplary embodiment, the
상기 전압믹서(25)는 전하펌프의 출력전압(Vf)과 차동전압적분기의 출력전압(Vg)에 일정한 수식을 적용하여 전압제어발진기(26)에 입력할 제어전압(Vc)을 결정한다. 상기 적용할 수식은 Vc = Ka·Vf + Kb·Vg (Ka, Kb는 상수) 이다.The
상기 전압제어발진기(26)로부터 출력되는 생성클럭의 주파수는 입력전압과 정비례하는 특성을 가지고 있다.The frequency of the generated clock output from the voltage controlled
상기 전하펌프(24)의 출력단에는, 상기 출력단에 일단이 연결되며 타단이 하기 제1 커패시터(C1)에 연결되는 저항소자(R1); 상기 저항소자(R1)에 일단이 연결되며 타단이 접지에 연결되는 제1 커패시터(C1); 및 상기 출력단에 일단이 연결되며 타단이 접지에 연결되는 제2 커패시터(C2)가 부가되는 것이 일반적이다. 부가된 커패시터 및 저항소자는 상기 전하펌프가 펌핑한 전하를 축적하여 출력 전압을 유지하는 펌핑 커패시터의 역할과, 대역폭을 정하고 안정성을 부여하는 일종의 저역통과필터로서의 역할을 수행한다.An output terminal of the
이하, 본 실시예의 클럭/데이터 복원회로의 클럭/데이터 복원 동작을 설명한다. 본 실시예의 클럭/데이터 복원 동작은 차동전압적분기(27)를 포함하는 순환루프(저주파 부스팅 루프, coarse loop)에 의한 거시조정 과정과, 차동전압적분기(27)를 제외하는 순환루프(미세 고정 루프, fine loop)에 의한 미세조정 과정이 동시에 이루어진다.The clock / data recovery operation of the clock / data recovery circuit of this embodiment will be described below. The clock / data recovery operation of the present embodiment includes a macro adjustment process using a cyclic loop (low frequency boosting loop) including a
초기에는 저주파 부스팅 루프의 동작이 보다 우세하게 이루어지는데, 초기상태에 따라, 전하펌프 출력전압(제1 전압, Vf)은 기준전압(Vref)보다 높도록 세팅되고, 전압제어발진기(26)의 최초 발진 주파수는 목표주파수보다 낮아야 하므로 차동전압적분기 출력전압(제2 전압, Vg)은 충분히 낮은 값으로 세팅된다. 전압제어발진기(26)에서 발진되는 초기 생성클럭의 주파수가 입력되는 데이터의 주파수(Data rate)에 비해 크게 낮기 때문에, 위상 검출기(22) 출력의 평균 출력은 "0"이 된다. 즉, 도 5의 호게(Hogge)형 위상 검출기의 경우 UP신호와 DN신호가 활성화되는 기간이 평균적으로 동일하게 된다. 따라서, 전하펌프 출력전압(Vf)은 리플을 제외하고 상수값을 가지게 되며, 이는 위상 검출기(22) 및 전하펌프(24)에 의한 주파수 조정 기능은 유효하게 발생하지 못한다는 것을 의미한다.Initially, the operation of the low frequency boosting loop becomes more dominant. According to the initial state, the charge pump output voltage (first voltage, Vf) is set to be higher than the reference voltage Vref, and the initial operation of the voltage controlled
한편, 차동전압적분기(27)에는 고정된 값인 기준전압(Vref)과 초기상태에서 는 변화가 없는 전하펌프 출력전압(Vg)이 입력되어, 그 차이값이 지정된 배수(Gm)만큼 증폭되어 적분 커패시터(C3)를 충전하게 되며, 이는 제어전압(Vc)을 천천히 증가하게 만든다. 차동전압적분기 출력전압(Vg)이 증가함에 따라 전압믹서(25)에 의해 수식(Vc = Ka·Vf + Kb·Vg)이 적용되어, 제어전압(Vc)도 증가하게 된다. 따라서, 초기상태에서 전압제어발진기(26)가 출력하는 생성클럭의 주파수는 낮은 주파수에서 높은 주파수로 점진적으로 증가한다.On the other hand, the
증가하던 상기 생성클럭의 주파수가 위상 검출기(22)의 검출범위 이내로 들어오면, 그 전까지 평균 "0"의 리플만을 출력하던 위상 검출기(22)가 점차 증가하는 평균값의 출력을 나타낸다. 즉, 위상 검출기(22) 및 전하펌프(24)에 의한 주파수 및 위상의 조정과정(미세 고정 루프)이 활성화된다.When the increasing frequency of the generated clock falls within the detection range of the
이때에도 상기 차동전압적분기(27)의 동작이 정지하는 것은 아니지만, 일단 미세 고정 루프가 활성화되면, 차동전압적분기 출력전압(Vg) 보다 전하펌프 출력전압(Vf)의 변동이 훨씬 빠르기 때문에, 제어전압(Vc)의 변동은 전하펌프 출력전압(Vf)을 변동시키는 미세 고정 루프에 의해 주도된다. 미세 고정 루프에 의한 제어전압(Vc)의 변동은 전압제어발진기(26)가 출력하는 생성클럭 주파수를 변동시키는데, 이 과정중에 상기 생성클럭과 입력데이터의 주파수 및 위상이 서로 일치하게 되면, 전하펌프(24)는 평균 "0"의 전하를 펌핑한다. 이때를 최초 락킹이라 칭한다.Although the operation of the
비록 최초 락킹에 따라 생성클럭과 입력데이터의 주파수 및 위상이 일치하게 되었지만, 전하펌프 출력전압(Vf)이 아직 기준전압(Vref)보다 높기 때문에 차동전압적분기 출력전압(Vg)은 계속 천천히 증가한다. 위상정렬을 유지하기 위해, 미세 고정 루프는 전하펌프 출력전압(Vf)을 감소하게 한다. 상기 과정은 전하펌프 출력전압(Vf)이 기준전압(Vref)과 동일하게 될 때까지 계속되고, 일단 전하펌프 출력전압(Vf)과 기준전압(Vref)이 동일하게 되면, 전하펌프 출력전압(Vf), 차동전압적분기 출력전압(Vg), 제어전압(Vc) 및 전압제어발진기(26)의 발진주파수가 고정된다. 이때를 최후 락킹이라 칭한다.Although the frequency and phase of the generated clock and the input data coincide with the initial locking, the differential voltage integrator output voltage (Vg) continues to increase slowly because the charge pump output voltage (Vf) is still higher than the reference voltage (Vref). To maintain phase alignment, the fine lock loop causes the charge pump output voltage (Vf) to decrease. The process continues until the charge pump output voltage Vf becomes equal to the reference voltage Vref, and once the charge pump output voltage Vf and the reference voltage Vref become equal, the charge pump output voltage Vf ), The differential voltage integrator output voltage (Vg), the control voltage (Vc) and the oscillation frequency of the voltage controlled
만약, 기준전압(Vref)이 다소 높은 값으로 주어져 있다면, 상기와 같이 전하펌프 출력전압(Vf)이 기준전압(Vref)보다 높은 상태에서의 최초 락킹이 발생하지 않는다. 최초 락킹시 전하펌프 출력전압(Vf)이 기준전압(Vref)보다 낮기 때문에, 차동전압적분기(27)는 적분 커패시터(C3)의 전하를 제거하여 출력단 전압(Vg)를 떨어뜨린다. 위상정렬을 유지하기 위해 미세 고정 루프는 전하펌프 출력전압(Vf)을 증가하게 한다. 상기 과정은 전하펌프 출력전압(Vf)이 기준전압(Vref)과 동일하게 될때까지 계속되어, 전하펌프 출력전압(Vf), 차동전압적분기 출력전압(Vg), 제어전압(Vc) 및 전압제어발진기(26)의 발진주파수가 고정된다. If the reference voltage Vref is given to a rather high value, the first locking does not occur when the charge pump output voltage Vf is higher than the reference voltage Vref as described above. Since the charge pump output voltage Vf is lower than the reference voltage Vref at the time of initial locking, the
보다 넓은 주파수 범위에서 원할한 동작을 보장하기 위해, 기준전압(Vref)을 전압제어발진기(26)의 주파수-전압 곡선상의 중심지역에 세팅하는 것이 바람직하다.In order to ensure smooth operation over a wider frequency range, it is desirable to set the reference voltage Vref in the center region on the frequency-voltage curve of the voltage controlled
본 실시예의 위상 검출기(22)는 위상 락킹 뿐만아니라 주파수 획득 작업도 함께 수행한다. 다만, 위상 검출기(22)는 그 특성상 주파수 획득 작업을 수행하려면, 목표주파수에 근접해야만 하는데, 상기 차동전압적분기(27)가 초기의 생성클럭을 목표주파수에 근접시키는 작업을 수행하는 것이다.The
본 실시예의 클럭/데이터 복원 동작은 저주파 부스팅 루프와 미세 고정 루프의 2개의 반복과정으로 이루어지는데, 루프간에 스위칭이 이루어지지 않고, 항상 상기 2개의 루프과정이 함께 수행되며, 상기 위상 검출기(22)는 미세 고정 루프에서 뿐만 아니라 저주파 부스팅 루프에서도 기능을 수행하는 것이 종래 기술과는 다른 특성을 나타낸다. The clock / data recovery operation according to the present embodiment consists of two iterations of a low frequency boosting loop and a fine fixed loop. There is no switching between loops, and the two loops are always performed together, and the
본 실시예의 데이터 복원부(28)는 종래기술의 구현과 동일하며, 상기 2개의 루프에서 확보된 주파수로 발진되는 생성클럭을 바탕으로 데이터를 복원한다.The
도 3은 시간에 흐름에 따라 전하펌프 출력전압(Vf)과 발진주파수의 관계를 나타낸 그래프로서, 라인A는 차동전압적분기 출력전압(Vg)이 초기값일때 전하펌프 출력전압(Vf)과 발진주파수의 특성곡선이며, 라인B는 차동전압적분기 출력전압(Vg)이 최초 락킹시 값일때 전하펌프 출력전압(Vf)과 발진주파수의 특성곡선이며, 라인C는 차동전압적분기 출력전압(Vg)이 최후 락킹시 값일 때 전하펌프 출력전압(Vf)과 발진주파수의 특성곡선이다.3 is a graph showing the relationship between the charge pump output voltage (Vf) and the oscillation frequency over time, line A is the charge pump output voltage (Vf) and the oscillation frequency when the differential voltage integrator output voltage (Vg) is the initial value Line B is the characteristic curve of the charge pump output voltage (Vf) and oscillation frequency when the differential voltage integrator output voltage (Vg) is initially locked. Line C is the last of the differential voltage integrator output voltage (Vg). It is the characteristic curve of the charge pump output voltage (Vf) and oscillation frequency when the value is locked.
초기 제어전압(Vc)에 따른 발진주파수(지점a)는 본 실시예의 저주파 부스팅 루프의 동작에 의해 점점 증가하다가, 미세 고정 루프의 검출범위 내로 들어오면, 미세 고정 루프에 의해 최초 락킹된다(지점b). 이후, 상기 저주파 부스팅 루프와 미세 고정 루프의 상호작용에 의해, 동일한 발진주파수를 유지한체 전하펌프 출력전압(Vf)은 감소하여 기준전압(Vref)에 고정된다(지점c).The oscillation frequency (point a) according to the initial control voltage Vc is gradually increased by the operation of the low frequency boosting loop of the present embodiment, and when it is within the detection range of the fine locked loop, it is initially locked by the fine locked loop (point b). ). Subsequently, due to the interaction between the low frequency boosting loop and the fine fixed loop, the charge pump output voltage Vf is reduced and fixed to the reference voltage Vref while maintaining the same oscillation frequency (point c).
도 4는 본 실시예의 클럭/데이터 복원회로의 동작을 생성클럭 주파수가 위상 검출기(22)의 검출범위 내에 들었을 때부터 도시한 MATLAB 시물레이션으로서, 전하 펌프 출력전압(Vf), 차동전압적분기 출력전압(Vg) 및 발진주파수가 시간함수로서 도시되고 있다. 발진주파수와 입력데이터 주파수와의 차이가 위상 검출기(22)의 검출범위보다 크면, 전하펌프 출력전압(Vf)은 초기값을 유지하고, 차동전압적분기 출력전압(Vg) 및 발진주파수는 선형적으로 증가하는데, 이 구간은 명확성을 위해 도면에서는 생략하였다. 발진주파수가 입력데이터 주파수에 접근함에 따라, 전하펌프 출력전압(Vf)의 피크-피크전압은 커지게 된다. 최초 락킹 후에, 전하펌프 출력전압(Vf)은 떨어지고, 차동전압적분기 출력전압(Vg)의 증가 속도는 기준전압(Vref) 및 전하펌프 출력전압(Vf)간의 줄어든 차이에 따라 느려진다. 상기 과정의 진행으로 전하펌프 출력전압(Vf)이 기준전압(Vref)으로 고정되면, 차동전압적분기 출력전압(Vg)은 더 이상 변하지 않는다. 제어전압(Vc) 및 발진주파수는 최초 락킹에서 최후 락킹까지 입력데이터 주파수와 동일한 값을 유지한다.Fig. 4 is a MATLAB simulation showing the operation of the clock / data recovery circuit of this embodiment when the generation clock frequency falls within the detection range of the
(( 실시예Example 2) 2)
본 실시예의 클럭/데이터 복원회로는 상기 제1 실시예의 클럭/데이터 복원회로에서 위상 검출기(22) 및 전하펌프(24)를 도 8에 도시한 위상 검출기 및 도 9에 도시한 전하펌프로 치환한 것이다.The clock / data recovery circuit of this embodiment replaces the
본 실시예에 사용된 위상 검출기(22)는, 데이터와 클럭을 입력받는 제1 D플립플롭; 및 상기 제1 D플립플롭의 출력과 반전된 클럭을 입력받는 제2 D플립플롭을 포함하며,The
본 실시예에 사용된 전하펌프(24)는, 상기 제1 D플립플롭의 입력과 출력이 동일할 때 턴온되어 전원 전류가 바이패스 경로를 통해 흐르게 하는 제1 바이패스 스위치부; 상기 제1 바이패스 스위치가 턴오프 상태일때 턴온되어 전원 전류(펌핑용 전류)로 펌핑동작을 수행토록 하는 제1 펌핑 스위치부; 상기 제2 D플립플롭의 입력과 출력이 동일할 때 턴온되어 전원 전류가 바이패스 경로를 통해 흐르게 하는 제2 바이패스 스위치부; 및 상기 제2 바이패스 스위치가 턴오프 상태일때 턴온되어 전원 전류(펌핑용 전류)로 펌핑동작을 수행토록 하는 제2 펌핑스위치부를 포함한다.The
상기 제1 D플립플롭 및 제2 D플립플롭의 구조는 일반적인 호게(Hogge)형 위상 검출기에서 사용되는 구조이며, 상기 제1 D플립플롭은 외부에서 입력되는 데이터와 생성클럭을 입력받아, 내부 클럭의 위상이 더 느린지 여부를 판단하기 위한 신호를 발생시키며, 상기 제2 D플립플롭은 상기 제1 D플립플롭의 출력과 반전된 생성클럭을 입력받아, 내부 클럭의 위상이 더 빠른지 여부를 판단하기 위한 신호를 발생시킨다.The structures of the first D flip-flop and the second D flip-flop are structures used in a general hogge type phase detector, and the first D flip-flop receives an externally input data and a generation clock, and has an internal clock. A signal is generated to determine whether the phase is slower. The second D flip-flop receives the output of the first D flip-flop and the generated clock inverted to determine whether the phase of the internal clock is faster. Generates a signal to
상기 제1 D플립플롭은 입력과 출력이 항상 같은 값을 가지는 것이 정상적이나, 입력데이터의 천이(transition)시점보다 클럭의 폴링시점(falling edge)이 소정시간 빠르게 발생하면, 제1 D플립플롭 입/출력의 불일치 시간보다 제2 D플립플롭 입/출력의 불일치 시간이 더 길게 된다. 상기 제1 D플립플롭 입/출력의 불일치 시간은 전하를 증가시키는 펌핑을 유발하고, 제2 D플립플롭 입/출력의 불일치 시간은 전하를 감소시키는 펌핑을 유발하므로, 이 경우 결과적으로 상기 소정시간 만큼 전하를 감소시키는 펌핑이 이루어진다.It is normal that the first D flip-flop always has the same value as the input and output, but when the falling edge of the clock occurs a predetermined time earlier than the transition point of the input data, the first D flip-flop is input. The discrepancy time of the second D flip-flop input / output becomes longer than the discrepancy time of the / output. The inconsistency time of the first D flip-flop input / output causes pumping to increase the charge, and the inconsistency time of the second D flip-flop input / output causes pumping to decrease the charge. Pumping is done to reduce charge by as much as possible.
반대로 입력데이터의 천이(transition)시점보다 클럭의 폴링시점(falling edge)이 소정시간 느리게 발생하면, 결과적으로 상기 소정시간 만큼 전하를 증가시키는 펌핑이 이루어진다.On the contrary, if a falling edge of the clock occurs a predetermined time later than a transition time of the input data, pumping is performed to increase the charge by the predetermined time.
도 9의 구현에서 사용된 상기 제1 펌핑 스위치부는, 드레인에 전원전압쪽이 연결되고 소스에 출력단이 연결되어 펌핑경로를 형성하며, 게이트에 기준전압이 인가되는 제1 펌핑 피모스트랜지스터(P1) 및 제2 펌핑 피모스트랜지스터(P2)로 이루어진다.The first pumping switch unit used in the implementation of FIG. 9 includes a first pumping PMOS transistor P1 having a drain voltage connected to a drain and an output terminal connected to a source to form a pumping path, and a reference voltage applied to a gate. And a second pumped morph transistor (P2).
도시된 제1 바이패스 스위치부는, 드레인에 전원전압쪽이 연결되고 소스에 그라운드가 연결되어 바이패스 경로를 형성하며, 게이트에 제1 D플립플롭 입력이 연결되는 제1 바이패스 피모스트랜지스터(P11); 드레인에 전원전압쪽이 연결되고 소스에 그라운드가 연결되어 바이패스 경로를 형성하며, 게이트에 제1 D플립플롭 출력의 반전값이 연결되는 제2 바이패스 피모스트랜지스터(P12); 드레인에 전원전압쪽이 연결되고 소스에 그라운드가 연결되어 바이패스 경로를 형성하며, 게이트에 제1 D플립플롭 출력이 연결되는 제3 바이패스 피모스트랜지스터(P21); 및 드레인에 전원전압쪽이 연결되고 소스에 그라운드가 연결되어 바이패스 경로를 형성하며, 게이트에 제1 D플립플롭 입력의 반전값이 연결되는 제4 바이패스 피모스트랜지스터(P22)로 이루어진다.The first bypass switch illustrated in FIG. 1 includes a first bypass PMOS transistor P11 having a drain voltage connected to a drain and a ground connected to a source to form a bypass path, and a first D flip-flop input connected to a gate. ); A second bypass PMOS transistor (P12) having a supply voltage side connected to the drain and a ground connected to the source to form a bypass path, and an inverted value of the first D flip-flop output connected to the gate; A third bypass PMOS transistor (P21) having a supply voltage side connected to the drain and a ground connected to the source to form a bypass path, and a first D flip-flop output connected to the gate; And a fourth bypass PMOS transistor P22 having a drain voltage connected to the drain and a ground connected to the source to form a bypass path, and an inverted value of the first D flip-flop input connected to the gate.
도시된 제2 펌핑 스위치부는, 드레인에 출력단이 연결되고 소스에 그라운드쪽이 연결되어 펌핑경로를 형성하며, 게이트에 기준전압이 인가되는 제1 펌핑 엔모스트랜지스터(N1) 및 제2 펌핑 엔모스트랜지스터(N2)로 이루어진다.The illustrated second pumping switch unit has a pumping path connected to an output terminal of the drain and a ground side of the source to form a pumping path, and a first pumping nMOS transistor N1 and a second pumping nMOS transistor to which a reference voltage is applied to a gate. (N2).
도시된 제2 바이패스 스위치부는, 드레인에 전원전압이 연결되고 소스에 그라운드쪽이 연결되어 바이패스 경로를 형성하며, 게이트에 제2 D플립플롭 입력이 연결되는 제1 바이패스 엔모스트랜지스터(N11); 드레인에 전원전압이 연결되고 소스에 그라운드쪽이 연결되어 바이패스 경로를 형성하며, 게이트에 제2 D플립플롭 출력의 반전값이 연결되는 제2 바이패스 엔모스트랜지스터(N12); 드레인에 전원전압이 연결되고 소스에 그라운드쪽이 연결되어 바이패스 경로를 형성하며, 게이트에 제2 D플립플롭 출력이 연결되는 제3 바이패스 엔모스트랜지스터(N21); 및 드레인에 전원전압이 연결되고 소스에 그라운드쪽이 연결되어 바이패스 경로를 형성하며, 게이트에 제2 D플립플롭 입력의 반전값이 연결되는 제4 바이패스 엔모스트랜지스터(N22)로 이루어진다.The second bypass switch illustrated in FIG. 1 includes a first bypass nMOS transistor N11 having a drain voltage connected to a drain and a ground side connected to a source to form a bypass path, and a second D flip-flop input connected to a gate. ); A second bypass nMOS transistor (N12) having a power supply voltage connected to the drain and a ground connected to the source to form a bypass path, and an inverted value of the second D flip-flop output connected to the gate; A third bypass nMOS transistor (N21) having a power supply voltage connected to the drain and a ground side connected to the source to form a bypass path, and a second D flip-flop output connected to the gate; And a fourth bypass NMOS transistor N22 having a drain voltage connected to the drain and a ground connected to the source to form a bypass path, and an inverted value of the second D flip-flop input connected to the gate.
상기 제1 펌핑 피모스트랜지스터(P1), 제1 바이패스 피모스트랜지스터(P11) 및 제2 바이패스 피모스트랜지스터(P12)는 각 드레인들이 node a에서 연결되며, 상기 제2 펌핑 피모스트랜지스터(P2), 제3 바이패스 피모스트랜지스터(P21) 및 제4 바이패스 피모스트랜지스터(P22)는 각 드레인들이 node b에서 연결되며, 상기 제1 펌핑 엔모스트랜지스터(N1), 제1 바이패스 엔모스트랜지스터(N11) 및 제2 바이패스 엔모스트랜지스터(N12)는 각 소스들이 node c에서 연결되며, 상기 제2 펌핑 엔모스트랜지스터(N2), 제3 바이패스 엔모스트랜지스터(N21) 및 제4 바이패스 엔모스트랜지스터(N22)는 각 소스들이 node d에서 연결된다.The drains of the first pumped PMO transistor P1, the first bypass PMO transistor P11, and the second bypass PMO transistor P12 are connected at node a, and the second pumped PMO transistor P P2), the third bypass PMOS transistor P21 and the fourth bypass PMOS transistor P22 may have drains connected at node b, and the first pumping n-MOS transistor N1 and the first bypass N may be connected to each other. The source transistor N11 and the second bypass NMOS transistor N12 are connected to respective sources at node c, and the second pumping nMOS transistor N2 and the third bypass NMOS transistor N21 and the fourth are respectively connected to each other. In the bypass NMOS transistor N22, each source is connected at node d.
상기 제1 펌핑 피모스트랜지스터(P1), 제2 펌핑 피모스트랜지스터(P2), 제1 펌핑 엔모스트랜지스터(N1) 및 제2 펌핑 엔모스트랜지스터(N2)의 각 게이트에는 상 기 D플립플롭 입/출력의 로직 로우와 로직하이의 평균값을 가지는 기준전압(Vcommon)이 인가된다.The D flip-flop mouths are formed in the gates of the first pumping PMOS transistor P1, the second pumping PMOS transistor P2, the first pumping NMOS transistor N1, and the second pumping NMOS transistor N2. A reference voltage (Vcommon) with an average of logic low and logic high at the output is applied.
상기 node a와 전원전압단 사이, 및 상기 node b와 전원전압단 사이에는 바이어스 저항값을 부여하기 위한 바이어스 피모스트랜지스터를 각각 구비하고, 상기 node c와 그라운드단 사이, 및 상기 node d와 그라운드단 사이에는 바이어스 저항값을 부여하기 위한 바이어스 엔모스트랜지스터를 각각 구비하는 것이 바람직하다.A biased PMOS transistor for imparting a bias resistance value between the node a and the power supply voltage terminal and between the node b and the power supply voltage terminal, respectively, between the node c and the ground terminal, and between the node d and the ground terminal. It is preferable that bias bias transistors are respectively provided for imparting a bias resistance value therebetween.
본 실시예의 클럭/데이터 복원회로에 의하면, 상기 제1 실시예의 경우와 동일한 효과를 이룰 수 있다.According to the clock / data recovery circuit of this embodiment, the same effects as in the case of the first embodiment can be achieved.
더불어, 전하펌프의 전류 경로에 직접 XOR게이트를 구현하여, XOR게이트에 의한 지연시간이 발생치 않으므로, 데이터와 클럭의 위상차가 작을때에도 그에 비례하는 전하펌핑을 수행할 수 있는 효과와, 또한, 펌핑 모스트랜지스터의 소스 또는 게이트단에 인가되는 전압을 조정하여 스위칭을 수행하므로, 모스트랜지스터의 기생 커패시터에 의한 노이즈 전류를 방지할 수 있는 효과가 추가적으로 얻어진다.In addition, since the XOR gate is directly implemented in the current path of the charge pump, there is no delay time caused by the XOR gate, and thus, even when the phase difference between the data and the clock is small, the pumping can be performed in proportion to it. Since switching is performed by adjusting the voltage applied to the source or gate terminal of the MOS transistor, the effect of preventing the noise current by the parasitic capacitor of the MOS transistor is additionally obtained.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the claims to be described below by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents.
본 발명에 의한 클럭/데이터 복원회로를 실시함에 의해, 위상 검출기 하나로 넓은 주파수 획득 범위를 가지는 저주파 부스팅 루프 및 미세 고정 루프를 구현하여 비용절감을 달성하는 효과가 있으며, By implementing the clock / data recovery circuit according to the present invention, a low frequency boosting loop and a fine fixed loop having a wide frequency acquisition range with a single phase detector have an effect of achieving cost reduction.
클럭/데이터 복원 동작중에 구동루프에 대한 스위칭이 존재하지 않아 구동 동작을 안정화시키는 효과가 있으며,There is no switching to the drive loop during the clock / data recovery operation, which stabilizes the drive operation.
별도의 외부 기준 주파수를 사용하지 않고도 넓은 주파수 획득 범위를 달성하여 별도 기준 주파수 발생장치로 인한 비용상승을 방지하는 효과가 있다.
A wide frequency acquisition range is achieved without using an external reference frequency, thereby preventing the cost increase due to the separate reference frequency generator.
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2004
- 2004-07-08 KR KR1020040052987A patent/KR100650521B1/en not_active IP Right Cessation
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