KR100707230B1 - CDR Circuit and PLL Circuit - Google Patents
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Abstract
일반적으로 많이 사용되고 있는 CDR 은 이해가 쉽고 구현이 간단하다는 장점을 가지고 있다. 이것의 동작은 외부 클럭에 의해 원하는 주파수를 만들어낸 후 그것을 데이터와 비교하여 데이터의 중간에 클럭의 경계가 오도록 phase를 조절하여, 데이터를 복원하게 된다. 이러한 구조는 Coarse Loop에서 Fine Loop으로 전환을 할 때, Bandwidth의 문제로 인해 바뀌면 안 되는 주파수가 변하게 된다는 단점을 가지고 있다. 즉, Bandwidth가 넓으면, Phase 뿐만 아니라, 주파수도 변하게 되는 문제점을 가지게 된다. 이를 방지하기 위해서 Loop Filter를 따로 두거나, VCO를 두 개 두기도 하는데, 이 경우 Size가 커지고 Mismatch의 문제가 생긴다. 또한, Coarse Loop에서 Fine Loop의 전환을 위해서 Lock Detector를 두게 되는데, PLL의 Acquisition time으로 인하여 첫 번째 주기의 lock은 fail이 된다. 따라서 CDR의 lock time이 길어지게 되고, 이를 막기 위해 Lock Detector의 count 수를 줄이게 되면 주어진 주파수의 spec을 맞추지 못하게 된다.Commonly used CDRs have the advantage of being easy to understand and simple to implement. Its operation generates the desired frequency by an external clock and compares it with the data to adjust the phase so that the clock boundary is in the middle of the data, restoring the data. This structure has the disadvantage that when switching from coarse loop to fine loop, the frequency that should not be changed is changed due to the bandwidth problem. In other words, if the bandwidth is wide, not only the phase but also the frequency is changed. In order to prevent this, it is possible to set a separate loop filter or two VCOs. In this case, the size increases and a problem of mismatch occurs. In addition, a lock detector is placed to switch the fine loop from the coarse loop. The lock of the first cycle fails due to the acquisition time of the PLL. Therefore, the lock time of CDR becomes long, and if you reduce the number of lock detectors to prevent this, you cannot meet the spec of given frequency.
이러한 CDR의 문제를 해결하기 위하여 제안하는 방법은 다음과 같다.The proposed method to solve the problem of CDR is as follows.
첫째, 기존 Lock Detector를 변형하여 lock 신호를 미리 예측할 수 있는 신호를 발생시키고 이를 이용하여 Lock Detector가 판별할 수 있는 클럭의 PPM spec은 유지한 채로 CDR의 lock time을 줄인다.First, the existing lock detector is modified to generate a signal that can predict the lock signal in advance, and by using this, the lock time of the CDR is reduced while maintaining the PPM spec of the clock that the lock detector can determine.
둘째, lock 신호를 미리 예측하는 신호를 이용하여, loop bandwidth를 점진적으로 조절하여 coarse loop 에서 fine loop으로 전환 시 주파수가 변하는 일이 없도록 하고 jitter 특성을 좋게 한다. 이러한 bandwidth를 조절하는 방법에는 전류 펌프의 전류량을 조절하는 것과, 저항 및 Capacitor를 조절하는 방법이 있으며 CDR에서 lock 신호를 예측하는 신호를 발생시키는 Lock Detector와 이 예측된 신호를 이용한 방법은 새로운 방법이며, PLL, CDR 모두에서 적용될 수 있는 방법이다.Second, by using the signal that predicts the lock signal in advance, the loop bandwidth is gradually adjusted so that the frequency does not change when switching from coarse loop to fine loop and the jitter characteristic is improved. There are two ways to adjust the bandwidth: controlling the amount of current in the current pump, adjusting the resistance and capacitor, and the lock detector that generates the signal predicting the lock signal in the CDR and the method using the predicted signal. , PLL, CDR can be applied to all.
특히, loop filter내의 capacitor의 capacitance를 동적으로 조절하여 loop bandwidth를 조절하고 결과적으로 stability를 좋아지게 하는 방법은 구현하기가 상대적으로 쉽다는 장점을 가지고 있다. 여기서는 이 세가지 요소 모두를 고려한 CDR의 구현이 목표이며, 이것은 독립적으로 적용될 수도 있고, 유기적으로 연관시켜 만들 수도 있다.In particular, the method of dynamically adjusting the capacitance of the capacitor in the loop filter to control the loop bandwidth and consequently improving stability has the advantage of being relatively easy to implement. The goal here is to implement a CDR that takes into account all three of these factors, which can be applied independently or in an organic way.
PLL, CDR, 전하펌프, Lock Detector PLL, CDR, Charge Pump, Lock Detector
Description
도 1은 일반적인 구조의 CDR을 도시한 블록도,1 is a block diagram showing a CDR of a general structure,
도 2는 일반적인 직렬 송신기 구조를 도시한 블록도,2 is a block diagram illustrating a general serial transmitter structure;
도 3은 일반적인 수신기 구조를 도시한 블록도,3 is a block diagram showing a general receiver structure;
도 4는 전하펌프를 사용한 PLL 회로를 도시한 블록도,4 is a block diagram showing a PLL circuit using a charge pump;
도 5는 도 4의 회로에서 VCO의 특성 곡선을 나타낸 그래프,5 is a graph showing a characteristic curve of the VCO in the circuit of FIG.
도 6은 도 4의 전하펌프의 일실시예를 나타낸 블록도 및 그 타이밍도,6 is a block diagram and timing diagram illustrating an embodiment of the charge pump of FIG. 4;
도 7은 도 4의 PLL 회로를 도식화한 블록도,7 is a block diagram illustrating the PLL circuit of FIG. 4;
도 8은 도 4의 루프 필터의 일실시예를 도시한 회로도,8 is a circuit diagram illustrating an embodiment of a loop filter of FIG. 4;
도 9는 2중 루프 구조의 CDR을 도시한 블록도,9 is a block diagram showing a CDR of a double loop structure,
도 10은 도 9의 루프 필터의 일실시예를 도시한 회로도,10 is a circuit diagram illustrating an embodiment of a loop filter of FIG. 9;
도 11은 본 발명의 사상에 따른 루프 필터의 일실시예를 도시한 회로도,11 is a circuit diagram illustrating an embodiment of a loop filter according to the spirit of the present invention;
도 12는 본 발명의 사상에 따른 루프 필터의 다른 실시예를 도시한 회로도,12 is a circuit diagram showing another embodiment of a loop filter according to the spirit of the present invention;
도 13은 본 발명의 사상에 따른 루프 필터의 원리를 설명하기 위한 회로도,13 is a circuit diagram for explaining the principle of a loop filter according to the spirit of the present invention;
도 14는 도 13에 사용되는 모스 커패시터의 구조를 도시한 단면도,14 is a cross-sectional view showing a structure of a MOS capacitor used in FIG.
도 15는 본 발명의 사상에 따른 전하펌프의 일실시예를 도시한 회로도,15 is a circuit diagram showing an embodiment of a charge pump according to the spirit of the present invention;
도 16은 본 발명의 사상에 따른 락-예측부의 일실시예를 도시한 회로도.16 is a circuit diagram illustrating an embodiment of a lock-prediction unit according to the spirit of the present invention.
본 발명은 클럭/데이터 복원회로에 관한 것으로, 특히, 입력데이터에 주파수 및 위상을 세팅하는 클럭/데이터 복원회로에 관한 것이다. 또한, 상기 클럭/데이터 복원회로에 사용되는 PLL 회로에 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. It also relates to a PLL circuit used in the clock / data recovery circuit.
반도체 공정 기술의 발달에 의하여, 한 개의 칩 내부에서 처리할 수 있는 정보의 양은 기하급수적으로 증가하고 있다. 예를 들어, 현재 많이 쓰이는 펜티엄(Pentium) 프로세서의 경우, 수천만 개의 트랜지스터가 집적되어 있으며, 3.2GHz의 클럭으로 동작한다. 하지만, 제한된 핀 수와 PCB 나 케이블 등의 열악한 채널 환경으로 인하여, 칩이 외부 시스템과 데이터를 주고 받는 양은 이러한 칩 내부의 데이터 처리량을 따라가지 못하는 실정이다. 그래서 현재에 이르러서 전체 시스템의 동작 속도를 결정시키는 것은 칩 내부의 동작 속도가 아니라, 칩 간의 채널 대역폭이다.With the development of semiconductor processing technology, the amount of information that can be processed in one chip is increasing exponentially. For example, the current Pentium processor has tens of millions of transistors integrated and runs at a 3.2GHz clock. However, due to the limited number of pins and poor channel conditions such as PCBs and cables, the amount of data exchanged by the chip with external systems cannot keep up with the data throughput within the chip. So, up to now, what determines the operating speed of the entire system is not the operating speed inside the chip, but the channel bandwidth between the chips.
이러한 이유로 칩 간의 고속의 데이터 송수신기를 개발하는 연구가 활발하게 이루어져 왔다. 데이터 송수신기에서 많은 양의 데이터를 보내기 위해서는 두 가지 방법이 존재한다. 한 가지 방법은 전송 채널의 수를 늘려서 전체 데이터 대역폭을 늘리는 병렬 전송 단위를 증가시키는 방식이며, 다른 방법은 하나의 채널을 통해 고속으로 데이터를 전송하는 방법이다. 병렬 전송 단위를 증가시키는 경우, 칩에 제한되어 있는 핀을 많이 쓴다는 제약이 있다. 이외에도, 데이터를 여러 채널을 통해 보내고 다른 채널을 통해 클럭을 보내게 된다. 송신부에서 데이터들을 같은 시간에 보냈다고 할지라도, 각 채널 간의 미스매치(mismatch)로 인하여 각각의 신호들이 수신부에 도착하는 시간이 달라지게 되고, 이로 인하여 데이터 복원을 위한 타이밍 마진(timing margin)이 줄어드는 단점이 있다. 직렬 전송의 경우는, 병렬 전송에서의 타이밍 마진이 줄어드는 단점을 해결하기 위하여, 단 하나의 채널을 이용하여 고속의 데이터를 클럭과 함께 전송한다. 따라서 클럭을 다른 채널을 이용하여 따로 전송하지 않기 때문에, 수신기는 받은 데이터 스트림을 이용하여 클럭을 복원하고, 이 클럭을 이용하여 다시 데이터 스트림를 샘플링하여 데이터를 복원하게 된다. 이러한 데이터 통신이 응용되는 분야에서 PC 와 네트워크 분야가 대표적이다. 이러한, 직렬 전송을 함에 있어서, 수신단에는 클럭/데이터 복원 회로(clock and data recovery : CDR) 이라는 블록을 사용하게 되는데, 이 클럭/데이터 복원 회로의 원리는 다음과 같다.For this reason, researches to develop high-speed data transceivers between chips have been actively conducted. There are two ways to send a large amount of data from a data transceiver. One method is to increase the number of transmission channels to increase the parallel transmission unit to increase the overall data bandwidth, the other method is to transfer data at high speed through one channel. Increasing the parallel transmission unit has a limitation of using a large number of pins limited to the chip. In addition, data is sent through multiple channels and clocked through other channels. Even if the transmitter sends data at the same time, the mismatch between each channel causes the time for each signal to arrive at the receiver, which reduces the timing margin for data recovery. There is this. In the case of serial transmission, in order to solve the disadvantage that the timing margin in parallel transmission is reduced, only one channel is used to transmit high-speed data with a clock. Therefore, since the clock is not transmitted separately using another channel, the receiver recovers the clock using the received data stream, and uses the clock to sample the data stream again to recover the data. PC and network fields are representative of these data communication applications. In the serial transmission, a block called a clock and data recovery circuit (CDR) is used at the receiving end. The principle of the clock and data recovery circuit is as follows.
도 1의 송신기에서 보낸 데이터가 채널을 통해서 전달되어 도 2의 수신기가 받게 된다. 채널은 대부분 대역폭이 제한되어 있기 때문에, 고속으로 데이터를 보낼 경우, 수신기에서 받는 파형은 어느 정도 왜곡이 된 파형이다. 수신기는 받은 파형들을 바탕으로 클럭을 복원하고, 이 클럭을 이용하여 데이터를 복원하는 역할을 한다. 상기 CDR 회로는 클럭 및 데이터를 복원하는데 있어서 매우 중요한 역할 을 하게 되는데, 이 부분을 잘 설계하는 것이 직렬 전송의 경우 매우 중요한 품질 파라미터가 된다. 현재에는 이를 위하여 PLL(Phase Locking Loop) 회로 원리를 이용한 구조를 사용하고 있다. Data sent from the transmitter of FIG. 1 is transmitted through a channel and received by the receiver of FIG. Since most channels have limited bandwidth, when the data is sent at high speed, the waveform received by the receiver is somewhat distorted. The receiver restores the clock based on the received waveforms and restores the data using the clock. The CDR circuit plays a very important role in restoring clock and data. A well designed part is a very important quality parameter for serial transmission. Currently, a structure using a PLL (Phase Locking Loop) circuit principle is used for this purpose.
도 3에 도시한 바와 같이, 일반적인 PLL 회로는 위상 검출기 및 전압 제어 발진기를 포함한다. 상기 위상 검출기에서는 복원된 클럭과 입력되는 기준 클럭과의 위상 관계를 알아내어, 이 위상 관계에 따라 전하 펌프에서 적당한 전류를 루프 필터로 보내어 전압 제어 발진기의 컨트롤 전압을 바꾸게 된다. 상기 전압 제어 발진기는 그 발진 주파수가 컨트롤 전압에 비례하는 클럭을 생성하고, 다시 이 수정 생성되는 클럭과 다음 번에 입력되는 기준 클럭과 위상을 검사한다. 이러한 피드백에 의해 전압제어 발진기의 출력인 복원된 클럭과 들어오는 데이터는 그 위상이 일치하게 된다. As shown in FIG. 3, a typical PLL circuit includes a phase detector and a voltage controlled oscillator. The phase detector detects the phase relationship between the restored clock and the input reference clock, and accordingly, the charge pump sends an appropriate current to the loop filter to change the control voltage of the voltage controlled oscillator. The voltage controlled oscillator generates a clock whose oscillation frequency is proportional to the control voltage, and then checks this modified generated clock and the next input clock and phase. This feedback causes the recovered clock, which is the output of the voltage controlled oscillator, and the incoming data to be in phase.
도 4는 종래기술에 따라 일반적으로 널리 사용되고 있는 CDR 회로의 구조를 도시하고 있다. 이것은 이해가 쉽고 구현이 간단하다는 장점을 가지고 있다. 상기 CDR 회로의 동작은 외부 클럭에 의해 원하는 주파수를 만들어낸 후 그것을 데이터와 비교하여 데이터의 중간에 클럭의 에지(edge)가 오도록 위상(phase)을 조절하여, 데이터를 복원하게 된다. 이를 위해 매크로(macro) 범위에서 주파수를 일치시키는 커스 루프(Coarse Loop)와 마이크로(micro) 범위에서 위상까지 일치시키는 파인 루프(Fine Loop)를 구비한다.Figure 4 shows the structure of a CDR circuit which is generally widely used in accordance with the prior art. This has the advantage of being easy to understand and simple to implement. The operation of the CDR circuit generates a desired frequency by an external clock, compares it with data, and adjusts a phase so that an edge of the clock is in the middle of the data, thereby restoring data. To this end, a coarse loop for matching frequencies in the macro range and a fine loop for matching phases in the micro range are provided.
상기 종래기술에 따른 이중 루프 구조의 단점은 바로 커스 루프에서 파인 루프로 전환될 때, 대역폭(Bandwidth)의 문제로 인해 바뀌면 안 되는 주파수가 변하 게 된다는 것이다. 특히 커스 루프의 대역폭(Bandwidth)이 넓으면, 위상 뿐만 아니라, 주파수도 쉽게 변하게 되는 문제점을 가지게 된다. 이를 방지하기 위해서 로우패스필터(LPF)를 따로 두거나, 전압 제어 발진기(VCO)를 두 개 두기도 하는데, 이 경우 칩 사이즈가 커지며, 미스매치 제거가 복잡해지는 부작용이 발생한다. The disadvantage of the double loop structure according to the prior art is that when switching from a curse loop to a fine loop, a frequency that should not be changed due to a bandwidth problem is changed. In particular, if the bandwidth of the curse loop is wide, there is a problem that the frequency as well as the phase is easily changed. To prevent this, a low pass filter (LPF) may be set apart or two voltage controlled oscillators (VCOs) may be provided. In this case, the chip size may be increased and mismatch elimination may be complicated.
한편, 커스 루프에서 파인 루프의 전환을 위해서 락 탐지기(Lock Detector)를 두게 되는데, PLL 회로의 포착 타임(Acquisition time)으로 인하여 첫 번째 주기의 lock은 페일(fail)이 된다. 따라서, CDR 회로의 락 타임(lock time)이 길어지게 되는 문제점도 있다. 이를 막기 위해 락 탐지기(Lock Detector)의 카운트 수를 줄이게 되면, 오히려 주어진 주파수의 규격(spec)을 맞추지 못하게 된다. On the other hand, a lock detector is provided to switch the fine loop from the curse loop, and the lock of the first period is failed due to the acquisition time of the PLL circuit. Therefore, there is also a problem that the lock time of the CDR circuit becomes long. To prevent this, reducing the number of lock detector counts will prevent the specs of a given frequency from meeting.
이는 입력데이터는 클럭이 아닌 변동하는 데이터값이므로, 클럭 주기마다 천이(transition)가 발생하지 않는 바, 위상/주파수 검출기(PFD)로 정확한 위상 및 주파수를 맞추려고 시도하면 연속데이터 부분에서는 주파수가 다시 감소하는 등 출력주파수에 리플(ripple)이 심하게 발생하여 위상/주파수 검출기(PFD) 만으로는 위상과 주파수를 정확히 맞출 수 없기 때문이다. 그리고, 위상 검출기(PD)는 비교하는 양 신호가 어느 정도 주파수가 유사해야만 동작이 가능하기 때문에 입력데이터의 주파수를 판단할 수 없는 초기상태에서는 사용이 불가능하기 때문이다. Since the input data is a variable data value rather than a clock, no transition occurs every clock period. When the phase / frequency detector (PFD) attempts to adjust the correct phase and frequency, the frequency decreases again in the continuous data portion. This is because ripples are excessively generated at the output frequency, so that the phase and frequency cannot be exactly matched with the phase / frequency detector (PFD) alone. This is because the phase detector PD cannot be used in the initial state where the frequency of the input data cannot be determined because the signals to be compared can operate only when the frequencies are similar to some extent.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 대역폭에 따라 추출 주파수의 변동이 발생하지 않는 CDR 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a CDR circuit in which the extraction frequency does not vary with bandwidth.
또한, 본 발명은 칩 사이즈를 줄일 수 있으며, 미스매치를 방지할 수 있는 CDR 회로를 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a CDR circuit capable of reducing chip size and preventing mismatch.
또한, 본 발명은 락 타임을 줄일 수 있는 CDR 회로를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a CDR circuit that can reduce lock time.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력받은 발진 전압의 크기에 비례하는 주파수를 가지는 발진 클럭을 생성하기 위한 전압 제어 발진기와, 상기 발진 전압을 조절하기 위한 조절 전류를 생성하는 전하 펌프와, 상기 제1 조절 전류를 로우 패스 대역 필터링시켜 상기 전압 제어 발진기로 전달하기 위한 루프 필터와, 상기 발진 클럭이 소정의 목표 주파수에 도달하였는가를 판단하여, 그에 따라 상기 제1 조절 전류의 출력을 제어하는 주파수 검출기와, 상기 발진 클럭이 상기 목표 주파수에 도달한 정도에 따라, 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하기 위한 락/프리락 검출기를 포함하되, 상기 루프 필터는, 일측이 상기 전하 펌프의 출력단과 연결되어 전달함수의 실수부를 결정하는 필터 저항과, 상기 필터 저항의 타측과 접지단 사이에 연결되어 상기 전달함수의 기본 극점을 결정하는 디폴트 폴 커패시터와, 상기 전하 펌프의 출력단과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 전달함수의 기본 제로점을 결정하는 디폴트 제로 커패시터와, 상기 필터 저항과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 디폴트 폴 커패시터와 병렬 접속된 형태를 이루며, 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하는 적어도 하나 이상의 부가 폴 커패시터와, 상기 전하 펌프의 출력단과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 디폴트 제로 커패시터와 병렬 접속된 형태를 이루며, 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하는 적어도 하나 이상의 부가 제로 커패시터와, 상기 락/프리락 검출기의 프리락 신호에 응답하여 상기 디폴트 폴 커패시터와 상기 부가 폴 커패시터의 병렬 연결을 제어하는 적어도 하나 이상의 폴 제어 스위치와, 상기 락/프리락 검출기의 프리락 신호에 응답하여 상기 디폴트 제로 커패시터와 상기 부가 제로 커패시터의 병렬 연결을 제어하는 적어도 하나 이상의 제로 제어 스위치와, 상기 부가 폴 커패시터 중 상기 디폴트 폴 커패시터와 연결되지 않은 것에 상기 디폴트 폴 커패시터와 동일한 레벨의 전위를 인가하고, 상기 부가 제로 커패시터 중 상기 디폴트 제로 커패시터와 연결되지 않은 것에 상기 디폴트 제로 커패시터와 동일한 레벨의 전위를 인가하는 전위 유지부를 포함하는 PLL 회로를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력받은 발진 전압의 크기에 비례하는 주파수를 가지는 발진 클럭을 생성하기 위한 전압 제어 발진기와, 상기 발진 전압을 조절하기 위한 제1 조절 전류를 생성하는 제1 전하 펌프와, 상기 제1 조절 전류를 로우 패스 대역 필터링시켜 상기 전압 제어 발진기로 전달하기 위한 루프 필터와, 상기 발진 클럭이 소정의 목표 주파수에 도달하였는가를 판단하여, 그에 따라 상기 제1 조절 전류의 출력을 제어하는 제1 주파수 검출기, 를 포함하는 커스 루프와, 상기 전압 제어 발진기 및 루프 필터를 상기 커스 루프와 공유하며, 상기 전압 제어 발진기의 발진 전압을 조절하기 위한 제2 조절 전류를 생성하여 상기 루프 필터로 출력하는 제2 전하 펌프와, 수신 데이터 신호의 주파수와 상기 발진 클럭의 주파수의 근접도에 따라 상기 제2 조절 전류의 출력을 제어하는 제2 주파수 검출기를 포함하는 파인 루프와, 상기 발진 클럭이 상기 커스 루프에서 상기 목표 주파수에 도달한 정도에 따라 활성화되는 루프를 선택하고, 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하기 위한 락/프리락 검출기를 포함하되, 상기 루프 필터는, 일측이 상기 제1 전하 펌프의 출력단과 연결되어 전달함수의 실수부를 결정하는 필터 저항과, 상기 필터 저항의 타측과 접지단 사이에 연결되어 상기 전달함수의 기본 극점을 결정하는 디폴트 폴 커패시터와, 상기 제1 전하 펌프의 출력단과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 전달함수의 기본 제로점을 결정하는 디폴트 제로 커패시터와, 상기 필터 저항과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 디폴트 폴 커패시터와 병렬 접속된 형태를 이루며, 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하는 적어도 하나 이상의 부가 폴 커패시터와, 상기 제1 전하 펌프의 출력단과 상기 접지단 사이에 연결되어 상기 디폴트 제로 커패시터와 병렬 접속된 형태를 이루며, 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하는 적어도 하나 이상의 부가 제로 커패시터와, 상기 락/프리락 검출기의 프리락 신호에 응답하여 상기 디폴트 폴 커패시터와 상기 부가 폴 커패시터의 병렬 연결을 제어하는 적어도 하나 이상의 폴 제어 스위치와, 상기 락/프리락 검출기의 프리락 신호에 응답하여 상기 디폴트 제로 커패시터와 상기 부가 제로 커패시터의 병렬 연결을 제어하는 적어도 하나 이상의 제로 제어 스위치와, 상기 부가 폴 커패시터 중 상기 디폴트 폴 커패시터와 연결되지 않은 것에 상기 디폴트 폴 커패시터와 동일한 레벨의 전위를 인가하고, 상기 부가 제로 커패시터 중 상기 디폴트 제로 커패시터와 연결되지 않은 것에 상기 디폴트 제로 커패시터와 동일한 레벨의 전위를 인가하는 전위 유지부를 포함하는 CDR 회로를 제공한다.The present invention for achieving the above object is a voltage controlled oscillator for generating an oscillation clock having a frequency proportional to the magnitude of the input oscillation voltage, a charge pump for generating a regulating current for adjusting the oscillation voltage, A loop filter for low pass band filtering the first regulated current to the voltage controlled oscillator, and determining whether the oscillation clock has reached a predetermined target frequency, thereby controlling the output of the first regulated current. And a lock / free lock detector for adjusting a bandwidth of the loop filter according to a degree of the oscillation clock reaching the target frequency, wherein the loop filter has one side connected to an output terminal of the charge pump. A filter resistor for determining a real part of a transfer function, and is connected between the other side of the filter resistor and a ground terminal; A default pole capacitor for determining the base pole of the moon function, a default zero capacitor connected between the output terminal of the charge pump and the ground terminal to determine the base zero point of the transfer function, between the filter resistor and the ground end. Connected in parallel with the default pole capacitor, the at least one additional pole capacitor for adjusting the bandwidth of the loop filter, and connected between the output terminal of the charge pump and the ground terminal in parallel with the default zero capacitor. At least one additional zero capacitor adjusting a bandwidth of the loop filter, and at least one of controlling the parallel connection of the default pole capacitor and the additional pole capacitor in response to a free lock signal of the lock / free lock detector. One or more pole control switches and the lock / free lock detector At least one zero control switch for controlling parallel connection of said default zero capacitor and said additional zero capacitor in response to a free lock signal of < RTI ID = 0.0 > and < / RTI > It provides a PLL circuit including a potential holding portion for applying a potential of a level, and the potential of the same level as the default zero capacitor to one of the additional zero capacitor that is not connected to the default zero capacitor.
In addition, the present invention for achieving the above object, a voltage controlled oscillator for generating an oscillation clock having a frequency proportional to the magnitude of the input oscillation voltage, and a first generating current for adjusting the oscillation voltage; A first charge pump, a loop filter for low pass band filtering the first regulated current to the voltage controlled oscillator, and determining whether the oscillation clock has reached a predetermined target frequency, and accordingly the first regulated current A first frequency detector for controlling the output of the shared loop, the voltage controlled oscillator and the loop filter sharing the curse loop, and generating a second regulated current for adjusting the oscillation voltage of the voltage controlled oscillator. A second charge pump output to the loop filter, and a proximity between a frequency of a received data signal and a frequency of the oscillation clock; Selects a fine loop including a second frequency detector for controlling the output of the second regulated current, and a loop that is activated according to the extent to which the oscillation clock reaches the target frequency in the curse loop, and the loop filter And a lock / freelock detector for adjusting a bandwidth of the loop filter, wherein the loop filter includes a filter resistor having one side connected to an output terminal of the first charge pump to determine a real part of a transfer function, and the other side of the filter resistor and ground. A default pole capacitor connected between stages to determine a basic pole of the transfer function, a default zero capacitor coupled between an output terminal of the first charge pump and the ground terminal to determine a base zero point of the transfer function, Connected between a filter resistor and the ground terminal to form a parallel connection with the default pole capacitor, At least one additional pole capacitor for adjusting bandwidth, and connected between the output terminal of the first charge pump and the ground terminal in parallel with the default zero capacitor, and at least one adjusting the bandwidth of the loop filter. An additional zero capacitor, at least one pole control switch controlling parallel connection of said default pole capacitor and said additional pole capacitor in response to a free lock signal of said lock / free lock detector, and a free lock of said lock / free lock detector At least one zero control switch for controlling parallel connection of said default zero capacitor and said additional zero capacitor in response to a signal, and a potential at the same level as said default pole capacitor, not connected to said default pole capacitor of said additional pole capacitor; Is applied and the addition zero Provided is a CDR circuit including a potential holding unit for applying a potential at the same level as the default zero capacitor to a capacitor not connected to the default zero capacitor.
이해를 돕기 위해, 본 발명을 설명하기에 앞서 직렬 송수신기의 구조 및 윈리에 대하여 상세히 설명하겠다.To help understand, the structure and winry of the serial transceiver will be described in detail before describing the present invention.
직렬 데이터 송수신기는 일반적으로 송신기에서 데이터 스트림을 직렬화 시킨 후에 구동기를 통하여 채널에 신호를 실어주면, 수신기에서는 채널을 통하여 전송된 신호를 이용하여, 클럭과 데이터를 같이 복원하는 관계를 가진다. 채널에 따라 대역폭이 제한이 되어 있으며 지터(Jitter)와 노이즈도 존재하기 때문에 수신기 에 보이는 신호의 파형은 왜곡이 된다. 수신기는 이 왜곡된 파형으로부터 원래의 신호를 복원하는 기능을 하게 된다. 송신기 구조의 일실시예를 도 1에 도시하였고, 수신기 구조의 일실시예를 도 2에 도시하였다.In general, a serial data transceiver transmits a signal to a channel through a driver after serializing a data stream at a transmitter, and a receiver has a relationship of recovering clock and data together using a signal transmitted through a channel. The bandwidth of the channel is limited and there is jitter and noise, so the waveform of the signal seen by the receiver is distorted. The receiver will function to recover the original signal from this distorted waveform. One embodiment of the transmitter structure is shown in FIG. 1 and one embodiment of the receiver structure is shown in FIG.
도 1에 도시한 구조의 송신기는, PLL을 통하여 1.25GHz 클럭이 생성되며, 이 클럭을 이용하여 10:1 MUX에서 10개의 125MHz의 데이터를 시분할 방식을 이용하여 1.25GHz 데이터로 직렬화 시킨다. 구동기(Driver)에서는 이신호를 채널에 실어주는 역할을 하게 된다. 송신기 앞단의 패턴 발생기(Pattern Generator)는 랜덤한 신호를 발생시켜서 수신기에서 비트 에러 레이트(Bit Error Rate : BER)을 체크하는데 이용된다.The transmitter having the structure shown in FIG. 1 generates a 1.25 GHz clock through a PLL, and serializes 10 125 MHz data into 1.25 GHz data using a time division method at 10: 1 MUX using the clock. In the driver, this signal is loaded onto the channel. The pattern generator in front of the transmitter generates a random signal and is used to check the bit error rate (BER) at the receiver.
도 2에 도시한 구조의 수신기는, 송신기에서 보낸 데이터를 채널을 통해서 전달받게 된다. 채널은 대부분 대역폭이 제한되어 있기 때문에, 고속으로 데이터를 보낼 경우, 수신기에서 받는 파형은 어느 정도 왜곡이 된 파형이다. 수신기는 받은 파형들을 바탕으로 클럭을 복원하고, 이 클럭을 이용하여 데이터를 복원하는 역할을 수행한다. 이를 위하여 PLL(Phase Locked Loop) 회로 원리를 CDR 회로에 사용한다. CDR 회로는 데이터를 받으면 바로 동작하는 것이 아니라, 수신 데이터 신호와 내부 수신 동작 클럭을 동기화시키기 위해 일정한 트래킹(Tracking) 시간이 지나야 정상적인 수신 동작을 수행한다.The receiver of the structure shown in FIG. 2 receives data transmitted from the transmitter through a channel. Since most channels have limited bandwidth, when the data is sent at high speed, the waveform received by the receiver is somewhat distorted. The receiver restores the clock based on the received waveforms and restores the data using the clock. For this purpose, PLL (Phase Locked Loop) circuit principle is used for CDR circuit. The CDR circuit does not operate immediately after receiving data, but performs a normal reception operation after a certain tracking time passes to synchronize the reception data signal with the internal reception operation clock.
PLL(Phase Locked Loop) 회로는 레퍼런스 클럭(reference clock)과 주파수, 위상차가 같은 클럭을 출력하는 회로이다. PLL은 일반적으로 위상-주파수 탐지기(Phase Frequency Detector : PFD), 전하 펌프(Charge Pump : CP), 루프 필터(Loop Filter : LF), 전압제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator : VCO)로 이루어지며, 레퍼런스 클럭보다 더 높은 주파수가 필요할 경우에 분주기(Divider)가 포함된다. 일반적인 PLL 회로의 구조를 도 3에 도시하였다.The PLL (Phase Locked Loop) circuit outputs a clock having the same frequency and phase difference as the reference clock. A PLL typically consists of a Phase Frequency Detector (PFD), a Charge Pump (CP), a Loop Filter (LF), a Voltage Controlled Oscillator (VCO), and a reference clock. Dividers are included if higher frequencies are needed. The structure of a general PLL circuit is shown in FIG.
도시한 위상-주파수 탐지기(PFD)는, 레퍼런스 클럭과 분주기(Divider)의 출력으로 나오는 분주 클럭(divided clock)의 주파수와 위상을 비교하여, 업-신호(up signal) 또는 다운-신호(down signal)을 출력한다. 업-신호(up signal)는 분주 클럭(divided clock)이 레퍼런스 클럭(reference clock) 보다 느릴 때, 전압제어 발진기의 발진 클럭이 좀 더 빨라지도록 하고, 다운-신호(down signal)는 분주 클럭(divided clock)이 레퍼런스 클럭(reference clock) 보다 빠를 때, 전압제어 발진기(VCO)가 좀 더 느리게 발진하도록 한다. 즉, 전압제어 발진기(VCO)는 제어 전압(control voltage)에 따라 높은 주파수를 출력하거나 낮은 주파수를 출력하므로, 업-신호(up signal)는 전하 펌프(CP)와 루프 필터(LF)를 거치면서 전압제어 발진기(VCO)의 제어 전압을 높여주는 역할을 하여, 전압제어 발진기(VCO)가 보다 높은 주파수를 출력 하게 한다. 반면, 다운-신호(down signal)는 전하펌프(CP)와 루프 필터(LF)를 거치면서 전압제어 발진기(VCO)의 제어 전압을 낮춰주는 역할을 하여 전압제어 발진기(VCO)가 보다 낮은 주파수에서 발진하도록 한다. 상기 분주기(frequency divider)는 전압제어 발진기(VCO)의 발진 클럭의 주파수를 나누는(frequency dividing) 동작을 하게 된다. 이런 동작 원리를 바탕으로 최종적으로 레퍼런스 클럭과 분주 클럭의 주파수와 위상이 같게 되면 PLL 회로는 안정화 된다. 상기 분주기(divider)가 10분주의 동작을 하고 레퍼런스 클럭이 125MHz라면, 안정 화 된 후 PLL 회로는 레퍼런스 클럭과 같은 위상을 갖는 125MHz의 분주 클럭과 1.25GHz 발진 클럭을 발생시킨다.The illustrated phase-frequency detector (PFD) compares the frequency and phase of the divided clock output to the output of the reference clock and divider, thereby up or down signals. signal). The up signal makes the oscillation clock of the voltage controlled oscillator faster when the divided clock is slower than the reference clock, and the down signal is divided into the divided clock. When the clock is faster than the reference clock, it causes the voltage-controlled oscillator (VCO) to oscillate more slowly. That is, since the voltage controlled oscillator VCO outputs a high frequency or a low frequency according to the control voltage, the up signal is passed through the charge pump CP and the loop filter LF. By increasing the control voltage of the voltage-controlled oscillator (VCO), the voltage-controlled oscillator (VCO) outputs a higher frequency. On the other hand, the down signal serves to lower the control voltage of the voltage controlled oscillator VCO while passing through the charge pump CP and the loop filter LF so that the voltage controlled oscillator VCO has a lower frequency. Make it oscillate. The frequency divider performs a frequency dividing operation of an oscillation clock of a voltage controlled oscillator (VCO). Based on this principle of operation, the PLL circuit is stabilized when the frequency and phase of the reference clock and the divided clock are finally the same. If the divider operates for 10 divisions and the reference clock is 125 MHz, after stabilization, the PLL circuit generates a 125 MHz division clock and 1.25 GHz oscillation clock having the same phase as the reference clock.
PLL 회로의 다이내믹스(Dynamics)를 살펴보는 것은, PLL이 안정적으로 동작하는지 알아내기 위해 꼭 필요한 작업이다. 그리고 PLL의 주파수 특성과 안정도(stability)를 결정하는 루프 필터(Loop Filter)의 설계는 반드시 다이내믹스(Dynamics)를 이용한 정확한 검증을 거쳐야 한다. 한편, 본 발명이 추구하는 CDR 회로도 상기 PLL 회로 구조(파일 루프)를 포함하는 바, 해당 루프에서는 유사한 다이내믹스를 가지게 된다.Examining the dynamics of a PLL circuit is an essential part of determining whether the PLL is operating reliably. The design of the loop filter, which determines the frequency characteristics and stability of the PLL, must be precisely verified using dynamics. On the other hand, the CDR circuit pursued by the present invention also includes the PLL circuit structure (file loop), so that the loop has similar dynamics.
우선 전압제어 발진기(VCO)부터 살펴 보면 다음과 같다. 전압제어 발진기(VCO)의 특성 곡선은 도 5와 같이 간략하게 나타낼 수 있으며, 전압제어 발진기(VCO)의 전달 함수는 다음 식 1과 같이 나타낼 수 있다.First, the voltage controlled oscillator (VCO) will be described. The characteristic curve of the voltage controlled oscillator VCO may be briefly shown in FIG. 5, and the transfer function of the voltage controlled oscillator VCO may be expressed as in
다음으로 전하 펌프를 살펴보면, 전하 펌프의 전달 함수는 도 6으로부터 식 2로 유도된다.Referring next to the charge pump, the transfer function of the charge pump is derived from Eq.
위의 결과를 바탕으로 전체 PLL 루프의 특성을 살펴보자. 전체 루프을 간략화 하면 도 7과 같다.Based on the results above, let's look at the characteristics of the entire PLL loop. The entire loop is simplified as shown in FIG. 7.
로우 패스 필터의 일종인 루프 필터(LF)의 설계 시에는 기준 측대역폭(reference sideband)과 스위칭 속도간의 트레이드-오프를 고려해야 한다. 따라서, 루프 필터(LF)는 시스템이 요구하는 지터 레퍼런스 스퍼(reference spur)와 락-타임(lock time)이 균형을 이루도록 설계가 되어야 한다. 일반적으로 루프 필터의 대역폭(loop bandwidth)이 좁을수록 지터 레퍼런스 스퍼(reference spur)는 줄어들지만, 락-타임(lock time)이 길어지게 된다. 도 8은 수동소자로 이루어진 3차 대역 필터로 구현한 루프 필터의 구조를 보여주고 있으며, 도시한 루프 필터의 전달함수는 다음 식 3과 같다.When designing a loop filter (LF), which is a type of low pass filter, the trade-off between the reference sideband and the switching speed must be considered. Therefore, the loop filter LF should be designed to balance the lock time with the jitter reference spurs required by the system. In general, the narrower the bandwidth of the loop filter, the smaller the jitter reference spur, but the longer the lock time. 8 shows a structure of a loop filter implemented as a third-order band filter made of passive elements, and a transfer function of the illustrated loop filter is shown in Equation 3 below.
여기서, 오픈 루프(open loop) 전달 함수 L(s)와, 클로즈드 루프(closed loop)의 전달함수 C(s)는 다음 식 4a 및 4b와 같이 정의된다.Here, the open loop transfer function L (s) and the closed loop transfer function C (s) are defined as in Equations 4a and 4b.
이 중에서 오픈 루프 전달함수의 폴(pole) 및 제로(zero) 분석을 수행하면 다음 식 5와 같이 된다.Among these, if the pole and zero analysis of the open loop transfer function is performed, the following equation 5 is obtained.
또한, 오픈 루프 전달함수의 위상 마진(margin)을 분석하면 다음 식 6과 같다.In addition, when the phase margin of the open loop transfer function is analyzed, Equation 6 is obtained.
한편, PLL 회로 원리를 사용하는 CDR 회로에서 사용할 수 있는 주파수의 빠른 획득(Acquisition) 기법들을 설명하면 다음과 같다. Meanwhile, the fast acquisition techniques of frequencies that can be used in a CDR circuit using the PLL circuit principle are as follows.
1) 주파수 Sweep 하는 방법1) How to Sweep Frequency
이 방법은 전압제어 발진기(VCO)의 주파수를 스윕(sweep)함으로써 입력 신호의 주파수를 찾는 방법이다. 입력 신호와 전압제어 발진기(VCO) 출력 신호의 주파수가 일치하는 순간 루프는 락킹이 되고 그 락킹 상태를 유지하는 기법이다.This method finds the frequency of the input signal by sweeping the frequency of the voltage controlled oscillator (VCO). When the frequency of the input signal and the voltage-controlled oscillator (VCO) output signal coincide, the loop locks and maintains the locked state.
2) 광대역폭(Wide Bandwidth)를 지원하도록 설계하는 방법2) How to design to support wide bandwidth
이 방법은 획득(acquisition) 모드에서는 루프 대역폭(loop bandwidth)을 넓게 하여 주파수 획득(acquisition) 속도를 향상시키고 트래킹(tracking) 모드에서는 대역폭을 줄여서 지터(jitter)특성이 나빠지지 않게 하는 기법이다.This method improves the frequency acquisition speed by widening the loop bandwidth in acquisition mode and reducing the bandwidth in tracking mode so that jitter is not degraded.
본 발명에서는 주파수 동기화 모드에서 위상 에러(phase error)가 크게 되고 트래킹(tracking) 모드에서는 위상 에러가 작다는 것을 이용하여 위상 에러가 큰 시간 동안에 루프 대역폭을 넓게 하여 주파수 획득(acquisition)을 빠르게 하는 방법을 클럭-데이터 복원기(CDR)로 확장하여 클럭-데이터 복원기(CDR)에서 락(lock) 신호를 미리 예측하는 신호를 발생시키고 이 예측된 신호를 이용하여 루프 대역폭(loop bandwidth)를 점진적으로 조절하는 방법을 사용하였다. 자세한 것은 다음 장 에서 다루기로 한다.In the present invention, a method for accelerating frequency acquisition by widening the loop bandwidth during a large phase error by using a large phase error in the frequency synchronization mode and a small phase error in the tracking mode. Is extended to the clock-data restorer (CDR) to generate a signal that predicts the lock signal in advance in the clock-data restorer (CDR), and the loop bandwidth is gradually increased using the predicted signal. The method of adjustment was used. Details will be covered in the next chapter.
본 발명의 사상은 예컨대 도 4의 구조의 CDR 회로에서 지터 특성의 악화없이 주파수의 빠른 획득의 지원을 목적으로, CDR 회로의 커스 루프 필터에 가변 루프 대역폭을 적용한 데 있다.The idea of the present invention is to apply a variable loop bandwidth to a curse loop filter of a CDR circuit, for example, for the purpose of supporting fast acquisition of frequency without deteriorating jitter characteristics in the CDR circuit of FIG. 4.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 사상을 적용한 PLL 회로 원리를 적용한 CDR 회로를 제1 실시예로서 설명하며, 상기 PLL 회로 원리를 가지는 범용 PLL 회로를 제2 실시예로서 설명한다. 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The CDR circuit applying the PLL circuit principle to which the idea of the present invention is applied will be described as the first embodiment, and the general-purpose PLL circuit having the PLL circuit principle will be described as the second embodiment. 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 the most preferred embodiment 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.
(실시예 1)(Example 1)
도 9에 도시한 바와 같은 본 실시예의 CDR 회로는, 발진 클럭을 광범위에서 소정의 목표 주파수에 소정 오차내 범위로 일치시키기 위한 커스 루프; 및 상기 커스 루프에서 획득한 주파수를 가지는 발진 클럭을 수신 데이터 신호와 주파수 및 위상을 일치시키기 위한 파인 루프; 및 상기 발진 클럭이 상기 커스 루프에서 상기 목표 주파수에 도달한 정도에 따라 활성화되는 루프를 선택하고, 상기 커스 루프 및 파인 루프를 구성하는 루프 필터의 대역폭을 조절하기 위한 락/프리락 검출기(900)로 이루어진다.The CDR circuit of this embodiment as shown in FIG. 9 includes a curse loop for matching the oscillation clock to a predetermined target frequency in a wide range within a predetermined error range; And a fine loop for matching an oscillation clock having a frequency obtained in the curse loop with a frequency and phase with a received data signal. And a lock /
도시한 커스 루프는, 입력받은 발진 전압의 크기에 비례하는 주파수를 가지는 발진 클럭을 생성하기 위한 전압 제어 발진기(200); 상기 발진 전압을 조절하기 위한 제1 조절 전류를 생성하는 제1 전하 펌프(600); 상기 제1 조절 전류를 로우 패스 대역 필터링시켜 상기 전압 제어 발진기(200)로 전달하기 위한 루프 필터(300); 및 상기 발진 클럭이 소정의 목표 주파수에 도달하였는가를 판단하여, 그에 따라 상기 제1 조절 전류의 출력을 제어하는 제1 주파수 검출기를 포함한다.The illustrated loop has a voltage controlled
도시한 파인 루프는, 상기 전압 제어 발진기(200) 및 루프 필터(300)를 상기 커스 루프와 공유하며, 상기 전압 제어 발진기(200)의 발진 전압을 조절하기 위한 제2 조절 전류를 생성하여 상기 루프 필터(300)로 출력하는 제2 전하 펌프(400); 및 수신 데이터 신호의 주파수와 상기 발진 클럭의 주파수의 근접도에 따라 상기 제2 조절 전류의 출력을 제어하는 제2 주파수 검출기를 포함한다.The illustrated fine loop shares the voltage controlled
도시한 락/프리락 검출기(900)는, 상기 커스 루프에서 상기 파인 루프로 활성화 루프를 전환하는 시점이 되는, 상기 발진 클럭이 상기 목표 주파수에 근접한 시점을 검출하는 락 검출기; 및 경과한 후 상기 상기 커스 루프에서 상기 파인 루프로 활성화 루프를 전환하는 시점을 미리 소정 시간전에 감지하기 위한 프리락 검 출기를 포함한다.The illustrated lock /
이하, 도시한 구조의 CDR 회로의 세부 구현예 및 그 동작원리를 설명하기로 한다.Hereinafter, a detailed embodiment of the CDR circuit of the illustrated structure and its operation principle will be described.
먼저, CDR 회로의 PLL 회로 부분에서 루프 대역폭과 주파수 획득(acquisition) 특성을 살펴보면 루프 대역폭이 넓을수록 획득 시간(acquisition time)은 짧아지고 루프 대역폭이 좁아지게 되면 획득 시간(acquisition time)은 길어지게 된다. 한편, 지터(jitter) 특성은 루프 대역폭이 넓을수록 잡음의 영향을 많이 받게 되어 지터 특성은 나빠지게 된다. 즉, 주파수 획득(acquisition)을 빠르게 하려면 루프의 대역폭이 넓을수록 좋고 지터를 작게 하려면 루프의 대역폭이 좁을수록 좋은 것이다. 앞서 설명한 것처럼 루프 대역폭은 상기 식 5와 같다. 상기 식 5로부터 알 수 있듯이 루프 대역폭을 조절할 수 있는 인자는, 전압제어 발진기(VCO)의 이득, 루프 필터의 R,C 값 및 펌프 전류의 크기이다.First, the loop bandwidth and frequency acquisition characteristics of the PLL circuit portion of the CDR circuit are as follows. The wider the loop bandwidth, the shorter the acquisition time, and the narrower the bandwidth, the longer the acquisition time. . On the other hand, the jitter characteristic is affected by noise as the loop bandwidth is wider, and the jitter characteristic is worsened. In other words, the faster the loop, the faster the bandwidth. The smaller the loop, the smaller the bandwidth. As described above, the loop bandwidth is shown in Equation 5 above. As can be seen from Equation 5, the factors that can control the loop bandwidth are the gain of the voltage controlled oscillator (VCO), the R and C values of the loop filter, and the magnitude of the pump current.
도 9에 주파수(frequency) 및 위상(phase)을 두 단계로 나누어 맞추는 클럭-데이터 복원기의 구조를 도시하였다. 단일 전압제어 발진기(VCO)를 사용하여, 먼저 커스 루프(Loop I)을 통하여 주파수를 맞추게 된다. 이 때 락 검출기(Lock Detector)는 레퍼런스(reference) 클럭 주파수와 생성된 주파수가 소정의 정수비로 일치할 경우 커스 루프(Loop I)에서 파인 루프(Loop II)로 변환해 주는 역할을 수행한다. 파인 루프(Loop II)는 데이터와 이미 맞춰진 주파수의 위상(phase)을 일치시키는 역할을 수행하기 위한 것인데, 실제로는 마이크로 범위에서 주파수의 일치 동작도 함께 수행된다.9 illustrates a structure of a clock-data reconstructor that fits frequency and phase into two stages. Using a single voltage controlled oscillator (VCO), the frequency is first tuned through a loop I. In this case, the lock detector converts the loop I to the loop II when the reference clock frequency and the generated frequency coincide with each other at a predetermined integer ratio. The Fine Loop (Loop II) is intended to match the phase of the frequency that has already been matched to the data. In practice, the coincidence operation of the frequency is also performed in the micro range.
이에 따라, 본 실시예의 제1 주파수 검출기는 소정의 레퍼런스 클럭을 입력받아 상기 분주 신호와 비교하여 목표 주파수 도달여부를 판단하는 주파수-위상 검출기이며, 상기 제2 주파수 검출기는, 상기 발진 신호와 상기 수신 데이터 신호의 위상 일치 여부를 판단하여 그 전후관계에 따른 제2 전하 펌프 제어 신호를 출력하는 위상 검출기이다. 또한, 상기 제1 주파수 검출기는 상기 발진 신호를 소정 배수 분주한 분주 신호를 생성하기 위한 분주기; 및 소정의 레퍼런스 클럭을 입력받아 상기 분주 신호의 주파수 일치 여부를 판단하여 그 결과에 따른 제1 전하 펌프 제어 신호를 출력하는 주파수-위상 검출기를 포함하여, 보다 주파수가 낮은 레퍼런스 클럭을 사용할 수 있도록 구현할 수 있다.Accordingly, the first frequency detector of the present embodiment is a frequency-phase detector that receives a predetermined reference clock and compares it with the divided signal to determine whether a target frequency is reached, and the second frequency detector includes the oscillation signal and the reception signal. A phase detector for determining whether or not the data signal is in phase and outputting a second charge pump control signal according to its front and back relationship. The first frequency detector may further include: a divider for generating a divided signal by dividing the oscillation signal by a predetermined multiple; And a frequency-phase detector configured to receive a predetermined reference clock and determine whether the frequency of the divided signal matches, and output a first charge pump control signal according to the result, so that a lower reference clock can be used. Can be.
그런데, 락 검출기(Lock Detector)를 통해 커스 루프(Loop I)에서 파인 루프(Loop II)로 바뀔 때 루프 대역폭(loop bandwidth)으로 인해 다른 주파수에 락킹 되는 폴스 락(false lock)의 문제가 발생하기도 한다. 이를 방지하기 위하여, 루프 필터(LPF)의 루프 대역폭(loop bandwidth)를 줄이게 되는데, 이렇게 될 경우 커스 루프(Loop I)에서 락 타임(lock time)이 느려지게 된다. 따라서 락 검출기(Lock Detector)에서 실제 락(lock) 신호와는 별개로 락(lock) 신호를 미리 예측하는 신호와 이를 위한 회로를 두어 이 예측된 신호를 기준으로 점진적으로 루프 대역폭(loop bandwidth)을 조절하여, 상기 문제점을 해결하려고 한다. 즉, 본 발명은 기존의 클럭-데이터 복원기(CDR) 구조들에 있어서 락(lock) 신호를 미리 예측하는 신호를 이용하여, 저항, 전류, 커패시턴스 중 하나 이상을 점진적으로 바꾸어 루프 대역폭(loop bandwidth)를 조절하고, 루프 전환 시 주파수가 변하는 것을 방지하고자 한다.However, when a switch is made from a loop I to a loop II through a lock detector, a problem of false lock may be locked due to the loop bandwidth due to the loop bandwidth. do. In order to prevent this, the loop bandwidth of the loop filter LPF is reduced. In this case, the lock time in the loop I is slowed. Therefore, the lock detector has a signal that predicts the lock signal in advance and a circuit for the lock signal separately from the actual lock signal, and gradually increases the loop bandwidth based on the predicted signal. Trying to solve the above problem. That is, the present invention gradually changes one or more of a resistance, a current, and a capacitance by using a signal that predicts a lock signal in advance in conventional clock-data recoverer (CDR) structures. ) And to prevent the frequency from changing during loop switching.
우선, 본 발명에 따라 루프 대역폭(Loop Bandwidth)를 조절하는 방법 중 하나인, 전하 펌프(Charge Pump)의 전류 또는 저항을 바꾸는 방법을 설명하고자 한다. 이를 위한 전하 펌프 및 루프 필터의 연결구조를 도 10에 도시하였으며, 도 10에서의 대역폭은 다음 식 7로 표현할 수 있다.First, a method of changing a current or a resistance of a charge pump, which is one of methods of controlling a loop bandwidth according to the present invention, will be described. The connection structure of the charge pump and the loop filter for this is shown in Figure 10, the bandwidth in Figure 10 can be expressed by the following equation 7.
위의 식에서 나타난 바와 같이 전하 펌프 전류(Ip)가 작을수록 대역폭(bandwidth)이 작아지는 것을 볼 수 있다. 한편, 루프 필터(loop filter)의 저항값(R2)의 변화에 따라서 루프 대역폭(loop bandwidth)이 변함을 알 수 있다. 여기서 주의해야 할 점은 위상 마진(phase margin)의 고려이다. 단순히 대역폭(bandwidth)만 넓혔다, 줄였다 하면 되는 것이 아니라, 위상 마진(phase margin)을 고려하여 안정도(stability)에 큰 문제가 없는 범위에서 조절을 해야 한다. 클럭-데이터 복원기(CDR)에서 커스 루프(Loop I)에서 주파수를 맞출 때 안정도(stability)를 해치지 않는 범위에서 전류를 크게 저항을 작게 한 상태에서 시작하여, 주파수를 원하는 수준까지 만들어 준 후 락 검출기(Lock Detector)에서 발생시키는 예측 로직(prediction logic)을 통하여 전류나 저항을 각각 혹은 동시에 변화시켜 대역폭 (bandwidth)를 충분히 작게 만들고, 락(lock) 신호를 발생시켜 제2 루프(Loop II)로 전환시킨다. 그러면, 제1 루프(Loop I)에서는 빠른 락-타임(lock time)을 얻을 수 있고, 제2 루프(Loop II)에서는 지터(jitter)를 줄이고, 폴스-락(false lock)을 방지할 수 있다.As shown in the above equation, the smaller the charge pump current Ip, the smaller the bandwidth. On the other hand, it can be seen that the loop bandwidth changes according to the change in the resistance value R2 of the loop filter. One thing to note here is the consideration of phase margin. Instead of simply widening or reducing the bandwidth, the phase margin should be taken into account to ensure that there is no significant problem with stability. When adjusting the frequency in the loop I in the clock-data reconstructor (CDR), start the current with a large resistance and keep the frequency up to the desired level without compromising the stability. Prediction logic generated by the lock detector changes current or resistance individually or simultaneously to make the bandwidth small enough, and generates a lock signal to the loop II. Switch. Then, a fast lock time can be obtained in the first loop I, a jitter can be reduced in the second loop II, and a false lock can be prevented. .
다음, 루프 대역폭(Loop Bandwidth)를 조절하는 방법 중 다른 하나인, 커패시턴스를 바꾸는 방법을 설명하고자 한다. Next, a method of changing capacitance, which is another method of adjusting the loop bandwidth, will be described.
상기 식 7에서 알 수 있는 바와 같이, 커패시턴스(C1)가 클수록 대역폭(bandwidth)이 작아진다. 따라서, 클럭-데이터 복원기(CDR)에서 커스 루프(Loop I)에서 주파수를 맞출 때 안정도(stability)를 해치지 않는 범위에서 커패시턴스(C1)를 작게 한 상태에서 시작하여, 주파수를 원하는 수준까지 점진적으로 증가시킨 후 락 검출기(Lock Detector)에서 발생시키는 락-예측 신호를 통하여 커패시턴스(C1)를 변화시켜 루프 대역폭(loop bandwidth)를 충분히 작게 만들고, 락(lock) 신호를 발생시켜 파인 루프(Loop II)로 전환시킨다. 그러면, 커스 루프(Loop I)에서는 빠른 락-타임(lock time)을 얻을 수 있고, 파인 루프(Loop II)에서는 위상 노이즈(phase noise)를 줄이고, 폴스-락(false lock)을 막을 수 있다. 상기 커패시턴스(C1) 뿐만 아니라 다른 커패시턴스(C2)를 함께 또는 단독으로 변화시켜 대역폭을 조절할 수도 있는데, 상기 식 7에서 다른 커패시턴스(C2)는 그 값이 커질수록 대역폭이 좁아지는 것을 알 수 있다. 이 방법은 다른 용도의 PLL 회로에도 적용될 수 있으며, 이를 적용한 범용 PLL 회로는 하기 제2 실시예에서 기술하겠다.As can be seen from Equation 7, the larger the capacitance (C1), the smaller the bandwidth (bandwidth). Therefore, when the frequency is adjusted in the loop I in the clock-data reconstructor (CDR), starting with the capacitance (C1) small in a range that does not impair stability, the frequency is gradually increased to the desired level. After increasing, the capacitance (C1) is changed through the lock-prediction signal generated by the lock detector to make the loop bandwidth small enough, and the lock signal is generated to generate the fine loop (Loop II). Switch to Accordingly, fast lock time can be obtained in the loop I, low phase noise can be prevented in the loop II, and false lock can be prevented. The bandwidth can be adjusted by changing the capacitance C1 as well as other capacitances C2 together or singly. In Equation 7, it can be seen that the other capacitance C2 becomes narrower as the value becomes larger. This method can be applied to PLL circuits for other purposes, and the general-purpose PLL circuits to which the method is applied will be described in the second embodiment.
도 10 및 도 11은 본 발명에서 제안하고자 하는 루프 필터의 다이내믹(dynamic) 특성을 디지털 제어 방식으로 동적으로 변화시킬 수 있는 형태의 회로 구성의 실시예를 도시주고 있다. 도 12는 도 10 또는 도 11의 루프 필터를 간략화 하여 도시한 것이다. 필터 특성의 변화는 병렬로 구비되어 있는 커패시터들을 추가로 연결하거나 떼어내어 커패시턴스를 변화시켜서 얻게 된다. 우선 최초에는 기본이 되는 루프 필터(loop filter)를 구성하는 커패시터(Cz, Cz')만이 Vcontrol단에 연결이 되어 있으며 나머지 커패시터들은 접속시에 차지-레지스트리-버튼(chargeredistribution)에 의해 불연속적인 전압이 나타나는 것을 방지하기 위해 도 10의 버퍼(buffer)나 도 11의 비교기(comparator)로 Vcontrol단과 동일한 전압으로 지속적으로 충전하게 된다. 버퍼(Buffer)의 한 예는 단일 이득 연산 증폭기(unity gain buffer)가 있다. 이후 PLL 구조의 발진 주파수가 목표 주파수에 근접하게 되는 것을 프리락 검출기에서 판단하여 추가적인 커패시터들을 차례대로 Vcontrol단에 접속시켜 줌으로써 필터 특성을 자연스럽게 변화시켜 줄 수 있다. 이 회로에서는 필터 특성이 변하는 정도를 원하는 만큼 조절할 수 있도록 커패시터를 모두 균일(uniform)한 용량으로 배열할 수도 있고 배수 관계를 가지는 용량으로 배열할 수도 있다.10 and 11 illustrate an embodiment of a circuit configuration in which a dynamic characteristic of a loop filter proposed by the present invention can be dynamically changed by a digital control method. 12 is a simplified illustration of the loop filter of FIG. 10 or 11. The change in filter characteristics is obtained by changing the capacitance by additionally connecting or disconnecting the capacitors provided in parallel. First, only capacitors (Cz, Cz ') that constitute the basic loop filter are connected to the V control stage. The remaining capacitors are discontinuous by charge-registration button when connected. In order to prevent this from appearing, the buffer of FIG. 10 or the comparator of FIG. 11 is continuously charged to the same voltage as the V control stage. One example of a buffer is a unity gain operational amplifier. After that, the prelock detector determines that the oscillation frequency of the PLL structure is close to the target frequency, and additionally connects additional capacitors to the V control stage to naturally change the filter characteristics. In this circuit, the capacitors can all be arranged in uniform capacitance or in multiples of capacitance so that the degree of change in filter characteristics can be adjusted as desired.
커패시터를 구현하는 여러 가지 방법 중에 MOSFET을 이용한 방법이 있다. 이 회로에서는 고정된 커패시터를 두고, 병렬로 커패시터를 연결하는데, 이 때 상기 커패시터들을 MOSFET을 이용하여 구현한다. 도 13a 내지 도 13c는 공핍(Depletion), 누적(Accumulation), 인버젼(Inversion) 영역을 사용하는 MOS 커패시터의 구현을 보여주고 있다. MOSFET 커패시터의 특성을 이용하여, 프리락 검출기가 동작할 때, Vmos 전압을 변화시켜서 전체 커패시턴스값을 변화시켜 대역폭(bandwidth)를 조절하게 된다.Among the various ways of implementing a capacitor, there is a method using a MOSFET. In this circuit, a fixed capacitor is placed and the capacitors are connected in parallel, and the capacitors are implemented using a MOSFET. 13A-13C show an implementation of a MOS capacitor using depletion, accumulation, and inversion regions. Using the characteristics of the MOSFET capacitor, when the freelock detector operates, the Vmos voltage is changed to change the overall capacitance value to adjust the bandwidth.
상기 방식을 적용한 도 10 또는 도 11에 도시한 루프 필터는, 전달함수의 기본 극점을 결정하는 디폴트 폴 커패시터; 전달함수의 기본 제로점을 결정하는 디폴트 제로 거패시터; 전달함수의 실수부를 결정하는 필터 저항; 상기 디폴트 폴 커패시터에 병렬 연결되는 형태로 대역폭을 조절하기 위한 하나 이상의 부가 폴 커패시터; 상기 디폴트 폴 커패시터와 상기 부가 폴 커패시터의 병렬 연결을 제어하기 위한 하나 이상의 폴 제어 스위치; 상기 디폴트 제로 커패시터에 병렬 연결되는 형태로 대역폭을 조절하기 위한 하나 이상의 부가 제로 커패시터; 상기 디폴트 제로 커패시터와 상기 부가 제로 커패시터의 병렬 연결을 제어하기 위한 하나 이상의 제로 제어 스위치; 및 상기 부가 제로 커패시터 중 상기 디폴트 제로 커패시터와 연결되지 않은 것에 상기 디폴트 폴 커패시터와 동일한 레벨의 전위를 인가하기 위한 전위 유지부를 포함한다.The loop filter shown in FIG. 10 or 11 applying the above scheme comprises: a default pole capacitor for determining a basic pole of a transfer function; A default zero capacitor that determines the default zero point of the transfer function; A filter resistor for determining the real part of the transfer function; One or more additional pole capacitors for adjusting bandwidth in parallel with the default pole capacitors; At least one pole control switch for controlling parallel connection of said default pole capacitor and said additional pole capacitor; One or more additional zero capacitors for adjusting bandwidth in a parallel connection to the default zero capacitor; One or more zero control switches for controlling parallel connection of said default zero capacitor and said additional zero capacitor; And a potential holding unit for applying a potential having the same level as that of the default pole capacitor to one of the additional zero capacitors not connected to the default zero capacitor.
보다 제작 비용 및/또는 구현 면적을 절감하기 위한 경우에는 상기 부가 폴 커패시터 또는 상기 부가 제로 커패시터 중 한 종류만을 구현할 수 있고, 보다 대역폭 조절의 범위 및/또는 편의를 위한 경우에는 상기 부가 폴 커패시터 또는 상기 부가 제로 커패시터를 모두 구비한다. 구현되지 않는 상기 부가 폴/제로 커패시터 에 대한 폴/제로 스위치도 함께 삭제함은 당연하다.In order to further reduce manufacturing cost and / or implementation area, only one type of the additional pole capacitor or the additional zero capacitor may be implemented, and for the range and / or convenience of bandwidth adjustment, the additional pole capacitor or the It has all the additional zero capacitors. Naturally, the pole / zero switch for the additional pole / zero capacitor not implemented is also deleted.
상기 전위 유지부는 도 10에 도시한 바와 같이 디폴트 폴/제로 커패시터의 전위를 입력받아, 부가 폴/제로 커패시터로 출력하는 전압 버퍼로 구현하거나, 도 11에 도시한 바와 같이 디폴트 폴/제로 커패시터의 전위와, 부가 폴/제로 커패시터의 전위를 입력받아, 그 우열에 따라 상기 부가 폴/제로 커패시터에 대한 충전 전류를 단속하는 전압 비교기로 구현할 수 있다.The potential holding unit receives a potential of the default pole / zero capacitor as shown in FIG. 10 and implements it as a voltage buffer outputting the additional pole / zero capacitor, or as shown in FIG. 11, the potential of the default pole / zero capacitor as shown in FIG. And a voltage comparator that receives the potential of the additional pole / zero capacitor and regulates the charging current for the additional pole / zero capacitor according to its superiority.
도 14는 전하 펌프에 의해 루프 필터에 공급되는 전류 크기를 변화시킬 수 있는 형태의 회로 구성을 보여주고 있다. 도시한 것은 제1 전하 펌프에 전류 조절 기능을 부여한 것으로, 도시한 제1 전하 펌프는, 상기 루프 필터와 연결이 단속되는 다수개의 전하펌프(I0 ~ In); 및 상기 락/프리락 검출기의 제어에 따라 각 전하펌프(I0 ~ In)를 스위칭하기 위한 다수개의 스위치(S1 ~ Sn)를 포함한다. FIG. 14 shows a circuit configuration in which the magnitude of the current supplied to the loop filter by the charge pump can be changed. As illustrated, the current charge function is provided to the first charge pump. The first charge pump includes: a plurality of charge pumps I0 to In intermittently connected to the loop filter; And a plurality of switches S1 to Sn for switching the respective charge pumps I0 to In according to the control of the lock / freelock detector.
상기 구성은 루프 필터(loop filter)의 수동 소자 부분은 동일한 형태의 것을 하나만 사용하되 전하 펌프(charge pump)를 여러 개 둠으로써 루프 필터(loop filter)에 공급되는 전류의 양을 조절할 수 있다. 루프 이득(Loop gain)을 크게 하기 위해서 전류(current)를 많이 흘려줘야 할 경우에는 여러 개의 예비 전하 펌프(replica charge pump)들을 Vcontrol단에 연결할 수 있으며, 이후 PLL의 발진 주파수가 목표 주파수에 근접하게 되어 감에 따라 루프 게인(loop gain)을 줄여 안정도(stability)를 높이기 위해서 예비 전하 펌프(replica charge pump)들을 Vcontrol단로부터 분리시킬 수 있다. 이러한 형태의 구성에서도 각각의 전하 펌프를 연결하 고 분리하는 스위치에 전달되어야 하는 제어 신호를 생성하는 제어 로직의 구성에 따라 전하 펌프의 전류량을 균일(uniform)하게 구성할 수도 있고 배수 관계를 가지는 크기로 구성할 수도 있다.In the above configuration, the passive element portion of the loop filter may use only one of the same type, but by adjusting the charge pump, the amount of current supplied to the loop filter may be adjusted. If you need to flow a lot of current to increase the loop gain, you can connect several preliminary charge pumps to the Vcontrol stage. Then, the oscillation frequency of the PLL is close to the target frequency. In order to reduce loop gain and increase stability, spare charge pumps can be separated from the Vcontrol stage. Even in this type of configuration, the amount of current in the charge pump can be uniformly configured or multiplied by the configuration of the control logic that generates the control signal to be transmitted to the switch connecting and disconnecting each charge pump. It can also be configured as.
도 9의 락/프리락 검출기(900)에 포함되는 프리락 검출기(Prelock detector)는 외부에서 입력되는 125MHz의 주파수(FREF)와 내부의 전압제어 발진기에서 발진되는 1.25GHz의 주파수(FVCO)를 적절히 비교하여, 그 주파수가 레퍼런스 클럭(FREF)과 동일하게 되는지를 판단하는 로직 회로이다. 이것의 구현은 여러 가지가 있으며, 예컨대 도 16에 도시한 프리락 검출기(920)는, 상기 레퍼런스 클럭을 M분주한 분주 레퍼런스 클럭을 생성하기 위한 M분주기(921); 상기 분주 레퍼런스 클럭의 1주기 또는 반주기 동안에 발생하는 상기 발진 클럭의 개수를 카운트하는 발진 클럭 카운터부; 및 상기 발진 클럭 카운터부의 카운트 회수에 따라 프리락 여부를 판단하는 프리락 판정기(925)를 포함한다.The prelock detector included in the lock /
도시한 발진 클럭 카운터부는, 상기 분주 레퍼런스 클럭과 상기 발진 클럭을 동기화시키기 위한 동기화 플립플롭(922); 상기 동기화 플립플롭(922)의 출력 신호의 에지를 검출하기 위한 에지 검출기(923); 및 상기 에지 검출기(923)의 에지 검출에 따라 초기화되며, 상기 발진 클럭을 카운트 하는 발진 클럭 카운터(924)로 이루어진다. 상기 프리락 판정기(925)는 상기 에지 검출기(923)의 에지 검출 신호 및 상기 발진 클럭 카운터(924)의 카운트 신호를 입력받아 에지 검출 신호가 활성 화 되었을 때 상기 카운트 신호가 소정의 카운트 회수가 이상이면 프리락 상태로 판단하게 된다.The oscillation clock counter includes a synchronization flip-
상기 프리락 검출기는 락 카운터(lock counter, 미도시)의 1/2 지점까지의 카운터(counter) 시점에서 락 여부를 판별하여, 실제 락(lock) 조건과 같을 경우, 즉, 남은 1/2을 카운트해도 락(lock) 될 것이라고 판단되는 경우, 프리락(prelock) 신호를 발생시켜, 대역폭(Bandwidth)를 바꿀 수 있도록 도와 준다. 프리락(Prelock)의 위치나 횟수등은 구현에 따라 더 많이 둘 수도 있고, 앞의 예처럼 하나만 둘 수도 있다. The free lock detector determines whether to lock at a counter time point up to 1/2 of a lock counter (not shown), and if the lock condition is equal to the actual lock condition, that is, the remaining 1/2 If the count is determined to be locked, a prelock signal is generated, thereby helping to change the bandwidth. The number of prelocks, the number of prelocks, etc. can be set more depending on the implementation, or only one, as in the previous example.
이에 사용된 블록은 우선 레퍼런스 클럭(FREF)쪽의 경로를 따라가 보면, 입력된 레퍼런스 클럭(FREF)를 320분주하는 div_320블록과, 이를 발진 클럭(FVCO)의 라이징 에지에 동기화시키기 위한 동기화 플립플롭(sadff_rst), 그리고 그 분주되어 동기화된 신호가 천이하는 부분을 감지하여 펄스로 변환시켜주는 에지 검출기(edge_detector)로 이루어진다. 한편, 발진 클럭(FVCO)쪽의 경로를 따라가 보면, 입력되는 발진 클럭(FVCO)의 클럭 회수(clock tick)를 세는 14bit 발진 클럭 카운터(counter_14b)와, 상기 에지 검출기의 검출 펄스가 라이징(rising)하는 순간에 발진 클럭 카운터(counter_14b)의 출력이 지정된 회수를 가리키고 있는지를 판단하여 전압제어 발진기(VCO)에서 발진 클럭(FVCO) 주파수가 레퍼런스 클럭(FREF)에 프리-락(prelock) 되었는지를 판단하는 프리락 판정기로 이루어진다. 그리고 그 외에 에지 검출기(edge_detector)에서 주기적으로 출력되는 검출 펄스의 발생시마다 발진 클럭 카운터(counter_14b)를 리셋하기 위한 게이트 로직(gate logic)이 추가적으로 포함될 수 있다.The used blocks are first reference clock (F REF) In the following the path of the side, input the reference clock (F REF) the 320 division div_320 blocks and to synchronize it to a rising edge of the oscillation clock (F VCO) Synchronous flip-flop (sadff_rst) and the edge detector (edge_detector) that detects the transition portion of the divided and synchronized signal is converted to a pulse. On the other hand, the oscillation clock (F VCO) In the following the path of the side, and the clock number of the oscillation clock (F VCO) input (clock tick) count 14bit oscillator clock counter (counter_14b), the detection pulses of the edge detectors is a rising It is judged whether the output of the oscillation clock counter (counter_14b) indicates the specified number at the moment of rising, and the oscillation clock (F VCO ) frequency is pre-locked to the reference clock (F REF ) by the voltage controlled oscillator (VCO). A freelock determiner to determine whether In addition, a gate logic for resetting the oscillation clock counter counter_14b each time a detection pulse periodically output from the edge detector may be additionally included.
도시한 회로의 자세한 동작은 다음과 같다. 우선 레퍼런스 클럭(FREF)을 320분주하면 390.625KHz의 주파수가 되는데 에지 검출기(edge_detector)는 이 주파수의 라이징/폴링 에지(edge) 양쪽 모두를 검출하게 되므로 에지 검출기(edge_detector)의 출력으로 나오는 펄스의 주기는 1/(390.625×2) = 1.28μ초가 된다. 이 한 주기 동안 만약 1.25GHz로 정상적으로 발진된 발진 클럭(FVCO)에 의해 카운터가 카운트 업(count up) 된다면, 한 주기의 마지막에 카운터의 출력은 1600회를 가리켜야 한다. 프리락 판정기(Pre_logic) 내부에서는 발짙 클럭 카운터의 출력과 기록(hard-wired) 되어있는 1600의 2진수 값을 비교하여 동일한 경우 프리락 신호를 하이로 내보내게 되고, 이 경우에는 발진 클럭(FVCO)이 레퍼런스 클럭(FREF)보다 10배 빠른 주파수에 정확하게 프리락되었음을 표시한다. 반대로 에지 검출기(edge_detector)에서 나오는 검출 펄스의 라이징 에지에서 비교하는 발진 클럭 카운터의 출력이 3200이 아니면 발진 클럭(FVCO)은 원하는 주파수에 프리락되지 않았음을 표시하는 것이며, 이 경우에는 프리락 신호를 로우로 유지하게 된다. 실제의 하드웨어 환경에서는 프리락 된 상황에서도 어느 정도 주파수의 편차(variation) 등이 있을 수 있으므로, 프리락 되는 값은 1600에서 LSB 쪽으로부터 3bit(±8)의 오차를 허용하며, 프리락된 이후에 주파수가 프리락 상태에서 벗어나는 것을 감지 하는 값은 4bit(±16)의 오차까지는 허용할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.Detailed operation of the illustrated circuit is as follows. First, splitting the reference clock (F REF ) into 320 results in a frequency of 390.625 KHz. The edge detector detects both rising / falling edges of this frequency, so that the pulse output from the output of the edge detector The period is 1 / (390.625 × 2) = 1.28 μs. During this one cycle, if the counter is counted up by the oscillation clock (F VCO ), which normally oscillates to 1.25GHz, the output of the counter should indicate 1600 times at the end of one cycle. In the prelock logic (Pre_logic), the output of the oscillation clock counter is compared with the binary value of 1600, which is hard-wired, and the prelock signal is sent high when the oscillation clock (F) is equal. VCO ) indicates that it is correctly prelocked at a
(실시예 2)(Example 2)
도 16에 도시한 바와 같은 본 실시예의 PLL 회로는, 입력받은 발진 전압의 크기에 비례하는 주파수를 가지는 발진 클럭을 생성하기 위한 전압 제어 발진기(1200); 상기 발진 전압을 조절하기 위한 조절 전류를 생성하는 전하 펌프(1600); 상기 조절 전류를 로우 패스 대역 필터링시켜 상기 전압 제어 발진기로 전달하기 위한 루프 필터(1300); 상기 발진 클럭이 소정의 목표 주파수에 도달하였는가를 판단하여, 그에 따라 상기 조절 전류의 출력을 제어하는 주파수 검출기; 및 상기 발진 클럭이 상기 목표 주파수에 도달한 정도에 따라, 상기 루프 필터의 대역폭을 조절하기 위한 프리락 검출기(1900)를 포함한다.As shown in FIG. 16, the PLL circuit of the present embodiment includes: a voltage controlled
도시한 주파수 검출기는, 상기 발진 신호를 N 분주한 분주 신호를 생성하기 위한 N 분주기(1800); 및 소정의 레퍼런스 클럭을 입력받아 상기 분주 신호의 주파수 일치 여부를 판단하여 그 결과에 따른 제1 전하 펌프 제어 신호를 출력하는 주파수-위상 검출기(1700)로 구현하여, 목표 주파수보다 1/N배 낮은 레퍼런스 클럭을 사용하여 목표 주파수 도달여부, 즉 PLL 루프의 락킹 여부를 판단한다. The illustrated frequency detector includes: an
도시한 프리락 검출기(1900)는 상기 발진 클럭이 상기 목표 주파수에 근접하는 시점인 락 시점을 소정 시간전에 미리 예측하기 위한 것이다. 구현에 따라서는 상기 락 시점을 검출하여 상기 전하 펌프(1600)의 동작을 제어하기 위한 락 검출기(미도시)를 더 포함할 수도 있다.The illustrated
전압 제어 발진기(1200)의 발진 클럭이 최초 저주파에서 목표 주파수로 증가하면서 락킹되는 구조인 경우에 상기 프리락 검출기(1900)는 상기 발진 클럭이 상기 목표 주파수보다 낮은 소정의 프리락 목표 주파수에 근접한가 여부를 판단하는 구성을 가지게 된다. 이를 위한 프리락 검출기의 일실시예는, 도 15에 도시한 바와 같이 상기 레퍼런스 클럭을 M분주한 분주 레퍼런스 클럭을 생성하기 위한 M분주기(921); 상기 분주 레퍼런스 클럭의 1주기 또는 반주기 동안에 발생하는 상기 발진 클럭의 개수를 카운트하는 발진 클럭 카운터부; 및 상기 발진 클럭 카운터부의 카운트 회수에 따라 프리락 여부를 판단하는 프리락 판정기(925)를 포함한다.When the oscillation clock of the voltage controlled
또한, 상기 발진 클럭 카운터부는, 상기 분주 레퍼런스 클럭과 상기 발진 클럭을 동기화시키기 위한 동기화 플립플롭(922); 상기 동기화 플립플롭(922)의 출력 신호의 에지를 검출하기 위한 에지 검출기(923); 및 상기 에지 검출기(923)의 에지 검출에 따라 초기화되며, 상기 발진 클럭을 카운트 하는 발진 클럭 카운터(924)로 이루어지며, 상기 프리락 판정기(925)는 상기 에지 검출기(923)의 에지 검출 신호 및 상기 발진 클럭 카운터(924)의 카운트 신호를 입력받아 에지 검출 신호가 활성화 되었을 때 상기 카운트 신호가 소정의 카운트 회수가 이상이면 프리락 상태로 판단한다. The oscillation clock counter unit may include: a synchronization flip-
한편, 가변 루프 대역폭을 얻기 위해, 상기 제1 실시예의 경우와 동일하게, 본 실시예의 루프 필터가 도 10 또는 도 11에 도시한 구조를 가지거나, 본 실시예의 전하 펌프가 도 15에 도시한 구조를 가질 수 있다.On the other hand, in order to obtain a variable loop bandwidth, similarly to the case of the first embodiment, the loop filter of this embodiment has a structure shown in FIG. 10 or 11, or the charge pump of this embodiment has a structure shown in FIG. It can have
본 실시예의 각 구성요소들의 보다 구체적인 구현예 및 그 동작 설명은 상기 제1 실시예와 중복되므로 생략한다.Detailed embodiments of the components of the present embodiment and an operation description thereof will be omitted since they overlap with the first embodiment.
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 따른 PLL 회로 및 CDR 회로를 실시함에 따라, 대역폭에 따라 추출 주파수의 변동이 발생하지 않는 효과가 있다.By implementing the PLL circuit and the CDR circuit according to the present invention, there is an effect that the variation of the extraction frequency does not occur depending on the bandwidth.
또한, 본 발명은, 칩 사이즈를 줄일 수 있으며, 미스매치를 방지할 수 있는 효과 및/또는 락 타임을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can reduce the chip size, has the effect of preventing mismatch and / or the effect of reducing the lock time.
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