WO2017095186A1 - Clock and data recovery apparatus - Google Patents

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WO2017095186A1
WO2017095186A1 PCT/KR2016/014117 KR2016014117W WO2017095186A1 WO 2017095186 A1 WO2017095186 A1 WO 2017095186A1 KR 2016014117 W KR2016014117 W KR 2016014117W WO 2017095186 A1 WO2017095186 A1 WO 2017095186A1
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변상진
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동국대학교 산학협력단
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to data recovery techniques, and more particularly, to clock and data recovery apparatus.
  • a clock and data recovery apparatus generates a clock signal synchronized with a data signal from an input data signal, and restores the data signal using the generated clock signal.
  • Clock and data recovery devices are used in a wide range, such as LAN (LAN) for data transmission, wired and wireless communication and optical communication, disk drive.
  • a frequency detector and a phase detector are used to recover a clock signal synchronized with the frequency and phase of a received digital input signal.
  • a frequency detector and a phase detector are used to recover a clock signal synchronized with the frequency and phase of a received digital input signal.
  • both the frequency detector and the phase detector have to be used, there is an inefficient problem in terms of hardware implementation.
  • Patent Document 01 Korean Registered Patent Publication No. 10-0706605 (2007.04.12)
  • An embodiment of the present invention is to provide a clock and data recovery apparatus that can easily recover the clock and data through the linear phase detector and the reset circuit.
  • An embodiment of the present invention is to provide a clock and data recovery apparatus capable of detecting phase and frequency with only a linear phase detector without a separate frequency detector.
  • the phase difference and the frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal by comparing the phase and the linear phase detector corresponding to the comparison value and outputs;
  • a charge pump outputting a current corresponding to an up signal and a down signal input from the linear phase detector;
  • a loop filter outputting a voltage controlled oscillator (VCO) regulated voltage corresponding to the current input from the charge pump;
  • VCO voltage controlled oscillator
  • a voltage controlled oscillator for recovering a clock signal having a frequency and a phase corresponding to a VCO adjustment voltage output from the loop filter and outputting the recovered clock signal to the linear phase detector;
  • a reset circuit for initializing the VCO adjustment voltage to a preset reference voltage.
  • the linear phase detector comprises: a full-rate linear phase detector, the inverter for inverting and outputting the recovered clock signal; A first de flip-flop that receives the received data signal and the restored clock signal and outputs a value corresponding to the input; A second di flip-flop that receives an output signal of the first di flip-flop and an output signal of the inverter and outputs a value corresponding to the input; A first XOR circuit configured to receive the received data signal and the output signal of the first flip-flop and output the up signal; And a second XOR circuit configured to receive output signals of the first di flip-flop and the second di flip-flop and output the down signal.
  • the linear phase detector is a full-rate linear phase detector, when the frequency of the recovered clock signal is less than the bit rate of the received data signal, in addition to the phase difference between the received data signal and the recovered clock signal.
  • the frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal may also be provided.
  • the linear phase detector is a full-rate linear phase detector, and the reset circuit sets the VCO adjustment voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator is smaller than a frequency corresponding to the bit rate of the received data signal. It can be reset to voltage.
  • the reference voltage may be set to a voltage smaller than a voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator becomes a frequency corresponding to the bit rate of the received data signal.
  • the linear phase detector may be a half-rate linear phase detector, and an inverter for inverting and outputting the restored clock signal;
  • a first latch receiving the received data signal and the restored clock signal and outputting a value corresponding to the input;
  • a second latch receiving an output signal of the first latch and an output signal of the inverter and outputting a value corresponding to the input;
  • a third latch receiving the received data signal and the output signal of the inverter and outputting a value corresponding to the input;
  • a fourth latch receiving the output signal of the third latch and the restored clock signal and outputting a value corresponding to the input;
  • a first XOR circuit receiving the output signals of the first latch and the third latch and outputting the up signal;
  • a second XOR circuit receiving the output signals of the second latch and the fourth latch and outputting the down signal.
  • the linear phase detector is a half-rate linear phase detector and when the frequency of the recovered clock signal is less than half the bit rate of the received data signal, the phase of the received data signal and the recovered clock signal In addition to the difference, the frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal may be provided.
  • the linear phase detector is a half-rate linear phase detector, and the reset circuit adjusts the VCO adjustment voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator is less than a frequency corresponding to half the bit rate of the received data signal.
  • the reference voltage may be initialized.
  • the reference voltage may be set to a voltage smaller than a voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator becomes a frequency corresponding to half of the bit rate of the received data.
  • the reset circuit receives a reset signal and initializes the VCO adjustment voltage to the reference voltage.
  • the reset signal is turned on when the bit rate of the received data signal decreases, and the bit rate of the received data signal is maintained or increased. May be turned off.
  • the reset circuit may include an N-channel MOSFET (NMOS) transistor, the gate configured to receive the reset signal; A drain receiving the reference voltage; And a source connected to the loop filter.
  • NMOS N-channel MOSFET
  • the clock and data can be easily recovered by detecting both phase and frequency through a linear phase detector, thereby simplifying a conventional complicated hardware configuration. That is, since the frequency can be detected without a separate frequency detector, the configuration of the clock and data recovery apparatus can be simplified.
  • FIG. 1 is a block diagram of a clock and data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a linear phase detector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a linear phase detector according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph illustrating a relationship between a phase difference between a received data signal and a restored clock signal and an output current of a charge pump in a linear phase detector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a relationship between a frequency of a clock signal restored in a linear phase detector and an average output current of a charge pump according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing a simulation signal waveform of the VCO adjustment voltage in the clock and data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a graph illustrating a relationship between a frequency of a restored clock signal of a linear phase detector and an average output current of a charge pump according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph illustrating a circuit simulation signal waveform of a VCO regulated voltage in a clock and data recovery apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a comparison diagram comparing a restored data waveform and received data according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 to 9 This is only an exemplary embodiment and the present invention is not limited thereto.
  • the terms “transfer”, “communication”, “transmit”, “receive” and other similar meanings of signals or information are not only meant to directly convey the signal or information from one component to another. It also includes passing through other components. In particular, “transmitting” or “sending" a signal or information to a component indicates the final destination of the signal or information and does not mean a direct destination.
  • FIG. 1 is a block diagram of a clock and data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a clock and data recovery apparatus 100 may include a linear phase detector 102, a charge pump 104, a loop filter 106, and a voltage.
  • a control oscillator 108 may include a voltage controlled oscillator 108, a reset circuit 110, and a D flip flop 112.
  • the linear phase detector 102 is described as being a full-rate linear phase detector, but is not limited thereto.
  • the linear phase detector 102 may be a linear phase detector having various structures (eg, half-rate). Of course, a linear phase detector, a quarter-rate linear phase detector, etc.) may be used.
  • the linear phase detector 102 may output an up signal and a down signal in response to the received data signal and the restored clock signal.
  • the received data signal may mean a digital signal that is a target for restoring data.
  • the recovery clock signal may mean a signal used to recover the received data signal.
  • the linear phase detector 102 may compare the phase difference and the frequency difference between the received data signal and the restored clock signal to output the up signal and the down signal corresponding to the comparison value to the charge pump 104.
  • a phase difference is compared with a linear phase detector, and a frequency difference is compared using a separate frequency detector.
  • one linear phase detector is used to compare the received data signal with the received data signal. The phase and frequency difference of the recovered clock signal is detected. At this time, the linear phase detector 102 detects the frequency difference together only when the frequency of the recovered clock signal is smaller than the bit rate of the received data signal (ie, the frequency of the received data signal).
  • the voltage controlled oscillator (VCO) adjustment voltage for recovering the clock signal may be initialized to a reference voltage so that the frequency of the recovered clock signal is smaller than the bit rate of the received data signal.
  • the reference voltage may be set to a voltage smaller than the voltage that causes the frequency of the voltage controlled oscillator 108 to be a frequency corresponding to the bit rate of the received data signal.
  • the clock and data recovery apparatus 100 initializes the VCO adjustment voltage for restoring the clock signal to the reference voltage using the reset circuit 110, which will be described later, so that the frequency of the recovered clock signal is higher than the bit rate of the received data signal. It can be small.
  • the clock and data recovery apparatus 100 detects both the phase difference and the frequency difference between the received data signal and the restored clock by using the linear phase detector 102 and the reset circuit 110, thereby simplifying the hardware configuration. Comparing the frequency of the received data signal with the frequency of the recovered clock signal using the linear phase detector 102 will be described later with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the charge pump 104 may receive an up signal and a down signal from the linear phase detector 102 and output a current corresponding thereto. Specifically, the charge pump 104 outputs an up current corresponding to the up signal input from the linear phase detector 102 to the loop filter 106 and down corresponding to the down signal input from the linear phase detector 102. The current can be output to the loop filter 106.
  • the loop filter 106 may output a VCO regulated voltage corresponding to the up current and the down current input from the charge pump 104.
  • the loop filter 106 includes a resistor R connected in series between the output terminal of the charge pump 104 and the ground and a second capacitor connected between the first capacitor C1 and the output terminal of the charge pump 104 and the ground. It may be composed of a capacitor (C2). In this manner, the up current and the down current output from the charge pump 104 are changed to the VCO regulated voltage through the loop filter 106.
  • the voltage controlled oscillator 108 restores a clock signal having a frequency and a phase changed according to the VCO adjustment voltage output from the loop filter 106, and restores the recovered clock signal to the linear phase detector 102 and the de-flip flop 112. Feedback.
  • the reset circuit 110 may initialize the VCO adjustment voltage of the loop filter 106 to the reference voltage so that the linear phase detector 102 may compare the frequency difference between the received data signal and the restored clock signal.
  • the reset circuit 110 may receive the reset signal and initialize the VCO adjustment voltage of the loop filter 106 to the reference voltage.
  • the reset signal is an output signal when the clock and data recovery apparatus 100 starts to operate or when the bit rate of the received data signal is lower than the bit rate of the previous received data signal.
  • the reset signal is used to initialize the VCO adjustment voltage to the reference voltage. May be a signal. If the bit rate of the received data signal is maintained or increased in comparison with the bit rate of the previous received data signal, the reset signal may be turned off.
  • the reset circuit 110 may initialize the VCO adjustment voltage to the reference voltage according to the relationship between the frequency of the voltage controlled oscillator 108 and the bit rate of the received data signal.
  • the reset circuit 110 when the linear phase detector 102 is a full-rate linear phase detector, the reset circuit 110 performs the VCO adjustment voltage when the frequency of the voltage controlled oscillator 108 is greater than the bit rate of the received data signal. Can be initialized to the reference voltage.
  • the reset circuit 110 references the VCO adjustment voltage when the frequency of the voltage controlled oscillator 108 is greater than half the bit rate of the received data signal. Can be reset to voltage.
  • the reset circuit 110 may initialize the VCO adjustment voltage to the reference voltage so that the frequency of the voltage control oscillator 108 is smaller than the frequency corresponding to the bit rate of the received data signal.
  • the reference voltage may be set to a value where the frequency of the voltage controlled oscillator 108 is less than the lowest bit rate of the received data signal.
  • the reset circuit 110 may be implemented as an NMOS transistor. In this case, the reset circuit 110 is connected to the reset signal and the gate (G), the reference voltage and the drain (D :) is connected, the loop filter 106 and the source (S: source) is connected It may be implemented as an N-channel MOSFET (NMOS) transistor.
  • the de flip-flop 112 may perform a function of restoring data by sampling a received data signal with the restored clock signal.
  • FIG. 2 is a block diagram of a linear phase detector according to an embodiment of the present invention.
  • the linear phase detector 102 includes an inverter 128, a first di flip-flop 120, a second di flip-flop 122, a first XOR circuit (XOR: exclusive or 124), 2 XOR circuit 126 may be included.
  • XOR exclusive or 124
  • the linear phase detector 102 of the inverter 128 for inverting and outputting the restored clock signal, the first de flip-flop 120 and the first de flip-flop 120 that receive the received data signal and the restored clock signal.
  • a second de-flip flop 122 receiving the output signal and the output signal of the inverter 128, a first receiving the received data signal and the output signal of the first de-flipped flop 120 and outputting an up signal corresponding thereto.
  • an XOR circuit 124 and a second XOR circuit 126 that receives the output signals of the first de flip-flop 120 and the second de flip-flop 122 and outputs a down signal corresponding thereto. have.
  • the linear phase detector 102 can detect the phase and frequency difference between the received data signal and the restored clock signal through the input / output signals between the above components, and output the up and down signals accordingly.
  • the first de-flip-flop 120 shown in FIG. 2 and At least one of the second de flip-flops 122 may be used to obtain data reconstructed from the received data signal at the A or B point.
  • FIG. 3 is a block diagram of a linear phase detector according to another embodiment of the present invention.
  • the linear phase detector 102 includes an inverter 130, a first latch 132, a second latch 134, a third latch 136, a fourth latch 138, and a third latch. It may include a 1 XOR circuit (XOR: exclusive or, 140) and the second XOR circuit 142.
  • XOR exclusive or, 140
  • the linear phase detector 102 inverts the restored clock signal and outputs the inverter 130, an output of the first latch 132 and the first latch 132 that receive the received data signal and the restored clock signal.
  • a second latch 134 for receiving a signal and an output signal of the inverter 130, an output signal of the third latch 136 and a third latch 136 for receiving a received data signal and an output signal of the inverter 130;
  • a fourth latch 138 that receives the restored clock signal, a first XOR circuit 140 that receives output signals of the first latch 132 and the third latch 136 and outputs an up signal corresponding thereto;
  • a second XOR circuit 142 that receives the output signals of the second latch 134 and the fourth latch 138 and outputs a down signal corresponding thereto.
  • the linear phase detector 102 can detect the phase and frequency difference between the received data signal and the restored clock signal through the input / output signals between the above components, and output the up and down signals accordingly.
  • FIG. 4 is a graph illustrating a relationship between a phase difference between a received data signal and a restored clock signal and an output current of a charge pump in a linear phase detector according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a full-rate linear phase detector was used as the linear phase detector.
  • the graph shown in FIG. 4 shows signals at each point of the linear phase detector shown in FIG. 2 at the frequency of each recovered clock signal (specifically, the received data signal, the recovered clock signal, the point A signal of FIG. 2, By using the timing diagrams of the point B signal, the up signal, and the down signal in FIG.
  • f DATA denotes a bit rate of the received data signal
  • f CLK denotes a frequency of the recovered clock signal
  • I CP denotes an UP path (i.e., up current) and a DOWN path (i.e., the charge pump 104). Down current).
  • the output current of the charge pump 104 is And according to the frequency of the recovered clock signal can be represented by the following equation (1).
  • the output current of the charge pump 104 has an average value of 0 when the frequency f CLK of the restored clock signal is equal to or greater than the bit rate f DATA of the received data signal, whereas the restored clock signal When the frequency f CLK is smaller than the bit rate f DATA of the received data signal, it can be seen that the average value has a positive value.
  • the output current of the charge pump 104 outputs a positive value on average, so that the linear phase detector 102 ), The frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal can be detected.
  • the frequency f CLK of the recovered clock signal when the frequency f CLK of the recovered clock signal is equal to or greater than the bit rate f DATA of the received data signal, the output current of the charge pump 104 outputs a value of 0 on average, so that the linear phase detector ( In 102, the frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal cannot be detected. Therefore, in the exemplary embodiment of the present invention, the frequency f CLK of the clock signal restored by initializing the VCO adjustment voltage of the loop filter 106 to the reference voltage through the reset circuit 110 is the bit rate f DATA of the received data signal. By making it smaller, the frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal can always be detected.
  • FIG. 5 is a graph illustrating a relationship between a frequency of a clock signal restored in a linear phase detector and an average output current of a charge pump according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the linear phase detector is assumed to be a full-rate linear phase detector.
  • the graph shown in FIG. 5 (ie, the graph relating to the average output current of the charge pump) takes the average value of the charge pump output current shown in FIG. 4 at each restored clock frequency with respect to the phase difference as shown in Equation 2 below. It can be obtained by
  • the linear phase detector 102 of the charge pump 104 when the frequency f CLK of the recovered clock signal is smaller than the bit rate f DATA of the received data signal is determined.
  • the average frequency of the restored clock signal value of the output current (a value of Y axis in Fig. 5) (f CLK) and having a positive value (+), while inversely, the frequency of the recovered clock signal (f CLK), the received data signal
  • the bit rate f DATA is equal to or greater than, the value of the average output current of the charge pump is zero, regardless of the frequency f CLK of the recovered clock signal.
  • the linear phase detector 102 compares the bit rate of the received data signal and the frequency of the recovered clock signal in a range in which the frequency of the recovered clock signal is smaller than the bit rate of the received data signal and detects the difference.
  • the frequency can be detected without using.
  • the reset circuit 110 may set the frequency of the recovered clock signal to be lower than the bit rate of the received data signal ( That is, to be initialized). Through this, the linear phase detector 102 can detect not only phase detection but also frequency.
  • FIG. 6 is a graph showing a simulation signal waveform of the VCO adjustment voltage in the clock and data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the linear phase detector is assumed to be a full-rate linear phase detector.
  • the reference voltage is set to 0 V, and it can be seen that the VCO adjustment voltage is properly locked to approximately 500 mV.
  • the clock and data recovery apparatus 100 may acquire a phase after frequency acquisition and recover data using the restored clock signal.
  • the reference voltage depends on the range of bit rates of the received data signal. For example, if the linear phase detector is a full-rate linear phase detector and the bit rate of the received data signal is a fixed value, such as 1 Gb / s, the reference voltage is such that the frequency of the voltage controlled oscillator 108 is equal to the bit rate of the received data signal. It should be set to a voltage less than the voltage that corresponds to 1 GHz.
  • the reference voltage is the frequency of the voltage controlled oscillator 108 It should be set to a voltage less than the voltage to be 100 MHz, the frequency corresponding to the lowest bit rate 100 Mb / s. That is, the reference voltage should be set to a voltage at which the frequency of the voltage controlled oscillator 108 can be set to a value smaller than the lowest bit rate of the received data signal.
  • FIG. 7 is a graph illustrating a relationship between a frequency of a restored clock signal of a linear phase detector and an average output current of a charge pump according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the graph can be obtained by showing timing diagrams respectively at various clock frequencies.
  • the linear phase detector was assumed to be a half-rate linear phase detector.
  • f in may mean a bit rate of the received data signal
  • I cp may mean a current source value in the UP path (ie, up current) and DOWN path (ie, down current) of the charge pump 104. .
  • the linear phase detector 102 includes the charge pump 104 when the frequency of the recovered clock signal (the value of the X axis of FIG. 7) is less than half (f in / 2) of the bit rate of the received data signal.
  • the value of the average output current (the value of the Y-axis in Fig. 7) is inversely proportional to the frequency of the recovered clock signal, and the frequency of the recovered clock signal is equal to or greater than half (f in / 2) of the bit rate of the received data signal. It can be seen that the value of the average output current of the charge pump is zero regardless of the frequency of the recovered clock signal.
  • the linear phase detector 102 detects the difference by comparing the bit rate of the received data signal with the frequency of the recovered clock signal in a range where the frequency of the recovered clock signal is less than or equal to half the bit rate of the received data signal, The frequency can be detected without using a frequency detector.
  • the reset circuit 110 If the bit rate of the signal of the received data is lower than the bit rate of the previous received data signal so that the frequency of the recovered clock signal is greater than half (f in / 2) of the bit rate of the received data signal, the reset circuit 110 The frequency of the recovered clock signal can be lowered (ie, initialized) to less than half of the bit rate (f in / 2) of the received data signal. Through this, the linear phase detector 102 can detect not only phase detection but also frequency.
  • FIG 8 is a graph illustrating a circuit simulation signal waveform of a VCO adjustment voltage in a clock and data recovery apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the linear phase detector was assumed to be a half-rate linear phase detector.
  • the reference voltage is set to 100 mV, and it can be seen that the VCO adjustment voltage is properly locked to approximately 600 mV.
  • the reference voltage depends on the range of bit rates of the received data signal. For example, when the bit rate of the received data signal is a fixed value such as 1 Gb / s, the reference voltage is smaller than the voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator 108 becomes 500 MHz corresponding to half of the bit rate of the received data signal. Should be set to voltage.
  • the reference voltage is a frequency whose frequency of the voltage controlled oscillator 108 corresponds to half of 100 Mb / s, which is the lowest bit rate of the received data signal. Should be set to a voltage less than 50MHz. That is, the reference voltage should be set to a voltage at which the frequency of the voltage controlled oscillator 108 can be set to a value less than half of the lowest bit rate of the received data signal.
  • FIG. 9 is a comparison diagram comparing the restored data waveform and the received data according to an embodiment of the present invention.

Landscapes

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

Abstract

Disclosed is a clock and data recovery apparatus. Specifically, the clock and data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention comprises: a linear phase detector for comparing a phase difference and a frequency difference between a received data signal and a recovered clock signal and outputting an up signal and a down signal corresponding to the comparison value; a charge pump for outputting a current corresponding to the up signal and the down signal inputted from the linear phase detector; a loop filter for outputting a VCO adjustment voltage corresponding to the current inputted from the charge pump; a voltage controlled oscillator for recovering a clock signal having a frequency and a phase corresponding to the VCO adjustment voltage outputted from the loop filter, and outputting the recovered clock signal to the linear phase detector; and a reset circuit for initializing the VCO adjustment voltage to a preset reference voltage.

Description

클럭 및 데이터 복원 장치Clock and Data Recovery Unit
본 발명의 실시예는 데이터 복원 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 클럭 및 데이터 복원 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to data recovery techniques, and more particularly, to clock and data recovery apparatus.
일반적으로 클럭 및 데이터 복원 장치는 입력되는 데이터 신호로부터 데이터 신호에 동기 되는 클럭 신호를 발생시키고, 발생된 클럭 신호를 이용하여 데이터 신호를 복원시키는 장치이다. 클럭 및 데이터 복원 장치는 데이터 전송을 위한 랜(LAN), 유무선 통신 및 광통신, 디스크 드라이브 등 넓은 범위로 사용되고 있다.In general, a clock and data recovery apparatus generates a clock signal synchronized with a data signal from an input data signal, and restores the data signal using the generated clock signal. Clock and data recovery devices are used in a wide range, such as LAN (LAN) for data transmission, wired and wireless communication and optical communication, disk drive.
종래의 클럭 및 데이터 복원 장치는 수신된 디지털 입력 신호의 주파수 및 위상과 동기된 클럭 신호를 복원하기 위하여, 주파수 검출기와 위상 검출기가 사용되고 있다. 종래에는 주파수 검출기와 위상 검출기를 모두 사용하여야 되기 때문에 하드웨어 구현 면에서 비 효율적인 문제가 있었다. In the conventional clock and data recovery apparatus, a frequency detector and a phase detector are used to recover a clock signal synchronized with the frequency and phase of a received digital input signal. Conventionally, since both the frequency detector and the phase detector have to be used, there is an inefficient problem in terms of hardware implementation.
[선행기술문헌][Preceding technical literature]
[특허문헌][Patent Documents]
(특허문헌 01) 한국등록특허공보 제10-0706605호(2007.04.12)(Patent Document 01) Korean Registered Patent Publication No. 10-0706605 (2007.04.12)
본 발명의 실시예는 선형 위상 검출기 및 리셋 회로를 통해 클럭 및 데이터를 용이하게 복원할 수 있는 클럭 및 데이터 복원 장치를 제공하기 위한 것이다.An embodiment of the present invention is to provide a clock and data recovery apparatus that can easily recover the clock and data through the linear phase detector and the reset circuit.
본 발명의 실시예는 별도의 주파수 검출기 없이 선형 위상 검출기만으로 위상 및 주파수를 검출할 수 있는 클럭 및 데이터 복원 장치를 제공하기 위한 것이다.An embodiment of the present invention is to provide a clock and data recovery apparatus capable of detecting phase and frequency with only a linear phase detector without a separate frequency detector.
본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 및 데이터 복원 장치는, 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 위상 차이 및 주파수 차이를 비교하여 상기 비교 값에 상응하는 업 신호 및 다운 신호를 출력하는 선형 위상 검출기; 상기 선형 위상 검출기로부터 입력되는 업 신호 및 다운 신호에 상응하는 전류를 출력하는 전하 펌프; 상기 전하 펌프로부터 입력되는 상기 전류에 상응하는 VCO(Voltage Controlled Oscillator) 조정 전압을 출력하는 루프 필터; 상기 루프 필터에서 출력되는 VCO 조정 전압에 상응하는 주파수 및 위상을 갖는 클럭 신호를 복원하고, 복원된 클럭 신호를 상기 선형 위상 검출기로 출력하는 전압제어 오실레이터; 및 상기 VCO 조정 전압을 기 설정된 기준 전압으로 초기화 시키는 리셋 회로를 포함한다.Clock and data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, the phase difference and the frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal by comparing the phase and the linear phase detector corresponding to the comparison value and outputs; A charge pump outputting a current corresponding to an up signal and a down signal input from the linear phase detector; A loop filter outputting a voltage controlled oscillator (VCO) regulated voltage corresponding to the current input from the charge pump; A voltage controlled oscillator for recovering a clock signal having a frequency and a phase corresponding to a VCO adjustment voltage output from the loop filter and outputting the recovered clock signal to the linear phase detector; And a reset circuit for initializing the VCO adjustment voltage to a preset reference voltage.
상기 선형 위상 검출기는, 풀 레이트(full-rate) 선형 위상 검출기이고, 상기 복원된 클럭 신호를 반전시켜 출력하는 인버터; 상기 수신 데이터 신호와 상기 복원된 클럭 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제1 디 플립플롭; 상기 제1 디 플립플롭의 출력 신호와 상기 인버터의 출력 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제2 디 플립플롭; 상기 수신 데이터 신호와 상기 제1 디 플립플롭의 출력 신호를 입력 받아 상기 업 신호를 출력하는 제1 XOR 회로; 및 상기 제1 디 플립플롭과 상기 제2 디 플립플롭의 출력 신호들을 입력 받아 상기 다운 신호를 출력하는 제2 XOR 회로를 포함할 수 있다.The linear phase detector comprises: a full-rate linear phase detector, the inverter for inverting and outputting the recovered clock signal; A first de flip-flop that receives the received data signal and the restored clock signal and outputs a value corresponding to the input; A second di flip-flop that receives an output signal of the first di flip-flop and an output signal of the inverter and outputs a value corresponding to the input; A first XOR circuit configured to receive the received data signal and the output signal of the first flip-flop and output the up signal; And a second XOR circuit configured to receive output signals of the first di flip-flop and the second di flip-flop and output the down signal.
상기 선형 위상 검출기는, 풀 레이트(full-rate) 선형 위상 검출기이고, 상기 복원된 클럭 신호의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율 보다 작은 경우, 상기 수신 데이터 신호와 상기 복원된 클럭 신호의 위상 차이 이외에 상기 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 주파수 차이도 검출하도록 마련될 수 있다.The linear phase detector is a full-rate linear phase detector, when the frequency of the recovered clock signal is less than the bit rate of the received data signal, in addition to the phase difference between the received data signal and the recovered clock signal. The frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal may also be provided.
상기 선형 위상 검출기는, 풀 레이트(full-rate) 선형 위상 검출기이고, 상기 리셋 회로는, 상기 전압제어 오실레이터의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율에 대응되는 주파수보다 작아지도록 상기 VCO 조정 전압을 상기 기준 전압으로 초기화 시킬 수 있다.The linear phase detector is a full-rate linear phase detector, and the reset circuit sets the VCO adjustment voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator is smaller than a frequency corresponding to the bit rate of the received data signal. It can be reset to voltage.
상기 기준 전압은, 상기 전압제어 오실레이터의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율에 대응되는 주파수가 되도록 하는 전압보다 작은 전압으로 설정될 수 있다.The reference voltage may be set to a voltage smaller than a voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator becomes a frequency corresponding to the bit rate of the received data signal.
상기 선형 위상 검출기는, 하프 레이트(half-rate) 선형 위상 검출기이고, 상기 복원된 클럭 신호를 반전시켜 출력하는 인버터; 상기 수신 데이터 신호와 상기 복원된 클럭 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제1 래치; 상기 제1 래치의 출력 신호와 상기 인버터의 출력 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제2 래치; 상기 수신 데이터 신호와 상기 인버터의 출력 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제3 래치; 상기 제3 래치의 출력 신호와 상기 복원된 클럭 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제4 래치; 상기 제1 래치와 상기 제3 래치의 출력 신호를 입력 받아 상기 업 신호를 출력하는 제1 XOR 회로; 및 상기 제2 래치와 상기 제4 래치의 출력 신호들을 입력 받아 상기 다운 신호를 출력하는 제2 XOR 회로를 포함할 수 있다.The linear phase detector may be a half-rate linear phase detector, and an inverter for inverting and outputting the restored clock signal; A first latch receiving the received data signal and the restored clock signal and outputting a value corresponding to the input; A second latch receiving an output signal of the first latch and an output signal of the inverter and outputting a value corresponding to the input; A third latch receiving the received data signal and the output signal of the inverter and outputting a value corresponding to the input; A fourth latch receiving the output signal of the third latch and the restored clock signal and outputting a value corresponding to the input; A first XOR circuit receiving the output signals of the first latch and the third latch and outputting the up signal; And a second XOR circuit receiving the output signals of the second latch and the fourth latch and outputting the down signal.
상기 선형 위상 검출기는, 하프 레이트(half-rate) 선형 위상 검출기이고, 상기 복원된 클럭 신호의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율의 반 보다 작은 경우, 상기 수신 데이터 신호와 상기 복원된 클럭 신호의 위상 차이 이외에 상기 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 주파수 차이도 검출하도록 마련될 수 있다.The linear phase detector is a half-rate linear phase detector and when the frequency of the recovered clock signal is less than half the bit rate of the received data signal, the phase of the received data signal and the recovered clock signal In addition to the difference, the frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal may be provided.
상기 선형 위상 검출기는, 하프 레이트(half-rate) 선형 위상 검출기이고, 상기 리셋 회로는, 상기 전압제어 오실레이터의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율의 반에 해당하는 주파수보다 작아지도록 상기 VCO 조정 전압을 상기 기준 전압으로 초기화시킬 수 있다.The linear phase detector is a half-rate linear phase detector, and the reset circuit adjusts the VCO adjustment voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator is less than a frequency corresponding to half the bit rate of the received data signal. The reference voltage may be initialized.
상기 기준 전압은, 상기 전압제어 오실레이터의 주파수가 상기 수신 데이터의 비트율의 반에 대응되는 주파수가 되도록 하는 전압보다 작은 전압으로 설정될 수 있다.The reference voltage may be set to a voltage smaller than a voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator becomes a frequency corresponding to half of the bit rate of the received data.
상기 리셋 회로는, 리셋 신호를 입력받아 상기 VCO 조정 전압을 상기 기준 전압으로 초기화시키고, 상기 리셋 신호는, 상기 수신 데이터 신호의 비트율이 감소하는 경우 온되고, 상기 수신 데이터 신호의 비트율이 유지 또는 증가하는 경우 오프될 수 있다.The reset circuit receives a reset signal and initializes the VCO adjustment voltage to the reference voltage. The reset signal is turned on when the bit rate of the received data signal decreases, and the bit rate of the received data signal is maintained or increased. May be turned off.
상기 리셋 회로는, NMOS(N-channel MOSFET) 트랜지스터로, 상기 리셋 신호를 입력받는 게이트; 상기 기준 전압을 입력받는 드레인; 및 상기 루프 필터와 연결되는 소스를 포함할 수 있다.The reset circuit may include an N-channel MOSFET (NMOS) transistor, the gate configured to receive the reset signal; A drain receiving the reference voltage; And a source connected to the loop filter.
본 발명의 실시예에 의하면, 선형 위상 검출기를 통해 위상 및 주파수를 모두 검출하여 클럭 및 데이터를 용이하게 복원할 수 있게 됨으로써, 종래의 복잡한 하드웨어 구성을 간소화 할 수 있게 된다. 즉, 별도의 주파수 검출기 없이도 주파수를 검출할 수 있으므로, 클럭 및 데이터 복원 장치의 구성을 간소화 할 수 있게 된다.According to an embodiment of the present invention, the clock and data can be easily recovered by detecting both phase and frequency through a linear phase detector, thereby simplifying a conventional complicated hardware configuration. That is, since the frequency can be detected without a separate frequency detector, the configuration of the clock and data recovery apparatus can be simplified.
또한, 리셋 회로를 이용하여 선형 위상 검출기에서 주파수를 검출할 수 있는 조건을 만족시켜 줌으로써, 보다 정확한 클럭 및 데이터 복원이 가능하게 된다.In addition, by using a reset circuit to satisfy the condition to detect the frequency in the linear phase detector, more accurate clock and data recovery is possible.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 및 데이터 복원 장치의 블록도 1 is a block diagram of a clock and data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위상 검출기의 블록도 2 is a block diagram of a linear phase detector according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 위상 검출기의 블록도3 is a block diagram of a linear phase detector according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위상 검출기에서 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호 간의 위상 차이와 전하 펌프의 출력 전류의 관계를 나타내는 그래프4 is a graph illustrating a relationship between a phase difference between a received data signal and a restored clock signal and an output current of a charge pump in a linear phase detector according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위상 검출기에서 복원된 클럭 신호의 주파수와 전하 펌프의 평균 출력 전류의 관계를 나타내는 그래프5 is a graph illustrating a relationship between a frequency of a clock signal restored in a linear phase detector and an average output current of a charge pump according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 및 데이터 복원 장치에서 VCO 조정 전압의 시뮬레이션 신호 파형을 나타낸 그래프6 is a graph showing a simulation signal waveform of the VCO adjustment voltage in the clock and data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 위상 검출기의 복원된 클럭 신호의 주파수와 전하 펌프의 평균 출력 전류의 관계를 나타내는 그래프7 is a graph illustrating a relationship between a frequency of a restored clock signal of a linear phase detector and an average output current of a charge pump according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 클럭 및 데이터 복원 장치에서 VCO 조정 전압의 회로 시뮬레이션 신호 파형을 나타낸 그래프8 is a graph illustrating a circuit simulation signal waveform of a VCO regulated voltage in a clock and data recovery apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복원된 데이터 파형과 수신된 데이터를 비교한 비교도9 is a comparison diagram comparing a restored data waveform and received data according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예들을 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9. However, this is only an exemplary embodiment and the present invention is not limited thereto.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 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 subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.The technical spirit of the present invention is determined by the claims, and the following embodiments are merely means for efficiently explaining the technical spirit of the present invention to those skilled in the art.
이하의 설명에 있어서, 신호 또는 정보의 "전송", "통신", "송신", "수신" 기타 이와 유사한 의미의 용어는 일 구성요소에서 다른 구성요소로 신호 또는 정보가 직접 전달되는 것뿐만이 아니라 다른 구성요소를 거쳐 전달되는 것도 포함한다. 특히 신호 또는 정보를 일 구성요소로 "전송" 또는 "송신"한다는 것은 그 신호 또는 정보의 최종 목적지를 지시하는 것이고 직접적인 목적지를 의미하는 것이 아니다.In the following description, the terms "transfer", "communication", "transmit", "receive" and other similar meanings of signals or information are not only meant to directly convey the signal or information from one component to another. It also includes passing through other components. In particular, "transmitting" or "sending" a signal or information to a component indicates the final destination of the signal or information and does not mean a direct destination.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 및 데이터 복원 장치의 블록도이다. 1 is a block diagram of a clock and data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 클럭 및 데이터 복원 장치(100)는 선형 위상 검출기(linear phase detector, 102), 전하 펌프(charge pump, 104), 루프 필터(loop filter, 106), 전압제어 오실레이터(voltage controlled oscillator, 108), 리셋 회로(110) 및 디 플립플롭(D filp flop, 112)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a clock and data recovery apparatus 100 according to an embodiment may include a linear phase detector 102, a charge pump 104, a loop filter 106, and a voltage. A control oscillator 108 may include a voltage controlled oscillator 108, a reset circuit 110, and a D flip flop 112.
이하, 일 실시예에서는 선형 위상 검출기(102)가 full-rate 선형 위상 검출기인 것으로 설명하나 이에 한정되는 것은 아니며, 선형 위상 검출기(102)는 다양한 구조의 선형 위상 검출기(예를 들어, half-rate 선형 위상 검출기, quarter-rate 선형 위상 검출기 등)가 이용될 수도 있음은 물론이다.Hereinafter, in one embodiment, the linear phase detector 102 is described as being a full-rate linear phase detector, but is not limited thereto. The linear phase detector 102 may be a linear phase detector having various structures (eg, half-rate). Of course, a linear phase detector, a quarter-rate linear phase detector, etc.) may be used.
선형 위상 검출기(102)는 입력되는 수신 데이터 신호 및 복원된 클럭 신호에 대응하여 업 신호 및 다운 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 수신 데이터 신호는 데이터를 복원하는 대상이 되는 디지털 신호를 의미할 수 있다. 또한, 복원 클럭 신호는 수신 데이터 신호를 복원하는데 사용되는 신호를 의미할 수 있다. The linear phase detector 102 may output an up signal and a down signal in response to the received data signal and the restored clock signal. Here, the received data signal may mean a digital signal that is a target for restoring data. Also, the recovery clock signal may mean a signal used to recover the received data signal.
구체적으로, 선형 위상 검출기(102)는 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 위상 차이 및 주파수 차이를 비교하여 상기 비교값에 상응하는 업 신호 및 다운 신호를 전하 펌프(104)로 출력할 수 있다. In detail, the linear phase detector 102 may compare the phase difference and the frequency difference between the received data signal and the restored clock signal to output the up signal and the down signal corresponding to the comparison value to the charge pump 104.
즉, 일반적인 클럭 및 데이터 복원 장치에서는 선형 위상 검출기로 위상 차이만을 비교하고, 주파수 차이는 별도의 주파수 검출기를 사용하여 비교하지만, 본 발명의 실시예에서는 하나의 선형 위상 검출기를 사용하여 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 위상 및 주파수 차이를 검출하게 된다. 이때, 선형 위상 검출기(102)는 복원된 클럭 신호의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율(즉, 수신 데이터 신호의 주파수)보다 작은 경우에 한하여 주파수 차이도 함께 검출하게 된다. That is, in a general clock and data recovery apparatus, only a phase difference is compared with a linear phase detector, and a frequency difference is compared using a separate frequency detector. However, in the exemplary embodiment of the present invention, one linear phase detector is used to compare the received data signal with the received data signal. The phase and frequency difference of the recovered clock signal is detected. At this time, the linear phase detector 102 detects the frequency difference together only when the frequency of the recovered clock signal is smaller than the bit rate of the received data signal (ie, the frequency of the received data signal).
본 발명의 일 실시예에서는 복원된 클럭 신호의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율보다 작도록 하기 위하여, 클럭 신호를 복원하기 위한 VCO(voltage controlled oscillator, 전압제어 오실레이터) 조정 전압을 기준 전압으로 초기화시킬 수 있다. 여기서, 기준 전압은 전압제어 오실레이터(108)의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율에 대응되는 주파수가 되게 하는 전압보다 작은 전압으로 설정될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the voltage controlled oscillator (VCO) adjustment voltage for recovering the clock signal may be initialized to a reference voltage so that the frequency of the recovered clock signal is smaller than the bit rate of the received data signal. have. Here, the reference voltage may be set to a voltage smaller than the voltage that causes the frequency of the voltage controlled oscillator 108 to be a frequency corresponding to the bit rate of the received data signal.
구체적으로, 클럭 및 데이터 복원 장치(100)는 후술할 리셋 회로(110)를 이용하여 클럭 신호를 복원하기 위한 VCO 조정 전압을 기준 전압으로 초기화시켜 복원된 클럭 신호의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율보다 작도록 할 수 있다. Specifically, the clock and data recovery apparatus 100 initializes the VCO adjustment voltage for restoring the clock signal to the reference voltage using the reset circuit 110, which will be described later, so that the frequency of the recovered clock signal is higher than the bit rate of the received data signal. It can be small.
클럭 및 데이터 복원 장치(100)는 선형 위상 검출기(102) 및 리셋 회로(110)를 이용하여 수신 데이터 신호와 복원된 클럭의 위상 차이 및 주파수 차이를 모두 검출함으로써, 하드웨어의 구성이 간소화 되게 된다. 선형 위상 검출기(102)를 이용하여 수신 데이터 신호의 주파수와 복원된 클럭 신호의 주파수를 비교하는 내용은 도 4 및 도 5에서 후술하도록 한다. The clock and data recovery apparatus 100 detects both the phase difference and the frequency difference between the received data signal and the restored clock by using the linear phase detector 102 and the reset circuit 110, thereby simplifying the hardware configuration. Comparing the frequency of the received data signal with the frequency of the recovered clock signal using the linear phase detector 102 will be described later with reference to FIGS. 4 and 5.
전하 펌프(104)는 선형 위상 검출기(102)로부터 업 신호 및 다운 신호를 입력받아 이에 상응하는 전류를 출력할 수 있다. 구체적으로, 전하 펌프(104)는 선형 위상 검출기(102)로부터 입력되는 업 신호에 대응하는 업 전류를 루프 필터(106)로 출력하고, 선형 위상 검출기(102)로부터 입력되는 다운 신호에 대응하는 다운 전류를 루프 필터(106)로 출력할 수 있다. The charge pump 104 may receive an up signal and a down signal from the linear phase detector 102 and output a current corresponding thereto. Specifically, the charge pump 104 outputs an up current corresponding to the up signal input from the linear phase detector 102 to the loop filter 106 and down corresponding to the down signal input from the linear phase detector 102. The current can be output to the loop filter 106.
루프 필터(106)는 전하 펌프(104)로부터 입력되는 업 전류 및 다운 전류에 상응하는 VCO 조정 전압을 출력할 수 있다. 구체적으로, 루프 필터(106)는 전하 펌프(104)의 출력단과 접지 사이에 서로 직렬로 연결된 저항(R) 및 제1 커패시터(C1)와 전하 펌프(104)의 출력단과 접지 사이에 연결된 제2 커패시터(C2)로 구성될 수 있다. 이와 같이, 전하 펌프(104)로부터 출력된 업 전류 및 다운 전류는 루프 필터(106)를 거치면서 VCO 조정 전압으로 바뀌게 된다. The loop filter 106 may output a VCO regulated voltage corresponding to the up current and the down current input from the charge pump 104. Specifically, the loop filter 106 includes a resistor R connected in series between the output terminal of the charge pump 104 and the ground and a second capacitor connected between the first capacitor C1 and the output terminal of the charge pump 104 and the ground. It may be composed of a capacitor (C2). In this manner, the up current and the down current output from the charge pump 104 are changed to the VCO regulated voltage through the loop filter 106.
전압제어 오실레이터(108)는 루프 필터(106)에서 출력되는 VCO 조정 전압에 따라 변화된 주파수 및 위상을 갖는 클럭 신호를 복원하고, 복원된 클럭 신호를 다시 선형 위상 검출기(102) 및 디 플립플롭(112)으로 피드백시킨다.The voltage controlled oscillator 108 restores a clock signal having a frequency and a phase changed according to the VCO adjustment voltage output from the loop filter 106, and restores the recovered clock signal to the linear phase detector 102 and the de-flip flop 112. Feedback.
리셋 회로(110)는 선형 위상 검출기(102)에서 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 주파수 차이를 비교할 수 있도록, 루프 필터(106)의 VCO 조정 전압을 기준 전압으로 초기화할 수 있다. The reset circuit 110 may initialize the VCO adjustment voltage of the loop filter 106 to the reference voltage so that the linear phase detector 102 may compare the frequency difference between the received data signal and the restored clock signal.
구체적으로, 리셋 회로(110)는 리셋 신호를 입력받아 루프 필터(106)의 VCO 조정 전압을 기준 전압으로 초기화시킬 수 있다. 여기서, 리셋 신호란 클럭 및 데이터 복원 장치(100)가 동작을 시작하거나, 수신 데이터 신호의 비트율이 이전 수신 데이터 신호의 비트율보다 감소하게 되면 출력되는 신호로, VCO 조정 전압을 기준 전압으로 초기화하기 위한 신호일 수 있다. 만약, 수신 데이터 신호의 비트율이 이전 수신 데이터 신호의 비트율과 비교하여 유지되거나 증가하는 경우, 리셋 신호는 오프(Off) 될수 있다. In detail, the reset circuit 110 may receive the reset signal and initialize the VCO adjustment voltage of the loop filter 106 to the reference voltage. Here, the reset signal is an output signal when the clock and data recovery apparatus 100 starts to operate or when the bit rate of the received data signal is lower than the bit rate of the previous received data signal. The reset signal is used to initialize the VCO adjustment voltage to the reference voltage. May be a signal. If the bit rate of the received data signal is maintained or increased in comparison with the bit rate of the previous received data signal, the reset signal may be turned off.
리셋 회로(110)는 전압제어 오실레이터(108)의 주파수와 수신 데이터 신호의 비트율 간의 관계에 따라 VCO 조정 전압을 기준 전압으로 초기화시킬 수 있다. 예시적인 실시예에서, 선형 위상 검출기(102)가 full-rate 선형 위상 검출기인 경우, 리셋 회로(110)는 전압제어 오실레이터(108)의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율보다 클 때, 상기 VCO 조정 전압을 기준 전압으로 초기화시킬 수 있다. 또는, 선형 위상 검출기(102)가 half-rate 선형 위상 검출기인 경우, 리셋 회로(110)는 전압제어 오실레이터(108)의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율의 반보다 클 때, 상기 VCO 조정 전압을 기준 전압으로 초기화시킬 수 있다. The reset circuit 110 may initialize the VCO adjustment voltage to the reference voltage according to the relationship between the frequency of the voltage controlled oscillator 108 and the bit rate of the received data signal. In an exemplary embodiment, when the linear phase detector 102 is a full-rate linear phase detector, the reset circuit 110 performs the VCO adjustment voltage when the frequency of the voltage controlled oscillator 108 is greater than the bit rate of the received data signal. Can be initialized to the reference voltage. Alternatively, when the linear phase detector 102 is a half-rate linear phase detector, the reset circuit 110 references the VCO adjustment voltage when the frequency of the voltage controlled oscillator 108 is greater than half the bit rate of the received data signal. Can be reset to voltage.
즉, 리셋 회로(110)는 전압제어 오실레이터(108)의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율에 대응되는 주파수보다 작아지도록 VCO 조정 전압을 기준 전압으로 초기화시킬 수 있다. 따라서, 기준 전압은 전압제어 오실레이터(108)의 주파수가 수신 데이터 신호의 최저 비트율보다 작은 값으로 설정될 수 있다. 리셋 회로(110)는 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 이때, 리셋 회로(110)는 리셋 신호와 게이트(G : gate)가 연결되고, 기준 전압과 드레인(D : drain)이 연결되며, 상기 루프 필터(106)와 소스(S : source)가 연결되는 NMOS(N-channel MOSFET) 트랜지스터로 구현될 수 있다. That is, the reset circuit 110 may initialize the VCO adjustment voltage to the reference voltage so that the frequency of the voltage control oscillator 108 is smaller than the frequency corresponding to the bit rate of the received data signal. Thus, the reference voltage may be set to a value where the frequency of the voltage controlled oscillator 108 is less than the lowest bit rate of the received data signal. The reset circuit 110 may be implemented as an NMOS transistor. In this case, the reset circuit 110 is connected to the reset signal and the gate (G), the reference voltage and the drain (D :) is connected, the loop filter 106 and the source (S: source) is connected It may be implemented as an N-channel MOSFET (NMOS) transistor.
디 플립플롭(112)은 수신 데이터 신호를 상기 복원된 클럭 신호로 샘플링하여 데이터를 복원하는 기능을 수행할 수 있다. The de flip-flop 112 may perform a function of restoring data by sampling a received data signal with the restored clock signal.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위상 검출기의 블록도이다. 2 is a block diagram of a linear phase detector according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 선형 위상 검출기(102)는 인버터(128), 제1 디 플립플롭(120), 제2 디 플립플롭(122), 제1 XOR 회로(XOR : exclusive or, 124) 및 제2 XOR 회로(126)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the linear phase detector 102 includes an inverter 128, a first di flip-flop 120, a second di flip-flop 122, a first XOR circuit (XOR: exclusive or 124), 2 XOR circuit 126 may be included.
선형 위상 검출기(102)는 복원된 클럭 신호를 반전시켜 출력하는 인버터(128), 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호를 입력 받는 제1 디 플립플롭(120), 제1 디 플립플롭(120)의 출력 신호와 인버터(128)의 출력 신호를 입력 받는 제2 디 플립플롭(122), 수신 데이터 신호와 제1 디 플립플롭(120)의 출력 신호를 입력 받아 그에 대응하는 업 신호를 출력하는 제1 XOR 회로(124) 및 제1 디 플립플롭(120)과 제2 디 플립플롭(122)의 출력 신호들을 입력 받아 그에 대응하는 다운 신호를 출력하는 제2 XOR 회로(126)를 포함하여 구성될 수 있다.The linear phase detector 102 of the inverter 128 for inverting and outputting the restored clock signal, the first de flip-flop 120 and the first de flip-flop 120 that receive the received data signal and the restored clock signal. A second de-flip flop 122 receiving the output signal and the output signal of the inverter 128, a first receiving the received data signal and the output signal of the first de-flipped flop 120 and outputting an up signal corresponding thereto. And an XOR circuit 124 and a second XOR circuit 126 that receives the output signals of the first de flip-flop 120 and the second de flip-flop 122 and outputs a down signal corresponding thereto. have.
선형 위상 검출기(102)는 상기의 구성들간의 입출력 신호를 통해 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 위상 및 주파수 차이를 검출하고, 그에 따른 업 신호 및 다운 신호를 출력할 수 있게 된다.The linear phase detector 102 can detect the phase and frequency difference between the received data signal and the restored clock signal through the input / output signals between the above components, and output the up and down signals accordingly.
또한, 수신 데이터 신호를 상기 복원된 클럭 신호로 샘플링하여 데이터를 복원하기 위하여 도 1에 도시된 디 플립플롭(112)을 사용하는 대신에, 도 2에 도시된 제1 디 플립플롭(120) 및 제2 디 플립플롭(122) 중 적어도 하나를 사용하여 A 지점 또는 B 지점에서 수신 데이터 신호로부터 복원된 데이터를 얻을 수도 있다.Also, instead of using the de-flip-flop 112 shown in FIG. 1 to sample the received data signal with the restored clock signal, the first de-flip-flop 120 shown in FIG. 2 and At least one of the second de flip-flops 122 may be used to obtain data reconstructed from the received data signal at the A or B point.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 위상 검출기의 블록도이다. 3 is a block diagram of a linear phase detector according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 선형 위상 검출기(102)는 인버터(130), 제1 래치(latch)(132), 제2 래치(134), 제3 래치(136), 제4 래치(138), 제1 XOR 회로(XOR : exclusive or, 140) 및 제2 XOR 회로(142)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the linear phase detector 102 includes an inverter 130, a first latch 132, a second latch 134, a third latch 136, a fourth latch 138, and a third latch. It may include a 1 XOR circuit (XOR: exclusive or, 140) and the second XOR circuit 142.
구체적으로, 선형 위상 검출기(102)는 복원된 클럭 신호를 반전시켜 출력하는 인버터(130), 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호를 입력 받는 제1 래치(132), 제1 래치(132)의 출력 신호와 인버터(130)의 출력 신호를 입력 받는 제2 래치(134), 수신 데이터 신호와 인버터(130)의 출력 신호를 입력 받는 제3 래치(136), 제3 래치(136)의 출력 신호와 복원된 클럭 신호를 입력 받는 제4 래치(138), 제1 래치(132)와 제3 래치(136)의 출력 신호들을 입력 받아 그에 대응하는 업 신호를 출력하는 제1 XOR 회로(140), 및 제2 래치(134)와 제4 래치(138)의 출력 신호들을 입력 받아 그에 대응하는 다운 신호를 출력하는 제2 XOR 회로(142)를 포함하여 구성될 수 있다.Specifically, the linear phase detector 102 inverts the restored clock signal and outputs the inverter 130, an output of the first latch 132 and the first latch 132 that receive the received data signal and the restored clock signal. A second latch 134 for receiving a signal and an output signal of the inverter 130, an output signal of the third latch 136 and a third latch 136 for receiving a received data signal and an output signal of the inverter 130; A fourth latch 138 that receives the restored clock signal, a first XOR circuit 140 that receives output signals of the first latch 132 and the third latch 136 and outputs an up signal corresponding thereto; And a second XOR circuit 142 that receives the output signals of the second latch 134 and the fourth latch 138 and outputs a down signal corresponding thereto.
선형 위상 검출기(102)는 상기의 구성들간의 입출력 신호를 통해 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 위상 및 주파수 차이를 검출하고, 그에 따른 업 신호 및 다운 신호를 출력할 수 있게 된다.The linear phase detector 102 can detect the phase and frequency difference between the received data signal and the restored clock signal through the input / output signals between the above components, and output the up and down signals accordingly.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위상 검출기에서 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호 간의 위상 차이와 전하 펌프의 출력 전류의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서는, 선형 위상 검출기로 full-rate 선형 위상 검출기를 사용하였다.4 is a graph illustrating a relationship between a phase difference between a received data signal and a restored clock signal and an output current of a charge pump in a linear phase detector according to an exemplary embodiment of the present invention. Here, a full-rate linear phase detector was used as the linear phase detector.
도 4에 도시된 그래프는 각 복원된 클럭 신호의 주파수에서 도 2에 도시된 선형 위상 검출기의 각 지점에서의 신호들(구체적으로, 수신 데이터 신호, 복원된 클럭 신호, 도 2의 A 지점 신호, 도 2의 B 지점 신호, 업 신호, 및 다운 신호)의 타이밍 도를 이용함으로써 얻을 수 있다. 여기서, fDATA는 수신 데이터 신호의 비트율을 의미하고, fCLK은 복원된 클럭 신호의 주파수를 의미하고, ICP는 전하 펌프(104)의 UP path(즉, 업 전류)와 DOWN path(즉, 다운 전류)에서의 전류 소스값을 의미한다.The graph shown in FIG. 4 shows signals at each point of the linear phase detector shown in FIG. 2 at the frequency of each recovered clock signal (specifically, the received data signal, the recovered clock signal, the point A signal of FIG. 2, By using the timing diagrams of the point B signal, the up signal, and the down signal in FIG. Here, f DATA denotes a bit rate of the received data signal, f CLK denotes a frequency of the recovered clock signal, and I CP denotes an UP path (i.e., up current) and a DOWN path (i.e., the charge pump 104). Down current).
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 수신 데이터 신호의 중심과 복원된 클럭 신호의 상승 엣지 사이의 위상 차이를
Figure PCTKR2016014117-appb-I000001
로 정의하는 경우, fCLK=1/n*fDATA (단, n은 1이상 자연수) 일때, 전하 펌프(104)의 출력 전류는
Figure PCTKR2016014117-appb-I000002
와 복원된 클럭 신호의 주파수에 따라서 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Here, as shown in Figure 2, the phase difference between the center of the received data signal and the rising edge of the recovered clock signal
Figure PCTKR2016014117-appb-I000001
If defined as f CLK = 1 / n * f DATA (where n is a natural number greater than or equal to 1), The output current of the charge pump 104 is
Figure PCTKR2016014117-appb-I000002
And according to the frequency of the recovered clock signal can be represented by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
Figure PCTKR2016014117-appb-I000003
Figure PCTKR2016014117-appb-I000003
여기서,
Figure PCTKR2016014117-appb-I000004
는 비트전이확률밀도(bit transition density)를 의미한다.
here,
Figure PCTKR2016014117-appb-I000004
Denotes a bit transition density.
도 4를 참조하면, 전하 펌프(104)의 출력 전류는 복원된 클럭 신호의 주파수(fCLK)가 수신 데이터 신호의 비트율(fDATA)보다 같거나 클 경우 평균값이 0인데 반하여, 복원된 클럭 신호의 주파수(fCLK)가 수신 데이터 신호의 비트율(fDATA)보다 작을 경우 평균 값이 양(+)의 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, the output current of the charge pump 104 has an average value of 0 when the frequency f CLK of the restored clock signal is equal to or greater than the bit rate f DATA of the received data signal, whereas the restored clock signal When the frequency f CLK is smaller than the bit rate f DATA of the received data signal, it can be seen that the average value has a positive value.
이와 같이, 복원된 클럭 신호의 주파수(fCLK)가 수신 데이터 신호의 비트율(fDATA)보다 작을 경우 전하 펌프(104)의 출력 전류는 평균적으로 양의 값을 출력함에 따라, 선형 위상 검출기(102)에서는 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 주파수 차이도 검출할 수 있게 된다. As such, when the frequency f CLK of the recovered clock signal is smaller than the bit rate f DATA of the received data signal, the output current of the charge pump 104 outputs a positive value on average, so that the linear phase detector 102 ), The frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal can be detected.
한편, 복원된 클럭 신호의 주파수(fCLK)가 수신 데이터 신호의 비트율(fDATA)보다 같거나 클 경우 전하 펌프(104)의 출력 전류는 평균적으로 0의 값을 출력함에 따라, 선형 위상 검출기(102)에서는 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 주파수 차이를 검출 할 수 없게 된다. 이에 본 발명의 실시예에서는, 리셋 회로(110)를 통해 루프 필터(106)의 VCO 조정 전압을 기준 전압으로 초기화하여 복원된 클럭 신호의 주파수(fCLK)가 수신 데이터 신호의 비트율(fDATA)보다 작아지도록 함으로써, 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 주파수 차이를 항상 검출할 있게 된다.On the other hand, when the frequency f CLK of the recovered clock signal is equal to or greater than the bit rate f DATA of the received data signal, the output current of the charge pump 104 outputs a value of 0 on average, so that the linear phase detector ( In 102, the frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal cannot be detected. Therefore, in the exemplary embodiment of the present invention, the frequency f CLK of the clock signal restored by initializing the VCO adjustment voltage of the loop filter 106 to the reference voltage through the reset circuit 110 is the bit rate f DATA of the received data signal. By making it smaller, the frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal can always be detected.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 위상 검출기에서 복원된 클럭 신호의 주파수와 전하 펌프의 평균 출력 전류의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서는, 선형 위상 검출기가 full-rate 선형 위상 검출기인 것으로 하였다.5 is a graph illustrating a relationship between a frequency of a clock signal restored in a linear phase detector and an average output current of a charge pump according to an exemplary embodiment of the present invention. Here, the linear phase detector is assumed to be a full-rate linear phase detector.
도 5에 도시된 그래프(즉, 전하 펌프의 평균 출력 전류에 관한 그래프)는 각 복원된 클럭 주파수에서 도 4에 도시된 전하 펌프 출력 전류를 하기의 수학식 2와 같이 위상 차이에 대하여 평균값을 취함으로써 구할 수 있다.The graph shown in FIG. 5 (ie, the graph relating to the average output current of the charge pump) takes the average value of the charge pump output current shown in FIG. 4 at each restored clock frequency with respect to the phase difference as shown in Equation 2 below. It can be obtained by
[수학식 2][Equation 2]
Figure PCTKR2016014117-appb-I000005
Figure PCTKR2016014117-appb-I000005
도 5를 참조하면, 선형 위상 검출기(102)는 복원된 클럭 신호의 주파수(fCLK, 도 5의 X축의 값)가 수신 데이터 신호의 비트율(fDATA) 보다 작을 경우, 전하 펌프(104)의 평균 출력 전류(도 5의 Y축의 값)의 값이 복원된 클럭 신호의 주파수(fCLK)와 반비례하면서 양(+)의 값을 갖고, 복원된 클럭 신호의 주파수(fCLK)가 수신 데이터 신호의 비트율(fDATA) 보다 같거나 클 경우, 전하 펌프의 평균 출력 전류의 값은 복원된 클럭 신호의 주파수(fCLK)와 무관하게 0인 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 5, the linear phase detector 102 of the charge pump 104 when the frequency f CLK of the recovered clock signal is smaller than the bit rate f DATA of the received data signal is determined. the average frequency of the restored clock signal value of the output current (a value of Y axis in Fig. 5) (f CLK) and having a positive value (+), while inversely, the frequency of the recovered clock signal (f CLK), the received data signal When the bit rate f DATA is equal to or greater than, the value of the average output current of the charge pump is zero, regardless of the frequency f CLK of the recovered clock signal.
즉, 선형 위상 검출기(102)는 복원된 클럭 신호의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율 보다 작은 범위에서 수신 데이터 신호의 비트율과 복원된 클럭 신호의 주파수를 비교하여 그 차이를 검출함으로써, 별도의 주파수 검출기를 사용하지 않고도 주파수를 검출할 수 있게 된다. That is, the linear phase detector 102 compares the bit rate of the received data signal and the frequency of the recovered clock signal in a range in which the frequency of the recovered clock signal is smaller than the bit rate of the received data signal and detects the difference. The frequency can be detected without using.
만약, 수신 데이터 신호의 비트율이 감소하여 복원된 클럭 신호의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율보다 커지게 되는 경우, 리셋 회로(110)는 복원된 클럭 신호의 주파수를 수신 데이터 신호의 비트율보다 낮게 되도록(즉, 초기화 되도록) 할 수 있게 된다. 이를 통해, 선형 위상 검출기(102)는 위상 검출뿐만 아니라 주파수도 검출할 수 있게 된다. If the bit rate of the received data signal is reduced so that the frequency of the recovered clock signal becomes larger than the bit rate of the received data signal, the reset circuit 110 may set the frequency of the recovered clock signal to be lower than the bit rate of the received data signal ( That is, to be initialized). Through this, the linear phase detector 102 can detect not only phase detection but also frequency.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 클럭 및 데이터 복원 장치에서 VCO 조정 전압의 시뮬레이션 신호 파형을 나타낸 그래프이다. 여기서는, 선형 위상 검출기가 full-rate 선형 위상 검출기인 것으로 하였다.6 is a graph showing a simulation signal waveform of the VCO adjustment voltage in the clock and data recovery apparatus according to an embodiment of the present invention. Here, the linear phase detector is assumed to be a full-rate linear phase detector.
도 6에서 기준 전압은 0V로 설정되었으며, VCO 조정 전압이 대략 500mV로 제대로 주파수 락킹(locking)하는 것을 확인할 수 있다. 클럭 및 데이터 복원 장치(100)는 주파수 획득 후에 위상 획득을 하며 복원된 클럭 신호를 사용하여 데이터를 복원할 수 있다. In FIG. 6, the reference voltage is set to 0 V, and it can be seen that the VCO adjustment voltage is properly locked to approximately 500 mV. The clock and data recovery apparatus 100 may acquire a phase after frequency acquisition and recover data using the restored clock signal.
기준 전압은 이미 설명한 바와 같이 수신 데이터 신호의 비트율의 범위에 따라 달라진다. 예를 들어, 선형 위상 검출기가 full-rate 선형 위상 검출기이고, 수신 데이터 신호의 비트율이 1Gb/s와 같이 고정된 값일 경우, 기준 전압은 전압제어 오실레이터(108)의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율에 해당하는 1GHz가 되도록 하는 전압보다 작은 전압으로 설정되어야 한다. The reference voltage, as already explained, depends on the range of bit rates of the received data signal. For example, if the linear phase detector is a full-rate linear phase detector and the bit rate of the received data signal is a fixed value, such as 1 Gb / s, the reference voltage is such that the frequency of the voltage controlled oscillator 108 is equal to the bit rate of the received data signal. It should be set to a voltage less than the voltage that corresponds to 1 GHz.
또는, 선형 위상 검출기가 full-rate 선형 위상 검출기이고, 수신 데이터 신호의 비트율이 100Mb/s에서 1Gb/s와 같이 광대역 주파수일 경우, 기준 전압은 전압제어 오실레이터(108)의 주파수가 수신 데이터 신호의 최저 비트율인 100Mb/s에 해당하는 주파수인 100MHz가 되도록 하는 전압보다 작은 전압으로 설정되어야 한다. 즉, 기준 전압은 전압제어 오실레이터(108)의 주파수가 수신 데이터 신호의 최저 비트율보다 작은 값으로 설정될 수 있는 전압으로 설정되어야 한다. Alternatively, when the linear phase detector is a full-rate linear phase detector, and the bit rate of the received data signal is a broadband frequency such as 1 Gb / s at 100 Mb / s, the reference voltage is the frequency of the voltage controlled oscillator 108 It should be set to a voltage less than the voltage to be 100 MHz, the frequency corresponding to the lowest bit rate 100 Mb / s. That is, the reference voltage should be set to a voltage at which the frequency of the voltage controlled oscillator 108 can be set to a value smaller than the lowest bit rate of the received data signal.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 위상 검출기의 복원된 클럭 신호의 주파수와 전하 펌프의 평균 출력 전류의 관계를 나타내는 그래프이다. 상기 그래프는 여러 값의 클럭 주파수에서 타이밍 도를 각각 도시함으로써 얻을 수 있다. 여기서는, 선형 위상 검출기가 half-rate 선형 위상 검출기인 것으로 하였다. 또한, fin은 수신 데이터 신호의 비트율을 의미하고, Icp는 전하 펌프(104)의 UP path(즉, 업 전류)와 DOWN path(즉, 다운 전류)에서의 전류 소스값을 의미할 수 있다. 7 is a graph illustrating a relationship between a frequency of a restored clock signal of a linear phase detector and an average output current of a charge pump according to another exemplary embodiment of the present invention. The graph can be obtained by showing timing diagrams respectively at various clock frequencies. Here, the linear phase detector was assumed to be a half-rate linear phase detector. In addition, f in may mean a bit rate of the received data signal, and I cp may mean a current source value in the UP path (ie, up current) and DOWN path (ie, down current) of the charge pump 104. .
도 7을 참조하면, 선형 위상 검출기(102)는 복원된 클럭 신호의 주파수(도 7의 X축의 값)가 수신 데이터 신호의 비트율의 반(fin /2) 보다 작을 경우, 전하 펌프(104)의 평균 출력 전류(도 7의 Y축의 값)의 값이 복원된 클럭 신호의 주파수와 반비례하며, 복원된 클럭 신호의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율의 반(fin /2)보다 같거나 클 경우, 전하 펌프의 평균 출력 전류의 값은 복원된 클럭 신호의 주파수와 무관하게 0인 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 7, the linear phase detector 102 includes the charge pump 104 when the frequency of the recovered clock signal (the value of the X axis of FIG. 7) is less than half (f in / 2) of the bit rate of the received data signal. When the value of the average output current (the value of the Y-axis in Fig. 7) is inversely proportional to the frequency of the recovered clock signal, and the frequency of the recovered clock signal is equal to or greater than half (f in / 2) of the bit rate of the received data signal. It can be seen that the value of the average output current of the charge pump is zero regardless of the frequency of the recovered clock signal.
즉, 선형 위상 검출기(102)는 복원된 클럭 신호의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율의 반보다 작거나 같은 범위에서 수신 데이터 신호의 비트율과 복원된 클럭 신호의 주파수를 비교하여 그 차이를 검출함으로써, 주파수 검출기를 사용하지 않고도 주파수를 검출할 수 있게 된다. That is, the linear phase detector 102 detects the difference by comparing the bit rate of the received data signal with the frequency of the recovered clock signal in a range where the frequency of the recovered clock signal is less than or equal to half the bit rate of the received data signal, The frequency can be detected without using a frequency detector.
만약, 수신 데이터의 신호의 비트율이 이전 수신 데이터 신호의 비트율보다 감소하여 복원된 클럭 신호의 주파수가 수신 데이터 신호의 비트율의 반(fin /2) 보다 커지게 되는 경우, 상기 리셋 회로(110)는 복원된 클럭 신호의 주파수를 수신 데이터 신호의 비트율의 절반(fin /2) 보다 낮게 되도록(즉, 초기화 되도록) 할 수 있게 된다. 이를 통해, 선형 위상 검출기(102)는 위상 검출뿐만 아니라 주파수도 검출할 수 있게 된다. If the bit rate of the signal of the received data is lower than the bit rate of the previous received data signal so that the frequency of the recovered clock signal is greater than half (f in / 2) of the bit rate of the received data signal, the reset circuit 110 The frequency of the recovered clock signal can be lowered (ie, initialized) to less than half of the bit rate (f in / 2) of the received data signal. Through this, the linear phase detector 102 can detect not only phase detection but also frequency.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 클럭 및 데이터 복원 장치에서 VCO 조정 전압의 회로 시뮬레이션 신호 파형을 나타낸 그래프이다. 여기서는, 선형 위상 검출기가 half-rate 선형 위상 검출기인 것으로 하였다.8 is a graph illustrating a circuit simulation signal waveform of a VCO adjustment voltage in a clock and data recovery apparatus according to another embodiment of the present invention. Here, the linear phase detector was assumed to be a half-rate linear phase detector.
도 8에서 기준 전압은 100mV로 설정되었으며, VCO 조정 전압이 대략 600mV로 제대로 락킹(locking)하는 것을 확인할 수 있다. 기준 전압은 이미 설명한 바와 같이 수신 데이터 신호의 비트율의 범위에 따라 달라진다. 예를 들어, 수신 데이터 신호의 비트율이 1Gb/s와 같이 고정된 값일 경우, 기준 전압은 전압제어 오실레이터(108)의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율의 반에 해당하는 500MHz가 되도록 하는 전압보다 작은 전압으로 설정 되어야 한다. 만약, 수신 데이터 신호의 비트율이 100Mb/s에서 1Gb/s와 같이 광대역 주파수일 경우, 기준 전압은 전압제어 오실레이터(108)의 주파수가 수신 데이터 신호의 최저 비트율인 100Mb/s의 반에 해당하는 주파수인 50MHz가 되도록 하는 전압보다 작은 전압으로 설정 되어야 한다. 즉, 기준 전압은 전압제어 오실레이터(108)의 주파수가 수신 데이터 신호의 최저 비트율의 반보다 작은 값으로 설정될 수 있는 전압으로 설정 되어야 한다.In FIG. 8, the reference voltage is set to 100 mV, and it can be seen that the VCO adjustment voltage is properly locked to approximately 600 mV. The reference voltage, as already explained, depends on the range of bit rates of the received data signal. For example, when the bit rate of the received data signal is a fixed value such as 1 Gb / s, the reference voltage is smaller than the voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator 108 becomes 500 MHz corresponding to half of the bit rate of the received data signal. Should be set to voltage. If the bit rate of the received data signal is a wideband frequency such as 1 Gb / s at 100 Mb / s, the reference voltage is a frequency whose frequency of the voltage controlled oscillator 108 corresponds to half of 100 Mb / s, which is the lowest bit rate of the received data signal. Should be set to a voltage less than 50MHz. That is, the reference voltage should be set to a voltage at which the frequency of the voltage controlled oscillator 108 can be set to a value less than half of the lowest bit rate of the received data signal.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복원된 데이터 파형과 수신된 데이터를 비교한 비교도이다. 9 is a comparison diagram comparing the restored data waveform and the received data according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 클럭 및 데이터 복원 장치(100)를 이용하여 복원한 데이터 파형과 수신된 데이터 파형을 비교해 볼 때, 클럭 및 데이터 복원 장치(100)가 수신된 데이터를 정확히 복원하고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, when the data waveform restored using the clock and data recovery apparatus 100 is compared with the received data waveform, it is understood that the clock and data recovery apparatus 100 correctly restores the received data. Can be.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the present invention has been described in detail with reference to exemplary embodiments above, those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. I will understand. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.
[부호의 설명][Description of the code]
100 : 클럭 및 데이터 복원 장치100: clock and data recovery unit
102 : 선형 위상 검출기102: linear phase detector
104 : 전하 펌프104: charge pump
106 : 루프 필터106: loop filter
108 : 전압제어 오실레이터108: voltage controlled oscillator
110 : 리셋 회로110: reset circuit
112 : 디 플립플롭112: the flip flop
120 : 제1 디 플립플롭120: first di flip-flop
122 : 제2 디 플립플롭122: second di flip-flop
124 : 제1 XOR 회로124: first XOR circuit
126 : 제2 XOR 회로126: second XOR circuit
128 : 인버터128: inverter
130 : 인버터130: inverter
132 : 제1 래치132: first latch
134 : 제2 래치134: second latch
136 : 제3 래치136: third latch
138 : 제4 래치138: fourth latch
140 : 제1 XOR 회로140: first XOR circuit
142 : 제2 XOR 회로142: second XOR circuit

Claims (11)

  1. 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 위상 차이 및 주파수 차이를 비교하여 상기 비교 값에 상응하는 업 신호 및 다운 신호를 출력하는 선형 위상 검출기;A linear phase detector for comparing a phase difference and a frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal to output an up signal and a down signal corresponding to the comparison value;
    상기 선형 위상 검출기로부터 입력되는 업 신호 및 다운 신호에 상응하는 전류를 출력하는 전하 펌프;A charge pump outputting a current corresponding to an up signal and a down signal input from the linear phase detector;
    상기 전하 펌프로부터 입력되는 상기 전류에 상응하는 VCO(Voltage Controlled Oscillator) 조정 전압을 출력하는 루프 필터;A loop filter outputting a voltage controlled oscillator (VCO) regulated voltage corresponding to the current input from the charge pump;
    상기 루프 필터에서 출력되는 VCO 조정 전압에 상응하는 주파수 및 위상을 갖는 클럭 신호를 복원하고, 복원된 클럭 신호를 상기 선형 위상 검출기로 출력하는 전압제어 오실레이터; 및A voltage controlled oscillator for recovering a clock signal having a frequency and a phase corresponding to a VCO adjustment voltage output from the loop filter and outputting the recovered clock signal to the linear phase detector; And
    상기 VCO 조정 전압을 기 설정된 기준 전압으로 초기화 시키는 리셋 회로를 포함하는, 클럭 및 데이터 복원 장치.And a reset circuit for initializing the VCO adjustment voltage to a preset reference voltage.
  2. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 선형 위상 검출기는, 풀 레이트(full-rate) 선형 위상 검출기이고,The linear phase detector is a full-rate linear phase detector,
    상기 복원된 클럭 신호를 반전시켜 출력하는 인버터;An inverter for inverting and outputting the restored clock signal;
    상기 수신 데이터 신호와 상기 복원된 클럭 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제1 디 플립플롭;A first de flip-flop that receives the received data signal and the restored clock signal and outputs a value corresponding to the input;
    상기 제1 디 플립플롭의 출력 신호와 상기 인버터의 출력 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제2 디 플립플롭;A second di flip-flop that receives an output signal of the first di flip-flop and an output signal of the inverter and outputs a value corresponding to the input;
    상기 수신 데이터 신호와 상기 제1 디 플립플롭의 출력 신호를 입력 받아 상기 업 신호를 출력하는 제1 XOR 회로; 및 A first XOR circuit configured to receive the received data signal and the output signal of the first flip-flop and output the up signal; And
    상기 제1 디 플립플롭과 상기 제2 디 플립플롭의 출력 신호들을 입력 받아 상기 다운 신호를 출력하는 제2 XOR 회로를 포함하는, 클럭 및 데이터 복원 장치.And a second XOR circuit configured to receive output signals of the first and second flip-flops and output the down signal.
  3. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 선형 위상 검출기는, 풀 레이트(full-rate) 선형 위상 검출기이고,The linear phase detector is a full-rate linear phase detector,
    상기 복원된 클럭 신호의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율 보다 작은 경우, 상기 수신 데이터 신호와 상기 복원된 클럭 신호의 위상 차이 이외에 상기 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 주파수 차이도 검출하도록 마련되는, 클럭 및 데이터 복원 장치. When the frequency of the recovered clock signal is less than the bit rate of the received data signal, in addition to the phase difference between the received data signal and the restored clock signal, provided to detect a frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal, Clock and data recovery device.
  4. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3,
    상기 선형 위상 검출기는, 풀 레이트(full-rate) 선형 위상 검출기이고,The linear phase detector is a full-rate linear phase detector,
    상기 리셋 회로는, The reset circuit,
    상기 전압제어 오실레이터의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율에 대응되는 주파수보다 작아지도록 상기 VCO 조정 전압을 상기 기준 전압으로 초기화 시키는, 클럭 및 데이터 복원 장치. And initializing the VCO adjustment voltage to the reference voltage such that a frequency of the voltage controlled oscillator becomes smaller than a frequency corresponding to a bit rate of the received data signal.
  5. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4,
    상기 기준 전압은,The reference voltage is,
    상기 전압제어 오실레이터의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율에 대응되는 주파수가 되도록 하는 전압보다 작은 전압으로 설정되는, 클럭 및 데이터 복원 장치. And a voltage lower than a voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator becomes a frequency corresponding to the bit rate of the received data signal.
  6. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 선형 위상 검출기는, 하프 레이트(half-rate) 선형 위상 검출기이고,The linear phase detector is a half-rate linear phase detector,
    상기 복원된 클럭 신호를 반전시켜 출력하는 인버터;An inverter for inverting and outputting the restored clock signal;
    상기 수신 데이터 신호와 상기 복원된 클럭 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제1 래치;A first latch receiving the received data signal and the restored clock signal and outputting a value corresponding to the input;
    상기 제1 래치의 출력 신호와 상기 인버터의 출력 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제2 래치;A second latch receiving an output signal of the first latch and an output signal of the inverter and outputting a value corresponding to the input;
    상기 수신 데이터 신호와 상기 인버터의 출력 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제3 래치;A third latch receiving the received data signal and the output signal of the inverter and outputting a value corresponding to the input;
    상기 제3 래치의 출력 신호와 상기 복원된 클럭 신호를 입력 받고, 상기 입력에 상응하는 값을 출력하는 제4 래치;A fourth latch receiving the output signal of the third latch and the restored clock signal and outputting a value corresponding to the input;
    상기 제1 래치와 상기 제3 래치의 출력 신호를 입력 받아 상기 업 신호를 출력하는 제1 XOR 회로; 및 A first XOR circuit receiving the output signals of the first latch and the third latch and outputting the up signal; And
    상기 제2 래치와 상기 제4 래치의 출력 신호들을 입력 받아 상기 다운 신호를 출력하는 제2 XOR 회로를 포함하는, 클럭 및 데이터 복원 장치.And a second XOR circuit receiving the output signals of the second latch and the fourth latch and outputting the down signal.
  7. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 선형 위상 검출기는, 하프 레이트(half-rate) 선형 위상 검출기이고,The linear phase detector is a half-rate linear phase detector,
    상기 복원된 클럭 신호의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율의 반 보다 작은 경우, 상기 수신 데이터 신호와 상기 복원된 클럭 신호의 위상 차이 이외에 상기 수신 데이터 신호와 복원된 클럭 신호의 주파수 차이도 검출하도록 마련되는, 클럭 및 데이터 복원 장치. When the frequency of the recovered clock signal is less than half of the bit rate of the received data signal, the frequency difference between the received data signal and the recovered clock signal may be detected in addition to the phase difference between the received data signal and the recovered clock signal. Clock and data recovery device.
  8. 청구항 7에 있어서, The method according to claim 7,
    상기 선형 위상 검출기는, 하프 레이트(half-rate) 선형 위상 검출기이고, The linear phase detector is a half-rate linear phase detector,
    상기 리셋 회로는, 상기 전압제어 오실레이터의 주파수가 상기 수신 데이터 신호의 비트율의 반에 해당하는 주파수보다 작아지도록 상기 VCO 조정 전압을 상기 기준 전압으로 초기화시키는, 클럭 및 데이터 복원 장치.And the reset circuit initializes the VCO adjustment voltage to the reference voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator is less than a frequency corresponding to half the bit rate of the received data signal.
  9. 청구항 8에 있어서, The method according to claim 8,
    상기 기준 전압은, The reference voltage is,
    상기 전압제어 오실레이터의 주파수가 상기 수신 데이터의 비트율의 반에 대응되는 주파수가 되도록 하는 전압보다 작은 전압으로 설정되는, 클럭 및 데이터 복원 장치.And a voltage lower than a voltage such that the frequency of the voltage controlled oscillator is a frequency corresponding to half of the bit rate of the received data.
  10. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 리셋 회로는, The reset circuit,
    리셋 신호를 입력받아 상기 VCO 조정 전압을 상기 기준 전압으로 초기화시키고, Receiving a reset signal to initialize the VCO adjustment voltage to the reference voltage,
    상기 리셋 신호는, 상기 수신 데이터 신호의 비트율이 감소하는 경우 온되고, 상기 수신 데이터 신호의 비트율이 유지 또는 증가하는 경우 오프되는, 클럭 및 데이터 복원 장치. And the reset signal is turned on when the bit rate of the received data signal decreases and turned off when the bit rate of the received data signal is maintained or increased.
  11. 청구항 10에 있어서, The method according to claim 10,
    상기 리셋 회로는,The reset circuit,
    NMOS(N-channel MOSFET) 트랜지스터로,N-channel MOSFET (NMOS) transistor,
    상기 리셋 신호를 입력받는 게이트;A gate receiving the reset signal;
    상기 기준 전압을 입력받는 드레인; 및 A drain receiving the reference voltage; And
    상기 루프 필터와 연결되는 소스를 포함하는, 클럭 및 데이터 복원 장치. And a source coupled to the loop filter.
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