KR102399541B1 - High speed delay-locked loop with built-in duty-cycle correction function - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고속 디지털 지연 고정 루프회로에 관한 것으로서, 입력 클럭 신호(CLKIN)를 입력받아, 지연 라인의 지연 양을 조절하여 입력 클럭 신호(CLKIN)와 출력 클럭 신호(CLKOUT) 사이의 위상 에러를 미리 설정된 지연 분해능 이내로 감소시키며, 클럭 신호의 폴링 에지의 위치를 조절하여 듀티 사이클을 보정하는 디지털 제어 지연 라인; 및 지연 고정 루프 락킹 과정에서 상기 입력 클럭 신호(CLKIN)와 출력 클럭 신호(CLKOUT) 사이의 위상 차이를 코오스 해상도로 측정하며, 코오스 딜레이 코드신호(CDC)를 생성하는 코오스 타임 투 디지털 컨버터를 포함하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로가 제공된다.The present invention relates to a high-speed digital delay locked loop circuit, which receives an input clock signal (CLK IN ) and adjusts a delay amount of a delay line to adjust a phase between an input clock signal (CLK IN ) and an output clock signal (CLK OUT ) a digitally controlled delay line that reduces the error to within a preset delay resolution and corrects the duty cycle by adjusting the position of the falling edge of the clock signal; and a coarse time-to-digital converter that measures the phase difference between the input clock signal CLK IN and the output clock signal CLK OUT with coarse resolution in the delay locked loop locking process and generates a coarse delay code signal CDC. A high-speed digital delay locked loop circuit with built-in duty cycle correction is provided.

Description

듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로 {High speed delay-locked loop with built-in duty-cycle correction function}High speed delay-locked loop with built-in duty-cycle correction function

본 발명은 클럭 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타임 투 디지털 컨버터(Time-to-digital converter) 기반의 감지 방식을 디지털 지연 고정루프와 듀티 사이클 보정에 반복하여 적용함으로써, 고주파수 동작과 듀티 사이클 보정이 동시에 가능한 고속 디지털 지연 고정 루프회에 관한 것이다. The present invention relates to a high-speed digital delay locked loop circuit with a built-in clock duty cycle correction function. It relates to a high-speed digital delay-locked loop circuit capable of simultaneously performing high-frequency operation and duty cycle correction by repeatedly applying it to .

멀티미디어용 데이터처럼 주고받아야 할 데이터의 용량이 커짐에 따라 다양한 I/O 인터페이스 애플리케이션에서 높은 데이터 전송 속도가 요구되고 있으며 이를 충족하기 위해 고속, 고주파수의 동작이 가능한 SOC용 클럭킹 회로가 필요하다. 특히 DDR5 SDRAM같은 경우 최대 3.2GHz의 동작주파수 및 6.4Gbps의 데이터 전송 속도의 성능 수준을 요구한다. 칩 내부에 집적된 수많은 아날로그 및 디지털 회로들을 동기화된 클럭으로 동작시키기 위해서 입출력 간의 위상 스큐를 제거하는 SOC용 클럭킹 회로로 디지털 타입의 지연 고정 루프회로(delay-locked-loop(DLL))가 많이 사용된다.As the capacity of data to be sent and received increases, such as data for multimedia, high data transmission rates are required in various I/O interface applications. In particular, DDR5 SDRAM requires a performance level of up to 3.2GHz operating frequency and 6.4Gbps data transfer rate. In order to operate numerous analog and digital circuits integrated in the chip with synchronized clocks, a digital type delay-locked-loop (DLL) is widely used as a clocking circuit for SOC that eliminates the phase skew between input and output. do.

고속 인터페이스 구현을 위한 DDR(double-data-rate) DRAM용 메모리 인터페이스 또는 더블 샘플링 아날로그 투 디지털 컨버터(double sampling analog to digital converter(ADC)), 클럭 및 데이터 리커버피(clock and data recovery(CDR)) 등의 애플리케이션에서 출력 클럭의 라이징 에지와 폴링 에지를 모두 사용하여 더블 데이터 레이트 (double data rate: DDR) 기능을 구현하기 위해, 단순히 지연 고정 루프 회로 뿐만 아니라 클럭의 듀티 사이클을 50%로 보정해주는 듀티 사이클 보정(DCC) 회로가 필수적으로 필요하다. Memory interface or double sampling analog to digital converter (ADC), clock and data recovery (CDR) for double-data-rate (DDR) DRAM for high-speed interface implementation To implement double data rate (DDR) functionality using both the rising and falling edges of the output clock in applications such as A cycle correction (DCC) circuit is essential.

기존의 타임 투 디지털 컨버터 (Time-to-Digital Converter: TDC) 기반의 지연 고정 루프회로들은 타임 투 디지털 컨버터를 사용하였기 때문에 락킹 속도는 빠르지만, 듀티 사이클 보정 기능을 포함하고 있지 않아서 DDR 애플리케이션 적용에 한계가 있었다. The existing time-to-digital converter (TDC)-based delay-locked loop circuits use a time-to-digital converter, so the locking speed is fast, but they do not include a duty cycle correction function, so they are not suitable for DDR applications. There were limits.

도 1은 종래 기술에 따라 듀티 사이클 보정 기능이 디지털 지연 고정 루프 외에 있는 회로의 개략 구성도이며, 도 2는 종래 기술에 따른 듀티 사이클 보정 기능이 디지털 지연 고정 루프 내에 포함된 회로의 개략 구성도이다.1 is a schematic block diagram of a circuit in which a duty cycle correction function according to the prior art is outside of a digital delay locked loop, and FIG. 2 is a schematic block diagram of a circuit in which a duty cycle correction function according to the prior art is included in a digital delay locked loop .

지연 고정 루프회로와 듀티 사이클 보정 회로를 각각 별개로 설계할 경우 도 1과 같이, 지연 고정 루프회로의 출력단에 듀티 사이클 보정회로를 추가하여, 듀티 사이클 보정 기능을 추가해야 한다. 그러나, 이럴 경우 추가된 듀티 사이클 보정 회로로 인한 시간지연으로 인해 지연 고정 루프회로의 락킹 이후에 듀티 사이클 보정회로의 출력과 지연 고정 루프회로의 출력 및 지연 고정 루프회로의 입력 사이에 위상 에러가 발생할 수 있다. When the delay locked loop circuit and the duty cycle correction circuit are separately designed, a duty cycle correction function must be added by adding a duty cycle correction circuit to the output terminal of the delay locked loop circuit as shown in FIG. 1 . However, in this case, a phase error may occur between the output of the duty cycle correction circuit and the output of the delay locked loop circuit and the input of the delay locked loop circuit after the delay locked loop circuit is locked due to the time delay caused by the added duty cycle correction circuit. can

이러한 문제 해결을 위해 도 2에서와 같이, 듀티 사이클 보정 회로를 지연 고정 루프회로의 루프 내의 앞단 혹은 뒷단에 추가하는 방법으로 설계가 주로 이루어져 왔다. 그러나, 도 2에 따른 구조는 추가된 듀티 사이클 보정회로에 의한 시간지연이 커지기 때문에 고주파수 구현이 어려운 문제점이 있었다.In order to solve this problem, as shown in FIG. 2 , a design has been mainly made by adding the duty cycle correction circuit to the front or rear end of the loop of the delay locked loop circuit. However, the structure according to FIG. 2 has a problem in that it is difficult to implement a high frequency because the time delay due to the added duty cycle correction circuit increases.

한국등록특허 제10-0670695호Korean Patent Registration No. 10-0670695

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to overcome the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a high-speed digital delay locked loop circuit having a duty cycle correction function.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 입력 클럭 신호(CLKIN)를 입력받아, 지연 라인의 지연 양을 조절하여 입력 클럭 신호(CLKIN)와 출력 클럭 신호(CLKOUT) 사이의 위상 에러를 미리 설정된 지연 분해능 이내로 감소시키며, 클럭 신호의 폴링 에지의 위치를 조절하여 듀티 사이클을 보정하는 디지털 제어 지연 라인; 및 지연 고정 루프 락킹 과정에서 상기 입력 클럭 신호(CLKIN)와 출력 클럭 신호(CLKOUT) 사이의 위상 차이를 코오스 해상도로 측정하며, 코오스 딜레이 코드신호(CDC)를 생성하는 코오스 타임 투 디지털 컨버터를 포함하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로가 제공된다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a phase error between the input clock signal CLK IN and the output clock signal CLK OUT is preliminarily received by receiving the input clock signal CLK IN and adjusting the delay amount of the delay line. a digitally controlled delay line that reduces the delay within the set delay resolution and corrects the duty cycle by adjusting the position of the falling edge of the clock signal; and a coarse time-to-digital converter that measures the phase difference between the input clock signal CLK IN and the output clock signal CLK OUT with coarse resolution in the delay locked loop locking process and generates a coarse delay code signal CDC. A high-speed digital delay locked loop circuit with built-in duty cycle correction is provided.

상기 디지털 제어 지연 라인은 사용되는 지연 셀의 개수를 조절하여 지연량을 조절하는 코오스 지연 라인; 상기 코오스 지연 라인의 전단에 위치하며, 상기 코오스 지연 라인에 비해 상대적으로 고해상도로 지연량을 조절하는 제1 하프 파인 지연 라인; 및 상기 코오스 지연 라인의 후단에 위치하며, 상기 코오스 지연 라인에 비해 상대적으로 고해상도로 지연량을 조절하는 제2 하프 파인 지연 라인을 포함한다. The digitally controlled delay line includes: a coarse delay line for adjusting the amount of delay by adjusting the number of delay cells used; a first half-fine delay line positioned in front of the coarse delay line and configured to adjust a delay amount with a relatively high resolution compared to the coarse delay line; and a second half-fine delay line positioned at a rear end of the coarse delay line and configured to adjust a delay amount with a relatively high resolution compared to the coarse delay line.

상기 코오스 타임 투 디지털 컨버터로부터 코오스 딜레이 코드신호(CDC)를 입력받아 저장하며, 상기 코오스 딜레이 코드신호에 따라 상기 코오스 지연 라인의 동작을 제어하는 DLL 코오스 시프트 레지스터를 더 포함한다. It further includes a DLL coarse shift register that receives and stores a coarse delay code signal CDC from the coarse time-to-digital converter and controls the operation of the coarse delay line according to the coarse delay code signal.

상기 코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 측정하지 못한 위상 차이를 측정하며, 측정된 파인 딜레이를 인코딩하여 파인 딜레이 코드신호(FDC; Fine Delay Code)를 생성하는 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터를 더 포함한다. The coarse time-to-digital converter further includes a first vernier fine time-to-digital converter that measures a phase difference that is not measured, and encodes the measured fine delay to generate a fine delay code signal (FDC).

상기 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터로부터 입력받은 파인 딜레이 코드신호(FDC)를 저장하며, 상기 디지털 제어 지연 라인의 제1 하프 파인 지연 라인과 제2 하프 파인 지연 라인의 파인 지연을 제어하기 위한 파인코드 신호(F[15:0])를 생성하여 인가하는 DLL 파인 시프트 레지스터를 더 포함한다. A fine delay code signal (FDC) received from the first vernier fine time-to-digital converter is stored, and fine for controlling fine delays of the first half-fine delay line and the second half-fine delay line of the digitally controlled delay line. and a DLL fine shift register for generating and applying a code signal F[15:0].

상기 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터는 2개의 지연 라인을 사용하며, 각 지연 라인에 사용되는 지연 셀은 측정하고자 하는 두 위상의 간격을 (Δt) 단위로 좁혀가면서 각각의 위상을 측정한다. The first vernier fine time-to-digital converter uses two delay lines, and a delay cell used for each delay line measures each phase while narrowing the interval between two phases to be measured by (Δt).

상기 입력 클럭 신호(CLKIN)와 출력 클럭 신호(CLKOUT)의 위상을 비교하여 에러를 추적하는 위상 감지기를 더 포함한다. The apparatus further includes a phase detector for tracking an error by comparing the phases of the input clock signal CLK IN and the output clock signal CLK OUT .

지연 고정 루프 락킹 이후, 상기 코오스 타임 투 디지털 컨버터는 듀티 사이클 보정 락킹 과정에서 펄스 폭을 코오스 해상도로 측정하여, 출력 클럭 신호(CLKOUT)의 폴링 에지의 위치를 측정하며, 측정된 폴링 에지 위치에 대한 코오스 듀티 사이클 보정 코드신호(CDCC; Coarse Duty Cycle Code)를 생성할 수 있다. After locking the delay locked loop, the coarse time-to-digital converter measures the pulse width with coarse resolution during the duty cycle correction locking process, measures the position of the falling edge of the output clock signal CLK OUT , and A coarse duty cycle correction code signal (CDCC) may be generated.

상기 코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 생성된 코오스 듀티 사이클 보정신호(CDCC)를 입력받아, 디지털 제어 지연 라인의 코오스 지연 라인을 제어하는 제어 신호를 생성하는 DCC 코오스 시프트 레지스터를 더 포함한다. It further includes a DCC coarse shift register that receives the coarse duty cycle correction signal (CDCC) generated by the coarse time-to-digital converter and generates a control signal for controlling the coarse delay line of the digital control delay line.

상기 코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 측정하지 못한 폴링 에지와 락킹 포인트 사이의 위상 차이를 측정하며, 측정된 위상 차이를 인코딩한 파인 듀티 사이클 보정 코드신호(FDCC[16:0]; Fine Duty Cycle Code)를 생성하는 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터를 더 포함한다. The coarse time-to-digital converter measures the phase difference between the falling edge and the locking point, which cannot be measured, and a fine duty cycle correction code signal (FDCC[16:0]; Fine Duty Cycle Code) encoding the measured phase difference is obtained. It further includes a second vernier fine time-to-digital converter for generating.

파인 듀티 사이클 보정을 제어하기 위한 파인 듀티사이클 코드 신호(FD[15:0])를 생성하여, 상기 디지털 제어 지연 라인의 제1 하프 파인 지연 라인과 제2 하프 파인 지연 라인에 인가하는 DCC 파인 시프트 레지스터를 제어한다. 이때, 상기 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터가 DCC 파인 시프트 레지스터로 역할이 바뀌어 재사용 된다.DCC fine shift applied to the first half-fine delay line and the second half-fine delay line of the digitally controlled delay line by generating a fine duty cycle code signal (FD[15:0]) for controlling the fine duty cycle correction control the register. At this time, the role of the second vernier fine time-to-digital converter is changed to a DCC fine shift register and reused.

상기 출력 클럭 신호(CLKOUT)를 입력받아, 모드 전환을 위한 인에이블 신호를 생성하여 출력하는 타이밍 제어기를 더 포함한다. The apparatus further includes a timing controller receiving the output clock signal CLK OUT and generating and outputting an enable signal for mode change.

상기 코오스 지연 라인(CDL)은 다수개의 코오스 지연 유닛(CDU; Coarse delay unit)으로 구성된다. The coarse delay line CDL includes a plurality of coarse delay units (CDUs).

상기 코오스 지연 유닛(CDU)은 라이징 에지 지연은 일정하게 유지하지만, 입력되는 디지털 코드(CDA, CDB)에 따라 폴링 에지를 좌우로 시프트할 수 있는 디지털 폴링 에지 시프터(DFES; Digital falling edge shifter)를 포함한다. The coarse delay unit (CDU) maintains the rising edge delay constant, but a digital falling edge shifter (DFES) capable of shifting the falling edge left and right according to the input digital code (C DA , C DB ) ) is included.

상기 제1 및 제2 하프 파인 지연라인 각각은, 복수개의 파인 지연 유닛(FDU; Fine delay unit)과, 상기 복수개의 파인 지연 유닛의 출력단에 연결된 파인 디지털 폴링 에지 시프터를 포함한다. Each of the first and second half-fine delay lines includes a plurality of fine delay units (FDUs) and fine digital falling edge shifters connected to output terminals of the plurality of fine delay units.

듀티 사이클 보정의 파인 락킹을 위해, 상기 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터는 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터 보다 더 고해상도인 것을 특징으로 한다. For fine locking of duty cycle correction, the second vernier fine time-to-digital converter has a higher resolution than the first vernier fine time-to-digital converter.

본 발명은 타임 투 디지털 컨버터 기반의 감지 방식을 디지털 지연 고정 루프와 듀티 사이클 보정에 반복하여 적용함으로써 빠른 락킹 속도를을 얻을 수 있다.The present invention can obtain a fast locking speed by repeatedly applying the time-to-digital converter-based sensing method to the digital delay locked loop and the duty cycle correction.

또한, 지연 라인은 듀티 사이클 보정 기능을 갖는 지연 셀을 사용함으로써, 지연 라인 자체가 위상 스큐 및 듀티 사이클 에러를 측정 및 보정하므로 지연 고정 루프 내에 추가적인 듀티 사이클 보정 회로가 필요치 않게 되어 제조 공정의 단순화 및 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다. In addition, the delay line uses a delay cell with duty cycle correction, so that the delay line itself measures and corrects phase skew and duty cycle errors, eliminating the need for additional duty cycle correction circuitry within the delay locked loop, simplifying and simplifying the manufacturing process. Cost savings can be achieved.

도 1은 종래 기술에 따른 디지털 지연 고정 루프 회로와 루프 외에 듀티사이클 보정회로가 추가되어있는 회로의 개략 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 듀티 사이클 보정 기능이 디지털 지연 고정 루프 내에 포함된 회로의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로의 개략 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로의 전체 동작 과정을 나타낸 도이다.
도 6은 디지털 제어 지연 라인과 코오스 타임 투 디지털 컨버터의 구성을 나타낸 도이다.
도 7a는 디지털 제어 지연 라인의 코오스 지연 유닛(CDU)의 구성을 나타낸 도이며, 도 7b는 코오스 지연 유닛의 동작을 나타낸 도이다.
도 8은 하프 파인 지연 라인(HFDL)의 구성을 나타낸 도이다.
도 9a 및 도 9b는 지연 고정 루프 락킹 모드에서 위상 차이 감지시 코오스 타임 투 디지털 컨버터의 동작을 나타낸 도이다.
도 10은 제1 버니어 파인 TDC와 DLL 파인 시프트 레지스터의 구성을 나타낸 도이다.
도 11은 듀티 사이클 보정 락킹 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 12a는 펄스 폭 감지를 위한 코오스 타임 투 디지털 컨버터의 동작을 나타낸 도이며, 도 12b는 펄스 폭 감지의 타이밍도 및 출력 코드이다.
도 13은 DCC 코오스 시프트 레지스터의 구성을 나타낸 도이다.
도 14는 제2 버니어 파인 TDC와 DCC 파인 시프트 레지스터의 구성을 나타낸 도이다.
도 15는 DCC 코오스 시프트 레지스터의 폴링 에지를 제어하는 과정을 나타낸 도이다.
도 16은 제2 버니어 파인 TDC의 타이밍도이다.
도 17은 본 발명에 따른 락킹 과정을 도시한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다.
1 is a schematic configuration diagram of a circuit in which a duty cycle correction circuit is added in addition to a digital delay locked loop circuit and a loop according to the prior art.
2 is a schematic block diagram of a circuit in which a duty cycle correction function according to the prior art is included in a digital delay locked loop.
3 is a schematic configuration diagram of a high-speed digital delay locked loop circuit incorporating a duty cycle correction function according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a high-speed digital delay locked loop circuit with a built-in duty cycle correction function shown in FIG. 3 .
5 is a view showing the entire operation process of the high-speed digital delay locked loop circuit incorporating the duty cycle correction function according to the present invention.
6 is a diagram showing the configuration of a digital control delay line and a coarse time-to-digital converter.
7A is a diagram illustrating the configuration of a coarse delay unit (CDU) of a digitally controlled delay line, and FIG. 7B is a diagram illustrating an operation of the coarse delay unit.
8 is a diagram illustrating a configuration of a half-fine delay line (HFDL).
9A and 9B are diagrams illustrating an operation of a coarse time-to-digital converter when a phase difference is detected in a delay locked loop locking mode.
10 is a diagram showing the configuration of the first vernier fine TDC and the DLL fine shift register.
11 is a flowchart illustrating a duty cycle correction locking process.
12A is a diagram illustrating an operation of a coarse time-to-digital converter for pulse width detection, and FIG. 12B is a timing diagram and output code for pulse width detection.
13 is a diagram showing the configuration of a DCC coarse shift register.
14 is a diagram showing the configuration of the second vernier fine TDC and DCC fine shift registers.
15 is a diagram illustrating a process of controlling a falling edge of a DCC coarse shift register.
16 is a timing diagram of a second vernier fine TDC.
17 is a view showing a simulation result showing a locking process according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로의 개략 구성도이며, 도 4는 도 3에 도시된 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로의 구성도이다.3 is a schematic configuration diagram of a high-speed digital delay locked loop circuit with a built-in duty cycle correction function according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a high-speed digital delay locked loop with a built-in duty cycle correction function shown in FIG. It is a schematic diagram of the circuit.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로(100)는 디지털 제어 지연 라인(DCDL;digitally controlled delay line)(110), 코오스 타임 투 디지털 컨버터(CTDC; coarse time-to-digital converter)(120), DLL 코오스 시프트 레지스터(DLL Coarse shift register)(130), 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터(Vernier fine TDC(DLL))(140), DLL 파인 시프트 레지스터(DLL Fine shift register)(150), 위상 감지기(160), DCC 코오스 시프트 레지스터(DCC Coarse shift register)(170), 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터(Vernier fine TDC(DCC))(180), DCC 파인 시프트 레지스터(DCC fine shift register)(190) 및 타이밍 제어기(200)를 포함한다. DLL은 delay-locked-loop를 의미하며, DCC는 duty cycle correction을 의미한다.3 and 4, the high-speed digital delay fixed loop circuit 100 with a built-in duty cycle correction function according to an embodiment of the present invention includes a digitally controlled delay line (DCDL) 110, Coarse time-to-digital converter (CTDC) 120, DLL coarse shift register (DLL coarse shift register) 130, first vernier fine time-to-digital converter (Vernier fine TDC (DLL)) 140, DLL fine shift register 150, phase detector 160, DCC coarse shift register 170, second vernier fine time-to-digital converter (Vernier fine TDC) (DCC) 180 , a DCC fine shift register 190 and a timing controller 200 . DLL stands for delay-locked-loop, and DCC stands for duty cycle correction.

디지털 제어 지연 라인(DCDL;digitally controlled delay line)(110)은 입력 클럭 신호(CLKIN)를 입력받아, 지연 라인의 지연 양을 조절하여 입력 클럭 신호(CLKIN)와 출력 클럭 신호(CLKOUT) 사이의 위상 에러 혹은 스큐 (skew)를 미리 설정된 지연 분해능 이내로 감소시키며, 클럭 신호의 폴링 에지(falling edge)의 위치를 조절하여 듀티 사이클을 보정하는 기능을 수행한다.A digitally controlled delay line (DCDL) 110 receives an input clock signal (CLK IN ), adjusts the delay amount of the delay line, an input clock signal (CLK IN ) and an output clock signal (CLK OUT ) It reduces the phase error or skew between the two within a preset delay resolution, and performs a function of correcting the duty cycle by adjusting the position of the falling edge of the clock signal.

디지털 제어 지연 라인(110)은 코오스 지연 라인(CDL; Coarse delay line)(115), 제1 하프 파인 지연 라인(HFDL; Half Fine Delay Line)(111) 및 제2 하프 파인 지연 라인(112)을 포함한다.The digitally controlled delay line 110 connects a coarse delay line (CDL) 115 , a first half fine delay line (HFDL) 111 , and a second half-fine delay line 112 . include

코오스 지연 라인(115)은 클럭 신호의 폴링 에지 위치를 조절하여 지연량을 조절하는 기능을 수행한다.The coarse delay line 115 performs a function of adjusting the delay amount by adjusting the position of the falling edge of the clock signal.

제1 하프 파인 지연 라인(111)은 코오스 지연 라인(115)의 전단에 위치하며, 제2 하프 파인 지연 라인(112)은 코오스 지연 라인(115)의 후단에 위치하여 구성된다. 제1 및 제2 하프 파인 지연 라인(111, 112)은 코오스 지연 라인(115)에 비해 상대적으로 고해상도로 지연량을 조절하는 기능을 수행한다. The first half-fine delay line 111 is positioned at the front end of the coarse delay line 115 , and the second half-fine delay line 112 is positioned at the rear end of the coarse delay line 115 . The first and second half-fine delay lines 111 and 112 perform a function of adjusting the delay amount with a relatively high resolution compared to the coarse delay line 115 .

코오스 타임 투 디지털 컨버터(coarse time-to-digital converter)(120)는 지연 고정 루프 락킹 과정에서 입력 클럭 신호(CLKIN)와 출력 클럭 신호(CLKOUT) 사이의 위상 차이를 코오스(coarse) 해상도로 측정하며, 측정된 코오스 딜레이(coarse delay)를 인코딩하여 코오스 딜레이 코드신호(CDC; Coarse Delay Code)를 생성한다.The coarse time-to-digital converter 120 converts the phase difference between the input clock signal CLK IN and the output clock signal CLK OUT to coarse resolution in the delay locked loop locking process. It measures and encodes the measured coarse delay to generate a coarse delay code signal (CDC; Coarse Delay Code).

또한, 듀티 사이클 보정 락킹 과정에서 펄스 폭 즉, 듀티 사이클을 코오스(coarse) 해상도로 측정한다. In addition, in the duty cycle correction locking process, a pulse width, ie, a duty cycle, is measured with coarse resolution.

DLL 코오스 시프트 레지스터(DLL Coarse shift register)(130)는 코오스 타임 투 디지털 컨버터(120)에서 측정된 코오스 딜레이를 인코딩하여 생성한 코오스 딜레이 코드신호(CDC)를 코오스 타임 투 디지털 컨버터(120)로부터 입력받아 저장한다.The DLL coarse shift register 130 inputs the coarse delay code signal CDC generated by encoding the coarse delay measured by the coarse time-to-digital converter 120 from the coarse time-to-digital converter 120 . take and save

제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터(Vernier fine TDC(DLL))(140)는 코오스 타임 투 디지털 컨버터(coarse time-to-digital converter)(120)로 측정하지 못한 위상 차이를 측정하며, 측정된 파인 딜레이를 인코딩하여 파인 딜레이 코드신호(FDC; Fine Delay Code)를 생성한다.The first vernier fine time-to-digital converter (Vernier fine TDC (DLL)) 140 measures the phase difference that was not measured by the coarse time-to-digital converter 120, and the measured fine A fine delay code signal (FDC) is generated by encoding the delay.

이때, 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터는 2개의 지연 라인을 사용하며, 각 지연 라인에 사용되는 지연 셀은 측정하고자 하는 최고 해상도에 해당하는 지연 차이(Δt)를 가진다. 측정하고자 하는 두 위상의 간격을 (Δt) 단위로 좁혀가면서 각각의 위상을 측정하면 코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 측정하지 못한 위상 차이를 측정할 수 있게 된다.In this case, the first vernier fine time-to-digital converter uses two delay lines, and a delay cell used for each delay line has a delay difference Δt corresponding to the highest resolution to be measured. If each phase is measured while narrowing the interval between the two phases to be measured by (Δt), it is possible to measure the phase difference that the coarse time-to-digital converter cannot measure.

DLL 파인 시프트 레지스터(DLL fine shift register)(150)는 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터(140)에서 측정된 파인 딜레이를 인코딩하여 생성한 파인 딜레이 코드신호(FDC)를 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터(140)로부터 입력받아 저장한다.The DLL fine shift register 150 converts the fine delay code signal FDC generated by encoding the fine delay measured by the first vernier fine time-to-digital converter 140 to the first vernier fine time-to-digital converter 140 . It receives input from the converter 140 and stores it.

그리고, 저장된 파인 딜레이 코드신호(FDC[15:0])를 저장한 후, 디지털 제어 지연 라인의 제1 하프 파인 지연 라인과 제2 하프 파인 지연 라인의 파인 지연을 제어하기 위한 파인코드 신호(F[15:0])를 생성하여 인가한다.Then, after storing the stored fine delay code signal FDC[15:0], the fine code signal F for controlling the fine delay of the first half-fine delay line and the second half-fine delay line of the digital control delay line [15:0]) is created and authorized.

위상 감지기(160)는 입력 클럭 신호(CLKIN)와 출력 클럭 신호(CLKOUT)의 위상을 비교하여 에러를 추적하는 기능을 수행한다. The phase detector 160 compares the phases of the input clock signal CLK IN and the output clock signal CLK OUT to track an error.

지연 고정 루프 락킹 이후에, 코오스 타임 투 디지털 컨버터(coarse time-to-digital converter)(120)는 듀티 사이클 보정 락킹 과정에서 펄스 폭을 코오스(coarse) 해상도로 측정한다. 즉, 출력 클럭 신호(CLKOUT)의 폴링 에지(falling edge)의 위치를 측정하며, 측정된 폴링 에지 위치에 대한 코오스 듀티 사이클 보정신호(CDCC)를 생성하며, 생성된 코오스 듀티 사이클 보정신호를 DCC 코오스 시프트 레지스터(170)에 인가한다.After the delay locked loop locking, the coarse time-to-digital converter 120 measures the pulse width with coarse resolution during the duty cycle correction locking process. That is, the position of the falling edge of the output clock signal CLK OUT is measured, and a coarse duty cycle correction signal CDCC is generated for the measured falling edge position, and the generated coarse duty cycle correction signal is DCC applied to the coarse shift register 170 .

DCC 코오스 시프트 레지스터(DCC Coarse shift register)(170)는 코오스 듀티 사이클 보정신호(CDCC)를 입력받아, 디지털 제어 지연 라인(DCDL;digitally controlled delay line)의 코오스 지연 라인(Coarse delay line)을 제어하는 제어 신호를 생성한다. DCC coarse shift register (DCC coarse shift register) 170 receives a coarse duty cycle correction signal (CDCC) as an input to control a coarse delay line (Coarse delay line) of a digitally controlled delay line (DCDL) Generates a control signal.

제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터(Vernier fine TDC(DCC))(180)는 코오스 타임 투 디지털 컨버터(coarse time-to-digital converter)(120)에서 측정하지 못한 폴링 에지와 락킹 포인트(즉, 50% 듀티비) 사이의 위상 차이를 측정하며, 측정된 위상 차이를 파인 듀티 사이클 보정 코드신호(FDCC[16:0])를 생성한다.The second vernier fine time-to-digital converter (Vernier fine TDC (DCC)) 180 has a falling edge and a locking point (ie, 50) that are not measured by the coarse time-to-digital converter 120 . % duty ratio), and generates a fine duty cycle correction code signal (FDCC[16:0]) based on the measured phase difference.

DCC 파인 시프트 레지스터(DCC fine shift register)(190)는 파인 듀티 사이클 보정을 제어하기 위한 파인 듀티사이클 코드 신호(FD[15:0])를 생성하여, 디지털 제어 지연 라인의 제1 하프 파인 지연 라인과 제2 하프 파인 지연 라인에 인가한다.The DCC fine shift register 190 generates a fine duty cycle code signal FD[15:0] for controlling fine duty cycle correction, so that the first half-fine delay line of the digitally controlled delay line and to the second half-fine delay line.

타이밍 제어기(200)는 출력 클럭 신호(CLKOUT)를 입력받아, 모드 전환을 위한 인에이블 신호를 생성하여 출력한다. 즉, 타이밍 제어기(200)는 CE(코오스 인에이블 신호), FE(코오스 인에이블 신호), STORE 및 TE 신호를 생성한다. The timing controller 200 receives the output clock signal CLK OUT , generates and outputs an enable signal for mode conversion. That is, the timing controller 200 generates C E (coarse enable signal), FE (coarse enable signal), STORE, and TE signals.

도 5는 본 발명에 따른 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로의 전체 동작 과정을 나타낸 도이다. 도 5를 참조하면, 우선 지연 고정 루프(DLL) 락킹은 6 사이클 동안 행해지며, 듀티 사이클 보정(DCC) 락킹은 위상 정렬 후, 7사이클 이후에 시작된다.5 is a view showing the entire operation process of the high-speed digital delay locked loop circuit incorporating the duty cycle correction function according to the present invention. Referring to FIG. 5 , first, delay locked loop (DLL) locking is performed for 6 cycles, and duty cycle correction (DCC) locking is started 7 cycles after phase alignment.

처음 6 사이클의 지연 고정 루프 락킹 과정에서는 총 3가지 모드로 각각 2 사이클씩 동작한다. In the delay-locked loop locking process of the first 6 cycles, it operates in 3 modes, 2 cycles each.

처음 2 사이클 동안에는 코오스(Coarse) 해상도로 위상 차이를 측정한다. During the first two cycles, the phase difference is measured with coarse resolution.

다음 2 사이클 동안은 코오스(Coarse) 해상도로 측정하지 못한, 나머지 위상 차이를 코오스 해상도에 비하여 상대적으로 고해상도인 파인(Fine) 해상도로 측정한다.During the next two cycles, the remaining phase difference, which could not be measured with the coarse resolution, is measured with the fine resolution, which is relatively high-resolution compared to the coarse resolution.

마지막 2 사이클 동안은 앞에서 측정한 총 위상 차이값에 해당하는 타임 투 디지털 코드신호를 DLL 코오스 시프트 레지스터와 DLL 파인 시스트 레지스터에 저장한 후, 디지털 제어 지연 라인의 코오스 지연 라인과 제1 및 제2 하프 파인 지연 라인에 적용하여, 지연 고정 루프 락킹을 수행한다.During the last two cycles, the time-to-digital code signal corresponding to the total phase difference value measured above is stored in the DLL coarse shift register and the DLL fine-sist register, and then the coarse delay line and the first and second halves of the digital control delay line are stored. Applied to fine delay lines, delay locked loop locking is performed.

7번째 사이클 이후부터는 위상 스큐가 제거되어, 지연 고정 루프 락킹이 완료된다. After the 7th cycle, the phase skew is removed and delay-locked loop locking is completed.

7번째 사이클부터는 듀티 사이클 보정(DCC) 락킹 과정이 시작되며, 8번째 output 클럭이 TDCEN을 하이로 다시 바꾸면서 앞서 사용했던 코오스 타임 투 디지털 컨버터를 활성화 시킨 후, 9번째 사이클 동안 코오스 해상도로 펄스 폭을 측정한다. From the 7th cycle, the duty cycle correction (DCC) locking process starts, and the 8th output clock changes TDC EN back to high and activates the coarse time-to-digital converter that was used earlier, and then the pulse width with coarse resolution for the 9th cycle. measure

10번째 사이클 Apply Code(AC)가 하이로 바뀌면서 측정한 펄스 폭에 해당하는 TDC 코드가 코오스 지연 라인(CDL)에 적용된다. As the 10th cycle Apply Code (AC) turns high, the TDC code corresponding to the measured pulse width is applied to the coarse delay line (CDL).

11번째 사이클에서 듀티 사이클 보정 코오스 락킹이 제대로 완료되었는지 확인 후에, 락킹이 되었다면 12번째 사이클부터 FINEEN신호가 하이가 되어 코오스 해상도로 측정하지 못한 듀티 사이클 에러를 파인(Fine) 해상도로 측정한다. Duty cycle correction in the 11th cycle After checking whether the coarse locking is properly completed, the FINE EN signal becomes high from the 12th cycle if it is locked, and the duty cycle error that is not measured with the coarse resolution is measured with the fine resolution.

파인 해상도로 나머지 듀티 사이클 에러까지 모두 측정되었다면 AFC신호가 1이 되어 해당 TDC코드를 두 개의 하프 파인 지연 라인(HFDL)에 각각 적용하고 듀티 사이클 보정 락킹까지 모두 완료된다. If all remaining duty cycle errors are measured with fine resolution, the AFC signal becomes 1 and the corresponding TDC code is applied to the two half-fine delay lines (HFDL), respectively, and duty cycle correction locking is completed.

파인 듀티 사이클 에러 측정은 최소 3 사이클에서 최대 9사이클이 소요되며 전체 락킹 시간은 최대 24 사이클이 소요될 수 있다. Fine duty cycle error measurement takes a minimum of 3 cycles and a maximum of 9 cycles, and the total locking time can take up to 24 cycles.

락킹이 모두 완료된 이후에는 CE, FE, TDCEN, FINEEN 등의 신호가 0이되어 모든 TDC의 작동이 중지되고, 불필요한 TDC동작으로 인한 전력소모를 줄인다. After all locking is completed, signals such as C E , F E , TDC EN , FINE EN become 0 to stop all TDC operations and reduce power consumption due to unnecessary TDC operation.

도 6은 디지털 제어 지연 라인과 코오스 타임 투 디지털 컨버터의 구성을 나타낸 도이며, 도 7a는 디지털 제어 지연 라인의 코오스 지연 유닛(CDU)의 구성을 나타낸 도이며, 도 7b는 코오스 지연 유닛의 동작을 나타낸 도이며, 도 8은 하프 파인 지연 라인(HFDL)의 구성을 나타낸 도이다.6 is a diagram showing the configuration of a digital control delay line and a coarse time-to-digital converter, FIG. 7a is a diagram showing the configuration of a coarse delay unit (CDU) of a digital control delay line, and FIG. 7b is a diagram showing the operation of the coarse delay unit FIG. 8 is a diagram showing the configuration of a half-fine delay line HFDL.

디지털 제어 지연 라인(110)은 코오스 지연 라인(CDL; Coarse delay line)(115), 제1 하프 파인 지연 라인(HFDL; Half Fine Delay Line)(111) 및 제2 하프 파인 지연 라인(112)을 포함한다.The digitally controlled delay line 110 connects a coarse delay line (CDL) 115 , a first half fine delay line (HFDL) 111 , and a second half-fine delay line 112 . include

코오스 지연 라인(CDL)(115)은 다수개의 코오스 지연 유닛(CDU; Coarse delay unit)으로 구성된다. 본 실시예에서 코오스 지연 라인(115)은 16개의 코오스 지연 유닛(CDU#1 ~ CDU#16)으로 구성된다. The coarse delay line (CDL) 115 includes a plurality of coarse delay units (CDUs). In this embodiment, the coarse delay line 115 is composed of 16 coarse delay units CDU#1 to CDU#16.

각 코오스 지연 유닛(CDU)의 구체적인 회로 및 코드에 따른 작동은 도 7에 나타나있다. 도 7에는 도 6에 도시된 제3 코오스 지연 유닛(CDU#3)의 구성이 도시된다.An operation according to a specific circuit and code of each coarse delay unit (CDU) is shown in FIG. 7 . FIG. 7 shows the configuration of the third coarse delay unit CDU#3 shown in FIG. 6 .

도 7a에 표현된 코오스 지연 유닛(CDU)은 디지털 코드로 폴링 에지(falling edge)를 시프트할 수 있는 회로를 포함하며, 동시에 일정한 라이징 에지 지연(rising edge delay)를 갖는 지연셀이다. The coarse delay unit (CDU) shown in FIG. 7A is a delay cell that includes a circuit capable of shifting a falling edge with a digital code and has a constant rising edge delay at the same time.

라이징 에지 지연은 일정하게 유지하지만, 입력되는 디지털 코드(CDA, CDB)에 따라 폴링 에지를 좌우로 시프트할 수 있으므로, 디지털 폴링 에지 시프터(DFES; Digital falling edge shifter) 라고 부른다. Although the rising edge delay is kept constant, the falling edge can be shifted to the left or right according to the input digital code (C DA , C DB ), so it is called a digital falling edge shifter (DFES).

도 7b에 도시된 바와 같이, 각 코오스 지연 유닛(CDU)은 디지털 코드 CDA와 CDB가 각각 0과 1로 초기화 되어 있을 때, 80ps의 고정된 지연값(tCDU)을 가진다. As shown in FIG. 7B , each coarse delay unit CDU has a fixed delay value t CDU of 80 ps when digital codes C DA and C DB are initialized to 0 and 1, respectively.

만약 CDA 코드가 0에서 1로 변할 경우, 디지털 폴링 에지 시프터(DFES)에서 첫 번째 스테이지의 풀업 패스(pull up path)와 두 번째 스테이지의 풀다운 패스(pull down path)의 전류 구동력(current driving strength)이 약해지기 때문에 라이징 에지 지연은 80ps(tCDU)로 유지하면서 폴링 에지의 지연은 20ps 만큼 증가된다. If the C DA code changes from 0 to 1, the current driving strength of the pull up path of the first stage and the pull down path of the second stage in a digital falling edge shifter (DFES) ), the delay of the falling edge is increased by 20ps while keeping the delay of the rising edge at 80ps(t CDU ).

반대로, CDB 코드가 1에서 0으로 변할 경우에는 각각의 구동력이 세지기 때문에 마찬가지로 라이징 에지 지연은 80ps(tCDU)로 유지하면서 폴링 에지 지연만 20ps 감소한다. 이처럼 각각의 CDU는 클럭신호의 폴링 에지의 위치를 조절함으로써 듀티 사이클을 조절할 수 있게 된다.Conversely, when the C DB code changes from 1 to 0, each driving force is increased, so the rising edge delay is maintained at 80ps (t CDU ) and only the falling edge delay is reduced by 20ps. As such, each CDU can adjust its duty cycle by adjusting the position of the falling edge of the clock signal.

도 8에는 코오스 지연 라인(CDL; Coarse delay line)(115)의 양단에 배치된 제1 하프 파인 지연 라인(HFDL; Half Fine Delay Line)(111) 및 제2 하프 파인 지연 라인(112)의 구성이 도시된다. 제1 하프 파인 지연라인과 제2 하프 파인 지연라은 동일한 구조로 구성되므로, 이하에서는 제1 하프 파인 지연라인에 대해서 살펴본다.8 shows a configuration of a first half-fine delay line (HFDL) 111 and a second half-fine delay line 112 disposed at both ends of a coarse delay line (CDL) 115 . This is shown. Since the first half-fine delay line and the second half-fine delay line have the same structure, the first half-fine delay line will be described below.

제1 하프 파인 지연라인(111)은 복수개의 파인 지연 유닛(FDU; Fine delay unit)(111a)과, 파인 디지털 폴링 에지 시프터(Fine DFES; Fine Digital falling edge shifter)(111b)를 포함한다.The first half-fine delay line 111 includes a plurality of fine delay units (FDUs) 111a and a fine digital falling edge shifter (Fine DFES) 111b.

본 실시예의 경우, 제1 하프 파인 지연라인(111)은 4개의 파인 지연 유닛(111a)으로 구성되며, 파인 디지털 폴링 에지 시프터는 파인 지연 유닛의 출력단에 연결되어 구성된다. In the present embodiment, the first half-fine delay line 111 is composed of four fine delay units 111a, and the fine digital falling edge shifter is connected to the output terminal of the fine delay unit.

각 파인 지연 유닛은 4개의 션트 캐패시턴스으로 구성되며, 제1 하프 파인 지연라인은 16개의 션트 캐패시턴스 기반 지연 유닛(shunt capacitance based delay unit)이 코드 F[15:0]에 의해 제어되고, 2.5ps의 해상도로 총 40ps (2.5ps×16)범위의 지연양을 조절한다. Each fine delay unit consists of 4 shunt capacitances, the first half-fine delay line has 16 shunt capacitance based delay units controlled by the code F[15:0], and the Adjust the amount of delay in the range of 40ps (2.5ps×16) as a resolution.

제1 및 제2 하프 파인 지연라인 즉, 2개의 하프 파인 지연라인이 사용되므로 tCDU(80ps) 만큼의 지연 폭을 조절할 수 있고, 해상도는 5ps가 된다.Since the first and second half-fine delay lines, ie, two half-fine delay lines, are used, the delay width by t CDU (80 ps) can be adjusted, and the resolution becomes 5 ps.

4개의 파인 지연 유닛의 출력단에는 파인 디지털 폴링 에지 시프터(Fine DFES)가 있으며, FD코드 8개가 2ps 의 해상도로 폴링 에지를 오른쪽으로 시프트 할 수 있다. 총 16개의 FD[15:0]코드가 코오스 지연 라인의 양 끝단에 2개의 HFDL에 적용되고, 총 32ps 범위 만큼 폴링 에지 시프팅을 수행한다.There is a fine digital falling edge shifter (Fine DFES ) at the output of the 4 fine delay units, and 8 FD codes can right shift the falling edge with a resolution of 2ps. A total of 16 F D [15:0] codes are applied to two HFDLs at both ends of the coarse delay line, and the falling edge shifting is performed for a total range of 32 ps.

라이징 에지의 지연 조절 해상도(5ps) 보다 폴링 에지의 지연을 더 고해상도(2ps)로 조절하는데, 그 이유는 고주파수의 경우 클럭의 주기가 매우 짧으므로 폴링 에지를 고해상도로 정확히 맞춰지지 않으면, 듀티 사이클 에러가 상당히 커지고 결국 지터 성능 악화에 크게 영향을 미치기 때문이다.The delay of the falling edge is adjusted to a higher resolution (2ps) than the delay adjustment resolution of the rising edge (5ps), because the clock cycle is very short in the case of high frequencies. becomes significantly larger and eventually significantly affects the deterioration of jitter performance.

도 9a 및 도 9b는 지연 고정 루프 락킹 모드에서 위상 차이 감지시 코오스 타임 투 디지털 컨버터의 동작을 나타낸 도이다.9A and 9B are diagrams illustrating an operation of a coarse time-to-digital converter when a phase difference is detected in a delay locked loop locking mode.

동작 개시 후 첫 6cycle 동안은 지연 고정 루프 락킹(DLL locking) 모드로 동작한다. 도 6에 개시된 코오스 지연 라인(CDL)은 CDLBEFORE 혹은 CLKOUT의 총 2가지 신호를 입력으로 받아들이는데, 처음에는 코오스 지연 라인(CDL)의 마지막 코오스 지연 유닛(CDU) 하나만 사용하기 위해 C[0]만 '0'으로, 나머지 C[15:1]은 '1'으로 초기화 되어있으므로 CDLBEFORE은 CDL의 마지막 CDU인 CDU#16으로 입력되고, CLKOUT 신호는 CDL의 첫번째 CDU인 CDU#1에 입력된다. 따라서, 입력 클럭신호(CLKIN)부터 출력 클럭신호(CLKOUT)까지 디지털 지연 제어라인(DCDL)의 초기 지연은 하프 파인 지연라인(HFDL)의 최소 지연 2개와 하나의 코오스 지연 유닛 지연의 합이 된다. During the first 6cycles after the start of operation, it operates in a delay-locked loop locking (DLL locking) mode. The coarse delay line (CDL) shown in FIG. 6 receives a total of two signals of CDL BEFORE or CLK OUT as inputs. Initially, C[0 ] is initialized to '0' and the rest of C[15:1] is initialized to '1', so CDL BEFORE is input to CDU#16, the last CDU of CDL, and the CLK OUT signal is to CDU#1, the first CDU of CDL. is input Therefore, the initial delay of the digital delay control line DCDL from the input clock signal CLK IN to the output clock signal CLK OUT is the sum of two minimum delays of the half-fine delay line HFDL and one coarse delay unit delay. do.

tI (Initial Delay) = HFDLmin*2 + tCDU*1 t I (Initial Delay) = HFDL min *2 + t CDU *1

CLKOUT의 1st 클럭에 의해 CE신호가 하이가 되면 코오스 타임 투 디지털 컨버터는 도 9와 같이 위상 측정 모드로 동작한다. When the CE signal becomes high by the 1st clock of CLK OUT , the coarse time-to-digital converter operates in the phase measurement mode as shown in FIG. 9 .

도 9a는 도6의 코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 각각의 레지스터에 입력되는 CE신호가 1이고, C[0]='0', C[15:1]='1' 일 때, 코오스 타임 투 디지털 컨버터의 동작을 간단히 표현한 그림이다. FIG. 9a shows a coarse time-to-digital converter of FIG. 6 when the C E signal input to each register is 1, C[0]='0', C[15:1]='1' It is a figure that simply expresses the operation of a digital converter.

CLKIN 신호와 CDLBEFORE, D[1:15], CDLAFTER는 모두 같은 값의 먹스 지연(MUX delay)을 지나서 입력되어 도 9b의 타이밍도와 같이 동작한다.The CLK IN signal, CDL BEFORE , D[1:15], and CDL AFTER are all input after passing the MUX delay of the same value, and operate as in the timing diagram of FIG. 9B .

출력 클럭신호(CLKOUT)는 제1 코오스 지연 유닛(CDU#1)에 입력되고 80ps(tCDU)의 간격으로 D[1]~CDLAFTER의 멀티페이즈 신호를 출력한다. 입력 클럭신호(CLKIN)가 플립플롭의 클럭 신호로 사용되어 입력 클럭신호(CLKIN)와 출력 클럭신호(CLKOUT)사이의 위상차(tP)를 타임 투 디지털 컨버터로 측정한다. The output clock signal CLK OUT is input to the first coarse delay unit CDU#1 and outputs multi-phase signals of D[1] to CDL AFTER at intervals of 80ps(t CDU ). The input clock signal CLK IN is used as a clock signal of the flip-flop to measure the phase difference t P between the input clock signal CLK IN and the output clock signal CLK OUT by a time-to-digital converter.

예를들어, 도 9b의 경우 출력 클럭신호(CLKOUT)와 입력 클럭신호(CLKIN) 사이에 5개의 tCDU delay가 있고, 따라서 tP는 tCDU×5 + α 가 된다. 코오스 타임 투 디지털 컨버터(CTDC)로 측정된 코오스 지연은 TDC코드 Q[16:0]로 출력되고, 낸드 게이트에 의해 다시 CDC[15:0]코드로 인코딩된다. 이때 측정된 CDC[15:0]코드는 나중에 STROE 신호가 1이 되었을 때, 6번째 출력 클럭신호(6th CLKOUT)에 의해 DLL 코오스 시프트 레지스터에 저장된 후 최종 C[15:0]코드가 코오스 지연 라인(CDL)에 적용된다.For example, in the case of FIG. 9B , there are 5 t CDU delays between the output clock signal CLK OUT and the input clock signal CLK IN , so t P becomes tCDU×5 + α. The coarse delay measured by the coarse time-to-digital converter (CTDC) is output as the TDC code Q[16:0], and is encoded back into the CDC[15:0] code by the NAND gate. At this time, the measured CDC[15:0] code is later stored in the DLL coarse shift register by the 6th output clock signal (6 th CLK OUT ) when the STROE signal becomes 1, and then the final C[15:0] code becomes coarse. applied to the delay line CDL.

도 10은 제1 버니어 파인 TDC와 DLL 파인 시프트 레지스터의 구성을 나타낸 도이다.10 is a diagram showing the configuration of the first vernier fine TDC and DLL fine shift registers.

지연 고정 루프 락킹 과정 중 처음 2 사이클 동안 코오스 타임 투 디지털 컨버터로 코오스 지연 측정이 완료되었으면, 그 다음 2 사이클 동안은 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터(Vernier Fine TDC)를 이용해 코오스 타임 투 디지털 컨버터로 측정하지 못한 위상 차(phase difference(α)) 를 측정한다. During the first two cycles of the delay locked loop locking process, when coarse delay measurement is completed with the coarse time-to-digital converter, for the next two cycles, the coarse time-to-digital converter is converted to a coarse time-to-digital converter using the first Vernier Fine TDC. Measure the unmeasured phase difference (α).

도 10은 제1 버니어 파인 TDC와, Fine TDC코드를 저장하는 DLL 파인 시프트 레지스터를 보여준다. 10 shows a first vernier fine TDC and a DLL fine shift register for storing fine TDC codes.

제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터(140)는 2개의 지연 라인을 포함하며, 각 지연 라인에 사용되는 지연 셀은 측정하고자 하는 최고 해상도에 해당하는 지연 차이(Δt)를 가진다. 측정하고자 하는 두 위상의 간격을 Δt 단위로 좁혀가면서 각각의 위상을 측정하면, 코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 측정하지 못한 위상 차이를 TDC코드로 출력할 수 있다. Fine Delay Line의 최고 해상도는 5ps이므로 여기서 Δt는 5ps 이다.The first vernier fine time-to-digital converter 140 includes two delay lines, and a delay cell used for each delay line has a delay difference Δt corresponding to the highest resolution to be measured. If each phase is measured while the interval between the two phases to be measured is narrowed by Δt, the phase difference that has not been measured in the coarse time-to-digital converter can be output as a TDC code. The highest resolution of Fine Delay Line is 5ps, so Δt is 5ps.

코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 나온 CDC[15:0]코드를 제1 파인 버니어 타임 투 디지털 컨버터의 16:1 MUX에 적용하여 D[x]신호를 선택하고, 입력 클럭신호(CLKIN) D[x] 신호의 위상 차이를 제1 버니어 타임 투 디지털 컨버터로 측정함으로써 파인 TDC코드 FDC[15:0]을 얻는다. FE신호가 1이 되면서 Vernier Fine TDC가 활성화 되면 α에 해당하는 delay 값을 TDC코드로 출력한다.The CDC[15:0] code from the coarse time-to-digital converter is applied to the 16:1 MUX of the first fine vernier time-to-digital converter to select the D[x] signal, and the input clock signal (CLK IN ) D[x ] to obtain a fine TDC code FDC[15:0] by measuring the phase difference of the signal with the first vernier time-to-digital converter. When the Vernier Fine TDC is activated as the F E signal becomes 1, the delay value corresponding to α is output as a TDC code.

파인 위상 차이까지 측정하여 FDC[15:0]코드를 출력한후, DLL 파인 시프트 레지스터(150)에 FDC[15:0]코드를 저장하고, 저장후 생성된 F[15:0] 코드를 제1 및 제2 하프 파인 지연라인에 적용한다. After measuring up to the fine phase difference and outputting the FDC[15:0] code, the FDC[15:0] code is stored in the DLL fine shift register 150, and the generated F[15:0] code is generated after saving. It applies to the 1st and 2nd half-fine delay lines.

즉,C[15:0], F[15:0]의 TDC 코드가 디지털 제어 지연라인에 적용되면, 입력 클럭신호(CLKIN)와 출력 클럭신호(CLKOUT) 사이의 위상 스큐가 제거되어, 위상 얼라인이 된다.That is, when the TDC code of C[15:0] and F[15:0] is applied to the digital control delay line, the phase skew between the input clock signal CLK IN and the output clock signal CLK OUT is removed, phase alignment.

지연 고정 루프 락킹 이후에 공급 전압 또는 온도 변화에 의해 위상 스큐가 발생할 수 있으므로 이로 인한 락킹 페일(lock fail)상태를 피하기 위해, 지연 고정 루프는 폐루프로 동작한다. Since a phase skew may occur due to a supply voltage or temperature change after the delay locked loop locking, in order to avoid a lock fail state due to this, the delay locked loop operates as a closed loop.

락킹 이후에는 전력 소모를 줄이기 위해, 코오스 및 파인 타임 투 디지털 컨버터의 동작을 멈추고, 위상 감지기(160)에서 출력 클럭신호(CLKOUT)와 입력 클럭신호(CLKIN)의 위상을 비교해가며 전압, 온도 변화에 의한 에러를 추적한다. After locking, in order to reduce power consumption, the operation of the coarse and fine time-to-digital converter is stopped, and the phase of the output clock signal (CLK OUT ) and the input clock signal (CLK IN ) is compared in the phase detector 160 and the voltage, temperature Trace errors caused by changes.

위상 감지기(160)에서 두 클럭 신호의 위상을 비교한 후 출력되는 HOLD/COMP 신호를 이용하여, DLL 파인 시프트 레지스터에서 F[15:0]코드를 시프팅하며 추적한다. By using the HOLD/COMP signal output after comparing the phases of the two clock signals from the phase detector 160, the F[15:0] code is shifted and tracked in the DLL fine shift register.

도 11은 듀티 사이클 보정 락킹 과정을 나타낸 흐름도이며, 도 12a는 펄스 폭 감지를 위한 코오스 타임 투 디지털 컨버터의 동작을 나타낸 도이며, 도 12b는 펄스 폭 감지의 타이밍도 및 출력 코드이다.11 is a flowchart illustrating a duty cycle correction locking process, FIG. 12A is a diagram illustrating an operation of a coarse time-to-digital converter for pulse width sensing, and FIG. 12B is a timing diagram and output code of pulse width sensing.

지연 고정 루프 락킹 완료 후, 듀티 사이클 보정 락킹 과정은 크게 코오스 락킹 과정(Coarse locking process)과, 파인 락킹 과정(Fine locking process)으로 나뉜다. After the delay locked loop locking is completed, the duty cycle correction locking process is largely divided into a coarse locking process and a fine locking process.

<코오스 락킹 과정><Course locking process>

지연 고정 루프 락킹이 완료되면 지연 라인에 필요한 코오스 지연 유닛(CDU)의 개수가 정해지는데, CDU의 개수가 2X-1 혹은 2X개 일 때, 우선 출력 클럭신호(CLKOUT)의 폴링 에지 위치를 코오스 타임 투 디지털 컨버터로 측정한다. When the delay locked loop locking is completed, the number of coarse delay units (CDUs) required for the delay line is determined. When the number of CDUs is 2X-1 or 2X, first, the position of the falling edge of the output clock signal CLK OUT is coarse. Measured with a time-to-digital converter.

측정 후, 폴링 에지 위치에 대한 TDC코드 신호(CDCC[16:0])가 출력되면 이를 DCC 코오스 시프트 레지스터(170)에 적용(1st :apply code)하여, 폴링 에지를 X번째 코오스 지연 유닛상으로 옮긴다. X번째 코오스 지연 유닛 상에 폴링 에지가 제대로 위치했는지 코오스 타임 투 디지털 컨버터로 한 번 더 측정 후, 코오스 락킹을 완료시킨다. After measurement, when the TDC code signal (CDCC[16:0]) for the falling edge position is output, it is applied to the DCC coarse shift register 170 (1 st :apply code), and the falling edge is applied to the X-th coarse delay unit. move to After measuring once more with the coarse time-to-digital converter whether the falling edge is properly positioned on the X-th coarse delay unit, coarse locking is completed.

만약, 폴링 에지가 제대로 위치하지 않은 경우, DCC 코오스 시프트 레지스터에서 코드를 시프트하여 폴링 에지가 X번째 코오스 지연 유닛 상으로 위치할 때까지 폴링 에지를 이동시킨다. If the falling edge is not positioned properly, the code is shifted in the DCC coarse shift register to move the falling edge until the falling edge is positioned on the X-th coarse delay unit.

지연 고정 루프 락킹 후에 입력 클럭신호(CLKIN)와 출력 클럭신호(CLKOUT)의 위상은 정렬되었고, 락킹 이후의 디지털 제어 지연라인의 지연 크기는 클럭의 한 주기와 같아진다. 따라서 도 12b의 타이밍 도처럼 디지털 제어 지연라인상의 멀티 페이즈가 단 1 사이클만에 출력 클럭신호(CLKOUT)의 펄스 폭을 측정하고, TDC code(CDCC[16:0])을 출력한다.After locking the delay locked loop, the phases of the input clock signal CLK IN and the output clock signal CLK OUT are aligned, and the delay magnitude of the digital control delay line after locking is equal to one cycle of the clock. Accordingly, as in the timing diagram of FIG. 12B , the multi-phase on the digital control delay line measures the pulse width of the output clock signal CLK OUT in only one cycle, and outputs the TDC code (CDCC[16:0]).

도 13은 DCC 코오스 시프트 레지스터의 구성을 나타낸 도이다.13 is a diagram showing the configuration of a DCC coarse shift register.

DCC 코오스 시프트 레지스터(DCC Coarse shift register)(170)는 코오스 듀티 사이클 보정신호(CDCC)를 입력받아, 디지털 제어 지연 라인(DCDL;digitally controlled delay line)의 코오스 지연 라인(Coarse delay line)을 제어하는 제어 신호를 생성한다. DCC coarse shift register (DCC coarse shift register) 170 receives a coarse duty cycle correction signal (CDCC) as an input to control a coarse delay line (Coarse delay line) of a digitally controlled delay line (DCDL) Generates a control signal.

코오스 지연 유닛의 디지털 폴링 에지 시프터(DFES) 하나가 폴링 에지를 시프트할 수 있는 양은 ±20ps(tCDU/4)이고, 코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 측정된 CDCC[16:0]코드의 각 비트의 간격은 tCDU(80ps)이므로, CDCC[16:0]코드의 1개 비트는 총 4개의 코오스 지연 유닛(CDU)에 한 번에 적용되어 폴링 에지를 80ps(20ps×4)간격으로 제어해야 한다.The amount that one digital falling edge shifter (DFES) of the coarse delay unit can shift the falling edge is ±20ps (t CDU /4), and the amount of each bit of the CDCC[16:0] code measured in the coarse time-to-digital converter is Since the interval is t CDU (80ps), one bit of the CDCC[16:0] code must be applied to a total of 4 coarse delay units (CDUs) at once to control the falling edge at intervals of 80ps (20ps×4) .

도 13의 DCC 코오스 시프트 레지스터는 CDA[15:0], CDB[15:0]코드를 4개씩 묶어서 조절하기 위해, CDA,CDB 각각 4묶음씩 4개의 블록으로 구성된다. The DCC coarse shift register of FIG. 13 is composed of 4 blocks of 4 bundles each of C DA and C DB in order to adjust the C DA [15:0] and C DB [15: 0] codes by grouping them 4 each.

지연 고정 루프 락킹과정에서 코오스 지연 유닛이 몇 개 사용되는지에 따라 CDCC코드의 몇번째 비트가 각 블록에 입력되어야 하는지가 달라진다. 따라서 C[15:0]은 CC[8:0]으로 인코딩 되어 각 블럭의 먹스(MUX)의 제어 신호로 들어가고, 적절한 CDCC코드를 선택한다. 이때, 선택된 CDCC코드는 각 블록의 CDA및 CDB를 세트 또는 리셋하는데에 사용되며, 코드 적용 후 폴링 에지가 시프트된다. Depending on how many coarse delay units are used in the delay locked loop locking process, the number of bits of the CDCC code to be input to each block varies. Therefore, C[15:0] is encoded as CC[8:0], entered as a control signal of the MUX of each block, and an appropriate CDCC code is selected. At this time, the selected CDCC code is used to set or reset C DA and C DB of each block, and the falling edge is shifted after the code is applied.

도 14는 제2 버니어 파인 TDC와 DCC 파인 시프트 레지스터의 구성을 나타낸 도이다.14 is a diagram showing the configuration of the second vernier fine TDC and DCC fine shift registers.

<파인 락킹 과정><Fine locking process>

코오스 듀티 사이클 보정 락킹 이후, 출력 클럭신호(CLKOUT)의 폴링 에지를 정확히 주기의 50%지점으로 위치시켜서 듀티 사이클을 50%로 만들기 위해, 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터(Vernier Fine TDC(DCC))(180)가 사용된다. After the coarse duty cycle correction locking, the second vernier fine time-to-digital converter (Vernier Fine TDC ( DCC ) )) (180) is used.

듀티 사이클 보정의 경우, 지연 고정 루프에서의 파인 해상도 보다 더 고해상도로 폴링 에지의 지연양을 조절하는데, 특히 고주파수 동작의 경우 폴링 에지가 정확히 클럭 사이클의 중앙에 위치하지 않으면, 비교적 주기가 짧기 때문에 에러 비율이 커지고 이에 따라 듀티 사이클 에러가 심각하게 커지며, 지터 특성도 함께 매우 안 좋기 때문이다. In the case of duty cycle correction, the delay amount of the falling edge is adjusted with a higher resolution than the fine resolution in the delay locked loop. In particular, in the case of high-frequency operation, if the falling edge is not located exactly at the center of the clock cycle, an error occurs because the period is relatively short. This is because as the ratio increases, the duty cycle error increases significantly, and the jitter characteristics are also very poor.

따라서, 코오스 타임 투 디지털 컨버터를 재사용했던 것처럼 지연 고정 루프에서 사용했던 제1 버니어 파인 TDC(DLL)를 다시 사용하지 않고, 듀티 사이클 보정의 파인 락킹을 위해, 제1 버니어 파인 TDC 보다 더 고해상도의 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터를 사용한다. Therefore, without reusing the first vernier fine TDC (DLL) used in the delay locked loop as if the coarse time-to-digital converter was reused, for fine locking of duty cycle correction, a higher resolution than the first vernier fine TDC was used. 2 Vernier fine time-to-digital converters are used.

도 14의 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터는 도 10의 제1 버니어 타임 투 디지털 컨버터처럼 2개의 다른 지연 라인으로 구성된다. The second vernier fine time-to-digital converter of FIG. 14 is configured with two different delay lines like the first vernier time-to-digital converter of FIG. 10 .

본 실시예에서 각각의 지연 라인은 17개의 지연 셀들로 구성되고, 각 지연 셀은 서로 2ps(Δt) 만큼 차이가 나므로, 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터의 감지 범위는 32ps에 해당한다. In this embodiment, each delay line is composed of 17 delay cells, and each delay cell is different from each other by 2ps(Δt), so the detection range of the second vernier fine time-to-digital converter corresponds to 32ps.

파인 해상도를 2ps로 향상 시키면서 동시에 감지 범위가 좁아졌기 때문에, 폴링 에지의 파인 감지 범위가 코오스 듀티 사이클 보정 단위 1개에 미치지 못한다(32ps < 80ps). Because the detection range is narrowed while improving the fine resolution to 2ps, the fine detection range of the falling edge is less than one coarse duty cycle correction unit (32ps < 80ps).

따라서, 파인 타임 투 디지털 컨버터로 측정 가능한 범위로 폴링 에지를 위치시키는 과정을 우선적으로 하고, 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터로 한번에 측정한 후, 듀티 사이클 보정 파인 락킹을 완료한다. Therefore, the process of locating the falling edge within the measurable range with the fine time-to-digital converter is prioritized, and the second vernier fine time-to-digital converter measures at once, and then completes the duty cycle correction fine locking.

도 15는 DCC 코오스 시프트 레지스터의 폴링 에지를 제어하는 과정을 나타낸 도이며, 도 16은 제2 버니어 파인 TDC의 타이밍도이다.15 is a diagram illustrating a process of controlling a falling edge of a DCC coarse shift register, and FIG. 16 is a timing diagram of a second vernier fine TDC.

도 15는 출력 클럭신호(CLKOUT)의 폴링 에지가 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터의 측정 가능범위 내로 들어올 때 까지, DCC 코오스 시프트 레지스터에서 폴링 에지를 시프트시키는 과정을 보여준다. 15 shows a process of shifting the falling edge in the DCC coarse shift register until the falling edge of the output clock signal CLK OUT falls within the measurable range of the second vernier fine time-to-digital converter.

폴링 에지가 파인 감지 범위(32ps)내에 있지 않다면, DCC 코오스 시프트 레지스터에서 CDA,CDB코드를 제어하여 폴링 에지를 3 사이클에 한번씩 오른쪽으로 이동시킨다. tCDU의 크기가 80ps 이고 CDU가 falling edge를 20ps씩 이동시키므로 최대 3번의 이동이 필요하며, 이로 인해 파인 듀티 사이클 보정 락킹에 16 ~ 25 사이클이 걸린다.If the falling edge is not within the fine detection range (32ps), control the C DA ,C DB code in the DCC coarse shift register to shift the falling edge to the right once every 3 cycles. Since the size of t CDU is 80ps and the CDU moves the falling edge by 20ps, a maximum of 3 movements are required, and this takes 16 to 25 cycles for fine duty cycle compensation locking.

폴링 에지가 감지 범위(32ps)내에 들어왔다면, 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터에서는 도 16과 같이 코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 측정 하지 못한 폴링 에지와 50% 지점(락킹 포인트) 사이의 위상 차이를 측정함으로써 TDC코드(FDCC[16:0])를 출력한다.If the falling edge is within the detection range (32ps), the second vernier fine time-to-digital converter measures the phase difference between the falling edge and the 50% point (locking point), which is not measured in the coarse time-to-digital converter as shown in FIG. 16 This outputs the TDC code (FDCC[16:0]).

파인 듀티 사이클 보정까지 측정 후, 도 14의 FD[15:0]코드가 디지털 제어 지연 라인의 제1 및 제2 하프 파인 지연 라인에 적용되어 듀티 사이클 보정 락킹까지 마무리한다. After measurement up to fine duty cycle correction, the FD[15:0] code of FIG. 14 is applied to the first and second half-fine delay lines of the digitally controlled delay line to complete duty cycle correction locking.

모든 락킹이 끝난 이후에는 DCC 코오스 시프트 레지스터와 DCC 파인 시프트 레지스터 또한 지연 고정 루프의 폐루프 동작과 마찬가지로 도 14에 포함되어 있는 폴링 에지 위상 감지기를 사용하여, 폴링 에지와 클럭 중앙의 라이징 에지의 위상차를 비교하며 추적한다. 따라서, 락킹 이후에도 입력 듀티 사이클이 흔들리거나 전압, 온도 변화 의한 듀티 사이클 에러가 발생하더라도 보정할 수 있게 된다.After all locking is finished, the DCC coarse shift register and DCC fine shift register also use the falling edge phase detector included in FIG. 14 as in the closed loop operation of the delay locked loop to measure the phase difference between the falling edge and the rising edge of the clock center. Compare and track. Accordingly, even after locking, even if the input duty cycle fluctuates or a duty cycle error occurs due to a change in voltage or temperature, it is possible to correct it.

도 17은 본 발명에 따른 락킹 과정을 도시한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다.17 is a view showing a simulation result showing a locking process according to the present invention.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only an exemplary embodiment of a high-speed digital delay locked loop circuit with a built-in duty cycle correction function according to the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment, but is claimed in the following claims As such, without departing from the gist of the present invention, it will be said that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various modifications can be made by anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs.

110 : 디지털 제어 지연 라인
120 : 코오스 타임 투 디지털 컨버터
130 : DLL 코오스 시프트 레지스터
140 : 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터
150 : DLL 파인 시프트 레지스터
160 : 위상 감지기
170 : DCC 코오스 시프트 레지스터
180 : 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터
190 : DCC 파인 시프트 레지스터
200 : 타이밍 제어기
110: digital control delay line
120: coarse time-to-digital converter
130: DLL coarse shift register
140: first vernier fine time-to-digital converter
150 : DLL Fine Shift Register
160: phase detector
170: DCC coarse shift register
180: second vernier fine time-to-digital converter
190: DCC Fine Shift Register
200: timing controller

Claims (12)

듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로에 있어서,
입력 클럭 신호(CLKIN)를 입력받아, 지연 라인의 지연 양을 조절하여 입력 클럭 신호(CLKIN)와 출력 클럭 신호(CLKOUT) 사이의 위상 에러를 미리 설정된 지연 분해능 이내로 감소시키며, 클럭 신호의 폴링 에지의 위치를 조절하여 듀티 사이클을 보정하는 디지털 제어 지연 라인; 및
지연 고정 루프 락킹 과정에서 상기 입력 클럭 신호(CLKIN)와 출력 클럭 신호(CLKOUT) 사이의 위상 차이를 코오스 해상도로 측정하며, 코오스 딜레이 코드신호(CDC)를 생성하는 코오스 타임 투 디지털 컨버터;를 포함하며,
상기 디지털 제어 지연 라인은,
사용되는 지연 셀의 개수를 조절하여 지연량을 조절하는 코오스 지연 라인;
상기 코오스 지연 라인의 전단에 위치하며, 상기 코오스 지연 라인에 비해 상대적으로 고해상도로 지연량을 조절하는 제1 하프 파인 지연 라인; 및
상기 코오스 지연 라인의 후단에 위치하며, 상기 코오스 지연 라인에 비해 상대적으로 고해상도로 지연량을 조절하는 제2 하프 파인 지연 라인;을 포함하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로.
In the high-speed digital delay locked loop circuit with built-in duty cycle correction function,
It receives the input clock signal CLK IN , and adjusts the delay amount of the delay line to reduce the phase error between the input clock signal CLK IN and the output clock signal CLK OUT within the preset delay resolution. a digitally controlled delay line that adjusts the position of the falling edge to compensate for the duty cycle; and
A coarse time-to-digital converter that measures the phase difference between the input clock signal (CLK IN ) and the output clock signal (CLK OUT ) with coarse resolution in the delay locked loop locking process and generates a coarse delay code signal (CDC); includes,
The digital control delay line,
a coarse delay line for adjusting the amount of delay by adjusting the number of delay cells used;
a first half-fine delay line positioned in front of the coarse delay line and configured to adjust a delay amount with a relatively high resolution compared to the coarse delay line; and
A high-speed digital delay fixed loop circuit with a built-in duty cycle correction function comprising a; a second half-fine delay line positioned at a rear end of the coarse delay line and adjusting a delay amount with a relatively high resolution compared to the coarse delay line.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 코오스 타임 투 디지털 컨버터로부터 코오스 딜레이 코드신호(CDC)를 입력받아 저장하며, 상기 코오스 딜레이 코드신호에 따라 상기 코오스 지연 라인의 동작을 제어하는 DLL 코오스 시프트 레지스터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로.
According to claim 1,
and a DLL coarse shift register that receives and stores a coarse delay code signal CDC from the coarse time-to-digital converter and controls the operation of the coarse delay line according to the coarse delay code signal; High-speed digital delay locked loop circuit with built-in cycle correction function.
제1항에 있어서,
상기 코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 측정하지 못한 위상 차이를 측정하며, 측정된 파인 딜레이를 인코딩하여 파인 딜레이 코드신호(FDC; Fine Delay Code)를 생성하는 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로.
According to claim 1,
A first vernier fine time-to-digital converter that measures the phase difference that was not measured by the coarse time-to-digital converter and encodes the measured fine delay to generate a fine delay code signal (FDC); further comprising A high-speed digital delay locked loop circuit with a built-in duty cycle correction function.
제4항에 있어서,
상기 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터로부터 입력받은 파인 딜레이 코드신호(FDC)를 저장하며, 상기 디지털 제어 지연 라인의 제1 하프 파인 지연 라인과 제2 하프 파인 지연 라인의 파인 지연을 제어하기 위한 파인코드 신호(F[15:0])를 생성하여 인가하는 DLL 파인 시프트 레지스터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로.
5. The method of claim 4,
A fine delay code signal (FDC) received from the first vernier fine time-to-digital converter is stored, and fine for controlling fine delays of the first half-fine delay line and the second half-fine delay line of the digitally controlled delay line. A high-speed digital delay locked loop circuit with a built-in duty cycle correction function, further comprising a DLL fine shift register that generates and applies a code signal (F[15:0]).
제4항에 있어서,
상기 제1 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터는 2개의 지연 라인을 사용하며, 각 지연 라인에 사용되는 지연 셀은 측정하고자 하는 두 위상의 간격을 (Δt) 단위로 좁혀가면서 각각의 위상을 측정하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로.
5. The method of claim 4,
The first vernier fine time-to-digital converter uses two delay lines, and the delay cell used for each delay line measures each phase while narrowing the interval between the two phases to be measured by (Δt) unit. High-speed digital delay locked loop circuit with built-in duty cycle correction function.
제1항에 있어서,
상기 입력 클럭 신호(CLKIN)와 출력 클럭 신호(CLKOUT)의 위상을 비교하여 에러를 추적하는 위상 감지기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로.
According to claim 1,
High-speed digital delay locked loop circuit with a built-in duty cycle correction function, characterized in that it further comprises a phase detector for tracking an error by comparing the phases of the input clock signal (CLK IN ) and the output clock signal (CLK OUT ).
제1항에 있어서,
지연 고정 루프 락킹 이후, 상기 코오스 타임 투 디지털 컨버터는 듀티 사이클 보정 락킹 과정에서 재사용되어 펄스 폭을 코오스 해상도로 측정하여, 출력 클럭 신호(CLKOUT)의 폴링 에지의 위치를 측정하며, 측정된 폴링 에지 위치에 대한 코오스 듀티 사이클 보정신호(CDCC)를 생성하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로.
According to claim 1,
After locking the delay locked loop, the coarse time-to-digital converter is reused in the duty cycle correction locking process to measure the pulse width with coarse resolution to measure the position of the falling edge of the output clock signal CLK OUT , and the measured falling edge A high-speed digital delay locked loop circuit with built-in duty cycle correction, characterized in that it generates a coarse duty cycle correction signal (CDCC) for position.
제8항에 있어서,
상기 코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 생성된 코오스 듀티 사이클 보정신호(CDCC)를 입력받아, 디지털 제어 지연 라인의 코오스 지연 라인을 제어하는 제어 신호를 생성하는 DCC 코오스 시프트 레지스터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로.
9. The method of claim 8,
DCC coarse shift register receiving the coarse duty cycle correction signal (CDCC) generated by the coarse time-to-digital converter and generating a control signal for controlling the coarse delay line of the digital control delay line; characterized in that it further comprises High-speed digital delay-locked loop circuit with built-in duty cycle correction.
제8항에 있어서,
상기 코오스 타임 투 디지털 컨버터에서 측정하지 못한 폴링 에지와 락킹 포인트 사이의 위상 차이를 측정하며, 측정된 위상 차이를 인코딩한 파인 듀티 사이클 보정 코드신호(FDCC[16:0])를 생성하는 제2 버니어 파인 타임 투 디지털 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로.
9. The method of claim 8,
The second vernier measures the phase difference between the falling edge and the locking point, which is not measured by the coarse time-to-digital converter, and generates a fine duty cycle correction code signal (FDCC[16:0]) encoding the measured phase difference. A high-speed digital delay locked loop circuit with a built-in duty cycle correction function, characterized in that it further comprises a fine time-to-digital converter.
제8항에 있어서,
파인 듀티 사이클 보정을 제어하기 위한 파인 듀티사이클 코드 신호(FD[15:0])를 생성하여, 상기 디지털 제어 지연 라인의 제1 하프 파인 지연 라인과 제2 하프 파인 지연 라인에 인가하는 DCC 파인 시프트 레지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로.
9. The method of claim 8,
DCC fine shift applied to the first half-fine delay line and the second half-fine delay line of the digitally controlled delay line by generating a fine duty cycle code signal (FD[15:0]) for controlling the fine duty cycle correction A high-speed digital delay locked loop circuit with a built-in duty cycle correction function, characterized in that it further comprises a register.
제1항에 있어서,
상기 출력 클럭 신호(CLKOUT)를 입력받아, 모드 전환을 위한 인에이블 신호를 생성하여 출력하는 타이밍 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀티 사이클 보정기능을 내장한 고속 디지털 지연 고정 루프회로.
According to claim 1,
The high-speed digital delay fixed loop circuit with a built-in duty cycle correction function, further comprising a timing controller receiving the output clock signal (CLK OUT ) and generating and outputting an enable signal for mode conversion.
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