KR100819046B1 - Apparatus and Method for Restoring multiple linked clock/data by compensating for non-linear characteristics - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비선형 보상 회로를 통한 위상 보간기(Phase Interpolator)를 이용한 다중 링크용 클럭/데이터 복원 장치 및 방법에 관한 것으로서, 2진 입력 데이터와 클럭 신호를 입력 받아 데이터와 클럭 신호 사이의 위상을 비교하는 위상 검출부, 위상 비교 결과를 위상 합성 제어 코드로 변환하는 위상 합성 제어부, 위상 보간부의 비선형적 특성을 보상하기 위해 제어 코드를 비선형성에 대한 역함수 형태인 전달함수의 결과인 전류 값으로 변환하여 출력하는 비선형 보상부, 다중 위상 클럭을 입력 받아 적절한 2개의 클럭을 선택하여 제어 코드에 대해 선형적 위상을 갖는 클럭 신호로 복원 클럭을 출력하는 위상 보간부로 구성된다. 본 발명은 제어 코드에 대한 위상 합성 회로의 출력인 클럭 신호의 위상 관계에서 선형성을 향상시키기 위해 비선형성의 역함수 형태의 전달함수를 갖는 비선형 보상 회로를 추가하여 복원 클럭의 해상도를 균일하게 유지하고 지터 성능의 저하를 감소시킨다.
비선형 보상회로, 위상 보간기, 데이터/클럭 복원
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for clock / data recovery for multiple links using a phase interpolator through a nonlinear compensation circuit. A phase detector for converting the phase comparison result into a phase synthesis control code, and converts the control code into a current value that is a result of a transfer function that is an inverse function for nonlinearity to compensate for the nonlinear characteristics of the phase interpolator. A nonlinear compensator and a phase interpolator for receiving a multi-phase clock, selecting two appropriate clocks, and outputting a reconstructed clock as a clock signal having a linear phase with respect to a control code. The present invention adds a nonlinear compensation circuit having a non-linear inverse form transfer function to improve linearity in the phase relationship of a clock signal that is an output of a phase combining circuit to a control code, thereby maintaining a uniform resolution of the reconstructed clock and providing jitter performance. Reduces the degradation.
Nonlinear Compensation Circuit, Phase Interpolator, Data / Clock Recovery
Description
도 1은 기존 디지털 제어 방식의 위상 보간기를 이용한 클럭/데이터 복원 회로에 대한 도면1 is a diagram of a clock / data recovery circuit using a phase interpolator of a conventional digital control method.
도 2는 본 발명에 따른 비선형 특성을 보상한 위상 보간기를 이용한 클럭/데이터 복원 장치에 대한 도면2 is a diagram of a clock / data recovery apparatus using a phase interpolator that compensates for nonlinear characteristics according to the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예로 비선형 보상 회로를 포함한 위상 보간기를 이용한 다중 링크용 클럭/데이터 복원 장치에 대한 도면3 is a diagram of a clock / data recovery apparatus for multiple links using a phase interpolator including a nonlinear compensation circuit according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 비선형 특성을 보상한 위상 보간기를 이용한 클럭/데이터 복원 방법에 대한 흐름도4 is a flowchart illustrating a clock / data recovery method using a phase interpolator that compensates for nonlinear characteristics according to the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예로 비선형 보상 회로를 포함한 위상 보간기를 이용한 다중 링크용 클럭/데이터 복원 방법에 대한 흐름도5 is a flowchart illustrating a method of recovering clock / data for multiple links using a phase interpolator including a nonlinear compensation circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 6은 도 3에 도시된 위상 합성 제어 회로의 출력인 제어코드(B, C)와 위상 보간기의 복원 클럭 간 위상 관계에 대한 도면FIG. 6 is a diagram illustrating a phase relationship between control codes B and C which are outputs of the phase combining control circuit shown in FIG. 3 and a reconstructed clock of a phase interpolator. FIG.
도 7은 도 3에 도시된 위상 선택기 제어 회로의 출력인 위상 선택기 제어 코드(B)와 위상 선택기의 기준 클럭(I, Q) 간 위상 관계에 대한 도면FIG. 7 is a diagram showing the phase relationship between the phase selector control code B, which is the output of the phase selector control circuit shown in FIG. 3, and the reference clocks I and Q of the phase selector.
도 8은 도 3에 도시된 위상 보간기 제어 회로의 출력인 위상 보간기 제어 코드(C)와 위상 보간기의 복원 클럭(RCLK) 간 위상 관계에 대한 도면FIG. 8 is a diagram illustrating a phase relationship between a phase interpolator control code C, which is an output of the phase interpolator control circuit shown in FIG. 3, and a recovery clock RCLK of a phase interpolator.
도 9는 도 3에 도시된 비선형 보상 회로의 출력인 전류원 가중치(W)의 상대적 증분 값과 위상 보간기의 전류원의 관계에 대한 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a relative incremental value of a current source weight W that is an output of the nonlinear compensation circuit of FIG. 3 and a current source of a phase interpolator.
본 발명은 위상 보간기를 이용한 다중 링크용 클럭/데이터 복원 회로에 관한 것으로, 자세히는 비선형 보상 회로를 통하여 위상 보간기의 선형성을 향상시킨 다중 링크용 클럭/데이터 복원 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-link clock / data recovery circuit using a phase interpolator, and more particularly, to a multi-link clock / data recovery circuit for improving linearity of a phase interpolator through a nonlinear compensation circuit.
다중 링크용 수신기에 입력되는 각각의 입력 데이터 신호들은 전송 선로의 길이 및 특성의 차이, 송신부들 사이의 특성 차이 등으로 인해 주파수 옵셋(offset) 또는 서로 다른 위상을 갖게 된다. 이러한 주파수 옵셋과 위상의 오차 문제로 인해, 다중 링크 수신기에 탑재되는 각각의 클럭/데이터 복원 회로들은 독립적인 위상 정렬 기능을 가져야 한다.Each input data signal input to the multi-link receiver has a frequency offset or a different phase due to a difference in length and characteristics of a transmission line, a difference in characteristics between transmitters, and the like. Due to this frequency offset and phase error problem, each clock / data recovery circuit mounted in a multi-link receiver must have an independent phase alignment function.
기존의 다중 링크용 클럭/데이터 복원 회로는 독립적인 위상 정렬 기능을 제공하기 위하여 여러 개의 클럭/데이터 복원 회로가 하나의 기준 위상 동기 루프를 공유하고, 각각의 클럭/데이터 복원 회로는 기준 위상 동기 루프로부터 다중 위상 기준 클럭을 입력 받아 위상 보간기를 이용하여 입력 데이터에 동기 되는 클럭 신호를 합성하는 방식을 사용한다.Conventional multi-link clock / data recovery circuits have multiple clock / data recovery circuits sharing one reference phase lock loop to provide independent phase alignment, and each clock / data recovery circuit has a reference phase lock loop. A multi-phase reference clock is input from the circuit and a phase interpolator is used to synthesize a clock signal synchronized with the input data.
클럭 신호를 합성하기 위한 제어 방식은 크게 아날로그 제어 방식과 디지털 제어 방식으로 나눌 수 있다. 아날로그 제어 방식은 위상 보간기가 합성할 수 있는 위상이 전 범위에 걸쳐 연속적이므로 위상 특성이 불연속적인 디지털 제어 방식에 비해 일반적으로 지터 생성(Jitter Generation) 성능이 좋고 스위칭 잡음에 의한 지터 성능 저하를 고려하지 않아도 되며 고속 동작에 유리한 장점이 있다(T.H. Lee, et al., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 29, No.12, 1994, pp. 1491~1496). 반면, 디지털 제어 방식은 모든 제어 회로를 디지털 논리 회로를 통해 구현하므로 라이브러리화가 용이하고 제어 신호가 전원 잡음의 영향을 거의 받지 않기 때문에 아날로그 제어 방식에 비해 동작이 안정적이고 작은 면적에 회로를 구현할 수 있는 장점이 있다(M. Fukaishi, et al., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 35, No. 11, 2000, pp. 1611~1618).The control method for synthesizing the clock signal can be largely divided into an analog control method and a digital control method. Analog control schemes generally have better jitter generation performance and do not account for jitter degradation due to switching noise, as the phase interpolators can synthesize the phases continuously over the entire range. There is no need for high speed operation (TH Lee, et al., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 29, No. 12, 1994, pp. 1491-1496). On the other hand, the digital control method implements all control circuits through digital logic circuits, which makes librarying easier and the control signal is hardly affected by power supply noise. There are advantages (M. Fukaishi, et al., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 35, No. 11, 2000, pp. 1611-1618).
기존 디지털 제어 방식의 위상 보간기를 이용한 클럭/데이터 복원 회로에 대하여 이하 살펴보도록 한다.A clock / data recovery circuit using a phase interpolator of a conventional digital control method will be described below.
도 1은 기존 디지털 제어 방식의 위상 보간기를 이용한 클럭/데이터 복원 회로에 대한 도면이다.1 is a diagram illustrating a clock / data recovery circuit using a phase interpolator of a conventional digital control method.
도 1을 참조하면, 상기 회로는 이진 위상 검출부(Band-Bang Phase Detector)(101), 코드 제어부(102), 위상 보간부(103)의 세 부분으로 구성됨을 알 수 있다. 상기 이진 위상 검출기(101)는 위상 보간부(103)에 의해 합성된 클럭과 입력 데이터의 위상을 비교하고 위상 증가/감소 결과를 2진 값의 형태로 코드 제어부(102)에 전달한다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the circuit is composed of three parts, a band-
코드 제어부(102)는 증/감 카운터로 구성되어 이진 위상 검출부의 출력이 위상 증가일 경우 위상 제어 코드를 증가시키고, 반대로 위상 감소일 경우 위상 제어 코드를 감소시킨다. 상기 위상 보간부(103)는 다중 위상 클럭 중에서 위상 제어 코드에 비례하는 새로운 위상을 갖는 복원 클럭을 합성한다. 따라서 상기 위상 보간부(103)의 출력인 복원 클럭의 위상은 일정한 트래킹 시간을 거친 후에 입력 데이터 위상에 정렬되어 동기화가 이루어진다.The
그러나, 기존 이러한 위상 보간기를 이용한 디지털 제어 방식 클럭/데이터 복원 회로는 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.However, the conventional digitally controlled clock / data recovery circuit using such a phase interpolator has the following problems.
위상 보간기(103)에 인가되는 두 개의 다중 위상 기준 클럭이 서로 90도의 위상 차이를 가지고 있다면, 이는 각각 sin 함수와 cos 함수로 나타낼 수 있고 이에 의해 합성되는 신호의 위상은 식 (1)과 같은 관계에 의해 결정된다.If the two multi-phase reference clocks applied to the
<수학식 1><
이때, 생성되는 위상 θ는 α, β와 수학식 2와 같은 관계를 가지며, 이에 역함수를 취하면 수학식 3과 같다.At this time, the generated phase θ has the same relationship as α and β, and the inverse function is represented by
<수학식 2><
<수학식 3><
선형적인 위상 제어를 위하여 θ와 β의 관계가 수학식 4와 같다고 가정하여 수학식 4를 수학식 3에 대입하면 수학식 5와 같은 결과를 얻을 수 있다.For linear phase control, suppose that the relationship between θ and β is equal to
<수학식 4> <
<수학식 5><
수학식 5의 탄젠트 함수를 β에 대한 분수식으로 근사화하면 수학식 6과 같은 결과를 얻을 수 있으며, 선형적인 위상 제어를 하기 위한 최종적인 α와 β의 관계는 수학식 7과 같다.If the tangent function of
<수학식 6> <
<수학식 7><
그러나, 위의 결과는 근사화 과정을 거친 결과이므로 수학식 7과 같은 관계 를 가지는 제어 코드 α와 β를 사용할 경우, 위상 보간기에서 선형적인 위상을 갖는 클럭 신호를 얻을 수 없다. 이러한 위상 보간기의 비선형성으로 인해 위상 보간기에 의해 합성된 클럭의 위상 해상도가 평균값에 비해 큰 구간과 작은 구간이 나타나서 불균일하다. 따라서, 위상의 해상도가 평균값에 비해 작은 구간에서 지터 성능이 상대적으로 저하되는 문제점이 발생한다.However, since the above result is an approximation process, when a control code α and β having a relationship as shown in
본 발명은 상기 종래 문제점을 해결하기 위해, 선형적으로 제어할 때 발생하는 비선형적인 위상 보간기의 위상 전달 특성을, 비선형 보상 회로의 사용에 따른 그 비선형성에 대한 역함수 형태의 특성을 갖도록 제어하는 디지털 방식으로 보상하여 선형성을 가지는 다중 링크용 클럭/데이터 복원 장치 및 방법을 제공하는데 있다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a digital control for controlling the phase transfer characteristics of a nonlinear phase interpolator generated in a linear control so as to have an inverse function for its nonlinearity according to the use of a nonlinear compensation circuit. To provide a multi-link clock / data recovery apparatus and method having a linearity by compensating in a manner.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다중 링크용 데이터/클럭 복원 장치의 일실시예로, 비선형 특성을 보상한 위상 보간기를 이용한 데이터/클럭 복원 장치는 입력 데이터의 위상과 복원 클럭의 위상을 비교하여 위상차를 산출하는 위상 검출부, 상기 복원 클럭과 위상차에 따라 매핑된 위상 합성 제어 코드를 생성하는 상기 위상 합성 제어부, 상기 위상 합성 제어 코드를 인수로 하는 비선형 함수의 역함수 형태인 보상 함수를 이용하여 전류원 가중치 값을 생성하는 비선형 보상부 및 상기 전류원 가중치 값에 따라 다중 위상 기준 클럭 중 2개의 기준 클럭을 선택하고 상기 선택된 2개의 기준 클럭을 합성하여 선형적 위상을 가지는 새로운 복원 클럭을 생성한 후 상기 위상 검출부로 출력하는 위상 보간부를 포함하여 구성된다.In an embodiment of the present invention, a data / clock restoration apparatus for a multi-link data / clock restoration apparatus using a phase interpolator that compensates for nonlinear characteristics may be configured to adjust the phase of the input data and the phase of the restoration clock. A phase detection unit for comparing the phase difference control unit to generate a phase synthesis control code mapped to the reconstruction clock and the phase difference, and a compensation function that is an inverse function of a nonlinear function that takes the phase synthesis control code as an argument A non-linear compensator for generating a current source weight value and two reference clocks among the multi-phase reference clocks according to the current source weight value, and synthesizing the selected two reference clocks to generate a new recovery clock having a linear phase; It comprises a phase interpolation part which outputs to a phase detection part.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다중 링크용 데이터/클럭 복원 장치의 또 다른 일실시예로, 비선형 특성을 보상한 위상 보간기를 이용한 데이터/클럭 복원 장치는 2진 입력 데이터의 위상과 복원 클럭의 위상을 비교하여 위상차를 산출하는 위상 검출기, 다중 기준 위상 클럭 중에서 위상차가 90도인 2개 이상의 기준 클럭을 선택하는 상기 위상차에 따라 상기 복원 클럭에 동기화된 위상 선택 신호 및 상기 위상차를 기초로 가감 카운터를 거쳐 결정된 제 1 제어 코드를 생성하는 위상 보간기 제어 회로, 상기 2개 이상의 기준 클럭 중에서 2개의 기준 클럭을 특정하는 상기 위상 선택 신호와의 연관관계에 따라 제 2 제어 코드를 생성하는 위상 선택기 제어 회로, 상기 제 1 제어 코드를 인수로 한 비선형 함수의 역함수 형태인 비선형 보상함수를 이용하여 전류원 가중치 값을 생성하는 비선형 보상 회로, 상기 제 2 제어 코드에 의하여 상기 다중 기준 위상 클럭 내 위상차가 90도인 상기 2개의 기준 클럭을 직접 선택하는 위상 선택기 및 상기 선택된 2개의 기준 클럭을 합성하여 상기 전류원 가중치 값을 반영한 선형적 위상을 가지는 새로운 복원 클럭을 생성한 후 상기 위상 검출기로 출력하는 위상 보간기를 포함하여 구성된다.In yet another embodiment of the present invention, a data / clock restoration apparatus for a multi-link data / clock restoration apparatus using a phase interpolator for compensating for nonlinear characteristics may include a phase and restoration of binary input data. A phase detector for calculating a phase difference by comparing phases of clocks, a phase selection signal synchronized to the reconstruction clock, and a phase difference based on the phase difference for selecting two or more reference clocks having a phase difference of 90 degrees among multiple reference phase clocks; A phase interpolator control circuit for generating a first control code determined through a counter, and a phase selector for generating a second control code according to a correlation with the phase selection signal specifying two reference clocks from the two or more reference clocks A control circuit, a nonlinear compensation function in the form of an inverse of the nonlinear function taking the first control code as an argument. A non-linear compensation circuit for generating a current source weight value using a second selector, a phase selector for directly selecting the two reference clocks having a phase difference of 90 degrees in the multiple reference phase clocks by the second control code, and synthesizing the selected two reference clocks And a phase interpolator for generating a new recovery clock having a linear phase reflecting the current source weight value and outputting it to the phase detector.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다중 링크용 데이터/클럭 복원 방법의 일실시예로, 비선형 특성을 보상한 위상 보간기를 이용한 데이터/클럭 복원 방법은 입력 데이터의 위상과 복원 클럭의 위상을 비교하여 위상차를 산출하 는 단계, 상기 복원 클럭과 위상차에 따라 매핑된 위상 합성 제어 코드를 생성하는 단계, 상기 위상 합성 제어 코드를 인수로 하는 비선형 함수의 역함수 형태인 보상 함수를 이용하여 전류원 가중치 값을 생성하는 단계 및 상기 전류원 가중치 값에 따라 다중 위상 기준 클럭 중 2개의 기준 클럭을 선택하고 상기 선택된 2개의 기준 클럭을 합성하여 선형적 위상을 가지는 새로운 복원 클럭을 생성하는 단계를 포함하여 구성된다.According to an embodiment of the present invention, a data / clock restoration method using a phase interpolator for compensating for nonlinear characteristics may be performed by adjusting a phase of an input data and a phase of a recovery clock. Calculating a phase difference by comparing, generating a phase synthesis control code mapped according to the reconstruction clock and the phase difference, and using a compensation function that is an inverse function of a nonlinear function that takes the phase synthesis control code as an argument. Generating a new reconstructed clock having a linear phase by selecting two reference clocks among the multi-phase reference clocks according to the current source weight value and synthesizing the selected two reference clocks.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다중 링크용 데이터/클럭 복원 방법의 또 다른 일실시예로, 비선형 특성을 보상한 통한 위상 보간기를 이용한 데이터/클럭 복원 방법은 2진 입력 데이터의 위상과 복원 클럭의 위상을 비교하여 위상차를 산출하는 단계, 다중 기준 위상 클럭 중에서 위상차가 90도인 2개 이상의 기준 클럭을 선택하는 상기 위상차에 따라 상기 복원 클럭에 동기화된 위상 선택 신호 및 상기 위상차를 기초로 가감 카운터를 거쳐 결정된 제 1 제어 코드를 생성하는 단계, 상기 2개 이상의 기준 클럭 중에서 2개의 기준 클럭을 특정하는, 상기 위상 선택 신호와의 연관관계에 따라 제 2 제어 코드를 생성하는 단계, 상기 제 1 제어 코드를 인수로 한 비선형 함수의 역함수 형태인 비선형 보상함수를 이용하여 전류원 가중치 값을 생성하는 단계, 상기 제 2 제어 코드에 의하여 상기 다중 기준 위상 클럭 내 위상차가 90도인 상기 2개의 기준 클럭을 직접 선택하는 단계 및 상기 선택된 2개의 기준 클럭을 합성하여 상기 전류원 가중치 값을 반영한 선형적 위상을 가지는 새로운 복원 클럭을 생성하는 단계를 포함하여 구성된다.In another embodiment of the present invention, a data / clock restoration method using a phase interpolator through compensation of a nonlinear characteristic may include a phase of binary input data. Calculating a phase difference by comparing phases of a recovery clock, and adding or subtracting the phase difference signal based on a phase selection signal synchronized to the recovery clock according to the phase difference of selecting two or more reference clocks having a phase difference of 90 degrees among multiple reference phase clocks; Generating a first control code determined through a counter, generating a second control code in accordance with an association with the phase selection signal specifying two reference clocks from the two or more reference clocks, the first Generate current source weight value using nonlinear compensation function, which is the inverse of nonlinear function with control code as argument Directly selecting the two reference clocks having a phase difference of 90 degrees by the second control code, and synthesizing the selected two reference clocks to obtain a linear phase reflecting the current source weight value. The branch is configured to include generating a new recovery clock.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예에 대 하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to a preferred embodiment according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 비선형 특성을 보상한 위상 보간기를 이용한 클럭/데이터 복원 장치에 대한 도면이다.2 is a diagram illustrating a clock / data recovery apparatus using a phase interpolator that compensates for nonlinear characteristics according to the present invention.
도 2를 참조하면, 2진 입력 데이터와 클럭 신호를 입력 받아 데이터와 클럭 신호의 위상을 비교하여 위상 비교 결과 신호(UP, DN)와 입력된 클럭 신호에 리타이밍된 복원 데이터(RDATA)를 출력하는 위상 검출부(201), 상기 위상 검출부(201)의 출력인 위상 비교 결과 신호(UP, DOWN)와 클럭 신호를 입력 받아 위상 합성 제어 코드(PIC)를 출력하는 위상 합성 제어부(202), 상기 위상 합성 제어 수단(202)의 출력인 위상 합성 제어 코드(PIC)를 입력 받아 비선형적 특성을 보상하기 위해 비선형성에 대한 역함수 형태의 전달함수를 갖고 결과 값(W)을 출력하는 비선형 보상부(203) 및 다중 위상 클럭과 상기 비선형 보상부(203)의 출력인 결과 값(W)을 입력받아 다중 위상 클럭 중에서 적절한 2개의 클럭을 선택하여 입력된 결과 값(W)에 따라 2개의 클럭 사이의 선형적 위상을 갖고 상기 위상 검출부(201)에 입력되는 클럭 신호인 복원 클럭(RCLK)을 출력하는 위상 보간부(204)를 구성요소로 한다.Referring to FIG. 2, the binary input data and the clock signal are input to compare the phase of the data and the clock signal to output the phase comparison result signals UP and DN and the re-timed reconstruction data RDATA to the input clock signal. A
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예로 비선형 보상 회로를 포함한 위상 보간기를 이용한 다중 링크용 클럭/데이터 복원 장치에 대한 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a clock / data recovery apparatus for multiple links using a phase interpolator including a nonlinear compensation circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 상기 위상 검출기(301)는 입력 데이터와 클럭 신호를 입력 받아 두 신호의 위상 차이를 2진 값으로 출력하는 일반적인 이진 위상 검출기의 일종인 알렉산더 위상 검출기(Alexander's Phase Detector)이고, 상기 위상 합성 제어 회로(310)는 상기 위상 검출기의 출력인 위상 비교 결과 신호(UP,DN)를 입력 받 아 다중 위상 클럭 중 인접한 2개의 클럭을 선택하기 위한 복원 클럭(RCLK)에 동기된 위상 선택 신호(M_UP, M_DN)와 위상 합성 제어 코드의 일부인 C코드(제1제어코드)를 출력하는 위상 보간기 제어 회로(312)와 상기 위상 보간기 제어 회로의 출력인 위상 선택 신호(M_UP, M_DN)를 입력 받아 위상 합성 제어 코드의 일부인 B코드(제2제어코드)를 출력하는 위상 선택기 제어 회로(311)로 구성된다. 상기 비선형 보상 회로(330)는 상기 위상 보간기 제어 회로의 출력인 C코드를 입력받아 비선형 함수의 역함수 형태를 전달함수로 갖고 전류 값(W)를 출력한다.Referring to FIG. 3, the phase detector 301 is an Alexander's Phase Detector, which is a type of a general binary phase detector that receives input data and a clock signal and outputs a phase difference between the two signals as a binary value. The phase synthesis control circuit 310 receives a phase comparison result signal UP and DN, which are outputs of the phase detector, and selects a phase synchronized with a recovery clock RCLK for selecting two adjacent clocks among the multi-phase clocks. A phase
상기 위상 합성 회로(320)는 다중 위상 클럭과 상기 위상 선택기 제어 회로(311)의 출력인 B코드를 입력받아 입력 데이터의 위상에서 가장 근접한 위상을 갖는 2개의 클럭 신호(I, Q)를 선택하는 위상 선택기(321)와 상기 위상 선택기의 출력인 2개의 클럭 신호(I, Q)와 상기 비선형 보상 회로의 출력인 전류 값(W)을 입력 받아 전류 값에 따라 2개의 클럭 신호(I, Q)의 위상 차이에서 가중치를 부여하여 선형적인 위상 관계를 갖는 새로운 위상의 복원 클럭(RCLK)를 출력하는 위상 보간기(322)로 구성된다.The
이하, 다중 위상 클럭의 개수 N이 4이고, 위상 보간기의 최대 보간 위상의 개수(해상도) M이 16인 경우에 대한 일실시 예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through an embodiment of the case where the number N of the multi-phase clock is 4 and the number (resolution) M of the maximum interpolation phase of the phase interpolator is 16. FIG.
상기 위상 검출기(300)는 복원 클럭(RCLK)과 입력 2진 데이터의 위상을 비교하여 UP과 DN, 두 개의 출력으로 위상 비교 결과를 내보낸다. 클럭 신호의 위상이 입력 데이터의 위상에 비해 뒤쳐져 있는 경우에 UP을 '1'로 출력하고, 클럭 신호의 위상이 입력 데이터의 위상에 비해 앞서 있는 경우에 DN을 '1'로 출력하며, 입 력 데이터에 같은 비트값이 연속으로 인가되어 데이터의 천이가 없을 경우에는 두 출력을 '0'으로 출력한다.The
상기 위상 합성 제어 회로(320)는 위상 보간기 제어 회로(322)와 위상 선택기 제어 회로(321)로 구성된다. 상기 위상 합성 제어 회로는 위상 검출기로부터 인가되는 두 개의 출력 UP, DN을 입력으로 받아서, 위상 검출기의 UP출력이 '1'이면 출력 코드(C)에 1을 더하고 DN 출력이 '1'이면 출력 코드(C)에서 1을 빼는 일종의 가감 카운터(Up/Down Counter)이다. 위상 합성 제어 회로는 상기한 기술한 바와 같이 위상 선택기 제어 회로와 위상 보간기 제어 회로로 구성된다.The phase
비선형 보상 회로(330)는 위상 보간기 제어 회로의 출력인 위상 보간기 제어 코드(C)를 입력받아 위상 보간기의 출력 클럭의 위상이 제어 코드에 선형적으로 비례하도록 전류원 가중치(W)를 출력한다.The
비선형 보상 회로(330)의 출력인 전류원 가중치(W)는 다음과 같이 정해진다. 상기 서술한 수학식 7에서와 같이 α와 β사이에 상보적 관계를 유지하면서 비선형성을 보상하기 위하여 보상함수 f(α)와 f(β)를 통한 위상 제어를 한다고 가정하면 수학식 5는 아래의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.The current source weight W that is the output of the
<수학식 8><
편의상 f(α)와 f(β) 또한 상보 관계에 있다고 가정하면 수학식 8은 수학식 9와 같이 변형되며, 따라서 f(α)와 f(β)는 각각 수학식 10, 수학식 11과 같음을 알 수 있다.For convenience, assuming that f (α) and f (β) are also complementary,
<수학식 9><
<수학식 10><
<수학식 11><
따라서 위상 보간기(330)에서 두 입력 신호의 계수를 결정하는 각각의 전류원은 선형적인 제어 코드 α와 β를 입력 받아 f(α)와 f(β)의 특성과 같은 형태의 전류를 공급하여야 한다. 따라서 제어 코드 α와 β와 위상 보간기의 전류원이 N 비트 온도 계수 코드로 제어된다고 가정할 때, α 또는 β에 비례하기 위하여 각 비트에서 위상 보간기의 전류원은 식(10)과 식(11)을 미분하여 얻을 수 있는 증분에 해당하는 크기인 갖는다. 비선형 보상 회로는 상기 기술한 증분의 크기를 전류원 가중치(W)로 출력한다.Therefore, each current source that determines the coefficients of the two input signals in the
도 4는 본 발명에 따른 비선형 특성을 보상한 위상 보간기를 이용한 클럭/데이터 복원 방법에 대한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a clock / data recovery method using a phase interpolator that compensates for nonlinear characteristics according to the present invention.
도 4를 참조하면, 입력데이터와 복원 클럭의 위상차를 산출하여(401) 출력하면 상기 복원 클럭과 위상차를 입력받아, 상기 위상차에 따라 위상 합성 제어 코드를 생성하게 된다(402). 이후 위상 합성 제어코드를 인수로 비선형 함수의 역함수 형태인 보상 함수를 이용하여 선형성을 위한 전류원 가중치 값을 생성하고(403) 이 값에 따라 다중 위상 기준 클럭에서 2개의 기준 클럭을 선택하고 이들을 합성하여 선형적 위상의 복원 클럭을 생성하게 된다(404).Referring to FIG. 4, when a phase difference between input data and a recovery clock is calculated (401) and output, a phase synthesis control code is generated according to the phase difference by receiving the recovery clock and the phase difference (402). Then, a current source weight value for linearity is generated by using a compensation function, which is an inverse function of a nonlinear function, using the phase synthesis control code as an argument (403). Based on this value, two reference clocks are selected from a multi-phase reference clock and synthesized. A recovery clock of linear phase is generated (404).
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예로 비선형 보상 회로를 포함한 위상 보간기를 이용한 다중 링크용 클럭/데이터 복원 방법에 대한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method of recovering clock / data for multiple links using a phase interpolator including a nonlinear compensation circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 먼저 2진 입력 데이터와 입력된 복원 클럭의 위상차를 산출한다(501). 그런 다음 상기 위상차에 따라 매핑된 값으로 다중 위상 기준 클럭에서 2개 이상의 기준 클럭을 선택할 때 이용될 상기 복원 클럭에 동기된 위상 선택 신호를 생성하고 이와 함께 상기 위상차 값에 따른 제 1 제어코드(C코드)를 생성하게 된다(502). 상기 위상 선택 신호를 입력 받아 이에 대한 연관관계에 따라 제 2제어 코드(B코드)를 생성하게 되며(503) 이 값에 의해 이후 2개의 기준 클럭을 선택하게 된다(504). 반면, 제 1 제어 코드는 비선형 함수의 역함수 형태인 보상함수에 인수로 이용되어 새로 생성될 복원 클럭의 선형성을 보장하기 위한 전류원 가중치 값을 생성하게 된다(505). 마지막에 선택된 2개의 기준 클럭을 상기 가중치 값을 기초로 합성하여 선형적 위상을 가지는 새로운 복원 클럭을 생성하게 된다(506).Referring to FIG. 5, first, a phase difference between binary input data and an input recovery clock is calculated (501). Then, a phase selection signal synchronized with the reconstruction clock to be used when selecting two or more reference clocks from the multi-phase reference clock as a value mapped according to the phase difference, and together with the first control code C according to the phase difference value Code 502). The second control code (B code) is generated based on the correlation between the phase selection signal (503) and the two reference clocks are subsequently selected (504). On the other hand, the first control code is used as an argument to the compensation function, which is the inverse of the nonlinear function, to generate a current source weight value for ensuring linearity of a newly generated recovery clock (505). The two selected last reference clocks are synthesized based on the weight value to generate a new recovery clock having a linear phase (506).
도 6은 도 3에 도시된 위상 합성 제어 회로의 출력인 제어코드(B, C)와 위상 보간기의 복원 클럭 간 위상 관계에 대한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a phase relationship between control codes B and C, which are outputs of the phase combining control circuit shown in FIG. 3, and a reconstruction clock of a phase interpolator.
위상 합성 제어 회로의 출력인 제어코드 (B, C)의 코드와 위상 보간기의 출력인 클럭 신호의 위상의 관계에 따르면, 위상 보간기 제어 코드(C)는 위상 선택기 제어 코드(B)가 '00'이거나 '11'인 경우에, 위상 검출기의 출력인 UP신호에 의해 B코드를 0부터 14까지 증가시키고, DN 신호에 의해 감소시킨다. 반면, 위상 선택기 제어 회로의 제어 코드(B)가 '01'이거나 '10'인 경우에는 UP 신호에 의해 코드를 15에서 1까지 감소시키고, DN 신호에 의해 증가시킨다.According to the relationship between the code of the control codes (B, C), which are outputs of the phase synthesis control circuit, and the phase of the clock signal, which is the output of the phase interpolator, the phase interpolator control code (C) is a phase selector control code (B). In the case of 00 'or' 11 ', the B code is increased from 0 to 14 by the UP signal, which is the output of the phase detector, and decreased by the DN signal. On the other hand, when the control code B of the phase selector control circuit is '01' or '10', the code is reduced from 15 to 1 by the UP signal and increased by the DN signal.
도 7은 도 3에 도시된 위상 선택기 제어 회로의 출력인 위상 선택기 제어 코드(B)와 위상 선택기의 기준 클럭(I, Q) 간 위상 관계에 대한 도면이다.FIG. 7 is a diagram showing the phase relationship between the phase selector control code B, which is the output of the phase selector control circuit shown in FIG. 3, and the reference clocks I and Q of the phase selector.
위상 선택기 제어 회로의 출력인 위상 선택기 제어 코드(B)와 위상 선택 회로의 출력 클럭(I, Q)의 위상 관계에 따르면, 위상 선택기에 입력된 다중 위상 클럭 중에서 인접한 위상을 가지는 2 개의 클럭이 선택되고 발생될 수 있는 경우의 수는 모두 4가지이며, 이 4가지 경우의 수는 위상 선택기 제어 회로의 출력인 제어 코드(B)에 의해 선택되고 선택된 두 개의 클럭을 각각 클럭 I, 클럭 Q라고 한다.According to the phase relationship between the phase selector control code (B), which is the output of the phase selector control circuit, and the output clocks (I, Q) of the phase selector, two clocks having adjacent phases are selected from the multiple phase clocks input to the phase selector. The number of cases that can be generated and generated is all four, and the number of these four cases is selected by the control code B, which is the output of the phase selector control circuit, and the two selected clocks are referred to as clock I and clock Q, respectively. .
도 8은 도 3에 도시된 위상 보간기 제어 회로의 출력인 위상 보간기 제어 코드(C)와 위상 보간기의 복원 클럭(RCLK) 간 위상 관계에 대한 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a phase relationship between a phase interpolator control code C, which is an output of the phase interpolator control circuit shown in FIG. 3, and a recovery clock RCLK of a phase interpolator.
위상 보간기 제어 회로의 출력인 위상 보간기 제어 코드(C)와 위상 보간기의 출력 클럭(RCLK)의 위상 관계에 따르면, 위상 보간기 제어 코드(C)가 증가함에 따라서 상기 위상 선택기에서 선택된 출력인 클럭 I의 위상과 클럭 Q의 위상 사이의 위상 값을 갖는 새로운 위상을 갖는 클럭(RCLK)을 출력한다. 예를 들면, 제어 코 드(C)의 값이 1이면, 위상 보간기의 출력 클럭의 위상은 클럭 I와 클럭 Q 사이의 위상에서 클럭 I로부터 만큼 떨어진 위상을 갖는 클럭을 출력한다.According to the phase relationship between the phase interpolator control code C, which is the output of the phase interpolator control circuit, and the output clock RCLK of the phase interpolator, the output selected by the phase selector as the phase interpolator control code C increases. A clock RCLK having a new phase having a phase value between the phase of in clock I and the phase of clock Q is output. For example, if the value of control code (C) is 1, the phase of the output clock of the phase interpolator is from clock I in phase between clock I and clock Q. Output a clock with phases separated by
도 9는 도 3에 도시된 비선형 보상 회로의 출력인 전류원 가중치(W)의 상대적 증분 값과 위상 보간기의 전류원의 관계에 대한 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a relative incremental value of a current source weight W that is an output of the nonlinear compensation circuit of FIG. 3 and a current source of a phase interpolator.
비선형 보상 회로의 출력인 전류원 가중치(W)의 상대적 증분 값과 위상 보간기의 전류원의 관계에 따르면, 비선형 보상 회로의 전류원 가중치의 증분 값이 선형적으로 비례하는 위상 보간기의 전류원에 보상된다. 예를 들면, 제어 코드(C)가 4일 경우 위상 보간기 전류원 3이 동작하고, 제어 코드(C)가 3일 경우에 비해 위상 보간기 전류원의 값은 전류원 가중치(W)인 상대적으로 1.00으로 정규화(normalize)된 값을 갖게 되는 것이다.According to the relationship between the relative incremental value of the current source weight W which is the output of the nonlinear compensation circuit and the current source of the phase interpolator, the incremental value of the current source weight of the nonlinear compensation circuit is compensated linearly. For example, when the control code C is 4, the phase interpolator
상기 기술한 바와 같은 회로들의 구성에 의해 입력 데이터에 정렬된 클럭의 위상에 해당하는 제어 코드가 위상 합성 제어 회로에서 결정되고, 제어 코드(B, C)에 해당하는 전류원 가중치(W)이 비선형 보상 회로에 의해 변경된 결과, 동기화된 선형적인 위상을 갖는 새로운 복원 클럭이 생성되고, 향상된 지터 성능의 입력 데이터 및 클럭의 복원이 가능하게 된다.The control code corresponding to the phase of the clock aligned with the input data is determined in the phase synthesis control circuit by the configuration of the circuits as described above, and the current source weights W corresponding to the control codes B and C are nonlinear compensation. As a result of the change by the circuit, a new recovery clock with a synchronized linear phase is generated, allowing for recovery of the input data and clock with improved jitter performance.
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