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JP3562715B2 - Clock recovery circuit - Google Patents

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JP3562715B2
JP3562715B2 JP2001073358A JP2001073358A JP3562715B2 JP 3562715 B2 JP3562715 B2 JP 3562715B2 JP 2001073358 A JP2001073358 A JP 2001073358A JP 2001073358 A JP2001073358 A JP 2001073358A JP 3562715 B2 JP3562715 B2 JP 3562715B2
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秀之 野坂
孝知 榎木
庄治 平塚
正弘 村口
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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NTT Electronics Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリアルデータ信号からクロックを抽出するクロック再生回路に関し、特にプルインレンジ、ジッタ特性等が入力信号のデータパタンに依存しない光受信機を実現するためのクロック再生回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は従来のクロック再生回路の一例を示す図である(参考文献:C.R.Hogge,JR.,”A Self Correcting Clock Recovery Circuit”,Journal of Lightwave Tech.,vol.LT-3,No.6 1985,p1323)。
【0003】
従来のクロック再生回路は、位相比較器2、ループフィルタ3、電圧制御発振器(以下、VCOと略記する)4、加算器19から構成される。位相比較器2は位相差に比例した直流電圧成分を含む信号を出力する機能を有する。位相比較器には多くの構成が提案されているが、図8の構成が最も広く知られている。
【0004】
入力データDinはデータ入力端子1を経由してD型フリップフロップ(以下、D−FFと略記する)9に入力される。また、VCO4の出力信号はバッファ6を経由してD−FF9をトリガする。これにより入力データDinがクロックCLKによりリタイミングされた信号がD−FF9の出力に現れる。Dinとリタイミングされた信号とは排他的論理和ゲート(以下、EXORと略記する)13の入力に接続される。EXOR13はDinとCLKとの位相差に比例したパルス幅を持つ信号(位相比較信号15)Vを出力することになる。なお、EXOR13は入力信号にエッジ(ハイレベルからローレベルへの遷移、またはローレベルからハイレベルヘの遷移)が生じた時にのみパルスを出力するので、Vは位相差だけでなくエッジ密度にも比例した直流成分を持つ。
【0005】
CLKの立ち上がりとDinのエッジが一致する位相関係を基準(ゼロ)とした場合のDinとCLKとの位相差をφ(ラジアン)、入力信号Dinのエッジ密度係数(入力データDinのエッジ数/クロックCLKのエッジ数)をDFとすると、位相比較信号Vの直流成分は、ハイレベルとローレベルの差電圧を単位電圧として、
=φ・DF (1)
のように表される。ここで、0<φ<2πであり、0<DF<0.5である。
【0006】
一方、D−FF9によりリタイミングされた信号はD−FF10にも入力され、バッファ6の反転CLK出力によりもう一度リタイミングされる。D−FF9の出力とD−FF10の出力はEXOR14の入力に接続される。EXOR14に入力される2信号はいずれもVCO4の出力によりリタイミングされているので、EXOR14の出力(エッジ密度信号16)Vのパルス幅はDinとCLKとの位相差に無関係に一定(CLKのデューテイが正確に50%である場合にはクロック周期の半分)となる。
【0007】
EXOR14はEXOR13と同様に入力信号にエッジが生じた時にのみパルスを出力するので、Vはエッジ密度に比例した直流成分を持つ。CLKのデューテイが正確に50%である場合、エッジ密度信号Vの直流成分は、
=π・DF (2)
のように表される。加算器19は位相比較信号Vとエッジ密度信号Vとを入力し、その差の電圧を出力する。(1)、(2)式より加算器19の出力VPEの直流成分は、
PE=(φ−π)・DF (3)
のように表される。加算器19の出力VPEはループフィルタ3を通過することにより帯域を制限された後、VCO4に送出される。VCO4の出力はクロック出力端子5に接続されると同時に、位相比較器2に戻されることにより、DinとCLKとの間で位相同期が成立する。
【0008】
ロック状態では、VCO4はほぼ一定周波数で発振するため加算器19の出力VPEの直流成分((3)式)はほぼ一定となる。この条件でエッジ密度係数DFが変化すると、VPEを一定とするようにφが変化してロック状態を維持することになる。すなわち、φはDFによって変調を受けることになる。唯一、φがDFの影響を受けないのはφ=πの場合である。φ=πの場合でロック状態が実現している場合は、DFが変化してもφはその値を変化することがない。
【0009】
なお、リタイミングされたデータが必要な場合には、D−FF9の出力あるいはD−FF10の出力を使用すれば良い。図8では、D−FF10の出力をDoutとしデータ出力端子34に接続して外部に送出する構成としている。
【0010】
図9は従来のクロック再生回路の動作を示す波形図である。入力端子1に与えられる(a)に示すDin信号を(b)に示すCLK信号によりD−FF9によりリタイミングして(c)に示す信号11を得、(a)に示すDin信号とリタイミングされた(c)に示す信号からEXOR13により(f)に示す位相比較信号15(=V)が得られる。また、リタイミングされた(c)に示す信号11を(d)に示す反転CLK信号によってD−FF10によりさらにリタイミングして(e)に示す信号12を得、こられの信号(c)と(e)からEXOR14により(g)に示すエッジ密度信号16(=V)が得られる。(f)に示す位相比較信号と(g)に示すエッジ密度信号との差(=V−V)が加算器19の(h)に示す出力17(=VPE)となる。
【0011】
図9(I)はCLK信号の位相がDin信号に対して進んでいる場合(0<φ<π)の動作であり、位相比較信号(f)のパルス幅はエッジ密度信号(g)のパルス幅よりも短く、加算器19の出力VPEの直流成分は負となる。図9(III)はCLK信号の位相がDin信号に対して遅れている場合(π<φ<2π)の動作であり、位相比較信号(f)のパルス幅はエッジ密度信号(g)のパルス幅よりも長く、加算器19の出力VPEの直流成分は正となる。図9(II)はCLK信号とDin信号との位相関係が最適の場合(φ=π)の動作である。
【0012】
最適な位相関係とは、D−FF9においてCLK信号の立ち上がりでDin信号のちょうど中央を打ち抜く位相関係のことであり、D−FF9にとって最も位相余裕が大きい位相関係であるからである。この場合、位相比較信号(f)のパルス幅はエッジ密度信号(g)のパルス幅に一致しており、加算器19の出力の直流成分はゼロとなる。これは(3)式においてφ=πとした結果と一致する。
【0013】
図10は位相比較器2の位相比較特性(Din−CLKの位相差φと、加算器19の出力VPEの平均電圧との関係)である。入力データDinのエッジ密度係数DFを0.5と0.25の場合について示した。DFの値は、Dinが0/1交番信号の場合に最高のDF=0.5となり、PN(疑似ノイズ)信号や通常のデータ伝送の場合にDF<0.5となる。
【0014】
すでに説明したように、クロック再生回路の運用中(ロック時)には加算器19の出力VPEの平均電圧はほぼ一定に保たれるので、運用中にDFの値が変化した場合、Din−CLKの位相差φが影響を受けその値を変化させることになる。この時、Din−CLKの位相差φそれ自身の値によってその影響の受け方の度合いが異なる。(II)に示すようにφがπに近い場合には、φはDFの値の変化による影響を受けにくく、φがπの場合には影響がなくなる。一方、φがπから大きく外れると大きな影響を受けることになる。すなわち、Din−CLKの位相関係の最適点(II)は、D−FF9におけるCLKによるDin打ち抜きの位相余裕が最大である意味で最適であるのに加え、φがDFの影響を受けない唯一の位相関係である意味でも最適であると言うことができる。また、加算器19の出力VPEの平均電圧も、DFの影響を受けないのは、最適点(II)のみである。
【0015】
図11はVCO4の自走周波数と加算器19の出力VPEの平均電圧との関係を示す図である。ロック状態での傾きが負であるが、これは同じビットレートに対して自走周波数が高い方向にシフトした場合に、加算器19の出力VPEの平均電圧が低くなることによりロック状態を維持することを意味している。上述の通りDFの影響を受けない加算器19の出力VPEの平均電圧はポイント(最適点(II))でしか存在しないため、DFの影響を受けないVCO4の自走周波数もポイント(ロックレンジの中央)でしか存在しない。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、図8に示す従来のクロック再生回路では、位相比較特性がDFの影響を受けないVCO4の自走周波数は、ポイントでしか存在しない。仮にVCO4の自走周波数がこの最適点(II)よりも高い(I)となった場合を考える(図11)。すると加算器19の出力VPEの平均電圧はその値を下げることにより同期状態を維持する。この結果、図10に(I)として示すように、Din−CLKの位相差φはDFの値によって大きく変化を受けることになる。これは、D−FF9、D−FF10の打ち抜きタイミングがDFにより大きく変調を受けることを意味する。
【0017】
この結果、再生されるクロックCoutの位相がDFによって変調されてしまうのに加え、リタイミングされた再生データDoutの位相も同様にDFによって変調されてしまう。このように、DFによりCoutの位相やDoutの位相が変調されると、ジッタの新たな発生や入力データDinに含まれるジッタに対する耐力の低下の問題を引き起こす。また、DFの違いによりロックレンジやプルインレンジがシフトするため、特定の範囲のDFに対してしか十分なプルインレンジが得られない。
【0018】
以上の問題を回避するためには、VCO4の自走周波数を最適点に調整しておく必要があり、かつVCO4の自走周波数が経年変化や環境変化(温度変化、電源電圧変動、入力データ振幅など)の影響を受けないように補償手段を備える必要がある。しかしながら、VCOの出荷時の個別調整は莫大な稼動を必要とするのに加え、VCO4の自走周波数の経年変化を補償することは現実的には困難である。
【0019】
さらに、VCO4の自走周波数を最適点に調整しておいた場合であっても、図10に示すように位相比較特性がDF依存性を持つことは、位相同期回路のループ利得がDF依存性を持つことを意味する。ループ利得は、ジッタ伝達などのジッタ特性に大きく影響を及ぼすため、システム要求を満足するように最適値に設計しておく必要がある。ループ利得の最適化設計を特定のDFに対して行うと、別のDF値に対するループ利得が最適値から外れる結果となり、特定の範囲外のDFを持つデータが入力された場合に、ジッタ特性がシステム要求値を満足できない可能性が発生する。
【0020】
本発明の目的は、位相比較特性が入力データパタンの影響を受けないようにして、エッジ密度係数の変化による性能劣化を抑えることができるようにしたクロック再生回路を提供することである。
【0021】
【課題を解決するための手段】
削除
【0022】
削除
【0023】
このために第の発明は、電圧によって発振周波数を制御される電圧制御発振器と、入力端子からの入力信号に対する前記電圧制御発振器の出力信号の位相差を検出しこの位相差に比例した直流電圧成分を含む位相比較信号Vと前記入力信号のエッジ密度を検出しこのエッジ密度に比例した直流電圧成分を含むエッジ密度信号Vとを出力する位相比較器と、前記位相比較器が基準となるエッジ密度の入力信号が入力された場合に出力するエッジ密度信号Vと同じ直流成分をもつ基準エッジ密度信号VE0を発生する基準電圧発生器と、αを任意定数とし、前記位相比較信号Vと前記エッジ密度信号Vと前記基準エッジ密度信号VE0とを入力し、α(V−V)(VE0/V)を出力する演算回路と、前記演算回路の出力信号から所定の帯域以下の成分を取り出し、前記電圧制御発振器に制御電圧として印加するループフィルタとを備え、前記電圧制御発振器の出力信号から再生クロックを得るよう構成した。
【0024】
の発明は、第の発明において、前記演算回路は、前記αを決める抵抗器群と、前記(V−V)(VE0/V)の演算を行う差動増幅器及び乗算器とから構成されるようにした。
【0025】
削除
【0026】
削除
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明のクロック再生回路は、従来のクロック再生回路において減算を行う加算器を、除算を含む演算回路に置き換えることを最も主要な特徴とする。従来のクロック再生回路は加算器により位相比較信号Vとエッジ密度信号Vとの減算を行うことにより、加算器19の出力VPEにおいて位相比較情報を取り出すのに対して、本発明のクロック再生回路は除算を含む演算回路により位相比較信号Vとエッジ密度信号Vとの除算を行うことにより、演算回路の出力においてエッジ密度情報を完全に相殺し位相比較情報のみを取り出すことが異なる。
【0028】
従来のクロック再生回路では、Din−CLKの位相差φがπの場合においてのみ、エッジ密度情報を完全に相殺できるのに対して、φがπから外れると加算器19の出力VPEにエッジ密度係数DFがリークしてしまう。このようなエッジ密度係数DFのリークは、エッジ密度係数DFの変化(データパタンの変化)によるロックレンジ及びプルインレンジの変化、ジッタ発生、ジッタ耐力劣化の原因となる。本発明はこのようなエッジ密度係数DFの変化による性能劣化を抑えるためになされたものであり、除算を含む演算回路の適用により、Din−CLKの位相差φがπから外れた場合においても演算回路の出力にエッジ密度係数がリークすることがない。
【0029】
第1の参考例
図1は本発明の第1の参考例のクロック再生回路を示す図である。本参考例は、位相比較器2、ループフィルタ3、VCO4、演算回路20aから構成される。位相比較器2は位相差に比例した直流電圧成分を含む信号を出力する機能を有する。入力データDinはデータ入力端子1を経由してD−FF9に入力される。また、VCO4の出力信号はバッファ6を経由してD−FF9をトリガする。
【0030】
これにより入力データDinがクロックCLKによりリタイミングされた信号がD−FF9の出力に現れる。Dinとリタイミングされた信号とはEXOR13入力に接続される。EXOR13はDinとCLKとの位相差に比例したパルス幅を持つ信号(位相比較信号15)Vを出力することになる。すでに述べたように、CLKの立ち上がりとDinのエッジが一致する位相関係を基準(ゼロ)とした場合のDinとCLKとの位相差をφ(ラジアン)、入力信号のエッジ密度係数(入力データDinのエッジ数/クロックCLKのエッジ数)をDFとすると、位相比較信号Vの直流成分は前記した(1)式で表される。
【0031】
一方、D−FF9によりリタイミングされた信号はD−FF10にも入力され、バッファ6の反転CLK出力によりもう一度リタイミングされる。D−FF9の出力とD−FF10の出力はEXOR14の入力に接続される。EXOR14に入力される2信号はいずれもVCO4の出力によりリタイミングされているので、EXOR14の出力(エッジ密度信号16)Vのパルス幅はDinとCLKとの位相差に無関係に一定(CLKのデューテイが正確に50%である場合にはクロック周期の半分)となる。
【0032】
EXOR14はEXOR13と同様に入力信号にエッジが生じた時にのみパルスを出力するので、Vはエッジ密度に比例した直流成分を持つ。CLKのデューテイが正確に50%である場合、エッジ密度信号Vの直流成分は前記した(2)式で表される。
【0033】
演算回路20aは、位相比較器2の位相比較信号V及びエッジ密度信号Vを入力し、
PE=α(V−V)/V (4)
で表される直流成分を持つ信号VPEを出力する。ここで、αは任意定数である。位相比較較信号Vは前記(1)式でされ、エッジ密度信号Vは前記(2)式で表されるので、これらを代入すると(4)式は
PE=(α/π)(φ−π) (5)
で表される。
【0034】
すでに説明したように、従来のクロック再生回路においては、加算器19の出力VPEにはエッジ密度係数DFが含まれる((3)式)ため、位相差φがπから外れた場合には位相比較特性はDFの影響を受けていた。このようなエッジ密度情報のリークは、エッジ密度係数DFの変化(データパタンの変化)によるロックレンジ及びプルインレンジの変化、ジッタ発生、ジッタ耐力劣化の原因となっていた。
【0035】
これに対して、本参考例の演算回路20aの出力VPEにはDFが含まれない((5)式)ため、位相差φが0から2πまでのいずれの値をとった場合でも、位相比較特性はDFの影響を受けない。従って、演算回路20aの出力VPEにはエッジ密度情報のリークがないため、エッジ密度係数DFの変化(データパタンの変化)によるロックレンジ及びプルインレンジの変化が抑圧され、ジッタ発生、ジッタ耐力劣化を防ぐことができる。
【0036】
図2は位相比較器2の位相比較特性(Din−CLKの位相差φと、演算回路20aの出力VPEの平均電圧との関係)である。入力データDinのエッジ密度係数(DF)を0.5と0.25の場合について示した。クロック再生回路の運用中(ロック時)には演算回路20aの出力の平均電圧はほぼ一定に保たれるので、従来のクロック再生における位相比較特性(図10)では、運用中にDFの値が変化した場合、Din−CLKの位相差φが影響を受けその値を変化させていた。φがπから大きく外れるほど、大きな影響を受けていた。これに対して、本実施形態のクロック再生回路では、運用中にDFの値が変化しても、Din−CLKの位相差φが影響を受けず一定であり、φがπから大きく外れた状態でクロック再生回路が同期状態を保っている場合であっても、影響を受けることはない。
【0037】
すなわち、従来のクロック再生回路では、φがπ近くの値をとるようにVCO4の自走周波数を精度よく調整する必要があり、自走周波数をドリフトさせる温度変化や経年変化や電源電圧変動を抑える必要があったが、本参考例のクロック再生回路ではφがπから外れても性能劣化を引き起こさないため、VCO4の自走周波数を精度よく調整する必要がなく、自走周波数をドリフトさせる温度変化や経年変化や電源電圧変動に対しても許容範囲を緩和させることが可能となるのである。
【0038】
図3は本発明の第1の参考例における演算回路20aの1つの具体的な回路20bを与えるものである。図3における演算回路20bは、差動増幅器5l、乗算器52、抵抗値R1の抵抗器53,54、抵抗値R2の抵抗器55,56から構成されている。以降、演算回路20bの入出力関係、すなわち位相比較信号V、エッジ密度信号V、演算回路20bの出力VPEの関係を説明する。
【0039】
比例係数をK(任意定数)とすると、乗算器52の出力Vは、
=K・VPE・V (6)
で表される。一方、差動増幅器5lの正入力端子(+)の電圧VINPは抵抗器54と抵抗器56の電圧分割により、
INP=(V−0)(R2/(Rl+R2))+0 (7)
で与えられる。また、差動増幅器5lの負入力端子(−)の電圧VINMは抵抗器53と抵抗器55の電圧分割により、
INM=(V−V)(R2/(Rl+R2))+V (8)
で与えられる。差動増幅器5lの利得が十分に大きいと仮定すると、閉ループ差動増幅器の入力間には仮想短絡(バーチャルショート)の性質が表れ、
INP=VINM (9)
となる。よって、(7),(8),(9)式より、乗算器52の出力Vは、
=−(R2/R1)(V−V) (10)
で表される。(6),(10)式は同じノードの電圧を表すので一致する必要がある。この条件より、演算回路20bの出力VPEは、
PE=−(R2/R1)(1/K)(V−V)/V (11)
で与えられる。
【0040】
(11)式によって与えられる演算回路20bの出力VPEの表式は、α=−(R2/R1)(1/K)と定義すれば(4)式と一致する。すなわち、図3に示す演算回路20bは本発明の第1の参考例における演算回路20aの実現例の一つとなっている。ここで、αの符号は上記の例では負になっているが、乗算器52、差動増幅器51の接続の極性、VCO4の変調極性等により変化するものであるので、現実の回路においてはトータルとして位相同期が成立する極性を選べば良い。
【0041】
なお、位相比較器2の構成は図1の構成に限られない。すなわち、D−FF10を遅延回路で実現することもできるし(参考文献:C.R.Hogge,JR.,"A Self Correcting Clock Recovery Circuit",Journal of Lightwave Tech.,vol.LT-3,no.6,1985,p1323)、さらにその遅延回路にはD−FF9の出力の代わりにDinを直接入力するようにしてもよい。また、EXOR13、EXOR14を論理積ゲート35,36に変更(参考文献:特開2000-68991)しバッファ39を追加した位相比較器40(図12)を本発明の位相比較器として使用しても同様の効果が得られる。すなわち、図12の位相比較器40を使用したクロック再生回路においても、位相比較特性がDFの影響を受けないVCO4の自走周波数はポイントでしか存在しないという問題を有するが、この位相比較器40を第1の参考例の位相比較器2として適用するすることで、DFの影響を受けない位相比較特性を実現することができる。
【0042】
[第の実施形態]
図4は本発明の第の実施の形態のクロック再生回路を示す図である。本実施の形態は位相比較器2、ループフィルタ3、VCO4、演算回路21a、基準電圧発生器57aから構成される。第1の参考例との違いは、基準電圧発生器57aを新たに設け、この出力VE0を演算回路21aに入力する点にある。
【0043】
演算回路21aは、位相比較器2の位相比較信号V及びエッジ密度信号Vを入力し、
PE=α(V−V)(VE0/V) (12)
で表される直流成分を持つ信号VPEを出力する。ここで、αは任意定数である。また、VE0は基準電圧発生器57a出力であり、基準となるエッジ密度係数DF(例えばDF=0.5)の場合にエッジ密度信号Vに含まれる直流成分と同じ直流成分を持つ信号であるとする。すなわち、基準となるエッジ密度係数をDF=DFとすると、基準電圧発生器57aの出力は前記の(2)式より、
EO=π・DF (13)
で表される。位相比較信号Vは前記の(1)式で表され、エッジ密度信号Vは前記の(2)式で表されるので、これらと(13)式を用いると(12)式は位相差φ及び基準となるエッジ密度係数DFの関数として、
PE=(α・DF)(φ−π) (14)
で表される。
【0044】
以上より、本実施形態の演算回路21aの出力VPEにはDFが含まれない((14)式)ため、位相差φが0から2πまでのいずれの値をとった場合でも、位相比較特性はDFの影響を受けない。本発明の第の実施の形態の位相比較特性は本発明の第1の参考例の位相比較特性(図2)と同じ形状の特性となる。従って、演算回路21aの出力VPEにはエッジ密度情報のリークがないため、エッジ密度係数DFの変化(データパタンの変化)によるロックレンジ及びプルインレンジの変化が抑圧され、ジッタ発生、ジッタ耐力劣化を防ぐことができることになる。
【0045】
図5は本発明の第の実施の形態における演算回路21a及び基準電圧発生器57aを具体化した演算回路21b及び基準電圧発生器57bを与えるものである。図5における演算回路21bは、差動増幅器58、乗算器64、抵抗値Rlの抵抗器60、61、抵抗値R2の抵抗器62、63から構成されている。本実施形態の演算回路21bは、第1の参考例の演算回路20b(図3)と比較して、乗算器64が付加されている点が異なる。(11)式に乗算器64の付加分を反映させると、演算回路21b出力VPEは、
PE=−(R2/Rl)(Kb/Ka)(V−V)(VE0/V) (15)
で表されることが分かる。ここでは、乗算器59の係数をKa、乗算器64の係数をKbとした。(15)式によって与えられる演算回路21bの出力VPEの表式は、α=−(R2/R1)(Kb/Ka)と定義すれば(12)式と一致する。すなわち、図5に示す演算回路21bは本発明第の実施の形態における演算回路21aの実現例の一つとなっている。
【0046】
また、図5における基準電圧発生器57bは、分周器70、遅延回路71、EXOR72から構成されている。基準のエッジ密度係数DFを0.5とする場合を例に説明する。この場合には、分周器70の分周比を1/2とし、遅延回路71の遅延時間をクロック周期の1/2に選択すればよい。こうすれば、分周器70出力信号は0/1交番信号データ(DF=0.5)となり、EXOR72は、Dinを0/1交番信号とした場合にEXOR14が出力するエッジ密度信号Vと同等の信号を出力する。また、基準のエッジ密度係数DFを0.25とする場合は、分周器70の分周比を1/4とし、遅延回路71の遅延時間をクロック周期の1/2に選択すればよい。こうすれば、分周器70出力信号は0011の繰り返しパタン(DF=0.25)となる。
【0047】
この第の実施の形態のクロック再生回路では、その演算回路21bの出力VPEの表式((15)式)の各分子分母が対称的に表現される特徴を有する。第1の参考例のクロック再生回路における演算回路20bの出力VPEの表式((11)式)は分子分母が対称的でないため、例えば乗算器52の係数K等の回路定数が設計値からずれて製造された場合、ループ利得のずれを招く。これに対して第の実施の形態のクロック再生回路では、回路定数の絶対精度の要求を緩和できる利点がある。これは製造・出荷時の調整コストの低減及び歩留り向上に効果がある。
【0048】
第2の参考例
図6は本発明の第2の参考例のクロック再生回路を示す図である。本参考例は位相比較器2、ループフィルタ3、VCO4、演算回路22aから構成される。演算回路22aは、位相比較器2の位相比較信号V及びエッジ密度信号Vを入力し、
PE=α(V/V) (16)
で表される直流成分を持つ信号VPEを出力する。ここで、αは任意定数である。位相比較信号Vは前記の(1)式で表され、エッジ密度信号Vは前記の(2)式で表されるので、これらを代入すると、(16)式は、
PE=α(φ/π) (17)
で表される。以上より、本参考例の演算回路22aの出力VPEにはDFが含まれない((17)式)ため、位相差φが0から2πまでのいずれの値をとった場合でも、位相比較特性はDFの影響を受けない。
【0049】
本発明の第2の参考例の位相比較特性は、本発明の第1の参考例の位相比較特性(図2)と同じ形状の特性となる。従って、演算回路22aの出力VPEにはエッジ密度情報のリークがないため、エッジ密度係数DFの変化(データパタンの変化)によるロックレンジ及びプルインレンジの変化が抑圧され、ジッタ発生、ジッタ耐力劣化を防ぐことができる。
【0050】
図7は本発明第2の参考例における演算回路22aを具体化した演算回路22bを与えるものである。図7における演算回路22bは、差動増幅器65、乗算器66、抵抗値Rlの抵抗器67、抵抗値R2の抵抗器69、抵抗値Rcの抵抗器68から構成されている。比例係数をK(任意定数)とすると、乗算器66の出力Vは、
=K・VPE・V (18)
で表される。一方、差動増幅器65の正入力端子(+)の電圧VINPは、抵抗器68の抵抗値Rcとして正入力端子の入力インピーダンスよりも十分小さい値を選ぶことにより、
INP=0 (19)
で与えられる。また、差動増幅器65の負入力端子(−)の電圧VINMは抵抗器67と抵抗器69の電圧分割により、
INM=(V−V)(R2/(Rl+R2))+V (20)
で与えられる。差動増幅器65の利得が十分に大きいと仮定すると、閉ループ差動増幅器の入力間には仮想短絡(バーチャルショート)の性質が表れ、
INP=VINM (21)
となる。よって、(19),(20),(21)式より、乗算器66の出力Vは、
=−(R2/R1)・V (22)
で表される。(18),(22)式は同じノードの電圧を表すので一致する必要がある。この条件より、演算回路22bの出力VPEは、
PE=−(R2/R1)(1/K)(V/V) (23)
で与えられる。(23)式によって与えられる演算回路22bの出力VPEの表式はα=−(R2/R1)(1/K)と定義すれば(16)式と一致する。すなわち、図7に示す演算回路22bは本発明第2の参考例における演算回路22aの実現例の一つとなっている。
【0051】
第2の参考例のクロック再生回路は、従来のクロック再生回路における加算器を、除算を行う演算回路22bに置き換えたことを特徴とし、第1の参考例、第の実施の形態のクロック再生回路と比較してより簡単な回路で実現でき、部品点数が少なく小型化が図れる特徴を持つ。
【0052】
【発明の効果】
本発明のクロック再生回路は、演算回路の出力においてエッジ密度情報を完全に相殺し位相比較情報のみを取出すことができる。この結果、位相差φが0から2πまでのいずれの値をとった場合でも、位相比較特性はエッジ密度(データパタンの種類、エッジ密度の時間的な揺らぎ)の影響を受けない効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の参考例のクロック再生回路の回路図である。
【図2】図1のクロック再生回路の位相比較器2の位相比較特性図である。
【図3】図1のクロック再生回路において演算回路20aを20bとして具体化した回路図である。
【図4】本発明の第の実施の形態のクロック再生回路の回路図である。
【図5】図4のクロック再生回路において演算回路21a及び基準電圧発生器の57aを21b、57bとして具体化した回路図である。
【図6】本発明の第2の参考例の形態のクロック再生回路の回路図である。
【図7】図6のクロック再生回路において演算回路22aを22bとして具体化した回路図である。
【図8】従来のクロック再生回路の一例を示す回路図である。
【図9】図8の従来のクロック再生回路の動作を示す波形図である。
【図10】図8の従来のクロック再生回路の位相比較器2の位相比較特性図である。
【図11】図8の従来のクロック再生回路のVCO4の自走周波数と加算器19の出力の平均電圧との関係を示す特性図である。
【図12】図8の従来のクロック再生回路の別の位相比較器部分の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
1:データDinの入力端子
2:位相比較器
3:ループフィルタ
4:VCO(電圧制御発振器)
5:クロックCLKの出力端子
6:バッファ
7:バッファ6の非反転出力
8:バッファ6の反転出力
9,10:D−FF(D型フリップフロップ)
ll:D−FF9の出力
12:D−FF10の出力
13,14:EXOR(排他的論理和ゲート)
I5:EXOR13の出力V
16:EXOR14の出力V
17:加算器19、演算回路20a,20b,21a,21b,22a,22bの出力VPE
18:ループフィルタ3の出力
19:加算器
20a,20b,21a,21b,22a,22b:演算回路
35,36:論理積ゲート
37:論理積ゲート35の出力
38:論理積ゲート36の出力
39:バッファ
40:位相比較器
5l:差動増幅器 52:乗算器
53〜56:抵抗器
57a、57b:基準電圧発生器
58:差動増幅器
59:乗算器
60〜63:抵抗器
64:乗算器
65:差動増幅器
66:乗算器
67〜69:抵抗器
70:分周器
71:遅延回路
72:EXOR
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a clock recovery circuit for extracting a clock from a serial data signal, and more particularly to a clock recovery circuit for realizing an optical receiver whose pull-in range, jitter characteristics and the like do not depend on a data pattern of an input signal.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a diagram showing an example of a conventional clock recovery circuit (reference: CRHogge, JR., “A Self Correcting Clock Recovery Circuit”, Journal of Lightwave Tech., Vol. LT-3, No. 6 1985). , p1323).
[0003]
The conventional clock recovery circuit includes a phase comparator 2, a loop filter 3, a voltage controlled oscillator (hereinafter abbreviated as VCO) 4, and an adder 19. The phase comparator 2 has a function of outputting a signal including a DC voltage component proportional to the phase difference. Although many configurations have been proposed for the phase comparator, the configuration in FIG. 8 is the most widely known.
[0004]
The input data Din is input to a D-type flip-flop (hereinafter abbreviated as D-FF) 9 via the data input terminal 1. The output signal of the VCO 4 triggers the D-FF 9 via the buffer 6. As a result, a signal in which the input data Din is retimed by the clock CLK appears at the output of the D-FF 9. Din and the retimed signal are connected to the input of an exclusive OR gate (hereinafter abbreviated as EXOR) 13. The EXOR 13 has a signal (phase comparison signal 15) V having a pulse width proportional to the phase difference between Din and CLK.PWill be output. Note that the EXOR 13 outputs a pulse only when an edge (transition from high level to low level or transition from low level to high level) occurs in the input signal.PHas a DC component proportional to not only the phase difference but also the edge density.
[0005]
The phase difference between Din and CLK when the rising edge of CLK coincides with the edge of Din as a reference (zero) is φ (radian), the edge density coefficient of input signal Din (the number of edges of input data Din / clock) If the number of edges of CLK is DF, the phase comparison signal VPDC component of the high-level and low-level difference voltage as a unit voltage,
VP= Φ · DF (1)
Is represented as Here, 0 <φ <2π and 0 <DF <0.5.
[0006]
On the other hand, the signal retimed by the D-FF 9 is also input to the D-FF 10 and re-timed again by the inverted CLK output of the buffer 6. The output of D-FF 9 and the output of D-FF 10 are connected to the input of EXOR 14. Since the two signals input to the EXOR 14 are both retimed by the output of the VCO 4, the output (edge density signal 16) of the EXOR 14EIs constant (half the clock cycle if the duty of CLK is exactly 50%) regardless of the phase difference between Din and CLK.
[0007]
Since the EXOR 14 outputs a pulse only when an edge occurs in the input signal, similarly to the EXOR 13, the EXOR 14 outputs a pulse.EHas a DC component proportional to the edge density. If the duty of CLK is exactly 50%, the edge density signal VEThe DC component of
VE= Π · DF (2)
Is represented as The adder 19 outputs the phase comparison signal VPAnd edge density signal VEAnd outputs the difference voltage. From the equations (1) and (2), the output V of the adder 19 is obtained.PEThe DC component of
VPE= (Φ-π) · DF (3)
Is represented as Output V of adder 19PEIs transmitted to the VCO 4 after the band is limited by passing through the loop filter 3. The output of the VCO 4 is connected to the clock output terminal 5 and returned to the phase comparator 2 at the same time, whereby the phase synchronization is established between Din and CLK.
[0008]
In the locked state, the VCO 4 oscillates at a substantially constant frequency, so that the output VPEIs substantially constant (Equation (3)). When the edge density coefficient DF changes under these conditions, VPEIs changed so that is kept constant, and the locked state is maintained. That is, φ is modulated by the DF. The only case where φ is not affected by DF is when φ = π. When the lock state is realized when φ = π, φ does not change its value even if DF changes.
[0009]
When retimed data is required, the output of the D-FF 9 or the output of the D-FF 10 may be used. In FIG. 8, the output of the D-FF 10 is set to Dout, connected to the data output terminal 34, and transmitted to the outside.
[0010]
FIG. 9 is a waveform diagram showing the operation of the conventional clock recovery circuit. The Din signal shown in (a) given to the input terminal 1 is retimed by the D-FF 9 by the CLK signal shown in (b) to obtain a signal 11 shown in (c), and the Din signal shown in (a) is retimed. The EXOR 13 uses the phase comparison signal 15 (= V) shown in FIG.P) Is obtained. Further, the signal 11 shown in (c), which has been retimed, is further retimed by the D-FF 10 by the inverted CLK signal shown in (d) to obtain a signal 12 shown in (e). The edge density signal 16 (= V) shown in FIG.E) Is obtained. The difference between the phase comparison signal shown in (f) and the edge density signal shown in (g) (= VP-VE) Is the output 17 (= V) shown in (h) of the adder 19.PE).
[0011]
FIG. 9I shows the operation when the phase of the CLK signal is ahead of the Din signal (0 <φ <π), and the pulse width of the phase comparison signal (f) is the pulse of the edge density signal (g). Shorter than the width, the output V of the adder 19PEIs negative. FIG. 9 (III) shows the operation when the phase of the CLK signal lags behind the Din signal (π <φ <2π), and the pulse width of the phase comparison signal (f) is the pulse of the edge density signal (g). Longer than the width, the output V of the adder 19PEIs positive. FIG. 9 (II) shows the operation when the phase relationship between the CLK signal and the Din signal is optimal (φ = π).
[0012]
The optimal phase relationship is a phase relationship in which the D-FF 9 punches out the center of the Din signal at the rising edge of the CLK signal, and has the largest phase margin for the D-FF 9. In this case, the pulse width of the phase comparison signal (f) matches the pulse width of the edge density signal (g), and the DC component of the output of the adder 19 becomes zero. This is consistent with the result of φ = π in equation (3).
[0013]
FIG. 10 shows the phase comparison characteristic of the phase comparator 2 (the phase difference φ of Din-CLK and the output V of the adder 19).PERelationship with the average voltage). The case where the edge density coefficient DF of the input data Din is 0.5 and 0.25 is shown. The maximum value of DF is DF = 0.5 when Din is a 0/1 alternating signal, and DF <0.5 in the case of a PN (pseudo noise) signal or normal data transmission.
[0014]
As described above, the output V of the adder 19 during the operation of the clock recovery circuit (when locked).PEIs kept substantially constant, so that if the value of DF changes during operation, the phase difference φ of Din-CLK is affected and changes. At this time, the degree of the influence depends on the value of the phase difference φ of Din-CLK itself. As shown in (II), when φ is close to π, φ is hardly affected by a change in the value of DF, and is not affected when φ is π. On the other hand, if φ greatly deviates from π, it will be greatly affected. That is, the optimum point (II) of the phase relationship of Din-CLK is optimal in the sense that the phase margin of Din punching by CLK in the D-FF 9 is the largest, and in addition, φ is the only point that is not affected by DF. It can also be said that the phase relationship is optimal. The output V of the adder 19PEIs not affected by the DF only at the optimum point (II).
[0015]
FIG. 11 shows the free running frequency of the VCO 4 and the output V of the adder 19.PEFIG. 4 is a diagram showing a relationship with an average voltage. The slope in the locked state is negative, but this is because the output V of the adder 19 becomes higher when the free-running frequency shifts to a higher direction for the same bit rate.PEMean that the locked state is maintained. As described above, the output V of the adder 19 which is not affected by the DFPESince the average voltage of the VCO 4 exists only at the point (optimum point (II)), the free-running frequency of the VCO 4 not affected by the DF also exists only at the point (the center of the lock range).
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional clock recovery circuit shown in FIG. 8, the free-running frequency of the VCO 4 whose phase comparison characteristic is not affected by the DF exists only at points. Consider a case where the free-running frequency of the VCO 4 becomes higher (I) than the optimum point (II) (FIG. 11). Then, the output V of the adder 19PEThe average voltage is maintained in synchronization by lowering its value. As a result, as shown as (I) in FIG. 10, the phase difference φ of Din-CLK greatly changes depending on the value of DF. This means that the punch timing of the D-FF 9 and D-FF 10 is greatly modulated by the DF.
[0017]
As a result, in addition to the phase of the reproduced clock Cout being modulated by the DF, the phase of the retimed reproduced data Dout is similarly modulated by the DF. When the DF modulates the phase of Cout or the phase of Dout in this way, it causes problems such as new generation of jitter and reduction in tolerance to jitter contained in the input data Din. Further, since the lock range and the pull-in range shift due to the difference in the DF, a sufficient pull-in range can be obtained only for a specific range of the DF.
[0018]
In order to avoid the above problem, it is necessary to adjust the free-running frequency of the VCO 4 to an optimum point, and the free-running frequency of the VCO 4 changes over time and changes in the environment (temperature change, power supply voltage change, input data amplitude, etc.). Etc.) must be provided with compensation means. However, individual adjustment at the time of shipment of the VCO requires enormous operation, and it is practically difficult to compensate for aging of the free-running frequency of the VCO 4.
[0019]
Further, even when the free-running frequency of the VCO 4 is adjusted to the optimum point, the fact that the phase comparison characteristic has the DF dependence as shown in FIG. Means having Since the loop gain greatly affects jitter characteristics such as jitter transmission, it is necessary to design the loop gain to an optimum value to satisfy system requirements. If the loop gain optimization design is performed for a specific DF, the loop gain for another DF value will deviate from the optimal value, and if data with a DF outside the specific range is input, the jitter characteristics will be reduced. There is a possibility that the system requirements cannot be satisfied.
[0020]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a clock recovery circuit in which a phase comparison characteristic is not affected by an input data pattern and performance degradation due to a change in an edge density coefficient can be suppressed.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
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[0022]
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[0023]
For this reason1The invention relates to a voltage controlled oscillator whose oscillation frequency is controlled by a voltage, and a phase comparison including a DC voltage component proportional to the phase difference by detecting a phase difference between an output signal of the voltage controlled oscillator and an input signal from an input terminal. Signal VPAnd an edge density signal V including a DC voltage component proportional to the edge density.EAnd an edge density signal V output when an input signal having an edge density serving as a reference for the phase comparator is input.EReference edge density signal V having the same DC component asE0, And α is an arbitrary constant, and the phase comparison signal VPAnd the edge density signal VEAnd the reference edge density signal VE0And α (VP-VE) (VE0/ VE), And a loop filter that extracts a component below a predetermined band from the output signal of the arithmetic circuit and applies it as a control voltage to the voltage-controlled oscillator. Was obtained.
[0024]
No.2The invention of the1In the invention, the arithmetic circuit includes: a resistor group for determining the α;P-VE) (VE0/ VE), And a differential amplifier and a multiplier for performing the operation of (1).
[0025]
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[0026]
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[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The most important feature of the clock recovery circuit according to the present invention is that an adder that performs subtraction in a conventional clock recovery circuit is replaced with an arithmetic circuit including division. In the conventional clock recovery circuit, the phase comparison signal VPAnd edge density signal VE, The output V of the adder 19 is calculated.PEIn the clock recovery circuit of the present invention, the phase comparison signal VPAnd edge density signal VEThe difference is that the edge density information is completely canceled at the output of the arithmetic circuit and only the phase comparison information is extracted.
[0028]
In the conventional clock recovery circuit, the edge density information can be completely canceled only when the phase difference φ of Din-CLK is π, whereas when φ deviates from π, the output V of the adder 19 becomes smaller.PEThe edge density coefficient DF leaks. Such a leak of the edge density coefficient DF causes a change in the lock range and the pull-in range due to a change in the edge density coefficient DF (a change in the data pattern), generation of jitter, and deterioration of jitter tolerance. The present invention has been made in order to suppress the performance degradation due to such a change in the edge density coefficient DF. The edge density coefficient does not leak to the output of the circuit.
[0029]
[First reference example]
FIG. 1 shows the present invention.First reference example3 is a diagram showing a clock recovery circuit of FIG. BookReference exampleIs composed of a phase comparator 2, a loop filter 3, a VCO 4, and an arithmetic circuit 20a. The phase comparator 2 has a function of outputting a signal including a DC voltage component proportional to the phase difference. The input data Din is input to the D-FF 9 via the data input terminal 1. The output signal of the VCO 4 triggers the D-FF 9 via the buffer 6.
[0030]
As a result, a signal in which the input data Din is retimed by the clock CLK appears at the output of the D-FF 9. Din and the retimed signal are connected to the EXOR 13 input. The EXOR 13 has a signal (phase comparison signal 15) V having a pulse width proportional to the phase difference between Din and CLK.PWill be output. As described above, the phase difference between Din and CLK is φ (radian) when the phase relationship where the rising edge of CLK coincides with the edge of Din is defined as a reference (zero), and the edge density coefficient of the input signal (input data Din DF is the number of edges of the clock CLK / the number of edges of the clock CLK).PIs represented by the aforementioned equation (1).
[0031]
On the other hand, the signal retimed by the D-FF 9 is also input to the D-FF 10 and re-timed again by the inverted CLK output of the buffer 6. The output of D-FF 9 and the output of D-FF 10 are connected to the input of EXOR 14. Since the two signals input to the EXOR 14 are both retimed by the output of the VCO 4, the output (edge density signal 16) of the EXOR 14EIs constant (half the clock cycle if the duty of CLK is exactly 50%) regardless of the phase difference between Din and CLK.
[0032]
Since the EXOR 14 outputs a pulse only when an edge occurs in the input signal, similarly to the EXOR 13, the EXOR 14 outputs a pulse.EHas a DC component proportional to the edge density. If the duty of CLK is exactly 50%, the edge density signal VEIs represented by the above-mentioned equation (2).
[0033]
The arithmetic circuit 20a calculates the phase comparison signal V of the phase comparator 2.PAnd edge density signal VEAnd enter
VPE= Α (VP-VE) / VE                                (4)
A signal V having a DC component represented byPEIs output. Here, α is an arbitrary constant. Phase comparison signal VPIs given by the above equation (1), and the edge density signal VEIs represented by the above equation (2), and when these are substituted, equation (4) becomes
VPE= (Α / π) (φ-π) (5)
Is represented by
[0034]
As described above, in the conventional clock recovery circuit, the output V of the adder 19 isPEContains the edge density coefficient DF (Equation (3)), so that when the phase difference φ deviates from π, the phase comparison characteristic is affected by the DF. Such a leak of the edge density information causes a change in the lock range and the pull-in range due to a change in the edge density coefficient DF (a change in the data pattern), generation of jitter, and deterioration of jitter tolerance.
[0035]
In contrast, the bookReference exampleOutput V of the arithmetic circuit 20aPEDoes not include the DF (Equation (5)), so that the phase comparison characteristic is not affected by the DF even when the phase difference φ takes any value from 0 to 2π. Therefore, the output V of the arithmetic circuit 20aPESince there is no leak of edge density information, changes in the lock range and the pull-in range due to changes in the edge density coefficient DF (changes in the data pattern) are suppressed, and it is possible to prevent jitter generation and jitter tolerance deterioration.
[0036]
FIG. 2 shows the phase comparison characteristic of the phase comparator 2 (the phase difference φ of Din-CLK and the output V of the arithmetic circuit 20a).PERelationship with the average voltage). The case where the edge density coefficient (DF) of the input data Din is 0.5 and 0.25 is shown. During the operation of the clock recovery circuit (at the time of locking), the average voltage of the output of the arithmetic circuit 20a is kept substantially constant. When it changes, the phase difference φ of Din-CLK is affected and changes its value. The larger φ deviated from π, the greater the influence. On the other hand, in the clock recovery circuit of the present embodiment, even when the value of DF changes during operation, the phase difference φ of Din-CLK is constant without being affected, and φ greatly deviates from π. Even if the clock recovery circuit keeps the synchronization state, there is no influence.
[0037]
That is, in the conventional clock recovery circuit, it is necessary to precisely adjust the free-running frequency of the VCO 4 so that φ takes a value close to π, and suppress a temperature change, a secular change, and a power supply voltage fluctuation that causes the free-running frequency to drift. I needed a bookReference exampleClock recovery circuit does not cause performance degradation even if φ deviates from π, so it is not necessary to adjust the free-running frequency of VCO4 precisely. Even so, it is possible to relax the allowable range.
[0038]
FIG.First reference exampleOf the arithmetic circuit 20a in FIG. The arithmetic circuit 20b in FIG. 3 includes a differential amplifier 51, a multiplier 52, resistors 53 and 54 having a resistance value R1, and resistors 55 and 56 having a resistance value R2. Hereinafter, the input / output relationship of the arithmetic circuit 20b, that is, the phase comparison signal VP, Edge density signal VE, The output V of the arithmetic circuit 20bPEThe relationship will be described.
[0039]
Assuming that the proportional coefficient is K (arbitrary constant), the output V of the multiplier 52MIs
VM= KVPE・ VE                                       (6)
Is represented by On the other hand, the voltage V of the positive input terminal (+) of the differential amplifier 5lINPIs obtained by voltage division of the resistor 54 and the resistor 56.
VINP= (VE−0) (R2 / (R1 + R2)) + 0 (7)
Given by Further, the voltage V of the negative input terminal (-) of the differential amplifier 5lINMIs obtained by voltage division of the resistor 53 and the resistor 55.
VINM= (VP-VM) (R2 / (R1 + R2)) + VM               (8)
Given by Assuming that the gain of the differential amplifier 51 is sufficiently large, the nature of a virtual short appears between the inputs of the closed-loop differential amplifier,
VINP= VINM                                             (9)
It becomes. Therefore, according to equations (7), (8), and (9), the output VMIs
VM=-(R2 / R1) (VP-VE) (10)
Is represented by Equations (6) and (10) represent the voltage at the same node and therefore need to match. From this condition, the output V of the arithmetic circuit 20bPEIs
VPE=-(R2 / R1) (1 / K) (VP-VE) / VE             (11)
Given by
[0040]
Output V of arithmetic circuit 20b given by equation (11)PEIs equivalent to equation (4) if α = − (R2 / R1) (1 / K) is defined. That is, the arithmetic circuit 20b shown in FIG.First reference exampleIs one of the implementation examples of the arithmetic circuit 20a. Here, although the sign of α is negative in the above example, it changes depending on the polarity of the connection of the multiplier 52 and the differential amplifier 51, the modulation polarity of the VCO 4, and the like. What is necessary is just to select the polarity which establishes phase synchronization.
[0041]
Note that the configuration of the phase comparator 2 is not limited to the configuration of FIG. That is, the D-FF 10 can be realized by a delay circuit (refer to CRHogge, JR., "A Self Correcting Clock Recovery Circuit", Journal of Lightwave Tech., Vol. LT-3, no. 6, 1985, p1323), and Din may be directly input to the delay circuit instead of the output of the D-FF 9. Further, the EXOR 13 and the EXOR 14 are changed to AND gates 35 and 36 (reference: JP-A-2000-68991), and the phase comparator 40 (FIG. 12) in which the buffer 39 is added can be used as the phase comparator of the present invention. Similar effects can be obtained. That is, the clock recovery circuit using the phase comparator 40 shown in FIG. 12 also has a problem that the free-running frequency of the VCO 4 whose phase comparison characteristic is not affected by the DF exists only at a point. ToFirst reference exampleBy applying the phase comparator 2 as the phase comparator 2, it is possible to realize a phase comparison characteristic that is not affected by the DF.
[0042]
[No.1Embodiment]
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.1FIG. 3 is a diagram illustrating a clock recovery circuit according to the embodiment. This embodiment includes a phase comparator 2, a loop filter 3, a VCO 4, an arithmetic circuit 21a, and a reference voltage generator 57a.First reference exampleThe difference between this is that a reference voltage generator 57a is newly provided and the output VE0Is input to the arithmetic circuit 21a.
[0043]
The arithmetic circuit 21a calculates the phase comparison signal V of the phase comparator 2PAnd edge density signal VEAnd enter
VPE= Α (VP-VE) (VE0/ VE) (12)
A signal V having a DC component represented byPEIs output. Here, α is an arbitrary constant. Also, VE0Is an output of the reference voltage generator 57a, and when an edge density coefficient DF (for example, DF = 0.5) as a reference, the edge density signal VEIs a signal having the same DC component as the DC component included in. That is, the reference edge density coefficient is DF = DF0Then, the output of the reference voltage generator 57a is obtained from the above equation (2).
VEO= ΠDF0                                        (13)
Is represented by Phase comparison signal VPIs expressed by the above equation (1), and the edge density signal VEIs given by the above equation (2), and using these and equation (13), equation (12) gives the phase difference φ and the reference edge density coefficient DF.0As a function of
VPE= (Α ・ DF0) (φ-π) (14)
Is represented by
[0044]
As described above, the output V of the arithmetic circuit 21a of the present embodiment isPEDoes not include the DF (Equation (14)), so that the phase comparison characteristic is not affected by the DF even when the phase difference φ takes any value from 0 to 2π. The present invention1The phase comparison characteristic of the embodimentFirst reference exampleOf the same shape as the phase comparison characteristic (FIG. 2). Therefore, the output V of the arithmetic circuit 21aPESince there is no leak of edge density information, changes in the lock range and the pull-in range due to changes in the edge density coefficient DF (changes in the data pattern) are suppressed, and it is possible to prevent jitter generation and jitter tolerance deterioration.
[0045]
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.1This provides an arithmetic circuit 21b and a reference voltage generator 57b that embody the arithmetic circuit 21a and the reference voltage generator 57a in the embodiment. 5 includes a differential amplifier 58, a multiplier 64, resistors 60 and 61 having a resistance value R1, and resistors 62 and 63 having a resistance value R2. The arithmetic circuit 21b of the present embodiment has a firstReference exampleIs different from the arithmetic circuit 20b (FIG. 3) in that a multiplier 64 is added. When the addition of the multiplier 64 is reflected in the equation (11), the output VPEIs
VPE=-(R2 / Rl) (Kb / Ka) (VP-VE) (VE0/ VE) (15)
It can be seen that Here, the coefficient of the multiplier 59 is Ka, and the coefficient of the multiplier 64 is Kb. The output V of the arithmetic circuit 21b given by the equation (15)PEIs equivalent to equation (12) if α = − (R2 / R1) (Kb / Ka) is defined. That is, the arithmetic circuit 21b shown in FIG.1This is one of the implementation examples of the arithmetic circuit 21a in the embodiment.
[0046]
The reference voltage generator 57b in FIG. 5 includes a frequency divider 70, a delay circuit 71, and an EXOR 72. Reference edge density coefficient DF0Is described as an example. In this case, the frequency division ratio of the frequency divider 70 may be set to 1/2, and the delay time of the delay circuit 71 may be selected to be 1/2 of the clock cycle. In this case, the output signal of the frequency divider 70 becomes 0/1 alternating signal data (DF = 0.5), and the EXOR 72 outputs the edge density signal V output by the EXOR 14 when Din is the 0/1 alternating signal.EAnd outputs a signal equivalent to. Also, the reference edge density coefficient DF0Is set to 0.25, the frequency division ratio of the frequency divider 70 may be set to 1/4, and the delay time of the delay circuit 71 may be selected to be 1/2 of the clock cycle. In this case, the output signal of the frequency divider 70 has a repeating pattern of 0011 (DF = 0.25).
[0047]
This second1In the clock recovery circuit according to the embodiment, the output VPEHas the characteristic that each numerator denominator of the expression (15) is expressed symmetrically.First reference exampleOutput V of the arithmetic circuit 20b in the clock recovery circuit of FIG.PESince the numerator denominator is not symmetric in the expression (Equation (11)), if the circuit constant such as the coefficient K of the multiplier 52 is manufactured out of the designed value, a loop gain shift is caused. On the other hand1The clock recovery circuit according to the embodiment has an advantage that the requirement for the absolute accuracy of the circuit constant can be eased. This is effective in reducing the adjustment cost at the time of manufacturing and shipping and improving the yield.
[0048]
[Second reference example]
FIG.Second reference example3 is a diagram showing a clock recovery circuit of FIG. BookReference exampleIs composed of a phase comparator 2, a loop filter 3, a VCO 4, and an arithmetic circuit 22a. The operation circuit 22a calculates the phase comparison signal V of the phase comparator 2.PAnd edge density signal VEAnd enter
VPE= Α (VP/ VE) (16)
A signal V having a DC component represented byPEIs output. Here, α is an arbitrary constant. Phase comparison signal VPIs expressed by the above equation (1), and the edge density signal VEIs represented by the above equation (2), and when these are substituted, equation (16) becomes
VPE= Α (φ / π) (17)
Is represented by From the above, the bookReference exampleOutput V of the arithmetic circuit 22aPEDoes not include the DF (Equation (17)), so that the phase comparison characteristic is not affected by the DF even when the phase difference φ takes any value from 0 to 2π.
[0049]
Of the present inventionSecond reference examplePhase comparison characteristics of the present inventionFirst reference exampleOf the same shape as the phase comparison characteristic (FIG. 2). Therefore, the output V of the arithmetic circuit 22aPESince there is no leak of edge density information, changes in the lock range and the pull-in range due to changes in the edge density coefficient DF (changes in the data pattern) are suppressed, and it is possible to prevent jitter generation and jitter tolerance deterioration.
[0050]
FIG. 7 shows the present invention.Second reference exampleAnd an arithmetic circuit 22b that embodies the arithmetic circuit 22a in FIG. The arithmetic circuit 22b in FIG. 7 includes a differential amplifier 65, a multiplier 66, a resistor 67 having a resistance value R1, a resistor 69 having a resistance value R2, and a resistor 68 having a resistance value Rc. Assuming that the proportional coefficient is K (arbitrary constant), the output V of the multiplier 66MIs
VM= KVPE・ VE                                     (18)
Is represented by On the other hand, the voltage V of the positive input terminal (+) of the differential amplifier 65INPBy selecting a value sufficiently smaller than the input impedance of the positive input terminal as the resistance value Rc of the resistor 68,
VINP= 0 (19)
Given by Further, the voltage V of the negative input terminal (−) of the differential amplifier 65 isINMIs obtained by voltage division of the resistor 67 and the resistor 69.
VINM= (VP-VM) (R2 / (R1 + R2)) + VM              (20)
Given by Assuming that the gain of the differential amplifier 65 is sufficiently large, the nature of a virtual short appears between the inputs of the closed-loop differential amplifier,
VINP= VINM                                           (21)
It becomes. Therefore, from the equations (19), (20), and (21), the output V of theMIs
VM=-(R2 / R1) VP                               (22)
Is represented by Equations (18) and (22) represent the voltage at the same node and need to match. From this condition, the output V of the arithmetic circuit 22b isPEIs
VPE=-(R2 / R1) (1 / K) (VP/ VE) (23)
Given by Output V of arithmetic circuit 22b given by equation (23)PEIs equivalent to equation (16) if α = − (R2 / R1) (1 / K) is defined. That is, the arithmetic circuit 22b shown in FIG.Second reference exampleIs one of the implementation examples of the arithmetic circuit 22a.
[0051]
Second reference exampleIs characterized in that the adder in the conventional clock recovery circuit is replaced with an arithmetic circuit 22b for performing division.First reference example,1It can be realized with a simpler circuit than the clock recovery circuit of the embodiment, and has a feature that the number of parts is small and the size can be reduced.
[0052]
【The invention's effect】
The clock recovery circuit of the present invention can completely cancel the edge density information at the output of the arithmetic circuit and extract only the phase comparison information. As a result, even when the phase difference φ takes any value from 0 to 2π, the phase comparison characteristic has an effect of being unaffected by edge density (type of data pattern, temporal fluctuation of edge density).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present invention.First reference exampleFIG. 3 is a circuit diagram of a clock recovery circuit of FIG.
FIG. 2 is a phase comparison characteristic diagram of a phase comparator 2 of the clock recovery circuit of FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram embodied as an arithmetic circuit 20a in the clock recovery circuit of FIG. 1 as 20b;
FIG. 4 of the present invention.1FIG. 3 is a circuit diagram of a clock recovery circuit according to the embodiment.
FIG. 5 is a circuit diagram in which an arithmetic circuit 21a and a reference voltage generator 57a in the clock recovery circuit of FIG. 4 are embodied as 21b and 57b.
FIG. 6 of the present invention.Second reference exampleFIG. 3 is a circuit diagram of a clock recovery circuit according to an embodiment.
FIG. 7 is a circuit diagram in which the arithmetic circuit 22a is embodied as 22b in the clock recovery circuit of FIG. 6;
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a conventional clock recovery circuit.
FIG. 9 is a waveform chart showing an operation of the conventional clock recovery circuit of FIG.
10 is a phase comparison characteristic diagram of the phase comparator 2 of the conventional clock recovery circuit of FIG.
11 is a characteristic diagram showing the relationship between the free-running frequency of the VCO 4 and the average voltage of the output of the adder 19 in the conventional clock recovery circuit of FIG.
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration example of another phase comparator portion of the conventional clock recovery circuit of FIG. 8;
[Explanation of symbols]
1: Input terminal for data Din
2: Phase comparator
3: Loop filter
4: VCO (voltage controlled oscillator)
5: Clock CLK output terminal
6: Buffer
7: Non-inverted output of buffer 6
8: inverted output of buffer 6
9, 10: D-FF (D-type flip-flop)
11: output of D-FF9
12: Output of D-FF10
13, 14: EXOR (exclusive OR gate)
I5: Output V of EXOR13P
16: Output V of EXOR14E
17: output V of the adder 19 and the arithmetic circuits 20a, 20b, 21a, 21b, 22a, 22bPE
18: Output of loop filter 3
19: Adder
20a, 20b, 21a, 21b, 22a, 22b: arithmetic circuit
35, 36: AND gate
37: Output of AND gate 35
38: Output of AND gate 36
39: Buffer
40: Phase comparator
51: Differential amplifier 52: Multiplier
53-56: Resistor
57a, 57b: reference voltage generator
58: Differential amplifier
59: Multiplier
60-63: resistor
64: Multiplier
65: Differential amplifier
66: Multiplier
67-69: resistor
70: frequency divider
71: Delay circuit
72: EXOR

Claims (2)

電圧によって発振周波数を制御される電圧制御発振器と、
入力端子からの入力信号に対する前記電圧制御発振器の出力信号の位相差を検出しこの位相差に比例した直流電圧成分を含む位相比較信号Vと、前記入力信号のエッジ密度を検出しこのエッジ密度に比例した直流電圧成分を含むエッジ密度信号Vとを出力する位相比較器と、
前記位相比較器が基準となるエッジ密度の入力信号が入力された場合に出力するエッジ密度信号V と同じ直流成分をもつ基準エッジ密度信号V E0 を発生する基準電圧発生器と、
αを任意定数とし、前記位相比較信号Vと前記エッジ密度信号V前記基準エッジ密度信号V E0 を入力し、α(V−V)( E0 / を出力する演算回路と、
前記演算回路の出力信号から所定の帯域以下の成分を取り出し、前記電圧制御発振器に制御電圧として印加するループフィルタとを備え、
前記電圧制御発振器の出力信号から再生クロックを得ることを特徴とするクロック再生回路。
A voltage-controlled oscillator whose oscillation frequency is controlled by voltage;
The edge density is detected and the phase comparison signal V P, the edge density of the input signal containing a DC voltage component to detect a phase difference proportional to the phase difference between the output signal of said voltage controlled oscillator to the input signal from the input terminal a phase comparator for outputting an edge density signal V E containing a DC voltage component which is proportional to,
A reference voltage generator for generating a reference edge density signal V E0 having the same DC component and an edge density signal V E to be output when the input signal of the edge density of the phase comparator is the reference is inputted,
The α and arbitrary constants, enter the said phase comparison signal V P and the edge density signal V E and the reference edge density signal V E0, outputs α a (V P -V E) (V E0 / V E) An arithmetic circuit;
A loop filter that extracts a component below a predetermined band from an output signal of the arithmetic circuit and applies the component as a control voltage to the voltage-controlled oscillator,
A clock recovery circuit for obtaining a recovery clock from an output signal of the voltage controlled oscillator.
前記演算回路は、前記αを決める抵抗器群と、前記(V−V)( E0 / の演算を行う差動増幅器及び乗算器とから構成されることを特徴とする請求項1に記載のクロック再生回路。The arithmetic circuit includes a resistor group for determining the alpha, the (V P -V E) (V E0 / V E) claims, characterized in that it is composed of a differential amplifier and a multiplier for performing an operation Item 2. The clock recovery circuit according to Item 1.
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