KR101074453B1 - Delay locked loop and delay locking method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프 장치는 제 1 클럭 신호와 제 2 클럭 신호의 라이징 에지 위상 차 및 상기 제 1 클럭 신호와 상기 제 2 클럭 신호의 폴링 에지 위상 차를 각각 검출하는 위상 검출부, 상기 위상 검출부에서 검출된 상기 라이징 에지 위상 차 또는 상기 폴링 에지 위상 차의 결과에 따라, 상기 제 1 및 제 2 클럭 신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지를 선택적으로 고정한 후, 상기 제 2 클럭 신호의 펄스 폭을 제어하기 위한 위상 인터폴레이터 제어 신호를 발생하는 듀티 사이클 제어부; 및 상기 위상 인터폴레이터 제어 신호에 응답하여, 상기 제 2 클럭 신호의 펄스 폭을 제어하는 위상 인터폴레이터부를 포함한다.
According to an embodiment of the present invention, a delay lock loop device includes: a phase detector configured to detect a rising edge phase difference between a first clock signal and a second clock signal, and a falling edge phase difference between the first clock signal and the second clock signal; The pulse width of the second clock signal after selectively fixing the rising edge or the falling edge of the first and second clock signals according to a result of the rising edge phase difference or the falling edge phase difference detected by the phase detector; A duty cycle control unit generating a phase interpolator control signal for controlling the control unit; And a phase interpolator unit for controlling a pulse width of the second clock signal in response to the phase interpolator control signal.
Description
본 발명의 실시 예는 지연 동기 루프 및 그것의 지연 동기 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부 클럭 신호와 정확하게 동기될 수 있는 지연 동기 루프 및 그것의 지연 동기 방법에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a delay synchronization loop and a delay synchronization method thereof, and more particularly, to a delay synchronization loop and a delay synchronization method thereof that can be accurately synchronized with an external clock signal.
본 발명은 지식경제부의 시스템집적반도체기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2009-8-1796, 과제명: 메모리 및 저전력 시스템에 적용 가능한 DLL 연구].The present invention is derived from a study conducted as part of the system integrated semiconductor technology development project of the Ministry of Knowledge Economy [Task Management No .: 2009-8-1796, Task name: Study of DLL applicable to memory and low power system].
일반적으로 지연 동기 루프(DLL) 회로는 외부 클럭을 변환하여 얻은 기준 클럭 (reference clock)에 대하여 위상이 앞서는 내부 클럭을 제공하는 데 사용된다. 이때 지연 동기 루프 회로는 내부 클럭이 기준 클럭에 비해 일정하게 앞서는 위상을 가지도록 할 수 있다. 일반적으로 내부 클럭은 SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같이 비교적 높은 집적도를 갖는 반도체 집적 회로에서, 외부 클럭과 동기되어 동작하기 위하여 생성된다.In general, a delay locked loop (DLL) circuit is used to provide an internal clock that is out of phase with respect to a reference clock obtained by converting an external clock. In this case, the delay lock loop circuit may allow the internal clock to have a constant phase ahead of the reference clock. In general, an internal clock is generated to operate in synchronization with an external clock in a semiconductor integrated circuit having a relatively high degree of integration, such as a synchronous DRAM (SDRAM).
보다 상세히 설명하면, 반도체 집적 회로의 입력 핀을 통해 입력되는 외부 클럭이 클럭 입력 버퍼로 입력되면 클럭 입력 버퍼로부터 내부 클럭이 발생한다. 이후 내부 클럭이 데이터 출력 버퍼를 제어하여 외부로 데이터가 출력된다. 이때 내부 클럭은 클럭 버퍼에 의해 외부 클럭으로부터 일정 시간 지연되고, 또한 데이터 출력 버퍼로부터의 출력 데이터도 내부 클럭으로부터 일정 시간 지연된 후 출력된다.In more detail, when an external clock input through the input pin of the semiconductor integrated circuit is input to the clock input buffer, an internal clock is generated from the clock input buffer. The internal clock then controls the data output buffer to output data to the outside. At this time, the internal clock is delayed for a predetermined time from the external clock by the clock buffer, and output data from the data output buffer is also delayed for a predetermined time from the internal clock.
따라서 출력 데이터는 외부 클럭에 대하여 많은 시간이 지연된 후에 출력되는 문제점이 있다. 다시 말해서 외부클럭 인가 후 데이터가 출력되는 시간, 즉 출력 데이터 액세스 시간이 길어지는 문제점이 있다.Therefore, there is a problem that the output data is output after a large time delay with respect to the external clock. In other words, there is a problem in that the time for outputting data after the external clock is applied, that is, the output data access time becomes long.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 지연 동기 루프 회로를 사용하여 내부 클럭의 위상을 외부 클럭에 대해 일정하게 앞서도록 함으로써, 출력 데이터가 외부 클럭에 대하여 지연 없이 출력될 수 있도록 한다. 즉 지연 동기 루프 회로는 외부클럭을 수신하고 일정하게 위상이 앞서는 내부 클럭을 발생하며, 내부 클럭은 데이터 출력 버퍼 등의 영역에서 기준 클럭으로 사용된다.In order to solve this problem, the delayed synchronous loop circuit is used so that the phase of the internal clock is constantly ahead of the external clock, so that output data can be output without delay with respect to the external clock. That is, the delay lock loop circuit receives an external clock and generates an internal clock that is constantly ahead of phase, and the internal clock is used as a reference clock in an area such as a data output buffer.
지연 동기 루프 회로는 클럭 버퍼(clock buffer)를 포함함으로써 외부 클럭의 진폭을 변환시킨 기준 클럭을 생성한다. 이때 생성된 기준 클럭은 위상 비교기에서 피드백 클럭 (feedback clock)과의 위상을 비교하기 위해 사용되며, 또한 쉬프트 레지스터 (shift register)의 제어에 따라 내부 클럭을 생성하는 지연 라인(delay line)의 입력 신호로서 사용된다The delay lock loop circuit includes a clock buffer to generate a reference clock that converts an amplitude of an external clock. The generated reference clock is used to compare phase with a feedback clock in a phase comparator, and also an input signal of a delay line generating an internal clock under the control of a shift register. Used as
본 발명의 목적은 외부 클럭 신호와 정확히 동기될 수 있는 지연 동기 루프 및 지연 동기 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a delay lock loop and a delay lock method that can be exactly synchronized with an external clock signal.
본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프 장치는 제 1 클럭 신호와 제 2 클럭 신호의 라이징 에지 위상 차 및 상기 제 1 클럭 신호와 상기 제 2 클럭 신호의 폴링 에지 위상 차를 각각 검출하는 위상 검출부, 상기 위상 검출부에서 검출된 상기 라이징 에지 위상 차 또는 상기 폴링 에지 위상 차의 결과에 따라, 상기 제 1 및 제 2 클럭 신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지를 선택적으로 고정한 후, 상기 제 2 클럭 신호의 펄스 폭을 제어하기 위한 위상 인터폴레이터 제어 신호를 발생하는 듀티 사이클 제어부, 및 상기 위상 인터폴레이터 제어 신호에 응답하여, 상기 제 2 클럭 신호의 펄스 폭을 제어하는 위상 인터폴레이터부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a delay lock loop device includes: a phase detector configured to detect a rising edge phase difference between a first clock signal and a second clock signal, and a falling edge phase difference between the first clock signal and the second clock signal; The pulse width of the second clock signal after selectively fixing the rising edge or the falling edge of the first and second clock signals according to a result of the rising edge phase difference or the falling edge phase difference detected by the phase detector; And a duty cycle controller configured to generate a phase interpolator control signal for controlling the signal, and a phase interpolator unit configured to control a pulse width of the second clock signal in response to the phase interpolator control signal.
실시 예로서, 상기 듀티 사이클 제어부는 상기 제 1 및 제 2 클럭 신호의 라이징 에지의 위상 차가 일정 범위 내에 속하는지 검출하는 라이징 에지 락 검출부와 상기 제 1 및 제 2 클럭 신호의 폴링 에지의 위상 차가 일정 범위 내에 속하는지 검출하는 폴링 에지 락 검출부를 포함한다.In example embodiments, the duty cycle controller may detect a phase difference between a rising edge lock detection unit and a falling edge of the first and second clock signals to detect whether a phase difference between the rising edges of the first and second clock signals is within a predetermined range. And a falling edge lock detection unit for detecting whether it is within the range.
실시 예로서, 상기 라이징 에지 락 검출부 또는 폴링 에지 락 검출부의 락 윈도우는 버니어 딜레이 셀 구조이다.In an embodiment, the lock window of the rising edge lock detection unit or the falling edge lock detection unit has a vernier delay cell structure.
실시 예로서, 상기 듀티 사이클 제어부는 상기 제 1 및 제 2 클럭 신호의 라 이징 에지 또는 폴링 에지 위상 차의 결과를 참조하여, 상기 제 2 클럭 신호의 펄스 폭의 증감을 결정하는 제어 방향 디코더를 포함한다.In example embodiments, the duty cycle controller may include a control direction decoder configured to determine an increase or decrease of a pulse width of the second clock signal with reference to a result of a rising edge or a falling edge phase difference between the first and second clock signals. do.
실시 예로서, 상기 제어 방향 디코더는 상기 제 1 및 제 2 클럭 신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지의 위상 차가 일정 범위 내에 속하는 경우에 상기 위상 검출부를 비활성화한다.In example embodiments, the control direction decoder deactivates the phase detector when a phase difference between a rising edge or a falling edge of the first and second clock signals falls within a predetermined range.
실시 예로서, 상기 위상 인터폴레이터 제어 신호는 상기 제 2 클럭 신호의 펄스 폭을 한 사이클(cycle) 당 일정하게 증감한다.In an embodiment, the phase interpolator control signal increases or decreases the pulse width of the second clock signal in a constant cycle.
실시 예로서, 상기 위상 인터폴레이터는 제 2 클럭 신호의 라이지 에지 또는 폴링 에지가 생성되는 경우에 동일한 위상 인터폴레이터 제어 신호를 인가받음으로써, 라이징 에지 또는 폴링 에지를 고정한다.In an embodiment, the phase interpolator receives the same phase interpolator control signal when the rising edge or falling edge of the second clock signal is generated, thereby fixing the rising edge or the falling edge.
실시 예로서, 상기 지연 동기 루프는 외부 클럭 신호를 전달받아 지연 클럭 신호를 발생하는 지연 회로 라인을 더 포함한다.The delay synchronization loop may further include a delay circuit line receiving an external clock signal to generate a delay clock signal.
실시 예로서, 상기 지연 동기 루프는 외부 클럭 신호를 전달받아 레플리카 지연하여 제 1 클럭 신호를 발생하는 레플리카 딜레이부를 더 포함한다.In example embodiments, the delay synchronization loop may further include a replica delay unit configured to receive a external clock signal and to perform a replica delay to generate a first clock signal.
실시 예로서, 상기 위상 검출부는 상기 레플리카 딜레이부로부터 전달받은 상기 제 1 클럭 신호와 상기 위상 인터폴레이터부로부터 전달받은 상기 제 2 클럭 신호를 비교하여 위상 차를 검출한다.In an embodiment, the phase detector detects a phase difference by comparing the first clock signal received from the replica delay unit and the second clock signal received from the phase interpolator unit.
본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 방법은 제 1 클럭 신호와 제 2 클럭 신호의 라이징 에지 위상 차 및 상기 제 1 클럭 신호와 상기 제 2 클럭 신호의 폴링 에지 위상 차를 각각 검출하는 단계, 상기 라이징 에지 위상 차 또는 폴링 에지 위 상 차의 결과에 따라, 상기 제 1 및 제 2 클럭 신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지를 선택적으로 고정한 후, 상기 제 2 클럭 신호의 펄스 폭을 제어하기 위한 위상 인터폴레이터 제어 신호를 발생하는 단계, 및 상기 위상 인터폴레이터 제어 신호에 응답하여, 상기 제 2 클럭 신호의 펄스 폭을 제어하는 단계를 포함한다.In the delay synchronization method according to an embodiment of the present invention, detecting the rising edge phase difference between the first clock signal and the second clock signal and the falling edge phase difference between the first clock signal and the second clock signal, respectively, A phase interpolator control for controlling the pulse width of the second clock signal after selectively fixing the rising edge or the falling edge of the first and second clock signals according to a result of an edge phase difference or a falling edge phase difference; Generating a signal, and controlling a pulse width of the second clock signal in response to the phase interpolator control signal.
실시 예로서, 상기 제 1 및 제 2 클럭 신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지 위상 차의 결과를 참조하여, 상기 제 2 클럭 신호의 펄스 폭의 증감을 결정한다.In an embodiment, the increase or decrease of the pulse width of the second clock signal may be determined by referring to a result of the rising edge or falling edge phase difference of the first and second clock signals.
실시 예로서, 상기 제 1 및 제 2 클럭 신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지의 위상 차가 일정 범위 내에 속하는 경우에 상기 제 1 및 제 2 클럭 신호의 라이징 에지 또는 폴링 에지의 위상 차를 검출하는 위상 검출부를 비활성화한다.In example embodiments, a phase detector configured to detect a phase difference between a rising edge or a falling edge of the first and second clock signals when the phase difference between the rising edge or the falling edge of the first and second clock signals is within a predetermined range. Deactivate
실시 예로서, 상기 제 2 클럭 신호의 펄스 폭은 상기 위상 인터폴레이터 제어 신호에 의하여 한 사이클(cycle) 당 일정하게 증감한다.In example embodiments, the pulse width of the second clock signal may be continuously increased or decreased per cycle by the phase interpolator control signal.
본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프 및 지연 동기 방법은 외부 클럭 신호와 정확히 동기되는 콤프 클럭 신호를 발생한다. 따라서, 본 발명에 따른 지연 동기 루프는 반도에 소자의 각 부분 사이의 동기가 정확히 유지하게 함으로써 반도체 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.The delay lock loop and the delay lock method according to an embodiment of the present invention generate a comp clock signal that is exactly synchronized with an external clock signal. Therefore, the delay synchronization loop according to the present invention can improve the reliability of the semiconductor device by ensuring that the synchronization between the respective parts of the device is accurately maintained on the peninsula.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 에지 위상 검출기를 사용하는 지연 동기 루프(100)를 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a delay locked
도 1을 참조하면, 지연 동기 루프(100)는 듀티 사이클 보정기(Duty Cycle Compensator, 110), 듀얼 에지 위상 검출기(Dual Edge Phase Detector, 120) 및 지연 회로 라인(Delay line, 130)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the
듀티 사이클 보정기(110)는 제 1 지연 클럭 신호(VCDL_CLK) 및 제 2 지연 클럭 신호(/VCDL_CLK)를 지연 회로 라인(130)으로부터 전달받을 것이다. 듀티 사이클 보정기(110)는 제 1 지연 클럭 신호(VCDL_CLK) 및 제 2 지연 클럭 신호(/VCDL_CLK)를 보정하여, 제 1 보정 클럭 신호(COR_CLK) 및 제 2 보정 클럭 신호(/COR_CLK)를 생성할 것이다.The
또한, 듀티 사이클 보정기(110)는 제 1 지연 클럭 신호(VCDL_CLK) 및 제 1 지연 클럭 신호(VCDL_CLK)의 지연 신호 중 하나를 제 2 지연 클럭 신호(/VCDL_CLK)에 기초하여 선택하는 멀티플렉서(multiplexer)를 포함할 수 있다. 듀티 사이클 보정기(110)는 제 2 지연 클럭 신호(/VCDL_CLK) 및 제 2 지연 클럭 신호(/VCDL_CLK)의 지연 신호 중 하나를 제 1 지연 클럭 신호(VCDL_CLK)에 기초하여 선택하는 멀티플렉서(multiplexer)를 포함할 수 있다. In addition, the
듀티 사이클 보정기(110)는 폴링 에지가 시간 상 먼저 나타난 신호를 딜레이(delay)하고 폴링 에지가 시간 상 나중에 나타난 신호는 딜레이(delay) 없이 전달하여 폴링 에지의 발생 시점의 차이를 줄일 수 있다.The
듀얼 에지 위상 검출기(120)는 제 1 지연 클럭 신호(VCDL_CLK)의 라이징 에 지(rising edge) 및 제 2 지연 클럭 신호(/VCDL_CLK)의 라이징 에지 간의 제 1 위상 차를 검출할 수 있다. 위상 검출기(120)는 제 1 보정 클럭 신호(COR_CLK)의 폴링 에지 및 제 2 보정 클럭 신호(COR_CLK)의 폴링 에지 간의 제 2 위상 차를 검출할 수 있다. The dual
듀얼 에지 위상 검출기(120)는 제 1 위상 차 및 제 2 위상 차에 기초하여 제어 전압(Vctrl)을 생성할 수 있다. 위상 검출기(120)는 제 1 위상 차 또는 제 2 위상 차가 구간 [-2π,2π]에 포함되면, 위상을 동기(lock)하기위한 제어 전압(Vctrl)을 발생할 수 있다. 이러한 구간 [-2π,2π]은 위상 캡처 구간(phase capture range)라 칭해질 수 있다.The dual
듀얼 에지 위상 검출기(120)는 TSPC 위상 검출 기법(True Single Phase Clocking Phase Detection)을 이용할 수 있다. 또한, 듀얼 에지 위상 검출기(120)는 제 1 지연 클럭 신호(VCDL_CLK)의 차동 신호 쌍(differential signal pair) 및제 2 지연 클럭 신호(/VCDL_CLK)의 차동 신호 쌍을 입력받고, 각 차동 신호 쌍에 의해 생성된 제어 펄스를 교차 피드백하여 위상 검출 이득을 개선할 수 있다.The dual
듀얼 에지 위상 검출기(120)는 제 1 위상차 또는 제 2 위상 차가 구간[-π,π]에 포함되면, 제 1 위상차 또는 제 2 위상차에 비례하는 제어 전압(Vctrl)을 생성할 수 있다. 듀얼 에지 위상 검출기(120)는 제 1 위상차 또는 제 2 위상차가 구간[-2π,π]에 포함되면 음의 최대 값을 가지는 제어 전압(Vctrl)을 생성할 수 있다. 듀얼 에지 위상 검출기(120)는 제 1 위상차 또는 제 2 위상차가 구간[π,2π]에 포함되면 양의 최대 값을 갖는 제어 전압(Vctrl)을 생성할 수 있다.The dual
위상 검출기(120)는 위상 캡처 구간을 높이면서도 위상 검출 이득을 높일 수 있다. 따라서 위상 검출기(120)는 듀얼 에지 트리거드 위상 검출(dual edge triggered phase detection)의 이점을 최대한 이용하여 위상 동기(phase locking) 시간을 단축할 수 있다.The
지연 회로 라인(130)은 복수의 지연기 셀(delay cell)들을 포함할 수 있다. 지연 회로 라인(130)은 제어 전압(Vctrl)에 기초하여 제 1 지연 클럭 신호(VCDL_CLK)를 지연하여 제 2 지연 클럭 신호(/CCDL_CLK)를 생성할 수 있다.
지연 회로 라인(130)은 외부 클럭 신호들(EXT_CLK, /EXT_CLK)에 기초하여 주기적으로 반복되는 펄스를 갖는 제 1 지연 클럭 신호(VCDL_CLK) 및 제 2 지연 클럭 신호(/VCDL_CLK)를 생성할 수 있다. 제 1 지연 클럭 신호(VCDL_CLK) 및 제 2 지연 클럭 신호(/VCDL_CLK)간의 지연 시간(delay time)은 제어 전압(Vctrl)에 기초하여 결정될 수 있다.The
복수의 딜레이 셀(delay cell)들 각각은 차동 신호 쌍을 입력 받고, 입력 받은 차동 신호 쌍을 지연하여 출력 차동 신호 쌍을 생성할 수 있다. 지연 회로 라인(130)은 이전 딜레이 셀(delay cell)의 출력 차동 신호 쌍을 다음 딜레이 셀의 입력 차동 신호 쌍으로서 전달할 수 있다. Each of the plurality of delay cells receives a differential signal pair, and may delay the input differential signal pair to generate an output differential signal pair.
도 2는 도 1의 지연 동기 루프(100)에 의하여 외부 클럭 신호(EXT_CLK) 및 지연 클럭 신호(VCDL_CLK)의 동기 과정을 보여준다. 도 2에서는 간략한 설명을 위하여, 지연 클럭 신호(VCDL_CLK)의 듀티 사이클이 외부 클럭 신호(EXT_CLK)보다 작아지는 왜곡이 발생된다고 가정될 것이다.FIG. 2 illustrates a synchronization process of an external clock signal EXT_CLK and a delayed clock signal VCDL_CLK by the
도 2a는 외부 클럭 신호 및 지연 클럭 신호의 라이징 에지가 동기(lock)된 경우를 보여준다. 2A illustrates a case where the rising edges of the external clock signal and the delay clock signal are locked.
도 2a를 참조하면, 지연 동기 루프(100)에 의하여, 먼저 지연 클럭 신호(VCDL_CLK)와 외부 클럭 신호(EXT_CLK)의 라이징 에지(rising edge)가 동기(lock)된다. 즉, 두 클럭 신호의 라이징 에지(rising edge)는 동기(lock) 되고, 두 클럭 신호의 폴링 에지(falling edge)는 동기(lock) 되지 않는다. 지연 클럭 신호(VCDL_CLK)의 듀티 사이클이 외부 클럭 신호(EXT_CLK)보다 작아지는 왜곡이 발생하였기 때문이다.Referring to FIG. 2A, first, the rising edges of the delay clock signal VCDL_CLK and the external clock signal EXT_CLK are locked by the
이 경우, 듀얼 에지 위상 검출기(120)는 폴링 에지를 동기(lock) 시키기 위하여 지연 클럭 신호의 딜레이(delay)를 증가시키는 신호를 발생한다. 이 신호는 피드백(feedback)에 의하여 지연 회로 라인(130)에 전달된다. 따라서 지연 클럭 신호의 딜레이가 증가된다.In this case, the dual
도 2b는 외부 클럭 신호 및 지연 클럭 신호의 동기(lock) 과정을 보여준다.2B illustrates a process of locking an external clock signal and a delayed clock signal.
도 2b를 참조하면, 외부 클럭 신호와 지연 클럭 신호의 라이징 에지의 동기(lock)가 깨진다. 지연 클럭 신호의 딜레이가 증가되었기 때문이다. 이 경우, 듀얼 에지 위상 검출기(120)는 지연 클럭 신호의 딜레이를 감소시키는 신호를 발생한다. 이 신호는 피드백에 의하여 지연 회로 라인(130)에 전달된다.Referring to FIG. 2B, the lock of the rising edge of the external clock signal and the delayed clock signal is broken. This is because the delay of the delay clock signal is increased. In this case, the dual
도 2c는 지연 클럭 신호와 외부 클럭 신호의 동기(lock) 결과를 보여준다.2C illustrates a lock result of a delayed clock signal and an external clock signal.
도 2c를 참조하면, 상술한 동작의 반복으로 인하여, 외부 클럭 신호와 지연 클럭 신호는 고정 위상 옵셋(static phase offset)을 가지고 동기(lock)된다. 이러 한 고정 위상 옵셋은 외부 클럭 신호와 지연 클럭 신호의 정확한 동기를 방해한다. 이는 디램(DRAM), 에스디램(SDRAM) 등의 반도체 소자에 있어서, 각 부분 사이의 동기가 유지되는 것이 어려움을 의미한다.Referring to FIG. 2C, due to the repetition of the above operation, the external clock signal and the delay clock signal are locked with a static phase offset. This fixed phase offset prevents accurate synchronization of the external and delay clock signals. This means that in semiconductor devices such as DRAM and SDRAM, it is difficult to maintain synchronization between the respective parts.
한편, 상술한 지연 클럭 신호의 왜곡은 예시적인 것으로 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 지연 클럭 신호의 듀티 사이클은 외부 클럭 신호의 듀티 사이클 보다 큰 펄스 폭을 갖도록 왜곡될 수 있다. 이 경우, 고정 위상 옵셋이 발생하는 방향이 반대라는 점을 제외하고는 상술한 것과 동일한 문제점이 발생한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 이하에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지연 동기 루프가 상세하게 설명될 것이다.On the other hand, it is to be understood that the above-described distortion of the delay clock signal is exemplary. For example, the duty cycle of the delayed clock signal may be distorted to have a pulse width that is greater than the duty cycle of the external clock signal. In this case, the same problem as described above occurs except that the direction in which the fixed phase offset occurs is opposite. In order to solve this problem, a delay lock loop according to another embodiment of the present invention will be described in detail below.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지연 동기 루프(200)를 보여주는 블록도이다. 3 is a block diagram illustrating a
도 3을 참조하면, 지연 동기 루프(200)는 지연 회로 라인(210), 레플리카 딜레이부(Replica delay circuit, 220), 듀얼 에지 위상 검출기(Dual Edge Triggered Phase Detector, 230), 전하 펌프(Charge pump, 240), 듀티 사이클 제어부(Duty cycle controller, 250) 및 위상 인터폴레이터(Phase Interpolator, 260)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the
지연 회로 라인(210)은 외부 클럭 신호들(EXT_CLK, /EXT_CLK)을 전달받아 지연 클럭 신호들(VCDL_CLK, /VCDL_CLK)을 발생한다. 지연 회로 라인(210)은 제어 전압(Vctrl)에 응답하여, 일정한 지연 시간을 갖는 지연 클럭 신호들(VCDL_CLK, /VCDL_CLK)을 발생한다. 지연 회로 라인(210)의 구조는 도 1의 지연 회로 라인과 유사하므로, 자세한 설명은 생략될 것이다. The
레플리카 딜레이부(220)는 외부 클럭 신호들(EXT_CLK, /EXT_CLK)을 전달받는다. 레플리카 딜레이부(220)는 전달받은 외부 클럭 신호들을 레플리카(replica) 지연하여 기준 클럭 신호(REF_CLK)를 발생한다. 발생된 기준 클럭 신호는 듀얼 에지 위상 검출기(230) 및 듀티 사이클 제어부(250)에 전달된다. The
듀얼 에지 위상 검출기(230)는 레플리카 딜레이부(220)로부터 기준 클럭 신호를 전달받는다. 듀얼 에지 위상 검출기(230)는 위상 인터폴레이터(260)로부터 콤프 클럭 신호(COMP_CLK)를 전달받는다. 듀얼 에지 위상 검출기(230)는 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 위상 차이를 검출하고, 검출 결과를 피드백에 의하여 지연 회로 라인(210)에 전달한다. 예를 들어, 듀얼 에지 위상 검출기(230)는 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 라이징 에지(rising edge)의 위상 차이를 검출할 것이다. 또한, 듀얼 에지 위상 검출기(230)는 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 폴링 에지(falling edge)의 위상 차이를 검출할 것이다.The dual
또한, 듀얼 에지 위상 검출기(230)는 듀티 사이클 보정부(250)로부터 위상 검출기 활성화 신호(PD_EN)를 전달받는다. 예를 들어, 기준 클럭 신호의 라이징 에지와 콤프 클럭 신호의 라이징 에지가 일정 범위 내로 근접하는 경우, 듀티 사이클 제어부(250)는 로우(low) 상태의 위상 검출기 활성화 신호를 발생할 것이다. 발생된 로우(low) 상태의 위상 검출기 활성화 신호는 듀얼 에지 위상 검출기(230)에 전달될 것이다. 이 경우, 듀얼 에지 위상 검출기(230)는 비활성화될 것이다. 듀얼 에지 위상 검출기(230)는 이하의 도 8에서 좀더 상세하게 설명될 것이다.In addition, the dual
차지 펌프(240)는 다운 신호(DN) 및 업 신호(UP)에 응답하여 제어 전압(Vctrl)을 생성한다. 예를 들어, 차지 펌프(240)는 다운 신호의 펄스 길이에 응답하여 제어 전압을 낮출 것이다. 차지 펌프(240)는 업 신호의 펄스 길이에 응답하여 제어 전압을 높일 것이다. 즉, 차지 펌프(240)는 펄스의 시간적 길이에 기초하여 제어 전압의 레벌을 결정할 수 있다. 따라서, 차지 펌프(240)가 시간 지연(time delay)을 전압으로 변환하는 기능을 수행하는 것임이 이해될 것이다.The
듀티 사이클 제어부(250)는 레플리카 딜레이부(220)로부터 기준 클럭 신호(REF_CLK)를 전달받는다. 듀티 사이클 제어부(250)는 위상 인터폴레이터(250)로부터 콤프 클럭 신호(COMP_CLK)를 전달받는다. 예시적으로, 듀티 사이클 제어부(250)는 기준 클럭 신호의 라이징 에지와 콤프 클럭 신호의 라이징 에지가 일정 범위 내의 위상 차이를 갖는 경우, 로우(low) 상태의 위상 검출기 활성화 신호를 발생할 것이다. The
본 발명에 따른 실시 예에 있어서, 듀티 사이클 제어부(250)는 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 펄스 폭을 비교할 것이다. 콤프 클럭 신호의 펄스 폭이 기준 클럭 신호의 펄스 폭보다 작은 경우, 듀티 사이클 제어부(250)는 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 펄스 폭을 일치시키기 위한 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트를 발생할 것이다. In an embodiment according to the present disclosure, the
예를 들어, 듀티 사이클 제어부(250)는 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 펄스 폭이 일치할 때까지 피드백(feedback)에 의하여 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트를 발생할 것이다. 이 경우, 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트는 위상 인터폴레이 터(260)가 생성할 수 있는 최대 듀티 사이클까지 발생할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 듀티 사이클 제어부(250)는 이하의 도 4에서 좀더 상세하게 설명될 것이다.For example, the
위상 인터폴레이터(260)는 지연 회로 라인(210)으로부터 지연 클럭 신호들을 전달받아 콤프 클럭 신호를 발생한다. 발생된 콤프 클럭 신호는 듀얼 에지 위상 검출기(230) 및 듀티 사이클 제어부(250)에 전달된다. The
본 발명에 따른 실시 예에 있어서, 위상 인터폴레이터(260)는 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트에 응답하여 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 펄스 폭의 차이를 보상할 것이다. 예를 들어, 위상 인터폴레이터(260)는 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 라이징 에지를 동기(lock)시킨 상태에서, 펄스 폭의 차이를 보상할 것이다. 이는 이하의 도 5에서 좀더 상세하게 설명될 것이다.In an embodiment according to the present invention, the
도 4는 도 3의 듀티 사이클 제어부(250)를 보여주는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating the
도 4를 참조하면, 듀티 사이클 제어부(250)는 라이징 에지 락 검출부(LD_P, 251), 폴링 에지 락 검출부(LD_N, 253), 위상 인터폴레이터 제어부(255) 및 제어 방향 디코더(257)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the
라이징 에지 락 검출부(251) 및 폴링 에지 락 검출부(253)는 각각 두 개의 D플립플롭(D-F/F)과 락 윈도우 회로(lock window circuit)를 포함한다. 예시적으로, 라이징 에지 락 검출부(251) 및 폴링 에지 락 검출부(253)의 락 윈도우(lock window)는 버니어 딜레이 셀(vernier delay cell, 259) 구조라고 가정된다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 라이징 에지 락 검출 부(251) 및 폴링 에지 락 검출부(253)는 1-인버터 딜레이(1-inverter dealy)에 의한 락 윈도우(lock window)를 포함할 수 있다.The rising
위상 인터폴레이터 제어부(255)는 제어 방향 디코더(control direction decoder, 257)와 D플립플롭 어레이(D-F/F array)를 포함한다. 예시적으로, 위상 인터폴레이터 제어부(255)는 14개의 D플립플롭 구조를 갖는다고 가정된다. 이 경우, 위상 인터폴레이터 제어부는 14 비트의 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트를 발생할 것이다. 다만, 이는 예시적인 것으로, D플립플롭 구조의 개수는 다양하게 정의될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 위상 인터폴레이터 제어부(255)가 N 개의 D플립플롭 구조를 갖는 경우, 위상 인터폴레이터 제어부(255)는 N 비트의 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트를 발생할 것이다.The
제어 방향 디코더(257)는 라이징 에지 락 검출부(251) 또는 폴링 에지 락 검출부(253)로부터 전달받은 신호를 디코딩한다. 제어 방향 디코더(257)에 전달된 신호는 펄스 폭 증가 신호(Ctrl_Up), 펄스 폭 감소 신호(Ctrl_Dn) 및 펄스 폭 유지 신호(Hold)로 디코딩된다. 즉, 제어 방향 디코더(257)는 라이징 에지 락 검출부(251) 또는 폴링 에지 락 검출부(253)로부터 전달된 신호에 응답하여 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])의 증감을 결정한다. The
예를 들어, 제어 방향 디코더(257)는 라이징 에지 락 검출부(251)로부터 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 라이징 에지의 위상 차이가 일정 범위 내에 속한다는 신호를 전달받는다고 가정된다. 이 경우, 제어 방향 디코더(257)는 펄스 폭 증가 신호(Ctrl_up)를 발생할 것이다. 펄스 폭 증가 신호(Ctrl_Up)가 하이(high) 상태가 되면, 제어 방향 디코더(257)는 위상 인터폴레이터 제어부 활성화 신호(IC_EN)를 활성화할 것이다. 따라서, 기준 클럭 신호가 D플립플롭 어레이에 인가될 수 있다. 이 경우, 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])는 기준 클럭 신호의 라이징 에지에 트리거링(triggering)되어서 한 사이클(cycle)에 1 비트씩 올라갈 것이다.For example, it is assumed that the
또한, 제어 방향 디코더(257)는 라이징 에지 락 검출부(251) 또는 폴링 에지 락 검출부(253)로부터 라이징 에지 또는 폴링 에지의 위상 차이가 일정 범위 내에 속한다는 신호를 전달받는 경우, 로우(low) 상태의 위상 검출기 활성화 신호(PD_EN)를 발생한다. 따라서, 듀얼 에지 위상 검출기(230)는 비활성화될 것이다. In addition, when the
한편, D플립플롭 어레이는 D플립플롭과 2:1 멀티플렉서(2:1 MUX)를 포함할 것이다. n 번째 2:1 멀티플렉서의 입력들은 각각 n-1 번째 D플립플롭의 출력과 n+1 번째 D플립플롭의 출력에 연결될 것이다. 예시적으로, 처음의 멀티플렉서에는 VDD가 인가되고, 마지막 멀티플렉서에는 GND가 인가될 것이다. The D flip-flop array, on the other hand, will include a D flip flop and a 2: 1 multiplexer (2: 1 MUX). The inputs of the n th 2: 1 multiplexer will be connected to the output of the n-1 th D flip flop and the output of the n + 1 th D flip flop, respectively. For example, VDD may be applied to the first multiplexer, and GND may be applied to the last multiplexer.
도 5는 도 3의 위상 인터폴레이터(260)를 상세하게 보여주는 블록도이고, 도 6은 위상 인터폴레이터(260)의 동작을 보여주기 위한 타이밍도이다. FIG. 5 is a detailed block diagram illustrating the
도 5 및 도 6을 참조하면, 위상 인터폴레이터(260)는 제 1 인터폴레이터(261), 제 2 인터폴레이터(263), 복수의 인버터들 및 2:1 멀티플렉서(2:1 MUX)를 포함한다. 간략한 설명을 위하여, 14 비트의 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])가 전달된다고 가정된다.5 and 6, the
지연 회로 라인(210)에 의하여 발생된 지연 클록 신호들 중 제 1 지연 클럭 신호(VCDL_CLK)는 두 개의 인버터를 통과하여 제 1 인터폴레이터(261)에 인가된다. 지연 회로 라인(210)에 의하여 발생된 지연 클록 신호들 중 제 2 지연 클럭 신호(/VCDL_CLK)는 세 개의 인버터를 통과하여 제 2 인터폴레이터(263)에 인가된다. Among the delayed clock signals generated by the
위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])는 제 2 지연 클럭 신호가 인가되는 제 2 인터폴레이터(263)에 인가된다. 이는 인터폴레이팅(interpolating)이 콤프 클락 신호(COMP_CLK)의 폴링 에지에서 수행됨을 의미한다. The phase interpolator control bits Ctrl [13: 0] are applied to the
콤프 클락 신호의 라이징 에지가 생성되는 경우, 위상 인터폴레이터(260)는 동일한 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트에 의하여 제어된다. 즉, 2:1 멀트플랙서는 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0]) 대신 동일한 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트를 선택한다. 예를 들어, 콤프 클락 신호의 라이징 에지가 생성되는 경우, 위상 인터폴레이터(260)는 '00000001111111'의 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트에 의하여 컨트롤될 것이다. 이는 라이징 에지가 생성될 때마다, 동일한 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트가 위상 인터폴레이터(260)에 인가됨을 의미한다. 이는 콤프 클락 신호의 라이징 에지의 위치가 바뀌는 것을 방지하기 위함이다.When the rising edge of the comp clock signal is generated,
한편, '00000001111111'의 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트는 예시적인 것으로 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, '00000000000001'~'11111111111111' 중 어느 것도 '00000001111111' 대신에 선택될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, D플립플롭 어레이(도 4 참조)가 N 개의 D플립플롭을 갖는 경우, 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트는 n비트를 가질 것이다. Meanwhile, it should be understood that the phase interpolator control bit of '00000001111111' is exemplary. For example, it will be understood that any of '00000000000001' to '11111111111111' may be selected instead of '00000001111111'. Also, if the D flip-flop array (see Figure 4) has N D flip flops, the phase interpolator control bits will have n bits.
한편, 콤프 클락 신호의 폴링 에지가 생성되는 경우, 2:1 멀티플랙서는 듀티 사이클 제어부(250)로부터 전달된 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])를 이용하여 위상 인터폴레이터(260)를 컨트롤할 것이다. 이는 이하의 도 7에서 좀더 상세하게 설명될 것이다.On the other hand, when a falling edge of the comp clock signal is generated, the 2: 1 multiplexer uses the phase interpolator control bits Ctrl [13: 0] transmitted from the
한편, 2:1 멀티플랙서 제어 신호는 90 클럭 신호(90CLK)가 사용될 수 있다. 90 클럭 신호는 제 1 지연 신호(VCDL_CLK)의 1/4위치에서 선택된 신호(90°shifted clock)을 의미한다. 90 클럭 신호를 사용함으로써, PVT 변동(PVT variation) 및 주파수 변화에도 문제없이 멀티플렉서를 컨트롤할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로, 2:1 멀티플랙서 제어 신호는 다양하게 사용될 수 있음이 이해될 것이다. In the meantime, the 90 clock signal 90CLK may be used as the 2: 1 multiplexer control signal. The 90 clock signal refers to a signal 90 ° shifted clock selected at a quarter position of the first delay signal VCDL_CLK. By using the 90 clock signal, the multiplexer can be controlled without problems of PVT variation and frequency variation. However, this is only an example, and it will be understood that the 2: 1 multiplexer control signal may be used in various ways.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프(200)의 동작을 보여주기 위한 타이밍도이다. 도 7a는 초기 상태의 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호를 보여준다. 도 7b는 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 펄스 폭의 차이가 보상되는 과정을 보여준다. 도 7c는 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 펄스 폭의 차이가 보상된 경우를 보여준다.7 is a timing diagram illustrating an operation of the
간략한 설명을 위하여, 콤프 클락 신호(COMP_CLK)의 펄스 폭이 기준 클럭 신호(REF_CLK)보다 작아지는 방향으로 왜곡이 발생한다고 가정된다. 또한, 14 비트의 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트가 발생된다고 가정된다. 즉, 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])는 '00000000000001'에서 '11111111111111'까지의 값을 갖는다고 가정된다. For simplicity, it is assumed that distortion occurs in a direction in which the pulse width of the comp clock signal COMP_CLK is smaller than the reference clock signal REF_CLK. It is also assumed that a 14 bit phase interpolator control bit is generated. That is, it is assumed that the phase interpolator control bits Ctrl [13: 0] have values from '00000000000001' to '11111111111111'.
또한, 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])는 1비트가 커지면 '0'이 '1'로 변한다고 가정된다. 예를 들어, 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0]) 는 초기 상태에서 1비트가 커지면 '00000000000001'에서 '00000000000011'값을 갖는다고 가정된다.In addition, it is assumed that the phase interpolator control bits Ctrl [13: 0] change '0' to '1' as one bit increases. For example, it is assumed that the phase interpolator control bits Ctrl [13: 0] have values from '00000000000001' to '00000000000011' as one bit increases in the initial state.
또한, 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])가 '00000000000001'의 값을 갖는 경우에 위상 인터폴레이터(260)가 만들 수 있는 가장 작은 펄스 폭을 갖는다고 가정된다. 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])가 '11111111111111'의 값을 갖는 경우에 위상 인터폴레이터(260)가 만들 수 있는 가장 큰 펄스 폭을 갖는다고 가정된다. 이하에서는 도3 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프(200)의 동작이 상세하게 설명될 것이다.It is also assumed that the
본 발명의 실시 예에 따른 듀티 사이클 제어부(250)는 기준 클럭 신호(REF_CLK)와 콤프 클럭 신호(COMP_CLK)의 라이징 에지가 동기(lock)이 된 경우에 동작할 것이다. 예를 들어, 도 7a를 참조하면, 기준 클럭 신호의 라이징 에지와 콤프 클럭 신호의 라이징 에지의 위상 차가 일정 범위 내에 속한다면 듀티 사이클 제어부(250)는 동작할 것이다. The
자세히 설명하면, 라이징 에지 락 검출부(251)는 기준 클럭 신호 및 콤프 클럭 신호의 위상 차가 일정 범위 내에 속하는지 판단한다. 기준 클럭 신호의 라이징 에지와 콤프 클럭 신호의 라이징 에지의 위상 차가 일정 범위 내에 속하지 않는 경우, 듀티 사이클 제어부(250)는 동작하지 않을 것이다. 이 경우, 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])는 초기 상태인 '00000000000001'의 값을 가질 것이다. 즉, 콤프 클럭 신호의 펄스 폭은 기준 클럭 신호보다 작을 것이다.In detail, the rising edge
기준 클럭 신호의 라이징 에지와 콤프 클락 신호의 라이징 에지의 위상 차가 일정 범위 내에 속하는 경우, 라이징 에지 락 검출부(251)는 이를 알리는 신호(이하, 라이징 에지 락 신호)를 제어 방향 디코더(257)에 전달할 것이다. 예를 들어, 기준 클럭 신호의 라이징 에지와 콤프 클럭 신호의 라이징 에지가 일정 범위 내에 속하는 경우, 라이징 에지 락 검출부는 라이징 에지 락 신호(L_P[0], L_P[1])를 제어 방향 디코더(257)에 전달할 것이다. When the phase difference between the rising edge of the reference clock signal and the rising edge of the comp clock signal is within a certain range, the rising edge
제어 방향 디코더(257)는 라이징 에지 락 검출부(251)로부터 전달된 라이징 에지 락 신호에 응답하여 펄스 폭 증감 신호를 발생할 것이다. 예를 들어, 라이징 에지 락 검출부(251)로부터 라이징 에지 락 신호(L_P[0], L_P[1])를 전달받은 경우, 제어 방향 디코더(257)는 펄스 폭 증가 신호(Ctrl_up)를 발생할 것이다.The
위상 인터폴레이터(255)는 제어 방향 디코더(257)로부터 전달된 신호에 응답하여 펄스 폭 제어 신호(Ctrl[13:0])를 발생할 것이다. 예를 들어, 제어 방향 디코더(257)로부터 펄스 폭 증가 신호(Ctrl_up)를 전달받은 경우, 제어 방향 위상 인터폴레이터(255)는 '00000000000011'의 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트를 발생할 것이다.The
위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])가 '00000000000001'에서 '00000000000011'로 상승하게 되면, 제 2 인터폴레이터(263)의 턴-온(turn-on)되는 NMOS 트랜지스터의 수가 한 개에서 두 개로 늘어날 것이다. 이는 상대적으로 콤프 클럭 신호의 폴링 에지가 뒤로 이동함을 의미한다. 따라서, 도 7b를 참조하면, 콤프 클럭 신호의 펄스 폭이 커지게 될 것이다.When the phase interpolator control bits (Ctrl [13: 0]) are raised from '00000000000001' to '00000000000011', the number of NMOS transistors turned on in the
한편, 콤프 클럭 신호의 라이징 에지의 위치 변동을 방지하기 위하여, 콤프 클럭 신호의 라이징 에지가 생성되는 경우, 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])는 일정한 값을 가질 것이다. On the other hand, in order to prevent the positional variation of the rising edge of the comp clock signal, when the rising edge of the comp clock signal is generated, the phase interpolator control bits Ctrl [13: 0] will have a constant value.
예를 들어, 콤프 클럭 신호의 라이징 에지가 생성될 때마다, 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])는 '00000001111111'의 값을 가질 것이다. 다시 말하면, 콤프 클럭 신호의 폴링 에지가 만들어지는 경우, 위상 인터폴레이터(260)는 듀티 사이클 제어부(250)로부터 전달된 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])에 의하여 제어될 거이다. 콤프 클럭 신호의 라이징 에지가 만들어지는 경우, 위상 인터폴레이터(260)는 '00000001111111'의 일정한 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])에 의하여 제어될 것이다.For example, whenever a rising edge of the comp clock signal is generated, the phase interpolator control bits Ctrl [13: 0] will have a value of '00000001111111'. In other words, when the falling edge of the comp clock signal is made, the
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프는 폴링 에지 락 디텍터(251)가 동작할 때까지 상술한 동작을 반복할 것이다. 자세히 설명하면, 듀티 사이클 제어부(250)는 펄스 폭이 커진 콤프 클럭 신호와 기준 클럭 신호를 비교할 것이다. On the other hand, the delay lock loop according to an embodiment of the present invention will repeat the above operation until the falling
콤프 클럭 신호의 폴링 에지와 기준 클럭 신호의 폴링 에지가 일정 범위 내의 위상 차를 갖지 않는다면, 폴링 에지 락 디텍터(253)는 이를 나타내는 신호를 제어 방향 디코더(257)에 전달할 것이다. 이 경우, 본 발명에 따른 지연 동기 루프는 상술한 방법에 의하여 콤프 클럭 신호의 펄스 폭을 증가시킬 것이다. 이는 콤프 클럭 신호의 폴링 에지와 기준 클럭 신호의 폴링 에지가 일정 범위 내의 위상 차이를 가질 때까지 반복될 수 있다. 이는 위상 인터폴레이터 컨트롤 비트(Ctrl[13:0])가 '11111111111111'을 가질 때까지 반복될 수 있을 것이다.If the falling edge of the comp clock signal and the falling edge of the reference clock signal do not have a phase difference within a certain range, the falling
콤프 클럭 신호의 폴링 에지와 기준 클럭 신호의 폴링 에지가 일정 범위 내의 위상 차를 갖는다면, 폴링 에지 락 디텍터(253)는 이를 나타내는 신호(이하, 폴링 에지 락 신호)를 제어 방향 디코더(257)에 전달할 것이다. 예를 들어, 폴링 에지 락 디텍터(253)는 폴링 에지 락 신호(L_N[0], L_N[1])를 제어 방향 디코더(257)에 전달할 것이다. 이 경우, 제어 방향 디코더(257)는 홀드(Hold)를 발생할 것이다. 따라서, 도 7c를 참조하면, 콤프 클럭 신호와 기준 클럭 신호는 동일한 펄스 폭을 가지면서 동기(lock)될 수 있다.If the falling edge of the comp clock signal and the falling edge of the reference clock signal have a phase difference within a predetermined range, the falling
상술한 방법에 의하여, 본 발명에 따른 지연 동기 루프(200)는 기준 클럭 신호와 동일한 듀티 사이클을 갖는 콤프 클럭 신호를 발생할 수 있다. 다시 말하면, 지연 동기 루프(200)의 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호는 동일한 펄스 폭을 갖도록 제어될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 지연 동기 루프는 고정 페이즈 옵셋이 발생하지 않을 것이다.By the above-described method, the
도 8은 도 3의 듀얼 에지 위상 검출기(230)를 보여주는 블록도이다. 8 is a block diagram illustrating the dual
도 8을 참조하면, 듀얼 에지 위상 검출기(230)는 라이징 에지 위상 검출부(231), 폴링 에지 위상 검출부(233) 및 병합부(235)를 포함한다.Referring to FIG. 8, the dual
라이징 에지 위상 검출부(231)는 콤프 클락 신호의 라이징 에지(rising edge) 및 기준 클락 신호의 라이징 에지 간의 제 1 위상 차에 기초하여 제 1 제어 펄스 쌍(P_DN, P_UP)을 생성할 수 있다. 또한, 라이징 에지 위상 검출부(231)는 콤프 클락 신호 및 기준 클락 신호를 입력 받아 제 1 위상 차를 검출할 수 있다.The rising
라이징 에지 위상 검출부(231)는 제 1 위상 차가 구간 [-π, π]에 포함되 면 제 1 위상 차에 비례하는 길이의 제 1 제어 펄스 쌍을 생성하고, 상기 제 1 위상 차가 [-2π, -π] 또는 [π, 2π]에 포함되면 고정된 최대 길이의 상기 제 1 제어 펄스 쌍을 생성할 수 있다.The rising
예를 들어, 콤프 클럭 신호의 라이징 에지가 기준 클럭 신호의 라이징 에지보다 느린 경우, 제 1 위상 차는 양의 값(positive value)을 가질 수 있다. 제 1 위상 차가 구간 [0, π]에 포함되면, 라이징 에지 위상 검출부(231)는 제 1 위상 차에 비례하는 길이의 펄스를 생성하기 위한 신호(P_UP)를 생성할 수 있다. 제 1 위상 차가 구간 [π, 2π]에 포함되면, 라이징 에지 위상 검출부(231)는 고정된 최대 길이의 펄스를 생성하기 위한 신호(P_UP )를 생성할 수 있다.For example, when the rising edge of the comp clock signal is slower than the rising edge of the reference clock signal, the first phase difference may have a positive value. When the first phase difference is included in the interval [0, π], the rising
반대의 예로서, 콤프 클럭 신호의 라이징 에지가 기준 클럭 신호의 라이징 에지보다 빠른 경우 제 1 위상 차는 음의 값(negative value)을 가질 수 있다. 제 1 위상 차가 구간 [-π, 0]에 포함되면, 라이징 에지 위상 검출부(231)는 제1 위상 차의 크기에 비례하는 길이의 펄스를 생성하기 위한 신호(P_DN)를 생성할 수 있다. 제 1 위상 차가 구간 [-2π, -π]에 포함되면, 라이징 에지 위상 검출부(231)는 고정된 최대 길이의 펄스를 생성하기 위한 신호(P_DN)를 생성할 수 있다.As an opposite example, when the rising edge of the comp clock signal is earlier than the rising edge of the reference clock signal, the first phase difference may have a negative value. When the first phase difference is included in the interval [−π, 0], the rising
폴링 에지 위상 검출부(233)는 기준 클럭 신호의 폴링 에지 및 콤프 클럭 신호의 폴링 에지 간의 제 2 위상 차에 기초하여 제 2 제어 펄스 쌍 (N_DN, N_UP)을 생성할 수 있다.The falling
폴링 에지 위상 검출부(233)는 기준 클럭 신호 및 콤프 클럭 신호를 입력 받아 제 2 위상 차를 검출할 수 있다.The falling
콤프 클럭 신호의 폴링 에지가 기준 클럭 신호의 폴링 에지보다 느린 경우, 제 2 위상 차는 양의 값을 가질 수 있다. 제 2 위상 차가 구간 [0, π]에 포함되면, 폴링 에지 위상 검출부(233)는 제 2 위상 차에 비례하는 길이의 펄스를 생성하기 위한 신호(N_UP)를 생성할 수 있다. 제 2 위상 차가 구간 [π, 2π]에 포함되면, 폴링 에지 위상 검출부(233)는 고정된 최대 길이의 펄스를 생성하기 위한 신호(N_UP)를 생성할 수 있다.If the falling edge of the comp clock signal is slower than the falling edge of the reference clock signal, the second phase difference may have a positive value. When the second phase difference is included in the interval [0, π], the falling
콤프 클럭 신호의 폴링 에지가 기준 클럭 신호의 폴링 에지보다 빠른 경우, 제 2 위상 차는 음의 값을 가질 수 있다. 제2 위상 차가 구간 [-π, 0]에 포함되면, 폴링 에지 위상 검출부(233)는 제2 위상 차의 크기에 비례하는 길이의 펄스를 발생하기 위한 신호(N_DN)를 생성할 수 있다. 제 2 위상 차가 구간 [-2π, -π]에 포함되면, 폴링 에지 위상 검출부(233)는 고정된 최대 길이의 펄스를 생성하기 위한 신호(N_DN)를 생성할 수 있다.When the falling edge of the comp clock signal is faster than the falling edge of the reference clock signal, the second phase difference may have a negative value. When the second phase difference is included in the interval [−π, 0], the falling
병합부(235)는 제 1 제어 펄스 쌍 (P_UP, P_DN) 및 제 2 제어 펄스 쌍 (N_UP, N_DN)에 기초하여 제 3 제어 펄스 쌍 (DN, UP)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 병합부(235)는 업 신호들(P_UP, N_UP)에 대하여 논리 합 연산(logical OR operation)을 수행하여 업 신호(UP)를 생성할 수 있고, 다운 신호들(P_DN, N_DN)에 대하여 논리 합 연산을 수행하여 다운 신호(DN)를 생성할 수 있다.The
듀얼 에지 위상 검출기(230)는 신호의 라이징 에지 및 폴링 에지를 검출하고, 검출된 에지에 기초하여 위상 차이를 검출하므로 위상 검출 이득을 높일 수 있다. 따라서 듀얼 에지 위상 검출기(230)를 포함하는 지연 동기 루프(200)은 위상 동기 시간(phase locking time)을 줄일 수 있다.The dual
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프의 고정 페이즈 옵셋의 방지 효과를 보여주는 그래프이다. 9 is a graph illustrating an effect of preventing a fixed phase offset of a delay locked loop according to an embodiment of the present invention.
도 9에서는 고정 페이즈 옵셋에 대한 싱글 코너 시뮬레이션(single corner simulation) 및 Monte Carlo 시뮬레이션 결과를 보여준다. 예시적으로, 본 시뮬레이션의 지연 동기 루프는 0.18um CMOS 모델을 이용하여 설계되었으며, 1.8V 의 공급 전압을 갖는다. 동작영역은 600MHz~1GHz이며, 소모전력은 800MHz에서 20mW이다.9 shows the results of single corner simulation and Monte Carlo simulation for the fixed phase offset. As an example, the delay lock loop of this simulation is designed using a 0.18um CMOS model and has a supply voltage of 1.8V. The operating range is 600MHz ~ 1GHz and power consumption is 20mW at 800MHz.
도 9를 참조하면, 기존의 듀얼 에지 위상 검출기를 사용한 지연 동기 루프는 싱글 코너(single corner)에서 37.6ps~47.6ps의 고정 페이지 옵셋을 가짐과 동시에 Monte Carlo 시뮬레이션에서는 44.0ps의 평균과 7.53ps의 표준편차를 보인다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 에지 위상 검출기를 사용한 지연 동기 루프(200)는 싱글 코너(single corner)에서 0.28ps~6.19ps의 고정 페이즈 옵셋을 가짐과 동시에 Monte Carlo 시뮬레이션에서는 4.11ps의 평균과 2.44ps의 표준편차를 보인다. 본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프(200)의 워스트 케이스(worst case)를 기존의 지연 동기 루프(100)와 비교해 보아도 6배 이상의 성능 향상이 나타남을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, a delayed locked loop using a conventional dual edge phase detector has a fixed page offset of 37.6 ps to 47.6 ps at a single corner, while an average of 44.0 ps and 7.53 ps are used in a Monte Carlo simulation. Standard deviation is shown. However, the delay locked
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프의 락 스프드(lock speed) 향상을 보여주는 그래프이다.10 is a graph illustrating lock speed improvement of a delay lock loop according to an embodiment of the present invention.
도 10에서는 싱글 에지 위상 검출기를 사용한 지연 동기 루프와 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 에지 위상 검출기를 사용한 지연 동기 루프의 락 스피드(lock speed)가 도시되어 있다. 10 illustrates a lock speed of a delay locked loop using a single edge phase detector and a delay locked loop using a dual edge phase detector according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프(200)는 기존의 싱글 에지 위상 검출기를 사용하는 지연 동기 루프에 비하여, 약 2.36배~2.51배의 성능 향상을 보이는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 에지 위상 검출기를 사용한 지연 동기 루프(200)는 일반적인 듀얼 에지 위상 검출기를 사용한 지연 동기 루프(100)에 비하여 약 6배 이상의 고정 페이즈 옵셋의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프(200)는 싱글 에지 위상 검출기를 사용한 지연 동기 루프에 비하여 최소 2.36배 이상 빠른 락 스피드(lock speed)를가질 수 있다.As described above, the
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 에지 위상 검출기를 사용하는 지연 동기 루프(100)를 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a delay locked
도 2a는 외부 클럭 신호 및 지연 클럭 신호의 라이징 에지가 동기(lock)된 경우를 보여준다. 2A illustrates a case where the rising edges of the external clock signal and the delay clock signal are locked.
도 2b는 외부 클럭 신호 및 지연 클럭 신호의 동기(lock) 과정을 보여준다.2B illustrates a process of locking an external clock signal and a delayed clock signal.
도 2c는 지연 클럭 신호와 외부 클럭 신호의 동기(lock) 결과를 보여준다.2C illustrates a lock result of a delayed clock signal and an external clock signal.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지연 동기 루프(200)를 보여주는 블록도이다. 3 is a block diagram illustrating a
도 4는 도 3의 듀티 사이클 제어부(250)를 보여주는 블록도이다.4 is a block diagram illustrating the
도 5는 도 3의 위상 인터폴레이터(260)를 상세하게 보여주는 블록도이다.5 is a detailed block diagram illustrating the
도 6은 위상 인터폴레이터(260)의 동작을 보여주기 위한 타이밍도이다. 6 is a timing diagram illustrating the operation of
7a는 초기 상태의 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호를 보여준다. 7a shows an initial reference clock signal and a comp clock signal.
도 7b는 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 펄스 폭의 차이가 보상되는 과정을 보여준다. 7B illustrates a process in which a difference in pulse widths of the reference clock signal and the comp clock signal are compensated.
도 7c는 기준 클럭 신호와 콤프 클럭 신호의 펄스 폭의 차이가 보상된 경우를 보여준다.7C illustrates a case where a difference in pulse widths of a reference clock signal and a comp clock signal is compensated.
도 8은 도 3의 듀얼 에지 위상 검출기(230)를 보여주는 블록도이다. 8 is a block diagram illustrating the dual
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프의 고정 페이즈 옵셋의 방지 효과를 보여주는 그래프이다. 9 is a graph illustrating an effect of preventing a fixed phase offset of a delay locked loop according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 지연 동기 루프의 락 스프드(lock speed) 향상을 보여주는 그래프이다.10 is a graph illustrating lock speed improvement of a delay lock loop according to an embodiment of the present invention.
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