KR101885033B1 - Digital clock data recovery apparatus using delayed line phase frequency detection - Google Patents

Digital clock data recovery apparatus using delayed line phase frequency detection Download PDF

Info

Publication number
KR101885033B1
KR101885033B1 KR1020170090314A KR20170090314A KR101885033B1 KR 101885033 B1 KR101885033 B1 KR 101885033B1 KR 1020170090314 A KR1020170090314 A KR 1020170090314A KR 20170090314 A KR20170090314 A KR 20170090314A KR 101885033 B1 KR101885033 B1 KR 101885033B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
frequency
dco
clock signal
clock
Prior art date
Application number
KR1020170090314A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이찬호
Original Assignee
숭실대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 숭실대학교산학협력단 filed Critical 숭실대학교산학협력단
Priority to KR1020170090314A priority Critical patent/KR101885033B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101885033B1 publication Critical patent/KR101885033B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
    • H03L7/081Details of the phase-locked loop provided with an additional controlled phase shifter
    • H03L7/0812Details of the phase-locked loop provided with an additional controlled phase shifter and where no voltage or current controlled oscillator is used
    • H03L7/0814Details of the phase-locked loop provided with an additional controlled phase shifter and where no voltage or current controlled oscillator is used the phase shifting device being digitally controlled
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
    • H03L7/085Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
    • H03L7/089Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal the phase or frequency detector generating up-down pulses
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
    • H03L7/099Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop
    • H03L7/0991Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop the oscillator being a digital oscillator, e.g. composed of a fixed oscillator followed by a variable frequency divider

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

The present invention relates to a digital clock data recovery device. According to the present invention, the digital clock data recovery device includes: a delayed line phase frequency detector detecting a positive edge and a negative edge of an input signal in each delay cell using a digitally controlled oscillator (DCO) clock signal while the input signal passes through the multiple delay cells in order and generating a count signal of counting the position of the positive edge and the negative edge, wherein the delayed line phase frequency detector outputs sampling data in which the input signal is sampled in accordance with the DCO clock signal; a digital loop filter generating the DCO control signal for controlling frequencies of the DCO clock signal using the count signal and a parameter which is set in advance; a DCO generating the DCO clock signal by controlling output frequencies in accordance with the DCO control signal; a programmable frequency demultiplier converting the frequencies of the DCO clock signal in accordance with a reference factor which is set in advance; a demultiply factor generator generating a demultiply rate by storing the multiple sampling data using the DCO clock signal and comparing the multiple sampling data with a preamble stored in advance; and a clock frequency demultiplier outputting a restoration clock signal by demultiplying the DCO clock signal in accordance with the demultiply rate. According to the present invention, the digital clock data recovery device forms whole composition of the clock data recovery device as a digital circuit. So, an operation condition is flexible, and portability to the other process techniques is excellent.

Description

지연선로 위상 주파수 탐지를 이용한 디지털 클록 데이터 복원 장치{DIGITAL CLOCK DATA RECOVERY APPARATUS USING DELAYED LINE PHASE FREQUENCY DETECTION} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a digital clock data restoration apparatus using delay line phase frequency detection,

본 발명은 지연선로 위상 주파수 탐지를 이용한 디지털 클록 데이터 복원 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지연선로 위상 주파수 탐지 방식을 통해 순수 디지털 회로로 구현되는 클록 데이터 복원 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital clock data recovery apparatus using delay line phase frequency detection, and more particularly, to a clock data recovery apparatus implemented with a pure digital circuit through a delay line phase frequency detection method.

클록 데이터 복원(Clock Data Recovery, CDR) 회로는 디지털 데이터 통신에서 가장 중요한 회로 중 하나이다. CDR 회로는 데이터 입출력 성능을 결정하는 회로로서, 설계시 CDR 회로가 큰 입력 지터(jitter)에 견디도록 설계하는 것이 중요하다. Clock Data Recovery (CDR) circuitry is one of the most important circuits in digital data communication. The CDR circuit is a circuit that determines the data input / output performance. It is important to design the CDR circuit so that it can withstand large input jitter in design.

기존 CDR 회로들은 아날로그 회로 설계 방법을 통해 구현되는 것이 대부분이다. 최근 순수 디지털(All digital) PLL(AD-PLL) 을 이용한 CDR 회로 및 버스트 모드(Burst Mode) CDR (BM-CDR) 등 여러 디지털 방식의 CDR 구현에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나 특정 셀 라이브러리들을 이용하여 풀 커스텀 레이아웃(full custom layout)을 진행하거나 일부 아날로그 회로가 외부에 존재해야 한다는 점에서 순수한 디지털 설계 방식으로 판단하기는 어렵다. 순수 디지털 방식은 HDL 기반으로 설계하여 EDA 툴을 이용한 합성이 가능해야 특정 공정 기술에 의존하지 않는 설계가 가능하다.Most of the existing CDR circuits are implemented by analog circuit design method. Recently, various digital CDR implementations such as a CDR circuit using an all-digital PLL (AD-PLL) and a burst mode CDR (BM-CDR) have been actively studied. However, it is difficult to judge a pure digital design method in terms of full custom layout using certain cell libraries or some analog circuits to be external. The pure digital method is designed based on HDL and can be synthesized using EDA tool, so that it can be designed without depending on specific process technology.

기존 CDR 회로들은 다양한 방식으로 구현되었는데, 많은 회로들이 Alexander PFD(Phase Frequency Detector)를 기반으로 설계되었다. 이러한 구조는 동작 주파수가 낮아 입력단의 지터가 클 경우, 위상을 찾아가는 과정에서 클록 데이터 복원이 어렵다는 문제점이 존재한다. 랜덤 데이터가 입력될 경우, 어떤 타이밍에 어떤 데이터를 샘플링해야 하는지 알기 어려워 단순히 UP과 DOWN 신호만 발생시키는 PFD의 경우, 입력 지터가 큰 랜덤 데이터 입력에 대해 올바르게 동작하지 않을 수 있다. Conventional CDR circuits have been implemented in various ways, and many circuits have been designed based on the Alexander PFD (Phase Frequency Detector). This structure has a problem in that it is difficult to restore clock data in the process of searching for the phase when the jitter of the input terminal is large due to the low operating frequency. In the case of PFD, which simply generates UP and DOWN signals, it is difficult to know which data should be sampled at what timing when random data is input, and input jitter may not operate correctly for large random data input.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2015-0012137호(2015.02.03.공개)에 개시되어 있다.The technology of the background of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0012137 (published on Feb. 20, 2013).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 지연선로 위상 주파수 탐지 방식을 통해 순수 디지털 회로로 구현되는 클록 데이터 복원 장치를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a clock data recovery device implemented as a pure digital circuit through a delay line phase frequency detection method.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 디지털 클록 데이터 복원 장치는 입력 신호가 복수의 지연셀을 순차적으로 통과하는 동안, DCO 클록 신호를 이용하여 각 지연셀에서 상기 입력 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하고, 상기 상승 에지 및 하강 에지의 위치를 카운팅한 카운트 신호를 생성하며, 상기 입력 신호가 상기 DCO 클록 신호에 따라 샘플링 된 샘플링 데이터를 출력하는 지연선로 위상 주파수 검출기, 상기 카운트 신호와 기 설정된 매개변수를 이용하여 DCO 클록 신호의 주파수를 제어하기 위한 DCO 제어 신호를 생성하는 디지털 루프 필터, 상기 DCO 제어 신호에 따라 출력 주파수를 조절하여 상기 DCO 클록 신호를 생성하는 디지털 제어 발진기, 기 설정된 기준 인자에 따라 상기 DCO 클록 신호의 주파수를 변환하는 프로그래머블 분주기, 상기 DCO 클록 신호를 이용하여 복수의 샘플링 데이터를 저장하고, 상기 복수의 샘플링 데이터를 기 저장된 프리앰블과 비교하여 분주율을 생성하는 분주 인자 생성기, 그리고 상기 분주율에 따라 상기 DCO 클록 신호를 분주하여 복원 클록 신호를 출력하는 클록 분주기를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a digital clock data recovery apparatus including: a digital-to-analog converter for converting a rising edge of the input signal in each delay cell and a rising edge of the input signal in each delay cell using a DCO clock signal while an input signal sequentially passes through a plurality of delay cells; A delay line phase frequency detector for detecting a falling edge and generating a count signal which counts the positions of the rising edge and the falling edge, the input signal outputting sampling data sampled in accordance with the DCO clock signal, A digital loop filter for generating a DCO control signal for controlling a frequency of the DCO clock signal using a predetermined parameter, a digital controlled oscillator for adjusting the output frequency according to the DCO control signal to generate the DCO clock signal, A processor for converting the frequency of the DCO clock signal according to a reference factor A division factor generator for storing a plurality of sampling data using the DCO clock signal and generating a division ratio by comparing the plurality of sampling data with a pre-stored preamble, And a clock divider that divides the signal and outputs a restored clock signal.

상기 지연선로 위상 주파수 검출기는, 상기 입력 신호가 통과하는 복수의 지연셀이 직렬로 연결된 지연 선로, 상기 복수의 지연셀의 출력단에 각각 연결되며, 연결된 지연셀의 출력 신호와 상기 DCO 클록 신호를 이용하여 DFF(D-Flip Flop) 신호를 생성하는 복수의 D 플립플롭, 그리고 상기 DFF 신호를 이용하여 상기 입력 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하고, 상기 상승 에지 및 하강 에지의 위치를 카운팅하여 상기 카운트 신호를 생성하는 카운터부를 포함할 수 있다. Wherein the delay line phase frequency detector comprises: a delay line connected in series with a plurality of delay cells through which the input signal passes; an output terminal connected to the output terminals of the plurality of delay cells and using the output signal of the delay cell connected thereto and the DCO clock signal A plurality of D flip-flops for generating a DFF (D-Flip Flop) signal, and for detecting a rising edge and a falling edge of the input signal using the DFF signal, counting positions of the rising edge and the falling edge, And a counter section for generating a count signal.

상기 카운터부는, 이웃한 상기 DFF 신호가 ‘10’이면 상기 하강 에지로 판단하고 이웃한 상기 DFF 신호가 ‘01’이면 상기 상승 에지로 판단하여 상기 입력 신호의 상승 에지 및 하강 에지의 지연셀에서의 위치를 검출할 수 있다. The counter determines the rising edge if the neighboring DFF signal is '10' and the rising edge if the neighboring DFF signal is '01' The position can be detected.

상기 지연선로 위상 주파수 검출기는, 상기 복수의 지연셀 중 중앙에 위치한 지연셀의 출력단과 연결된 D 플립플롭의 DFF 신호를 동기화를 위한 잠금 과정에서 상기 분주 인자 생성기로 출력하고 동기화 이후에는 호스트(host)로 출력할 수 있다. The delay line phase frequency detector outputs the DFF signal of the D flip-flop connected to the output terminal of the delay cell located at the center among the plurality of delay cells to the division factor generator in a locking process for synchronization, .

상기 분주 인자 생성기는, 서로 다른 분주값을 가지는 DCO 클록 신호에 대응하여 동작하되, 복수의 샘플링 데이터를 저장하는 복수의 시프트 레지스터, 그리고 기 저장된 프리앰블과 복수의 샘플링 데이터의 일치 여부를 판단하고, 상기 샘플링 신호 중 상기 기 저장된 프리앰블과의 일치 횟수가 설정값 이상이면 해당 샘플링 신호에 대응하는 분주값으로 상기 분주율을 생성하는 제어부를 포함할 수 있다. Wherein the division factor generator comprises: a plurality of shift registers that operate in response to DCO clock signals having different division values, the plurality of shift registers storing a plurality of sampling data, and determining whether or not the pre-stored preamble matches a plurality of sampling data, And a controller for generating the frequency division ratio with a frequency division value corresponding to the sampling signal if the number of times of coincidence with the preamble stored in the preamble is equal to or greater than a preset value.

PVT 변이와 자동 P&R에 따른 상기 디지털 제어 발진기의 동작 오차가 반영된 PVT 클록 신호의 주파수와 기준 클록 신호의 주파수를 비교하여 주파수 차이를 판단하며, 상기 판단된 주파수 차이에 따른 주파수 보정 신호를 생성하는 3단 위상 주파수 검출기(3SPFD)를 더 포함할 수 있다. A frequency difference between the frequency of the PVT clock signal reflecting the operation error of the digital controlled oscillator according to the PVT variation and the automatic P & R and the frequency of the reference clock signal, and generating a frequency correction signal according to the determined frequency difference And may further include a single phase frequency detector 3SPFD.

상기 주파수 보정 신호는, 상기 프로그래머블 분주기의 분주율을 낮추는 제1 보정 신호, 상기 DCO 클록 신호의 주파수를 낮추는 UP 신호, 상기 프로그래머블 분주기의 분주율을 높이는 제2 보정 신호, 그리고 상기 DCO 클록 신호의 주파수를 높이는 DOWN 신호를 포함할 수 있다. Wherein the frequency correction signal includes a first correction signal for lowering the frequency division ratio of the programmable frequency divider, an UP signal for lowering the frequency of the DCO clock signal, a second correction signal for increasing the frequency division ratio of the programmable frequency divider, DOWN < / RTI >

이와 같이 본 발명에 따르면, 클럭 데이터 복원 장치의 전체 구성을 디지털 회로로 구현하므로 다른 공정 기술로의 이식성이 뛰어나고 동작 조건이 유연하다는 장점이 있다. 또한 전체 회로가 디지털 회로로 구현되므로 신호에 대한 빠른 주파수 추적이 가능하고 넓은 주파수 대역에서 동작되므로 고속 통신 장비에서의 적용이 용이하다. As described above, according to the present invention, since the entire configuration of the clock data restoration apparatus is implemented by a digital circuit, portability to other process technology is excellent and operating conditions are flexible. In addition, since the entire circuit is implemented as a digital circuit, it is possible to perform fast frequency tracking on signals and operate in a wide frequency band, so that it can be easily applied to high-speed communication equipment.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 클록 데이터 복원 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지연선로 위상 주파수 검출기의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 제어 발진기의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분주 인자 생성기의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3단 위상 주파수 검출기의 유한 상태 기계를 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram of a digital clock data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a delay line phase frequency detector according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a digitally controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a division factor generator according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a finite state machine of a three-stage phase frequency detector according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

이하에서 설명하는 본 발명의 실시예에서는 입력 신호를 S/PDIF(Sony Philips Digital Interface Format) 신호로 가정하여 설명한다. In the following description of the present invention, it is assumed that an input signal is a S / PDIF (Sony Philips Digital Interface Format) signal.

우선 도 1을 통해 본 발명의 실시예에 따른 디지털 클록 데이터 복원 장치에 대해 살펴보도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 클록 데이터 복원 장치의 블록도이다. First, a digital clock data restoration apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 is a block diagram of a digital clock data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 디지털 클록 데이터 복원 장치(100)는 지연선로 위상 주파수 검출기(110), 디지털 루프 필터(120), 디지털 제어 발진기(130), 프로그래머블 분주기(140), 분주 인자 생성기(150) 및 클록 분주기(160)를 포함하며, 3단 위상 주파수 검출기(170)를 더 포함할 수 있다. 1, the apparatus 100 for recovering digital clock data according to an embodiment of the present invention includes a delay line phase frequency detector 110, a digital loop filter 120, a digital controlled oscillator 130, a programmable frequency divider 140, a divider factor generator 150, and a clock divider 160, and may further include a three-stage phase frequency detector 170.

우선 지연선로 위상 주파수 검출기(Delayed Line Phase Frequency Detector, DLPFD, 110)는 입력 신호(S/PDIF)가 복수의 지연셀을 순차적으로 통과하는 동안, DCO 클록 신호를 이용하여 각 지연셀에서 입력 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출한다. A delayed phase phase detector (DLPFD) 110 detects an input signal (S / PDIF) in each delay cell using a DCO clock signal while the input signal S / PDIF sequentially passes through a plurality of delay cells. The rising edge and the falling edge are detected.

그리고 지연선로 위상 주파수 검출기(110)는 입력 신호의 상승 에지 및 하강 에지의 위치, 즉 DCO 클록과의 위상차를 나타내는 카운트 신호를 생성한다. 여기서 카운트 신호는 선행 에지 카운트 신호(clkLeadsCnt) 및 지연 에지 카운트 신호(clkLagsCnt)를 포함한다. 선행 에지 카운트 신호(clkLeadsCnt)는 입력 신호의 에지 또는 위상이 DCO 클록의 에지 또는 위상에 비해 얼마나 앞서는 지를 나타내고, 지연 에지 카운트 신호(clkLagsCnt)는 입력 신호의 에지 또는 위상이 DCO 클록의 에지 또는 위상에 비해 얼마나 뒤처지는 지를 나타낸다. 입력 신호와 DCO 클록의 위상차가 클수록 카운트 신호의 값이 커진다. The delay line phase frequency detector 110 generates a count signal indicating the phase difference between the rising edge and the falling edge of the input signal, that is, the DCO clock. Where the count signal includes a leading edge count signal clkLeadsCnt and a delay edge count signal clkLagsCnt. The leading edge count signal clkLeadsCnt indicates how far the edge or phase of the input signal precedes the edge or phase of the DCO clock and the delayed edge count signal clkLagsCnt indicates that the edge or phase of the input signal is at the edge or phase of the DCO clock And how much it lags behind. The larger the phase difference between the input signal and the DCO clock is, the larger the value of the count signal becomes.

그러면 지연선로 위상 주파수 검출기(110)는 카운트 신호를 디지털 루프 필터(120)로 전송한다. The delay line phase frequency detector 110 then transmits the count signal to the digital loop filter 120.

그리고 지연선로 위상 주파수 검출기(110)는 샘플링 데이터(CDR_SPDIF)를 호스트(host)로 출력한다. 샘플링 데이터는 복원 클록 신호에 따라 입력 신호를 샘플링하여 복원한 신호를 의미한다. The delay line phase frequency detector 110 outputs sampling data CDR_SPDIF to the host. The sampling data means a signal obtained by sampling an input signal according to a restored clock signal.

다음으로 디지털 루프 필터(Digital Loop Filter, DLF, 120)는 디지털 제어 발진기(130)를 제어하기 위한 것으로서, 디지털 로직(digital logic)을 이용해 입력된 카운트 신호를 정해진 규칙에 따라 변환하여 DCO 제어 신호를 생성한다. DCO 제어 신호는 DCO 클록 신호의 위상 및 주파수를 제어하기 위한 신호이다. Next, the digital loop filter (DLF) 120 is used to control the digital controlled oscillator 130. The digital loop filter 120 converts the input count signal according to a predetermined rule using digital logic to generate a DCO control signal . The DCO control signal is a signal for controlling the phase and frequency of the DCO clock signal.

여기서 지연선로 위상 주파수 검출기의 카운트 신호는 DCO 클록 신호와 입력 신호의 위상차의 정도를 나타내는 값으로서, 카운트 값 1이 DCO 제어 신호의 1과 다르다. 따라서 입력 카운트 값을 기 설정된 규칙을 이용하여 적절한 DCO 제어 신호로 변환시켜야 한다. 이때 DCO 제어 신호는 카운트 값과 기 설정된 매개변수를 이용하여 정해진 식에 따라 산출되며, 반도체 제조 공정과 DCO 클록 신호의 주파수 범위, 그리고 DCO 구조에 따라 산출 과정이 달라질 수 있다. Here, the count signal of the delay line phase frequency detector is a value indicating the degree of phase difference between the DCO clock signal and the input signal, and the count value 1 is different from 1 of the DCO control signal. Therefore, the input count value should be converted into an appropriate DCO control signal using a predetermined rule. At this time, the DCO control signal is calculated according to the predetermined formula using the count value and predetermined parameters. The calculation process may be changed according to the semiconductor manufacturing process, the frequency range of the DCO clock signal, and the DCO structure.

구체적으로 디지털 루프 필터(120)는 선행 에지 카운트 신호 및 지연 에지 카운트 신호 중 어느 하나가 '0'이 아닌 값이 입력되면, 선행 에지 카운트 신호 및 지연 에지 카운트 신호 중 어느 하나에 따라 DCO 제어 신호를 생성한다. Specifically, the digital loop filter 120 outputs a DCO control signal according to any one of the leading edge count signal and the delayed edge count signal when any one of the leading edge count signal and the delayed edge count signal is not '0' .

예를 들어 선행 에지 카운트 신호가 '0'이 아니라고 가정한다. 그러면 디지털 루프 필터(120)는 선행 에지 카운트 신호에 따라 DCO 제어 신호를 생성한다. 반면 지연 에지 카운트 신호가 '0'이 아니면, 디지털 루프 필터(120)는 지연 에지 카운트 신호에 따라 DCO 제어 신호를 생성한다. For example, it is assumed that the leading edge count signal is not '0'. The digital loop filter 120 then generates a DCO control signal in accordance with the leading edge count signal. On the other hand, if the delay edge count signal is not '0', the digital loop filter 120 generates a DCO control signal in accordance with the delay edge count signal.

다음으로 디지털 제어 발진기 (Digital Controlled Oscillator, DCO, 130)는 DCO 제어 신호에 따라 출력 주파수를 조절하여 DCO 클록 신호를 생성한다. 디지털 제어 발진기(130)는 동적 타이밍 분석(dynamic timing analysis)이 가능한 구조로 구현될 수 있으며, 구체적인 구성은 아래에서 설명한다. Next, a digital controlled oscillator (DCO) 130 adjusts the output frequency according to the DCO control signal to generate a DCO clock signal. The digital controlled oscillator 130 may be implemented in a structure capable of dynamic timing analysis, and a specific configuration will be described below.

다음으로 프로그래머블 분주기(Programmable Divider, PD, 140)는 기 설정된 기준 인자에 따라 DCO 클록 신호의 주파수를 변환한다. 여기서 기준 인자는 미리 저장된 기준값을 사용하거나 호스트 또는 3단 위상 주파수 검출기(170)에 저장된 값을 사용하며 통상의 기술자에 의해 설계 변경이 가능하다. Next, the programmable divider (PD) 140 converts the frequency of the DCO clock signal according to a preset reference factor. In this case, the reference factor may be a design value that is used by a person skilled in the art using a previously stored reference value or a value stored in the host or three-phase frequency detector 170.

일반적으로 디지털 제어 발진기(130)의 경우 발진 주파수는 클록 신호가 통과하는 게이트 수에 반비례한다. 따라서 S/PDIF 신호와 같이 신호의 주파수가 비교적 낮은 경우, 디지털 제어 발진기(130)는 너무 많은 게이트 수를 필요로 하므로 구현이 어렵다. 이러한 문제점을 해결하고자 본 발명의 실시예에서는 디지털 제어 발진기(130)에서 높은 주파수의 DCO 클록을 생성함과 동시에 프로그래머블 분주기(140)를 이용하여 DCO 클록 신호의 주파수를 기 설정된 기준 주파수로 변환한다. Generally, in the case of the digitally controlled oscillator 130, the oscillation frequency is inversely proportional to the number of gates through which the clock signal passes. Therefore, when the frequency of the signal is relatively low, such as the S / PDIF signal, the digitally controlled oscillator 130 requires too many gates and is difficult to implement. In order to solve this problem, in the embodiment of the present invention, the digital controlled oscillator 130 generates a high frequency DCO clock and at the same time converts the frequency of the DCO clock signal into a preset reference frequency using the programmable frequency divider 140 .

이때, 변환 비율은 호스트에서 매개변수를 통하여 변경 가능하다. 또한 디지털 제어 발진기는 디지털 공정 셀 라이브러리를 이용하여 HDL(Hardware Description Language)로 설계하고 자동 P&R(Place and Route) 방식으로 구현 가능하다. 이때 설계 주파수 오차가 발생할 수 있는데 이 값이 클 경우 3단 위상 주파수 검출기(170)를 통해 보정이 가능하여 순수 디지털 방식으로 구현할 수 있다.At this time, the conversion rate can be changed through parameters in the host. In addition, the digital controlled oscillator can be designed in HDL (Hardware Description Language) using a digital process cell library and can be implemented in an automatic P & R (Place and Route) method. At this time, a design frequency error may occur. If this value is large, correction can be performed through the three-stage phase frequency detector 170, so that it can be implemented in a pure digital manner.

다음으로 분주 인자 생성기 (DIVision factor GENerator, DIVGEN, 150)는 DC0 클록 신호를 이용하여 복수의 샘플링 데이터를 기 설정된 수만큼 저장하고, 복수의 샘플링 데이터를 기 저장된 프리앰블과 비교하여 분주율을 생성한다. Next, the DIVision factor generator (DIVGEN) 150 stores a predetermined number of the plurality of sampled data using the DC0 clock signal, and compares the plurality of sampled data with the pre-stored preamble to generate the frequency division ratio.

이때 저장되는 샘플링 데이터의 수는 전송 규격에 따라 달라지고 전송 규격에서 지원하는 서로 다른 샘플링 주파수에 따라 데이터를 샘플링하여 저장한 뒤 기 저장된 프리앰블과 일치하는 샘플링 주파수를 찾으면서 프레임 또는 블록 동기화가 이루어진다. At this time, the number of the stored sampling data varies according to the transmission standard, and the data is sampled according to different sampling frequencies supported by the transmission standard, and the frame or block synchronization is performed while searching for a sampling frequency coinciding with the preamble stored.

다음으로 클록 분주기(Divider, 160)는 분주율에 따라 DCO 클록 신호를 분주하여 복원 클록 신호(CDR_CLK)를 호스트(host)로 출력한다. 호스트는 복원 클록 신호 및 샘플링 데이터를 이용하여 데이터 샘플링을 수행하거나 샘플링 데이터를 직접 이용한다. Next, the clock divider 160 divides the DCO clock signal according to the division ratio and outputs the restored clock signal CDR_CLK to the host. The host performs data sampling using the restored clock signal and the sampling data or directly uses the sampling data.

다음으로 3단 위상 주파수 검출기(3-Stage Phase Frequency Detector, 3SPFD, 170)는 PVT(Process, Voltage, Temperature) 변이에 의해 발생하는 디지털 제어 발진기(130)의 동작 오차를 최소화한다. Next, the 3-stage phase frequency detector (3SPFD, 170) minimizes the operation error of the digitally controlled oscillator 130 caused by PVT (Process, Voltage, Temperature) variation.

구체적으로 3단 위상 주파수 검출기(170)는 PVT 변이에 따른 디지털 제어 발진기(130)의 동작 오차가 반영된 PVT 클록 신호(PVT_CLK)와 기준 클록 신호(REF_CLK)를 비교하여 주파수 차이 관계를 판단한다. 그리고 3단 위상 주파수 검출기(170)는 판단된 주파수 차이 관계에 따른 주파수 보정 신호를 생성한다. Specifically, the three-phase frequency detector 170 compares the PVT clock signal PVT_CLK reflecting the operation error of the digitally controlled oscillator 130 according to the PVT transition and the reference clock signal REF_CLK to determine the frequency difference relationship. The three-stage phase frequency detector 170 generates a frequency correction signal according to the determined frequency difference relation.

여기서 주파수 보정 신호는 PVT 클록 신호와 기준 클록의 주파수 차이가 기 설정된 임계값보다 큰 경우에는 프로그래머블 분주기의 기준 인자를 보정하는 보정값으로 생성된다. 그리고 기 설정된 임계값보다 작은 경우, 주파수 보정 신호는 PVT 클록 신호가 기준 클록 신호보다 위상이 높은 상태를 나타내는 UP 신호와 PVT 클록 신호가 기준 클록 신호보다 위상이 낮은 상태를 나타내는 DOWN 신호로 생성된다.Here, the frequency correction signal is generated as a correction value for correcting the reference factor of the programmable frequency divider when the frequency difference between the PVT clock signal and the reference clock is larger than a preset threshold value. And the frequency correction signal is generated as an UP signal indicating a state in which the PVT clock signal is higher in phase than the reference clock signal and a DOWN signal indicating a state in which the PVT clock signal is in phase with respect to the reference clock signal.

그러면 3단 위상 주파수 검출기(170)는 PVT 클록 신호와 기준 클록의 주파수 차이가 기 설정된 임계값보다 큰 경우에는 주파수 보정 신호를 프로그래머블 분주기의 설정 레지스터에 저장하며, 프로그래머블 분주기(140)의 기준 인자를 변경하여 DCO 클록 신호 주파수의 분주율을 변경한다. If the frequency difference between the PVT clock signal and the reference clock is greater than a predetermined threshold value, the three-phase phase frequency detector 170 stores the frequency correction signal in the setting register of the programmable frequency divider. Change the division factor of the DCO clock signal frequency by changing the factor.

그리고 3단 위상 주파수 검출기(170)는 기 설정된 임계값보다 작은 경우에는 주파수 보정 신호를 디지털 루프 필터(120)로 전송하고, 디지털 루프 필터(120)는 주파수 보정 신호에 따라 디지털 제어 발진기(130) 제어 신호를 생성한다. 디지털 제어 발진기(130)는 제어 신호에 따라 DCO 클록 신호의 출력 주파수를 조절한다. When the three-phase frequency detector 170 is smaller than a predetermined threshold value, the digital filter 130 transmits a frequency correction signal to the digital loop filter 120. The digital loop filter 120 filters the digital control oscillator 130 according to the frequency correction signal. And generates a control signal. The digitally controlled oscillator 130 adjusts the output frequency of the DCO clock signal in accordance with the control signal.

따라서 PVT 클록 신호와 기준 클록의 주파수 차이가 기 설정된 임계값보다 큰 경우에는 프로그래머블 분주기(140)의 분주율을 변경하고 기 설정된 임계값보다 작은 경우에는 디지털 루프 필터(120)를 통해 DCO 출력 주파수를 변경한다.Therefore, if the frequency difference between the PVT clock signal and the reference clock is greater than a predetermined threshold value, the frequency division ratio of the programmable frequency divider 140 is changed. If the frequency division ratio is smaller than the preset threshold value, the DCO output frequency .

한편 3단 위상 주파수 검출기(170)는 디지털 제어 발진기(130)의 최초 동작 시 함께 동작하며, 주파수 관계 판단 결과 PVT 클록 신호의 주파수 차이가 기 설정된 임계값보다 작아지면 동작을 종료한다. 따라서 일반적인 데이터 전송시에는 3단 위상 주파수 검출기(170)는 동작하지 않는다. 본 발명의 실시예에 따르면 PVT 변이와 자동 P&R에 의한 디지털 제어 발진기(130)의 동작 오차를 최소화 할 수 있다. Meanwhile, the three-phase frequency detector 170 operates simultaneously when the digital controlled oscillator 130 is operated for the first time. When the frequency difference of the PVT clock signal becomes smaller than a predetermined threshold value as a result of the frequency relation determination, the operation ends. Therefore, the triple phase frequency detector 170 does not operate during normal data transmission. According to the embodiment of the present invention, it is possible to minimize the operation error of the PV control oscillator 130 by the PVT variation and the automatic P & R.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지연선로 위상 주파수 검출기의 블록도이다. 2 is a block diagram of a delay line phase frequency detector according to an embodiment of the present invention.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 지연선로 위상 주파수 검출기(110)는 지연 선로(111), 복수의 D-플립플롭(112) 및 카운터부(113)를 포함한다. 2, the delay line phase frequency detector 110 according to the embodiment of the present invention includes a delay line 111, a plurality of D-flip flops 112, and a counter unit 113.

우선 지연 선로(111)는 입력 신호(S/PDIF)가 통과하는 복수의 지연셀이 직렬로 연결된 구조를 가진다. 이때 입력 신호는 각 지연셀을 통과할 때마다 위상이 변화한다. First, the delay line 111 has a structure in which a plurality of delay cells through which the input signal S / PDIF passes are serially connected. At this time, the phase of the input signal changes every time it passes through each delay cell.

동일한 수의 지연셀이 있을 때 각 지연셀의 지연시간(Propagation delay)이 크면 더 넓은 범위의 위상 차이를 검출할 수 있으나, 잠김 후 DCO 클록과 입력 신호의 위상 오차가 커져 출력 지터가 증가한다. 반면 지연셀의 지연시간이 작으면 위상차의 검출 범위가 작아지나 출력 지터 또한 작아진다. 검출 범위를 늘리고 출력 지터를 줄이기 위해서는 지연셀의 수를 늘리고 지연셀의 지연시간을 줄이면 되지만 회로의 크기가 커진다.When there are the same number of delay cells, a larger range of phase difference can be detected if the delay time of each delay cell is large. However, the phase error of the DCO clock and the input signal increases after the lock, thereby increasing the output jitter. On the other hand, if the delay time of the delay cell is small, the detection range of the phase difference is small, but the output jitter is also small. To increase the detection range and reduce the output jitter, the number of delay cells is increased and the delay time of the delay cells is reduced, but the circuit size is increased.

다음으로 복수의 D-플립플롭(D-FlipFlop, 112)은 복수의 지연셀의 출력단에 각각 연결되며, 연결된 지연셀의 출력 신호와 DCO 클록 신호를 이용하여 DFF(D-Flip Flop) 신호를 생성한다. 이때 직렬 연결된 지연셀 중 가운데 위치한 지연셀의 출력단과 연결된 D-플립플롭(112)의 DFF 신호는 샘플링 데이터로서, 동기화를 위한 잠금 과정에서는 분주 인자 생성기(150)에서 이용되며, 동기화 이후에는 호스트로 출력된다. A plurality of D flip-flops 112 are connected to the output terminals of the plurality of delay cells, and generate a DFF (D-Flip Flop) signal using the output signal of the delay cell and the DCO clock signal do. In this case, the DFF signal of the D flip-flop 112 connected to the output terminal of the delay cell located at the middle among the serially connected delay cells is used as the sampling data in the division factor generator 150 in the process of locking for synchronization, .

카운터부(113)는 DFF 신호를 이용하여 입력 신호의 상승 에지 및 하강 에지의 위치를 검출한다. 구체적으로 카운터부(113)는 이웃한 DFF 신호가 ‘10’이면 하강 에지로 판단하고, 이웃한 DFF 신호가 ‘01’이면 상승 에지로 판단한다. 예를 들어, 2번 D-플립플롭의 출력이 '0'이고 3번 D-플립플롭의 출력이 '1'이면 이웃한 DFF 신호가 '01'이 되므로 카운터부(113)는 상승 에지로 판단한다. The counter unit 113 detects the positions of the rising edge and the falling edge of the input signal using the DFF signal. Specifically, the counter unit 113 determines that the neighboring DFF signal is '10', and determines that the neighboring DFF signal is a rising edge if the neighboring DFF signal is '01'. For example, if the output of the second D flip-flop is '0' and the output of the third D flip-flop is '1', the neighboring DFF signal becomes '01' do.

그리고 카운터부(113)는 선행과 지연의 크기, 즉 상승 에지 및 하강 에지가 검출된 위치를 나타내는 카운트 신호를 생성한다. 여기서 선행(leading)이란 입력 신호의 위상이 DCO 클록 신호의 위상보다 빠른 경우를 의미하며, 지연(lagging)이란 입력 신호의 위상이 DCO 클록 신호의 위상보다 느린 경우를 의미한다. 예를 들어 입력 신호의 상승 에지가 검출된 위치가 가운데 셀을 기준으로 10개 뒤의 지연셀인 경우 선행의 지연셀 개수가 10개가 되며, 카운터부(113)는 선행 에지 카운트 신호(clkLeadsCnt)로 10을 출력한다. 이러한 카운트 신호는 한번에 검출되어 출력되므로 위상 차이를 빠르게 줄일 수 있어 잠금 시간을 줄일 수 있다. Then, the counter unit 113 generates a count signal indicating the magnitude of the leading and delaying, that is, the position where the rising edge and the falling edge are detected. Herein, the term "leading" means that the phase of the input signal is faster than the phase of the DCO clock signal, and the term "lagging" means that the phase of the input signal is slower than the phase of the DCO clock signal. For example, in the case where the rising edge of the input signal is detected as a delay cell after 10 cells with respect to the center cell, the number of delay cells in the preceding cell becomes 10, and the counter unit 113 counts the leading edge count signal clkLeadsCnt 10. Since the count signal is detected and output at a time, the phase difference can be rapidly reduced and the lock time can be reduced.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 제어 발진기의 블록도이다. 3 is a block diagram of a digitally controlled oscillator according to an embodiment of the present invention.

도 3에 나타난 바와 같이, 디지털 제어 발진기(130)는 복수의 인버터가 직렬 연결된 인버터 체인(131)과 클록 경로 선택기(132)를 포함한다. As shown in FIG. 3, the digitally controlled oscillator 130 includes an inverter chain 131 and a clock path selector 132 in which a plurality of inverters are serially connected.

여기서 클록 경로 선택기(132)는 3상태(tri-state) 셀 체인과 디코더로 구성되며, 디지털 루프 필터(120)의 DCO 제어 신호(tune)에 따라 경로 및 주파수가 결정된다. The clock path selector 132 includes a tri-state cell chain and a decoder. The path and frequency are determined according to the DCO control signal tune of the digital loop filter 120.

그리고 인버터 체인(131)을 구성하는 인버터와 3상태 셀의 개수와 동작 주파수는 디지털 클록 데이터 복원 장치(100)가 요구하는 인버터와 3상태 셀의 지연 시간에 따라 결정된다. 예를 들어 동작 주파수가 낮아지면 지연 시간이 큰 셀 및 많은 수의 셀이 필요하며, 반대로 동작 주파수가 커지면 지연 시간이 작은 셀 및 적은 수의 셀이 필요하다. The number and frequency of the inverters and the tri-state cells constituting the inverter chain 131 are determined according to the delay times of the inverters and the tri-state cells required by the digital clock data recovery apparatus 100. For example, if the operating frequency is low, a large delay time and a large number of cells are required. Conversely, if the operating frequency is high, a small delay time and a small number of cells are required.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분주 인자 생성기의 블록도이다. 4 is a block diagram of a division factor generator according to an embodiment of the present invention.

도 4에 나타난 바와 같이, 분주 인자 생성기(150)는 복수의 시프트 레지스터(151)와 제어부(152)를 포함한다. As shown in FIG. 4, the division factor generator 150 includes a plurality of shift registers 151 and a controller 152.

우선 복수의 시프트 레지스터(151)는 서로 다른 분주값을 가지는 DCO 클록 신호에 대응하여 동작하되, 복수의 지연셀을 통과한 입력 신호를 샘플링하여 샘플링 신호를 생성한다. First, a plurality of shift registers 151 operate in response to DCO clock signals having different division values, and sample the input signal that has passed through a plurality of delay cells to generate a sampling signal.

그리고 제어부(152)는 기 저장된 프리앰블과 샘플링 신호의 일치 여부를 판단하고, 샘플링 신호 중 기 저장된 프리앰블과의 일치 횟수가 설정값 이상이면 해당 샘플링 신호에 대응하는 분주값으로 분주율을 생성한다. The control unit 152 determines whether or not the preamble stored in the preamble matches the preamble and generates a frequency division ratio corresponding to the preamble corresponding to the preamble.

예를 들어 도 4에 나타난 바와 같이, 복수의 시프트 레지스터(151)가 5개의 8비트 시프트 레지스터(151)라고 가정한다. 이때 5개의 시프트 레지스터(151)는 각각에 대응하는 서로 다른 샘플링 주파수를 가지며, 5개의 서로 다른 분주값을 가지는 DCO 클록 신호에 따라 각각 동작한다. 복수의 시프트 레지스터(151)는 8비트로 구성되므로, 입력 신호가 시프트 레지스터(151)를 통과하면 8bit의 샘플링 신호를 생성한다. 따라서 총 5개의 8비트 샘플링 신호가 생성된다. For example, as shown in FIG. 4, it is assumed that a plurality of shift registers 151 are five 8-bit shift registers 151. Here, the five shift registers 151 have different sampling frequencies corresponding to the respective shift registers 151, respectively, and operate according to the DCO clock signal having five different division values. Since the plurality of shift registers 151 are composed of 8 bits, when the input signal passes through the shift register 151, an 8-bit sampling signal is generated. Thus, a total of five 8-bit sampling signals are generated.

그러면 제어부(152)는 5개의 8비트 샘플링 신호를 입력받아 기 저장된 8비트 프리앰블과 비교한다. 5개의 8비트 샘플링 신호는 서로 다른 분주값을 가지는 DCO 클록 신호를 이용하여 샘플링되므로, 5개 중 하나의 샘플링 신호만 기 저장된 프리앰블과 일치하는 값을 가진다. Then, the control unit 152 receives five 8-bit sampling signals and compares them with the 8-bit preamble stored in advance. Since the five 8-bit sampling signals are sampled using DCO clock signals having different dividing values, only one of the five sampling signals has a value that matches the pre-stored preamble.

하지만 데이터가 우연히 프리앰블과 같은 값을 갖거나 샘플링 후 다른 샘플링 주파수로 변경될 수 있다. 따라서 제어부(152)는 기 저장된 프리앰블과 동일한 샘플링 신호를 3회 이상 출력하는 시프트 레지스터(151)의 분주값을 분주율로 결정한다. 만약 3번 시프트 레지스터(151)가 기 저장된 프리앰블과 동일한 샘플링 신호를 3회 출력하였다면, 3번 시프트 레지스터(151)의 분주값을 분주율로 결정한다. However, the data may accidentally have the same value as the preamble or be changed to another sampling frequency after sampling. Therefore, the control unit 152 determines the frequency division ratio of the shift register 151 that outputs the same sampling signal as the preamble stored three or more times. If the third shift register 151 outputs the same sampling signal as the previously stored preamble three times, the division value of the third shift register 151 is determined as the division ratio.

한편 본 발명의 실시예에 따른 디지털 클록 데이터 복원 장치(100)는 선행 에지 카운트와 지연 에지 카운트의 값이 모두 '0'인 경우, 주파수 잠금이 이루어지고 분주 인자 생성기의 출력은 이 때부터 유효한 값을 갖는다. 이후 샘플링 신호 중 기 저장된 프리앰블과의 일치 횟수가 설정값 이상이면 해당 샘플링 신호에 대응하는 분주값으로 분주율(divFactor)을 생성한다. 분주율을 입력 받은 클록 분주기(160)는 분주 완료후 잠금 신호(CDR_LOCK)를 생성한다.Meanwhile, when the values of the leading edge count and the delayed edge count are both '0', the digital clock data recovery apparatus 100 according to the embodiment of the present invention performs frequency locking and the output of the division factor generator becomes effective Respectively. If the number of times of coincidence with the pre-stored preamble of the sampling signal is equal to or larger than the set value, the divide factor divFactor is generated with the division value corresponding to the corresponding sampling signal. The clock divider 160 receiving the division ratio generates the lock signal CDR_LOCK after division completion.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3단 위상 주파수 검출기의 유한 상태 기계를 나타낸 도면이다. 5 is a view showing a finite state machine of a three-stage phase frequency detector according to an embodiment of the present invention.

도 5에 나타난 바와 같이, 3단 위상 주파수 검출기(170)는 제0 상태(state 0), 제1 상태(state 1) 및 제2 상태(state 2)의 3개 상태를 가지는 유한 상태 기계(Finite State Machine, FSM)로 나타낼 수 있다. 5, the three-stage phase frequency detector 170 is a finite state machine (Finite) having three states of a zero state (state 0), a first state (state 1) and a second state (state 2) State Machine, FSM).

여기서 제0 상태는 주파수 보정 신호의 생성을 종료하는 상태를 나타낸다. 제0 상태는 초기 상태 및 안정화 상태를 나타낸다. 그리고 제1 상태는 프로그래머블 분주기의 분주율을 낮추는 주파수 보정 신호 또는 UP 신호를 생성하는 상태이고, 제2 상태는 프로그래머블 분주기의 분주율을 높이는 주파수 보정 신호 또는 DOWN 신호를 생성하는 상태이다. Here, the 0-th state indicates a state in which generation of the frequency correction signal is terminated. The zero state indicates an initial state and a stabilized state. The first state is a state for generating a frequency correction signal or UP signal that lowers the frequency division ratio of the programmable frequency divider. The second state is a state for generating a frequency correction signal or a DOWN signal for increasing the frequency division ratio of the programmable frequency divider.

구체적으로 3단 위상 주파수 검출기(170)는 최초 동작시 제0 상태에서 동작하되, PVT 클록 신호(PVT_CLK)와 기준 클록 신호(REF_CLK)의 주파수 차이에 따라 제0 상태에서 제1 상태 또는 제2 상태로 전이되어 주파수 차이가 정해진 임계값보다 크거나 작은지에 따라 그에 해당하는 주파수 보정 신호를 생성한다. 그리고 3단 위상 주파수 검출기(170)는 제1 상태 또는 제2 상태에서 상기 제0 상태로 전이되면 주파수 보정 신호의 생성을 종료한다. More specifically, the three-phase frequency detector 170 operates in the 0 state in the initial operation, and in the 0th state, in the 0th state or the 2nd state, depending on the frequency difference between the PVT clock signal (PVT_CLK) and the reference clock signal (REF_CLK) And generates a frequency correction signal corresponding to whether the frequency difference is larger or smaller than a predetermined threshold value. The three-stage phase frequency detector 170 terminates the generation of the frequency correction signal when transitioning from the first state or the second state to the zero state.

제1 실시예에 따르면, 우선 3단 위상 주파수 검출기(170)는 제0 상태에서 동작을 시작한다. 이 후 PVT 클록 신호의 주파수(F_PVT)와 기준 클록 신호의 주파수(F_REF)를 비교한 결과, PVT 클록 신호의 주파수에서 기준 클록 신호의 주파수를 뺀 값이 기 설정된 제1 임계값보다 크면(F_PVT - F_REF > 제1 임계값), 제0 상태에서 제1 상태로 전이된다. 그리고 PVT 클록 신호의 주파수에서 기준 클록 신호의 주파수를 뺀 값이 기 설정된 제2 임계값보다 크면(F_PVT - F_REF > 제2 임계값), 3단 위상 주파수 검출기(170)는 그 차이의 크기에 따라 프로그래머블 분주기의 분주율을 줄이기 위한 보정값을 생성하여 설정 레지스터에 저장한다. 반면 PVT 클록 신호의 주파수에서 기준 클록 신호의 주파수를 뺀 값이 기 설정된 제2 임계값보다 작거나 같으면(F_PVT - F_REF ?Q 제2 임계값), 3단 위상 주파수 검출기(170)는 UP 신호를 생성하여 디지털 루프 필터(120)를 통해 DCO 클록의 주파수를 낮춘다. According to the first embodiment, first, the three-stage phase frequency detector 170 starts its operation in the 0-th state. When the frequency of the PVT clock signal and the frequency of the reference clock signal F_REF are compared with each other, if the value obtained by subtracting the frequency of the reference clock signal from the frequency of the PVT clock signal is greater than a preset first threshold value (F_PVT - F_REF > first threshold value), transition is made from the 0th state to the first state. If the value obtained by subtracting the frequency of the reference clock signal from the frequency of the PVT clock signal is greater than a predetermined second threshold value (F_PVT - F_REF> second threshold value), the three stage phase frequency detector 170 A correction value for reducing the frequency division ratio of the programmable frequency divider is generated and stored in the setting register. On the other hand, if the value obtained by subtracting the frequency of the PVT clock signal from the frequency of the reference clock signal is smaller than or equal to a predetermined second threshold value (F_PVT - F_REF? Q second threshold value), the 3-stage phase frequency detector 170 outputs the UP signal And lowers the frequency of the DCO clock through the digital loop filter 120.

한편 제1 상태에서 PVT 클록 신호의 주파수에서 기준 클록 신호의 주파수를 뺀 값이 기 설정된 제1 임계값보다 큰 상태(F_PVT - F_REF > 제1 임계값)가 계속되면, 3단 위상 주파수 검출기(170)는 다시 제1 상태로 전이되어 UP 신호를 생성한다. 반면 제1 상태에서 PVT 클록 신호의 주파수에서 기준 클록 신호의 주파수를 뺀 값이 기 설정된 제1 임계값보다 작거나 같으면(F_PVT - F_REF ?Q 제1 임계값), 3단 위상 주파수 검출기(170)는 제0상태로 전이되어 주파수 보정 신호의 생성을 종료한다. On the other hand, if the state in which the value obtained by subtracting the frequency of the reference clock signal from the frequency of the PVT clock signal in the first state continues to be greater than a predetermined first threshold value (F_PVT - F_REF> first threshold value) ≪ / RTI > again transitions to the first state to generate the UP signal. On the other hand, if the value obtained by subtracting the frequency of the reference clock signal from the frequency of the PVT clock signal in the first state is less than or equal to a predetermined first threshold value (F_PVT - F_REF? Q first threshold value) 0 " state to terminate the generation of the frequency correction signal.

제2 실시예에 따르면, 우선 3단 위상 주파수 검출기(170)는 제0 상태에서 동작을 시작한다. 이 후 PVT 클록 신호의 주파수(F_PVT)와 기준 클록 신호의 주파수(F_REF)를 비교하여 기준 클록 신호의 주파수에서 PVT 클록 신호의 주파수를 뺀 값이 기 설정한 제1 임계값보다 크면(F_REF - F_PVT > 제1 임계값), 제0 상태에서 제2 상태로 전이된다. 그리고 기준 클록 신호의 주파수에서 PVT 클록 신호의 주파수를 뺀 값이 기 설정한 제2 임계값보다 크면(F_REF - F_PVT > 제2 임계값), 3단 위상 주파수 검출기(170)는 그 차이의 크기, 즉 차이값에 따라 프로그래머블 분주기의 분주율을 높이기 위한 보정값을 생성하여 설정 레지스터에 저장한다. 반면 기준 클록 신호의 주파수에서 PVT 클록 신호의 주파수를 뺀 값이 제2 임계값보다 작거나 같으면(F_REF - F_PVT ?Q 제2 임계값), 3단 위상 주파수 검출기(170)는 DOWN 신호를 생성하여 디지털 루프 필터(120)를 통해 DCO 클록 주파수를 높인다. According to the second embodiment, first, the three-stage phase frequency detector 170 starts its operation in the 0-th state. Thereafter, if the frequency (F_PVT) of the PVT clock signal is compared with the frequency (F_REF) of the reference clock signal and the value obtained by subtracting the frequency of the PVT clock signal from the frequency of the reference clock signal is greater than a predetermined first threshold value (F_REF - F_PVT > First threshold value), transition is made from the 0th state to the second state. If the value obtained by subtracting the frequency of the reference clock signal from the frequency of the PVT clock signal is greater than a predetermined second threshold value (F_REF - F_PVT> second threshold value), the three stage phase frequency detector 170 determines the magnitude of the difference, That is, a correction value for increasing the frequency division ratio of the programmable frequency divider is generated according to the difference value and stored in the setting register. On the other hand, if the value of the frequency of the reference clock signal minus the frequency of the PVT clock signal is less than or equal to the second threshold value (F_REF - F_PVT? Q second threshold value), the triple phase frequency detector 170 generates the DOWN signal And raises the DCO clock frequency through the digital loop filter 120.

한편 제2 상태에서 기준 클록 신호의 주파수에서 PVT 클록 신호의 주파수를 뺀 값이 기 설정한 제1 임계값보다 큰 상태(F_REF - F_PVT > 제1 임계값)가 계속되면, 3단 위상 주파수 검출기(170)는 다시 제2 상태로 전이되어 DOWN 신호를 생성한다. 반면 제2 상태에서 기준 클록 신호의 주파수에서 PVT 클록 신호의 주파수를 뺀 값이 기 설정한 제1 임계값보다 작거나 같으면(F_REF - F_PVT ?Q 제1 임계값), 3단 위상 주파수 검출기(170)는 제0 상태로 전이되어 주파수 보정 신호의 생성을 종료한다.On the other hand, if the state (F_REF - F_PVT> first threshold value) in which the value obtained by subtracting the frequency of the PVT clock signal from the frequency of the reference clock signal in the second state continues to be greater than the preset first threshold value, 170 transition back to the second state to generate the DOWN signal. On the other hand, if the value obtained by subtracting the frequency of the PVT clock signal from the frequency of the reference clock signal in the second state is less than or equal to the preset first threshold value (F_REF - F_PVT? Q first threshold value) Shifts to the 0th state and ends the generation of the frequency correction signal.

본 발명의 실시예에 따른 3단 위상 주파수 검출기(170)에서 3개의 상태에 따라 동작하는 것은 고속 동작 환경에서 주파수 보정 신호의 출력을 안정시키기 위함이다. 만약 제0 상태 없이 제1 및 제2 상태만을 이용하여 위상 오차 신호를 출력하는 경우 미세한 위상 오차에서도 UP 신호와 DOWN 신호를 반복적으로 출력하게 되어 불안정 상태가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 3단 위상 주파수 검출기(170)는 제0 상태를 추가하여 UP 신호와 DOWN 신호의 반복 출력을 미연에 방지함으로써 주파수 보정 신호의 출력 안정성을 높일 수 있다. The operation according to the three states in the three-stage phase frequency detector 170 according to the embodiment of the present invention is to stabilize the output of the frequency correction signal in a high-speed operation environment. If the phase error signal is output using only the first and second states without the zero state, the UP signal and the DOWN signal are repeatedly output even in a fine phase error, resulting in an unstable state. However, the three-stage phase frequency detector 170 according to the embodiment of the present invention can increase the output stability of the frequency correction signal by preventing the repeated output of the UP signal and the DOWN signal by adding the 0 state.

본 발명의 실시예에 따르면 클럭 데이터 복원 장치의 전체 구성을 디지털 회로로 구현하므로 다른 공정 기술로의 이식성이 뛰어나고 동작 조건이 유연하다는 장점이 있다. 또한 전체 회로가 디지털 회로로 구현되므로 신호에 대한 빠른 주파수 추적이 가능하고 넓은 주파수 대역에서 동작되므로 고속 통신 장비에서의 적용이 용이하다. According to the embodiment of the present invention, since the entire configuration of the clock data restoration device is implemented by a digital circuit, it is advantageous in portability to other process technology and flexibility in operating conditions. In addition, since the entire circuit is implemented as a digital circuit, it is possible to perform fast frequency tracking on signals and operate in a wide frequency band, so that it can be easily applied to high-speed communication equipment.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100 : 디지털 클록 데이터 복원 장치
110 : 지연선로 위상 주파수 검출기 111 : 지연 선로
112 : 복수의 D-플립플롭 113 : 카운터부
120 : 디지털 루프 필터 130 : 디지털 제어 발진기
131 : 인버터 체인 132 : 클록 경로 선택기
140 : 프로그래머블 분주기 150 : 분주 인자 생성기
151 : 시프트 레지스터 152 : 제어부
160 : 클록 분주기 170 : 3단 위상 주파수 검출기
100: Digital clock data restoration device
110: delay line phase frequency detector 111: delay line
112: a plurality of D flip-flops 113:
120: digital loop filter 130: digitally controlled oscillator
131: inverter chain 132: clock path selector
140: Programmable divider 150: Divider factor generator
151: Shift register 152:
160: clock divider 170: three-phase frequency detector

Claims (7)

입력 신호가 복수의 지연셀을 순차적으로 통과하는 동안, DCO(디지털 제어 발진기) 클록 신호를 이용하여 각 지연셀에서 상기 입력 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하고, 상기 상승 에지 및 하강 에지의 위치를 카운팅 한 카운트 신호를 생성하며, 상기 입력 신호가 상기 DCO 클록 신호에 따라 샘플링 된 샘플링 데이터를 출력하는 지연선로 위상 주파수 검출기,
상기 카운트 신호와 기 설정된 매개변수를 이용하여 DCO 클록 신호의 주파수를 제어하기 위한 DCO 제어 신호를 생성하는 디지털 루프 필터,
상기 DCO 제어 신호에 따라 출력 주파수를 조절하여 상기 DCO 클록 신호를 생성하는 디지털 제어 발진기,
기 설정된 기준 인자에 따라 상기 DCO 클록 신호의 주파수를 변환하는 프로그래머블 분주기,
상기 프로그래머블 분주기에서 출력된 DCO 클록 신호를 이용하여 복수의 샘플링 데이터를 저장하고, 상기 복수의 샘플링 데이터를 기 저장된 프리앰블과 비교하여 분주율을 생성하는 분주 인자 생성기, 그리고
상기 분주율에 따라 상기 DCO 클록 신호를 분주하여 복원 클록 신호를 출력하는 클록 분주기를 포함하며,
상기 지연선로 위상 주파수 검출기는,
상기 프로그래머블 분주기에서 출력된 DCO 클록 신호를 이용하여 상기 상승 에지 및 하강 에지를 검출하는 디지털 클록 데이터 복원 장치.
Detecting a rising edge and a falling edge of the input signal in each delay cell using a DCO (Digital Controlled Oscillator) clock signal while the input signal sequentially passes through a plurality of delay cells, and detecting a rising edge and a falling edge of the input signal A delay line phase frequency detector for generating a count signal in which the input signal is sampled according to the DCO clock signal,
A digital loop filter for generating a DCO control signal for controlling the frequency of the DCO clock signal using the count signal and predetermined parameters,
A digital controlled oscillator for adjusting the output frequency according to the DCO control signal to generate the DCO clock signal,
A programmable divider for converting the frequency of the DCO clock signal according to a predetermined reference factor,
A division factor generator that stores a plurality of sampling data using the DCO clock signal output from the programmable frequency divider and generates a division ratio by comparing the plurality of sampling data with a pre-stored preamble,
And a clock divider that divides the DCO clock signal according to the division ratio to output a restored clock signal,
Wherein the delay line phase frequency detector comprises:
And detects the rising edge and the falling edge using the DCO clock signal output in the programmable frequency divider.
제1항에 있어서,
상기 지연선로 위상 주파수 검출기는,
상기 입력 신호가 통과하는 복수의 지연셀이 직렬로 연결된 지연 선로,
상기 복수의 지연셀의 출력단에 각각 연결되며, 연결된 지연셀의 출력 신호와 상기 DCO 클록 신호를 이용하여 DFF(D-Flip Flop) 신호를 생성하는 복수의 D 플립플롭, 그리고
상기 DFF 신호를 이용하여 상기 입력 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하고, 상기 상승 에지 및 하강 에지의 위치를 카운팅하여 상기 카운트 신호를 생성하는 카운터부를 포함하는 디지털 클록 데이터 복원 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the delay line phase frequency detector comprises:
A delay line in which a plurality of delay cells through which the input signal passes are serially connected,
A plurality of D flip-flops connected to the output terminals of the plurality of delay cells, each of the D flip-flops generating a DFF (D-Flip Flop) signal using an output signal of the delay cell connected to the delay cell and the DCO clock signal;
And a counter unit for detecting a rising edge and a falling edge of the input signal using the DFF signal and counting the positions of the rising edge and the falling edge to generate the count signal.
제2항에 있어서,
상기 카운터부는,
이웃한 상기 DFF 신호가 ‘10’이면 상기 하강 에지로 판단하고 이웃한 상기 DFF 신호가 ‘01’이면 상기 상승 에지로 판단하여 상기 입력 신호의 상승 에지 및 하강 에지의 지연셀에서의 위치를 검출하는 디지털 클록 데이터 복원 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein,
If the neighboring DFF signal is '10', it is determined to be the falling edge. If the neighboring DFF signal is '01', it is determined that the rising edge is detected and the position of the rising edge and the falling edge of the input signal is detected Digital clock data recovery device.
제2항에 있어서,
상기 지연선로 위상 주파수 검출기는,
상기 복수의 지연셀 중 중앙에 위치한 지연셀의 출력단과 연결된 D 플립플롭의 DFF 신호를 동기화를 위한 잠금 과정에서 상기 분주 인자 생성기로 출력하고 동기화 이후에는 호스트(host)로 출력하는 디지털 클록 데이터 복원 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the delay line phase frequency detector comprises:
A digital clock data recovery unit for outputting the DFF signal of the D flip-flop connected to the output terminal of the delay cell located at the center among the plurality of delay cells to the division factor generator in the locking process for synchronization, .
제1항에 있어서,
상기 분주 인자 생성기는,
서로 다른 분주값을 가지는 DCO 클록 신호에 대응하여 동작하되, 상기 복수의 샘플링 데이터를 저장하는 복수의 시프트 레지스터, 그리고
기 저장된 프리앰블과 상기 복수의 샘플링 데이터의 일치 여부를 판단하고, 상기 샘플링 데이터 중 상기 기 저장된 프리앰블과의 일치 횟수가 설정값 이상이면 해당 샘플링 데이터에 대응하는 분주값으로 상기 분주율을 생성하는 제어부를 포함하는 디지털 클록 데이터 복원 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the division factor generator comprises:
A plurality of shift registers which operate in response to DCO clock signals having different division values, the shift registers storing the plurality of sampling data,
A control unit for determining whether or not the preamble stored beforehand matches the plurality of sampling data and generating the division ratio with a division value corresponding to the sampling data if the number of times of matching the preamble with the preamble is equal to or larger than a preset value A digital clock data recovery device.
제1항에 있어서,
PVT 변이에 따른 상기 디지털 제어 발진기의 동작 오차가 반영된 PVT 클록 신호의 주파수와 기준 클록 신호의 주파수를 비교하여 주파수 차이를 판단하며, 상기 판단된 주파수 차이에 따른 주파수 보정 신호를 생성하는 3단 위상 주파수 검출기(3SPFD)를 더 포함하는 디지털 클록 데이터 복원 장치.
The method according to claim 1,
Wherein a frequency difference between the frequency of the PVT clock signal reflecting the operation error of the digital controlled oscillator according to the PVT variation and the frequency of the reference clock signal is determined, Detector (3SPFD). ≪ / RTI >
제6항에 있어서,
상기 주파수 보정 신호는,
상기 프로그래머블 분주기의 분주율을 낮추는 제1 보정 신호,
상기 DCO 클록 신호의 주파수를 낮추는 UP 신호,
상기 프로그래머블 분주기의 분주율을 높이는 제2 보정 신호, 그리고
상기 DCO 클록 신호의 주파수를 높이는 DOWN 신호를 포함하는 디지털 클록 데이터 복원 장치.
The method according to claim 6,
The frequency-
A first correction signal for lowering the frequency division ratio of the programmable frequency divider,
An UP signal for lowering the frequency of the DCO clock signal,
A second correction signal for increasing the frequency division ratio of the programmable frequency divider, and
And a DOWN signal for increasing the frequency of the DCO clock signal.
KR1020170090314A 2017-07-17 2017-07-17 Digital clock data recovery apparatus using delayed line phase frequency detection KR101885033B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170090314A KR101885033B1 (en) 2017-07-17 2017-07-17 Digital clock data recovery apparatus using delayed line phase frequency detection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170090314A KR101885033B1 (en) 2017-07-17 2017-07-17 Digital clock data recovery apparatus using delayed line phase frequency detection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101885033B1 true KR101885033B1 (en) 2018-08-02

Family

ID=63251470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170090314A KR101885033B1 (en) 2017-07-17 2017-07-17 Digital clock data recovery apparatus using delayed line phase frequency detection

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101885033B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10644710B2 (en) 2018-08-21 2020-05-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Electronic circuit for adjusting phase of clock
KR20220075079A (en) * 2020-11-27 2022-06-07 한국전자기술연구원 Correction device and method for nonlinear compensation mapping

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T. Iizuka 외, "A true 4-cycle lock reference-less all-digital burst-mode CDR utilizing coarse-fine phase generator with embedded TDC," 2013 IEEE Custom Integrated Circuits Conference, 2013. 09. *
Y. Urano 외, "A 1.26mW/Gbps 8 locking cycles versatile all-digital CDR with TDC combined DLL," 2013 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, pp. 1576-1579, 2013. 05. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10644710B2 (en) 2018-08-21 2020-05-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Electronic circuit for adjusting phase of clock
KR20220075079A (en) * 2020-11-27 2022-06-07 한국전자기술연구원 Correction device and method for nonlinear compensation mapping
KR102442717B1 (en) * 2020-11-27 2022-09-14 한국전자기술연구원 Correction device and method for nonlinear compensation mapping

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10511312B1 (en) Metastable-free output synchronization for multiple-chip systems and the like
US7388415B2 (en) Delay locked loop with a function for implementing locking operation periodically during power down mode and locking operation method of the same
US8155256B2 (en) Method and apparatus for asynchronous clock retiming
US6005425A (en) PLL using pulse width detection for frequency and phase error correction
US20060001464A1 (en) Digital PLL circuit
KR20090047882A (en) Frequency calibration apparatus and method in frequency synthesizer
US6897691B2 (en) Phase locked loop with low steady state phase errors and calibration circuit for the same
US6819153B2 (en) Semiconductor device for clock signals synchronization accuracy
CN113497620A (en) Clock data recovery circuit and multiplexer circuit
KR101738875B1 (en) Coarse lock detector and delay locked loop comprising the same
US7382169B2 (en) Systems and methods for reducing static phase error
KR101885033B1 (en) Digital clock data recovery apparatus using delayed line phase frequency detection
KR20100056156A (en) Phase locked loop circuit, method of operating phase locked loop circuit, and semiconductor memory device including phase locked loop circuit
WO2022267591A1 (en) Clock switching method and apparatus, electronic device, and computer readable storage medium
JP2003008414A (en) Clock edge detection circuit
US6967536B2 (en) Phase-locked loop circuit reducing steady state phase error
KR100531457B1 (en) Delay Locked Loop For Generating Multi-Phase Clocks Without Voltage-Controlled Oscillator
JPS5957530A (en) Phase locked loop
KR100564595B1 (en) Delay locked loop for varying size of phase interpolation step selectively
US9083360B2 (en) Lock detecter and clock generator having the same
KR100487653B1 (en) Delay-locked loop circuit with protection function
CN111371455B (en) System for dynamic switching of PLL output frequency
CN113179099B (en) Phase-locked loop circuit, control method thereof, semiconductor device and electronic equipment
WO2003049292A2 (en) Single-chip digital phase frequency synthesiser
JPH05227017A (en) Convergent mode switching type digital pll device

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant