KR20080051662A - High-speed clock and data recovery circuit using quarter rate clock - Google Patents
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- H03L7/08—Details of the phase-locked loop
- H03L7/0807—Details of the phase-locked loop concerning mainly a recovery circuit for the reference signal
Abstract
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 클럭 및 데이터 복원 회로의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a clock and data recovery circuit according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 위상 동기 루프 회로를 나타낸 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating the phase locked loop circuit of FIG. 1.
도 3은 도 2의 발진기를 나타낸 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating an oscillator of FIG. 2.
도 4는 도 1의 위상 보간 회로와 파형을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a phase interpolation circuit and a waveform of FIG. 1.
도 5는 도 1의 클럭 복원 회로를 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating the clock recovery circuit of FIG. 1.
도 6는 도 5의 클럭 복원 회로의 동작 타이밍도이다.6 is an operation timing diagram of the clock recovery circuit of FIG. 5.
도 7은 도 1의 데이터 결정 회로를 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a data determination circuit of FIG. 1.
도 8은 도 7의 데이터 결정 회로의 동작 타이밍도이다.8 is an operation timing diagram of the data determination circuit of FIG. 7.
도 9a는 지연 버퍼 회로를 사용하지 않는 경우의 데이터 복원 과정을 설명하는 도면이다.9A is a diagram for explaining a data restoration process when no delay buffer circuit is used.
도 9b는 본 발명에서와 같이 지연 버퍼 회로를 사용하는 경우의 데이터 복원 과정을 설명하는 도면이다.FIG. 9B is a diagram illustrating a data restoration process in the case of using a delay buffer circuit as in the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 위상 동기 루프 회로100: phase locked loop circuit
300 : 위상 보간 회로300: phase interpolation circuit
500A, 500B : 제1 분주회로, 제2 분주회로500A, 500B: first division circuit, second division circuit
700A, 700B : 제1 클럭 복원 회로, 제2 클럭 복원 회로700A, 700B: first clock recovery circuit, second clock recovery circuit
800 : 지연 버퍼 회로800: delay buffer circuit
900 : 데이터 결정 회로900: data determination circuit
본 발명은 데이터 속도의 1/4 주파수 클럭을 사용하는 고속의 클럭 및 데이터 복원 회로 및 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 고주파의 클럭을 만들 수 없는 상황에서도 데이터 속도의 1/4 클럭 주파수를 이용하여 클럭 및 데이터를 복원할 수 있는 클럭 및 데이터 복원 회로 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-speed clock and data recovery circuit and method using a 1/4 frequency clock of the data rate, and more specifically, to a 1/4 clock frequency of the data rate even in a situation that can not produce a high frequency clock A clock and data recovery circuit and method capable of recovering clock and data.
일반적으로 데이터 통신이나 데이터 전송 시스템의 수신단에서는 수신된 데이터로부터 클럭을 복원해내고 그 복원된 클럭을 이용하여 데이터를 추출하고 복원한다. In general, a receiving end of a data communication or data transmission system recovers a clock from the received data and extracts and restores the data using the restored clock.
종래에는 수신되는 데이터의 속도가 높지 않아서 입력 버퍼가 다음단에 데이터를 전달하는데 큰 왜곡 현상이 없기 때문에, 데이터 속도와 같은 주파수를 가지는 클럭을 PLL(Phase Locked Loop)에서 생성하여 데이터 결정에 사용하였다. Conventionally, since the speed of the received data is not high and the input buffer has no significant distortion in transferring data to the next stage, a clock having the same frequency as the data rate is generated in a phase locked loop (PLL) and used for data determination. .
그러나, 데이터의 속도가 수십 Gbps로 증가하면 수신된 데이터가 입력 버퍼를 통과하여 다음단에 전달될 때 ISI(Inter Symbol Interference) 현상이 발생하게 되며, 이로 인하여 왜곡된 데이터가 전달되어 클럭 및 데이터 복원이 제대로 이루어질 수 없게 된다. However, if the data rate is increased to several tens of Gbps, an Inter Symbol Interference (ISI) phenomenon occurs when the received data passes through the input buffer and is transferred to the next stage. This cannot be done properly.
또한, 데이터 속도에 맞게 클럭 주파수가 올라가면 소자가 작동할 수 있는 한계 주파수 때문에 필요한 클럭 주파수를 생성하기 어려운데, 이를 위해 종래에는 On-chip 인덕터를 사용하고 있으나, 이와 같이 인덕터를 사용하게 되면 전체 회로의 크기가 너무 커지게 되는 문제점이 있다. In addition, it is difficult to generate the required clock frequency due to the threshold frequency at which the device can operate when the clock frequency increases according to the data rate. To this end, an on-chip inductor is conventionally used. There is a problem that the size is too large.
따라서, 본 발명의 목적은 데이터 속도의 1/4 클럭 주파수를 이용하여 클럭 및 데이터를 복원할 수 있도록 함으로써, 고속의 데이터 처리가 가능하면서도 전체 회로의 크기를 줄일 수 있는 클럭 및 데이터 복원 회로 및 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to recover a clock and data using a 1/4 clock frequency of a data rate, thereby enabling a high-speed data processing and reducing the size of an entire circuit. To provide.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 클럭 및 데이터 복원 회로는, 외부 클럭을 수신하여 수신 데이터 속도의 1/4 클럭 주파수를 생성하는 위상 동기 루프 회로; 클럭 복원 회로에서 입력되는 위상 제어 신호에 따라 상기 수신 데이터의 가운데를 샘플링할 수 있도록 상기 위상 동기 루프 회로에서 출력되는 클럭의 위상을 조절하는 위상 보간 회로; 상기 수신 데이터를 1/2로 분주하는 분주 회로; 상기 분주 회로를 통해 분주된 데이터 신호와 상기 위상 보간 회로에서 출력되는 클럭을 이용하여 상기 클럭의 위상을 조절하는 위상 제어 신호를 생성하는 클럭 복원 회로; 및 상기 클럭 복원 회로와 상기 위상 보간 회로를 통해 위상이 조절된 클럭을 이용하여 상기 수신 데이터의 가운데를 샘플링하여 출력하는 데이터 결정 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a clock and data recovery circuit according to the present invention comprises: a phase locked loop circuit for receiving an external clock to generate a 1/4 clock frequency of a received data rate; A phase interpolation circuit for adjusting a phase of a clock output from the phase locked loop circuit so as to sample the center of the received data according to a phase control signal input from a clock recovery circuit; A division circuit for dividing the received data by half; A clock recovery circuit configured to generate a phase control signal for adjusting a phase of the clock by using a data signal divided through the division circuit and a clock output from the phase interpolation circuit; And a data determination circuit for sampling and outputting the center of the received data using a clock whose phase is adjusted through the clock recovery circuit and the phase interpolation circuit.
한편, 상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 클럭 및 데이터 복원 방법은, (a) 외부 클럭을 수신하여 수신 데이터 속도의 1/4의 주파수를 가지는 클럭 신호를 생성하여 출력하는 단계; (b) 입력되는 위상 제어 신호에 따라 상기 수신 데이터의 가운데를 샘플링할 수 있도록 상기 출력된 클럭의 위상을 조절하는 단계; (c) 상기 수신 데이터를 1/2로 분주하는 단계; (d) 상기 분주된 데이터 신호와 상기 위상 조절된 클럭을 이용하여 상기 클럭의 위상을 조절하는 위상 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계; 및 (e) 상기 위상 조절된 클럭을 이용하여 상기 수신 데이터의 가운데를 샘플링하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, to achieve the above object, the clock and data recovery method according to the present invention, (a) receiving an external clock to generate and output a clock signal having a frequency of 1/4 of the received data rate; (b) adjusting a phase of the output clock to sample the center of the received data according to an input phase control signal; (c) dividing the received data in half; (d) generating and outputting a phase control signal for adjusting the phase of the clock using the divided data signal and the phase adjusted clock; And (e) sampling and outputting the center of the received data using the phase adjusted clock.
본 발명의 목적 및 이점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. Objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 클럭 및 데이터 복원 회로의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a clock and data recovery circuit according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 클럭 및 데이터 복원 회로(1)는, 위상 동기 루프 회로(PLL, 100), 위상 보간 회로(Phase Interpolator, 300), 분주 회로(divider, 500A, 500B), 클럭 복원회로(Clock Recovery, 700A, 700B), 지연 버퍼 회로(800), 데이터 결정 회로(Data Decision, 900)로 구성된다. Referring to FIG. 1, the clock and
상기 위상 동기 루프 회로(100)는 데이터 복원을 위해 데이터 속도의 1/4 주파수를 가지는 클럭을 생성하기 위한 것으로, 이에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.The phase locked
도 2는 도 1의 위상 동기 루프 회로(100)를 나타낸 블록도이며, 도 3은 도 2의 발진기(110)를 나타낸 회로도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating the phase locked
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 위상 동기 루프 회로(100)는 발진기(VCO, 110), CML(Current-Mode Logic) 구조의 제1 분주기(120), D2S 컨버터(Differential to Single-ended Converter, 130), 제2 분주기(140), 위상 주파수 검출기(PFD, 150), 전하 펌프 및 저역 필터(CP&LP, 160)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 2, the phase locked
상기 발진기(110)는 후술하는 전하 펌프 및 저역 필터(160)로부터 입력되는 제어 전압에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 멀티 위상의 클럭 신호(CK0, CK45, CK90, CK135)를 출력한다.The
상기 제1 분주기(120)는 상기 발진기(110)로부터 출력된 클럭 신호(CK0, CK45, CK90, CK135)를 1/4로 분주하며, 이렇게 1/4로 분주된 클럭 신호는 상기 D2S 컨버터(130)를 통해 단일-종단형(single-ended) 신호로 변환된 후 제2 분주기(140)로 입력되어 1/16로 분주된다.The
상기 위상 주파수 검출기(150)는 상기 외부 클럭 신호의 주파수와 상기 제2 분주기(140)를 통해 1/16로 분주된 클럭 신호의 주파수를 비교하여 그 위상 차이를 검출한다. The
상기 전하 펌프 및 저역 필터(160)는 상기 위상 주파수 검출기(150)에서 검출된 위상 차이 신호에 따라 전하를 증감시킨 후 전하가 증감된 신호에서 고주파 성분을 제거하여 제어 전압을 발생한다. The charge pump and the
즉, 상기 위상 동기 루프 회로(100)는 외부 클럭으로부터 데이터 복원에 필요한 멀티 위상의 클럭 신호(CK0, CK45, CK90, CK135)를 생성하여 출력한다.That is, the phase locked
다시 도 1을 참조하면, 상기 위상 보간 회로(300)는 상기 위상 동기 루프 회로(100)에서 출력된 클럭 신호가 데이터의 가운데 부분을 샘플링할 수 있도록 상기 클럭 신호의 위상을 조절하기 위한 것으로, 이에 대하여 도 4를 참조하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.Referring back to FIG. 1, the
도 4는 도 1의 위상 보간 회로(300)와 파형을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a waveform and the
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 위상 보간 회로(300)는 후술하는 클럭 복원 회로(700A, 700B)로부터 입력되는 위상 제어 신호(Vctrl)에 따라 상기 위상 동기 루프 회로(100)에서 출력된 클럭신호(CK0, CK45, CK90, CK135)의 위상을 조절하여 위상이 조절된 신호(INTCLK0, INTCLK45, INTCLK90, INTCLK135)를 출력하는 제1 내지 제4 위상 보간 회로(300a, 300b, 300c, 300d)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the
상기 제1 위상 보간 회로(300a)는 클럭신호 CK0과 클럭신호 CK90의 위상 보간된 신호(INTCLK0)를 출력하며, 상기 제2 위상 보간 회로(300b)는 클럭신호 CK45 와 클럭신호 CK135의 위상 보간된 신호(INTCLK45)를 출력한다. The first
또한, 제3 위상 보간 회로(300c)는 클럭신호 CK0의 인버팅 신호(즉, 클럭신호 CK0의 하강 에지 신호)와 클럭신호 CK90의 위상 보간된 신호(INTCLK90)를 출력하며, 제4 위상 보간 회로(300d)는 클럭신호 CK45의 인버팅 신호(즉, 클럭신호 CK45의 하강 에지 신호)와 클럭신호 CK135의 위상 보간된 신호(INTCLK135)를 출력한다. In addition, the third
여기에서, 상기 위상 보간 회로(300)의 입력으로 인버팅된 클럭신호(클럭신호의 하강 에지)를 사용하는 이유는, 보간된 클럭의 위상 조절 범위(D2)는 적어도 한 데이터의 지속시간(duration)인 D1과 같거나 D1보다 커야 하기 때문이다.Here, the reason for using the clock signal (falling edge of the clock signal) inverted to the input of the
즉, 정확한 데이터를 복원하기 위해서는 클럭신호가 데이터의 가운데 부분을 샘플링해야 되는데, 이를 위해 상기 위상 보간 회로(300)에서는 상기 위상 동기 루프 회로(100)에서 출력된 클럭의 에지가 데이터의 가운데 부분에 위치하도록 그 클럭의 위상을 조절하는 것이다.That is, in order to recover the correct data, the clock signal should sample the center portion of the data. For this purpose, in the
다시 도 1을 참조하면, 상기 제1 분주 회로(500A) 및 제2 분주 회로(500B)는 수신 데이터(DATA)의 속도를 낮추어 다음 단의 회로들이 제대로 동작할 수 있는 속도가 되도록 상기 수신 데이터(DATA)를 1/2로 분주하며, 이 때, 상기 제1 분주 회로(500A)는 상기 수신 데이터(DATA)의 상승 에지를 기준으로 분주된 신호(DATA/2_1)를 출력하고, 상기 제2 분주 회로(500B)는 상기 수신 데이터(DATA)의 하강 에지를 기준으로 분주된 신호(DATA/2_2)를 출력한다.Referring back to FIG. 1, the
이와 같이 수신 데이터(DATA)를 분주해서 사용하는 것은 클럭 복원 회 로(700A, 700B)의 대역폭 때문인데, 만약 수신 데이터(DATA)가 바로 클럭 복원 회로(700A, 700B)의 플립플롭으로 입력되면, 수신 데이터(DATA)의 높은 주파수로 인하여 플립플롭은 소자가 작동할 수 있는 한계에 도달하게 되어 제대로 동작하지 못하게 되며, 이를 위해 상기와 같이 분주 회로(500A, 500B)를 통해 수신 데이터(DATA)를 분주시키는 것이다.The division of the received data DATA in this manner is due to the bandwidth of the
또한, 상기 분주 회로(500A, 500B)에서 수신 데이터(DATA)의 상승 에지와 하강 에지를 기준으로 각각 분주를 수행하는 이유는, 후술하는 클럭 복원 회로(700A, 700B)에서 보다 정확한 클럭 복원이 이루어지도록 하기 위한 것으로, 이에 대하여는 이하 도 5 및 도 6과 관련된 설명에서 자세히 설명하기로 한다.In addition, the
다시 도 1을 참조하면, 상기 클럭 복원 회로(700A, 700B)는 상기 분주 회로(500A, 500B)를 통해 분주된 데이터(Data/2_1, Data/2_2)와 상기 위상 보간 회로(300)에서 출력되는 위상 조절된 클럭신호(INTCLK0, INTCLK45, INTCLK90, INTCLK135)를 이용하여 상기 클럭의 위상을 조절하는 위상 제어 신호(Vctrl)를 생성하며, 이에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.Referring back to FIG. 1, the
도 5는 도 1의 클럭 복원 회로를 나타낸 도면이며, 도 6는 도 5의 클럭 복원 회로의 동작 타이밍도이다.5 is a diagram illustrating a clock recovery circuit of FIG. 1, and FIG. 6 is an operation timing diagram of the clock recovery circuit of FIG. 5.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 클럭 복원 회로(700A, 700B)는 플립플롭(710,720,730,740)과, XOR 게이트(750,760)와, 비교기(770)와, 전압-전류 변환기(V-I Converter, 780)를 구비한다.As shown in FIG. 5, the
상기 플립플롭(710,720,730,740)에는 상기 위상 보간 회로(300)를 통해 위상 이 조절된 클럭신호(INTCLK0, INTCLK45, INTCLK90, INTCLK135)와 상기 분주 회로(500A, 500B)를 통해 분주된 데이터(Data/2_1, Data/2_2)가 각각 입력되는데, 이와 같이 클럭 복원시 다수개의 클럭 신호와 분주된 데이터를 사용하는 이유에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.The flip-
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 위상이 조절된 클럭신호 중 INTCLK0과 상기 분주된 데이터 중 Data/2_1의 파형을 살펴보면, 상기 Data/2_1 파형의 상승 에지가 상기 INTCLK0의 에지 부분에 항상 위치하는 것이 아니기 때문에 위상 차이를 판별하는 것이 어렵다.As shown in FIG. 6, when the INTCLK0 waveform of the phase-adjusted clock signal and the waveform of Data / 2_1 of the divided data are examined, the rising edge of the Data / 2_1 waveform is always located at the edge portion of the INTCLK0. Because of this, it is difficult to determine the phase difference.
다시 말해서, 기존의 클럭 복원 회로와 같이 클럭 복원시 하나의 클럭 위상(INTCLK0)만 사용하면, 데이터의 상승 에지가 항상 클럭의 에지를 샘플링할 수 없게 되는 문제가 발생한다. In other words, if only one clock phase INTCLK0 is used for clock recovery as in the conventional clock recovery circuit, the rising edge of the data cannot always sample the edge of the clock.
즉, 본 발명에서는 클럭 복원시 하나의 위상 클럭만 사용하였을 경우에 발생하는 문제점을 해결하기 위해 상기 위상 동기 루프 회로(100)를 통해 멀티 위상의 클럭 신호(CK0, CK45, CK90, CK135)를 생성하고 그 클럭 신호(CK0, CK45, CK90, CK135)의 에지가 데이터의 가운데 부분에 위치하도록 위상을 조절하여, 위상이 조절된 신호(INTCLK0, INTCLK45, INTCLK90, INTCLK135)에 따라 클럭 복원이 이루어지도록 하는 것이다.That is, in the present invention, multiphase clock signals CK0, CK45, CK90, and CK135 are generated through the phase-locked
한편, 클럭 복원에 있어서 데이터의 에지가 많을수록 데이터와 클럭의 위상을 검사하는 횟수가 많아져 보다 정확한 클럭 복원이 이루어질 수 있는데, 기존의 클럭 복원 회로와 같이 클럭 복원시 상승 에지만을 기준으로 하여 데이터를 분주시 키면 결과적으로 데이터 에지가 반으로 줄어들게 되어 검사 횟수가 줄어들게 된다. On the other hand, the more edges of the data in the clock recovery, the more the number of times to check the phase of the data and the clock can be more accurate clock recovery. Dispensing results in fewer data edges and fewer checks.
즉, 본 발명에서는 수신 데이터(DATA)의 상승 에지와 하강 에지 둘다를 기준으로 하여 분주시키고, 그 분주된 데이터 신호를 사용하여 클럭 복원이 이루어지도록 함으로써, 데이터가 랜덤으로 들어온다는 가정하에서 도 6에서와 같이 데이터(DATA)의 상승 에지 수와 분주된 데이터(Data/2_1, Data/2_2)의 상승 에지 수가 동일하게 되며, 이에 따라 클럭 복원 회로(700A, 700B)의 검사 횟수가 데이터(DATA)의 상승 에지 수와 동일하게 되어 보다 정확하게 클럭 복원이 이루어지게 된다. That is, the present invention divides the data on the basis of both the rising edge and the falling edge of the received data DATA, and performs clock recovery using the divided data signal. As such, the number of rising edges of the data DATA and the number of rising edges of the divided data Data / 2_1 and Data / 2_2 are equal, so that the number of times of the
한편, 상기 XOR 게이트(750, 760) 및 선택기(770)는 상기 분주된 데이터(Data/2_1, Data/2_2)가 상기 클럭(INTCLK0, INTCLK45, INTCLK90, INTCLK135) 보다 빠른지 느린지를 결정하기 위한 것으로, 이에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.The
도 6의 (Ⅰ)의 경우를 살펴보면, 플립플롭(710)에서는 분주된 데이터(DATA/2_1)의 상승 에지가 INTCLK0를 샘플링하여 D0가 '1'이 되고, 플립플롭(720)에서는 분주된 데이터(DATA/2_1)의 상승 에지가 INTCLK90를 샘플링하여 D1이 '0'이 된다.Referring to the case of (I) of FIG. 6, in the flip-
즉, 분주된 데이터(DATA/2_1)와 INTCLK0의 에지를 비교했을 경우 (Ⅰ)의 상태는 데이터가 클럭보다 느린 것을 의미한다. That is, when the divided data DATA / 2_1 and the edge of INTCLK0 are compared, the state of (I) means that the data is slower than the clock.
(Ⅰ)의 상태에서 데이터가 클럭보다 빠른지 느린지를 결정하는 방법은 D0값과 D90값을 XOR 게이트(750)에 입력하면 된다. 즉, 상기 플립플롭(710,720)의 출력 을 XOR 게이트(750)로 입력하여 Exclusive-OR을 수행한다.In the method of determining whether data is faster or slower than the clock in the state of (I), the values D0 and D90 may be input to the
즉, D0값과 D90값이 동일하여 X1값이 '0'이면 데이터가 클럭보다 빠른 것을 의미하며, D0값과 D90값이 달라 X1값이 '1'이면 데이터가 클럭보다 느린 것을 의미한다.That is, if the X0 value is '0' because the D0 value and the D90 value are the same, the data is faster than the clock. If the X1 value is '1' because the D0 value and the D90 value are different, the data is slower than the clock.
문제는 (Ⅱ)의 경우일 때 발생한다. (Ⅱ)의 경우에는 플립플롭(710)에서 분주된 데이터(DATA/2_1)의 상승 에지가 INTCLK0을 샘플링하여 D0가 '1'이 되고, 플립플롭(720)에서 분주된 데이터(DATA/2_1)의 상승 에지가 INTCLK90를 샘플링하여 D1가 '0'이 되어, 상기 (Ⅰ)의 상태와 동일하게 X1값은 '1'이 된다.The problem arises in the case of (II). In the case of (II), the rising edge of the data DATA / 2_1 divided by the flip-
즉, 상기 (Ⅱ)의 상태는 상기 (Ⅰ)의 상태와 반대로 데이터가 클럭보다 빠른 상태이지만, 상기 (Ⅰ)의 상태와 동일하게 X1값이 '1'이 되며, 이로 인해 X1값에 따라 데이터가 클럭보다 빠르거나 느린 것을 판단할 수가 없게 된다.That is, in the state of (II), the data is faster than the clock as opposed to the state of (I), but the value of X1 becomes '1' as in the state of (I), and accordingly the data according to the value of X1. Cannot determine whether it is faster or slower than the clock.
이를 위해 본 발명의 클럭 복원 회로(700A, 700B)에서는 다음과 같이 플립플롭(730, 740) 및 XOR 게이트(760)를 통해 생성된 X2값을 비교기(770)를 통해 상기 X1값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 데이터가 클럭보다 빠르거나 느린 것을 결정하도록 하며, 이에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.To this end, in the
우선, 플립플롭(730, 740)을 통해 분주된 데이터(DATA/2_1)의 상승 에지가 INTCLK45와 INTCLK135를 각각 샘플링하도록 하고, 그 샘플링 값인 D45와 D135를 XOR 게이트(760)에 입력하여 X2 값을 출력한다. First, the rising edges of the data DATA / 2_1 divided through the flip-
그 다음, 상기 비교기(770)는 상기 XOR 게이트(750)로부터 출력된 X1값과 상기 XOR 게이트(760)로부터 출력된 X2값을 비교하여 상기 X1값과 X2값이 다르면 '1' 을 출력하고, 상기 X1값과 X2값이 동일하면 '0'을 출력한다. 여기에서, 상기 비교기(770)는 상기 XOR 게이트(750)의 출력과 상기 XOR 게이트(760)의 출력을 수신하여 상기 수신 데이터의 위상과 상기 클럭 위상간의 차이를 출력하는 XOR 게이트 특성을 갖는다.Next, the
예를 들어, 도 6에서, 선택기(770)의 출력(S)을 살펴보면, X1이 '1'이고 X2가 '0'이면 S가 '1'이 되고, X1이 '1'이고 X2가 '1'이면 S가 '0'이 됨을 알 수 있다.For example, in FIG. 6, when looking at the output S of the
즉, 상기 S값이 '0'이면 데이터가 클럭보다 빠른 것을 의미하며, 상기 S값이 '1'이면 데이터가 클럭보다 느린 것을 의미한다.That is, if the S value is '0', the data is faster than the clock. If the S value is '1', the data is slower than the clock.
이와 같이, 상기 클럭 복원 회로(700A)는 분주된 데이터(Data/2_1, Data/2_2)를 이용하여 INTCLK0, INTCLK45, INTCLK90, INTCLK135를 각각 샘플링하고 이 신호들을 이용하여 데이터가 클럭보다 위상이 빠른지 느린지를 결정한다.As such, the
한편, 본 실시예에서는 데이터 속도의 1/4 주파수 클럭을 사용하기 위하여 0°, 45°, 90°, 135°위상을 갖는 멀티 위상의 클럭 신호(CK0, CK45, CK90, CK135)를 생성하고 그 멀티 위상의 클럭 신호(CK0, CK45, CK90, CK135)의 상승 에지와 하강 에지를 클럭 복원에 사용하였지만, 예를 들어 10Gbps의 데이터에서 10Ghz의 클럭을 사용하는 경우 bang-bang 구조의 클럭 복원 회로에서는 하나의 클럭을 사용해도 충분하며, 이러한 경우 데이터의 상승 에지 또는 하강 에지가 클럭의 에지 부분을 샘플링하여 샘플링 값이 '0'인지 '1'인지에 따라 클럭이 데이터 보다 빠른지 느린지를 결정하면 된다. In the present embodiment, multi-phase clock signals CK0, CK45, CK90, and CK135 having 0 °, 45 °, 90 °, and 135 ° phases are generated in order to use a 1/4 frequency clock of the data rate. Although the rising and falling edges of the multi-phase clock signals CK0, CK45, CK90, and CK135 are used for clock recovery, for example, when a 10 GHz clock is used for 10 Gbps data, a bang-bang clock recovery circuit is used. One clock is sufficient, in which case the rising or falling edge of the data samples the edge of the clock to determine whether the clock is faster or slower than the data, depending on whether the sampling value is '0' or '1'.
예를 들어, 클럭 복원 회로에서 하나의 클럭을 사용하는 경우, 데이터의 상승 에지가 클럭의 상승 에지의 왼쪽 부분 '0'을 샘플링하면 데이터가 클럭보다 빠른것으로 판단할 수 있으며, 이에 따라 클럭의 위상을 데이터 에지에 맞게 조절하면 된다. For example, if one clock is used in the clock recovery circuit, if the rising edge of the data samples the left portion '0' of the rising edge of the clock, it can be determined that the data is faster than the clock, and thus the phase of the clock. Can be adjusted to the data edge.
다시 도 1을 참조하면, 상기 데이터 결정 회로(900)는 상기 클럭 복원 회로(700A, 700B)와 위상 보간 회로(300)를 통해 데이터의 가운데를 샘플링할 수 있도록 위상이 조절된 클럭을 이용하여 데이터를 샘플링하기 위한 것으로, 위상이 조절된 클럭신호(INTCLK0, INTCLK45, INTCLK90, INTCLK135) 중에서 두개의 클럭(INTCLK45,INTCLK135)만을 이용하여 상기 지연 버퍼 회로(800)를 통해 지연된 수신 데이터(Delayed DATA)를 복원하여 출력 데이터(OUTDATA)로서 출력하며, 이에 대하여 도 7 및 도 8을 참조하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.Referring back to FIG. 1, the
도 7은 도 1의 데이터 결정 회로(900)를 나타낸 도면이며, 도 8은 도 7의 데이터 결정 회로의 동작 타이밍도이다.FIG. 7 is a diagram illustrating the
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 결정 회로(900)는 상기 지연 버퍼 회로(800)를 통해 지연된 데이터(Delayed DATA)를 수신하여 출력하는 제1 내지 제4 플립플롭(910,920,930,940)을 구비하며, 상기 제1 플립플롭(910) 및 제3 플립플롭(930)은 클럭 INTCLK45 신호의 상승 에지와 하강 에지에 응답하여 상기 지연된 데이터(Delayed DATA)를 출력하고, 상기 제2 플립플롭(920) 및 제4 플립플롭(940)은 클럭 INTCLK135 신호의 상승 에지와 하강 에지에 응답하여 상기 지연된 데이터(Delayed DATA)를 출력한다. As illustrated in FIG. 7, the
도 8을 참조하면, 상기 데이터 결정 회로(900)로 클럭 신호 INTCLK45, INTCLK135와 지연된 데이터(Delayed DATA) 신호가 입력되면, 상기 클럭 신호 INTCLK45의 상승 에지와 하강 에지에서 상기 지연된 데이터(Delayed DATA)의 가운데가 샘플링되어 '11'의 샘플링값이 출력되며, 상기 클럭 신호 INTCLK135의 상승 에지와 하강 에지에서 상기 지연된 데이터(Delayed DATA)의 가운데가 샘플링되어 '01'의 샘플링값이 출력됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, when the clock signals INTCLK45 and INTCLK135 and the delayed data signal are input to the
이 때, 상기 클럭 신호 INTCLK45, INTCLK135는 클럭 복원 회로(700A, 700B)와 위상 보간 회로(300)를 통해 데이터의 가운데를 샘플링할 수 있도록 위상이 조정된 신호이다.In this case, the clock signals INTCLK45 and INTCLK135 are phase adjusted signals so that the center of the data can be sampled through the
즉, 상기 위상 보간 회로(300)를 통해 데이터의 가운데를 샘플링할 수 있도록 위상이 조정된 신호(INTCLK0, INTCLK45, INTCLK90, INTCLK135) 중에서 INTCLK45와 INTCLK135가 상기 데이터 결정 회로(900)에서 데이터 복원을 위해 사용되며, 상기 데이터 결정 회로(900)에서 출력된 데이터는 1:4 디멀티플렉싱되어 출력된다.That is, among the phase-adjusted signals INTCLK0, INTCLK45, INTCLK90, and INTCLK135 so that the center of the data may be sampled through the
다시 도 1을 참조하면, 상기 지연 버퍼 회로(800)는 분주회로(500A, 500B)의 지연 시간 만큼 수신 데이터(DATA)를 지연시키기 위한 것으로, 이에 대하여 도 9a 및 도 9b를 참조하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.Referring back to FIG. 1, the
도 9a는 지연 버퍼 회로를 사용하지 않는 경우의 데이터 복원 과정을 설명하는 도면이며, 도 9b는 본 발명에서와 같이 지연 버퍼 회로를 사용하는 경우의 데이터 복원 과정을 설명하는 도면이다.FIG. 9A is a diagram illustrating a data restoration process when the delay buffer circuit is not used, and FIG. 9B is a diagram illustrating a data restoration process when the delay buffer circuit is used as in the present invention.
도 9a에 도시된 바와 같이, 지연 버퍼 회로를 사용하지 않는 경우, 상기 분 주회로(500A, 500B)를 통해 분주된 신호(DATA/2)는 상기 분주회로 소자의 지연 시간 만큼 지연되어 출력된다. 이러한 경우, 데이터 결정 회로(900)에는 지연되지 않은 수신 데이터(DATA)가 입력되지만, 클럭 복원 회로(700A, 700B)에서는 그 지연된 신호(DATA/2)의 에지에 맞게 클럭 신호를 복원하기 때문에, 이로 인해 복원된 클럭 신호와 수신 데이터(DATA)의 에지가 맞지 않게 되어 정확한 데이터를 복원할 수 없게 된다.As shown in FIG. 9A, when the delay buffer circuit is not used, the signal DATA / 2 divided through the
반면, 도 9b에 도시된 바와 같이, 지연 버퍼 회로를 사용하는 경우, 상기 분주회로(500A, 500B)를 통해 분주된 신호(DATA/2)가 상기 분주회로 소자의 지연 시간 만큼 지연되어 출력되더라도, 즉, 클럭 복원 회로(700A, 700B)에서 그 지연된 데이터(Delayed DATA)의 에지에 맞게 클럭 신호를 복원하여도, 지연 버퍼 회로(800)를 통해 소정 시간 지연된 신호(Delayed_DATA)가 데이터 결정 회로(900)로 입력되므로, 분주된 데이터(DATA/2)와 지연된 데이터(Delayed DATA)의 에지가 맞게 되어 정확하게 데이터를 복원할 수 있음을 알 수 있다. On the other hand, as shown in FIG. 9B, even when the delay buffer circuit is used, even if the signal DATA / 2 divided through the
한편, 본 실시예에서는 정확한 데이터 복원을 위해 상기 지연 버퍼 회로(800)를 통해 소정 시간 지연된 데이터(Delayed DATA)가 데이터 결정 회로(900)로 입력되는 것으로 설명하였으나, 상기 지연 버퍼 회로(800)는 구성의 간소화를 위해 생략하는 것도 가능하다.Meanwhile, in the present exemplary embodiment, the delayed data is delayed by a predetermined time, and the delayed
이와 같이, 본 발명은 데이터 속도의 1/4 클럭 주파수를 이용하여 클럭을 복원해내는 새로운 방식의 클럭 및 데이터 복원 회로 구조를 제시함으로써, 고주파의 클럭을 만들 수 없는 상황에서도 데이터 속도의 1/4 클럭 주파수를 이용하여 고속 의 데이터를 처리할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 고주파의 클럭 주파수를 발생시킬 수 있는 발진기만 쉽게 설계할 수 있다면, 여러 개의 플립플롭을 사용하지 않고도 간단하게 클럭 및 데이터 복원회로를 구현할 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention proposes a clock and data recovery circuit structure of a new method of recovering a clock by using a 1/4 clock frequency of a data rate, so that even when a high frequency clock cannot be produced, a quarter of the data rate can be obtained. The advantage is that the clock frequency can be used to process high speed data. In addition, the present invention, if only the oscillator capable of generating a high frequency clock frequency can be easily designed, there is an advantage that it is possible to simply implement the clock and data recovery circuit without using multiple flip-flops.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, and those skilled in the art to which the present invention belongs may be embodied in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. You will understand. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 데이터 속도의 1/4 클럭 주파수를 이용하여 클럭을 복원해내는 새로운 방식의 클럭 및 데이터 복원 회로 구조를 제시함으로써, 고주파의 클럭을 만들 수 없는 상황에서도 데이터 속도의 1/4 클럭 주파수를 이용하여 고속의 데이터를 처리할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by presenting a clock and data recovery circuit structure of a new method of recovering the clock by using the 1/4 clock frequency of the data rate, even in a situation where a high frequency clock can not be made It is effective to process high speed data using 1/4 clock frequency of.
또한, 본 발명에 따르면, 인덕터를 사용하지 않고도 고속의 클럭 및 데이터 복원 회로를 구현할 수 있으므로 전체 회로의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since a high speed clock and data recovery circuit can be implemented without using an inductor, the size of the entire circuit can be reduced.
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